神经科学杂志。1997年1月1日；17(1): 190–203.
未成熟和成熟大鼠海马CA1树突和树突棘中平滑内质网的三维组织
1和2
约瑟夫·史派克
1查尔斯大学医学院医院病理科，捷克共和国赫拉德克克拉洛夫CZ-500 05，以及
克里斯汀·哈里斯
2马萨诸塞州波士顿市儿童医院和哈佛医学院神经科学部02115
1捷克共和国克拉勒夫查尔斯大学医学院病理科，CZ-500 05
2马萨诸塞州波士顿市儿童医院和哈佛医学院神经科学部02115
收稿日期：1996年8月5日；1996年10月4日修订；1996年10月14日接受。
摘要
最近的研究表明，激活的树突状棘中有高水平的钙，其中的滑面内质网（SER）可能对调节钙很重要。在这里，通过连续电子显微镜和三维分析测量了海马棘和树突中SER的尺寸和组织。在58%的未成熟脊椎和48%的成年脊椎中发现了某种形式的SER。在两个年龄段的小棘中，只有不到50%含有SER，这表明其他机制，如细胞质缓冲液，在其小体积内调节离子通量。相比之下，超过80%的成年大蘑菇棘具有棘器，一个含有SER和致密染色板的细胞器。重建SER占用0.001–0.022μm三，仅占脊柱总体积的2-3.5%；然而，卷曲的SER膜的表面积为0.12–2.19μm2占脊柱表面积的12-40%。一些脊椎出现包被小泡和多小泡体，表明存在局部内吞作用。SER的光滑小泡和小管分别与脊椎质膜和突触后密度（PSD）边缘相连，表明SER在脊椎膜和突触体的增加和再循环中起作用。亲本树突中SER的数量与沿其长度起源的棘和突触的数量成正比。这些测量结果支持了SER调节部分而非全部海马树突棘的离子和结构环境的假设。
关键词：树突棘、滑面内质网、海马、连续切片、三维重建、脊椎装置、突触、突触后密度、钙、包膜小泡、多泡体、内吞、外吐
与大多数非神经元细胞一样，神经元内质网（ER）是内膜系统的主要组成部分(Alberts等人，1983年;布罗德韦尔和加泰罗多，1983年，1984; 林赛和埃利斯曼，1983a，b，c；Peters等人，1991年;维拉和梅尔多利斯，1994年). 在这个系统中，颗粒或粗面内质网通常与核糖体结合，合成蛋白质和脂质。过渡元素包括高尔基复合体、滑面内质网（SER）、内吞和外吞梭状小泡，参与膜物质、酶和分泌小泡的转移和输出。内膜系统的最终产物包括质膜、突触和其他分泌小泡、线粒体、过氧化物酶体、溶酶体、液泡和其他膜结合细胞器。在神经细胞体和近端树突中，粗面内质网突出，而树突和树突棘的远端以SER为主。在不同组织的不同细胞中，SER被认为在钙离子和氯离子的调节中发挥重要作用；脂质的运输和膜磷脂和糖蛋白的循环；脂质、脂蛋白和糖原的代谢；类固醇激素的合成；和排毒(Ghadially，1982年).
在神经元树突中，钙的调节以及构成质膜和突触的物质的运输可能是SER最关键的功能(Fifkova等人，1983年;布罗德韦尔和加泰罗多，1984年;维拉和梅尔多利斯，1994年). SER从树突轴的连续网络延伸进入树突棘，在一些树突棘中形成一个小管，在另一些树突轴中形成一种特殊的池衍生物，称为棘器(格雷，1959年;Peters等人，1991年). 众所周知，树突棘根据其形状（粗短、细、蘑菇状和分支状）以及突触和亚细胞器的特征而分为不同的类别(琼斯和鲍威尔，1969年;彼得斯和凯泽曼·阿布拉莫夫，1970年;Peters等人，1991年). 先前对小脑和视觉皮层的研究也表明，SER的尺寸与树突棘或突触的尺寸之间存在良好的相关性(史派克和哈特曼，1983年;哈里斯和史蒂文斯，1988年;Martone等人，1993年). 内质网系统的功能亚区也具有蛋白质合成和运输途径不同部分的特异受体、泵和标记物的异质分布(Takei等人，1992年;Krijnse Locker等人，1995年). 总之，这些观察结果表明，不同的脊椎类型可能根据其亚细胞组成执行不同的亚细胞功能。
本研究的动机是为了理解钙在突触传递、突触可塑性、第二信使信号传递和谷氨酸毒性病理生理学过程中的调节机制(Guthrie等人，1991年;穆勒和康纳，1991年;Choi，1995年;克拉彭，1995年;Murphy等人，1995年;Petrozzino等人，1995年;Rosen等人，1995年;Yuste和Denk，1995年;西格尔，1995年，b；Svoboda等人，1996年;Yuste和Tank，1996年). 虽然许多功能研究都是在海马CA1神经元上进行的，但据我们所知，在这个大脑区域还没有对SER进行三维或定量研究。因此，本研究的目的是对树突棘和亲本树突中的SER进行定量分析，以了解这种细胞器如何参与海马突触钙的升高和调节。初步结果已在其他地方以摘要形式呈现(哈里斯和史派克，1995年).
