根植教材 深研“病因” 提升素養
——神經—體液調節專題復習

張卓鵬

(江蘇省南通市通州區金沙中學)

新高考生物試題考查目標更加素養化、試題情境更加真實化、問題解決更加開放化、關鍵能力考查更加綜合化?！耙钟舭Y”作為高考生物命題的熱點之一,常以非選擇題的形式出現,試題要求學生分析作答時能夠基于情境,進行深度思維和科學表達。同時倡導健康生活的觀念,提升學生社會責任。

抑郁癥又稱抑郁障礙,為臨床中常見的與情感相關的精神類疾病,代表性臨床表現為情緒不高、悲觀厭世、認知和睡眠障礙,患者常常陷入憂郁、無法控制的自我沉思及對過去、現在和未來的消極思考中。近年來抑郁癥的發病率呈逐年上升的趨勢。

1.探究抑郁癥與神經遞質及其受體的關系

背景資料1：五-羥色胺(5-HT)和多巴胺(DA)等都屬于單胺類神經遞質,其含量或其特異性受體的異常,都可能引發抑郁癥、廣泛性焦慮障礙等精神障礙。

抑郁癥患者血清中吲哚胺2,3-雙加氧酶(IDO)的活性明顯升高,色氨酸分解速率加快,從而抑制了色氨酸向5-HT途徑的代謝,降低了突觸間隙神經遞質5-HT的濃度,由此加速了抑郁癥的發生。此外,有研究顯示,抑郁癥患者多巴胺轉運蛋白(DAT)濃度明顯高于普通人,而體內高濃度的DAT能使突觸末梢多巴胺(DA)的回收率上升,進而表現為突觸間隙DA的水平降低,最終誘發抑郁癥的產生。

背景資料2：炎癥因子與大腦五-羥色胺(5-HT)系統密切相關,當炎癥因子通過血腦屏障,進入下丘腦、海馬和前額皮質等腦區后,可以明顯加強這些區域中5-HT和多巴胺(DA)神經元的活性,進而使中樞神經系統內單胺類神經遞質的再攝取作用增強,同時炎癥因子還可以降低與5-HT 合成密切相關的色氨酸前體等利用率,從而降低神經遞質的濃度,最終引起抑郁的發生。

例1.圖1是神經元之間通過突觸傳遞信息的示意圖,5-羥色胺(5-HT)是一種能使人產生愉悅情緒的神經遞質,為探索抑郁癥的發生與5-HT含量的關系,科研人員進行了相關研究。

圖1

(1)據圖1可知,突觸前神經元將5-HT釋放到突觸間隙,與____________結合引發突觸后膜電位變化。5-HT發揮作用后少部分被分解,大部分____________。

(2)研究者認為:抑郁癥的發生是突觸間隙中5-HT 的含量下降所致。下列能支持此觀點的現象是________。

A.抑郁癥患者腦神經元間5-HT含量降低

B.抑郁癥患者突觸前膜SERT表達量提高

C.抑制突觸前膜5-HT的釋放會導致實驗動物出現抑郁癥表現

D.癥狀改善的抑郁癥患者突觸后膜內5-HT含量逐步提高

(3)釋放5-HT的神經元主要聚集在大腦的中縫核部位。為進一步探究抑郁癥患者突觸間隙中的5-HT含量下降的原因,研究人員利用抑郁癥模型鼠進行了研究,得到的結果如下表。表中結果可歸納為________。

組別數量中縫核miR16相對含量中縫核SERT相對含量對照組10只0.860.59模型組10只0.650.99

(4)研究者進一步研究了中縫核處miR-16與SERT含量的相關性,結果發現miR-16作用原理如圖2。據圖2可知中縫核miR-16可通過阻斷SERT表達的________過程抑制SERT的合成。

