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乙酰膽堿
調(diào)控生殖機(jī)能的神經(jīng)遞質(zhì)
在神經(jīng)細(xì)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?；福┑拇呋饔孟潞铣傻?。主流研究認(rèn)為人體內(nèi)該物質(zhì)含量增多與阿爾茲海默?。ɡ夏臧V呆癥）的癥狀改善顯著相關(guān)。
基本信息
| 中文名 | 乙酰膽堿 |
| 外文名 | ACh, acetylcholine |
| 別名 | ACh AcCh |
| 化學(xué)式 | CH3COOCH2CH2N+（CH3）3 |
| 外觀 | 神經(jīng)遞質(zhì)之一 |
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簡介
定義
乙酰膽堿
進(jìn)入突觸間隙的乙酰膽堿作用于突觸后膜發(fā)揮生理作用后（乙酰膽堿可引起受體膜產(chǎn)生動作電位），就被膽堿酯酶水解成膽堿和乙酸，這樣乙酰膽堿就被破壞而推動了作用（迅速分解是為了避免受體細(xì)胞膜持續(xù)去極化而造成的傳導(dǎo)阻滯），這一過程稱為失活。
引起乙酰膽堿量子性釋放的關(guān)鍵因素是神經(jīng)末梢去極化引起的Ca內(nèi)流。當(dāng)神經(jīng)沖動傳至神經(jīng)終板時，膜電位下降，導(dǎo)致可使Ca通過的電壓閘門通道開放，使Ca進(jìn)入終板，從而刺激終板分泌乙酰膽堿。乙酰膽堿再進(jìn)一步作用于肌細(xì)胞導(dǎo)致肌細(xì)胞收縮。
乙酰膽堿的認(rèn)識
1914年，Ewins在麥角菌中發(fā)現(xiàn)了乙酰膽堿，這是首次在非神經(jīng)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)乙酰膽堿的報道。隨后，人們陸續(xù)在多種細(xì)菌、真菌、低等植物和高等植物中發(fā)現(xiàn)了乙酰膽堿及其相關(guān)的酶和受體。隨著膽堿能系統(tǒng)在植物中的發(fā)現(xiàn)和研究的深入，人們似乎有望在分子水平發(fā)現(xiàn)動植物間的又一相似性，因而植物學(xué)家抱著極大的熱情投入了這方面的研究。但是由于當(dāng)時研究手段的限制、對動植物之間的差別認(rèn)識不足，以及某些研究在其它的實驗室難以重復(fù)的緣故，使得植物乙酰膽堿的研究多處于零星的、非系統(tǒng)的狀態(tài)，研究的深度和廣度遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法與動物相比。尚未對其在植物中的作用機(jī)理提出一個合理的解釋。近年來，我們和國外其它幾家實驗室重新開展了乙酰膽堿在植物體內(nèi)的生理作用和作用機(jī)理的研究，為揭示植物乙酰膽堿的作用機(jī)理提供了新的線索。
作用
植物生理過程
種子萌發(fā)