材料和方法
组织加工。在早期的一项研究中，我们从海马CA1区放射层中部获得了连续电子显微照片（EM）(哈里斯和史蒂文斯，1989年;Harris等人，1992年). 本研究中使用了三只Long–Evans系雄性大鼠，其中两只年龄在出生后第14天至第15天（称为第15天）和一只至77天龄（称为成年）之间。简单地说，在戊巴比妥深麻醉下进行心内灌注，使用含有2%多聚甲醛、2.5%戊二醛和2 m的固定剂米氯化钙20.1英寸米二甲氨基甲酸缓冲液，pH 7.35，37°C，压缩气体（95%O）的背压为4 psi2/5%一氧化碳2)然后在JEOL 1200EX电子显微镜上按照我们的透射电子显微镜标准协议进行处理(哈里斯和史蒂文斯，1989年;Harris等人，1992年;哈里斯，1994年). 醋酸铀酰和柠檬酸铅联合应用于网格可以增强致密板和突触后密度（PSD）的染色；然而，这种网格斑点的组合也容易在切片上产生随机区域的斑点沉淀。作为一种折衷方案，仅在定量分析的连续切片上使用铅染色，包括第15天的三组连续切片和年轻成人的两组连续切片。这些补充了较短的系列，其中包括用于选择性摄影的网格染色，并确认仅用铅染色进行的观察。
化学物质和几种病理条件与SER外观的变化有关(Ghadially，1982年). 因此，SER的扩张、囊泡形成和精细化可能反映了特定树突状棘及其突触功能状态的变化。SER也是对制备过程中的变化最敏感的膜细胞器之一。由于机械损伤或低张力固定，其小管可能被人为扩张或破裂成小泡；因此，在处理过程的所有阶段，都要小心轻柔地处理组织，固定剂有轻微的高渗。此外，我们使用缓冲锇酸和亚铁氰化钾的混合物来获得最佳的膜保存效果(卡诺夫斯基，1971年;朗福德和科格尔，1980年). 我们对死亡后30秒内灌注的大脑进行了观察，表明当灌注前缺氧时间延长（8分钟）时，脊椎器与Purkinje细胞中观察到的SER堆栈不同(Takei等人，1994年).
无偏见样本群体中树突棘的纳入和分类标准。第15天和成人样本中包括每个系列的中心参考切片上的所有树突棘及其PSD（参见Harris等人，1992年). 通过连续切片观察树突棘，并根据彼得斯和凯泽曼·阿布拉莫夫（1970）分为四种形状的刺，即薄的、蘑菇状的、短粗的和分支的刺。如果脊柱的长度大于颈部直径，并且头部和颈部的直径相似，则认为脊柱很薄。对于蘑菇状脊椎，头部的直径远大于颈部的直径。短刺的颈部直径与脊椎总长度相似。树枝状的脊椎有多个头部从树突形成的单个颈部伸出。
三维重建和计算。序列EM或从中重新绘制的结构轮廓被放置在摄像机下，其图像由基于PC的帧抓取器（Vision-8，Insync Technologies，San Leandro，CA）捕获。通过在相邻切片的存储图像和“实时”图像之间快速切换，对图像进行微校准，然后追踪质膜轮廓、突触后密度、线粒体和SER，并使用儿童医院图像图形实验室开发的基于PC的软件确定形态数据。之前已确定截面厚度，并使用V8软件计算体积、表面积和长度，如哈里斯和史蒂文斯，1989年;Harris等人，1992年; 和哈里斯，1994年.树突棘及其相关SER、脊柱器械的三维可视化，在某些情况下，树突段是通过ICAR软件（加拿大安大略省ISG Technologies）或基于PC的设计CAD–3D软件系统（美国小型企业计算机）实现的(Spacek，1994年). 序列EM的三维重建使我们能够对SER分布进行详细分析，并计算结果中所示的体积和表面积。
结果
SER和脊柱器械的超微结构表现
第15天的脊椎通常含有一些SER的脑池或小泡（图。一，b条). 在带有穿孔PSD的粗短或蘑菇状树突状脊柱中，很少发现脊柱器械具有两个或多个由致密染色材料层压而成的SER池（图。c（c），d日).
出生后第15天海马区CA1树突棘中的SER和棘器。a、，SER水池(箭头)和b、，SER囊泡(箭头)在短枝状棘中。（这张照片有点软，因为它是从4K时拍摄的底片边缘放大的。）c（c），d日，通过脊柱器械的相邻连续切片(短粗箭头)在一个突起的树突状脊柱中，脊柱头部有一个穿孔的PSD。这根脊椎很可能是成人蘑菇状脊椎的前身。比例尺（如所示d日)：1.0μm。
在成人海马体中，不同的脊椎包含或多或少的SER，这取决于脊椎的大小和形状。SER的细小管从树突轴转向进入细树突棘，在那里SER要么结束于颈部内，要么穿过颈部进入脊椎头部，最后形成小管，即一个或多个光滑的小泡（图。一，b条)或平水箱（图。c（c）). 这些薄棘通常具有黄斑部PSD，通过连续切片观察时，其特征是表面连续（见下文）。一些SER小管段被减薄至微管的直径（图。b条，c（c）)与微管相比，SER的较暗外观以及SER微管与母枝晶SER网络的最终连通性都可以检测到它们。
成年海马（CA1）薄树突棘中SER的小管和小泡。a、，SER蓄水池(箭头)从树突干进入一个有细颈的短脊柱，并在SER的游离囊泡处结束(箭头)在脊椎头部。b、，SER水池(箭头)在一个薄的脊椎和自由光滑的囊泡的颈部(箭头)在脊椎头部。c、，SER小管(箭头)在一个平水箱中结束(胰头)在脊椎头部。比例尺（如所示c（c）)：1.0μm。
树突状脊椎器的区别在于SER的池或小管的分层，其上有致密的染色物质，通常称为内外致密板。成熟的树突棘器通常是从SER的一个狭窄小管中提取出来的（图。一)然后沿着颈部或脊柱头部分支形成两个或多个脑池（图。b条). 包含脊柱装置的大脊柱具有穿孔PSD，其特征在于分离PSD部分的电子透射区（图。b条，d日，克). 脊柱装置的脑池被称为致密板的致密染色材料隔开（图。b条). 脊柱颈的长度和直径与脊柱器械的特性有关，颈部越短越宽，最靠近脊柱器械的第一分支点和致密板。在一些脊椎中，脊椎器占据了颈部的大部分（图。c（c）)而在其他情况下，一根管子穿过颈部，延伸到脊椎头部的脊椎装置中（例如，见图。（见下文）。在一些蘑菇状脊椎头部，脊椎装置与一簇光滑的小泡相关联（图。d日). 在宽而粗的棘下也可以观察到成熟的脊椎器，带有穿孔的PSD，这似乎是更大的蘑菇状棘的前身（图。e（电子），克). SER的池和/或大多数成熟脊柱器械的致密板与PSD的侧缘紧密相连（图。一)或PSD边缘下方（图。b条). 脊椎细胞质的一个薄薄的突起称为棘突，通常来自PSD的穿孔，并使突触前轴突内陷（图。d日，c（c）). 在小刺上未发现PSD。当通过连续切片观察到24个棘时（20个在成年蘑菇棘上，4个在第15天蘑菇棘上），在棘下或棘内从未观察到SER（图。c（c）). 虽然线粒体在CA1树突状棘中极为罕见，但我们确实看到的两个线粒体位于不属于下文讨论的无偏样本的大棘中，并且在这两种情况下，SER与线粒体密切相关，正如树突状轴中常见的那样（另请参见史派克和利伯曼，1980年).
