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标题: 黑质 [打印本页]

作者: 大江 时间: 2019-5-13 00:00
标题: 黑质
黑质（SN）是位于中脑的基底神经节结构，在奖励和运动中起重要作用。黑质是拉丁语中的“黑色物质”，反映了由于多巴胺能神经元中高水平的神经黑色素，黑质部分看起来比邻近区域更暗。[1]它于1784年由FélixVicq-d'Azyr [2]发现，Samuel ThomasvonSömmerring于1791年提到这一结构。[3]帕金森病的特征是黑质致密部中多巴胺能神经元的丧失[4]。

虽然黑质在脑切片中显示为连续带，但解剖学研究发现它实际上由两部分组成，具有非常不同的连接和功能：紧凑型（SNpc）和网状结构（SNpr）。这种分类最初由Sano于1910年提出。[5]紧凑型压缩器主要用作基底神经节回路的输出，为纹状体提供多巴胺。然而，网状物主要用作输入，将来自基底神经节的信号传递到许多其他脑结构。

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黑质以红色突出显示。

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剖面通过上丘显示黑质。

内容
1 结构
1.1 网质部
1.1.1传入连接
1.1.2传出连接
2 功能
2.1 网质部
2.2 致密部
3 临床意义
3.1 帕金森病
3.2 精神分裂症
3.3 Wooden Chest Syndrome
3.4 多系统萎缩
4 黑质的化学改性
4.1 安非他明和痕量胺
4.2 可卡因
4.3 左旋多巴
4.4 MPTP
5 历史
6 其他图像
7 参考文献

结构

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显示基底神经节，苍白球的人类冠状切片：外部节段（GPe），丘脑底核（STN），苍白球：内部节段（GPi）和黑质（SN，红色）。右侧部分越深，越接近头部后部

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基底神经节的主要组成部分及其相互关系图

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基础神经节主要电路的解剖概述，黑质以黑色显示。图片显示已叠加的2个冠状切片，包括所涉及的基底神经节结构。 +和 - 箭头处的符号分别表示该途径是兴奋的还是抑制的。绿色箭头指的是兴奋性谷氨酸能通路，红色箭头指的是抑制性GABA能通路，绿松石箭头指的是直接通路上兴奋的多巴胺能通路和间接通路的抑制作用。
另见：灵长类动物基底神经节系统
黑质与其他四个核一起是基底神经节的一部分。它是中脑中最大的核，位于大脑脚的背侧。人类有两条黑质，一条在中线两侧。

SN分为两部分：网状网（SNpr）和网状密度（SNpc），其位于网状网的内侧。有时会提到第三个区域，即外侧皮，虽然它通常被归类为网状网的一部分。（SNpr）和内部苍白球（GPi）由内囊分开。[6]

网质部
主要文章：网质部
网质部具有强烈的结构和功能相似性，与苍白球的内部相似。这两者有时被认为是相同结构的一部分，由内囊的白质分开。像苍白球一样，网状神经元中的神经元主要是GABA能。

传入的联系
SNpr的主要输入来自纹状体。它来自两条路线，称为直接和间接途径。直接途径由来自纹状体中的中刺状细胞的轴突组成，其直接投射到网状网状物上。间接途径由三个环节组成：从纹状体中刺状细胞到球状苍白球外部的投射;从苍白球到丘脑底核的GABA能神经投射，以及从丘脑底核到网状神经节的谷氨酸能投射。[7]因此，通过直接途径的纹状体活性对（SNpr）中的神经元发挥抑制作用，但通过间接途径发挥兴奋作用。直接和间接途径起源于纹状体中型多刺细胞的不同亚群：它们紧密混合，但表达不同类型的多巴胺受体，以及显示其他神经化学差异。

传出连接
丘脑（腹侧前侧和腹侧前核），上丘和其他来自网状神经节（nigrothalamic途径）的尾核发生了显着的预测[8]，它们使用GABA作为它们的神经递质。此外，这些神经元形成多达五个侧支，分支在致密部和网状网内分支，可能调节致密部的多巴胺能活性。[9]

