第三節 大腦的神經生化和遺傳學基礎

一、神經生化基礎

神經化學的研究開始于19世紀70年代。通過腦組織的離體研究，腦脊液的化學分析，用死后的腦組織進行病理化學分析等，逐漸對腦的化學成分有所了解。研究表明，在種族和個體發育的不同階段以及在腦的不同部位，其生物化學特性是有差別的。20世紀以來，現代科學技術，尤其是80年代以來迅速發展的分子生物學和各種成像尖端技術的發展和應用，使人們能更深入了解大腦處于不同機能狀態下生化物質代謝的變化，特別是對于各種心理與行為異常狀態，人們對腦內生化物質的改變有了越來越深刻的了解。

（一）中樞神經遞質

中樞神經遞質是一類存在于中樞神經系統中對大腦功能有重要影響的物質，具有傳導神經沖動或阻抑神經沖動傳導的作用。主要有乙酰膽堿、兒茶酚胺、5-羥色胺、谷氨酸和γ-氨基丁酸以及多肽類物質等。這些生化物質如果代謝異常，就可能成為誘發精神障礙的重要原因。

1．乙酰膽堿

在神經末梢中膽堿與乙酰輔酶的催化下合成乙酰膽堿。乙酰膽堿神經元分布廣泛，腦內膽堿神經元主要在邁內特核，纖維分布到皮層及邊緣系統，乙酰膽堿受體分為毒蕈堿受體和煙堿受體。前者在腦內以椎體外系的紋狀體密度最大，其次為大腦皮層、海馬、杏仁核等部位，生理功能與不自主運動、意識、學習和記憶有關。煙堿受體主要分布在脊髓細胞以及邊緣系統、下丘腦和海馬等部位，其生理功能尚了解不多，中樞膽堿腎正腺素平衡失調的假設，認為情感性精神障礙可能與膽堿能神經有關，尸檢結果表明，阿爾茨海默病大腦皮層及海馬膽堿能神經末梢及細胞體明顯減少或損失。

2．兒茶酚胺

兒茶酚胺是包括腎上腺素、去甲腎上腺素和多巴胺在內的與情緒活動關系密切的一類重要生化物質。有人曾提出情緒障礙的兒茶酚胺假說，認為內生性的情緒障礙，如抑郁癥，是由于腦內兒茶酚胺機能不足所致，而躁狂癥則是由于交感中樞機能亢進，兒茶酚胺的機能過盛造成的。此外，兒茶酚胺的代謝障礙與精神異常也有密切的關系。例如，腎上腺素的苯環上共有兩個羥基，如果二者被甲基取代，或其內部結構改變而形成吲哚化合物，如腎上腺素紅或腎上腺素黃時，都可以引起精神異常。有人報告，躁狂癥患者尿中腎上腺素和去甲腎上腺素的排出量明顯增多，而抑郁癥患者尿中二者的排出量則正常。慢性精神分裂癥患者腎上腺素的排出量正常，而急性期患者排出量增多。老年性癡呆和先天愚型患者的腎上腺素排出量低于正常水平。

3．去甲腎上腺素

在去甲腎上腺素神經元內，酪氨酸轉化為多巴胺后進入囊泡，由于多巴胺經羥化酶催化成去甲腎上腺素。去甲腎上腺素廣泛存在于正常人的腦組織中，一般認為它是交感神經系統的傳遞物質。去甲腎上腺素在腦海中的具體分布依其含量的多少依次如下：下丘腦、中腦、橋腦、延腦、紋狀體、大腦皮層及海馬。腦內的去甲腎上腺素能神經元，其纖維分上行與下行兩大組。上行纖維分背、腹兩束。背束起于蘭斑，上行到達全腦，特別是大腦皮層及小腦皮層、海馬等處，也到達杏仁核及下丘腦前區，可能是網狀結構上行激活系統的組成部分，與意識狀態有關，參與維持覺醒狀態。腹束起于延腦、橋腦的去甲腎上腺素能神經核群，通過網狀組織、丘腦下部及邊緣系統（杏仁核、隔區、扣帶回等）直至嗅球，其功能可能與飲食、生殖、情緒及獎勵行為有關。下行纖維大部分交叉到對側組成網狀脊髓束，終止于脊髓前角及頸腦水平含交感神經節前神經元的側角中，其功能可能與維持肌張力有關。

