乙膽堿（Acetylcholine，ACh）是一種神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)，化學(xué)式為C7H16NO2+在大腦和身體其他器官系統(tǒng)中具有多種功能。這個名字來源于它的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因為它的結(jié)構(gòu)是由乙酰和膽堿組成。
乙酰膽堿在身體的許多部位作為神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮作用，但它最常與神經(jīng)肌肉接頭有關(guān)。神經(jīng)肌肉接頭是位于腹側(cè)脊髓突觸的運動神經(jīng)元與體內(nèi)肌肉激活它們的地方。乙酰膽堿還作為自主神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮作用，既是節(jié)前和節(jié)后神經(jīng)元之間的神經(jīng)遞質(zhì)，也是副交感神經(jīng)節(jié)后神經(jīng)元的最終釋放產(chǎn)物。在神經(jīng)細胞中，乙酰膽堿是由膽堿和乙酰輔酶A在膽堿乙酰移位酶（膽堿乙酰化酶）的催化作用下合成的。主流研究認為人體內(nèi)該物質(zhì)含量增多與阿爾茲海默癥（阿爾茲海默癥）的癥狀改善顯著相關(guān)。體內(nèi)乙酰膽堿含量偏高會導(dǎo)致人體出現(xiàn)焦慮、記憶力減退、頭痛、惡心和嘔吐等問題。甚至?xí)饑乐氐?a href="/hebeideji/1956413537135599855.html">肌肉收縮、肌肉痙攣和癱瘓等癥狀。
在植物細胞內(nèi)一定濃度乙酰膽堿能夠刺激呼吸過程中膜磷酸甘油酯的分解，并通過調(diào)節(jié)Ca2+通道蛋白的活性，進而影響一系列生理代謝。
發(fā)現(xiàn)歷史
乙酰膽堿首次被發(fā)現(xiàn)具有生物活性是在 1906 年，當(dāng)時Reid Hunt (1870-1948) 和 René de M. Taveau 發(fā)現(xiàn)乙酰膽堿在極小劑量下就能降低血壓。1913年，英國化學(xué)家亞瑟·詹姆斯·尤文斯（Arthur James Ewins）在他的同事、生理學(xué)家亨利·戴爾（Henry Dale）的敦促下，首次分離出天然存在的乙酰膽堿，他在1914年描述了這種化學(xué)物質(zhì)的作用。乙酰膽堿的功能意義最早是由德國生理學(xué)家奧托·洛維（Otto Loewi）于1921年左右確定的。Loewi證明，當(dāng)迷走神經(jīng)受到刺激時，乙酰膽堿被釋放，導(dǎo)致心跳減慢。隨后，他和其他人表明，這種化學(xué)物質(zhì)也作為脊椎動物橫紋肌肉運動端板的神經(jīng)遞質(zhì)受體被釋放出來。后人的研究表明，它被確定為許多神經(jīng)突觸和許多無脊椎動物系統(tǒng)中的遞質(zhì)。由于 Dale 和 Loewi 的工作，乙酰膽堿成為第一個被鑒定和表征的神經(jīng)遞質(zhì)。因為他們的工作，兩人共同獲得 1936 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。
特性
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
乙酰膽堿為無色晶體或白色結(jié)晶性粉末，密度為1.0528 g/cm3，熔點為85-87°C，沸點為265.85°C。乙酰膽堿溶于水并且極易水解。乙酰膽堿的摩爾質(zhì)量為146.21 g/摩爾，物質(zhì)的親水性系數(shù)log P為0.2，pH值為2.7。
化學(xué)性質(zhì)
乙酰膽堿的化學(xué)式C7H16NO2+，是由膽堿和乙酸形成的，屬季類化合物，性質(zhì)不穩(wěn)定，在體內(nèi)極易被乙酰膽堿酯酶水解而失活。乙酰膽堿作用廣泛，選擇性差，無臨床應(yīng)用價值。