功能
黑质是大脑功能的重要参与者，尤其是眼球运动，运动计划，奖励寻求，学习和成瘾。许多黑质的影响是通过纹状体介导的。通过黑质纹状体途径输入纹状体的黑质多巴胺能与纹状体的功能密切相关。[10]通过这种方式可以看出纹状体和黑质之间的相互依赖性：当黑质被电刺激时，不会发生运动;然而，帕金森症引起的黑质变性的症状是黑质对运动影响的一个尖锐的例子。除纹状体介导的功能外，黑质还可作为GABA能抑制各种脑靶的主要来源。

网质部
主要文章：致密部§功能
黑质网纹是基底神经节的重要加工中心。网状神经节中的GABA能神经元将基底神经节的最终处理信号传递到丘脑和上丘。此外，虽然这些连接的功能组织仍然不清楚，但网状鞘也通过轴突侧支抑制睫状体中的多巴胺能活性。

网状的GABAergic神经元自发地激发动作电位。在大鼠中，动作电位的频率大约为25 Hz。[11]这些自发动作电位的目的是抑制基底神经节的目标，抑制的减少与运动有关。[12]丘脑底核提供兴奋性输入，调节这些自发动作电位的发射速率。然而，丘脑底核的病变导致网状物的发射率仅降低20％，这表明网状物中动作电位的产生在很大程度上是自主的[13]，例如网状物在眼球运动中的作用。来自网状网的一组GABA能神经元突出到上丘，表现出高水平的持续抑制活性。[14]从尾状核到上丘的投射也可以调节眼跳运动。在帕金森病[15]和癫痫[16]中发现改变的网状癫痫发作模式，如单穗或爆发射击。

致密部
主要文章：致密部§功能
尽管黑质在运动控制中的作用是间接的，但最重要的功能是运动控制[17]。黑质的电刺激不会导致运动，这是由于纹状体在黑质运动影响下的调节。紧凑型通过D1途径向纹状体发送兴奋性输入，激活并激活纹状体，导致GABA释放到苍白球上以抑制其对丘脑核的抑制作用。这导致丘脑皮层通路变得兴奋并将运动神经元信号传递到大脑皮层以允许开始运动，这在帕金森氏病中是不存在的。然而，帕金森氏症的症状证明，缺乏紧凑型神经元对运动有很大的影响。如在具有该区域病变的动物模型中已经证实，致密部位的运动作用可能涉及精细运动控制。[18]

紧凑型密集型参与了对刺激的学习反应。在灵长类动物中，当出现新的刺激时，黑质纹状体通路中的多巴胺能神经元活性增加。[19]多巴胺能活性随着反复刺激呈现而降低[19]。然而，行为显着的刺激呈现（即奖励）继续激活黑质致密部中的多巴胺能神经元。从腹侧被盖区域（“中脑”或中脑的下部）到前额叶皮层（中皮质通路）和伏隔核（中脑边缘通路 - “meso”指的是“来自中脑”的多巴胺能投射...特别是腹侧被盖区域涉及奖励，快乐和成瘾行为。紧凑型密度在空间学习中也是重要的，这是关于一个人的环境和空间位置的观察。紧凑型小区中的病变导致重复相同运动的学习缺陷，[20]并且一些研究指出其参与依赖于纹状体的背侧，基于反应的记忆系统，其功能相对独立于海马体，传统上认为海马体能够促进空间或类似情节的记忆功能。[21]

pars compacta还在时间处理中起作用，并在时间再现期间被激活。紧凑的文件中的病变会导致暂时性缺陷。[22]最近，人们一直怀疑睾丸片可以调节睡眠 - 觉醒周期[23]，这与帕金森病患者报告的失眠和REM睡眠障碍等症状相一致。即便如此，不影响运动控制的部分多巴胺缺乏可导致睡眠 - 觉醒周期的干扰，特别是在清醒时，特别是在海马体内，类似REM的神经活动模式。[24]

临床意义
黑质对于许多疾病和综合征的发展至关重要，包括帕金森病。

帕金森病

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黑质与细胞和路易体病的损失
主要文章：帕金森病
帕金森病是一种神经退行性疾病，其特征在于SNpc中多巴胺能神经元的死亡。帕金森病的主要症状包括震颤，运动不能，运动迟缓和僵硬。[25]其他症状包括姿势紊乱，疲劳，睡眠异常和情绪低落。[26]