乙酰膽堿和乙酰膽堿酯酶可能參與調(diào)控某些植物的種子萌發(fā)和幼苗早期生長，乙酰膽堿影響這些生理過程的機(jī)理可能涉及調(diào)控儲藏物從下胚軸向植物快速生長部位的調(diào)運。乙酰膽堿對需光種子萌發(fā)的影響的研究有許多矛盾的報道。Tretyn等在研究乙酰膽堿及其類似物、乙酰膽堿酯酶抑制劑對不同光周期植物種子萌發(fā)的影響中發(fā)現(xiàn)，無論在光下還是在黑暗中這些化合物對光不敏感植物的種子萌發(fā)都沒有影響。但在光下可以促進(jìn)需光種子萌發(fā)，而在暗中則沒有作用。對于不需光種子，乙酰膽堿抑制其在光下的萌發(fā)，乙酰膽堿類似物膽堿對上述過程則無影響。由于乙酰膽堿及乙酰膽堿酯酶在種子中廣泛存在，因而有理由推測乙酰膽堿參與調(diào)控種子的萌發(fā)，調(diào)控的機(jī)理可能涉及光對種子中乙酰膽堿酯酶活性的抑制。
生長
乙酰膽堿對于生長的影響因?qū)嶒灄l件的不同，植物種類或同一植物不同組織而異。乙酰膽堿可以模擬紅光的作用抑制大豆側(cè)根的發(fā)育，還可以引起小麥幼苗生長和干重的增加。在離體組織中，乙酰膽堿可以刺激燕麥胚芽鞘和黃瓜下胚軸的伸長以及綠豆下胚軸的生長，刺激蠶豆下胚軸的生長而抑制其上胚軸的生長。總之，乙酰膽堿對植物生理過程的影響與所利用的組織及實驗條件密切相關(guān)，其最大效應(yīng)在pH酸性區(qū)。
成花作用
乙酰膽堿可以模擬紅光的作用，抑制遠(yuǎn)紅光刺激的過氧化物酶活性升高，從而使菠菜能在非誘導(dǎo)條件下開花。乙酰膽堿可以抑制連續(xù)光照條件下（24 h光照/0 h黑暗）長日浮萍G1的成花和刺激非誘導(dǎo)的短日條件下短日浮萍Torr的成花。阿托品可以抑制連續(xù)光照下生長的青萍G3成花而管箭毒則無作用，說明乙酰膽堿對成花的誘導(dǎo)作用可能是通過質(zhì)膜上的類毒蕈堿型受體介導(dǎo)的。乙酰膽堿對成花的誘導(dǎo)作用還可能與它調(diào)控的膜對離子的通透性有關(guān)。光周期誘導(dǎo)的成花作用涉及到葉片膜電勢的改變，乙酰膽堿還可能通過影響膜電勢而參與成花誘導(dǎo)。
呼吸作用
乙酰膽堿可引起根尖細(xì)胞耗氧速率的增加。Jaffe以游離的線粒體為材料得到的結(jié)果已證實了這一點。伴隨著氧的消耗，組織中ATP的水平下降10倍，自由磷水平升高14倍。乙酰膽堿的這種作用可能是其使呼吸的電子傳遞鏈與氧化磷酸化解偶聯(lián)所造成。根據(jù)這些實驗結(jié)果，Jaffe提出了乙酰膽堿對大豆根尖細(xì)胞的作用模式，即當(dāng)胞間乙酰膽堿濃度升高時，乙酰膽堿到達(dá)其作用的靶部位，隨后是分泌質(zhì)子，氧的消耗和ATP水解增加，而這些過程均與膜對陽離子通透性的增加相關(guān)連。
光合作用
乙酰膽堿可以在不影響電子傳遞的情況下使葉綠體中的ATP合成下降80%以上。另外，濃度低于0.1 mmol的乙酰膽堿可以刺激非環(huán)式光合磷酸化的進(jìn)行，而濃度大于0.1 mmol時非環(huán)式光合磷酸化則受抑制。在這兩種情況下，乙酰膽堿并不影響NADP+的還原。新斯的明（neostigmine）可以抑制ATP的合成，但不影響電子從水到細(xì)胞色素f或NADP+的傳遞。毒蕈堿和阿托品同樣可以抑制NADP+的還原和非環(huán)式光合磷酸化。
棚田效應(yīng)
紅光促使黃化的綠豆和大麥根尖吸附到帶負(fù)電的玻璃杯內(nèi)壁上，而遠(yuǎn)紅光則使根尖脫離杯壁釋放到溶液中。這種現(xiàn)象稱為棚田效應(yīng)（tanada effect）。在黑暗中乙酰膽堿可以使離體的大豆根尖吸附到帶負(fù)電的玻璃杯內(nèi)壁上，并阻止遠(yuǎn)紅光引起的根尖脫離杯壁，乙酰膽堿酯酶抑制劑毒扁豆堿（eserine）增加組織對乙酰膽堿的敏感性。這些說明內(nèi)源乙酰膽堿可能在這一生理過程中有控制作用。
葉片運動