結(jié)構(gòu)
乙酰膽堿的化學(xué)式C7H16NO2+，含有季銨基團和酯基團，是一種膽堿類化合物。帶正電荷基團，其中叔胺結(jié)構(gòu)氮原子質(zhì)子化后帶正電荷，具有較高的M膽堿受體激動活性。
醫(yī)學(xué)用途
乙酰膽堿是一種神經(jīng)遞質(zhì)。神經(jīng)遞質(zhì)是神經(jīng)元發(fā)出的化學(xué)信號，用于向相關(guān)受體發(fā)送信息。這些受體接收或阻斷信號，并將其處理成細胞作用。乙酰膽堿可以兩者兼而有之：它可以通過激發(fā)或抑制以獲得所需的生理效果。乙酰膽堿干預(yù)許多生理功能，如調(diào)節(jié)心臟收縮和血壓、腸道蠕動、腺體分泌等。通常，乙酰膽堿是一種興奮性介質(zhì)。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，膽堿能系統(tǒng)在脊髓、丘腦、邊緣系統(tǒng)和皮層中有廣泛的分支。
使用注意
常見副作用
生理作用
心血管系統(tǒng)
舒張血管
乙酰膽堿在調(diào)節(jié)血壓中起作用。當(dāng)血液流動時，可以通過圖像信號技術(shù)觀察到內(nèi)皮細胞會產(chǎn)生摩擦，即血液和血管壁之間的細胞屏障。一項針對大鼠主動脈的離體研究發(fā)現(xiàn)，這種摩擦?xí)|發(fā)乙酰膽堿的釋放，從而觸發(fā)內(nèi)皮細胞釋放鈣、一氧化氮產(chǎn)生（一種已知的血管擴張劑，可松弛或擴張血管）和動脈松弛。
減慢心率
乙酰膽堿是副交感神經(jīng)系統(tǒng)中的主要神經(jīng)遞質(zhì)。當(dāng)人體心率超過正常水平時，乙酰膽堿會釋放出來，以減慢心臟的舒張和收縮，直到它恢復(fù)到正常水平。
減慢房室結(jié)和普肯耶纖維傳導(dǎo)
乙酰膽堿可延長房室結(jié)和普肯耶纖維的不應(yīng)期，使其傳導(dǎo)減慢。當(dāng)使用強心昔使迷走神經(jīng)張力增高或全身給藥法使用大劑量膽堿受體激動藥時所出現(xiàn)的完全性心臟傳導(dǎo)阻滯常與房室結(jié)傳導(dǎo)明顯被抑制有關(guān)。
減弱心肌收縮力
一般認為膽堿能神經(jīng)主要分布于竇房結(jié)、房室結(jié)、普肯耶纖維和心房，而心室較少有膽堿能神經(jīng)支配，故乙酰膽堿對心房收縮的抑制作用大于心室。但由于迷走神經(jīng)末稍與交感神經(jīng)末稍緊密相鄰，迷走神經(jīng)末稍所釋放的乙酰膽堿可激動交感神經(jīng)末稍的膽堿受體，反饋性抑制交感神經(jīng)末稍去甲鹽酸腎上腺素的釋放，使心室收縮力減弱。
縮短心房不應(yīng)期
乙酰膽堿不影響心房肌的傳導(dǎo)速度，但可使心房不應(yīng)期及動作電位時程縮短。
肌肉組織
平滑肌是器官和管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁，包括腸道、膀胱、呼吸道、子宮等。神經(jīng)肌肉接頭（位于運動神經(jīng)和骨骼肌之間）中的乙酰膽堿作用于神經(jīng)纖維，將信息從大腦發(fā)送到目標肌肉，向它們發(fā)出運動反應(yīng)的信號。
同樣在對小鼠進行研究，發(fā)現(xiàn)它的工作原理如下：
乙酰膽堿在肌肉運動中起著重要作用，因此任何影響這種神經(jīng)遞質(zhì)的藥物都可能導(dǎo)致運動中斷甚至癱瘓。
其他
（1）腺體：乙酰膽堿可使淚腺、氣管和支氣管腺體、唾液腺、消化道腺體和汗腺分泌增加；
（2）眼：當(dāng)乙酰膽堿局部滴眼時，可致瞳孔收縮，調(diào)節(jié)于眼部近視；
（3）神經(jīng)節(jié)和骨髓肌：乙酰膽堿作用于自主神經(jīng)節(jié)的膽堿受體和骨骼肌神經(jīng)肌肉接頭的膽堿受體，可引起交感、副交感神經(jīng)節(jié)興奮及骨骼肌收縮。此外，因腎上腺髓質(zhì)受交感神經(jīng)節(jié)前纖維支配，故NN膽堿受體激動能引起腎上腺素釋放。
