Dẫn truyền khớp thần kinh và các chất dẫn truyền thần kinh

Dẫn truyền khớp thần kinh là quá trình một neuron truyền tín hiệu cho neuron khác tại khớp thần kinh. Ở dạng phổ biến nhất — dẫn truyền hóa học — một điện thế hoạt động đến sẽ kích hoạt giải phóng các phân tử chất dẫn truyền thần kinh khuếch tán qua khe khớp thần kinh và tác động lên các thụ thể của tế bào nhận. Bản chất của chất dẫn truyền thần kinh và các thụ thể của nó quyết định liệu tín hiệu đó kích thích, ức chế hay điều hòa tế bào đích.

Definition

Dẫn truyền khớp thần kinh là sự truyền tín hiệu từ một neuron tiền khớp thần kinh đến một tế bào hậu khớp thần kinh, theo cách cổ điển là thông qua sự giải phóng chất dẫn truyền thần kinh phụ thuộc canxi để kích hoạt các thụ thể hậu khớp thần kinh; chất dẫn truyền thần kinh là các phân tử tín hiệu mang thông tin này.

Scope

Chủ đề này bao gồm các bước của dẫn truyền khớp thần kinh hóa học — sự hợp nhất túi tiết được kích hoạt bởi canxi, giải phóng chất dẫn truyền thần kinh, kích hoạt thụ thể và chấm dứt tín hiệu — cùng với các hệ thống chất dẫn truyền thần kinh chính (như glutamate, GABA, acetylcholine và các monoamine) và sự phân biệt giữa thụ thể ionotropic và metabotropic. Đây là một khảo sát tham khảo về các cơ chế và không đưa ra hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Điện thế hoạt động kích hoạt giải phóng chất dẫn truyền thần kinh tại đầu tận cùng tiền khớp thần kinh như thế nào?
• Các thụ thể hậu khớp thần kinh chuyển đổi tín hiệu hóa học thành phản ứng điện hoặc sinh hóa như thế nào?
• Điều gì phân biệt các hệ thống chất dẫn truyền thần kinh chính và các loại thụ thể của chúng?
• Tín hiệu khớp thần kinh được chấm dứt và chất dẫn truyền được loại bỏ như thế nào?

Key concepts

• Túi tiết khớp thần kinh và bộ máy SNARE
• Sự xuất bào được kích hoạt bởi canxi
• Khe khớp thần kinh và sự khuếch tán
• Thụ thể ionotropic so với metabotropic
• Chất dẫn truyền thần kinh kích thích và ức chế
• Tái hấp thu và loại bỏ chất dẫn truyền thần kinh

Key theories

Giả thuyết canxi về sự giải phóng túi tiết

Dòng canxi đi vào được điều khiển bởi điện thế hoạt động tại đầu tận cùng kích hoạt sự hợp nhất của các túi chứa chất dẫn truyền thần kinh với màng, với bộ máy SNARE và cảm biến canxi synaptotagmin làm trung gian cho sự giải phóng nhanh chóng, đồng bộ.

Mechanisms

Khi một điện thế hoạt động đến đầu tận cùng tiền khớp thần kinh, các kênh canxi cổng điện thế mở ra và dòng canxi đi vào được synaptotagmin phát hiện, chất này hoạt động cùng với phức hợp SNARE để thúc đẩy sự hợp nhất đồng bộ của các túi chứa chất dẫn truyền thần kinh, một trình tự mà Südhof và Chapman đã phân tích ở cấp độ phân tử. Chất dẫn truyền được giải phóng khuếch tán qua khe khớp thần kinh và liên kết với các thụ thể hậu khớp thần kinh: các thụ thể ionotropic mở trực tiếp các kênh ion để tạo ra các điện thế kích thích hoặc ức chế nhanh, trong khi các thụ thể metabotropic hoạt động thông qua các protein G để tạo ra các hiệu ứng điều hòa chậm hơn, như được minh họa bởi tín hiệu thụ thể dopamine. Tín hiệu được chấm dứt bởi các chất vận chuyển tái hấp thu, sự phân hủy enzyme hoặc khuếch tán ra khỏi khớp thần kinh.

Clinical relevance

Nhiều loại thuốc tác động lên hệ thần kinh hoạt động bằng cách thay đổi dẫn truyền khớp thần kinh — ví dụ bằng cách thay đổi giải phóng chất dẫn truyền thần kinh, chặn hoặc kích hoạt thụ thể, hoặc ức chế tái hấp thu — do đó các cơ chế trong chủ đề này cung cấp nền tảng thiết yếu để hiểu về dược lý thần kinh. Mục này mang tính giáo dục và không phải là cơ sở cho các quyết định kê đơn hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Chủ đề này được hỗ trợ bởi nghiên cứu phân tử và sinh lý học về sự hợp nhất túi tiết, dược lý thụ thể và các hệ thống chất dẫn truyền thần kinh hơn là bởi các hướng dẫn lâm sàng, và được tổng hợp trong các tài liệu tham khảo tiêu chuẩn về khoa học thần kinh và dược lý học.

History

Bản chất hóa học của dẫn truyền khớp thần kinh được thiết lập vào đầu thế kỷ 20, đáng chú ý là bởi sự chứng minh của Otto Loewi về một chất truyền tin hóa học và bởi phân tích định lượng của Bernard Katz về sự giải phóng tại khớp thần kinh cơ. Công trình phân tử sau này đã xác định các protein SNARE và cảm biến canxi synaptotagmin điều khiển sự hợp nhất túi tiết, trong khi việc mô tả các họ thụ thể đã làm rõ cách các chất dẫn truyền thần kinh khác nhau tạo ra sự kích thích, ức chế hoặc điều hòa.

Key figures

• Bernard Katz
• Thomas Südhof
• Edward Chapman
• Otto Loewi

Seminal works

• sudhof-2013
• chapman-2008
• beaulieu-gainetdinov-2011

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa thụ thể ionotropic và metabotropic là gì?

Thụ thể ionotropic là các kênh ion mở trực tiếp khi một chất dẫn truyền thần kinh liên kết, tạo ra các phản ứng nhanh, trong khi thụ thể metabotropic hoạt động thông qua các chuỗi tín hiệu nội bào để tạo ra các hiệu ứng điều hòa chậm hơn, kéo dài hơn.

Tại sao canxi lại quan trọng đối với việc giải phóng chất dẫn truyền thần kinh?

Sự xuất hiện của một điện thế hoạt động mở các kênh canxi cổng điện thế, và canxi đi vào là yếu tố kích hoạt khiến các túi chứa chất dẫn truyền thần kinh hợp nhất với màng và giải phóng các chất bên trong.