興奮性シナプス
英：excitatory synapse、独：exzitatorische Synapse、仏：synapses excitatrices
興奮性シナプスとは、シナプス伝達によってシナプス後細胞を興奮させるシナプス結合のことである。興奮性シナプスからの入力によってシナプス後細胞の膜電位は脱分極し、閾値を超えると活動電位が発生する。興奮性シナプスを形成するシナプス前細胞は、興奮性ニューロンと呼ばれる。一方、抑制性シナプスは、シナプス伝達によってシナプス後細胞を抑制する。
興奮性シナプスとは
| 末梢神経系 | |
| アセチルコリン | 運動神経、交感神経節前線維、副交感神経 |
| ノルアドレナリン | 交感神経節後線維 |
| 中枢神経系 | |
| グルタミン酸 | 中枢神経全般 |
| （以下は脳の広範囲に投射し、神経機能を調節） | |
| アセチルコリン | 前脳基底部、中脳橋被蓋 |
| ドーパミン | 黒質緻密部、中脳腹側被蓋野など |
| ノルアドレナリン | 青斑核、外側被蓋 |
| アドレナリン | 孤束核、背側縫線核 |
| セロトニン | 縫線核 |
興奮性シナプスとは、シナプス伝達を介してシナプス後細胞を脱分極させ、活動電位の発生（発火）を促進させるシナプスのことである。また、興奮性シナプスを形成するシナプス前細胞のことを興奮性ューロンと呼ぶ。抑制性シナプスは、逆にシナプス後細胞の発火を抑える。
興奮性シナプスでは、シナプス前終末から放出された興奮性神経伝達物質がシナプス後膜上の受容体に結合することでシナプス後細胞が脱分極する。神経伝達物質の種類は100種類以上にも及ぶが、哺乳類の中枢神経系ではグルタミン酸が、末梢神経系ではアセチルコリンとノルアドレナリンが主な興奮性伝達物質として用いられている（表１）。シナプス後膜上の受容体の種類が異なれば、同じ伝達物質に対するシナプス後細胞の反応も異なったものになる。例えばアセチルコリンのように、シナプス後細胞の受容体の違いによって同じ神経伝達物質が興奮性にも抑制性にも作用する（図1）。
構造
興奮性シナプスといった場合には、一般的に興奮性の化学シナプスのことを指し、抑制性シナプスと基本的な構造は共通である（図2）。シナプス前終末には神経伝達物質を内包するシナプス小胞が集積し、シナプス間隙を挟んで伝達物質受容体の並ぶシナプス後膜と相対している。シナプス前終末には神経伝達が放出されるアクティブゾーンがあり、直径40-50 nmのシナプス小胞とともに、伝達物質の開口放出に必要な電位依存性カルシウムチャネルやSNARE複合体が集積している[1]。シナプス間隙は、シナプス前終末と後細胞間の12-20 nmの間隙であり、開口放出された伝達物資はこの間隙を拡散して、シナプス後膜上の受容体に結合する。
シナプス後膜直下にはシナプスの構造タンパク質や調節タンパク質が集積したシナプス後肥厚（postsynaptic density; PSD）と呼ばれる構造がある。興奮性シナプスはシナプス後肥厚が発達し、電子顕微鏡像において顕著に観察される[2]。
脳の多くの領域で見られるボタン状シナプスの他、網膜のリボン状シナプスや、脳幹や毛様体神経節で見られる杯状シナプスなど、興奮性シナプスの形態は多岐にわたる[3]。ボタン状シナプスは、通常１つか少数のアクティブゾーンを持ち、樹状突起に1μm以下の間隔で密に並んだスパインと呼ばれる微細な突起にシナプスを形成している。単一シナプス入力による脱分極は大きくないが、一つの神経細胞には数千から数万も存在するスパインへのシナプス入力の加算によってシナプス後細胞で活動電位が発生する。リボン状や杯状の巨大なシナプスは、単一シナプスに複数のアクティブゾーンを持ち、シナプス後細胞を強く興奮させる。
シナプス伝達過程
シナプス前細胞で発生した活動電位は軸索を伝播し、シナプス前終末に到達する。シナプス前終末では、活動電位による脱分極で電位依存性カルシウムチャネルが開き、カルシウムイオンが細胞内に流入する。カルシウムイオンが引き金となってactive zoneに係留されているシナプス小胞が細胞膜に融合し、シナプス小胞に内包されていた神経伝達物質がシナプス間隙に開口放出される。
開口放出された伝達物質はシナプス間隙を拡散し、シナプス後細胞膜上の受容体に結合する。イオンチャネル共役型受容体の場合は、伝達物質結合によって即座にイオンチャネルが開き、陽イオンが細胞内に流入することでシナプス後細胞が脱分極する。代謝活性型受容体の場合は、別に存在するイオンチャネルの開口状態がGタンパク質を介した細胞内シグナルによって変化し、遅い時間スケールでの脱分極が起こる。
電気生理
興奮性伝達物質受容体（イオンチャネル共役型）の反転電位より神経細胞の静止膜電位は低いので、受容体への伝達物質の結合によって陽イオンがシナプス後細胞に流入し、膜電位は脱分極する。この膜電位変化を興奮性シナプス後電位（excitatory postsynaptic potential; EPSP）という。このとき電流は細胞の内側に向かって流れるので、内向きの興奮性シナプス後電流（excitatory postsynaptic current; EPSC）がホールセルパッチクランプ法により観察される。また、電流が流れることによって細胞外電場にも変化が生じるので、細胞外電極によって興奮性シナプス後場電位（field EPSP; fEPSP）としてシナプス伝達を観察することも可能である。興奮性シナプス伝達によって発生したEPSPにより膜電位が閾値を超えると、電位依存性ナトリウムチャネルが開き、活動電位が発生する。
関連項目
参考文献
- ↑
Brunger, A.T. (2005).
Structure and function of SNARE and SNARE-interacting proteins. Quarterly reviews of biophysics, 38(1), 1-47. [PubMed:16336742] [WorldCat] [DOI] - ↑
GRAY, E.G. (1959).
Axo-somatic and axo-dendritic synapses of the cerebral cortex: an electron microscope study. Journal of anatomy, 93, 420-33. [PubMed:13829103] [PMC] [WorldCat] - ↑
Rollenhagen, A., & Lübke, J.H. (2006).
The morphology of excitatory central synapses: from structure to function. Cell and tissue research, 326(2), 221-37. [PubMed:16932936] [WorldCat] [DOI]
（執筆担当者：酒井 誠一郎、八尾 寛、担当編集委員：河西 春郎）