成熟的树突棘器。一、脊柱器械(粗短箭头)从SER的单个小管中提取(箭头)树状轴中。包被囊泡(胰头)发生在脊椎头部的膜上，以及一个双壁包被囊泡(弯曲箭头)发生在突触前突。另请参见图有关此功能的更多讨论，请参阅。b条，通过不同脊柱装置的纵向截面，清楚地说明SER的层压(直箭头)带有密集染色板(波浪形箭头).c（c）脊柱器械的横截面(粗箭头)在脊椎颈部。d日，光滑小泡簇(胰头)在蘑菇状脊椎的头部。这个脊椎还包含一个脊椎器械(粗填充箭头)和一个刺(波浪形箭头)向突触前波顿投射。突触前轴突棘尖有一个包被的小泡(波浪形箭头).e–g公司，通过脊柱器械交替进行连续切片(粗箭头)突起的树突棘底部有一个穿孔的PSD(两个长箭头在里面克说明了PSD的两个部分）。在树突轴中，微管围绕着横切面的线粒体，清楚地将轴的细胞质从突起的棘中划出，棘中没有微管，而只包含丝状物质网。比例尺：一——克（如所示b条和如果)，1.0μm。
树突棘、树突及其所含SER的三维重建。一，带有穿孔PSD的成人蘑菇状脊柱，即表中的成人脊柱M1。b条，重建的脊柱器械一旨在说明三个“紫色”SER叉与“红色”致密板交叉。这种脊椎器起源于脊椎底部附近的SER细小管。脊柱器械穿过脊柱颈部的上半部以及扩大的脊柱头部的一部分。此外，在脊椎头部有两个自由光滑的小泡。c（c），d日，第15天树突状节段，其中以图形方式从树突状物中移除顶部薄脊椎，以获得表中第15天脊椎T的定量值类似地，对底部大脊柱进行了图形编辑，表中为第15天的脊柱S。e（电子），如果，成人树突段，左上方蘑菇状脊椎有一个精致的脊椎装置，既穿过脊椎颈部，又扩展到扩大的头部。该脊椎从树突中以图形方式编辑而成，为表中的成人脊椎M3树突节段和棘如图所示灰色，PSD是红色，SER是浅紫色线粒体大黄色细胞器在树状轴的中心。SER与树突轴内的线粒体连续发生。比例尺：一，b条，1μm；c（c）——如果，1μm（重建树枝晶之间）。
脊柱器械与PSD的相关性。一，b条，来自脊柱器械的SER小管被导向PSD的外边缘(箭头).c（c），从未发现脊柱器械朝向分离PSD两部分的棘突。突触前轴突在棘尖有一个被包裹的小泡(箭头). 比例尺（如所示c（c）)：1.0μm。
树突棘内吞和外吐的证据
包膜小泡、双壁小泡、光滑小泡和多泡体（MVB）都是内胚体系统的一部分，参与神经元和其他细胞的膜循环。氯氰菊酯包被的小孔出现在质膜上，指示内吞开始的位置。树突棘及其突触前囊泡中均发现包被囊泡和包被坑。在所有脊柱类型中都发现了包膜囊泡或凹坑，靠近PSD（例如图。一，胰头)或在PSD萌芽进入树突棘头部的对面（图。一). 还发现从突触前轴突的质膜穿过小刺的顶端出芽的包被囊泡或凹坑（图。d日，c（c）). 除了在位于蘑菇状树突棘上的PSD穿孔中发现的典型棘突外，还观察到一个相互作用的棘突从突触前棘突突起进入脊椎，棘突顶端有一个被包裹的小泡进入脊椎。小刺上经常出现包被小泡，这与小刺也参与内吞和外吐过程的假设是一致的。令人惊讶的是，在黄斑PSD附近的许多薄棘的头部发现了棘突，这些棘突要么投射到突触前棘突，要么投射到邻近的星形细胞突起中。
脊柱头部局部内吞和外吞的超微结构证据。一，包被囊泡内陷位于远离PSD附近的脊柱头部的质膜。b条，膜分隔MVB与脊柱头部的脊柱器械相关。c（c），脊椎头部靠近质膜的光滑小泡。d日，平滑的囊泡与脊柱头部的质膜融合。（由于负片是较长系列的一部分，因此从负片的侧面放大，此图像有点柔和。）比例尺（如所示d日)：1.0μm。
当内吞作用涉及将相邻过程的质膜并入由吞噬过程的质膜产生的囊泡时，就会出现双壁囊泡。突触前均观察到双重囊泡（图。一，弯曲箭头)沿着树突棘的颈部（参见哈里斯和史蒂文斯，1989年，他们的图。e（电子），e（电子）).
