昆虫中枢DUM神经元受体和离子通道电生理学研究进展

背侧不成对中间神经元(DUM)是一类位于多种昆虫腹神经索神经节背侧的神经元,能自发产生内源性超射动作电位。在DUM神经元细胞膜表达多种受体和离子通道,且电生理特性有别于哺乳动物中枢神经元膜上同种类型的受体和离子通道。目前已证实其细胞膜上表达K+通道、电压依赖的Na+通道、Ca2+敏感的Cl-通道、Ca2+通道、氯离子通道、乙酰胆碱受体、谷氨酸受体等多种离子通道和受体。近年来因膜片钳(patch-clamp)技术进展和对受体和离子通道研究的深入,该类神经细胞已用于杀虫剂选择性神经毒性研究和杀虫剂离体筛选。     

是主动运输,还是协助扩散

今年高考生物学试题第二大题第16小题为:“下列物质中,通过非主动运输方式进入小肠绒毛上皮细胞的是:(A)Na~+ (B)氨基酸 (C)胆固醇(D)葡萄糖答( )”我认为备选答案的四种物质均以非主动运输进入小肠绒毛上皮细胞。生物膜内外物质转运有非主动运输(被动运输)——自由扩散、协助扩散;主动运输。对于小肠绒毛上皮细胞,膜内外 Na~+浓度为膜外高、膜内低,这样就形成了外高内低的浓度梯度,加之膜内含有高的非扩散性负离子 A~-形成电位梯度。这样 Na~+自膜内到膜外为逆浓度梯度运输,必须依靠 Na~+泵消耗能量进行主动运输;而 Na~+自膜外进入膜内,依赖浓度梯度与膜龟位,借膜上 Na~+载体扩散进入膜内,不消耗能量,此为协助     

生物膜电压门控离子通道的结构和功能性构象

生物膜离子通道具有多种重要的生理功能.近年,已分离、纯化了电压门控的Na~+、Ca~(2+)和K~+通道的蛋白质组分.Na~+和Ca~(2+)通道分别由一个构成离子孔洞的主要亚单位和数目不同的其他亚单位组成,K~+通道是单一的多肽.对Na~+、Ca~(2+)通道主要亚单位和K~+通道的氨基酸序列的测定表明,它们之间有许多相似性.已分别给出了三种通道跨膜排列的二级结构图象.考虑了Na~+通道的功能特性,包括电压敏感性、通道开放动力学、门控电流、神经毒素的作用等,已提出几种Na~+通道功能性构象模型.     

生物膜电压门控离子通道的结构和功能性构象

生物膜离子通道具有多种重要的生理功能.近年,已分离、纯化了电压门控的Na~+、Ca~(2+)和K~+通道的蛋白质组分.Na~+和Ca~(2+)通道分别由一个构成离子孔洞的主要亚单位和数目不同的其他亚单位组成,K~+通道是单一的多肽.对Na~+、Ca~(2+)通道主要亚单位和K~+通道的氨基酸序列的测定表明,它们之间有许多相似性.已分别给出了三种通道跨膜排列的二级结构图象.考虑了Na~+通道的功能特性,包括电压敏感性、通道开放动力学、门控电流、神经毒素的作用等,已提出几种Na~+通道功能性构象模型.     

促细胞分裂剂和癌基因能阻断特异电压-门控离子通道的诱发

以 BC_3HI 肌细胞为模型,用膜片-电压固定(patch-clamp)技术,研究观察在单一细胞或膜单通道的Ca~(2+)、Na~+和 K~+的变化。肌肉的分化与膜的电压-门控离子通道(voltage-gated ion channels)的表达是依赖于促细胞分裂剂的消退和细胞的生长停滞。通常,电压-门控通道能诱发肌细胞的特异基因产物,但其致癌性的基本机理仍不明。分化的 BC_3HI 肌细胞表达了机能性的 Ca~(2+)和 Na~+通道,当细胞生长增殖和为某些等位癌基因转染时,机能性的离子通道被阻抑。这种机能性的 Ca~(2+)和 Na~+通道,在促细胞分裂剂消退约5天后,才首次检出Ca~(2+)和 Na~+的内向电流。在促细胞分裂剂消退时,暂时诱发 BC_3HI 细胞的电压-门控通道。为了试验细胞癌基因是否能阻止膜离子通道的表达,以 BC_3HI 细胞的克隆细胞株,即以 BC_3HI 细胞,用癌基因表达载     