（4）中樞：由于乙酰膽堿不易進入中樞，故盡管中樞神經(jīng)系統(tǒng)有膽堿受體存在，但外周給藥很少產(chǎn)生中樞作用；
（5）支氣管：乙酰膽堿可使支氣管收縮；
（6）乙酰膽堿還能興奮頸動脈體和主動脈體化學(xué)受體。
生理活動影響
乙酰膽堿通過神經(jīng)系統(tǒng)沿著神經(jīng)細胞發(fā)送信息。人體的所有動作都依賴于這種交流。這意味著乙酰膽堿功能的任何破壞都會損害這一過程并可能導(dǎo)致疾病。
大腦中的乙酰膽堿在記憶和認知功能中也起著至關(guān)重要的作用。因此，它與一些神經(jīng)退行性腦部疾病有關(guān)。
阿爾茨海默病
阿爾茲海默癥患者的乙酰膽堿水平較低。這可能是因為在阿爾茲海默癥患者大腦中形成的斑塊增加了分解乙酰膽堿的化學(xué)物質(zhì)的活性。
帕金森病
帕金森病會引起肌肉的不自主運動和震顫。研究表明，乙酰膽堿的失衡可能在這種情況的發(fā)展中起作用。
重癥肌無力
重癥肌無力是一種自體免疫性疾病疾病，身體的免疫系統(tǒng)錯誤地攻擊乙酰膽堿受體。患有這種疾病的人會出現(xiàn)手臂、手指、腿部和頸部的肌肉無力。
乙酰膽堿過高的毒害性
有機磷酸鹽是干擾分解乙酰膽堿的酶的殺蟲劑。長期接觸這些物質(zhì)會導(dǎo)致乙酰膽堿增加，并出現(xiàn)焦慮、記憶力減退、頭痛、惡心和嘔吐等問題。
黑寡婦蜘蛛的毒液也會影響乙酰膽堿。被紅斑寇蛛咬傷后，體內(nèi)乙酰膽堿水平升高，可引起嚴重的肌肉收縮、肌肉痙攣和癱瘓等癥狀。
合成與儲存
生物合成
在突觸前的膽堿能神經(jīng)末稍內(nèi)，可以合成乙酰膽堿。合成乙酰膽堿必須具備三種物質(zhì)：膽堿乙酰化酶、膽堿和乙酰輔酶A。合成過程如下：
1.膽堿乙酰化酶是一種球蛋白，它由膽堿能神經(jīng)元的胞體合成，隨軸漿順向轉(zhuǎn)運至末稍。在哺乳類動物中大部分慢速轉(zhuǎn)運，也有小部分的快速轉(zhuǎn)運參與。膽堿乙酰化酶在各腦區(qū)的分布與乙酰膽堿平行。以尾殼核、腳間核和脊髓腹根中為最高，小腦中含量極低。研究發(fā)現(xiàn)膽堿乙酰化酶存在于膽堿能末稍的胞質(zhì)中，也有部分貼附在末稍膜上，參與乙酰膽堿的合成。
膽堿乙酰化酶催化乙酰膽堿合成的機制是Theorell-Chance機制。膽堿乙酰化酶的活性中心有咪唑基和疏基。疏基在反應(yīng)過程中不與底物和產(chǎn)物直接結(jié)合，卻是活性中心的一個必需基團。乙酰輔酶A首先與膽堿乙酰化酶的活性中心結(jié)合，使咪唑基乙酰化，然后膽堿與膽堿乙酰化酶活性中心的陰離子部位結(jié)合，乙酰即被移至膽堿上，形成乙酰膽堿。與此同時，合成的乙酰膽堿立即被釋出，然后輔酶A也被釋出。
2.乙酰輔酶A是乙酰膽堿合成中乙酰基的供體，酰輔酶A存在于線粒體中。其主要來源有三：①葡萄糖氧化成丙酮酸，丙酸經(jīng)脫酸生成乙酰輔酶A；②脂肪酸經(jīng)氧化生成乙酰輔酶A；③由檸檬酸合成。乙酰輔酶A在線粒體內(nèi)合成后，由于它不能透過線粒體膜，因此如何將乙酰輔酶A轉(zhuǎn)運出線粒體至胞質(zhì)是個問題。
3.膽堿合成乙酰膽堿所需要的膽堿有兩個來源：①從血流中攝取的卵磷脂水解，釋出膽堿；②釋放至突觸間隙的乙酰膽堿經(jīng)酶解后生成的膽堿被重攝取，重新用于合成乙酰膽堿，占總量的1/3～1/2。膽堿一般不易透過細胞膜。腦內(nèi)有兩類轉(zhuǎn)運膽堿的載體：①高親和力載體，特異地分布于膽堿能神經(jīng)末稍上，需Na、ATP以主動轉(zhuǎn)運方式，逆濃度差轉(zhuǎn)運膽堿，作用快。釋放至突觸間隙的乙酰膽堿經(jīng)酶解后所得的膽堿，即通過高親和力載體，快速地轉(zhuǎn)運入胞質(zhì)，合成乙酰膽堿。一般認為，轉(zhuǎn)運膽堿的高親和力載體是乙酰膽堿合成中的限速因子，而膽堿是其限速底物；②低親和力載體，分布于所有神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞上，以“易化擴散”的方式順濃度差轉(zhuǎn)運膽堿。只在膽堿濃度很高時才發(fā)揮作用，可能與合成磷脂有關(guān)。