MVB被认为是次级溶酶体，参与消化细胞内细胞器或融合的单壁或双壁小泡(Alberts等人，1983年). MVB发生在一些成年蘑菇状脊椎中，它们与脊椎器紧密相关（图。b条). 在脊椎基底部的树突轴中，偶尔也发现MVB与SER小管相连。
平滑的小泡可能是由胞饮作用、内吞小泡的脱膜或SER的出芽引起的。光滑的小泡出现在脊柱头部的细胞质中（图。b条，一，b条，d日)靠近脊柱质膜（图。c（c）)，并与质膜融合（图。d日). 总之，这些观察结果为树突棘中相当大的内吞和外吞活性提供了有力证据。
CA1区树突棘无偏样品中不同类型SER的定量
通过连续切片分析了203个树突棘（表; 另请参见Harris等人，1989年，1992，用于描述之前用于按类型比较这两个年龄段的脊椎数的无偏系列抽样方法）。在第15天的样品中，薄的、蘑菇状的和短粗的棘以大致相同的比例出现，而在成年样品中以薄棘为主。两个年龄段的蘑菇状棘的比例相似，但短刺在第15天样品中比在成人样品中更常见。在成虫中出现了5个分支棘，但在第15天的样本中没有出现。在这两个年龄段，大多数脊椎都有黄斑PSD。在第15天的样本中，蘑菇类和短粗类的13个棘具有穿孔的PSD；其中4个PSD的穿孔处有棘突。在成人样本中，22个脊椎（主要是蘑菇类）有穿孔的PSD，其中10个也有小刺。成人样本中五个分支脊柱的所有头部都有黄斑PSD。
表1。
| 第15天 | 成人 |
|---|
| 总计 | 薄 | 蘑菇 | 矮胖的 | 总计 | 薄 | 蘑菇 | 矮胖的 | 分支 |
|---|
| 脊椎编号 | 112 | 42 | 31 | 39 | 91 | 54 | 28 | 4 | 5 |
| 黄斑性PSD | 99 | 42 | 24 | 33 | 69 | 53 | 7 | 4 | 5 |
| 穿孔PSD | 13 | 0 | 7 | 6 | 22 | 1 | 21 | 0 | 0 |
| 针叶 | 4 | 0 | 2 | 2 | 10 | 0 | 10 | 0 | 0 |
SER可以根据不同的复杂程度分类为形成一个或多个光滑的囊泡、一个或多个小管或完全精细的脊柱装置。在第15天，58%的树突状棘含有至少一个平滑的小泡或小管SER，而在成人中，48%的树突棘含有某种类型的SER（图。一). 一天中有50%的15条细棘中发现SER，但只有24%的成年细棘中存在SER。一天中77%的蘑菇棘和93%的成年蘑菇棘中发现SER。在第15天，51%的短棘具有SER，而在成人样本中的四个短棘中只有一个含有SER。
含有光滑小泡、SER小管和/或脊椎装置的树突棘的定量。一，两个年龄段含有任何形式SER的树突棘的百分比。b条，第15天树突棘中不同形式的SER。c（c），成人脊柱中不同形式的SER。（哈里斯和史派克，1995年; 这些图表中的数据是正确的。）
在第15天的样品中，28%的脊椎含有一个或多个光滑的小泡，29%的脊柱含有至少一个SER小管。在蘑菇类和短梗类中，一些脊椎有一个以上的小管，偶尔（2%），一个大的短梗脊椎包含脊椎器（图。b条).
在成人样本中，15%的薄棘含有一个或多个光滑的小泡，而～9%的薄棘包含一个连接到轴SER的SER小管（图。c（c）). 在28个成人蘑菇状脊椎中，82%含有成熟的脊椎器；除2例外，其余均为穿孔性PSD。大多数成熟的蘑菇状脊椎具有穿过头部和颈部的脊椎装置（57.1%），尽管11%的脊椎仅在脊椎头部具有脊椎装置，14%的脊柱仅在脊柱颈部有脊椎装置。大约39%的成年蘑菇棘也有光滑的小泡，7%的蘑菇棘只含有一个或多个SER小管，但没有致密的板。一个成年人短粗的脊柱包含一个SER小管。两个成体分支棘含有光滑的小泡，两个含有SER小管，一个没有SER（为了简单起见，这些数据没有在图中绘制出来）。).
很明显，不可能对未成熟和成熟样本进行统计比较，因为由于这项工作的劳动密集型性质，我们将定量分析局限于组织保存完好的单个成年动物。同样，通过这种方式，我们可以确定，成年人脊柱类型之间的差异并不是动物之间差异的结果，因为所有的脊椎都来自一只老鼠。我们还检查了另外两只成年大鼠海马CA1区的连续切片，定性地说，出现了类似的模式，即在具有穿孔突触的较大棘中观察到脊椎装置，而许多小而薄的棘没有SER。
较大的PSD与较大且更复杂的脊柱器械相关
随着PSD总重建面积的增加，脊柱器械的池数增加（图。). 大多数成年脊椎器械都有三个蓄水池，如上所述，91%带有脊椎器械的蘑菇脊椎也有穿孔的PSD。我们看到的最大数量的蓄水池是8个，尽管包含这个装置的脊椎不是无偏样本的一部分，因此，图中没有绘制。
成人海马（CA1）蘑菇状树突状棘棘棘内棘器PSD总表面积与池数的相关性。线性回归分析：第页=0.6，标准偏差=0.16，第页< 0.003,n个=22个不同的脊椎。
脊柱SER和脊柱器械的三维测量
三维重建（图。)对具有代表性的树突棘及其包含的SER或脊柱器械进行了体积测量（表). 在这两个年龄段，SER的脑池和小泡仅占脊柱总体积的2-3.5%。致密板材的体积仅为0.001μm三成人蘑菇状脊柱（表中M1); 然而，由于难以追踪这一组分，所以没有在其他脊椎中进行测量。SER的卷曲膜的总表面积为0.12μm2成人薄脊柱至2.19μm2用于成人蘑菇状脊柱中最大的脊柱器械（表中的M3). 该膜面积很大，范围为脊柱整个质膜的12~40%（表).