N-甲基-D-门冬氨酸受体通道复合体

N-甲基-D门冬氨酸(NMDA)受体通道复合体不同于一般的递质门控或电压门控的离子通道,而是兼有递质门控与电压门控双重特征。该受体通道有四种以上不同的电导水平,因而可能是多个受体亚型结合的一个复合的分子实体。NMDA受体通道的开放可引起钠、钾、钙离子内流。已经发现NMDA受体通道与长时程突触增强,癫痫等脑活动有关。     

新生大鼠下丘脑神经元L—Ca^2＋通道电流活动特征

目的研究新生大鼠下丘脑神经元L-Ca2+通道单通道特性;Ca2+通道激动剂BayK8644对Ca2+通道单通道特性的影响.方法采用神经元急性分离技术;用膜片钳细胞贴附式记录方式进行研究.结果大鼠下丘脑神经元L-Ca2+通道是一种电导相对较大的Ca2+通道,其电导为(29.5±3.1)pS,平均开放时间(τ0)为0.28ms,平均关闭时间的短关闭时间常数(τc1)为2.91ms,长关闭时间常数(τc2)为53.22ms.此通道几乎不存在时间依赖性失活.BayK8644显著增加通道的开放概率,通道平均开放时间增加为1.61ms.结论下丘脑神经元存在L-Ca2+通道,该通道具有明显电压依赖性,而无显著的时间依赖性.通道特征与文献报道的其它神经元上L-Ca2+通道相似,也有明显不同,显示下丘脑神经元L-Ca2+钙通道的独特性.     

5-HT_3受体属递质门控膜离子通道

神经系统中5-HT受体分5-HT_1、5-HT_2和5-HT_3等不同类型,而5-HT_1受体又可分为5-HT_1A、5-HT_(1B)、5-HT_(1C)和5-HT_(1D)等亚型。分子生物学研究还证明,5-HT_1及5-HT_2受体属于与G蛋白有关的受体。本工作使用电压钳制技术第一次在豚鼠肠粘膜下神经丛神经元斑片膜上记录到由5-HT_3受体激活所产生的单离子通道电流及其电学特性,证实了5-HT_3受体与阳离子通道偶联,因此认为5-HT_3受体属递质门控离子通道。     

Na~+、K~+离子通道阻滞剂对离体大鼠黄体细胞孕酮生成的影响

本工作用二种离子通道阻断剂四乙胺(TEA)和河豚毒素(TTX)来研究 Na~+、K~+通道的改变对大鼠黄体细胞孕酮生成的影响。10~(-3)mol/L 的 TEA 或 TTX 均使孕酮分泌量显著增加,而这种促进效应可被酪氨酸(Tyr)完全阻断。Tyr 对 TEA 或 TTX 与 hCG 联合所引起的孕酮分泌也有抑制作用。上述实验说明跨黄体细胞内外的 K~+和 Na~+浓度差与孕酮分泌有关。     

