ระบบและตัวรับสารสื่อประสาท

ระบบสารสื่อประสาทคือวิถีการส่งสัญญาณเคมีที่เซลล์ประสาทสื่อสารกันที่ไซแนปส์: เซลล์ประสาทส่วนต้นจะหลั่งสารสื่อประสาทที่จับกับตัวรับบนเซลล์เป้าหมาย ซึ่งจะเปลี่ยนสถานะทางไฟฟ้าหรือชีวเคมีของเซลล์นั้นๆ บทความนี้จะสำรวจกลุ่มสารสื่อประสาทหลักของระบบประสาทส่วนกลางและโปรตีนตัวรับที่สารสื่อประสาทเหล่านั้นออกฤทธิ์ เนื่องจากระบบเหล่านี้เป็นเป้าหมายระดับโมเลกุลของยาทางจิตเวชและระบบประสาทส่วนใหญ่

Definition

ระบบสารสื่อประสาทประกอบด้วยโมเลกุลส่งสัญญาณ (สารสื่อประสาท), เอนไซม์และตัวขนส่งที่สังเคราะห์, เก็บ, และกำจัดสารสื่อประสาท, และตัวรับที่สารสื่อประสาทออกฤทธิ์ ตัวรับโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นแบบไอออนโนโทรปิก (ช่องไอออนที่มีลิแกนด์เป็นตัวเปิด ซึ่งให้สัญญาณที่รวดเร็ว) หรือเมตาโบโทรปิก (จับคู่กับโปรตีน G ซึ่งให้สัญญาณที่ช้ากว่าและมีการปรับเปลี่ยน)

Scope

บทความนี้จะให้ข้อมูลแก่ผู้อ่านเกี่ยวกับวิธีการจัดระเบียบของการส่งสัญญาณประสาทด้วยสารเคมี และเหตุใดจึงมีความสำคัญต่อเภสัชวิทยา โดยจะจัดกลุ่มสาขาวิชานี้ออกเป็นโมโนเอมีน, สารสื่อประสาทกรดอะมิโนหลักที่ออกฤทธิ์เร็ว (GABA ที่ยับยั้ง และกลูตาเมตที่กระตุ้น), ระบบเปปไทด์โอปิออยด์ภายในร่างกาย, และการส่งสัญญาณโคลินเนอร์จิกส่วนกลาง บทความนี้ถือว่าระบบเหล่านี้เป็นความรู้พื้นฐานที่สำคัญสำหรับประสาทเภสัชวิทยา ไม่ใช่แนวทางทางคลินิกหรือการสั่งยา

Sub-topics

• อะเซทิลโคลีนและการส่งสัญญาณประสาทแบบโคลีนเนอร์จิกในระบบประสาทส่วนกลาง
• GABA และการส่งสัญญาณประสาทแบบยับยั้ง
• กลูตาเมตและการส่งสัญญาณประสาทด้วยกรดอะมิโนเร้า
• การส่งสัญญาณประสาทโมโนเอมีน
• ระบบตัวรับโอปิออยด์และโอปิออยด์ภายในร่างกาย

Core questions

• ตระกูลสารสื่อประสาทใดบ้างที่ทำงานในระบบประสาทส่วนกลาง และมีบทบาทหน้าที่อะไรบ้าง?
• ตัวรับไอออนโนโทรปิกและเมตาโบโทรปิกแตกต่างกันอย่างไรในด้านกลไกและระยะเวลา?
• สารสื่อประสาทถูกสังเคราะห์ หลั่ง และถูกทำให้ไม่ทำงานได้อย่างไร และยาจะเข้าไปแทรกแซงได้ที่จุดใดบ้าง?
• เหตุใดตัวรับสารสื่อประสาทจึงเป็นเป้าหมายหลักของยาออกฤทธิ์ต่อจิตประสาท?

Key concepts

• การส่งสัญญาณไซแนปส์ด้วยสารเคมี
• ตัวรับไอออนโนโทรปิก (ลิแกนด์-เกต)
• ตัวรับเมตาโบโทรปิก (จับคู่กับโปรตีน G)
• การส่งสัญญาณประสาทแบบกระตุ้นและยับยั้ง
• ตัวขนส่งที่นำกลับมาใช้ใหม่และการย่อยสลายด้วยเอนไซม์
• สารกระตุ้น, สารต้าน, และสารปรับเปลี่ยนตัวรับ
• การปรับเปลี่ยนระบบประสาท

