根植教材 深研“病因” 提升素养——神经—体液调节专题复习

张卓鹏

(江苏省南通市通州区金沙中学)

新高考生物试题考查目标更加素养化、试题情境更加真实化、问题解决更加开放化、关键能力考查更加综合化。“抑郁症”作为高考生物命题的热点之一,常以非选择题的形式出现,试题要求学生分析作答时能够基于情境,进行深度思维和科学表达。同时倡导健康生活的观念,提升学生社会责任。

抑郁症又称抑郁障碍,为临床中常见的与情感相关的精神类疾病,代表性临床表现为情绪不高、悲观厌世、认知和睡眠障碍,患者常常陷入忧郁、无法控制的自我沉思及对过去、现在和未来的消极思考中。近年来抑郁症的发病率呈逐年上升的趋势。

1.探究抑郁症与神经递质及其受体的关系

背景资料1：五-羟色胺(5-HT)和多巴胺(DA)等都属于单胺类神经递质,其含量或其特异性受体的异常,都可能引发抑郁症、广泛性焦虑障碍等精神障碍。

抑郁症患者血清中吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO)的活性明显升高,色氨酸分解速率加快,从而抑制了色氨酸向5-HT途径的代谢,降低了突触间隙神经递质5-HT的浓度,由此加速了抑郁症的发生。此外,有研究显示,抑郁症患者多巴胺转运蛋白(DAT)浓度明显高于普通人,而体内高浓度的DAT能使突触末梢多巴胺(DA)的回收率上升,进而表现为突触间隙DA的水平降低,最终诱发抑郁症的产生。

背景资料2：炎症因子与大脑五-羟色胺(5-HT)系统密切相关,当炎症因子通过血脑屏障,进入下丘脑、海马和前额皮质等脑区后,可以明显加强这些区域中5-HT和多巴胺(DA)神经元的活性,进而使中枢神经系统内单胺类神经递质的再摄取作用增强,同时炎症因子还可以降低与5-HT 合成密切相关的色氨酸前体等利用率,从而降低神经递质的浓度,最终引起抑郁的发生。

例1.图1是神经元之间通过突触传递信息的示意图,5-羟色胺(5-HT)是一种能使人产生愉悦情绪的神经递质,为探索抑郁症的发生与5-HT含量的关系,科研人员进行了相关研究。

图1

(1)据图1可知,突触前神经元将5-HT释放到突触间隙,与____________结合引发突触后膜电位变化。5-HT发挥作用后少部分被分解,大部分____________。

(2)研究者认为:抑郁症的发生是突触间隙中5-HT 的含量下降所致。下列能支持此观点的现象是________。

A.抑郁症患者脑神经元间5-HT含量降低

B.抑郁症患者突触前膜SERT表达量提高

C.抑制突触前膜5-HT的释放会导致实验动物出现抑郁症表现

D.症状改善的抑郁症患者突触后膜内5-HT含量逐步提高

(3)释放5-HT的神经元主要聚集在大脑的中缝核部位。为进一步探究抑郁症患者突触间隙中的5-HT含量下降的原因,研究人员利用抑郁症模型鼠进行了研究,得到的结果如下表。表中结果可归纳为________。

组别数量中缝核miR16相对含量中缝核SERT相对含量对照组10只0.860.59模型组10只0.650.99

(4)研究者进一步研究了中缝核处miR-16与SERT含量的相关性,结果发现miR-16作用原理如图2。据图2可知中缝核miR-16可通过阻断SERT表达的________过程抑制SERT的合成。

图2

(5)综上研究,请写出抑郁症患者产生情感低落等抑郁行为的分子机制:________。

【分析】本题以抑郁症的成因为情境,属于生活、学习和实践情境,体现基础性和应用性。(1)5-HT是一种兴奋性神经递质,突触前神经元兴奋后在突触前膜释放5-HT,5-HT释放在突触间隙扩散至突触后膜,与突触后膜上的特异性受体结合。由图1和已学知识可知,神经递质5-HT发挥作用后少部分被灭活,即被相应的酶分解,大部分被转运蛋白运回突触前神经元。(2)据题干信息:抑郁症患者突触间隙中5-HT含量降低,引起抑郁症的发生分析:抑郁症患者突触前膜SERT表达量提高,会加快5-HT的回收导致突触间隙含量减少;抑制突触前膜5-HT的释放,也会导致突触间隙5-HT含量下降;A、B、C三项都能支持抑郁症的发生与突触间隙5-HT的含量减少有关。若症状改善的抑郁症患者突触前膜或突触间隙内5-HT含量逐步提高,可支持题干信息,D项错误。(3)略。(4)据图2可知,miR-16与蛋白质形成复合体后,引起SERT的mRNA的降解,所以miR-16影响SERT的翻译过程。(5)基于上述情境,围绕问题导向:与正常鼠相比,模型鼠的中核内miR-16含量低于正常鼠,而SERT含量高于正常鼠,模型鼠突触间隙的5-HT含量低于正常鼠,思考miR-16、SERT、突触间隙的5-HT含量三者之间的关系并引发深度思维:抑郁症的产生是突触间隙5-HT含量的减少,可能是因为中缝核miR-16含量下降导致SERT表达量上升,从而使5-HT的摄取量增加,造成突触间隙中5-HT含量下降,而5-HT是兴奋性递质,其含量下降,引起突触后神经元兴奋性降低,从而导致情绪低落等抑郁行为。