对"Channelopathy"定义及分类的一些看法

“Ｃｈａｎｎｅｌｏｐａｔｈｙ” ,又称“ＩｏｎｉｃＣｈａｎｎｅｌｏｐａｔｈｙ”。对于“Ｃｈａｎｎｅｌｏｐａｔｈｙ”的中译名目前多为“离子通道病” ,也有译为“通道病理学” ,前者基本上得到了普遍公认 ,并无太多异议。然而对于“离子通道病”的定义及分类目前还无明确概念 ,存在较多混淆。现一般多将“离子通道病”定义为“神经元或肌细胞膜上阳离子Ｎａ+、Ｋ+、Ｃａ2 +通道和阴离子Ｃｌ- 通道由于编码通道蛋白的基因发生突变导致通道功能和 (或 )结构异常的一类疾病”。笔者认为这一定义存在较大缺陷 ,其缺点在于 :(1)过于片面 ;(2…     

大脑皮层神经元NMDA受体的单通道特性

本文用膜片箝技术对机械分离培养的大鼠大脑皮层神经元胞体上的ＮＭＤＡ受体的单通道特性进行了研究,实验用细胞贴附和内面向外两种形式记录单离子通道的活动。电极液内含有ＮＭＤＡ或Ｌ－门冬氨酸时,在皮层神经元上常见电导为３５ｐＳ的离子通道。通道对Ｎａ＋,Ｋ＋非选择性通透,对Ｃｌ－不通透,其平均开放时间和开放概率随超极化程度增大而降低。开放、关闭时间及ｂｕｒｓｔ时程的分布直方图均需双指数拟合。Ｍｇ２＋以电压和浓度依赖性的方式减小通道开放时间,ＡＰＶ能阻断通道活动,温度降低使通道开放时间延长及电流幅度减小。本文结果表明大脑皮层神经元上ＮＭＤＡ受体通道活动自身具有电压依赖性,因此提示ＮＭＤＡ受体通道的正常功能活动可能依赖于某些细胞内调控过程的存在。     

靶向酸敏感离子通道的神经保护:酸毒性损伤机制的重新审视

生理水平的质子在生物体内分布广泛,具有重要的生理功能。在特定的病理条件下,正常的酸碱平衡被破坏,导致质子大量生成和累积,产生对机体有害的酸毒(acidotoxicity)。组织酸化是多种神经系统疾病(如缺血性中风、多发性硬化症以及亨廷顿舞蹈症等)的共同病理特征,也是致这些疾病神经损伤的原因之一。质子可直接激活酸敏感离子通道(acid-sensing ion channel,ASIC),介导组织酸化相关的生理和病理功能,例如,缺血性神经损伤。一直以来,ASIC引起酸毒性神经损伤被认为主要依赖于通道介导的细胞内钙离子升高。然而,本研究组新近的研究表明ASIC1a亚型通道能够通过激活受体相互作用蛋白1(receptor-interacting protein 1,RIP1),介导不依赖于通道离子通透功能的细胞程序性坏死。另外,亚细胞定位研究发现,除了在神经元膜表面,ASIC1a还可以定位在线粒体内膜上,通过调控线粒体通透性转变(mitochondrial permeability transition,MPT)过程,在缺血性神经损伤中发挥重要作用。这些进展使人们对于ASIC介导神经元死亡的机制有了新的认识。     

新生大鼠大脑皮层神经元胞体ATP激活的离子通道及其特性

用膜片箝技术的细胞贴附式和内面向外式,在机械分离的新生ＳＤ大鼠的大脑皮层神经元上,记录到ＡＴＰ激活的离子通道。此通道的电导为３２ｐＳ,对Ｎａ~＋,Ｋ~＋和Ｃｓ~＋无选择性通透,而对Ｃｌ~－不通透。通道开放时间分布直方图多数需用双指数拟合,少数可用单指数拟合;通道关闭时间分布直方图均需用双指数拟合。通道的平均开放时间和开放概率均不依赖于膜电位;但通道的开放概率随着激动剂ＡＴＰ浓度的增加而增大。当电极内液无ＡＴＰ时,无通道电流。六烃季胶和美加明不能阻断此通道。上述结果表明,新生大鼠的大脑皮层神经元胞体可能存在ＡＴＰ激活的离子通道。     

