腦神經遞質

神經元以緊密配合的連接互相聯繫，稱作突觸。在大多數情況下，神經元間的聯繫是由被稱為神經遞質的化學物質所介導的。當傳導細胞中一個電衝動到達突觸時，神經遞質的小囊泡就通過膜將神經遞質釋放入突觸間隙，然後神經遞質與靶細胞表面的特殊受體結合，從而誘導出一定的電流加強或抑制動作電位的形成。每個神經元都與興奮性或抑制性輸入是否平衡有關，因而也調節其動作電位的放電 ^[3]  。

神經系統中存在着不計其數的化學物質，想要確定哪些是神經遞質並不容易。神經生物學家們為此建立了以下一套標準來判斷哪些是神經遞質： ^[2] 

①該分子必須在突觸前神經元內合成並貯存。 ^[2] 

②突觸前神經元受到刺激後能在末梢釋放該分子。 ^[2] 

③體外實驗中運用該分子能觀察到類似於神經遞質釋放產生的突觸後反應。 ^[2] 

④該分子一旦被釋放，突觸間隙存在某種機制能迅速降低它的濃度。 ^[2] 

已發現的神經遞質超過100種，它們可以分為兩大類：小分子神經遞質和大分子神經多肽。 ^[2] 

小分子經典遞質除了最早發現的乙酰膽鹼外，還有生物活性胺類遞質和氨基酸類遞質。生物活性胺類遞質由於分子中都帶有胺基而得名，主要有兒茶酚胺類遞質（多巴胺、去甲腎上腺素、腎上腺素）和5-羥色胺；組胺雖然在化學結構上屬於咪唑基團，但按照習慣也把它歸為胺類遞質。氨基酸類遞質都是單個氨基酸分子，如穀氨酸、甘氨酸、γ氨基丁酸（GABA）。前兩者是構建蛋白質的基本單位，廣泛分佈在所有細胞中；GABA為神經元所特有。除了這些已經得到確認的小分子遞質外，還有像天冬氨酸、ATP等小分子也發現具有類似於神經遞質的特性。通常神經元可按它所分泌的小分子遞質來歸類，如：分泌乙酰膽鹼的神經元統稱為膽鹼能神經元，類似的還有穀氨酸能神經元、γ氨基丁酸能神經元、多巴胺能神經元、腎上腺素能神經元、去甲腎上腺素能神經元等。 ^[2] 

神經遞質中種類繁多的是大分子神經多肽。自1970年以來，已發現有100多種多肽分子符合上述神經遞質標準。這些多肽與單個氨基酸分子遞質不同，大多由3~36個氨基酸組成，它們組成了神經多肽的大家族。許多分子最初並非是在神經系統中發現的，如縮膽囊素；此外，很多經典神經激素類物質現在被認為也可在局部發揮神經遞質的作用，如垂體後葉激素（催產素和血管加壓素）等。事實上，現在發現神經激素和神經遞質間存在着越來越多的交叉。若要判斷某種生物活性多肽屬於激素還是遞質，主要看它發揮作用的距離：激素通過血液循環作用於靶細胞，因此靶細胞常遠離激素分泌細胞；而遞質作用於突觸後細胞的距離則小得多，只需彌散於幾十納米的突觸間隙即能與突觸後膜上的受體結合，即使有些遞質可通過擴散影響到周圍的細胞，作用距離也不過幾十到幾百微米。 ^[2] 

藥理學家Henry Dale曾提出一個假設：一種神經元只能合成、分泌某一種神經遞質。該假説被稱為“Dale法則”。但後來發現某些神經元末梢可以釋放一種以上的神經遞質，有些含有多種肽類遞質，有些含有兩種以上的小分子遞質，還有些是肽類遞質與小分子遞質共存。當多種神經遞質共存於同一個神經末梢時，這些遞質稱為共存遞質。共存遞質通常都獨立包裝在各自的囊泡裏（也有少數共存遞質包裝在同一個囊泡裏），所以它們的釋放概率並不相同。低頻刺激下通常只有小分子遞質釋放；而在高頻刺激下大分子多肽類遞質也會被釋放。因此，對某一個突觸來説，突觸前神經元受到的刺激頻率不同，所釋放的遞質成分也不同，突觸後細胞啓動的化學信號通路自然也不一樣。 ^[2] 

