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编号:10220900
神经内分泌细胞的结构特点及其机能意义
http://www.100md.com 《河北医科大学学报》 2000年第4期
     作者:王保芝 综述 崔慧先 王学礼 审校

    单位:(河北医科大学基础医学院人体解剖学教研室(石家庄 050017))

    关键词:神经分泌;生理学;神经分泌系统;解剖学和组织学;神经内分泌细胞;心理学

    河北医科大学学报000432

    中图号 R322.5

    器官或组织的构筑特点,与其固有机能密切相关。神经内分泌细胞(neuroendocrine cells)发现于20世纪初期。Scharrer等人(1928年),最早报道鱼的下丘脑视前区神经元内存在分泌颗粒,推测某些神经元可能具有分泌功能,提出了神经分泌(neurosecretion)的概念。后继性观察研究,特别是20世纪50、60年代,十几种多肽激素(polypeptide hormones)相继从下丘脑提取、分离、纯化及测序获得成功,证实了神经内分泌现象的存在。进入20世纪80年代,神经内分泌方面的研究,逐渐发展成为一门新兴学科。第一部神经内分泌学《Neuroendocrinology》[1]专著,于1980年在美国出版,神经内分泌学杂志《Journal of Neuroendocrinology》也相继创刊。中国第一届神经内分泌学术会议,也于1987年在上海举行,中国第一部《神经内分泌学》[2]于1990年正式出版发行。近年来,神经内分泌学已成为十分活跃的研究领域,同时关于神经内分泌学的知识和理论,也得到空前快速地发展和更新。
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    1 神经内分泌细胞分布广泛

    存在于不同器官或组织内的神经内分泌细胞,其形态和大小千差万别。在神经组织内的神经内分泌细胞,通常近似传统的神经元,带有长短不等的纤维状突起;存在于其它组织内的,多呈锥状或不规则形。神经内分泌细胞在胚胎组织来源、形态结构特点、生理生化特性等方面,具有某些共同之处。正因为如此,Pearse[3]等人曾指出:它们可能来源于胚胎时期神经外胚层的神经内分泌定向细胞。然而,它们发育后的定居部位有所不同,既可存在于中枢神经系统内,也可存在于周围神经系统内,甚至存在于神经系统以外的器官或组织中。神经内分泌细胞既可密集成团,也可分散存在于其它器官或组织内,某些神细内分泌细胞与摄取胺前体物质并进行脱羧反应(amine precursor uptake and decarboxylation,APUD),统称为弥散神经内分泌系统(diffuse neuroendocrine system)。

    位于中枢神经系统内的神经内分泌细胞,其胞体或突起主要集中于间脑区域,以下丘脑和松果体内数量最多,其突起尚大量存在于终板血管器、正中隆起、神经垂体等处。因为后者脑区分布于第三脑室的周围,又有脑室周围器官(circumventricullar organs)的成员之称。在神经系统以外的周围器官或组织中,神经内分泌细胞亦可密集成团,形成器官或组织内的神经内分泌小器官(neuroendocrine mini-organs),例如胰腺内的胰岛,甲状腺侧叶后面或内部的甲状旁腺等。尚有大量的神经内分泌细胞,广泛弥散性分布于心血管、消化管、呼吸道以及泌尿生殖管道的壁内。
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    某些神经内分泌细胞,具有APUD性质和旁分泌(paracrine)功能,其分布特点,与其激素作用的靶器官、靶组织或靶细胞有关。日本学者Fujita[4]曾称其为旁神经元(paraneurons),提出了神经内分泌细胞旁分泌及旁分泌作用的概念。神经内分泌细胞与众多的普通神经元并无本质区别,只是前者主要合成并释放神经多肽激素或称神经调质;后者主要合成并释放非肽类神经递质。神经多肽激素,现已知有数十种之多,每种激素具有自身固有的生物活性。神经多肽激素既存在于神经系统内,也存在于神经系统以外的周围器官或组织中。在神经内分泌细胞多肽激素(polypeptide hormone)的分泌颗粒中,通常还有单胺物质(monoamine substance)与之共存。

