突触前末梢

突触前末梢（Presynaptic Terminal），也称突触前终扣（Presynaptic Bouton）或轴突终末（Axon Terminal），是神经元轴突（Axon）末端高度特化的膨大部分，是化学性突触（Synapse）的信息传出端。其主要功能是将神经元接收和整合的电信号（动作电位）精确地转化为化学信号（神经递质释放），从而将信息传递给下一个神经元或效应细胞。

1. 结构与组成
突触前末梢是一个高度复杂且结构化的分泌细胞器，其核心组分包括：

• 电压门控钙通道（Voltage-Gated Calcium Channels, VGCCs）：位于活动区（Active Zone）的细胞膜上，是动作电位引发递质释放的关键分子。去极化导致其开放，钙离子（Ca²⁺）内流。

• 突触小泡（Synaptic Vesicles）：直径约40-50 nm的囊泡，内部储存着神经递质（如谷氨酸、GABA、多巴胺等）。根据功能状态可分为：

  • 可释放池（Readily Releasable Pool）：已停靠在活动区、与质膜对接（Docked）并预融合（Primed）的小泡，可被钙离子快速触发释放。

  • 循环池（Recycling Pool）：正在被再填充或准备进入可释放池的小泡。

  • 储存池（Reserve Pool）：通过突触素（Synapsin）等蛋白锚定在细胞骨架上的小泡，作为后备补充。

• 活动区（Active Zone）：位于突触前膜内侧、与突触后致密区（Postsynaptic Density, PSD）相对的蛋白质密集区域。是突触小泡锚定、预融合和释放的精确位点，包含多种关键蛋白，如：

  • SNARE复合体：介导膜融合的核心机器（突触小泡蛋白VAMP/小突触泡蛋白、 突触融合蛋白Syntaxin、 SNAP-25）。

  • Munc18、 Munc13：调节SNARE复合体组装和预融合的蛋白。

  • RIM（Rab3-Interacting Molecule）：钙通道的支架蛋白，确保钙离子微域与释放传感器紧密靠近。

  • 突触结合蛋白（Synaptotagmin）：主要钙离子传感器（Calcium Sensor），感受钙离子内流并触发膜融合。

• 线粒体：为囊泡循环、递质再合成和离子泵提供ATP能量。

• 内吞机制组件：如网格蛋白（Clathrin）、发动蛋白（Dynamin）等，负责在递质释放后快速内吞（Endocytosis）膜成分，以回收小泡并维持膜稳态。

2. 功能与过程：突触传递的核心步骤

1. 动作电位到达：动作电位沿轴突传导至末梢，引起膜去极化。

2. 钙离子内流：去极化激活活动区的VGCCs，导致大量Ca²⁺在毫秒内内流，形成局部高浓度钙微域。

3. 囊泡融合与递质释放：钙离子与突触结合蛋白结合，触发SNARE复合体构象改变，驱动突触小泡与突触前膜完全融合，通过胞吐（Exocytosis）将递质量子化地释放到突触间隙（Synaptic Cleft）。此过程速度极快（<1毫秒）。

4. 囊泡内吞与再循环：释放后的囊泡膜成分通过网格蛋白介导的内吞或快内吞等方式被回收，在末梢内重新形成新的突触小泡，并装载递质，进入下一轮循环。

3. 调节与可塑性
突触前末梢的功能并非固定不变，其释放概率（Release Probability, Pr）受多种因素调节，是短时程突触可塑性（Short-Term Plasticity）的主要位点，如：

• 易化（Facilitation）：高频刺激后，残留钙离子增加，导致后续释放概率暂时升高。

• 压抑（Depression）：由于可释放池耗尽或反馈抑制，导致释放概率暂时降低。

• 长时程可塑性（Long-Term Plasticity）：如长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）也可通过改变释放概率（突触前LTP/LTD）来实现，通常涉及第二信使通路的持续改变。

4. 生理与病理意义
突触前末梢功能的精确调控是正常神经网络信息处理、学习和记忆的基础。其功能障碍与多种神经系统疾病密切相关：

• 神经毒素靶点：肉毒杆菌毒素和破伤风毒素通过切割SNARE蛋白，特异性阻断递质释放。

• 神经退行性疾病：在阿尔茨海默病、帕金森病早期，突触前功能障碍常先于神经元死亡出现。

• 癫痫：突触前释放失控可能导致异常兴奋。

• 精神疾病：与突触前蛋白（如RIM, Neurexin）相关的基因变异与自闭症、精神分裂症风险相关。

关键词（Keywords）

• 突触前末梢 Presynaptic Terminal / Presynaptic Bouton

• 活动区 Active Zone

• 突触小泡 Synaptic Vesicle

• SNARE复合体 SNARE Complex

• 突触结合蛋白 Synaptotagmin

• 电压门控钙通道 Voltage-Gated Calcium Channel (VGCC)

• 量子化释放 Quantal Release

参考文献

1. Südhof, T. C. (2012). The presynaptic active zone. Neuron, *75*(1), 11–25. （突触前活动区研究的权威综述）

2. Rizo, J., & Xu, J. (2015). The synaptic vesicle release machinery. Annual Review of Biophysics, *44*, 339–367.

3. Kaeser, P. S., & Regehr, W. G. (2014). Molecular mechanisms for synchronous, asynchronous, and spontaneous neurotransmitter release. Annual Review of Physiology, *76*, 333–363.

4. Alabi, A. A., & Tsien, R. W. (2012). Synaptic vesicle pools and dynamics. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, *4*(8), a013680.

5. Südhof, T. C. (2013). Neurotransmitter release: the last millisecond in the life of a synaptic vesicle. Neuron, *80*(3), 675–690.

6. Chapman, E. R. (2008). How does synaptotagmin trigger neurotransmitter release? Annual Review of Biochemistry, *77*, 615–641.