第三节 大脑的神经生化和遗传学基础

一、神经生化基础

神经化学的研究开始于19世纪70年代。通过脑组织的离体研究，脑脊液的化学分析，用死后的脑组织进行病理化学分析等，逐渐对脑的化学成分有所了解。研究表明，在种族和个体发育的不同阶段以及在脑的不同部位，其生物化学特性是有差别的。20世纪以来，现代科学技术，尤其是80年代以来迅速发展的分子生物学和各种成像尖端技术的发展和应用，使人们能更深入了解大脑处于不同机能状态下生化物质代谢的变化，特别是对于各种心理与行为异常状态，人们对脑内生化物质的改变有了越来越深刻的了解。

（一）中枢神经递质

中枢神经递质是一类存在于中枢神经系统中对大脑功能有重要影响的物质，具有传导神经冲动或阻抑神经冲动传导的作用。主要有乙酰胆碱、儿茶酚胺、5-羟色胺、谷氨酸和γ-氨基丁酸以及多肽类物质等。这些生化物质如果代谢异常，就可能成为诱发精神障碍的重要原因。

1．乙酰胆碱

在神经末梢中胆碱与乙酰辅酶的催化下合成乙酰胆碱。乙酰胆碱神经元分布广泛，脑内胆碱神经元主要在迈内特核，纤维分布到皮层及边缘系统，乙酰胆碱受体分为毒蕈碱受体和烟碱受体。前者在脑内以椎体外系的纹状体密度最大，其次为大脑皮层、海马、杏仁核等部位，生理功能与不自主运动、意识、学习和记忆有关。烟碱受体主要分布在脊髓细胞以及边缘系统、下丘脑和海马等部位，其生理功能尚了解不多，中枢胆碱肾正腺素平衡失调的假设，认为情感性精神障碍可能与胆碱能神经有关，尸检结果表明，阿尔茨海默病大脑皮层及海马胆碱能神经末梢及细胞体明显减少或损失。

2．儿茶酚胺

儿茶酚胺是包括肾上腺素、去甲肾上腺素和多巴胺在内的与情绪活动关系密切的一类重要生化物质。有人曾提出情绪障碍的儿茶酚胺假说，认为内生性的情绪障碍，如抑郁症，是由于脑内儿茶酚胺机能不足所致，而躁狂症则是由于交感中枢机能亢进，儿茶酚胺的机能过盛造成的。此外，儿茶酚胺的代谢障碍与精神异常也有密切的关系。例如，肾上腺素的苯环上共有两个羟基，如果二者被甲基取代，或其内部结构改变而形成吲哚化合物，如肾上腺素红或肾上腺素黄时，都可以引起精神异常。有人报告，躁狂症患者尿中肾上腺素和去甲肾上腺素的排出量明显增多，而抑郁症患者尿中二者的排出量则正常。慢性精神分裂症患者肾上腺素的排出量正常，而急性期患者排出量增多。老年性痴呆和先天愚型患者的肾上腺素排出量低于正常水平。

3．去甲肾上腺素

在去甲肾上腺素神经元内，酪氨酸转化为多巴胺后进入囊泡，由于多巴胺经羟化酶催化成去甲肾上腺素。去甲肾上腺素广泛存在于正常人的脑组织中，一般认为它是交感神经系统的传递物质。去甲肾上腺素在脑海中的具体分布依其含量的多少依次如下：下丘脑、中脑、桥脑、延脑、纹状体、大脑皮层及海马。脑内的去甲肾上腺素能神经元，其纤维分上行与下行两大组。上行纤维分背、腹两束。背束起于兰斑，上行到达全脑，特别是大脑皮层及小脑皮层、海马等处，也到达杏仁核及下丘脑前区，可能是网状结构上行激活系统的组成部分，与意识状态有关，参与维持觉醒状态。腹束起于延脑、桥脑的去甲肾上腺素能神经核群，通过网状组织、丘脑下部及边缘系统（杏仁核、隔区、扣带回等）直至嗅球，其功能可能与饮食、生殖、情绪及奖励行为有关。下行纤维大部分交叉到对侧组成网状脊髓束，终止于脊髓前角及颈脑水平含交感神经节前神经元的侧角中，其功能可能与维持肌张力有关。

