コリン作動性神経伝達とアセチルコリン生理学

コリン作動性神経伝達は、化学伝達物質としてアセチルコリンを使用し、自律神経系の中心的な役割を担っています。アセチルコリンは、すべての自律神経節（節前ニューロンから節後ニューロンへ、両部門）、副交感神経の神経終末接合部、および汗腺への交感神経供給における伝達物質です。アセチルコリンは、ニコチン性受容体とムスカリン性受容体という2つの主要な受容体クラスに作用し、内臓全体にわたって広範な速効性および遅効性の効果をもたらします。

Definition

コリン作動性神経伝達とは、アセチルコリンが合成、放出され、ニコチン性受容体およびムスカリン性受容体に作用して自律神経節伝達および副交感神経（および選択された交感神経）のエフェクター応答を媒介するプロセスであり、アセチルコリンエステラーゼによる加水分解によって伝達が終結します。

Scope

このトピックでは、自律神経系におけるアセチルコリンの合成、放出、受容体作用、および迅速な作用終結について扱います。具体的には、コリン作動性伝達がどこで起こるのか、ニコチン性（イオンチャネル型）受容体とムスカリン性（Gタンパク質共役型）受容体の違い、それらが関与するシグナル伝達経路、およびアセチルコリンエステラーゼが伝達を終結させる役割について説明します。これは参照生理学であり、臨床ガイドラインではありません。

Core questions

• 自律神経系のどこでアセチルコリンが伝達物質として機能しますか？
• ニコチン性受容体とムスカリン性受容体は、メカニズムと速度においてどのように異なりますか？
• アセチルコリンはどのように合成、放出され、どのように不活性化されますか？
• ムスカリン性シグナル伝達は、心臓、腺、平滑筋に多様な効果をどのように生み出しますか？

Key concepts

• アセチルコリン合成（コリンアセチルトランスフェラーゼ）とコリンの再取り込み
• ニコチン性アセチルコリン受容体（リガンド依存性イオンチャネル）
• ムスカリン性アセチルコリン受容体（Gタンパク質共役型）
• 両部門における神経節（ニコチン性）伝達
• 副交感神経の神経終末（ムスカリン性）伝達
• 汗腺のコリン作動性交感神経支配
• アセチルコリンエステラーゼと迅速な加水分解
• 心臓と内臓の迷走神経制御

Key theories

化学（体液性）伝達

レーヴィの古典的な実験は、迷走神経を刺激すると拡散性の物質（「Vagusstoff」、後にアセチルコリンと同定）が放出され、それが第2の心臓の拍動を遅らせることを示しました。これは、神経が純粋な電気的手段ではなく、化学伝達物質を介してエフェクターと通信するという決定的な証拠を提供しました。

Mechanisms

アセチルコリンは、神経終末においてコリンとアセチルCoAからコリンアセチルトランスフェラーゼによって合成され、小胞に貯蔵され、脱分極によって放出されます。アセチルコリンは2つの受容体ファミリーに作用します。ニコチン性受容体は、リガンド依存性陽イオンチャネルであり、交感神経系と副交感神経系の両方における自律神経節を介した伝達を含む、速い興奮性伝達を媒介します。ムスカリン性受容体はGタンパク質共役型であり、心臓、腺、平滑筋に対するより遅い副交感神経効果を媒介します。例えば、心臓のM2受容体はGiと共役して心拍数を遅くする一方で、他のムスカリン性サブタイプはGqと共役して分泌や平滑筋収縮を刺激します。迷走神経刺激が心拍数を遅くする化学伝達物質を放出するという古典的な実証は、この体液性メカニズムを確立しました（Loewi, 1921）。伝達はアセチルコリンエステラーゼによって非常に迅速に終結し、シナプス間隙のアセチルコリンを加水分解し、結果として生じるコリンは再合成のために再取り込みされます（Kandel et al., 2021; Boron & Boulpaep, 2017）。身体の主要な副交感神経流出路である迷走神経は、神経免疫シグナル伝達にも関与しています（Bonaz et al., 2016）。

Clinical relevance

コリン作動性生理学は、心拍数、腺分泌、胃腸および膀胱の運動に対する迷走神経の制御の根底にあり、コリン作動性伝達に作用する多くの自律神経薬や毒素を理解するための概念的基礎を提供します。この項目は記述的な生理学であり、個別の治療決定の根拠となるものではありません。

Evidence & guidelines

ここで記述されているメカニズムは、Loewiによる化学伝達の基礎的な実証（Loewi, 1921）と、標準的な生理学および神経科学の教科書（Kandel et al., 2021; Boron & Boulpaep, 2017）に基づいており、迷走神経の神経免疫学的役割はBonaz et al. (2016)によってレビューされています。これは臨床ガイドラインの対象ではなく、参照生理学です。

History

オットー・レーヴィの1921年のカエル心臓実験は、化学神経伝達の最初の直接的な証拠を提供しました。この実験では、迷走神経刺激が第2の心臓の拍動を遅らせる物質を放出することを示し、この物質は後にアセチルコリンとして同定されました（Loewi, 1921）。ヘンリー・デールの研究は、アセチルコリンのニコチン性作用とムスカリン性作用を区別し、自律神経節と副交感神経終末における伝達物質としてのその役割を明確にし、今日でも使用されている化学的枠組みを確立しました。

Key figures

• Otto Loewi
• Henry Hallett Dale
• John Newport Langley

Seminal works

• loewi-1921

Frequently asked questions

ニコチン性受容体とムスカリン性受容体の違いは何ですか？

ニコチン性受容体は、自律神経節を介した伝達を含む速い伝達を媒介するリガンド依存性イオンチャネルであるのに対し、ムスカリン性受容体は、心臓、腺、平滑筋に対するより遅い副交感神経効果を媒介するGタンパク質共役型受容体です。

アセチルコリンの作用が非常に短いのはなぜですか？

アセチルコリンエステラーゼという酵素がシナプス間隙のアセチルコリンを非常に迅速に加水分解するため、放出されるとほぼ同時にその作用を終結させ、コリンを再合成のためにリサイクルするからです。