神经递质对哺乳类大脑皮层神经元的调制作用

神经递质对哺乳动物大脑皮层神经元起调制作用的实例很多，这里仅举几个例子。

m1型mAChR调制钾通道Kir2，从而增强皮层锥体神经元的兴奋性突触后电位（EPSP）的时间总和［4］。

前额叶皮层（PFC）的胆碱能神经支配在调节神经的执行功能方面起关键性作用。胆碱能受体被乙酰胆碱所激活，使啮齿类前额叶皮层的锥体神经元去极化，但有关介导此调制作用的机制是有争议的。为探讨此问题，有人研究了大鼠脑薄片的大脑皮层第Ⅴ层、边缘前皮层、边缘下皮层锥体神经元对mAChR刺激的反应。与以前的报道相一致，对m1受体的刺激引起强的去极化，导致张力性放电。电压钳分析发现，m1受体的激活降低了构成性活性的内向整流（Kir2）钾通道。阻断蛋白激酶C的激活或耗竭细胞内钙储库，不影响此调制作用。然而通过应用磷酸肌醇激酶抑制剂——渥曼青霉素（wortmanin），可以阻断调制的逆转。这提示，此调制是由于膜上的磷脂酰环己六醇-4，5-二磷酸（phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate，PIP2）耗竭所致。由m1受体刺激所引起的Kir2通道电流减少，明显地增加了由重复刺激大脑皮层第Ⅰ层所引起的EPSP的时间总和。这个作用又受m2/4受体介导的突触前同一神经末梢抑制作用的补充。由于这两方面的调制作用，对单个孤立传入脉冲的反应减少，但是对高频传入爆发波的反应反而增强了（图6-2）［4］。

图6-2　碳酰胆碱诱导前额叶皮层锥体细胞的去极化

（a）给予碳酰胆碱（carbachol，CCh）10 μmol/L，使一个代表性的前额叶皮层（PFC）锥体神经元去极化，导致动作电位发放。（b）当细胞电压钳在-70 mV处再给予CCh，会引起一个净内向电流，冲洗后回到基线。（c）（d）用m1受体拮抗剂哌仑西平（pirenzepine，PZ，2 μmol/L，c）预处理，可以明显降低CCh的去极化效应；但m2/4拮抗剂加拉明（gallamine，GAL，2 μmol/L，d）无此效应。d的小插图小结，显示CCh在对照条件下引起的内向电流（n＝12），存在着m1阻断剂哌仑西平（n＝5）或M2/4阻断剂加拉明（n＝7）条件下的内向电流。（图引自［4］）

代谢型谷氨酸受体（mGluR）介导的细胞内钙波，可以调节大脑皮层第Ⅴ层锥体神经元的放电。影响PFC锥体神经元活动的因素，很可能在工作记忆的功能方面起重要作用。其中一个因素可能是细胞内钙从贮库内释放出来。有人考察了这一假说，即mGluR介导释放的细胞内钙波，可以调节PFC锥体神经元的内源性兴奋性及放电型式。在豚鼠脑薄片上，突触的或局灶性药理学激活的mGluR可以触发内侧前额叶（medial PFC，mPFC）第Ⅴ层锥体神经元树突和胞体的钙波，这些钙波常常诱发一个瞬时小电导钙激活钾通道（SK channel）介导的超极化，随之以延时去极化。这两个作用可以分别降低和增加神经元的兴奋性。超极化的发生依赖于钙波是否侵入胞体，去极化则依赖于钙波传播的程度。实验检测了影响钙波扩布进入胞体的一些因素。刺激更多突触，增加靠近胞体的三磷酸肌醇（inositol trisphosphate）浓度，以及采用生理性串动作电位预处理，都可以增强引起胞体钙波的可能性及幅度。这些结果提示，mGluR介导的钙波，可能调节前额叶锥体神经元的放电型式，而此神经元是参与工作记忆的，特别是在有利于钙波扩布进入胞体的条件下［5］。