表2。
| 年龄和脊椎形状 | 屏蔽门面积（μm2) | 脊柱体积（μm三) | SER或SA体积（μm三) | %脊椎体积 | 脊髓膜面积（μm2) | SER或SA膜面积（μm2) | %脊髓膜面积 |
|---|
| 第15天 |
| T型 | 0.05 | 0.10 | 0.0032 | 3.2 | 0.98 | 0.22 | 23 |
| S公司 | 0.19 | 0.24 | 0.0083 | 3.5 | 1.95 | 0.38 | 20 |
| M（M） | 0.48 | 0.43 | 0.0093 | 2.2 | 2.98 | 0.62 | 21 |
| 成人 |
| T型 | 0.13 | 0.06 | 0.0014 | 2.4 | 0.98 | 0.12 | 12 |
| M1级 | 0.25 | 0.25 | 0.0070 | 2.8 | 2.48 | 0.90 | 36 |
| 平方米 | 0.50 | 0.38 | 0.0110 | 2.9 | 3.71 | 1.27 | 34 |
| 立方米 | 0.79 | 0.64 | 0.0220 | 3.4 | 5.42 | 2.19 | 40 |
| M1颈部 | 不适用 | 0.03 | 0.0028 | 8.6 ± 5.2 | 0.56 | 0.34 | 61 |
| M2颈部 | 不适用 | 0.01 | 0.0008 | 7.0 ± 4.7 | 0.34 | 0.10 | 28 |
| M3颈部 | 不适用 | 0.10 | 0.0080 | 9.4 ± 3.6 | 1.20 | 0.64 | 53 |
在脊柱颈部测量SER剖面的横截面积，对于完全重建的脊柱，其平均值为7–9%（表). 在另外15个蘑菇状脊椎的横截面颈部测量SER剖面的横截面积，并用颈部剖面面积的百分比表示。在这些脊椎中，SER谱占7%，其中只有一个细小管，高达21%，其中脊椎器的池位于脊椎颈部。当脑干间致密板也被添加到SER的池中时，脊柱器械占据了脊柱颈部横截面积的36%（例如，见图。c（c）).
树突状干中SER与脊髓和突触的关系
从第15天的部分和成年海马树突状节段获得代表性重建。可视化结果显示，在树突棘起源于树突轴的区域，母树突轴中的SER量升高（例如，图。d日，如果). 为了验证这一假设，SER被量化，方法是将成年海马六个树突状节段的每个节段中SER轮廓的面积相加（表，图。). 然后将每个树突状节段分为带有和不带棘的离散节段。树突棘被发现为簇状，每个簇有一到八个棘，每个簇没有棘起源的部分。使用Lotus 1、2、3软件确定脊柱数目与每个簇或定界区域下方树突状干中SER累积量之间的相关性。例如，在表中树突1（D1）直径0.5μm，有14个薄棘，3个蘑菇棘，1个轴突触，沿3.1μm长（42个连续切片，每个0.073μm厚）。平均而言，D1的每个横截面轮廓的8.2±3.5%的面积被SER填充。枝晶1具有12个离散的棘簇和定界区，树突轴中SER的数量与簇中棘的数量或定界区中的0个棘相关(第页= 0.87,第页<0.0005）（表，图。一). 对于六个树突状片段中的五个，相关性很高，达到了统计显著性（表). SER所占树突状轴百分比的分布与每个截面中SER的面积测量值平行，因为树突状节段沿其长度具有相对均匀的直径。事实上，图b条图中显示了枝晶6，其宽度是枝晶1的两倍，但枝晶6中的SER数量较少。然而，SER的不均匀分布与沿树突6长度的脊椎/突触起源数量之间的相关性也很好（0.94，第页<0.001）枝晶1。这些观察结果表明，SER在树突状干中的不均匀分布受到来自脊柱头部的突触活动的影响。
表3。
重建树突状轴节段的SER与沿其长度离散位置出现的脊椎或突触起源数量的相关性
| 枝晶岩 | 管片直径（μm） | 段长（μm） | 脊椎或突触的类型（无） | %树枝状轴填充SER（平均值±SD） | 脊椎簇和定界区域（编号） | 相关性(第页)轴SER与集群中脊椎或突触数量之间 |
|---|
| 第1页 | 0.5 | 3.1 | 14T、3M、1Sh | 8.2 ± 3.5 | 12 | 0.87, 第页 < 0.0005 |
| D2类 | 0.5 | 3.2 | 11吨，200万 | 5.2 ± 2.6 | 12 | 0.68之间第页 < 0.01 |
| 第3天 | 0.5 | 1.5 | 5T、1Br | 2.4 ± 1.2 | 4 | 0.93, 第页 < 0.05 |
| 第4天 | 0.5 | 三 | 14T、1M、1Br | 5.1 ± 2.1 | 18 | 0.38, 第页 = 0.06 |
| D5型 | 0.5 | 3.1 | 9T、1S、1Sh | 6.6 ± 3.8 | 10 | 0.92之间第页 < 0.0005 |
| 第6天 | 1 | 3.6 | 20吨，3米 | 4.4±2.5 | 14 | 0.94, 第页 < 0.001 |
SER横截面积与树突状棘和突触分布的关系(一)枝晶1和(b条)表中的枝晶6. The年-轴是截面号，调整每个钢筋的厚度以匹配截面厚度的相对差异。这个x个-轴是树枝状轴每个截面中SER的总横截面积。枝晶1中SER的三维重建也显示出沿枝晶轴的不均匀分布。上左边是薄棘起源的示意图(细线用于颈部和实心黑色圆圈头部），蘑菇刺(孵化颈部和实心椭圆形头部），分支脊柱（位于顶部树突6）和轴突触(细垂直线枝晶1的第22和26段之间）。为了简单起见，所有薄脊椎都位于左边所有蘑菇棘和轴突触都位于正确的插图中的。沙漏形脊柱颈在其与母枝晶的起源处跨越1至10个截面。
讨论
SER和脊柱器械的尺寸与整个脊柱和突触的大小成正比。脊椎和母树突中SER小管的高度卷曲膜为脊椎和突触结构的修饰提供了重要区域(Jones和Harris，1995年)，用于升高和调节脊椎头部和树突中的钙，防止钙在树突中诱导的兴奋毒性(哈里斯和凯特，1994年;西格尔，1995a)以及启动可能最终调节细胞核基因表达的钙信号(Rosen等人，1995年).
