短时程可塑性

1. 简介

短时程可塑性（Short-Term Plasticity, STP）是指突触传递效率在短时间内（从几毫秒到几分钟）发生变化的现象。STP包括一系列机制，使得突触强度可以在短时间内动态调整，以响应神经元的活动模式。这种可塑性在信息处理、学习和记忆中起重要作用。

2. 短时程可塑性的类型

    1. 突触前机制：

        - 突触前促进（Facilitation）：在短时间内连续的刺激导致突触后反应增强，通常由于突触前钙离子积累，增加神经递质释放。

        - 突触前抑制（Depression）：连续的刺激导致突触后反应减弱，通常由于突触前神经递质储备耗尽或突触前抑制机制的激活。

    2. 突触后机制：

        - 突触后增强（Post-Tetanic Potentiation, PTP）：高频刺激后突触强度增强，持续时间从几秒到几分钟。

        - 突触后抑制：突触后膜的受体敏感性降低或受体去敏化导致的突触后反应减弱。

3. 突触前机制

    1. 钙离子积累：

        - 机制：突触前促进的主要机制是突触前钙离子浓度的积累。每次动作电位到达突触前膜，钙通道开放，钙离子内流。当刺激频率较高时，钙离子不能完全被清除，导致钙离子浓度逐渐积累。

        - 效应：积累的钙离子增加了突触小泡的释放概率，导致神经递质释放增加，从而增强突触后反应。

    2. 突触小泡储备耗尽：

        - 机制：突触前抑制的主要机制是突触小泡储备的耗尽。当连续高频刺激时，突触小泡快速释放，储备小泡减少，导致神经递质释放减少。

        - 效应：由于可用的突触小泡数量减少，导致突触后反应减弱。

    3. 突触前抑制机制：

        - 机制：某些神经调质或神经肽可以通过作用于突触前受体（如GABA_B受体）抑制钙通道开放或直接抑制神经递质释放。

        - 效应：突触前抑制减少了神经递质的释放，降低了突触后反应。

4. 突触后机制

    1. 受体敏感性变化：

        - 机制：突触后增强可以通过增加突触后膜上的受体数量或敏感性来实现。例如，高频刺激可以增加AMPA受体的插入，增强突触后响应。

        - 效应：更多的受体或更高的受体敏感性导致更强的突触后反应。

    2. 受体去敏化：

        - 机制：持续的神经递质暴露可以导致突触后受体的去敏化，即受体响应能力降低。

        - 效应：受体去敏化减少了突触后反应的强度。

5. 生物学功能

    1. 信息处理：STP可以调节突触传递的强度和时间精度，提高神经网络的信息处理能力。

    2. 学习和记忆：STP在短期记忆和信息存储过程中起重要作用，为长时程可塑性（如LTP和LTD）提供了基础。

    3. 行为适应：STP使得神经系统能够快速响应环境变化，适应新的行为需求。

6. 研究方法

    1. 电生理记录：使用膜片钳技术记录突触前和突触后电活动，研究STP的时间动态和机制。

    2. 钙成像：利用钙指示剂观察突触前钙离子浓度变化，研究钙积累在STP中的作用。

    3. 突触标记和追踪：使用荧光标记和追踪突触小泡，研究突触小泡储备和释放动态。

    4. 基因编辑和分子生物学：通过基因敲除或过表达特定分子，研究其在STP中的作用。

7. 临床意义

    1. 神经退行性疾病：如阿尔茨海默病和帕金森病，与突触可塑性障碍有关，STP的研究有助于理解这些疾病的机制。

    2. 精神疾病：如抑郁症和精神分裂症，涉及神经递质系统的失调，STP的调控可能是治疗的潜在靶点。

    3. 癫痫：突触兴奋性和抑制性的失衡可能导致癫痫发作，STP的研究有助于理解和控制癫痫。

8. 实例研究

    1. 突触前促进研究：研究突触前钙离子积累在突触前促进中的作用，揭示其在短时程增强中的机制。

    2. 受体调控的突触后增强：研究突触后AMPA受体在高频刺激后的插入和调控，探索其在PTP中的作用。

    3. 突触小泡储备耗尽和突触前抑制：研究突触小泡储备和释放动态，揭示其在突触前抑制中的机制。

    4. 神经调质对STP的影响：研究神经调质如GABA、5-羟色胺和多巴胺对STP的调控，探索其在行为和认知中的作用。

9. 参考文献

    1. Zucker, R. S., & Regehr, W. G. (2002). Short-term synaptic plasticity. Annual Review of Physiology, 64(1), 355-405.

    2. Fioravante, D., & Regehr, W. G. (2011). Short-term forms of presynaptic plasticity. Current Opinion in Neurobiology, 21(2), 269-274.

    3. Abbott, L. F., & Regehr, W. G. (2004). Synaptic computation. Nature, 431(7010), 796-803.

    4. Citri, A., & Malenka, R. C. (2008). Synaptic plasticity: multiple forms, functions, and mechanisms. Neuropsychopharmacology, 33(1), 18-41.

    5. Regehr, W. G. (2012). Short-term presynaptic plasticity. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 4(7), a005702.