乙膽堿（Acetylcholine，ACh）是一種神經化學物質，化學式為C7H16NO2+在大腦和身體其他器官系統中具有多種功能。這個名字來源于它的化學結構，因為它的結構是由乙酰和膽堿組成。
乙酰膽堿在身體的許多部位作為神經遞質發揮作用，但它最常與神經肌肉接頭有關。神經肌肉接頭是位于腹側脊髓突觸的運動神經元與體內肌肉激活它們的地方。乙酰膽堿還作為自主神經系統中的神經遞質發揮作用，既是節前和節后神經元之間的神經遞質，也是副交感神經節后神經元的最終釋放產物。在神經細胞中，乙酰膽堿是由膽堿和乙酰輔酶A在膽堿乙酰移位酶（膽堿乙酰化酶）的催化作用下合成的。主流研究認為人體內該物質含量增多與阿爾茲海默癥（阿爾茲海默癥）的癥狀改善顯著相關。體內乙酰膽堿含量偏高會導致人體出現焦慮、記憶力減退、頭痛、惡心和嘔吐等問題。甚至會引起嚴重的肌肉收縮、肌肉痙攣和癱瘓等癥狀。
在植物細胞內一定濃度乙酰膽堿能夠刺激呼吸過程中膜磷酸甘油酯的分解，并通過調節Ca2+通道蛋白的活性，進而影響一系列生理代謝。
發現歷史
乙酰膽堿首次被發現具有生物活性是在 1906 年，當時Reid Hunt (1870-1948) 和 René de M. Taveau 發現乙酰膽堿在極小劑量下就能降低血壓。1913年，英國化學家亞瑟·詹姆斯·尤文斯（Arthur James Ewins）在他的同事、生理學家亨利·戴爾（Henry Dale）的敦促下，首次分離出天然存在的乙酰膽堿，他在1914年描述了這種化學物質的作用。乙酰膽堿的功能意義最早是由德國生理學家奧托·洛維（Otto Loewi）于1921年左右確定的。Loewi證明，當迷走神經受到刺激時，乙酰膽堿被釋放，導致心跳減慢。隨后，他和其他人表明，這種化學物質也作為脊椎動物橫紋肌肉運動端板的神經遞質受體被釋放出來。后人的研究表明，它被確定為許多神經突觸和許多無脊椎動物系統中的遞質。由于 Dale 和 Loewi 的工作，乙酰膽堿成為第一個被鑒定和表征的神經遞質。因為他們的工作，兩人共同獲得 1936 年諾貝爾生理學或醫學獎。
特性
理化性質
物理性質
乙酰膽堿為無色晶體或白色結晶性粉末，密度為1.0528 g/cm3，熔點為85-87°C，沸點為265.85°C。乙酰膽堿溶于水并且極易水解。乙酰膽堿的摩爾質量為146.21 g/摩爾，物質的親水性系數log P為0.2，pH值為2.7。
化學性質
乙酰膽堿的化學式C7H16NO2+，是由膽堿和乙酸形成的，屬季類化合物，性質不穩定，在體內極易被乙酰膽堿酯酶水解而失活。乙酰膽堿作用廣泛，選擇性差，無臨床應用價值。
結構
乙酰膽堿的化學式C7H16NO2+，含有季銨基團和酯基團，是一種膽堿類化合物。帶正電荷基團，其中叔胺結構氮原子質子化后帶正電荷，具有較高的M膽堿受體激動活性。
醫學用途
乙酰膽堿是一種神經遞質。神經遞質是神經元發出的化學信號，用于向相關受體發送信息。這些受體接收或阻斷信號，并將其處理成細胞作用。乙酰膽堿可以兩者兼而有之：它可以通過激發或抑制以獲得所需的生理效果。乙酰膽堿干預許多生理功能，如調節心臟收縮和血壓、腸道蠕動、腺體分泌等。通常，乙酰膽堿是一種興奮性介質。在中樞神經系統中，膽堿能系統在脊髓、丘腦、邊緣系統和皮層中有廣泛的分支。
使用注意
常見副作用
生理作用
心血管系統
舒張血管
乙酰膽堿在調節血壓中起作用。當血液流動時，可以通過圖像信號技術觀察到內皮細胞會產生摩擦，即血液和血管壁之間的細胞屏障。一項針對大鼠主動脈的離體研究發現，這種摩擦會觸發乙酰膽堿的釋放，從而觸發內皮細胞釋放鈣、一氧化氮產生（一種已知的血管擴張劑，可松弛或擴張血管）和動脈松弛。
減慢心率