    2 神经内分泌细胞的结构特点

    神经内分泌细胞的胞体或突起可聚集成团,形成所谓的神经内分泌核团(如视上核、室旁核等),连同弥散神经内分泌细胞,均为神经内分泌系统的组成成员。特别是那些神经内分泌细胞的胞体或突起密集的组织结构,无论它们位置如何,都具有下述某些共同性的结构特征[5~7]
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    2.1 神经内分泌组织主要由神经内分泌细胞的胞体和突起所组成,与普通神经组织相比,结缔组织和血管较丰富。结缔组织构成神经内分泌组织的被膜、小梁或小隔,毛细血管、血管以及随同的神经纤维,均穿行于结缔组织内。

    2.2 神经内分泌细胞间的毛细血管均为有孔(50 nm)型(fenestrated type),毛细血管极度迂曲,互相吻合,形成神经内分泌细胞间内毛细血管网或丛。

    2.3 神经内分泌细胞间,均无淋巴管或毛细淋巴管。但是,神经内分泌细胞与毛细血管之间,存在宽大的血管周围结缔组织间隙,简称血管周隙(perivascular space)。

    2.4 神经内分泌细胞或突起内,通常含有大量200~500 nm的大型膜包密芯分泌颗粒(secretory granule);含分泌颗粒的细胞或突起,直接接触或终止于血管周隙,也可与其它神经细胞或突起形成突触(synapse)。
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    2.5 分布于脑室周围的神经内分泌细胞,在成年或在胚胎发生的某个时期,其室管膜呈现特化。此等区域所衬室管膜细胞,并非纤毛立方细胞,而是少或无纤毛的长柱状细胞,又称伸长细胞(tanycyte)。伸长细胞在脑室与所在神经组织的血管周围结缔组织之间,沟通脑室内的脑脊液和所在器官血管周隙的组织液,好似桥梁或通道,承担某些物质的运输。

    由于它们的组织结构特点,尤其是有孔毛细血管的存在,在脑内的神经内分泌组织,由于相对缺乏血-脑屏障(blood-brain barrier),被认为是脑的窗口。可见神经内分泌组织,既是神经内分泌细胞激素的释放部位,也是血液中某些物质容易透出的区域,为神经-体液物质交换的重要场所。神经内分泌细胞具有特殊感知功能,可分别感受体液中某些化学物质的变化,继而适当调整自身的分泌活动。

    大量的基础和临床医学研究表明,神经内分泌组织比较脆弱,容易遭受血液中某些有害因素(如细菌、病毒、重金属离子、色素及药物等)的侵袭和伤害。Commermeyer(1947年)和Landas[8](1985年)等人,曾于青铜色糖尿病或称色素沉着症(hemochromatosis)患者,或经特殊药物治疗的死者脑病理解剖发现,在那些存在有孔毛细血管的脑区,出现银盐或铁色素的沉积。
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    3 神经内分泌细胞周围的结缔组织及其意义

    构成机体的任何器官,都或多或少的存在结缔组织成分。器官内结缔组织的多少及构筑特点,无疑与所在器官的功能密切相关。有些学者[9,10]指出,结缔组织构成器官的组织支架(skeleton)和通道(channel)为所在器官主细胞的支持与保护、营养与代谢、分泌与通讯、生长与发育,以及再生与修复等,提供了适宜的微环境(microenvironment)。

    普通神经组织,主要由神经细胞和神经胶质构成。神经内分泌器官或组织的结构特征之一,就是比普通神经组织含有更多的结缔组织成分;毛细血管、血管及随同的神经纤维,均穿行于结缔组织内。神经内分泌器官或组织内的结缔组织为疏松结缔组织,含胶原纤维、成纤维细胞、巨噬细胞以及脂肪细胞等。结缔组织的主要纤维成分胶原纤维,互相交织,构成组织的网状支架。活体血管周围结缔组织间隙内,充满含有气体、营养和信息物质的流动组织液。神经内分泌细胞合成的激素,首先被释放入组织液中。激素随组织液的流动,可以透过毛细血管壁进入血液,更易直接进入淋巴或脑脊液。
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    血管周围结缔组织间隙之构造,一方面作为神经内分泌器官或组织的支架和通道,为神经内分泌细胞的生存和功能实现提供了适宜的场所;另一方面已有研究提示,神经内分泌组织内的巨噬细胞(在神经组织内传统称为小胶质细胞)数量,远比其它器官、组织内为多。巨噬细胞由血液中单核细胞迁移而来,并承担所在组织的清理、防御和免疫职能。神经内分泌组织,可能是这些细胞迁移的主要场所。