SNpc中多巴胺能神经元死亡的原因尚不清楚。然而，已经鉴定了对致密部中多巴胺能神经元的独特易感性的一些贡献。例如，多巴胺能神经元在线粒体复合物1中显示出异常，引起α-突触核蛋白的聚集;这可能导致蛋白质处理异常和神经元死亡。[27]其次，压缩文章中的多巴胺能神经元比其他多巴胺能神经元含有更少的钙结合蛋白[28]。钙结合蛋白是一种参与细胞内钙离子转运的蛋白质，细胞中过量的钙是有毒的。钙结合蛋白理论可以解释帕金森病在黑质中与腹侧被盖区相比的高细胞毒性。无论神经元死亡的原因如何，紧凑型的可塑性非常强大;直到高达50-80％的致密部位多巴胺能神经元死亡时才出现帕金森病症状。[29]大部分可塑性发生在神经化学水平;多巴胺转运系统减慢，使多巴胺在纹状体的化学突触中停留更长时间。[29]

Menke，Jbabdi，Miller，Matthews和Zari（2010）使用弥散张量成像以及T1映射来评估帕金森病患者与健康个体相比SNpc和SNpr的体积差异。这些研究人员发现帕金森症的参与者一直有较小的黑质，特别是在SNpr。因为SNpr与丘脑后部，丘脑腹侧，特别是运动皮层相连，并且因为参与帕金森病的人报告有较小的SNprs（Menke，Jbabdi，Miller，Matthews和Zari，2010），该区域的体积很小可能是帕金森病患者运动障碍的原因。这个小体积可能导致较弱和/或较少控制的运动运动，这可能导致帕金森症患者经常发生震颤。[30]

精神分裂症
另见：精神分裂症的多巴胺假说
多巴胺水平的增加长期以来一直与精神分裂症的发展有关。[31]然而，围绕这种精神分裂症的多巴胺假说，今天仍在争论不休。尽管存在争议，多巴胺拮抗剂仍然是精神分裂症的标准和成功治疗方法。这些拮抗剂包括第一代（典型的）抗精神病药，例如丁酰苯，吩噻嗪和噻吨。这些药物已基本上被第二代（非典型）抗精神病药物如氯氮平和帕潘立酮所取代。应该注意的是，一般来说，这些药物不会对产生多巴胺的神经元本身起作用，而是对突触后神经元上的受体起作用。

支持与黑质有关的多巴胺假说的其他非药理学证据包括致密部的结构变化，例如突触末端大小的减少。[32]黑质的其他变化包括黑质中NMDA受体的表达增加，以及dysbindin表达减少。增加的NMDA受体可能指向精神分裂症中谷氨酸 - 多巴胺相互作用的参与。已经（有争议地）与精神分裂症相关的Dysbindin可以调节多巴胺释放，并且黑质中dysbindin的低表达可能在精神分裂症病因学中是重要的。[33]由于精神分裂症大脑中黑质的变化，最终可能会使用特定的成像技术（如神经黑色素特异性成像）来检测黑质中的精神分裂症的生理体征。[34]

木制胸部综合症
木箱，也称为芬太尼胸壁僵硬综合征，是合成阿片类药物如芬太尼，舒芬太尼，阿芬太尼，瑞芬太尼的罕见副作用。它导致骨骼肌张力的普遍增加。该机制被认为是通过增加的多巴胺释放和降低黑质/纹状体神经中的GABA释放。效果在胸壁肌肉上最明显，可导致通气受损。这种情况最常见于麻醉，其中静脉注射快速和高剂量的这些药物。