4．多巴胺

在多巴胺神經元內，酪氨酸經酪氨酸強化酶作用轉為多巴，再經多巴脫羧酶轉化為多巴胺。多巴胺神經元胞體主要集中于中腦，發生纖維有三條通道：（1）黑質紋狀體系統，纖維起于黑質，投射至紋狀體，主要功能為調節錐體外系統運動。動物實驗表明，刺激該系統的通路可引起好奇、探究、運動增多和覓食等活動，如將兩側通道完全毀損則能引起不食不飲、運動減少，對周圍事物無反應等表現，甚至呈現木僵；（2）中腦邊緣系統通路，纖維起于中腦腳間核。廣泛分布于大腦邊緣系統，可能與人的精神活動特別是情緒行為有關；（3）結節漏斗系統，胞體位于丘腦下部，纖維投射至垂體，其功能可能與內分泌的調節有關。

5．5-羥色胺

由5-羥色胺神經末梢中的色氨酸在其羥化酶的作用下生成5-羥色胺酸，再經脫羧酶脫羧為5-羥色胺。5-羥色胺神經元主要分布于中腦和腦干，胞體主要集中于中縫核，行走與NE能纖維大體相似，也分上行和下行兩部分，在功能上大體與去甲腎上腺素能神經元相拮抗。在人腦中5-羥色胺含量如果過高或過低，都可能造成精神障礙。其主要生理功能與情緒以及自殺和暴力等行為有關。有人通過實驗證明，如用藥物抑制單氨氧化酶的活動，使腦內5-羥色胺大量增加，就會出現興奮現象，還有人實驗證明，5-羥色胺的異常代謝物，如蟾毒色胺、毒蕈素、內葉蕓堿等，都可引起精神癥狀。

6．γ-氨基丁酸

氨基酸類神經遞質有兩種，即γ-氨基丁酸和甘氨酸，均為中樞抑制性神經遞質。由谷氨酸脫羧酶和輔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紋狀體，在下丘腦中腦和小腦也有分布。其生理功能與焦慮、驚厥、內分泌調節等有關。γ-氨基丁酸和甘氨酸是神經中樞重要的抑制性遞質，能抑制突觸神經沖動的傳遞。

7．神經肽

神經肽是體內傳遞信息的多肽，主要分布于神經組織，也分布于其他組織。肽由多個氨基酸組成，也是構成蛋白質的主要成分。神經肽分布廣泛，它的失活不同于單胺類神經遞質，一般沒有再攝取，主要為酶解失活。目前已經發現百余種神經肽，其中較重要的有：（1）P物質，這是最早發現的神經肽，被公認為是一種神經遞質，據研究發現腦內及外周組織中均有P物質受體，P物質可能與鎮痛及黑質多巴胺能系統功能異常有關；（2）內源性阿片樣肽，主要為內啡呔類、腦啡呔類和強啡呔類，其作用廣泛，對神經、精神、呼吸、循環、內分泌、感覺、運動、免疫等功能均有調節作用。對感覺的調節作用更為明顯；（3）膽囊收縮素（CCK），是腦內含量最高的多肽，主要在細胞體內合成，存儲于突觸前束泡，以胞裂外排的形式釋放，CCK與鎮痛、厭食、腦血流的調節、腦垂體激素釋放及胃腸道功能有關。

（二）神經內分泌

神經細胞同時具有把神經信號轉變為激素傳遞信號的功能，即神經內分泌作用，神經系統可控制或調節內分泌作用，并使神經和內分泌兩大系統功能有機地結合起來，使中樞神經系統能更好地適應內外環境的變化。下丘腦的某些區域的特定神經元可分泌神經內分泌激素，將神經元電信號轉化為化學信號釋放至血液可進入下丘腦—垂體—門脈系統，作用于垂體前葉，對垂體激素起促進或抑制其釋放的調節作用。其中有促腎上皮質激素釋放因子，促甲狀腺素釋放因子，促黃體生成激素釋放因子，促性激素釋放因子，以及生長素釋放因子等。

神經內分泌激素的分泌及調節作用主要通過神經內分泌軸來實現。內分泌系統與行為的關系，表現在內分泌激素是行為的調節劑，同時內分泌系統對行為的調節作用又影響內分泌激素的生物合成及代謝。

實驗與臨床資料表明，機體生物胺機能的缺陷可能是情感性精神病的基礎。而研究發現，情感性精神病患者有神經內分泌的異常。因此，推測這些內分泌變化是由于中樞生物胺的機能障礙所引起的。臨床上研究較多的內分泌系統是下丘腦—垂體—腎上腺軸。有人報道發現抑郁癥患者血漿皮質激素和17 -羥皮質類固醇的含量均增高，起初，有人認為這是一般的緊張、焦慮等非特異性因素所造成的，但后來，證明不能認為這些變化是單純的應激反應，而是抑郁癥患者的一種基本的神經內分泌障礙。

