อะเซทิลโคลีนและการส่งสัญญาณประสาทแบบโคลีนเนอร์จิกในระบบประสาทส่วนกลาง

อะเซทิลโคลีนเป็นสารสื่อประสาทที่ในระบบประสาทส่วนกลางส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็นสารปรับการทำงานของระบบประสาท (neuromodulator) ซึ่งมีบทบาทในการกำหนดความสนใจ การตื่นตัว การเรียนรู้ และความจำ สารนี้ถูกปล่อยออกมาจากเซลล์ประสาทในสมองส่วนหน้าฐาน (basal forebrain) และก้านสมอง (brainstem) และส่งสัญญาณผ่านตัวรับนิโคตินิกที่ทำงานรวดเร็วและตัวรับมัสคารินิกที่ทำงานช้ากว่า ระบบโคลีนเนอร์จิกมีความน่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากการเสื่อมสภาพของระบบนี้เป็นลักษณะเด่นในความผิดปกติของการรับรู้

Definition

การส่งสัญญาณประสาทแบบโคลีนเนอร์จิกส่วนกลางคือการส่งสัญญาณโดยอะเซทิลโคลีนในสมอง ซึ่งถูกสังเคราะห์โดยเอนไซม์โคลีนอะเซทิลทรานสเฟอเรส ออกฤทธิ์ต่อตัวรับนิโคตินิก (ช่องไอออนที่ควบคุมด้วยลิแกนด์) และตัวรับมัสคารินิก (ที่จับกับโปรตีน G) ส่วนใหญ่ในลักษณะการปรับการทำงานของระบบประสาท และถูกยับยั้งอย่างรวดเร็วโดยอะเซทิลโคลีนเอสเตอเรส

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการสังเคราะห์และการสลายตัวของอะเซทิลโคลีน ตัวรับนิโคตินิก (ไอโอโนโทรปิก) และมัสคารินิก (เมตาโบโทรปิก) รวมถึงการจัดระเบียบของโครงข่ายประสาทโคลีนเนอร์จิกส่วนกลางในฐานะระบบปรับการทำงานของระบบประสาท โดยจะกล่าวถึงการส่งสัญญาณประสาทแบบโคลีนเนอร์จิกส่วนกลางในฐานะความรู้พื้นฐานทางประสาทเภสัชวิทยา โดยไม่มีการให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

Core questions

• อะเซทิลโคลีนถูกสังเคราะห์และยับยั้งการทำงานในระบบประสาทส่วนกลางได้อย่างไร?
• ตัวรับนิโคตินิกและมัสคารินิกแตกต่างกันอย่างไร?
• การส่งสัญญาณโคลีนเนอร์จิกส่วนกลางมีบทบาทอย่างไรในการรับรู้และการตื่นตัว?
• เหตุใดระบบโคลีนเนอร์จิกจึงเกี่ยวข้องกับความผิดปกติของความจำ?

Key concepts

• อะเซทิลโคลีน
• โคลีนอะเซทิลทรานสเฟอเรส
• อะเซทิลโคลีนเอสเตอเรส
• ตัวรับอะเซทิลโคลีนชนิดนิโคตินิก (ไอโอโนโทรปิก)
• ตัวรับอะเซทิลโคลีนชนิดมัสคารินิก (เมตาโบโทรปิก)
• โครงข่ายประสาทโคลีนเนอร์จิกในสมองส่วนหน้าฐาน
• การปรับการทำงานของระบบประสาทด้านความสนใจและความจำ

Key theories

การปรับการทำงานของระบบประสาทแบบโคลีนเนอร์จิกต่อการรับรู้

แนวคิดที่ว่าอะเซทิลโคลีนส่วนกลางทำหน้าที่หลักเป็นสารปรับการทำงานของระบบประสาทที่ปรับการขยายสัญญาณของวงจรในคอร์เทกซ์และฮิปโปแคมปัส ซึ่งสนับสนุนความสนใจ การตื่นตัว และการเข้ารหัสความจำ แทนที่จะส่งสัญญาณแบบจุดต่อจุด

