第2章 神经元和神经胶质细胞

THE NEURON DOCTRINE 神经元学说
The Golgi Stain
高尔基染色
Cajal’s Contribution Cajal的贡献
为了研究脑细胞的结构，科学家们克服了许多困难。 首先是脑细胞太小了, 大部分细胞直径在0.01-0.05 mm之 间。肉眼看不到。 17世纪后叶发明复杂的显微镜之后，细胞神经科学才有进 步。 为了用显微镜观察脑组织，需要把脑组织切成薄片，且最 佳厚度不能超过细胞直径。 但脑组织软得像一碗凝胶，根本无法切成薄片。 因此，需要一种固定组织而不破坏结构的方法, 又能切脑 薄片的设备。 19 世 纪 早 期 ， 科 学 家 们 发 明 了 将 组 织 浸 入 甲 醛 (formaldehyde)中使之变硬的方法，即“固定(fix)”。他 们还发明了一种切片机(microtome)来切脑薄片。
(a)
(b)
(c)
Page 35. Figure A Neurons in a human brain with Alzheimer’s disease. Normal neurons contain neurofilaments but no neurofibrillary tangles. (a) Brain tissue stained by a method that makes neuronal neurofilaments fluoresce green, showing viable neurons. (b) The same region of the brain stained to show the presence of tau within neurofibrillary tangles, revealed by red fluorescence. (c) Superimposition of images in parts a and b. The neuron indicated by the arrowhead contains neurofilaments but no tangles and, therefore, is healthy. The neuron indicated by the large arrow has neurofilaments but also has started to show accumulation of tau and, therefore, is diseased. The neuron indicated by the small arrow in parts b and c is dead because it contains no neurofilaments. The remaining tangle is the tombstone of a neuron killed by Alzheiner’s disease.
转录（transcription） 翻译（translation）
DNA－－－－－－－－ mRNA －－－－－－－蛋白质
The “reading” of the DNA is known as gene expression, and the final product of gene expression is the synthesis of remarkable molecules called proteins.
Cajal 绘 制 的 人大脑皮层内 控制随意运动 的区域，字母 标记的是不同 Santiago Samóny Cajal 神经元。
源自文库
THE PROTOTYPICAL NEURON 典型的神经元
The Soma 胞 体 The Neuronal Membrane 神经元膜 The Cytoskeleton 细胞骨架 The Axon 轴 突 Dendrites 树 突
Cajal’s Contribution Cajal的贡献
Santiago Samóny Cajal 是一位组织学家与艺术家（与Golgi同时 代的西班牙人）。 他用Golgi染色法染出了许多脑区的环路。 但Cajal与Golgi对神经元持完全相反的论点。Golgi认为不同神经 元的突起相互熔合形成连续的网状结构，类似于循环系统中的动 脉与静脉。 而Cajal则认为：神经元的突起不是连通的，它们通过接触而非连 通传递信息。这种和细胞理论相一致的观点称为神经元学说 （neuron doctrine）。 虽然 Cajal 和 Golgi 分享了1906 年的诺贝尔奖，但是他们始终坚持 不同观点。 直到20世纪50年代电子显微镜发明后，证实了neuron doctrine。 电子显微镜强大的分辨能力最终能看到不同神经元的突起不是相 互连通的。
Nissl stain 非常有用－－它可以区分神经元和胶 质细胞；可以研究不同脑区神经元的排列，或细胞 构筑（ cytoarchitecture ）。对于细胞构筑的研究 使我们认识到大脑由许多不同的特异性区域组成， 现在我们知道这些区域都有不同的功能。
细胞核周围的深色斑块是尼氏小体
The Golgi Stain 高尔基染色
神经元膜
神经元膜（ neuronal membrane ）作为 一个屏障把细胞质包裹于神经元内，并 阻止细胞外的某些物质进入膜内。膜厚 约 5 nm，镶嵌有蛋白质。 神经元的一个重要特征是：胞体、树突、 轴突膜的蛋白质组成均不同。
细胞骨架
细胞骨架（cytoskeleton）－－细胞内的支架， 维持神经元的形状。包括微管、微丝、神经丝。 它们不是静态的，而是处于持续的运动中。
线粒体
线粒体（mitochondrion）－－长约 1μm的香肠形结构。外 膜闭合，内膜反复折叠形成嵴，嵴内是基质。 Mitochondrion 是细胞呼吸的场所－－当线粒体“吸气”时， 细胞液中的丙酮酸（糖、蛋白质和脂肪的消化产物）和氧气 被吸进来，经 Krebs（英籍德国科学家 Hans Krebs 1937年 发现），产生 ATP，为细胞提供能量；当线粒体“呼气”时， 释放 ATP（一个丙酮酸分子可释放17个ATP分子）。