4．多巴胺

在多巴胺神经元内，酪氨酸经酪氨酸强化酶作用转为多巴，再经多巴脱羧酶转化为多巴胺。多巴胺神经元胞体主要集中于中脑，发生纤维有三条通道：（1）黑质纹状体系统，纤维起于黑质，投射至纹状体，主要功能为调节锥体外系统运动。动物实验表明，刺激该系统的通路可引起好奇、探究、运动增多和觅食等活动，如将两侧通道完全毁损则能引起不食不饮、运动减少，对周围事物无反应等表现，甚至呈现木僵；（2）中脑边缘系统通路，纤维起于中脑脚间核。广泛分布于大脑边缘系统，可能与人的精神活动特别是情绪行为有关；（3）结节漏斗系统，胞体位于丘脑下部，纤维投射至垂体，其功能可能与内分泌的调节有关。

5．5-羟色胺

由5-羟色胺神经末梢中的色氨酸在其羟化酶的作用下生成5-羟色胺酸，再经脱羧酶脱羧为5-羟色胺。5-羟色胺神经元主要分布于中脑和脑干，胞体主要集中于中缝核，行走与NE能纤维大体相似，也分上行和下行两部分，在功能上大体与去甲肾上腺素能神经元相拮抗。在人脑中5-羟色胺含量如果过高或过低，都可能造成精神障碍。其主要生理功能与情绪以及自杀和暴力等行为有关。有人通过实验证明，如用药物抑制单氨氧化酶的活动，使脑内5-羟色胺大量增加，就会出现兴奋现象，还有人实验证明，5-羟色胺的异常代谢物，如蟾毒色胺、毒蕈素、内叶芸碱等，都可引起精神症状。

6．γ-氨基丁酸

氨基酸类神经递质有两种，即γ-氨基丁酸和甘氨酸，均为中枢抑制性神经递质。由谷氨酸脱羧酶和辅酶磷酸吡哆醛作用下合成γ-氨基丁酸（GABA）。γ-氨基丁酸主要集中在纹状体，在下丘脑中脑和小脑也有分布。其生理功能与焦虑、惊厥、内分泌调节等有关。γ-氨基丁酸和甘氨酸是神经中枢重要的抑制性递质，能抑制突触神经冲动的传递。

7．神经肽

神经肽是体内传递信息的多肽，主要分布于神经组织，也分布于其他组织。肽由多个氨基酸组成，也是构成蛋白质的主要成分。神经肽分布广泛，它的失活不同于单胺类神经递质，一般没有再摄取，主要为酶解失活。目前已经发现百余种神经肽，其中较重要的有：（1）P物质，这是最早发现的神经肽，被公认为是一种神经递质，据研究发现脑内及外周组织中均有P物质受体，P物质可能与镇痛及黑质多巴胺能系统功能异常有关；（2）内源性阿片样肽，主要为内啡呔类、脑啡呔类和强啡呔类，其作用广泛，对神经、精神、呼吸、循环、内分泌、感觉、运动、免疫等功能均有调节作用。对感觉的调节作用更为明显；（3）胆囊收缩素（CCK），是脑内含量最高的多肽，主要在细胞体内合成，存储于突触前束泡，以胞裂外排的形式释放，CCK与镇痛、厌食、脑血流的调节、脑垂体激素释放及胃肠道功能有关。

（二）神经内分泌

神经细胞同时具有把神经信号转变为激素传递信号的功能，即神经内分泌作用，神经系统可控制或调节内分泌作用，并使神经和内分泌两大系统功能有机地结合起来，使中枢神经系统能更好地适应内外环境的变化。下丘脑的某些区域的特定神经元可分泌神经内分泌激素，将神经元电信号转化为化学信号释放至血液可进入下丘脑—垂体—门脉系统，作用于垂体前叶，对垂体激素起促进或抑制其释放的调节作用。其中有促肾上皮质激素释放因子，促甲状腺素释放因子，促黄体生成激素释放因子，促性激素释放因子，以及生长素释放因子等。

神经内分泌激素的分泌及调节作用主要通过神经内分泌轴来实现。内分泌系统与行为的关系，表现在内分泌激素是行为的调节剂，同时内分泌系统对行为的调节作用又影响内分泌激素的生物合成及代谢。

实验与临床资料表明，机体生物胺机能的缺陷可能是情感性精神病的基础。而研究发现，情感性精神病患者有神经内分泌的异常。因此，推测这些内分泌变化是由于中枢生物胺的机能障碍所引起的。临床上研究较多的内分泌系统是下丘脑—垂体—肾上腺轴。有人报道发现抑郁症患者血浆皮质激素和17 -羟皮质类固醇的含量均增高，起初，有人认为这是一般的紧张、焦虑等非特异性因素所造成的，但后来，证明不能认为这些变化是单纯的应激反应，而是抑郁症患者的一种基本的神经内分泌障碍。