Mechanisms

อะเซทิลโคลีนถูกสังเคราะห์จากโคลีนและอะเซทิล-โคเอ โดยเอนไซม์โคลีนอะเซทิลทรานสเฟอเรส ถูกปล่อยออกจากปลายประสาทโคลีนเนอร์จิก และถูกไฮโดรไลซ์อย่างรวดเร็วโดยอะเซทิลโคลีนเอสเตอเรส ทำให้ระบบมีการยุติการทำงานที่รวดเร็ว ออกฤทธิ์ต่อตัวรับสองประเภท: ตัวรับนิโคตินิกเป็นช่องแคทไอออนที่ควบคุมด้วยลิแกนด์ซึ่งทำให้เกิดการกระตุ้นอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ตัวรับมัสคารินิกจับกับโปรตีน G และทำให้เกิดผลการปรับการทำงานที่ช้ากว่า ในระบบประสาทส่วนกลาง โครงข่ายประสาทจากสมองส่วนหน้าฐานและก้านสมองจะปล่อยอะเซทิลโคลีนอย่างกว้างขวาง ดังนั้นสารสื่อประสาทนี้จึงทำหน้าที่ส่วนใหญ่เป็นสารปรับการทำงานของระบบประสาทที่ปรับความสามารถในการกระตุ้นและอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนของวงจรเป้าหมายที่เกี่ยวข้องกับความสนใจ การตื่นตัว และความจำ ดังที่ Picciotto et al. (2012) ได้ทบทวนไว้ การยับยั้งอะเซทิลโคลีนเอสเตอเรสจะยืดระยะเวลาการออกฤทธิ์ของอะเซทิลโคลีน ซึ่งเป็นกลไกที่ยาหลายชนิดนำมาใช้ประโยชน์

Clinical relevance

การส่งสัญญาณโคลีนเนอร์จิกส่วนกลางมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับความสนใจและความจำ และการเสื่อมสภาพของเซลล์ประสาทโคลีนเนอร์จิกในสมองส่วนหน้าฐานเป็นลักษณะหนึ่งของความผิดปกติของการรับรู้บางชนิด ซึ่งทำให้อะเซทิลโคลีนเอสเตอเรสและตัวรับโคลีนเนอร์จิกเป็นเป้าหมายของการพัฒนายา บทความนี้อธิบายกลไกเหล่านั้นในฐานะข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับการส่งสัญญาณ และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาภาวะใดๆ

Evidence & guidelines

การจำแนกประเภทตัวรับโคลีนเนอร์จิกเป็นไปตามหลักการตั้งชื่อที่เป็นเอกฉันท์ของ IUPHAR; บทความทบทวนของ Picciotto et al. (2012) ที่อ้างถึงนี้ให้คำอธิบายที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับบทบาทการปรับการทำงานของระบบประสาทของอะเซทิลโคลีนที่ใช้ในที่นี้

History

อะเซทิลโคลีนเป็นสารสื่อประสาทเคมีชนิดแรกที่ถูกค้นพบในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โดยเริ่มแรกในระบบประสาทส่วนปลาย บทบาทสำคัญในระบบประสาทส่วนกลางได้รับการอธิบายในภายหลังเมื่อมีการทำแผนที่ระบบโครงข่ายประสาทโคลีนเนอร์จิกในสมองส่วนหน้าฐานและมีการรับรู้ถึงบทบาทของมันต่อการรับรู้ ซึ่งทำให้การส่งสัญญาณโคลีนเนอร์จิกส่วนกลางเป็นระบบที่แตกต่างและมีความสำคัญทางเภสัชวิทยา

Seminal works

• picciotto-2012

Frequently asked questions

ตัวรับอะเซทิลโคลีนชนิดนิโคตินิกและมัสคารินิกแตกต่างกันอย่างไร?

ตัวรับนิโคตินิกเป็นช่องไอออนที่ควบคุมด้วยลิแกนด์ที่ทำงานรวดเร็ว (ไอโอโนโทรปิก) ทำให้เกิดการกระตุ้นอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ตัวรับมัสคารินิกจับกับโปรตีน G (เมตาโบโทรปิก) และทำให้เกิดผลการปรับการทำงานที่ช้ากว่า

เหตุใดอะเซทิลโคลีนจึงถูกอธิบายว่าเป็นสารปรับการทำงานของระบบประสาทในสมอง?

เนื่องจากเซลล์ประสาทโคลีนเนอร์จิกส่วนกลางมีโครงข่ายประสาทที่กระจายตัวและปล่อยอะเซทิลโคลีนเพื่อปรับการตอบสนองของวงจรเป้าหมายที่กว้างขวาง ซึ่งสนับสนุนความสนใจ การตื่นตัว และความจำ แทนที่จะส่งสัญญาณแบบจุดต่อจุดที่แยกจากกัน