乙酰膽堿是副交感神經系統中的主要神經遞質。當人體心率超過正常水平時，乙酰膽堿會釋放出來，以減慢心臟的舒張和收縮，直到它恢復到正常水平。
減慢房室結和普肯耶纖維傳導
乙酰膽堿可延長房室結和普肯耶纖維的不應期，使其傳導減慢。當使用強心昔使迷走神經張力增高或全身給藥法使用大劑量膽堿受體激動藥時所出現的完全性心臟傳導阻滯常與房室結傳導明顯被抑制有關。
減弱心肌收縮力
一般認為膽堿能神經主要分布于竇房結、房室結、普肯耶纖維和心房，而心室較少有膽堿能神經支配，故乙酰膽堿對心房收縮的抑制作用大于心室。但由于迷走神經末稍與交感神經末稍緊密相鄰，迷走神經末稍所釋放的乙酰膽堿可激動交感神經末稍的膽堿受體，反饋性抑制交感神經末稍去甲鹽酸腎上腺素的釋放，使心室收縮力減弱。
縮短心房不應期
乙酰膽堿不影響心房肌的傳導速度，但可使心房不應期及動作電位時程縮短。
肌肉組織
平滑肌是器官和管狀結構的內壁，包括腸道、膀胱、呼吸道、子宮等。神經肌肉接頭（位于運動神經和骨骼肌之間）中的乙酰膽堿作用于神經纖維，將信息從大腦發送到目標肌肉，向它們發出運動反應的信號。
同樣在對小鼠進行研究，發現它的工作原理如下：
乙酰膽堿在肌肉運動中起著重要作用，因此任何影響這種神經遞質的藥物都可能導致運動中斷甚至癱瘓。
其他
（1）腺體：乙酰膽堿可使淚腺、氣管和支氣管腺體、唾液腺、消化道腺體和汗腺分泌增加；
（2）眼：當乙酰膽堿局部滴眼時，可致瞳孔收縮，調節于眼部近視；
（3）神經節和骨髓肌：乙酰膽堿作用于自主神經節的膽堿受體和骨骼肌神經肌肉接頭的膽堿受體，可引起交感、副交感神經節興奮及骨骼肌收縮。此外，因腎上腺髓質受交感神經節前纖維支配，故NN膽堿受體激動能引起腎上腺素釋放。
（4）中樞：由于乙酰膽堿不易進入中樞，故盡管中樞神經系統有膽堿受體存在，但外周給藥很少產生中樞作用；
（5）支氣管：乙酰膽堿可使支氣管收縮；
（6）乙酰膽堿還能興奮頸動脈體和主動脈體化學受體。
生理活動影響
乙酰膽堿通過神經系統沿著神經細胞發送信息。人體的所有動作都依賴于這種交流。這意味著乙酰膽堿功能的任何破壞都會損害這一過程并可能導致疾病。
大腦中的乙酰膽堿在記憶和認知功能中也起著至關重要的作用。因此，它與一些神經退行性腦部疾病有關。
阿爾茨海默病
阿爾茲海默癥患者的乙酰膽堿水平較低。這可能是因為在阿爾茲海默癥患者大腦中形成的斑塊增加了分解乙酰膽堿的化學物質的活性。
帕金森病
帕金森病會引起肌肉的不自主運動和震顫。研究表明，乙酰膽堿的失衡可能在這種情況的發展中起作用。
重癥肌無力
重癥肌無力是一種自體免疫性疾病疾病，身體的免疫系統錯誤地攻擊乙酰膽堿受體。患有這種疾病的人會出現手臂、手指、腿部和頸部的肌肉無力。
乙酰膽堿過高的毒害性
有機磷酸鹽是干擾分解乙酰膽堿的酶的殺蟲劑。長期接觸這些物質會導致乙酰膽堿增加，并出現焦慮、記憶力減退、頭痛、惡心和嘔吐等問題。
黑寡婦蜘蛛的毒液也會影響乙酰膽堿。被紅斑寇蛛咬傷后，體內乙酰膽堿水平升高，可引起嚴重的肌肉收縮、肌肉痙攣和癱瘓等癥狀。
合成與儲存
生物合成
在突觸前的膽堿能神經末稍內，可以合成乙酰膽堿。合成乙酰膽堿必須具備三種物質：膽堿乙酰化酶、膽堿和乙酰輔酶A。合成過程如下：
1.膽堿乙酰化酶是一種球蛋白，它由膽堿能神經元的胞體合成，隨軸漿順向轉運至末稍。在哺乳類動物中大部分慢速轉運，也有小部分的快速轉運參與。膽堿乙酰化酶在各腦區的分布與乙酰膽堿平行。以尾殼核、腳間核和脊髓腹根中為最高，小腦中含量極低。研究發現膽堿乙酰化酶存在于膽堿能末稍的胞質中，也有部分貼附在末稍膜上，參與乙酰膽堿的合成。
