轴突上的电压门控离子通道

电压门控离子通道定位于轴浆膜的一定亚区，实现动作电位的发送与传导，也实现突触传递，因为通道控制着锋电位的形态和幅度、锋电位的重复发放形式，从而控制递质的释放（图2-2）。近来的文献提供了有关电压门控离子通道在神经元上的细致描述，这些结果清楚地说明了一个观点，就是在不同类型的神经元中，这些通道在轴突上有特定的排列方式，因此使得不同类型轴突的突触输出有更多的可塑性［4］。

胞体-树突整合多个输入，其电位变化在轴突始段积累起来，如超过阈值就会触发动作电位。以上是经典的观点，此观点的根据是，在始段有高度可兴奋区存在。动作电位发生的理论研究提示，与胞体-树突相比，始段的钠通道密度约为胞体-树突区的20～1000倍。因此，动作电位发生在神经元的轴突始段，这是一种极性发生。始段钠通道密度的首个证据来自视网膜神经节细胞，用的是广谱钠通道抗体。以后经过几次不太成功的实验，终于证明始段有高密度的功能性钠通道。实验之所以最终能得到成功，是因为在胞体及轴突上应用了钠成像方法以及外面向外的膜片钳记录。近来的研究表明，在大脑皮层锥体细胞的始段，可以得到钠依赖的最大荧光信号，或电压门控的钠电流。始段的钠电流密度是胞体的3～34倍。这个估算值由近来的另一实验结果得到了证实：在CA1区锥体细胞上用高度敏感的电子显微镜（electron microscope，EM）免疫金标记方法证实，与Nav1.6亚单位相联系的金颗粒密度是180/μm2，此结果跟以前用另一种方法得到的估计是完全可以比较的。在大脑皮层第Ⅴ层神经元的轴突始段上所得结果是，钠电流密度达2500 pS/μm2（约相当于150通道/μm2，给出17 pS的单元钠通道电导）。所以，电子显微镜材料与膜片钳方法的结果是可以互相印证的［4］。轴突始段是控制神经元兴奋性的一个关键性部位。短时间范围内，它可以接受神经递质的调节；长时间范围内，它可以接受活动及Ca2+依赖的调节［8］。

NaV通道可产生3种不同的钠电流，根据其各自的生物物理特征，它们可以互相区分开来：①快速失活、短暂钠电流（INaT）；②持久钠电流（INaP）；③再发动的钠电流（INaR），它是指被重极化所激活的电流。后两种电流是阈下的或接近阈值激动的，它们在调节神经元的兴奋性，调节神经元的重复放电方面起关键的作用。INaP负责放大阈下的兴奋性突触后电位（excitatory postsynaptic potential，EPSP），这个INaP主要产生于轴突近端。INaR被认为在重复放电时易化重复兴奋，在嗅周围皮层锥体细胞的轴突始段产生。INaR可能在轴突各部分都有，因为近来的研究表明，在萼突触上，这个电流可以成形突触前动作电位［4］。

钾通道是神经元兴奋性的关键调节物，它调整静息膜电位以及电位发放阈值，具有限制兴奋性的作用。轴突始段也表达特异电压门控钾通道（KV）的电导，Kv1通道调节轴突的锋电位时程，Kv1.1、Kv1.2通常与始段相关联。不论兴奋性神经元还是抑制性的皮层和海马神经元，与Nav1.6的位置相比较，Kv1.1、Kv1.2似乎倾向于分布在更靠远侧端一点。在始段的远侧端，这些通道所携带的电流10倍于胞体的电流。它们属于低电压激活电流的家族，因为有相当部分的电流早在靠近静息膜电位的那个电压时就激活了。爆发放电时，这些通道也直接参与高保真度动作电位的幅度［4］。

Kv2.2存在于斜方体内侧核神经元的始段。当重复刺激时，它促进锋电位之间的超极化，从而有利于极高速频率的发放。许多中枢神经元的轴突始段也表达Kv7.2和Kv7.3，它们发生M电流(5)，有时候也称为KCNQ通道（KCNQ channel）。在海马主细胞，这些通道对于调节动作电位的发放是必需的，它们调节静息膜电位及动作电位阈值［4］。

近来有人认为，始段也存在钙通道。用双光子钙成像方法，有作者显示T型、R型电压门控钙通道，它们定位于脑干车轮细胞（cartwheel cell）的始段。此研究还报道，在浦肯野细胞和新皮层锥体细胞的始段有钙通道。这些钙通道调节放电特征，例如锋电位时间、爆发的锋电位、动作电位阈值。因多巴胺受体激活而发生的T型钙通道下调，是调节动作电位输出的一个强有力途径。应用钙成像、药理学、免疫化学等方法，近来有研究报道，在大脑皮层第Ⅴ层的新皮层锥体神经元有PQ型和N型钙通道。这些通道由于激活了钙激活的BK通道，而决定锥体细胞的兴奋性［4］。