结束语
SER和脊椎装置的这些测量表明，它们非常适合调节海马树突棘及其突触的细胞内环境。脊髓中SER和树突SER之间的连续性提供了一种简单的机制，即突触产生的钙信号可以在数百微米以外的体细胞诱导新的基因表达。未来的工作应确定大型脊椎是否是突触钙的基本点源，这些细胞器是否受突触可塑性的影响，以及突触和SER或脊椎装置的组成是否相似，以确定它们在脊椎和突触结构修饰中的作用。沿着这些方向继续努力，对于理解树突棘的每个组成部分如何调节突触功能至关重要。
脚注
这项工作得到了美国国立卫生研究院（NIH）/Fogarty国际中心拨款TW00178、NIH拨款NS21184和NS33574以及医学研究中心拨款P30-HD18655的支持。我们感谢John Davis博士、John Fiala博士和Rajesh Jathar对儿童医院图像图形实验室重建系统的帮助。我们还感谢Steve Finkbeiner博士和John Fiala博士的周到投入。
通信地址：Kristen M.Harris，Ph.D.，Division of Neuroscience，Enders 260，Children’s Hospital，300 Longwood Avenue，Boston，MA 02115。
参考文献
1Alberts B、Bray D、Lewis J、Raff M、Roberts K、Watson JD。细胞的分子生物学。加兰；纽约：1983年。[谷歌学者] 2Allbritton NL，Meyer T，Stryer L.钙离子和1,4,5-三磷酸肌醇的信使作用范围。科学。1992;258:1812–1815.[公共医学][谷歌学者] 三。Andrews SB，Reese TS。快速冷冻神经元的细胞内结构和元素分析。Ann NY科学院。1990;483:284–294.[公共医学][谷歌学者] 4Baude A、Nusser Z、Roberts JD、Mulvihill E、McIlhinney RA、Somogyi P。免疫金反应检测到代谢型谷氨酸受体（mGluR1α）集中在神经元亚群的突触膜周围。神经元。1993;11:771–787.[公共医学][谷歌学者] 5Benedeczky I、Molnar E、Somogyi P。作为钙的池细胞器2+-海马锥体神经元轴突起始段中与GABA能突触相关的储存室。实验脑研究。1994;101:216–230.[公共医学][谷歌学者] 6Bootman MD，Berridge MJ。钙信号的基本原理。单元格。1995;83:675–678.[公共医学][谷歌学者] 7Broadwell RD，Cataldo AM。神经元内质网：细胞化学及其对内膜系统的贡献。细胞体和树突。组织化学细胞化学杂志。1983;31:1077–1088.[公共医学][谷歌学者] 8Broadwell RD，Cataldo AM。神经元内质网：细胞化学及其对内膜系统的贡献。二、。轴和端子。《计算机神经学杂志》。1984;230:231–248.[公共医学][谷歌学者] 9Brown TH，Chang VC，Ganong AH，Keenan CL，Kelso SR。树突和棘的生物物理性质可能控制长期突触增强的诱导和表达。神经-神经生物。1988;35:201–264. [谷歌学者] 10Buchs P-A、Stoppini L、Parducz A、Siklos L、Muller D。中枢神经系统钙超微结构定位的新细胞化学方法。神经科学方法杂志。1994;54:83–93.[公共医学][谷歌学者] 11Bundgaard M.毛细血管内皮中平滑面内质网的三维组织：其在调节游离胞浆钙中的可能作用。结构生物学杂志。1991;107:76–85.[公共医学][谷歌学者] 12Burgoyne RD，Gray EG，Barron J.大脑皮层树突棘器和小脑皮层突触部位钙的细胞化学定位。J Anat杂志。1983;136:634–635. [谷歌学者] 13Chicurl ME，Harris KM。大鼠海马CA3分支树突棘的结构和组成及其与苔藓纤维束的突触关系的三维分析。《计算机神经学杂志》。1992;325:169–182.[公共医学][谷歌学者] 14Choi DW公司。钙：仍然是缺氧缺血性神经元死亡的中心阶段。神经科学趋势[综述]1995;18：58–60。[公共医学][谷歌学者] 15Clapham DE.钙信号。单元格。1995;80:259–268.[公共医学][谷歌学者] 16Cohen RS，Kriho V.大脑皮层树突棘中ATP酶活性的定位。神经细胞学杂志。1991;20:703–715.[公共医学][谷歌学者] 17Cornell-Bell AH，Finkbeiner SM，Cooper MS，Smith SJ。谷氨酸诱导培养星形胶质细胞中的钙波：长程胶质细胞信号。科学。1990;247:470–473.[公共医学][谷歌学者] 18Deisserth K，Bito H，Tsien RW。从突触到细胞核的信号传递：多种形式海马突触可塑性过程中的突触后CREB磷酸化。神经元。1996;16:89–101.[公共医学][谷歌学者] 19Ellisman MH、Deerinck TJ、Ouyang Y、Beck CF、Tanksley SJ、Walton PD、Airey JA、Sutko JL。禽中枢神经系统中ryanodine结合蛋白的鉴定和定位。神经元。1990;5:135–146.[公共医学][谷歌学者] 20Fifkova E，Morales M.钙调节树突棘中的收缩和细胞骨架蛋白可能控制突触可塑性。Ann NY科学院。1989;568:131–137.[公共医学][谷歌学者] 21Fifkova E，Markham JA，Delay RJ。齿状分子层树突棘棘器中的钙。大脑研究。1983;266:163–168.[公共医学][谷歌学者] 22Finkbeiner SM，加利福尼亚州格林伯格2+-ras依赖途径：神经元存活、分化和可塑性的机制？神经元。1996;16:233–236.[公共医学][谷歌学者] 23Geinisman Y、Morrell F、de Toledo Morrell L。树突轴上的突触显示出穿孔的突触后密度。大脑研究。1987;422：352–356。