    4 神经内分泌细胞分泌物的释放形式

    神经内分泌细胞,尽管其形态大小差别很大,但有许多学者[11,12]认为,它们可能属于众多的同源细胞,某些细胞具有合成并释放多肽和单胺激素的共同性质。免疫组织化学和免疫细胞化学研究证实,不同的神经内分泌细胞分别合成和释放不同的多肽和单胺激素。多肽和单胺激素存在于神经内分泌细胞或突起内,通常是以200~500 nm的大型膜包密芯分泌颗粒的形式共存。神经内分泌细胞具有传统神经元和内分泌细胞的双重性质,既能感知神经或体液信息的变化,又能适时适量地合成并释放多肽和单胺激素。通过调整自身的分泌活动,继而影响所辖组织或细胞的活动。
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    单胺激素发现较早,多肽激素只是近20年才从神经内分泌细胞鉴定的一类大分子生物活性物质,多肽激素的生物效能可能比单胺更为重要。神经内分泌细胞的分泌物,是以何种形式被释放出来呢?传统认为是以胞吐分泌(exocytosis)的形式,被释放入细胞外的组织液中。因为在神经内分泌器官或组织的血管周隙内,偶尔可观察到直径200~500 nm完整的膜包密芯分泌颗粒,这种现象用胞吐分泌难以解释。有人曾提出,神经内分泌细胞分泌物的外排形式,可能有1种是连同颗粒膜的整体释放(whole releasing)。

    5 神经内分泌细胞分泌物的细胞外转运途径

    神经内分泌细胞合成的神经分泌物多肽和单胺激素,首先被释放入所在器官或组织的血管周围结缔组织间隙的组织液中。然后先是进入血液,还是先进入淋巴或脑脊液,最后进入体循环血液呢?传统知识[13]认为,释放入组织液中的多肽和单胺激素,马上透过毛细血管壁进入血液。
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    从生理学角度,如果多肽激素释放入组织液后,马上进入血液参与体循环,将造成有效浓度的过度稀释及作用路径变得相当遥远(如松果体激素);如果首先进入血液参与肝门静脉循环,将使刚释放出来的激素很快被肝大量灭活而失效(如胰岛激素)。生物体内存在如此巨大的浪费令人不可思议。

    从目的论考虑,神经内分泌细胞之所以被某些学者看作旁神经元,正是考虑到它们具有旁分泌功能。释放入所在器官或组织血管周围结缔组织间隙的多肽和单胺激素,通过网络型组织通道,随组织液、淋巴或脑脊液等信息载体,首先与附近的细胞实现通讯和功能联系,最后进入血液循环,继续发挥作用或最终被灭活、清除。

    6 神经内分泌异常与心身疾病

    在某些病理情况下,神经内分泌细胞既可异常增生(如肿瘤),亦可遭受破坏而减少(如各种损伤),激素的释放亦可过多或过少,激素的细胞外转运也会出现不同程度的障碍。比如,当神经内分泌器官或组织内的结缔组织,出现废物或脂肪的过度堆积,发生结缔组织的增生、纤维化甚至钙化,均可造成器官内组织通道不同程度的阻塞,不仅影响激素的合成与释放,并可导致激素的细胞外转运障碍。如上所述,若神经内分泌细胞激素被迫经非正常途径转运,将造成激素生物活性的减低甚至完全丧失。某些激素突然或持续地分泌过多或过少,或者出现激素的释放或细胞外转运异常,即可引发不同程度的情感或行为障碍,内分泌或代谢紊乱等心身疾病。
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    心身疾病(psychosomatic disease),是以精神或心理障碍为主,伴有内分泌或代谢紊乱;或以内分泌或代谢紊乱为主,兼具精神或心理障碍等临床表现的一组疾病。在临床医学实践中,人们[14]早已注意到这种心身相关的疾病表现。心身疾病的函盖面相当广泛,包括精神分裂症、抑郁症、性变态、性早熟、性幼稚症、肥胖症、神经性厌食症、尿崩症、甲状腺机能亢进或低下症、肾上腺机能亢进或低下症、糖尿病、高血压以及动脉粥样硬化症等。