儲存
乙酰膽堿在胞質(zhì)中合成后進入囊泡儲存。囊泡內(nèi)除乙酰膽堿外尚含有ATP和囊泡蛋白。囊泡蛋白為可溶性蛋白質(zhì)，相對分子質(zhì)量約10000。囊泡蛋白和ATP的陰電荷與乙酰膽堿的陽電荷相結(jié)合，儲存于囊泡中。
最近，相繼克隆到存在于電魚、大鼠和人的一種乙酰膽堿囊泡轉(zhuǎn)運體，其相對分子質(zhì)量約60000的蛋白，具有12個跨膜螺旋，存在于乙酰膽堿囊泡膜上，將胞質(zhì)的乙酰膽堿專一地轉(zhuǎn)運入囊泡。其轉(zhuǎn)運功能與囊泡內(nèi)高濃度的H+有關(guān)。乙酰膽堿轉(zhuǎn)運體轉(zhuǎn)運一個乙酰膽堿分子及ATP，則有相應(yīng)數(shù)量的H+流出。這為乙酰膽堿囊泡轉(zhuǎn)運和儲存機制提供了分子基礎(chǔ)。使乙酰膽堿轉(zhuǎn)運進囊泡而儲存。
分布情況
周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的乙酰膽堿
在突觸前末梢，乙酰膽堿儲存發(fā)生在突觸前囊泡內(nèi)。隨著突觸前末梢的刺激，乙酰膽堿從囊泡釋放到突觸間隙中，神經(jīng)遞質(zhì)可以自由地與受體結(jié)合并產(chǎn)生不同的效果，具體取決于乙酰膽堿所影響的神經(jīng)系統(tǒng)區(qū)域。
乙酰膽堿可以引起動作電位，也可以激活次級信使系統(tǒng)。突觸間隙內(nèi)的游離乙酰膽堿被一種叫做乙酰膽堿酯酶的酶降解。這種酶確保突觸間隙中沒有過量的乙酰膽堿殘留，防止受體的持續(xù)激活。
乙酰膽堿在全身不同的突觸中具有不同的作用和功能。在軀干神經(jīng)系統(tǒng)中，乙酰膽堿用于神經(jīng)肌肉接頭，觸發(fā)運動神經(jīng)元的放電并影響自主運動。在交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)中，乙酰膽堿被脊髓中間角的突觸前神經(jīng)元利用與突觸后神經(jīng)元進行通訊。
中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的乙酰膽堿
①局部分布的中間神經(jīng)元，參與局部神經(jīng)回路的組成。在紋狀體、隔核、伏隔核、嘎結(jié)節(jié)等神經(jīng)核團均存在較多的膽堿能中間神經(jīng)元，尤以紋狀體最多；
②膽堿能投射神經(jīng)元，這些神經(jīng)元在腦內(nèi)分布較集中，分別組成膽堿能基底前腦復(fù)合體和膽堿能橋腦-中腦-被蓋復(fù)合體。阿爾茲海默癥的病理改變中，基底前腦復(fù)合體膽堿能神經(jīng)元明顯丟失是突出的病理特征之一。
腦內(nèi)乙酰膽堿受體
絕大多數(shù)腦內(nèi)膽堿能受體（90%）是M受體，目前已發(fā)現(xiàn)5種不同亞型的M-受體（M1～M5），其中M1，M3和M5通過G蛋白和磷酯酶C與膜磷酯酰肌醇水解耦聯(lián)，IP3和DG是它們的第二信使分子，M2和M4亞型受體亦通過G蛋白，抑制腺酸環(huán)化酶而降低胞內(nèi)cAMP，或作用于離子通道，引起生物學(xué)效應(yīng)。M受體在腦內(nèi)分布廣泛，密度較高的腦區(qū)包括大腦皮質(zhì)、海馬、紋狀體、伏隔核、隔核、細核、腳間核、上丘、下丘和頂蓋前區(qū)等。腦內(nèi)以M1受體為主，占M受體總數(shù)的50%～80%。
植物的生理作用
乙酰膽堿在植物中的生理作用
乙酰膽堿對種子的萌發(fā)和內(nèi)源激素的影響
乙酰膽堿作為新型的生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物的種子萌發(fā)過程起著重要的作用。研究表明乙酰膽堿和乙酰膽堿酯酶共同參與了種子的萌發(fā)，并且此過程依賴于乙酰膽堿濃度大小，當(dāng)乙酰膽堿濃度在 0.1~500 μM 之間，能使小麥的胚芽鞘頂端生長增加 20%。有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)外源乙酰膽堿處理后的管花肉蓯蓉的種子， 其胚長度和發(fā)芽率均明顯提高，同時種子內(nèi)的 IAA 和ABA 含量均發(fā)生變化，表明外源乙酰膽堿可能通過協(xié)同內(nèi)源激素IAA 影響種子的發(fā)芽率。