大鼠海马CA1区锥体细胞上一种 Ca2+依赖性KATP通道

KATP通道在细胞的新陈代谢与膜兴奋性的耦联中起重要作用.采用膜片钳的内面向外式记录方法,在成年大鼠海马CA1区锥体细胞上记录到一种被胞浆侧ATP和甲糖宁(tolbutamide,一种KATP通道阻断剂)抑制的Ca2+依赖性钾离子通道.在细胞膜内外的K+浓度均为140 mmol/L时,通道的电导为(204±21) pS,翻转电位为(3.57±1.13) mV,通道无整流性.通道开放概率及ATP对通道的抑制作用均呈现电压依赖性.该KATP通道与以往报道的"经典"KATP通道有显著不同,其活动受膜电位、胞内Ca2+和ATP三重调节,表明这是一种新型的KATP通道.上述结果表明在海马神经元上至少有两种性质不同的KATP通道,提示神经元可能通过不同性质的KATP通道感受细胞内的代谢状态,进而调节细胞膜的兴奋性.     

盐渍土壤大果沙枣树主要矿质阳离子的吸收和分配特征

为探明大果沙枣树体矿质离子渗透调节机制,比较分析了盐渍化生境中1～12a生树的根、枝和叶部主要矿质阳离子的吸收、分配特征。结果表明:(1)大果沙枣树体内Ca~(2+)的积累量最高(13.79 g/kg),K~+次之(5.92 g/kg),Na~+最低(1.00 g/kg);随着树龄的增大,大果沙枣根部的Na~+以及枝和叶部的K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的积累量均逐渐增大,而根部的K~+含量则逐渐减少;高龄段(10～12a)树体根部的Na~+累积量显著(P0.05)高于中低龄(1～9a)段。(2)大果沙枣树体内K~+/Na~+最大(15.36),Mg~(2+)/Na~+次之(12.25),Ca~(2+)/Na~+最小(10.51),根和枝部的K~+/Na~+均随着树龄的增大而降低,叶部则表现相反。(3)土壤中的K~+和Mg~(2+)向根方向、根部K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)向枝方向以及根部的K~+和Mg~(2+)向叶方向的选择运移系数均随着树龄的增大呈直线上升趋势。(4)土壤中Na~+与根部Na~+含量呈极显著正相关关系(0.687,P0.01),与叶部的K~+含量呈显著正相关(0.605,P0.05);土壤中K~+含量与根部的Na~+、叶部的K~+分别呈显著和极显著正相关(0.544,0.676),与根部的Mg~(2+)呈显著负相关关系(-0.499)。研究发现,大果沙枣树生长过程中主要通过根部对Na~+的聚积作用,以及K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)在枝、叶部的吸收积累来维持植物体离子平衡,以适应盐渍土壤环境。     

白细胞介素-6对新生大鼠海马神经元电压依赖离子通道和NMDA电流的影响

目的: 研究白细胞介素-6对海马神经元电压依赖离子通道和NMDA电流的影响.方法: 应用全细胞膜片钳技术观察IL-6对电压依赖性钠通道电流(INa),延迟整流性钾通道电流(IK),电压依赖性钙通道电流(ICa),NMDA(N-methyl-D-aspartate)受体通道电流的影响.结果: 50 ng/ml IL-6作用24 h后IK 和ICa明显减小,Cm明显增大.50,500 ng/ml时减小NMDA电流.结论: IL-6通过作用于电压依赖钾通道,钙离子通道及NMDA通道影响神经元功能.     

