乙酰膽堿作為化學突觸遞質的發現簡史

房芳　韓菲　魯亞平

化學突觸傳遞是神經信號傳遞的主要形式。乙酰膽堿是人體內分布最廣泛的神經化學物質，通常由膽堿能神經細胞利用膽堿和乙酸鹽在輔酶A和膽堿乙酰化酶作用下形成。合成后的乙酰膽堿最后儲存在神經細胞突觸囊泡內，當神經沖動傳播到神經末梢時， 末梢以胞吐囊泡方式“量子釋放”乙酰膽堿，作用于突觸后膜相應的受體，引起興奮或抑制性反應。然而，乙酰膽堿作為化學突觸遞質的發現卻有著曲折的過程。

1867年，乙酰膽堿首次合成成功，但人們并不清楚生物體內天然含有該物質。1904年，來自倫敦的亨利·哈雷·戴爾接受了一個為制藥廠商工作的機會。也正是這次機會，戴爾及其實驗室的科研人員充分地接觸和認識了麥角堿（寄生于大麥及其他谷類穗中的麥角菌菌核所含多種生物堿的總稱），并先后分離出了麥角毒堿（早期的腎上腺素受體阻滯劑）、組胺、酪胺和乙酰膽堿等物質。乙酰膽堿的分離可謂是一次“幸運的事故”，因為它是在分離麥角堿時作為一種罕見的污染物被發現的。隨后，研究人員集中探究了乙酰膽堿的生物學效應。經過深入研究發現，這一物質具有兩種相反的生物學效應：一種稱為“毒蕈堿”樣效應，也就是該物質在外周能夠模擬興奮副交感神經的生物學效應；另一種生物學效應，即“煙堿”樣效應，也就是類似與煙堿作用肌肉及植物性神經節引起的肌肉興奮性效應。

1909年，在德接受醫學教育的猶太人奧托·勒維被奧地利格拉茨大學聘為藥理學教授，主要利用青蛙離體心臟進行心臟藥理學領域的研究。奧托·勒維早年在英國留學期間受到一些前輩關于神經傳遞物質觀點的啟發，一直渴望能用試驗證明神經傳遞是通過化學物質實現的這個想法。1921年復活節前夜，奧托·勒維反復做一個夢，醒來他按照夢中提示開展實驗，結果就有了重大的發現。這個實驗就是著名的生理學經典的雙蛙心灌流實驗。他取出兩只青蛙的心臟，一個連著迷走神經，另一個切斷迷走神經。用導管將動脈與靜脈連接起來，充“任氏液”進行灌流，形成體外循環。當刺激迷走神經時，與之相連的心臟跳動受到抑制；同時將流經該心臟的“任氏液”灌流切斷迷走神經的另一只青蛙心臟時，其跳動也受到明顯抑制。很明顯切斷迷走神經的青蛙心臟受到的抑制效應，應該是來自溶于灌流溶液中的某種化學物質。奧托·勒維推測這種化學物質可能是迷走神經末梢釋放的。這個實驗進一步支持迷走神經不是通過“電傳遞”影響心臟，而是通過“化學傳遞”影響心臟功能的觀點。他的這個結論奠定了神經興奮化學傳遞學說的實驗基礎。

然而，這種化學物質到底是什么卻并不清楚，奧托·勒維稱之為迷走神經素。為探究迷走神經素，奧托·勒維和他的同事做了大量的研究工作。他們發現非常低濃度的乙酰膽堿可極大地抑制心跳；向心臟內加入可抑制酯酶活性的毒扁豆堿，可明顯加強外源乙酰膽堿對心臟的抑制效應。這一結果提示心臟可能擁有內源性的水解乙酰膽堿的酯酶，后來他們稱之為膽堿酯酶。于是他們推測：迷走神經素應該是一種膽堿，能被酯酶快速水解，但并不能確認是乙酰膽堿，因為當時還不知道動物體內含有天然的乙酰膽堿。

當時，戴爾也一直在孜孜不倦探究從動物體內分離天然的乙酰膽堿，但一直苦于沒有找到有效的辦法。經過多年的摸索，他認為，乙酰膽堿之所以不能被分離，可能就是因為其“短命”，一旦分泌很快就被酯酶分解。1929年，這項工作終于有了突破，戴爾和化學家Dudley發現在馬和牛的脾臟內有著很高濃度的乙酰膽堿，說明它是動物體內天然的組成成分。

1930年，戴爾實驗室的Mathes證明血液中的乙酰膽堿是被酯酶分解的，但這種酶的作用可以被毒扁豆堿抑制。1934年，戴爾與從德國逃難來的Fedberg一起首次對用毒扁豆堿處理的水蛭肌肉標本進行實驗，刺激支配胃的迷走神經，在靜脈血中檢測到乙酰膽堿。同樣，刺激內臟神經，乙酰膽堿也出現在腎上腺髓質。后來，他們刺激貓的坐骨神經，在其支配的腓腸肌靜脈血管中也收集到了乙酰膽堿；直接刺激肌肉可獲得同樣的結果，剪斷神經支配則不行，但注射乙酰膽堿可模擬刺激效應。這說明乙酰膽堿是由神經末梢釋放并傳遞給肌肉。實驗期間，戴爾及其同事還陸續證明乙酰膽堿是自主神經節神經元與神經元之間的信號傳遞分子，并引進“膽堿能”和“腎上腺素能”等概念，為后來多種多樣的神經遞質的發現奠定了理論基礎。

1936年，奧托·勒維和戴爾因證明乙酰膽堿是神經沖動的化學遞質而獲得諾貝爾生理學或醫學獎。

1937年，布朗發現給去神經支配的肌肉動脈注射乙酰膽堿，可引起肌肉快速收縮，并可在肌肉上記錄到動作電位的發放。20世紀50年代以后，隨著乙酰膽堿受體的發現與克隆以及有關離子學說得到科學實驗的驗證，化學突觸傳遞的分子機制得到了完美的解釋。

隨著研究的深入，乙酰膽堿的生理功能愈來愈多地被揭示。除了作為重要的神經遞質，乙酰膽堿對植物的代謝、生長、發育都有著重要的調控作用。在人體，乙酰膽堿更是廣泛參與了骨骼肌運動、內臟活動、腺體分泌、感覺、學習記憶與思維等活動的控制和調節。人體內乙酰膽堿分泌不足或作用受阻，將引起多種疾病。阿爾茲海默?。ɡ夏臧V呆）大腦基底前腦膽堿能神經元退化損傷，導致乙酰膽堿分泌不足，是引起相應病癥的重要原因。目前治療該疾病的臨床藥物多是乙酰膽堿酯酶的抑制劑或前膜攝取乙酰膽堿轉運蛋白的抑制劑，目的是延長乙酰膽堿的作用時效，以緩解疾病的臨床表現。

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