[公共医学][谷歌学者] 24Ghadially FN。细胞的超微结构病理学。巴特沃斯；伦敦：1982年。[谷歌学者] 25Gold JI，Bear MF.树突棘Ca模型+2专注于探索滑动突触修饰阈值的可能基础。美国国家科学院程序。1994;91:3941–3945. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 26大脑皮层的轴-体突触和轴-树突突触：电子显微镜研究。J Anat杂志。1959;93:420–433. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 27Guthrie PB、Segal M、Kater SB。树突棘成像揭示的钙的独立调节。自然。1991;354:76–80.[公共医学][谷歌学者] 28Harris KM.系列电子显微镜作为共焦显微镜的替代或补充，用于研究中枢神经系统中的突触和树突棘。作者：史蒂文斯·JK、米尔斯·LR、特罗加迪斯·JE，编辑。三维共聚焦显微镜：生物标本的体积研究。学术；纽约：1994年。第421–445页。[谷歌学者] 29Harris KM，Kater SB。树突棘：赋予突触功能稳定性和灵活性的细胞特化。《神经科学年鉴》。1994;17:341–371.[公共医学][谷歌学者] 30Harris KM，Spacek J.大鼠海马（CA1）树突棘中SER和其他细胞器的三维组织。Soc神经科学文摘。1995;21:594. [谷歌学者] 31Harris KM，Stevens JK。大鼠小脑浦肯野细胞的树突状棘：与其生物物理特性相关的系列电子显微镜。神经科学杂志。1988;8:4455–4469. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 32Harris KM，Stevens JK。大鼠海马CA1锥体细胞的树突状棘：与其生物物理特性相关的系列电子显微镜。神经科学杂志。1989;9:2982–2997. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 33Harris KM，Jensen FE，Tsao B.大鼠海马CA1区树突状棘突触的超微结构、发育和可塑性：通过系列电子显微镜和三维分析扩展我们的视野。神经-神经生物。1989;52：33–52。 [谷歌学者] 34Harris KM、Jensen FE、Tsao B.出生后第15天和成年大鼠海马（CA1）树突棘和突触的三维结构：突触生理成熟和长期增强的意义。神经科学杂志。1992;12:2685–2705. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 35Holmes WR、Levy WB。从NMDA受体介导的钙内流和细胞内钙浓度变化的计算模型深入了解关联长期增强。神经生理学杂志。1990;63:1148–1168.[公共医学][谷歌学者] 36Itarat W，Jones A.在大鼠新皮层的突触发生过程中存在穿孔突触。突触。1992;11:279–286.[公共医学][谷歌学者] 37Jones DJ，Harris RJ。《当代中枢神经系统突触重塑形态学概念的分析：穿孔突触重访》。神经科学评论。1995;6:177–219.[公共医学][谷歌学者] 38Jones EG、Powell TPS。新皮质树突棘的形态学变化。细胞科学杂志。1969;5:509–529.[公共医学][谷歌学者] 39Karnovsky MJ（1971）在电子显微镜中使用亚铁氰化物还原的四氧化锇。第11届细胞生物学年会146。
40肯尼迪·MB。钙对神经元功能的调节。《神经科学趋势》。1989;12:417–420.[公共医学][谷歌学者] 41Krijnse-Locker J、Parton RG、Fuller SD、Griffiths G、Dotti CG。培养的大鼠海马神经元中内质网和中间隔室的组织。分子生物学细胞。1995;6:1315–1332. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 42Langford LA，Coggeshall RE。铁氰化钾在神经固定中的应用。Anat记录。1980;197：297–303。[公共医学][谷歌学者] 43Lindsey JD，Ellisman MH。神经元内膜系统。粗糙内质网和高尔基体顺式元件之间的直接联系。神经科学杂志。1985年；5:3111–3123. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 44Lindsey JD，Ellisman MH。神经元内膜系统。二、。高尔基体顺式元件的多种形式。神经科学杂志。1985年b；5:3124–3134. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 45Lindsey JD，Ellisman MH。神经元内膜系统。三、 轴突丘处轴浆网和离散轴突池的起源。神经科学杂志。1985年；5:3135–3144. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 46Maletic-Savatic MM，Koothan T，Malinow R.培养海马神经元中的树突状钙依赖性胞吐：钙/钙调素蛋白激酶II的作用。Soc神经科学文摘。1995;21:1743. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 47Marton ME，Zhang Y，Simpliciano VM，Carragher BO，Ellisman MH.Purkinje细胞树突中光滑内质网的三维可视化。神经科学杂志。1993;13:4636–4646. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 48Mignery GA、Sudhof TC、Takei K、DeCamilli P.推测的1,4,5-三磷酸肌醇受体类似于ryanodine受体。自然。1989;342:192–195.