Jaffe提出乙酰膽堿可能調(diào)控含羞草葉片的運動。紫花大翼豆是一種常用的牧草，在強(qiáng)光照下其葉片可以下垂以避免高光強(qiáng)對葉片的直接傷害。據(jù)報道，強(qiáng)光下來源于熱帶的品種比來自溫帶品種的葉片下垂快，光強(qiáng)減弱后下垂?fàn)顟B(tài)恢復(fù)更快。測定此種植物葉褥組織中乙酰膽堿的結(jié)果表明，乙酰膽堿水平的變化與葉片的狀態(tài)密切相關(guān)。來源于熱帶品種的含量和變化幅度更大，外施乙酰膽堿可以使其從下垂?fàn)顟B(tài)中恢復(fù)。進(jìn)一步研究的結(jié)果顯示，葉片中乙酰膽堿水平的變化是由乙酰膽堿酯酶控制的，而乙酰膽堿酯酶主要分布于維管束的周圍，因而推測乙酰膽堿可能通過影響離子進(jìn)出維管束，進(jìn)而影響水分的進(jìn)出最終實現(xiàn)葉片運動的調(diào)控。
通透性
乙酰膽堿可以刺激質(zhì)子從大豆根尖細(xì)胞流出，誘導(dǎo)菠菜葉片膜電勢的變化，抑制藍(lán)光誘導(dǎo)的大豆下胚軸彎鉤膜電勢的超極化及該組織對鉀的吸收，這些過程都涉及乙酰膽堿對膜透性的調(diào)節(jié)。
除了影響上述過程外，乙酰膽堿還可以影響組織對鈣離子的吸收。Tretyn發(fā)現(xiàn)乙酰膽堿可以刺激黃化燕麥胚芽鞘對鈣離子的吸收。乙酰膽堿酯酶的抑制劑可以增加組織對乙酰膽堿的敏感性；鈣通道的抑制劑可以抑制乙酰膽堿刺激的鈣吸收的增加。這些結(jié)果表明乙酰膽堿參與調(diào)控植物的鈣通道。
參與相互作用
參與植物與植物以及細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互作用
在一個生態(tài)環(huán)境中，植物與植物之間以及植物與其他生物之間常常表現(xiàn)出相互作用的關(guān)系。這種相互作用可以是促進(jìn)性的也可以是抑制性的，即表現(xiàn)為相生相克的關(guān)系。乙酰膽堿酯酶存在于根瘤菌感染大豆所形成的根瘤中，而且乙酰膽堿酯酶的最大活性與根瘤對氮的最大同化期相一致，推測乙酰膽堿及其酯酶在根瘤菌和寄主植物間的相互作用中起一定作用。乙酰膽堿酯酶還存在于地衣的葉狀體中，而且主要分布于組成地衣的真菌和藻類兩種生物的界面。在其粉芽（soredia）產(chǎn)生孢子過程中，乙酰膽堿酯酶活性增加，而且酶活性集中分布在接觸區(qū)。乙酰膽堿及乙酰膽堿酯酶參與地衣這種生物間相互作用的機(jī)理可能是通過調(diào)控膜對離子的通透性，并介導(dǎo)環(huán)境中光對地衣生殖影響而實現(xiàn)的 乙酰膽堿及乙酰膽堿酯酶還可能參與花粉與柱頭間的識別作用。在裂葉牽牛中乙酰膽堿酯酶主要分布在雌蕊柱頭的表面，還存在于花粉粒和花粉管的尖端。乙酰膽堿的激活劑和拮抗劑以及乙酰膽堿酯酶的抑制劑均可以影響某些植物的花粉萌發(fā)和花粉管伸長。因此推測乙酰膽堿和乙酰膽堿酯酶可能參與植物柱頭和花粉間的相互作用。
信號轉(zhuǎn)導(dǎo)
原生質(zhì)體膨脹 紅光可以刺激黃化小麥葉肉細(xì)胞原生質(zhì)體體積膨脹，這種刺激作用可為隨后的遠(yuǎn)紅光照射所逆轉(zhuǎn)，說明這一反應(yīng)是在光敏素控制下進(jìn)行的。紅光對原生質(zhì)體體積膨脹的刺激作用要求介質(zhì)中含有Ca。乙酰膽堿可以代替紅光在黑暗中引起原生質(zhì)體的膨脹。與紅光引起的反應(yīng)不同，乙酰膽堿不僅可以在含Ca的介質(zhì)中引起原生質(zhì)體的膨脹，而且在含Na或K的介質(zhì)中也可以引起原生質(zhì)體的膨脹。