    心身疾病的病因可能是多种多样的,其基本病理机制,目前尚未彻底搞清。某些心身疾病时的临床表现,与正常生命过程(如青春期或更年期)中精神或心理的变化、内分泌或代谢等方面的改变,并无本质上的区别,可能只是变化发生的基础点或基础水平不同而已。征服这些疑难病症,坚信基因主宰一切的人们,都把希望寄托于人类遗传密码的最终破译。殊不知,生命活动处于多级层面,疾病的发生,不可能都是基因水平出现故障。这对基础和临床医学研究,提出了新的课题。
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    7 内分泌学的某些传统观点面临挑战

    关于神经内分泌细胞激素的分泌形式和细胞外转运途径的新观点,对迄今一直沿用的某些理论提出了质疑。譬如,下丘脑激素经垂体门脉(hypophyseal portal vessel)转运,胰岛激素经肝门静脉(hepatic portal vessel)转运的理论等。

    以垂体门脉为例,Popa和Fielding(1930年)首先发现下丘脑与垂体间,存在特殊构筑形式的血管,并对此进行了系统的观察研究。证实了下丘脑正中隆起内初级毛细血管丛-漏斗柄内垂体门脉-腺垂体内次级毛细血管丛的结构关系。这种构筑特殊的血管究竟有何意义呢?Harris等人(1955年)曾通过将漏斗柄切断、阻隔和垂体原、异位移植等大量动物实验,提出了下丘脑可能分泌激素,经由垂体门脉控制腺垂体活动的理论。Harris等人的实验结果,并不能排除下丘脑激素经血管周围结缔组织间隙直接运达腺垂体的可能,也未证实下丘脑激素确实进入了血液,并经垂体门脉运至垂体而发挥作用。后人实验得以证实。但是,Harris关于腺垂体对下丘脑的依赖性,以及提出的下丘脑-垂体门脉-腺垂体调节模式,极大的刺激了对下丘脑神经多肽激素的提取、分离、纯化、测序,乃至人工合成等研究工作。至今,人们仍对Harris的贡献非常崇敬,并对他英年早逝而感到惋惜。
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    垂体门脉调节理论,并不符合生物体“精巧设计(delicate design)”的原则:①下丘脑与垂体之间如此近程,激素何需两次进出毛细血管?②垂体门脉血液直接参与体循环,又是什么原因使激素不会走远、不被稀释呢?但是,Harris提出的下丘脑-垂体门脉调节理论,早已被普遍接受。下丘脑与腺垂体调控机制的自然规律究竟如何?必须提供充分的实验和形态学证据,证实腺垂体有神经分泌物,尤其是提供下丘脑激素细胞外转运过程的示踪研究结论。

    参考文献

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    2.谢启文.神经内分泌学.沈阳:辽宁科学技术出版社,1990.26
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    3.Pearse AGE. Embryology of the diffuse neuroendocine system and its relationships to the common peptides. Frederation Proccedings, 1987,38(10):2288

    4.Fujita T. Messenger substances of neurons and paraneurons: Their chemical nature and the routes and ranges of their transport to targets. Biomed Res, 1983,4(2):239

    5.Mckinley MJ. Circumventricular organs. In: Krstic RV, eds. The human nervous system. Berlin: Academic Press Inc, 1991.415
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    6.成令忠,主编. 组织学. 第2版.北京:人民卫生出版社,1994.808

    7.藤田尚男,藤田恒夫,共著. 标准组织学各论. 第3版. 东京:医学书院,1994.303

    8.Landa S. Demonstration of regional blood-brain barrier permeability in human brain. Neurosci Lett,1985,57(2):251

    9.王保芝, 王建钦,崔慧先,等. 猴松果体分泌物释放入脑脊液主要途径的结构基础电镜研究. 解剖学报,2000,31(1):26

    10.刘执玉, 编著.淋巴学.北京:中国医药科技出版社,1996.135

    11.Carola R, Harley JP, Noback CR. Human anatomy and physiology.New York:McGraw-Hill Publishing Co, 1990.476

    12.Krstic RV. Human microscopic anatomy: An atlas for students of medicine and biology. Berlin: Academic Press Inc, 1991.258

    13.宋天保,译. 内分泌系统.见:杨琳,高英茂,主译. 格氏解剖学. 第38版.沈阳:辽宁教育出版社,1999.1881

    14.池芝盛,主编.内分泌基础与临床.北京科学技术出版社,1992.350

    (1999-06-22 收稿), http://www.100md.com