圖2

(5)綜上研究,請寫出抑郁癥患者產生情感低落等抑郁行為的分子機制:________。

【分析】本題以抑郁癥的成因為情境,屬于生活、學習和實踐情境,體現基礎性和應用性。(1)5-HT是一種興奮性神經遞質,突觸前神經元興奮后在突觸前膜釋放5-HT,5-HT釋放在突觸間隙擴散至突觸后膜,與突觸后膜上的特異性受體結合。由圖1和已學知識可知,神經遞質5-HT發揮作用后少部分被滅活,即被相應的酶分解,大部分被轉運蛋白運回突觸前神經元。(2)據題干信息:抑郁癥患者突觸間隙中5-HT含量降低,引起抑郁癥的發生分析:抑郁癥患者突觸前膜SERT表達量提高,會加快5-HT的回收導致突觸間隙含量減少;抑制突觸前膜5-HT的釋放,也會導致突觸間隙5-HT含量下降;A、B、C三項都能支持抑郁癥的發生與突觸間隙5-HT的含量減少有關。若癥狀改善的抑郁癥患者突觸前膜或突觸間隙內5-HT含量逐步提高,可支持題干信息,D項錯誤。(3)略。(4)據圖2可知,miR-16與蛋白質形成復合體后,引起SERT的mRNA的降解,所以miR-16影響SERT的翻譯過程。(5)基于上述情境,圍繞問題導向:與正常鼠相比,模型鼠的中核內miR-16含量低于正常鼠,而SERT含量高于正常鼠,模型鼠突觸間隙的5-HT含量低于正常鼠,思考miR-16、SERT、突觸間隙的5-HT含量三者之間的關系并引發深度思維:抑郁癥的產生是突觸間隙5-HT含量的減少,可能是因為中縫核miR-16含量下降導致SERT表達量上升,從而使5-HT的攝取量增加,造成突觸間隙中5-HT含量下降,而5-HT是興奮性遞質,其含量下降,引起突觸后神經元興奮性降低,從而導致情緒低落等抑郁行為。

參考答案：(1)(特異性)受體 通過轉運蛋白(SERT)運回突觸前神經元 (2)ABC (3)模型鼠的中縫核內miR-16含量低于正常鼠,而SERT含量高于正常鼠 (4)翻譯 (5)中縫核miR-16含量下降導致SERT表達量上升,從而使5-HT的攝取量增加,造成突觸間隙中5-HT含量下降,導致情緒低落等抑郁行為

2.探究抑郁癥的發生發展與HPA的關系

抑郁癥的形成涉及神經-體液調節。HPA軸(下丘腦—垂體—腎上腺軸)涉及激素分泌的分級調節和反饋調節,是高考生物命題的重要關注點。

背景資料3：炎癥因子的過度表達會增加下丘腦調控激素的分泌,進而引起下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)的過度激活,加重大鼠的抑郁樣行為。

背景資料4：患有抑郁癥的患者常出現HPA功能的亢進,主要表現為體內激素,如促腎上腺皮質激素釋放激素(CRH)和糖皮質激素(GC)水平含量升高。

例2.持續性的抑郁刺激會激活HPA軸(下丘腦—垂體—腎上腺軸),使下丘腦過度分泌CRH(促腎上腺皮質激素釋放激素),通過GC(糖皮質激素)影響海馬區神經遞質Glu和GABA的濃度以及下丘腦相應受體的表達,進一步激活HPA軸,使患者出現各種抑郁表現?，F利用正常大鼠和抑郁大鼠為材料,進行8周有氧運動干預,實驗結果如表:

組別p(Glu)/(mg·L-1)c(GABA)/(μmol·L-1)NR1/(OD·μm-2)NR2B(OD·μm-2)GABAAa2(OD·μm-2)CRH(OD·μm-2)正常對照組(C)12.537.293.5717.7144.065.13抑郁對照組(DC)26.733.9612.1342.0927.4614.70抑郁運動組(DE)22.415.876.8527.5235.317.43