除乙酰膽堿外，只有氨基甲酰膽堿可以刺激原生質(zhì)體的膨脹，而膽堿、丙酰膽堿和丁酰膽堿則無此作用。乙酰膽堿酯酶的抑制劑毒扁豆堿可以增加原生質(zhì)體對乙酰膽堿的敏感性。據(jù)此可以認(rèn)為乙酰膽堿能特異地刺激黃化小麥葉肉原生質(zhì)體膨脹
乙酰膽堿誘導(dǎo)原生質(zhì)體膨脹過程中是否涉及乙酰膽堿受體的參與可用乙酰膽堿受體的激活劑和抑制劑來確定。乙酰膽堿N型受體的激活劑煙堿在含Na或K的介質(zhì)中可以直接刺激原生質(zhì)體膨脹，而在含Ca的介質(zhì)中，煙堿沒有作用。與以上結(jié)果不同，M型受體的激活劑毒蕈堿可以在含Ca的介質(zhì)中刺激原生質(zhì)體膨脹，而在含Na或K的介質(zhì)中沒有作用。采用乙酰膽堿受體抑制劑的研究也得出同樣的結(jié)論。M型受體的抑制劑阿托品在含Na或K的介質(zhì)中對乙酰膽堿刺激的原生質(zhì)體膨脹沒有作用，但在含Ca介質(zhì)中則可以抑制乙酰膽堿誘導(dǎo)的原生質(zhì)體膨脹。N型受體抑制劑管箭毒在含Ca介質(zhì)中對乙酰膽堿刺激的原生質(zhì)體膨脹沒有作用，但在含Na或K的介質(zhì)中則有抑制作用。熒光定位技術(shù)證明N型乙酰膽堿受體主要分布在原生質(zhì)體表面。
在乙酰膽堿誘導(dǎo)的原生質(zhì)體膨脹過程中，乙酰膽堿為受體接受后的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可能涉及到Ca和CaM，因為Ca通道抑制劑硝苯地平（nifedipine， NIF)和La可以完全抑制乙酰膽堿誘導(dǎo)的原生質(zhì)體在含Ca介質(zhì)中的膨脹。同樣，鈣調(diào)素的抑制劑和G蛋白的抑制劑也有這樣的作用，而這些化合物在含Na或K的介質(zhì)中則沒有作用。
幼葉展開 生長于黑暗中8 d的小麥幼苗，其初生葉的展開受控于光敏色素系統(tǒng)。如果介質(zhì)中含有Ca，乙酰膽堿在暗中可以刺激離體葉切段中幼葉的展開。在沒有Ca而有Na的介質(zhì)中乙酰膽堿也可以刺激黃化小麥初生葉片的展開。在乙酰膽堿的各種衍生物中只有氨基甲酰乙酰膽堿可以刺激黃化小麥初生葉片的展開。乙酰膽堿受體的拮抗劑，阿托品和D-管箭毒可以分別抵消乙酰膽堿在含Ca和Na介質(zhì)中誘導(dǎo)葉片的展開。乙酰膽堿受體的激活劑，毒蕈堿和煙堿可以分別在Ca和Na的介質(zhì)中刺激原生質(zhì)體的膨脹。乙酰膽堿誘導(dǎo)的Ca依賴的葉片開展可為Ca通道抑制劑硝苯地平和鈣調(diào)素抑制劑3-氟-甲基吩噻嗪（trifluoperazine， TFP）所減弱，其中只有鈣調(diào)素抑制劑TFP可以抑制乙酰膽堿誘導(dǎo)的在含Na介質(zhì)中黃化小麥初生葉片的展開。
根據(jù)以上結(jié)果可以初步認(rèn)為，在植物中乙酰膽堿可能以一種類似于在動物中的機(jī)制發(fā)揮作用。乙酰膽堿首先與M型和N型乙酰膽堿受體結(jié)合。與在動物細(xì)胞中一樣，M型乙酰膽堿受體可能與磷酸肌醇代謝途徑有關(guān)，在此途徑中，G蛋白，Ca通道和鈣調(diào)素等相繼被激活，最后發(fā)生生理反應(yīng)。N型受體是非磷酸肌醇依賴的，它直接控制膜對離子的通透性。這兩條途徑可以相互獨立地引起原生質(zhì)體的膨脹或葉片的張開。
酶活性