Mechanisms

ในทุกระบบ ตรรกะที่ใช้ร่วมกันคือการหลั่ง การจดจำ และการยุติการทำงาน สารสื่อประสาทจะถูกสังเคราะห์ บรรจุในถุงเก็บ และหลั่งเข้าสู่ช่องว่างไซแนปส์ ซึ่งจะจับกับตัวรับบนเยื่อหุ้มเซลล์หลังไซแนปส์ (และบางครั้งก็ก่อนไซแนปส์) ตัวรับไอออนโนโทรปิกเป็นช่องไอออนในตัวเองและสร้างกระแสไฟฟ้ากระตุ้นหรือยับยั้งที่รวดเร็ว ดังที่เห็นในตัวรับกลูตาเมตและ GABA-A; ตัวรับเมตาโบโทรปิกจะจับคู่กับโปรตีน G และสร้างผลกระทบที่ช้ากว่าและมีการปรับเปลี่ยน ดังเช่นในตัวรับโดปามีน, มัสคารินิก, และโอปิออยด์ สัญญาณจะถูกยุติโดยตัวขนส่งที่นำกลับมาใช้ใหม่ หรือโดยการสลายด้วยเอนไซม์ และขั้นตอนการกำจัดเหล่านี้เองก็เป็นเป้าหมายหลักของยา Beaulieu และ Gainetdinov (2011), Traynelis et al. (2010), Olsen และ Sieghart (2008), และ Picciotto et al. (2012) ได้อธิบายถึงตระกูลตัวรับที่เป็นตัวแทนซึ่งครอบคลุมกลไกเหล่านี้

Clinical relevance

ยาที่ใช้ในจิตเวชและประสาทวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่จะออกฤทธิ์โดยการเปลี่ยนแปลงการส่งสัญญาณประสาท ไม่ว่าจะโดยการเลียนแบบหรือยับยั้งตัวรับ, โดยการยับยั้งตัวขนส่งที่นำกลับมาใช้ใหม่, หรือโดยการปรับเปลี่ยนช่องสัญญาณ ดังนั้น การทำความเข้าใจระบบเหล่านี้จึงเป็นสิ่งสำคัญในการตีความว่าสารเหล่านี้ทำงานอย่างไร บทความนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเชิงพรรณนาเกี่ยวกับการส่งสัญญาณและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการเลือก, การให้ยา, หรือการปรับการรักษาใดๆ

Evidence & guidelines

การจำแนกประเภทและการตั้งชื่อตัวรับในบทความนี้เป็นไปตามการสังเคราะห์ที่เป็นที่ยอมรับ เช่น การทบทวนตัวรับของ IUPHAR; บทความ Pharmacological Reviews ที่อ้างถึงเป็นวรรณกรรมทบทวนที่เชื่อถือได้สำหรับระบบโดปามีน, กลูตาเมต, และ GABA-A

History

การส่งสัญญาณประสาทด้วยสารเคมีได้รับการยืนยันในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และครึ่งหลังของศตวรรษนั้นได้มีการระบุตระกูลสารสื่อประสาทและการโคลนตัวรับของพวกมันอย่างเป็นระบบ การรับรู้ว่าตัวรับแบ่งออกเป็นประเภทไอออนโนโทรปิกและเมตาโบโทรปิก และตัวรับย่อยที่แตกต่างกันทำหน้าที่ต่างกัน ได้ปรับเปลี่ยนเภสัชวิทยาให้เป็นสาขาวิชาที่เน้นตัวรับเป็นศูนย์กลาง และเป็นพื้นฐานของประสาทเภสัชวิทยาสมัยใหม่

Seminal works

• beaulieu-2011
• traynelis-2010
• olsen-sieghart-2008

Frequently asked questions

ตัวรับไอออนโนโทรปิกและเมตาโบโทรปิกแตกต่างกันอย่างไร?

ตัวรับไอออนโนโทรปิกเป็นช่องไอออนในตัวเองที่จะเปิดออกเมื่อสารสื่อประสาทจับ ทำให้เกิดการส่งสัญญาณที่รวดเร็ว; ส่วนตัวรับเมตาโบโทรปิกจะจับคู่กับโปรตีน G และกระตุ้นการส่งสัญญาณภายในเซลล์ที่ช้ากว่า ซึ่งจะปรับเปลี่ยนเซลล์

เหตุใดระบบสารสื่อประสาทจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในเภสัชวิทยา?

เนื่องจากยาออกฤทธิ์ต่อจิตประสาทและยาทางระบบประสาทส่วนใหญ่ทำงานโดยการเปลี่ยนแปลงการส่งสัญญาณประสาท ดังนั้น สารสื่อประสาท, ตัวรับของพวกมัน, และวิถีการกำจัดของพวกมันจึงเป็นเป้าหมายระดับโมเลกุลหลักที่ยาเหล่านี้ออกฤทธิ์