การสังเคราะห์ การบรรจุ และการสลายสารสื่อประสาท

เพื่อให้เซลล์ประสาทส่งสัญญาณทางเคมีได้ จะต้องสร้างสารสื่อประสาท บรรจุสารสื่อประสาทนั้นลงในถุงน้ำใสประสาท และหลังจากปล่อยสารสื่อประสาทแล้ว จะต้องกำจัดสารสื่อประสาทออกจากช่องว่างไซแนปส์เพื่อให้สัญญาณสิ้นสุดลง หัวข้อนี้ครอบคลุมวงจรชีวิตของโมเลกุลสารสื่อประสาท ได้แก่ เอนไซม์ชีวสังเคราะห์ที่ผลิตสารสื่อประสาท ตัวขนส่งที่บรรจุถุงน้ำใสประสาท และวิถีการดูดกลับและการย่อยสลายที่ยุติการทำงานของสารสื่อประสาทและนำองค์ประกอบกลับมาใช้ใหม่

Definition

การสังเคราะห์ การบรรจุ และการสลายสารสื่อประสาท คือชุดของกระบวนการทางชีวเคมีที่เซลล์ประสาทผลิตสารสื่อประสาทจากสารตั้งต้น บรรจุสารสื่อประสาทลงในถุงน้ำใสประสาทผ่านตัวขนส่งในถุงน้ำใสประสาท และหลังจากปล่อยสารสื่อประสาทแล้ว จะกำจัดสารสื่อประสาทออกจากช่องว่างไซแนปส์โดยตัวขนส่งที่ดูดกลับหรือเอนไซม์ที่ย่อยสลาย

Scope

หัวข้อนี้สำรวจด้านเมแทบอลิซึมของการส่งสัญญาณเคมีสำหรับสารสื่อประสาทแบบดั้งเดิม ได้แก่ การสังเคราะห์จากสารตั้งต้นในอาหารหรือเซลล์ การบรรจุลงในถุงน้ำใสประสาทโดยตัวขนส่ง และการยับยั้งการทำงานโดยการดูดกลับหรือการสลายตัวด้วยเอนไซม์ เนื้อหาจะเน้นไปที่ชีวเคมีและสรีรวิทยา และไม่ได้ให้ข้อมูลปริมาณยาทางเภสัชวิทยาหรือคำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• สารสื่อประสาทหลักถูกสังเคราะห์ขึ้นมาได้อย่างไรและจากสารตั้งต้นใดบ้าง?
• สารสื่อประสาทถูกทำให้เข้มข้นภายในถุงน้ำใสประสาทได้อย่างไร?
• การทำงานของสารสื่อประสาทถูกยุติลงได้อย่างไรหลังจากถูกปล่อยออกมา?
• องค์ประกอบของสารสื่อประสาทถูกนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างไร?

Key concepts

• เอนไซม์ชีวสังเคราะห์ที่จำกัดอัตรา (เช่น ไทโรซีนไฮดรอกซิเลส, กลูตามิกแอซิดดีคาร์บอกซิเลส, โคลีนอะเซทิลทรานสเฟอเรส)
• ตัวขนส่งในถุงน้ำใสประสาท (VMAT, VGLUT, VGAT)
• ตัวขนส่งที่ดูดกลับที่เยื่อหุ้มพลาสมา (เช่น ตัวขนส่งโดพามีน, เซโรโทนิน, นอร์เอพิเนฟริน, GABA, กลูตาเมต)
• การสลายตัวด้วยเอนไซม์ (อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส, โมโนเอมีนออกซิเดส, แคทีโคล-โอ-เมทิลทรานสเฟอเรส)
• ความพร้อมของสารตั้งต้นและการควบคุมการสังเคราะห์
• การยุติและการนำสัญญาณสารสื่อประสาทกลับมาใช้ใหม่