细胞外钠离子浓度对羊浦肯野纤维膜钠泵活动的影响

采用离子选择电极测量羊浦肯野纤维细胞膜内钠离子活度(~(ai)N_a),细胞间钾离子活度(a~ok)及细胞膜电位(v_m),观察不同浓度低钠,无钙液对其影响,在无钙低钠液中,细胞内Na~+逐出,α~iNa 降低,其变化速率,幅值与[Na]_o 相关,同时也受细胞 a~iNa 初始水平(aiNa(o))的影响。aiNa 下降6min 时的稳态水平与[Na]_o 呈直线正相关,这些结果表明,[Na]_o 降低时,细胞膜钠泵活动加强,细胞内 Na~+逐出增加,其最终结果是使 Na+跨膜梯度维持相对稳定,因而可以认为是 Na~+跨膜梯度而不是单纯的细胞内 Na~+控制膜钠泵活动。在低 Na~+液引起细胞内 Na~+主动逐出增加的同时,细胞膜出现超极化,[Na]_o 愈低,膜超极化程度愈高,从低钠液引起的 a~i_(Na),V_m,α~o_k 变化之间的时程关系看,膜超极化主要由加大的外向泵电流引起,同时发生的细胞间 K~+浓度变化对其也有一定影响。     

兴奋性氨基酸受体离子通道的新观点

中枢神经元至少有三种谷氨酸受体亚型,它们选择性地由谷氨酸结构类似物 N-methyl-D-aspartate(NMDA)、quisqualate 和 kainate 激活。NMDA 与其受体作用后可使 Na~+、K~+及 Ca~(2+)离子通透性增加,同时记录到40～50pS、5ms 的电导水平,Mg~(2+)离子可将其选择性阻断;而 quisqualate 和 kainate 与其受体作用后,仅 Na~+、K~+离子通透性增加,Ca~(2+)离子通透性无变化,此时记录到1～20pS,0.5ms 电导(kainate 引起的电导偏小),Mg~(2+)离子对其无作用。由于 NMDA,quisqualate 和 kainate 与各自的受体作用后引起不同的离子通透性、不同的电导水平,它们对 Mg~(2+)有不同的敏感性,因而传统上认为,谷氨酸受体的不同亚型有不同的离子通道。     

脉冲磁场对神经元动作电位发放的影响

磁场作用于生物体产生的生物效应被广泛研究。本文将脉冲磁场作用于神经元细胞,试图观察Na+通道的变化及其引起的动作电位的变化。选择频率15 Hz、强度1 mT的脉冲磁场刺激昆明小鼠大脑皮质神经元,随后进行全细胞膜片钳实验。结果显示,脉冲磁场延缓了Na+通道电流的激活,促进Na+通道电流的失活。基于经典的细胞三层介电模型,模拟了在脉冲磁场下细胞膜电位分布的极化图,结果显示诱发的膜电位大小与脉冲磁场的频率和强度有关。基于Hodgkin-Huxley(H-H)模型,仿真了脉冲磁场感应的电流作用于离子通道所产生的动作电位曲线,与不加刺激时候的曲线相比较,当外加电流在-1.32~0μA时,动作电位的产生频率减小,幅值降低;当外加电流大于0μA时,动作电位的产生频率增大,幅值变化不明显;当外加电流小于-1.32μA时,动作电位的上升时间快速变短,峰值剧烈降低,无法形成完整的动作电位,即无动作电位。以上结果提示,磁场刺激可通过调节Na+通道影响神经元动作电位的发放频率和幅值。     

脆性X综合征FMRP缺失对离子通道的异常调控

脆性X综合征(FXS)由脆性X智力低下蛋白FMRP表达降低甚至完全缺失引起,是最常见的遗传性智力缺陷综合征和孤独症谱系障碍的单基因致病因素。FMRP不仅可与离子通道mRNA结合,如电压门控钾通道(Kv3.1和Kv4.2)等,还直接与多个离子通道作用,如钠激活钾通道(Slack)等。FMRP的缺失导致神经元离子通道表达异常和功能失调,在不同的脑区和不同的神经细胞类型中引起特定的离子稳态失衡、膜电位改变和兴奋性失常,导致神经环路过度兴奋。现就FMRP缺失对不同离子通道的异常调控及其研究进展进行综述。