(1)GC作用的靶器官有________,它的分泌存在分級調節,其生物學意義是________________。

(2)運動干預可通過________降低CRH的分泌從而改善HPA軸的過度激活狀態,據此推測Glu可以________(填“抑制”或“促進”)CRH的分泌。

(3)利用題干實驗材料及用具,設計實驗驗證8周的有氧運動干預可以作為藥物治療抑郁癥的良好替代手段,簡寫出實驗設計思路________________。

【分析】本題考查激素的分級調節和反饋調節,意在考查考生分析題意獲取信息的能力以及實驗設計分析能力。(1)糖皮質激素(GC)可通過負反饋抑制下丘腦和垂體對相關激素的分泌,還可以影響海馬區神經遞質Glu和GABA的濃度以及下丘腦相應受體的表達,因此GC作用的靶器官有海馬區、下丘腦、垂體。(2)根據題意并比較表格中抑郁對照組和抑郁運動組可知,抑郁運動組Glu降低、下丘腦區內Glu受體減少,同時GABA的濃度升高、下丘腦GABA受體增加,Glu降低和下丘腦區內Glu受體的減少會抑制HPA軸過度激活,CRH分泌量下降?？梢?Glu和CRH的分泌量變化方向一致,可推測Glu可以促進CRH的分泌。(3)若要驗證8周的有氧運動干預可以作為藥物治療抑郁癥的良好替代手段,則實驗自變量為是否進行有氧運動,因變量為大鼠中CRH陽性表達情況,其他無關變量應相同且適宜,實驗思路略。

參考答案：(1)海馬區、下丘腦、垂體 可以放大激素的調節效應,形成多級反饋調節,有利于精細調控,從而維持機體的穩態 (2)降低Glu的濃度、抑制下丘腦區內Glu受體的表達;同時提高GABA的濃度、促進下丘腦GABA受體的表達 促進 (3)實驗思路∶取生理狀況相同的抑郁大鼠若干只,隨機均分為A、B、C三組,A組大鼠不作處理;B組大鼠用一定劑量的藥物處理8周;C組大鼠進行8周的有氧運動干預;D組另取相同數量的正常大鼠不作處理,其他條件相同且適宜。8周后檢測4組大鼠中CRH陽性表達情況

3.探究抑郁癥的治療

背景資料5：抑郁癥發生發展的一個重要生理病理基礎是神經可塑性的損傷,而一些藥物能夠緩解抑郁行為的可能機制是通過改變相關信號傳導通路進而調節神經可塑性及細胞結構實現的。腦源性神經營養因子(BDNF)作為一種最為常見的神經營養因子(NTF),在改變突觸可塑性、增加突觸間聯系中發揮了重要的生理作用。

例3.抑郁癥的發病機制非常復雜,神經遞質異常是其發病原因之一。當興奮性神經遞質過少或抑制性神經遞質過多,都能使興奮與抑制之間失衡,導致抑郁癥狀發生。

(1)γ-氨基丁酸(GABA)屬于抑制性神經遞質,其以________的方式排到突觸間隙中,γ-氨基丁酸和突觸后膜上的受體結合后,可對突觸后膜產生抑制。γ-氨基丁酸在突觸間隙中的移動________(填“消耗”或“不消耗”)ATP。

(2)突觸間隙內的γ-氨基丁酸可通過GABA載體不斷被回收至突觸前膜所在的神經元內。研究發現抑郁患者突觸間隙內γ-氨基丁酸的含量較高,可將GABA載體的________(填“抑制劑”或“激活劑”)作為藥物施用于患者,緩解抑郁患者的病情。試分析該藥物的作用機理:________________。

(3)某研究團隊發現男性抑郁癥的發生與睪酮(雄性激素)的含量降低有關。正常情況下,睪酮被肝臟代謝并通過膽汁排入腸道后再次被重吸收入血,形成肝腸循環。人體腸道中的微生物種類非常豐富。