共存遞質釋放概率的差異主要是由神經遞質囊泡和突觸前膜上的Ca²⁺通道之間的相對距離不同造成的。突觸前膜上Ca²⁺通道密集的區域稱為活性區，是神經遞質釋放的主要部位。包裹着小分子遞質的突觸囊泡通常搭靠在活性區部位，因此與Ca²⁺通道較近；而多肽類遞質囊泡則遠離突觸前膜和Ca²⁺通道分佈。低頻刺激下，進入突觸前膜的Ca²⁺濃度有限，只能使活性區附近的小分子囊泡釋放；高頻刺激時，Ca²⁺大量湧入突觸前膜，其濃度才足以讓位於更遠處的多肽類遞質囊泡和近處小分子遞質囊泡同時釋放。 ^[2] 

神經遞質由神經元內特異的合成酶催化合成。對很多遞質而言，這是決定它們在神經元內含量多少的關鍵步驟。小分子經典遞質的合成是在突觸前末梢內完成的。催化反應的合成酶在胞體處預先合成好，經過一種稱為慢速軸質運輸機制，以每日0.5~5mm的速度運輸到軸突末梢；酶催化的前體分子則通常是由突觸前膜上的特異性轉運體蛋白從胞外攝取而來；遞質在胞質中合成後，再由突觸囊泡膜上特異性轉運體蛋白泵入囊泡中貯存。也有個別小分子遞質最後合成步驟是在囊泡內發生的。 ^[2] 

大分子多肽類遞質的合成包裝機制與小分子遞質明顯不同。神經元先在胞體處合成前體肽，它們比最終的多肽遞質要大得多；前體肽在內質網中被剪切掉信號肽（信號肽是位於分泌型蛋白質氨基端的一段保守序列，它標誌着該蛋白質合成後將被分泌到細胞外）；被剪切掉信號肽的前體肽再被轉運到高爾基體中，包裝到分泌囊泡內，經歷一系列翻譯後修飾過程，逐漸形成成熟的遞質。蛋白質翻譯後的修飾包括蛋白酶解、末端修飾、糖基化、磷酸化及二硫鍵的形成。 ^[2] 

神經元合成多肽類遞質與其他細胞合成分泌型蛋白質的過程基本相似。但兩者明顯的不同是：神經元合成的多肽遞質要沿着軸突運輸相當長距離到達末梢，才能被釋放到胞外發揮作用。包裹着多肽類遞質的分泌囊泡以每日400mm的速度沿着細胞骨架微管蛋白運輸到軸突末端，這個過程被稱為快速軸質轉運，與運輸小分子遞質合成酶的慢速軸質轉運有區別。 ^[2] 

合成好的神經遞質要包裝到囊泡中貯存，以待釋放。不同的遞質包裝到不同的囊泡，它們在形態上能很容易區分。小分子遞質如乙酰膽鹼和氨基酸，被包裝到直徑為40~60nm的小囊泡中，位於囊泡膜上的遞質轉運體主動把胞質內合成好的小分子遞質泵入囊泡內貯存。小囊泡電子密度低，在電鏡下中心明亮，故稱為中心明亮的小囊泡，也稱突觸囊泡。神經多肽則被包裝到直徑為90~250nm的大囊泡中，這種大囊泡的電子密度高，在電鏡下中心不透明，稱為中心緻密的大囊泡，也稱分泌顆粒然而對於胺類遞質來説，它們既可以貯存在透明的小囊泡裏，也可以像多肽類遞質一樣被包裝到緻密囊泡中，這取決於特定的神經元種類。 ^[2] 