参考答案：(1)(特异性)受体 通过转运蛋白(SERT)运回突触前神经元 (2)ABC (3)模型鼠的中缝核内miR-16含量低于正常鼠,而SERT含量高于正常鼠 (4)翻译 (5)中缝核miR-16含量下降导致SERT表达量上升,从而使5-HT的摄取量增加,造成突触间隙中5-HT含量下降,导致情绪低落等抑郁行为

2.探究抑郁症的发生发展与HPA的关系

抑郁症的形成涉及神经-体液调节。HPA轴(下丘脑—垂体—肾上腺轴)涉及激素分泌的分级调节和反馈调节,是高考生物命题的重要关注点。

背景资料3：炎症因子的过度表达会增加下丘脑调控激素的分泌,进而引起下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)的过度激活,加重大鼠的抑郁样行为。

背景资料4：患有抑郁症的患者常出现HPA功能的亢进,主要表现为体内激素,如促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)和糖皮质激素(GC)水平含量升高。

例2.持续性的抑郁刺激会激活HPA轴(下丘脑—垂体—肾上腺轴),使下丘脑过度分泌CRH(促肾上腺皮质激素释放激素),通过GC(糖皮质激素)影响海马区神经递质Glu和GABA的浓度以及下丘脑相应受体的表达,进一步激活HPA轴,使患者出现各种抑郁表现。现利用正常大鼠和抑郁大鼠为材料,进行8周有氧运动干预,实验结果如表:

组别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)正常对照组(C)12.537.293.5717.7144.065.13抑郁对照组(DC)26.733.9612.1342.0927.4614.70抑郁运动组(DE)22.415.876.8527.5235.317.43

(1)GC作用的靶器官有________,它的分泌存在分级调节,其生物学意义是________________。

(2)运动干预可通过________降低CRH的分泌从而改善HPA轴的过度激活状态,据此推测Glu可以________(填“抑制”或“促进”)CRH的分泌。

(3)利用题干实验材料及用具,设计实验验证8周的有氧运动干预可以作为药物治疗抑郁症的良好替代手段,简写出实验设计思路________________。

【分析】本题考查激素的分级调节和反馈调节,意在考查考生分析题意获取信息的能力以及实验设计分析能力。(1)糖皮质激素(GC)可通过负反馈抑制下丘脑和垂体对相关激素的分泌,还可以影响海马区神经递质Glu和GABA的浓度以及下丘脑相应受体的表达,因此GC作用的靶器官有海马区、下丘脑、垂体。(2)根据题意并比较表格中抑郁对照组和抑郁运动组可知,抑郁运动组Glu降低、下丘脑区内Glu受体减少,同时GABA的浓度升高、下丘脑GABA受体增加,Glu降低和下丘脑区内Glu受体的减少会抑制HPA轴过度激活,CRH分泌量下降。可见,Glu和CRH的分泌量变化方向一致,可推测Glu可以促进CRH的分泌。(3)若要验证8周的有氧运动干预可以作为药物治疗抑郁症的良好替代手段,则实验自变量为是否进行有氧运动,因变量为大鼠中CRH阳性表达情况,其他无关变量应相同且适宜,实验思路略。

参考答案：(1)海马区、下丘脑、垂体 可以放大激素的调节效应,形成多级反馈调节,有利于精细调控,从而维持机体的稳态 (2)降低Glu的浓度、抑制下丘脑区内Glu受体的表达;同时提高GABA的浓度、促进下丘脑GABA受体的表达 促进 (3)实验思路∶取生理状况相同的抑郁大鼠若干只,随机均分为A、B、C三组,A组大鼠不作处理;B组大鼠用一定剂量的药物处理8周;C组大鼠进行8周的有氧运动干预;D组另取相同数量的正常大鼠不作处理,其他条件相同且适宜。8周后检测4组大鼠中CRH阳性表达情况

3.探究抑郁症的治疗

背景资料5：抑郁症发生发展的一个重要生理病理基础是神经可塑性的损伤,而一些药物能够缓解抑郁行为的可能机制是通过改变相关信号传导通路进而调节神经可塑性及细胞结构实现的。脑源性神经营养因子(BDNF)作为一种最为常见的神经营养因子(NTF),在改变突触可塑性、增加突触间联系中发挥了重要的生理作用。

