神经递质是什么?
神经递质是通过突触将冲动从一个神经元传递到另一个神经元、腺细胞或肌肉细胞的化学物质。换句话说,神经递质被用来将信号从身体的一个部位传递到另一个部位。已知的神经递质超过100种。许多只是由氨基酸构成,其他的是更复杂的分子。
神经递质在身体中执行许多重要功能。例如,它们调节心跳,告诉肺部何时呼吸,确定体重的设定值,刺激口渴,影响情绪,控制消化等。
突触裂缝是由西班牙病理学家Santiago Ramón y Cajal 在20世纪初发现的。1921年,德国药理学家奥托·洛伊(Otto Loewi)证实,神经元之间的交流是释放化学物质的结果。洛伊发现了第一种已知的神经递质乙酰胆碱。
神经递质是连接神经元的化学物质,允许信号从身体的一个部位发送到另一个部位。
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神经递质是如何工作的?
突触的轴突末端将神经递质储存在囊泡中。当受到动作电位的刺激时,突触的突触囊泡释放神经递质,这些递质通过扩散穿过轴突末端和树突之间的小距离(突触间隙)。当神经递质与树突上的受体结合时,信号就被传递了。神经递质在突触间隙停留很短的时间。然后,它通过再摄取的过程返回到突触前神经元,被酶代谢,或与受体结合。
当神经递质与突触后神经元结合时,它可以激发或抑制它。神经元通常与其他神经元相连,所以在任何给定的时间,一个神经元可能会受到多种神经递质的影响。如果兴奋刺激大于抑制作用,神经元将“放电”并产生动作电位,将神经递质释放到另一个神经元。这样,信号就从一个细胞传导到下一个细胞。
神经递质有哪些种类?
神经递质的一种方法是基于它们的化学成分。
类别包括:
氨基酸:氨基丁酸(GABA)、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、D-丝氨酸
气体:一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)、一氧化氮(NO)
单胺类:多巴胺、肾上腺素、组胺、去甲肾上腺素、血清素
多肽类:β-内啡肽、安非他明、生长抑素、脑啡肽
嘌呤类:腺苷、三磷酸腺苷(ATP)
微量胺:章鱼胺,苯乙胺,trypramine
其他分子:乙酰胆碱,阿南达胺
单离子:锌
另一种主要的神经递质分类方法是根据它们是兴奋性的还是抑制性的。然而,神经递质是兴奋性还是抑制性取决于它的受体。例如,乙酰胆碱对心脏有抑制作用(减慢心率),但对骨骼肌有兴奋作用(使其收缩)。
常见的神经递质
谷氨酸是人类最丰富的神经递质,约占人脑神经元的一半。它是中枢神经系统的主要兴奋性递质。它的功能之一是帮助形成记忆。有趣的是,谷氨酸对神经元是有毒的。脑损伤或中风会导致谷氨酸过量,杀死神经元。
GABA是脊椎动物大脑中主要的抑制性递质。它有助于控制焦虑。GABA缺乏可能导致癫痫发作。
甘氨酸是脊椎动物脊髓中主要的抑制性神经递质。
乙酰胆碱刺激肌肉,在自主神经系统和感觉神经元中起作用,并与快速眼动睡眠有关。许多毒物通过阻断乙酰胆碱受体起作用。例如肉毒杆菌素、毒芹和铁杉。阿尔茨海默病与乙酰胆碱水平的显著下降有关。
去甲肾上腺素(去甲肾上腺素)会增加心率和血压。它是身体“战斗或逃跑”系统的一部分。形成记忆也需要去甲肾上腺素。压力会耗尽这种神经递质的储存。
多巴胺是一种与大脑奖赏中枢相关的抑制性递质。多巴胺水平低与社交焦虑和帕金森病有关,而多巴胺过量与精神分裂症有关。
血清素是一种抑制神经递质,与情绪、情感和知觉有关。低血清素水平会导致抑郁、自杀倾向、愤怒管理问题、睡眠困难、偏头痛以及对碳水化合物的渴望增加。人体可以从色氨酸中合成血清素,色氨酸存在于热牛奶和火鸡等食物中。
内啡肽是一类在结构和功能上类似于阿片类药物(如吗啡、海洛因)的分子。“内啡肽”这个词是“内源性吗啡”的缩写。内啡肽是一种抑制递质,与愉悦和疼痛的缓解有关。在其他动物身上,这些化学物质会减缓新陈代谢,使它们得以冬眠。
神经递质的作用原理
乙酰胆碱 acetylcholine (ACh)
乙酰胆碱的作用机理
臭名昭著的毒气沙林(1995年东京地下铁沙林投毒事件)就是一种乙酰胆碱酶的竞争性抑制剂,通过竞争性抑制了乙酰胆碱酶AChE的作用,导致大量乙酰胆碱积蓄在突触间隙,乙酰胆碱平衡被打破,反过来刺激突触前膜大量乙酰胆碱释放入突触间隙,最后导致神经肌肉麻痹,重要肌肉功能失调,严重导致死亡。杀虫剂也是基于“许多昆虫对乙酰胆碱酶有高度亲和力”这一特征而研发的。
尼古丁作为nAChR的高度特异性配体,所带来的欣快感和成瘾性,离不开nAChR在其中搅混水。
α-银环蛇毒素也是nAChR的高度特异性配体之一,所以毒蛇在捕食时可以通过其毒素去麻痹猎物。
目前,尼古丁受体是研究最深入的离子型神经递质受体,在结构上,nAChR由五个亚基围绕而成,中间为离子通道。
谷氨酸 glutamate
谷氨酸是维持大脑正常功能最重要的神经递质,几乎超过一半的神经突触会释放谷氨酸。当大脑受到外伤时,谷氨酸神经递质也会异常大量释放引起兴奋性脑损伤。
谷氨酸的作用机理
谷氨酸是一种非必须氨基酸,且不通过血脑屏障,因此常常需要神经元自己合成。
谷氨酸的合成依赖“谷氨酸-谷氨酰胺循环”途径,在神经元中,谷氨酸由其前体谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的催化下生成,再经过VGLUT转运体进入囊泡中释放入突触间隙发挥作用。
在突触间隙中,谷氨酸可被邻近的胶质细胞膜上的EAAT转运体特异性识别回收,并在胶质细胞中经谷氨酰胺合成酶作用转化回谷氨酰胺。
谷氨酰胺经SN1通道和SAT2通道分别运出胶质细胞和递送回突触前神经元内,参与下一个“谷氨酸-谷氨酰胺循环”。
神经肽 biogenic amines
神经肽广泛存在于中枢和周围神经系统中,参与中枢稳态和认知调控,因此在很多精神疾病中,神经肽都脱不了干系。
目前主要的神经肽物质由物种:多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素、组胺和血清素,前三者因为结构上都有一个儿茶胺结构,故统称为儿茶酚胺catecholamine。
多巴胺 在大脑中由黑质开始输送,最终主要分布于纹状体区域,参与机体运动调节。
所以黑质-纹状体通路的多巴胺平衡对人体的运动调节至关重要,帕金森病的主要发病机理就是大脑黑质-纹状体的多巴胺通路失衡。
多巴胺的合成与再摄取途径跟谷氨酸和GABA的类似,其中关键的共转运体为DAT。
目前临床上许多调节机体活动以及治疗精神疾病的药物都是神经递质的衍生物或其受体活性调节剂,因此了解这些物质的结构和分布特性非常重要,可以指导临床治疗,未来很多药物也将在此认识基础上不断被开发;
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