Mechanisms

สารสื่อประสาทแบบดั้งเดิมแต่ละชนิดผลิตขึ้นโดยเอนไซม์เฉพาะตัว เช่น แคทีโคลามีนจากไทโรซีนผ่านไทโรซีนไฮดรอกซิเลส GABA จากกลูตาเมตผ่านกลูตามิกแอซิดดีคาร์บอกซิเลส และอะเซทิลโคลีนจากโคลีนผ่านโคลีนอะเซทิลทรานสเฟอเรส โดยมีขั้นตอนจำกัดอัตรา (rate-limiting step) ที่ควบคุมปริมาณ ตัวขนส่งในถุงน้ำใสประสาทใช้การไล่ระดับโปรตอนเพื่อปั๊มสารสื่อประสาทเข้าสู่ถุงน้ำใสประสาทต้านการไล่ระดับความเข้มข้น ทำให้แพ็กเก็ตเชิงปริมาณมีความเข้มข้น หลังจากปล่อยสารสื่อประสาท สัญญาณจะถูกยุติโดยการดูดกลับเข้าสู่ปลายประสาทก่อนไซแนปส์หรือเซลล์รอบข้างผ่านตัวขนส่งที่เยื่อหุ้มพลาสมา หรือโดยการสลายตัวด้วยเอนไซม์ในช่องว่างไซแนปส์ เช่น อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสที่ไฮโดรไลซ์อะเซทิลโคลีน องค์ประกอบที่ถูกนำกลับมาใช้และผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่สำหรับการสังเคราะห์ครั้งใหม่

Clinical relevance

ยาที่ใช้กันอย่างแพร่หลายหลายชนิดออกฤทธิ์ต่อวงจรเมแทบอลิซึมนี้โดยการปิดกั้นตัวขนส่งที่ดูดกลับ ยับยั้งเอนไซม์ที่ย่อยสลาย หรือจัดหาสารตั้งต้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมตัวขนส่งและเอนไซม์เมแทบอลิซึมจึงเป็นเป้าหมายทางเภสัชวิทยาที่สำคัญในประสาทวิทยาและจิตเวชศาสตร์ ข้อมูลนี้อธิบายถึงชีวเคมีพื้นฐานที่สารดังกล่าวปรับเปลี่ยน และเป็นข้อมูลอ้างอิงเบื้องหลังมากกว่าคำแนะนำในการสั่งยา

History

วิถีทางชีวเคมีของการสังเคราะห์และการยับยั้งสารสื่อประสาทได้รับการศึกษาตลอดช่วงกลางศตวรรษที่ 20 รวมถึงผลงานที่ได้รับรางวัลโนเบลของ Julius Axelrod เกี่ยวกับการดูดกลับและการกำจัดแคทีโคลามีนด้วยเอนไซม์ การโคลนโมเลกุลของตัวขนส่งในถุงน้ำใสประสาทและที่เยื่อหุ้มพลาสมาในภายหลังได้ให้รายละเอียดที่ชัดเจนว่าสารสื่อประสาทถูกบรรจุและกำจัดอย่างไร

Key figures

• Julius Axelrod
• Solomon Snyder

Seminal works

• nicoll-1990
• fleckenstein-2007

Frequently asked questions

การทำงานของสารสื่อประสาทสิ้นสุดลงได้อย่างไร?

สารสื่อประสาทที่ถูกปล่อยออกมาจะถูกกำจัดออกจากช่องว่างไซแนปส์โดยการดูดกลับผ่านตัวขนส่งที่เยื่อหุ้มเข้าสู่ปลายประสาทก่อนไซแนปส์หรือเซลล์ข้างเคียง หรือโดยการสลายตัวด้วยเอนไซม์ เช่น อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสที่ไฮโดรไลซ์อะเซทิลโคลีนอย่างรวดเร็ว

ทำไมสารสื่อประสาทแต่ละชนิดจึงมีขั้นตอนการสังเคราะห์ที่จำกัดอัตรา?

ขั้นตอนเอนไซม์ที่ช้าเพียงขั้นตอนเดียว เช่น ไทโรซีนไฮดรอกซิเลสสำหรับแคทีโคลามีน จะกำหนดอัตราการผลิตโดยรวม ซึ่งเป็นจุดควบคุมที่เซลล์ประสาทสามารถควบคุมเพื่อให้ปริมาณสารสื่อประสาทตรงกับความต้องการ