乙酰膽堿對植物的生長影響
乙酰膽堿具有和植物體內(nèi)源激素相似的功能可調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育。研究表明乙酰膽堿能夠刺激幼燕麥和小麥胚芽鞘和下胚軸的生長，細胞的伸長作用依賴于生長素和乙酰膽堿的共同調(diào)節(jié)。在離體組織中乙酰膽堿也具有一定的作用，當(dāng)乙酰膽堿濃度為 10 μM 可以促進燕麥胚芽鞘分離區(qū)段的伸長，一定濃度的乙酰膽堿促進黃瓜和蠶豆的下胚軸伸長。在植物中發(fā)現(xiàn)次生根只有在光照下才能形成，而外源乙酰膽堿能夠促進根尖和次生根的生長。 研究發(fā)現(xiàn)外源乙酰膽堿濃度為1 nM 時，主要促進青蘿卜幼苗的側(cè)根伸長而對主根伸長的作用較小，同時添加了乙酰膽堿分解酶抑制劑新斯的明能夠促進側(cè)根的生長，而加入AChR抑制劑阿托品則抑制根的生長。乙酰膽堿促進側(cè)根的伸長歸因于其促進參與根部形成的糖類和淀粉代謝物的累積。
乙酰膽堿調(diào)節(jié)氣孔開度
研究發(fā)現(xiàn)在植物保衛(wèi)細胞中，含有Ca2+介質(zhì)和 K +介質(zhì)分別參與了乙酰膽堿受體 mAChR 和 nAChR 介導(dǎo)的乙酰膽堿誘導(dǎo)氣孔開放和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。采用特異熒光標記的方法觀察了蠶豆中參與調(diào)節(jié)氣孔保衛(wèi)細胞開度的乙酰膽堿受體，發(fā)現(xiàn) M 型乙酰膽堿受體可能定位分布在蠶豆質(zhì)膜和葉綠體膜保衛(wèi)細胞中。研究表明在含有 Ca2+的介質(zhì)中分別加入 mAChR 的抑制劑阿托品和激活劑毒蕈堿后會對保衛(wèi)細胞開度產(chǎn)生一定的影響，此結(jié)果表明乙酰膽堿調(diào)節(jié)氣孔的開度與作用于 M 型乙酰膽堿受體后調(diào)節(jié) Ca2+通道和 CaM 有關(guān)。
乙酰膽堿在非生物脅迫中的作用
乙酰膽堿已經(jīng)被證實可以響應(yīng)多種非生物脅迫，如干旱、鹽、高溫脅迫以及滲透脅迫。在非生物脅迫下能夠?qū)е轮参锛毎べ|(zhì)過氧化，大量的自由基累積，對植物造成一定的傷害。研究表明乙酰膽在植物體內(nèi)除了以植物生長調(diào)節(jié)劑的形式存在，還以保護性抗氧化劑的形成存在，可以清除非生物脅迫下誘導(dǎo)的活性氧累積。 在干旱條件下，0.01 mM 外源乙酰膽堿處理煙草后，能夠提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量以及增強 APX、cat、POD 等氧化酶活性，降低植株體內(nèi)的過氧化氫和超氧陰離子含量，從而減輕干旱脅迫對植株的氧化損傷。同時，外源乙酰膽堿可通過調(diào)節(jié)煙草葉片氣孔形態(tài)、光能吸收與分配，保護光合特性器官，最終提高植株的光合效率和緩解干旱脅迫誘導(dǎo)的煙草葉片衰老。有研究通過轉(zhuǎn)錄水平對鹽脅迫下添加外源乙酰膽堿的差異基因進行 KEGG 通路富集，發(fā)現(xiàn)主要富集的通路有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白加工和細胞壁修飾以及激素（ZR、IAA、ABA）合成通路響應(yīng)鹽脅迫。乙酰膽堿能夠通過調(diào)控編碼光合、 抗氧化和滲透物質(zhì)調(diào)節(jié)相關(guān)基因提高煙草的耐鹽性。
參考資料 >
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