同样的组织用不同的组织学染色方法会产生多么惊人 的差异！ 今天神经组织学仍然是神经科学里一个活跃的领域， 他们的信条是：“脑研究的主要成就来自于染色”。
Nissl stain 的神经元
Golgi stain 的神经元
脑片染色实例：我们实验室的工作 Nissl stain
Immunohistochemistry
Chapter 2 Neurons and Glia
第 2章 神经元和神经胶质细胞
引 言 神经元学说 INTRODUCTION THE NEURON DOCTRINE CLASSIFYING NEURONS GLIA CONCLUDING REMARKS
THE PROTOTYPICAL NEURON 典型的神经元★ 神经元的分类 神经胶质细胞 结 语

Smooth Endoplasmic Reticulum and the Golgi Apparatus 滑面内质网和高尔基体
滑面内质网（ smooth endoplasmic reticulum ） －－简称滑面 ER 。很像不附着核糖体的粗面 ER 。 滑面 ER 有很多不同的种类，且在不同的地方有 不同的功能。一些滑面 ER 参与蛋白质分子的加 工处理，另一些调节细胞内物质（如钙）的浓 度。
微管
微管（microtubule）－－较大，直径 20 nm，沿神 经突起纵向排列。笔直、壁厚的中空管子。微管壁由微 管蛋白链组成。神经元内的各种信号通过调节微管蛋白 链的聚合和解聚来调控神经元的形状。
微丝
微丝（ microfilament ）－－直径仅 5 nm ，和细胞膜 厚度相当。微丝遍布于神经元，在神经突起中更多。微 丝由两股细链盘绕而成，每股链都是肌动蛋白的聚合物。 肌动蛋白是所有类型的细胞 ( 包括神经元 ) 中含量最丰富 的蛋白质之一，它参与细胞形状的改变。
神经丝
神经丝（ neurofilament ）－－直径为 10 nm ，介 于微管和微丝之间。神经丝由许多亚单位组成。每个 亚单位由三条蛋白质链互相盘绕成弹簧一样紧凑的结 构。和微管和微丝不同，这些链由单独的蛋白分子组 成，这种结构使神经丝有很强的机械强度。
Alzheimer’s Disease and the Neuronal Cytoskeleton
The Soma 胞 体
典型神经元的胞体直径约 20μm。 细胞内有细胞液（cytosol）（富含钾的盐溶 液），神经细胞膜把它与外界环境隔开。 胞体内存在许多膜质闭合的结构，统称为细 胞器（organelle）。 神经元胞体内有细胞核、粗面内质网、滑面 内质网、高尔基体和线粒体。细胞膜内所有 的物质（除核以外）统称为细胞质 （cytoplasm）。
INTRODUCTION
这一章介绍神经系统两类不同细胞－－神经 元和神经胶质细胞的结构。 人脑中有许多神经元（约1000亿个）。神经 元能感知环境的变化，再将信息传递给其它 神经元，并指令机体作出反应。对于大脑的 独特功能来说，神经元是最重要的。 神经胶质细胞的数量多于神经元10倍。神经 胶质细胞主要起隔离、支持及营养周围神经 元的作用。
Golgi stain 的神经元
Golgi stain 表明神经元至少有两个明显不同的部分 －－细胞体（cell body）和神经突起（neurite）。 cell body 又称为胞体（soma）、核周体 （perikaryon）。 neurite 有两种类型：树突（dendrite）和轴突 （axon）。 cell body 一般只有一个 axon ， axon 可以达 1 m 或更长。传送 输出信号。 Dendrite 很少超过 2 mm 。树突 从胞体延伸出后逐渐变细形成一 点。接收输入信号。
这些技术的进步孕育了组织学（ histology ），即用 显微镜来研究组织结构。 但新鲜制备的大脑在显微镜下呈均一的奶油色。组织 没有色差，因此无法识别单个细胞。 神经组织学最后的突破是细胞染色法的发明，即选择 性地染大脑组织内的部分细胞。 19 世纪后期德国神经科学家 Franz Nissl 发明的染色 方法一直沿用至今。 Nissl 发现一类碱性染料可以染所有神经元的核及核 周的斑块物质。这些斑块称为尼氏小体，而这种染色 方法也被称为尼氏染色（Nissl stain）。
Gene Transcription
Rough Endoplasmic Reticulum 粗面内质网
粗面内质网（ rough endoplasmic reticulum ）简称 粗面ER，位于细胞核附近，是成堆的闭合膜，膜上附 有密集的球状结构－－核糖体（ribosome）。 粗面ER是神经元中蛋白质合成的主要场所。
高尔基体（ Golgi apparatus ）－－ Camillo Golgi 在 1898 年首次发现。细胞体中圆盘状的成堆的膜闭 合物，离核最远。 功能－－是蛋白质 “ 翻译后 ” 进行大量化学修饰的 场所；同时把转运到神经元不同部位（如 axons and dendrites）的蛋白质进行分类整理。
Nissl stain 并 不 能 解 决 所 有 问 题 。 Nissl stain 的神经元看起来像一团有 核的原生质。而神经元远非如此。 直到意大利组织学家 Camillo Golgi发 表他的工作，人们对神经元才有了更多 的认识。 1873年，Golgi 发现，大脑组织浸泡在 称为高尔基染液的铬酸银溶液中，神经 元被完整地染成黑色。 说明 Nissl stain 显示的核周围的区 域（神经元的细胞体）只是整个神经元 结构的一小部分。
The Nucleus 细胞核
细胞核（ nucleus ）呈球状，位于中心，直径约 5-10 μm。 Nucleus 内有染色体（ chromosome ），它由遗传物质 DNA （脱氧核糖核酸）组成。每个神经元内的 DNA 都是 相同的，并且同肝、肾细胞的DNA也一样。神经元和肝 细胞的差异在于组成细胞的DNA特异片段不同。 所谓分子生物学，就是研究：从细胞核内DNA开始，到 蛋白质分子合成为止的过程。分子生物学的 “ 中心法 则”归纳如下：