[公共医学][谷歌学者] 49Morales M，Fifkova E.MAP 2在树突棘中的分布及其与肌动蛋白的共定位。免疫金电子显微镜研究。细胞组织研究。1989;256:447–456.[公共医学][谷歌学者] 50马勒·W，康纳·JA。树突棘作为突触Ca2+反应的单个神经元隔室。自然。1991;354:73–76.[公共医学][谷歌学者] 51Murphy TH、Baraban JM、Wier WG。利用钙成像技术将微型突触电流映射到单个突触，揭示了突触后输出的异质性。神经元。1995;15:159–168.[公共医学][谷歌学者] 52Nusser Z、Mulvihill E、Streit P、Somogyi P。免疫金定位显示代谢性和离子性谷氨酸受体的突触下分离。神经科学。1994;61:421–427.[公共医学][谷歌学者] 53Peters A、Palay SL、Webster HD。神经系统的精细结构：神经元和支持细胞。桑德斯；费城：1991年。[谷歌学者] 54Peters A，Kaiserman-Abramof IR。大鼠大脑皮层的小锥体神经元。胞体、树突和棘。J Anat杂志。1970;127：321–356。[公共医学][谷歌学者] 55Petrozzino JJ、Pozzo Miller LD、Connor JA。微摩尔Ca2+脑切片中海马锥体神经元树突棘的瞬态。神经元。1995;14:1223–1231.[公共医学][谷歌学者] 56Rosen LB，Ginty DD，Greenberg ME。基因表达的钙调节。In：表示AR，编辑。第二信使和磷酸蛋白研究进展。掠夺；纽约：1995年。第225-253页。[公共医学][谷歌学者] 57Segal M.神经保护用树突棘：一个假设。[复习]。《神经科学趋势》。1995年a；18:468–471.[公共医学][谷歌学者] 58Segal M.培养大鼠海马神经元活树突状棘中钙变化的成像。生理学杂志（伦敦）1995年b；486.2:283–295. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 59Spacek J.树突棘的三维分析。二、。脊椎器和其他细胞质成分。Anat胚胎。1985;171:235–243.[公共医学][谷歌学者] 60Spacek J.Design CAD-3D：生物学中三维重建的有用工具。神经科学方法杂志。1994;53：123–124。[公共医学][谷歌学者] 61Spacek J，Hartmann M.树突棘的三维分析。大脑和小脑皮质树突棘和突触形态的定量观察。Anat胚胎。1983;167:289–310.[公共医学][谷歌学者] 62Spacek J，Lieberman AR。大鼠体感丘脑突触肾小球的超微结构和三维组织。J Anat杂志。1974;117:487–516. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 63Spacek J，Lieberman AR。神经组织中线粒体外膜和无颗粒网之间的关系：超微结构观察和新解释。细胞科学杂志。1980;46:129–147.[公共医学][谷歌学者] 64Svoboda K，Tank DW，Denk W.树突棘和轴之间耦合的直接测量。科学。1996;272：716–719。[公共医学][谷歌学者] 65Takei K、Stukenbrok H、Metcalf A、Mignery GA、Sudhof TC、Volpe P、De Camilli P.Ca2+浦肯野神经元中的储存：InsP异质分布所示的内质网亚室三受体，钙2+-ATP酶和钙螯合素。神经科学杂志。1992;12：489–505。 [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 66Takei K、Mignery GA、Mugnaini E、Sudhof TC、De Camilli P.肌醇1,4,5-三磷酸受体导致转染成纤维细胞和小脑Purkinje细胞中内质网池堆积的形成。神经元。1994;12:327–342.[公共医学][谷歌学者] 67Tarrant SB，Routtenberg A.树突棘中的突触棘：海马齿状回的电子显微镜研究。组织细胞。1977;9:461–473.[公共医学][谷歌学者] 68Villa A，Meldolesi J.Ca的控制2+体内平衡：细胞内快速交换钙的作用2+商店。细胞生物学国际报告。1994;18:301–307.[公共医学][谷歌学者] 69Villa A、Sharp AH、Rachetti G、Podini P、Bole DG、Dunn WA、Pozzan T、Snyder SH、Meldolesi J。浦肯野神经元胞体和树突的内质网：Ca的分子特性和专一性2+运输。神经科学。1992;49:467–477.[公共医学][谷歌学者] 70Westrum LE，Blackstad T。大鼠海马放射层的电子显微镜研究（高级区域，CA1），特别强调突触。《计算机神经学杂志》。1962;119:281–309.[公共医学][谷歌学者] 71Westrum LE、Jones DH、Gray EG、Barron J.微管、树突棘和棘器。细胞组织研究。1980;208:171–181.[公共医学][谷歌学者] 72Wickens J.电耦合但化学隔离的突触：突触修饰规则中的树突棘和钙。神经生物学进展。1988;31:507–528.[公共医学][谷歌学者] 74Woolf TB，Greer CA。树突棘内的局部通讯：哺乳动物嗅球颗粒细胞棘内第二信使扩散模型。突触。1994;17:247–267.[公共医学][谷歌学者] 75Yuste R，Denk W.树突棘是神经元整合的基本功能单位。自然。1995;375：682–684。[公共医学][谷歌学者] 76Yuste R，储罐DW。哺乳动物神经元中的树突整合，在卡哈尔之后一个世纪。神经元。1996;16:701–716.[公共医学][谷歌学者] 77Zador A，Koch C，Brown TH.希伯来突触的生物物理模型。美国国家科学院程序。1990;87:6718–6722. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 