①為了研究抑郁癥患者睪酮含量下降的原因,科學家將男性抑郁患者糞便菌群與睪酮孵育,發現83%的抑郁患者糞便菌群能降解睪酮;而當非抑郁患者糞便菌群與睪酮孵育時,沒有觀察到睪酮的降解,該實驗說明________________。

②進一步的研究表明,用含有新金色分枝桿菌的培養液對大鼠進行灌胃后,大鼠血清和腦組織的睪酮水平顯著降低,并出現了抑郁行為;而對照組大鼠并不出現上述現象。由此推斷新金色分枝桿菌、睪酮、抑郁行為之間的關系是________。

③請基于上述研究,提出一種開發研制治療抑郁行為新藥物的思路:________________。

【分析】本題以抑郁癥的治療為情境,屬于生活、學習和實踐情境,體現基礎性和應用性。小題解析略。

參考答案：(1)胞吐 不消耗 (2)激活劑 施用GABA載體的激活劑,能加速γ-氨基丁酸回收至突觸前膜所在的神經元內 (3)抑郁患者糞便菌群能降解睪酮,導致睪酮含量下降 新金色分枝桿菌能降解睪酮,導致睪酮含量下降,導致出現抑郁行為 抑制新金色分枝桿菌繁殖等

例4.單胺氧化酶(MAO)是一種單胺類神經遞質的降解酶,研究發現MAO能催化去甲腎上腺素(NE)的降解,從而導致機體出現抑郁癥。研究小組為了研究藥物X的抗抑郁作用,將30只小鼠隨機均分為空白對照組、模型組(采用慢性溫和方法構建抑郁模型)和藥物X組,并測量了各組小鼠的NE和MAO的量,結果如下表所示,回答下列問題:

NE/(mg·kg-1)MAO/(mg·kg-1)空白對照組231394模型組118487藥物X組180387

(1)該實驗中設計空白對照組的目的是________________。

(2)分析實驗結果可知,藥物X具有一定的抗抑郁作用,其機理是________________;

若某種抑郁癥患者不能通過藥物X進行抗抑郁,則該患者患抑郁癥的原因可能是________________。

(3)NE是一種興奮性神經遞質,也可以作為激素參與機體生命活動的調節,試闡述NE作為神經遞質和作為激素在信息傳遞過程中的共同點:________________________(至少答2點)。

【分析】本題以抗抑郁的實驗設計為情境,屬于科學實驗和探究情境,體現綜合性和應用性。設計對照實驗時須保證無關變量相同且適宜,控制自變量唯一是實驗取得成功的關鍵。(1)設計空白對照的目的通常是為了排除無關變量對實驗結果的影響,本實驗中設計空白對照是為了通過比較判斷抑郁癥模型小鼠是否造模成功。(2)MAO能催化去甲腎上腺素(NE)的降解,當NE含量降低時,會出現抑郁癥。通過三組實驗結果對比,說明藥物X可能是通過降低MAO的量,來減少NE的降解量,從而抗抑郁。當NE受體數量減少時,即使NE的含量正常也不能正常發揮作用。若抑郁不能通過藥物X治療,則可能和突觸后膜上與NE特異性結合的受體數量減少有關。(3)神經遞質和激素在信息傳遞過程中均作為信息分子傳遞信息,均需與特異性受體結合后才能發揮作用;發揮作用后會被滅活等。

參考答案：(1)通過比較判斷抑郁癥模型小鼠是否構建成功(或作為對照,提供正常狀態下小鼠體內NE、MAO的量,答案合理即可給分) (2)藥物X通過降低MAO的量,減少NE的降解量,使NE的含量增加,從而抗抑郁 與NE特異性結合的受體數量減少(答案合理即可) (3)作為信息分子;與特異性受體結合后起作用;發揮作用后會被滅活等

4.討論預防抑郁癥的策略