跳跃式传导之所以成为可能，还因为郎飞结旁表达钾通道Kv1.1和Kv1.2以及郎飞结上表达Kv3.1b和Kv7.2/7.3，这些都可以减少轴突的再兴奋。在有髓神经纤维的郎飞结区，也可以遇到钙或钠激活的其他钾通道［4］。

轴突传导最后到达末梢，打开突触前钙通道Cav2.1和Cav2.2（图2-3），激活化学传递。在小脑篮状细胞轴突的路过性终扣，应用成像技术已证实有钙通道存在。在那里，它们可能触发递质释放。有报道称，在轴突分叉点也可以出现钙内流活跃的点，但其功能意义不太清楚。它们可能调控轴突分支处的信号传输。此外，L型钙通道Cav1.2在海马的所有胞体-树突上仅稀少表达。在海马轴突及苔状纤维末梢，这种通道可以明显地被免疫电子显微镜所标记［4］。

图2-3　钠通道、钾通道、钙通道在有髓轴突不同区隔上分布的模式图（彩图见图版此处）

上为钠通道，中为钾通道，下为钙通道。细胞体由锥体形状代表，通道密度用颜色的不同深浅表示，髓鞘用灰色表示。NoR：郎飞结；AIS：轴突始段。不确定定位用灰色字体表示并加问号。（图引自［4］）

在突触前末梢、垂体、萼突触终末，也在海马苔状纤维末梢，都可以鉴定出功能性钠通道Nav1.2。它可能是唯一表达于末梢的钠通道同工分子。这一点和它唯一地靶向到轴突无髓鞘部分是一致的。突触前末梢的钾通道KV有很大的多样性，Kv1.1和Kv1.2亚单位主要在许多轴突末梢发现，苔状纤维末梢和终扣富含Kv1.4亚单位，这3个亚单位决定了锋电位时程而且调节递质释放。KV通道的另一主要功能是防止突触前末梢不至于受畸变动作电位的侵入而兴奋［4］。

Kv1通道在低阈值时激活，而Kv3通道典型地是高电压激活的，它们都在兴奋性及抑制性神经元末梢被鉴定。从功能上看，Kv3通道使动作电位保持的时间比较短暂，因此限制了钙内流，从而减少递质释放的概率［4］。

Kv7通道也存在于终末前轴突终末。在Schaffer侧枝(6)输入处，M通道的特异抑制剂SE991可抑制突触传递；而M通道开放剂瑞替加滨（retigabine，抗癫痫药）具有相反的效应。这提示，在Schaffer侧枝上有突触前Kv7通道。但应当注意，这些效应是在实验条件下看到的，在那里M通道是激活的，此时细胞外处于高钾浓度的条件，这是一种实验性的结果［4］。

其他抑制作用通道，如超极化激活的核苷酸门控阳离子通道（HCN），在无髓纤维及轴突末梢都有表达。HCN通道也在鼠与人萼突触的巨突触前终末、无髓纤维的外周轴突终末被发现。典型的HCN通道特征也在离体和活体的小脑苔状纤维终扣处被看到。HCN通道的突触后功能现在已比较清楚，但它们在终末前轴突上的作用还不太清楚。它们可能稳定轴突末梢的膜电位。例如，小脑篮状细胞的轴突特别短，产生于树突-胞体的任何超极化或去极化都可能明显改变末梢膜电位，从而改变递质的释放。这样，终末的高密度HCN通道或能很好地稳定膜电位。可见，这是一个强有力的手段，以防止轴突末梢的电压波动［4］。

除了电压门控电导以外，轴突和末梢也含有几个离子激活的电导，包括大电导钙离子激活钾通道（BK，也称为Maxi-K或Slo1通道），还有小电导钙激活钾通道（small conductance calcium-activated potassium channel，SK channel）以及钠离子激活钾通道（KNa）。这些都是在去极化时激活的通道。当轴突被传播进行的动作电位所兴奋时，所有这些通道都会限制神经末梢的兴奋性，防止它们发生不受调节的重复放电［4］。

突触前终末也有G蛋白门控内向整流钾通道（G protein-gated inwardly rectifying channel，GIRK）。在大脑皮层和小脑中，这种通道被GABAB受体所激活，其作用被认为是调节动作电位宽度［4］。