关于焦虑状态与神经内分泌的关系，某些临床研究指出，皮质类固醇可引起激越，加重焦虑。有焦虑症状的病人，皮质激素含量较恢复期高25%；精神病患者处于焦虑和抑郁状态时，皮质素含量可增高50%。因此认为焦虑可能是由皮质类固醇增加所引起的神经化学变化造成的。人的肾上腺受下丘脑控制，下丘脑将神经应激信息转化为化学信息——促皮质释放因子。此因子从下丘脑细胞分泌出来，至特殊的垂体门脉系统，促进了促肾上腺皮质激素的释放。

二、遗传学基础

各种心理异常或精神疾病能不能遗传？

一般来说，人的心理是不能直接遗传的，它主要是在后天的社会环境影响下，在人的社会实践活动中逐渐形成和发展起来的。然而，一个人，作为一个整体（包括身、心两个方面）与遗传因素的关系却又十分密切，尤其是一个人的体型、气质、神经活动特点，能力与性格的某些成分等都会受遗传因素的直接影响。

在历史上，对于人的心理能不能遗传，曾经有过遗传决定论和环境决定论之争。例如，在19世纪末，英国科学家高尔顿曾出版了《遗传的才能与性格》和《遗传•天才》等著作，认为人的心理，包括才能和性格都是遗传决定的。在中国也有所谓“龙生龙，凤生凤，老鼠生儿会打洞”的说法，认为人的心理特点和才能是由遗传决定的。但是，心理学中的行为主义理论却坚决反对遗传决定论，主张人的心理与行为是由环境决定的。20世纪初的行为主义创始人华生就曾说过，给他一打儿童和他可控制的环境，他能把他们塑造成科学家、音乐家、流氓无赖或者小偷等。这两种观点都未免偏颇。

如果说，人的心理异常或精神疾病都是遗传下来的，这显然不会令人信服。但我们说有些心理异常或精神疾病与遗传因素密切相关，这是合乎逻辑的。

双生子研究和寄养子研究的大量资料一致表明，许多精神疾病患者的亲属都具有患病率高于一般群体的特征，而且亲属患者的亲缘关系越近，则患病风险率越高。据对精神分裂症家系调查结果表明，精神分裂症一级亲属患精神分裂症的风险率为3.7%，而对照组（正常人）一级亲属的风险率仅为0.2%，两组差异极为显著。我国钱德胜（1989）的调查结果为患者的一级亲属，精神分裂症的患病风险率为4.25%，而正常的群体一级亲属患病风险率仅为0.42%；情感性精神病患者的一级亲属患病风险率为6.8%，正常人群体一级亲属患病风险率仅为0.066%。

在双生子调查研究中，肯德勒等发现，同卵双生子患精神分裂症的同病一致率为31%～78%，异卵双生的同病一致率为0～28%。拜弗尔森等总结10批资料表明，181对同卵双生的情感性精神障碍的同病一致率为63%，而340对异卵双生的同病一致率为16%，相差4倍，我国学者方惠泰报告50对双生子的调查结果同卵双生的同病一致率为46.4%，异卵双生一致率为18.2%。在寄养子的调查研究资料中，赫斯顿报告了精神分裂症患者母亲所生子女47例自幼寄养后随访结果，并与正常母亲所生子女50例寄养后随访结果比较。结果，患精神分裂症的母亲所生子女寄养后有5人患精神分裂症，而对照组无一例患精神分裂症。且其他精神障碍的患病率，患者组的子女也比对照组的子女较高。

当今，由于分子生物学、分子遗传学和细胞遗传学研究的重大进展，揭示了遗传影响的物质基础，并已有可能去阐明遗传的具体机制，遗传的作用已是有充分科学根据的事实。脱氧核糖核酸（DNA）被称为遗传物质，染色体是由盘曲很紧的双股螺旋形DNA分子构成，基因则是DNA分子中的一小段，由于染色体的变异（畸变）和基因的变异（突变）。变异范围有可能构成引起机体结构或功能异常的因素，成为致病基因，从而成为造成心理功能异常或精神病的相关因素。

国内外的研究资料都已表明，在精神疾患中，精神分裂症、躁狂抑郁症和癫痫性精神病等所谓的内源性精神病，遗传因素与其发病过程中有着十分重要的作用。此外，近年来对阿尔茨海默病、惊恐障碍、强迫症、酒依赖、药物依赖、人格障碍、儿童多动症、儿童孤独症等也在进行着分子遗传学的探索。一般认为躁狂抑郁症可能是单基因显性遗传病，并与环境因素的作用有关；先天愚型（唐氏综合征）则被看作是染色体畸变造成的遗传病，近年来江三多等（1991）在研究高发的精神分裂症时，应用分离分析和多基因阈值模式的数学分布方法后，提示高发精神分裂症为一种显性主基因参与的多基因遗传病。