有学者研究了大脑皮层第Ⅴ层神经元产生的爆发性放电如何受去甲肾上腺素（noradrenaline，NA）能、乙酰胆碱能和谷氨酸代谢性受体调制的离子机制。实验用豚鼠脑薄片，对躯体运动皮层和视觉皮层神经元采取细胞内电极和细胞外电极的方法进行研究。由细胞外和细胞内记录发现，部分第Ⅴ层细胞能够自发地产生爆发波，每次爆发包含3～6个动作电位，爆发频率为0.2～4 Hz。这些细胞如果用细胞内注射电流加以去极化，爆发放电可以被抑制，并把细胞开关转变到张力性的、单个锋电位-动作电位产生的模式。逆向标记投射到上丘（superior colliculus，SC）或脑桥核的第Ⅴ层锥体细胞的细胞内记录显示，相当一部分神经元是爆发性产生的细胞。给予去甲肾上腺素、谷氨酸代谢性受体激动剂1-氨基1，3双羧基环戊烷（ACPD）或乙酰胆碱于第Ⅴ层爆发性细胞，可引起去极化及随之而来的放电模式从自发爆发波到单个锋电位模式的转变。反应的药理学分析表明，其作用是由去甲肾上腺素α受体、毒蕈碱型乙酰胆碱受体（mAChR）所介导的。去甲肾上腺素的反应可以被α-激动剂苯肾上腺素所模仿，而不能够被β-激动剂异丙（去甲）肾上腺素所模仿，可以完全被α-拮抗剂哌唑嗪所阻断，而不能被α-拮抗剂育亨宾或α-拮抗剂心得安所阻断。最后，乙酰胆碱的效应可被毒蕈碱型激动剂乙酰基碘甲胆碱（acetyl-β-methylcholine，MCh）所模仿，可以被毒蕈碱型拮抗剂东莨菪碱所阻断（图6-3）［6］。

图6-3　皮层-顶盖、皮层-脑桥第Ⅴ层爆发性神经元的生理学、形态学和药理学总结（脑薄片记录）

（a）在静息膜电位状态下典型的自发性爆发放电活性，以及当膜去极化时放电型式转变到单一动作电位的活性。（b）冠状切面下这些神经元形态学的典型例子。神经元显示上行顶树突，在第Ⅰ层延伸成为主干，有时候在颗粒上层分叉。（c）从蓝斑（locus coeruleus，LC）去甲肾上腺素能末梢所释放的去甲肾上腺素、从基底前脑胆碱能纤维所释放的乙酰胆碱以及可能的谷氨酸，可以激活它们的相应受体。受体激活导致静息钾电导减少，从而转变这些神经元的放电模式，使它们去极化。（图引自［6］）

细胞内记录显示，爆发性神经元上去甲肾上腺素、MCh和ACPD诱导的反应，是由于这些递质直接激活了细胞上的受体，因为局部给予河鲀毒素（TTX）或培养液给予低钙离子浓度、高镁离子浓度以阻断突触传递，并不能够阻断突触后反应。电压钳分析爆发性神经元去极化反应的参与电流时发现，α-肾上腺素受体、mAChR或代谢型谷氨酸受体（mGluR）的激活导致钾电导减少。这种钾电导减少包括两个成分，即电压不依赖成分、电压和钙敏感成分。结果提示，去甲肾上腺素能的、胆碱能的和谷氨酸能的传导通路活性的增高，可以通过决定静息膜电位来调控第Ⅴ层皮层-顶盖和皮层-脑桥锥体细胞的放电模式，而静息膜电位的决定是通过调制电压依赖的和电压不依赖的K+电导来实现的。第Ⅴ层锥体神经元放电模式的调制性调控，可能在皮层活性的上行性或局部性状态依赖的变化中有一定意义，也可能在皮层和皮层下结构之间的相互作用方面有一定意义［6］。