當神經元受到刺激產生的動作電位傳遞到突觸前膜末梢時，活性區部位密集的Ca²⁺通道隨即打開，Ca²⁺從胞外進入胞內，引發了神經遞質囊泡與突觸前膜融合釋放神經遞質的過程。大、小分子遞質釋放概率是不一樣的。小分子遞質的釋放要比大分子多肽類遞質更迅速。運動神經元末梢釋放乙酰膽鹼只需幾毫秒，而下丘腦的神經內分泌細胞則需要連續幾秒鐘的動作電位刺激才能分泌多肽類遞質。因此，依靠小分子遞質介導的突觸傳遞過程完成得較快，而靠大分子遞質介導的則較慢。如前所述，這種釋放速度的差異是由於囊泡在突觸前末梢分佈的位置不同以及和Ca²⁺通道的相對距離有關：包裹着小分子遞質的突觸囊泡常搭靠在突觸前膜的活性區，距離Ca²⁺通道近，使得Ca²⁺進入的信號能優先興奮小囊泡；而大分子多肽類遞質的分泌顆粒遠離突觸前膜，難以迅速接受到Ca²⁺信號。而胺類遞質既可以貯存在小囊泡，也可以貯存在大囊泡中，因此這類遞質的釋放概率有很大差異。 ^[2] 

對於某一種神經遞質而言，它都有各自獨特的合成﹑包裝﹑釋放和降解過程。神經遞質一旦被釋放到突觸間隙中，就會和突觸後膜上特異性受體結合併產生相應的突觸後效應。同時在突觸間隙必須啓動某種機制，使遞質濃度快速降低，這樣才能保證後續的突觸傳遞不斷進行。實際上，在突觸間隙存在多種機制，它們共同作用以清除並降低遞質濃度。第一種是遞質在突觸間隙裏的簡單擴散，但這並非是遞質清除的主要途徑；第二種是位於神經末梢和鄰近的膠質細胞膜上的轉運體蛋白，可以逆濃度差、特異性地把小分子遞質及其代謝產物從突觸間隙重新運至細胞質內再利用，這個過程稱為遞質的重攝取。另外，突觸間隙中還存在着特異性的酶，可以迅速降解遞質。 ^[2] 

腦內的神經遞質的傳遞最為複雜，大約有上百種的中樞神經遞質參與人的精神活動。根據分子質量，大致可將神經遞質分為兩大類：一類為小分子，如單胺類；另一類為大分子，如內源性阿片肽、P物質等。研究較多的與精神異常關係最為密切的神經遞質假説有以下數種： ^[4] 

1.興奮性神經遞質如穀氨酸。 ^[4] 

2.抑制性神經遞質如γ-氨基丁酸、甘氨酸。 ^[4] 

3.單胺類神經遞質如去甲腎上腺素、多巴胺、5-羥色胺。 ^[4] 

4.其他神經遞質如組胺、乙酰膽鹼。 ^[4] 

5.神經肽如內源性阿片肽、腦啡肽、β-內啡肽、P物質、下丘腦釋放因子、促腎上腺皮質激素釋放激素。 ^[4] 

神經遞質只有與相應受體結合，方能產生生物學效應。研究表明，幾乎所有的遞質均能與多種受體相結合，從而產生不同的生物學效應。 ^[4] 

G受體是一組與精神活動密切相關的中樞神經遞質和受體。研究發現，它與妄想、抑鬱、強迫等症狀有一定關係。部分抗抑鬱劑可作用於該受體，如舍曲林氟伏沙明多巴胺及其受體是精神醫學研究最廣泛的神經遞質和受體之。精神分裂症病人腦內有絕對或相對的多巴胺能神經遞質活動過強的證據。一項試驗説明，服用苯丙氨後能使多巴胺及去甲腎上腺素釋放過多，並阻止再攝取，使腦內多巴胺含量增多，表現出鮮明的幻覺等精神病性症狀。從而提示精神分裂症的幻覺症狀與其病理生化機制可能是由於腦內多巴胺能神經遞質活動過度的結果。具有多巴胺能神經元拮抗劑的抗精神病藥物能使精神分裂症的症狀得到有效的治療。 ^[4] 

研究表明，精神分裂症患者陽性症狀(幻覺、妄想等)可能與皮層下邊緣系統多巴胺功能亢進有關，而陰性症狀(情感淡漠、意志減退等)則可能為皮層內、尤其是額葉前部皮質多巴胺功能相對低下所致。 ^[4] 

研究發現，5-羥色胺功能活動降低與抑鬱症患者的抑鬱心境、食慾減退、失眠、晝夜節律紊亂、內分泌功能紊亂、性功能障礙焦慮不安、不能應付應激、活動減少等密切相關，而5-羥色胺功能增高與躁狂症的發病有關。抗抑鬱藥主要是通過阻滯5-羥色胺的回收，產生抗抑鬱作用。 ^[4]