乙酰膽堿在植物中的作用機(jī)理除參與調(diào)節(jié)膜對離子的通透性外，可能還涉及對植物體內(nèi)某些酶活性的調(diào)控。乙酰膽堿對兵豆（Lens culinaris）根生長的抑制作用與體內(nèi)過氧化物同工酶的活性變化密切相關(guān)，它可以刺激某些同工酶的活性而抑制另外一些同工酶的活性。
乙酰膽堿本身對于植物體內(nèi)苯丙氨酸氨基裂解酶的活性和類黃酮的合成沒有影響，但它卻可以抵消紅光對苯丙氨酸氨基裂解酶活性和類黃酮合成的刺激作用。
對內(nèi)源生長調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響 乙酰膽堿可以影響植物體內(nèi)吲哚乙酸和乙烯的代謝。在大豆下胚軸中，乙酰膽堿抑制吲哚乙酸刺激的乙烯合成并抵消它對大豆下胚軸彎鉤伸直的抑制作用，它也可以抵消乙烯刺激的蕨類植物原絲體的生長。乙酰膽堿的這種作用可能是通過影響內(nèi)源吲哚乙酸和乙烯的水平而實現(xiàn)的。以離體大豆葉片的實驗證明乙酰膽堿可以抑制組織中乙烯的合成。
生理活動影響
中樞膽堿能系統(tǒng)與學(xué)習(xí)、記憶密切相關(guān)，乙酰膽堿（ACh）是中樞膽堿能系統(tǒng)中重要的神經(jīng)遞質(zhì)之一，其主要功能是維持意識的清醒，在學(xué)習(xí)記憶中起重要作用。
認(rèn)知活動關(guān)系
腦內(nèi)細(xì)胞外乙酰膽堿(ach)的變化主要反映膽堿能神經(jīng)元的活動，皮層和海馬等腦區(qū)的ach主要來源于基底前腦膽堿能神經(jīng)元的纖維投射。應(yīng)用微透析等技術(shù)在體檢測清醒、自由活動動物認(rèn)知過程中腦內(nèi)乙酰膽堿的含量，可以研究ach與特定行為反應(yīng)和認(rèn)知活動之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)體需要對新刺激進(jìn)行分析時，在學(xué)習(xí)與記憶、空間工作記憶、注意、自發(fā)運動和探究行為等認(rèn)知活動中，基底前腦膽堿能神經(jīng)元被激活，腦內(nèi)ach的釋放也隨之改變。結(jié)果提示腦內(nèi)膽堿能遞質(zhì)系統(tǒng)活動與認(rèn)知過程密切相關(guān)。
帕金森病關(guān)系
帕金森病又稱"震顫麻痹"，是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，主要是因位于中腦部位"黑質(zhì)"中的細(xì)胞發(fā)生病理性改變后，多巴胺的合成減少，抑制乙酰膽堿的功能降低，則乙酰膽堿的興奮作用相對增強(qiáng)。兩者失衡的結(jié)果便出現(xiàn)了"震顫麻痹"。
黑質(zhì)細(xì)胞發(fā)生變性壞死的原因迄今尚未明了，可能與遺傳和環(huán)境因素有關(guān)。有學(xué)者認(rèn)為蛋白質(zhì)、水果、乳制品等攝入不足，嗜酒、外傷、過度勞累及某些精神因素等，均可能是致病的危險因素。原因不明的多巴胺減少導(dǎo)致的震顫麻痹，在醫(yī)學(xué)上稱為"原發(fā)性震顫麻痹"，即帕金森病；
人體利用
