容积传递

容积传递（Volume Transmission， VT）是中枢神经系统中一种与突触传递互补的细胞间通讯模式。它特指神经递质、神经调质及其他信号分子从释放点通过细胞外间隙和脑脊液进行三维扩散，以作用于远处（微米至毫米级）的靶细胞，从而产生大范围、持久性的调节效应。这一概念由瑞典神经科学家K. Fuxe和L.F. Agnati于1986年正式提出，强调了脑内信息处理的去局部化和网络化特性。

1. 核心特征

• 空间范围广：信号分子的作用范围远超经典的突触间隙（约20-40 nm），可影响同一脑区内甚至不同脑区的多个神经元和胶质细胞。

• 时间进程慢：效应起始和持续的时间（秒至分钟、小时）远长于突触传递（毫秒级）。

• 信号分子多样性：主要是单胺类（多巴胺、去甲肾上腺素、5-羟色胺）、神经肽类（内啡肽、P物质等）、气体信号分子（一氧化氮）以及嘌呤类（ATP/腺苷）。

• 受体定位：靶细胞上的受体常位于突触外区域（extrasynaptic），对低浓度递质具有高亲和力。

• 非点对点性：是一种“广播”式的信号传递，不要求释放点与靶点之间形成精确的解剖学连接。

2. 与突触传递的比较

• 突触传递（“连线传输”）：

  • 结构：高度特化的突触前-突触后结构。

  • 距离：极短（纳米级）。

  • 速度：极快（亚毫秒级）。

  • 特异性：高，点对点。

  • 分子：主要为经典小分子递质（谷氨酸、GABA、ACh）。

  • 功能：介导快速、精确的信息传输和反射。

• 容积传递（“无线传输”）：

  • 结构：依赖弥散的细胞外间隙。

  • 距离：长（微米至毫米）。

  • 速度：慢（秒至分钟）。

  • 特异性：较低，依赖于区域内受体的分布。

  • 分子：主要为神经调质和神经肽。

  • 功能：设定神经网络的状态、基调或增益，调控注意、情绪、动机等全局性功能。

3. 发生机制与结构基础

• 释放：可通过常规的突触囊泡胞吐（随后从突触间隙“溢出”），或从曲张体（variocisity， 单胺能神经元轴突上串珠状的膨大结构）的非突触部位释放。

• 扩散媒介：

  • 细胞外间隙：是一个曲折的、充满细胞外基质的迷宫样空间，约占脑体积的15-20%。信号分子在其中以扩散和对流方式移动。

  • 脑脊液：某些信号分子（特别是神经肽）可进入脑室系统和蛛网膜下腔的脑脊液，进行更远距离的运输。

• 清除与终止：通过细胞外酶的降解、胶质细胞和神经元的再摄取转运体（效率通常低于突触部位）以及简单的扩散稀释来实现。

4. 功能意义
容积传递使神经系统能够实现全局性的状态调节和大范围的协同活动：

• 设定行为状态：如脑干蓝斑核释放的去甲肾上腺素，通过VT广泛投射至全脑，调节觉醒、注意和警觉水平；中缝核的5-羟色胺系统调节情绪和睡眠-觉醒周期。

• 调节突触可塑性的阈值：例如，多巴胺和去甲肾上腺素的容积传递可作为“教导信号”，决定特定时刻的突触活动是否值得被巩固为长时记忆（符合三因素学习规则）。

• 协调神经网络振荡：有助于同步化大范围神经元群体的活动，产生脑节律（如θ波、β波）。

• 介导稳态和适应性反应：如腺苷通过VT的积累，传递“睡眠压力”信号。

• 胶质细胞网络调节：星形胶质细胞释放的胶质递质（如ATP， D-丝氨酸）也常通过VT方式发挥作用。

5. 研究方法
研究VT极具挑战性，因其缺乏明确的结构边界。

• 药理学：全身或局部给予受体拮抗剂/激动剂，观察对广泛脑区功能的影响。

• 微透析：在特定脑区植入探针，收集和分析细胞外液中信号分子的浓度，监测其在行为状态下的动态变化。

• 快速扫描循环伏安法：实时监测细胞外多巴胺等单胺类物质的快速动态。

• 计算建模：基于扩散方程和已知的ECS结构参数，模拟信号分子在脑内的扩散动力学。

• 成像技术：使用高分辨率成像结合报告系统，尝试可视化信号分子的扩散过程。

6. 病理关联
容积传递系统的失调与多种神经系统疾病相关：

• 帕金森病：黑质多巴胺能神经元的变性，导致纹状体及其他脑区多巴胺的VT严重受损，影响运动和非运动症状。

• 抑郁症：单胺类（5-HT， NE）和神经肽类信号的VT异常是核心病理假说之一。

• 精神分裂症：涉及中脑边缘系统多巴胺VT的失调。

• 药物成瘾：成瘾性药物（如可卡因、安非他命）劫持并异常增强多巴胺等奖赏系统的VT，产生持久的渴求和复吸行为。

• 阿尔茨海默病：细胞外间隙的几何形状和清除能力改变（如淋巴系统功能障碍），可能影响Aβ等毒性物质的扩散和清除，也影响正常VT功能。

• 偏头痛：皮层扩散性抑制波可能涉及VT样的大规模离子和神经递质扩散。

关键词（Keywords）

• 容积传递 Volume Transmission (VT)

• 细胞外间隙 Extracellular Space (ECS)

• 神经调质 Neuromodulator

• 突触外受体 Extrasynaptic Receptors

• 去甲肾上腺素 Norepinephrine

• 多巴胺 Dopamine

• 脑网络状态 Brain Network State

参考文献

1. Fuxe, K., Dahlström, A. B., Jonsson, G., et al. (2010). The discovery of central monoamine neurons gave volume transmission to the wired brain. Progress in Neurobiology, *90*(2), 82–100.（核心综述）

2. Agnati, L. F., Fuxe, K., Zoli, M., Ozini, I., Toffano, G., & Ferraguti, F. (1986). A correlation analysis of the regional distribution of central enkephalin and beta-endorphin immunoreactive terminals and of opiate receptors in adult and old male rats. Evidence for the existence of two main types of communication in the central nervous system: the volume transmission and the wiring transmission. Acta Physiologica Scandinavica, *128*(2), 201–207.（概念提出论文）

3. Zoli, M., & Agnati, L. F. (1996). Wiring and volume transmission in the central nervous system: the concept of closed and open synapses. Progress in Neurobiology, *49*(4), 363–380.

4. Syková, E., & Nicholson, C. (2008). Diffusion in brain extracellular space. Physiological Reviews, *88*(4), 1277–1340.（聚焦ECS结构与扩散物理）

5. Descarries, L., & Mechawar, N. (2000). Ultrastructural evidence for diffuse transmission by monoamine and acetylcholine neurons of the central nervous system. Progress in Brain Research, *125*, 27–47.（形态学证据）

6. Rice, M. E., & Cragg, S. J. (2008). Dopamine spillover after quantal release: rethinking dopamine transmission in the nigrostriatal pathway. Brain Research Reviews, *58*(2), 303–313.（多巴胺容积传递的经典研究）