關于焦慮狀態與神經內分泌的關系，某些臨床研究指出，皮質類固醇可引起激越，加重焦慮。有焦慮癥狀的病人，皮質激素含量較恢復期高25%；精神病患者處于焦慮和抑郁狀態時，皮質素含量可增高50%。因此認為焦慮可能是由皮質類固醇增加所引起的神經化學變化造成的。人的腎上腺受下丘腦控制，下丘腦將神經應激信息轉化為化學信息——促皮質釋放因子。此因子從下丘腦細胞分泌出來，至特殊的垂體門脈系統，促進了促腎上腺皮質激素的釋放。

二、遺傳學基礎

各種心理異常或精神疾病能不能遺傳？

一般來說，人的心理是不能直接遺傳的，它主要是在后天的社會環境影響下，在人的社會實踐活動中逐漸形成和發展起來的。然而，一個人，作為一個整體（包括身、心兩個方面）與遺傳因素的關系卻又十分密切，尤其是一個人的體型、氣質、神經活動特點，能力與性格的某些成分等都會受遺傳因素的直接影響。

在歷史上，對于人的心理能不能遺傳，曾經有過遺傳決定論和環境決定論之爭。例如，在19世紀末，英國科學家高爾頓曾出版了《遺傳的才能與性格》和《遺傳?天才》等著作，認為人的心理，包括才能和性格都是遺傳決定的。在中國也有所謂“龍生龍，鳳生鳳，老鼠生兒會打洞”的說法，認為人的心理特點和才能是由遺傳決定的。但是，心理學中的行為主義理論卻堅決反對遺傳決定論，主張人的心理與行為是由環境決定的。20世紀初的行為主義創始人華生就曾說過，給他一打兒童和他可控制的環境，他能把他們塑造成科學家、音樂家、流氓無賴或者小偷等。這兩種觀點都未免偏頗。

如果說，人的心理異常或精神疾病都是遺傳下來的，這顯然不會令人信服。但我們說有些心理異常或精神疾病與遺傳因素密切相關，這是合乎邏輯的。

雙生子研究和寄養子研究的大量資料一致表明，許多精神疾病患者的親屬都具有患病率高于一般群體的特征，而且親屬患者的親緣關系越近，則患病風險率越高。據對精神分裂癥家系調查結果表明，精神分裂癥一級親屬患精神分裂癥的風險率為3.7%，而對照組（正常人）一級親屬的風險率僅為0.2%，兩組差異極為顯著。我國錢德勝（1989）的調查結果為患者的一級親屬，精神分裂癥的患病風險率為4.25%，而正常的群體一級親屬患病風險率僅為0.42%；情感性精神病患者的一級親屬患病風險率為6.8%，正常人群體一級親屬患病風險率僅為0.066%。

在雙生子調查研究中，肯德勒等發現，同卵雙生子患精神分裂癥的同病一致率為31%～78%，異卵雙生的同病一致率為0～28%。拜弗爾森等總結10批資料表明，181對同卵雙生的情感性精神障礙的同病一致率為63%，而340對異卵雙生的同病一致率為16%，相差4倍，我國學者方惠泰報告50對雙生子的調查結果同卵雙生的同病一致率為46.4%，異卵雙生一致率為18.2%。在寄養子的調查研究資料中，赫斯頓報告了精神分裂癥患者母親所生子女47例自幼寄養后隨訪結果，并與正常母親所生子女50例寄養后隨訪結果比較。結果，患精神分裂癥的母親所生子女寄養后有5人患精神分裂癥，而對照組無一例患精神分裂癥。且其他精神障礙的患病率，患者組的子女也比對照組的子女較高。

當今，由于分子生物學、分子遺傳學和細胞遺傳學研究的重大進展，揭示了遺傳影響的物質基礎，并已有可能去闡明遺傳的具體機制，遺傳的作用已是有充分科學根據的事實。脫氧核糖核酸（DNA）被稱為遺傳物質，染色體是由盤曲很緊的雙股螺旋形DNA分子構成，基因則是DNA分子中的一小段，由于染色體的變異（畸變）和基因的變異（突變）。變異范圍有可能構成引起機體結構或功能異常的因素，成為致病基因，從而成為造成心理功能異常或精神病的相關因素。

國內外的研究資料都已表明，在精神疾患中，精神分裂癥、躁狂抑郁癥和癲癇性精神病等所謂的內源性精神病，遺傳因素與其發病過程中有著十分重要的作用。此外，近年來對阿爾茨海默病、驚恐障礙、強迫癥、酒依賴、藥物依賴、人格障礙、兒童多動癥、兒童孤獨癥等也在進行著分子遺傳學的探索。一般認為躁狂抑郁癥可能是單基因顯性遺傳病，并與環境因素的作用有關；先天愚型（唐氏綜合征）則被看作是染色體畸變造成的遺傳病，近年來江三多等（1991）在研究高發的精神分裂癥時，應用分離分析和多基因閾值模式的數學分布方法后，提示高發精神分裂癥為一種顯性主基因參與的多基因遺傳病。