例3.抑郁症的发病机制非常复杂,神经递质异常是其发病原因之一。当兴奋性神经递质过少或抑制性神经递质过多,都能使兴奋与抑制之间失衡,导致抑郁症状发生。

(1)γ-氨基丁酸(GABA)属于抑制性神经递质,其以________的方式排到突触间隙中,γ-氨基丁酸和突触后膜上的受体结合后,可对突触后膜产生抑制。γ-氨基丁酸在突触间隙中的移动________(填“消耗”或“不消耗”)ATP。

(2)突触间隙内的γ-氨基丁酸可通过GABA载体不断被回收至突触前膜所在的神经元内。研究发现抑郁患者突触间隙内γ-氨基丁酸的含量较高,可将GABA载体的________(填“抑制剂”或“激活剂”)作为药物施用于患者,缓解抑郁患者的病情。试分析该药物的作用机理:________________。

(3)某研究团队发现男性抑郁症的发生与睾酮(雄性激素)的含量降低有关。正常情况下,睾酮被肝脏代谢并通过胆汁排入肠道后再次被重吸收入血,形成肝肠循环。人体肠道中的微生物种类非常丰富。

①为了研究抑郁症患者睾酮含量下降的原因,科学家将男性抑郁患者粪便菌群与睾酮孵育,发现83%的抑郁患者粪便菌群能降解睾酮;而当非抑郁患者粪便菌群与睾酮孵育时,没有观察到睾酮的降解,该实验说明________________。

②进一步的研究表明,用含有新金色分枝杆菌的培养液对大鼠进行灌胃后,大鼠血清和脑组织的睾酮水平显著降低,并出现了抑郁行为;而对照组大鼠并不出现上述现象。由此推断新金色分枝杆菌、睾酮、抑郁行为之间的关系是________。

③请基于上述研究,提出一种开发研制治疗抑郁行为新药物的思路:________________。

【分析】本题以抑郁症的治疗为情境,属于生活、学习和实践情境,体现基础性和应用性。小题解析略。

参考答案：(1)胞吐 不消耗 (2)激活剂 施用GABA载体的激活剂,能加速γ-氨基丁酸回收至突触前膜所在的神经元内 (3)抑郁患者粪便菌群能降解睾酮,导致睾酮含量下降 新金色分枝杆菌能降解睾酮,导致睾酮含量下降,导致出现抑郁行为 抑制新金色分枝杆菌繁殖等

例4.单胺氧化酶(MAO)是一种单胺类神经递质的降解酶,研究发现MAO能催化去甲肾上腺素(NE)的降解,从而导致机体出现抑郁症。研究小组为了研究药物X的抗抑郁作用,将30只小鼠随机均分为空白对照组、模型组(采用慢性温和方法构建抑郁模型)和药物X组,并测量了各组小鼠的NE和MAO的量,结果如下表所示,回答下列问题:

NE/(mg·kg-1)MAO/(mg·kg-1)空白对照组231394模型组118487药物X组180387

(1)该实验中设计空白对照组的目的是________________。

(2)分析实验结果可知,药物X具有一定的抗抑郁作用,其机理是________________;

若某种抑郁症患者不能通过药物X进行抗抑郁,则该患者患抑郁症的原因可能是________________。

(3)NE是一种兴奋性神经递质,也可以作为激素参与机体生命活动的调节,试阐述NE作为神经递质和作为激素在信息传递过程中的共同点:________________________(至少答2点)。

【分析】本题以抗抑郁的实验设计为情境,属于科学实验和探究情境,体现综合性和应用性。设计对照实验时须保证无关变量相同且适宜,控制自变量唯一是实验取得成功的关键。(1)设计空白对照的目的通常是为了排除无关变量对实验结果的影响,本实验中设计空白对照是为了通过比较判断抑郁症模型小鼠是否造模成功。(2)MAO能催化去甲肾上腺素(NE)的降解,当NE含量降低时,会出现抑郁症。通过三组实验结果对比,说明药物X可能是通过降低MAO的量,来减少NE的降解量,从而抗抑郁。当NE受体数量减少时,即使NE的含量正常也不能正常发挥作用。若抑郁不能通过药物X治疗,则可能和突触后膜上与NE特异性结合的受体数量减少有关。(3)神经递质和激素在信息传递过程中均作为信息分子传递信息,均需与特异性受体结合后才能发挥作用;发挥作用后会被灭活等。

参考答案：(1)通过比较判断抑郁症模型小鼠是否构建成功(或作为对照,提供正常状态下小鼠体内NE、MAO的量,答案合理即可给分) (2)药物X通过降低MAO的量,减少NE的降解量,使NE的含量增加,从而抗抑郁 与NE特异性结合的受体数量减少(答案合理即可) (3)作为信息分子;与特异性受体结合后起作用;发挥作用后会被灭活等

4.讨论预防抑郁症的策略