多系统萎缩
以纹状体和黑质中的神经元变性为特征的多系统萎缩以前称为纹状体神经变性。

黑质的化学改性
化学操作和黑质的修饰在神经药理学和毒理学领域中是重要的。各种化合物如左旋多巴和MPTP用于治疗和研究帕金森病，许多其他药物对黑质有影响。

安非他明和痕量胺
另见：安非他明和痕量胺
研究表明，在某些大脑区域，安非他明和痕量胺会增加突触间隙中多巴胺的浓度，从而提高突触后神经元的反应。[35]苯丙胺和痕量胺影响多巴胺浓度的各种机制已被广泛研究，并且已知涉及DAT和VMAT2。[35] [36] [37]安非他明在结构上与多巴胺和痕量胺相似;因此，它可以通过DAT进入突触前神经元，也可以直接通过神经膜扩散。[35]进入突触前神经元后，苯丙胺和痕量胺激活TAAR1，通过蛋白激酶信号传导，诱导多巴胺外流，磷酸化依赖性DAT内化和非竞争性再摄取抑制。[35] [38]由于苯丙胺和痕量胺之间的相似性，它也是单胺转运蛋白的底物;因此，它（竞争性地）通过与它们竞争摄取来抑制多巴胺和其他单胺的再摄取。[35]

此外，苯丙胺和痕量胺是神经元囊泡单胺转运蛋白，囊泡单胺转运蛋白2（VMAT2）的底物。[37]当安非他明被VMAT2吸收时，囊泡会释放（外排）多巴胺分子进入细胞质中。[37]

可卡因
另见：可卡因
可卡因在人类大脑中的作用机制包括抑制多巴胺再摄取[39]，这可以解释可卡因的成瘾性质，因为多巴胺是奖赏的关键神经递质。然而，可卡因在腹侧被盖区的多巴胺能神经元中比黑质更具活性。可卡因给药增加了黑质的新陈代谢，这可以解释可卡因使用受试者的运动功能改变。[40]可卡因对多巴胺再摄取的抑制作用也抑制了致密体对自发性动作电位的激发作用。[41]可卡因抑制多巴胺再摄取的机制涉及其与多巴胺转运蛋白的结合。然而，研究表明，可卡因也会导致DAT mRNA水平降低[42]，这很可能是由于可卡因阻断了多巴胺受体，而不是直接干扰转录或翻译途径。[42]

黑质的灭活可能被证明是可卡因成瘾的可能治疗方法。在一项关于可卡因依赖大鼠的研究中，通过植入套管使黑质失活大大减少了可卡因成瘾的复发。[43]

左旋多巴
另见：左旋多巴
黑质是治疗帕金森病的化学疗法的目标。左旋多巴（通常称为L-DOPA）是多巴胺前体，是帕金森病最常用的处方药，尽管有关多巴胺和L-DOPA的神经毒性的争议。[44]该药在帕金森病早期阶段对患者特别有效，但随着时间的推移确实会失去疗效。[45]左旋多巴可穿过血脑屏障并增加黑质中的多巴胺水平，从而缓解帕金森病的症状。左旋多巴治疗的缺点是它治疗帕金森氏症（低多巴胺水平）的症状，而不是原因（黑质中多巴胺能神经元的死亡）。

MPTP
另请参见：MPTP
MPTP是一种特异于大脑中多巴胺能细胞的神经毒素，特别是在黑质中。 1982年加利福尼亚州的海洛因使用者在使用受MPTP污染的MPPP后出现类似帕金森病的症状，因此MPTP成为人们关注的焦点。刚性且几乎完全不动的患者对左旋多巴治疗有反应。据报道，帕金森样症状没有缓解，这表明多巴胺能神经元不可逆转地死亡。[46]拟议的MPTP机制涉及破坏线粒体功能，包括破坏新陈代谢和自由基的产生。[47]

不久之后，MPTP在动物模型中测试其诱导帕金森病的功效（成功）。 MPTP在灵长类动物中诱发运动不能，僵硬和震颤，并且发现它的神经毒性对于黑质致密体非常特异。[48]在其他动物如啮齿动物中，MPTP对帕金森病的诱导不完全或需要比灵长类动物更高和更频繁的剂量。今天，MPTP仍然是在动物模型中诱发帕金森病的最佳方法。[47] [49]

历史

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多巴胺和5-羟色胺

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与帕金森病相关的黑质降解。

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水平MRI（T1加权）切片，突出显示指示黑质的位置。

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增强的神经黑色素MRI与彩色图像（RGB）显示黑质致密部

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缩微

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