人的腦組織有大量乙酰膽堿，但乙酰膽堿的含量會隨著年齡的增加而下降。正常老人比青年時下降30%，而老年癡呆患者下降更為嚴(yán)重，可達(dá)70%~80%。美國醫(yī)生伍特曼觀察到老年人腦組織乙酰膽堿減少，就給老年人吃富含膽堿的食品，發(fā)現(xiàn)有明顯的防止記憶減退的作用。英國和加拿大等國的科學(xué)家也相繼進(jìn)行了研究，一致認(rèn)為只要有控制地供給足夠的膽堿，可避免60歲左右老年人記憶力減退。所以保持和提高大腦中乙酰膽堿的含量，是解決記憶力下降的根本途徑。在自然界是，乙酰膽堿多以膽堿的狀態(tài)存在于蛋、魚、肉、大豆等之中，這些膽堿必須在人體內(nèi)起生化反應(yīng)后，才能合成具有生理活性的乙酰膽堿。另外，經(jīng)常服用蜂王漿可以提高腦內(nèi)乙酰膽堿的含量，從而促進(jìn)激活腦神經(jīng)傳導(dǎo)功能，提高信息傳遞速度，增強(qiáng)大腦記憶能力，全面改善腦功能，并能延緩衰老。
藥理作用
心血管系統(tǒng)
（1）血管擴(kuò)張作用：靜注小劑量本品可由于全身血管擴(kuò)張而造成血壓短暫下降，并伴有反射性心率加快。ACh可引起許多血管擴(kuò)張。如肺和冠狀血管。其擴(kuò)血管作用主要由于激動血管內(nèi)皮細(xì)胞M，膽堿受體亞型，導(dǎo)致內(nèi)皮依賴性舒張因子（EDRF）即一氧化氮（nitric oxide，No）釋放，從而引起鄰近平滑肌細(xì)胞松弛，也可能通過壓力感受器或化學(xué)感受器反射引起。如果血管內(nèi)皮受損，則ACh的上述作用將不復(fù)存在，相反可引起血管收縮。此外，ACh通過激動交感神經(jīng)末梢突觸前膜M1受體，抑制去甲腎上腺素能神經(jīng)末梢釋放NA也與ACh擴(kuò)血管作用有關(guān)。
（2）減慢心率：亦稱負(fù)性頻率作用。ACh能使竇房結(jié)舒張期自動除極延緩，復(fù)極化電流增加，使動作電位到達(dá)閾值的時間延長，導(dǎo)致心率減慢。
（3）減慢房室結(jié)和普肯耶纖維傳導(dǎo)：即為負(fù)性傳導(dǎo)作用。ACh可延長房室結(jié)和普肯耶纖維（Βurkinje fibers）的不應(yīng)期，使其傳導(dǎo)減慢。當(dāng)使用強(qiáng)心苷使迷走神經(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)明顯抑制有關(guān)。
（4）減弱心肌收縮力：即為負(fù)性肌力作用。一般認(rèn)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ACh對心房收縮的抑制作用大于心室。但由于迷走神經(jīng)末梢與交感神經(jīng)末梢緊密相鄰，迷走神經(jīng)末梢所釋放的ACh可激動交感神經(jīng)末梢突觸前M膽堿受體，反饋性抑制交感神經(jīng)末梢去甲腎上腺素釋放。使心室收縮力減弱。
泌尿道
其他
（2）眼：當(dāng)ACh局部滴眼時，可致瞳孔收縮，調(diào)節(jié)于近視。
（3）神經(jīng)節(jié)和骨骼肌：ACh作用于自主神經(jīng)節(jié)NN膽堿受體和骨骼肌神經(jīng)肌肉接頭的NM膽堿受體，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)后纖維支配，故NN膽堿受體激動能引起腎上腺素釋放。
（4）中樞：由于ACh不易進(jìn)人中樞，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：ACh可使支氣管收縮。
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作者