膽堿乙酰化酶催化乙酰膽堿合成的機制是Theorell-Chance機制。膽堿乙酰化酶的活性中心有咪唑基和疏基。疏基在反應過程中不與底物和產物直接結合，卻是活性中心的一個必需基團。乙酰輔酶A首先與膽堿乙酰化酶的活性中心結合，使咪唑基乙酰化，然后膽堿與膽堿乙酰化酶活性中心的陰離子部位結合，乙酰即被移至膽堿上，形成乙酰膽堿。與此同時，合成的乙酰膽堿立即被釋出，然后輔酶A也被釋出。
2.乙酰輔酶A是乙酰膽堿合成中乙酰基的供體，酰輔酶A存在于線粒體中。其主要來源有三：①葡萄糖氧化成丙酮酸，丙酸經脫酸生成乙酰輔酶A；②脂肪酸經氧化生成乙酰輔酶A；③由檸檬酸合成。乙酰輔酶A在線粒體內合成后，由于它不能透過線粒體膜，因此如何將乙酰輔酶A轉運出線粒體至胞質是個問題。
3.膽堿合成乙酰膽堿所需要的膽堿有兩個來源：①從血流中攝取的卵磷脂水解，釋出膽堿；②釋放至突觸間隙的乙酰膽堿經酶解后生成的膽堿被重攝取，重新用于合成乙酰膽堿，占總量的1/3～1/2。膽堿一般不易透過細胞膜。腦內有兩類轉運膽堿的載體：①高親和力載體，特異地分布于膽堿能神經末稍上，需Na、ATP以主動轉運方式，逆濃度差轉運膽堿，作用快。釋放至突觸間隙的乙酰膽堿經酶解后所得的膽堿，即通過高親和力載體，快速地轉運入胞質，合成乙酰膽堿。一般認為，轉運膽堿的高親和力載體是乙酰膽堿合成中的限速因子，而膽堿是其限速底物；②低親和力載體，分布于所有神經元和神經膠質細胞上，以“易化擴散”的方式順濃度差轉運膽堿。只在膽堿濃度很高時才發揮作用，可能與合成磷脂有關。
儲存
乙酰膽堿在胞質中合成后進入囊泡儲存。囊泡內除乙酰膽堿外尚含有ATP和囊泡蛋白。囊泡蛋白為可溶性蛋白質，相對分子質量約10000。囊泡蛋白和ATP的陰電荷與乙酰膽堿的陽電荷相結合，儲存于囊泡中。
最近，相繼克隆到存在于電魚、大鼠和人的一種乙酰膽堿囊泡轉運體，其相對分子質量約60000的蛋白，具有12個跨膜螺旋，存在于乙酰膽堿囊泡膜上，將胞質的乙酰膽堿專一地轉運入囊泡。其轉運功能與囊泡內高濃度的H+有關。乙酰膽堿轉運體轉運一個乙酰膽堿分子及ATP，則有相應數量的H+流出。這為乙酰膽堿囊泡轉運和儲存機制提供了分子基礎。使乙酰膽堿轉運進囊泡而儲存。
分布情況
周圍神經系統中的乙酰膽堿
在突觸前末梢，乙酰膽堿儲存發生在突觸前囊泡內。隨著突觸前末梢的刺激，乙酰膽堿從囊泡釋放到突觸間隙中，神經遞質可以自由地與受體結合并產生不同的效果，具體取決于乙酰膽堿所影響的神經系統區域。
乙酰膽堿可以引起動作電位，也可以激活次級信使系統。突觸間隙內的游離乙酰膽堿被一種叫做乙酰膽堿酯酶的酶降解。這種酶確保突觸間隙中沒有過量的乙酰膽堿殘留，防止受體的持續激活。
乙酰膽堿在全身不同的突觸中具有不同的作用和功能。在軀干神經系統中，乙酰膽堿用于神經肌肉接頭，觸發運動神經元的放電并影響自主運動。在交感神經和副交感神經系統中，乙酰膽堿被脊髓中間角的突觸前神經元利用與突觸后神經元進行通訊。
中樞神經系統中的乙酰膽堿
①局部分布的中間神經元，參與局部神經回路的組成。在紋狀體、隔核、伏隔核、嘎結節等神經核團均存在較多的膽堿能中間神經元，尤以紋狀體最多；
②膽堿能投射神經元，這些神經元在腦內分布較集中，分別組成膽堿能基底前腦復合體和膽堿能橋腦-中腦-被蓋復合體。阿爾茲海默癥的病理改變中，基底前腦復合體膽堿能神經元明顯丟失是突出的病理特征之一。
腦內乙酰膽堿受體
絕大多數腦內膽堿能受體（90%）是M受體，目前已發現5種不同亞型的M-受體（M1～M5），其中M1，M3和M5通過G蛋白和磷酯酶C與膜磷酯酰肌醇水解耦聯，IP3和DG是它們的第二信使分子，M2和M4亞型受體亦通過G蛋白，抑制腺酸環化酶而降低胞內cAMP，或作用于離子通道，引起生物學效應。M受體在腦內分布廣泛，密度較高的腦區包括大腦皮質、海馬、紋狀體、伏隔核、隔核、細核、腳間核、上丘、下丘和頂蓋前區等。腦內以M1受體為主，占M受體總數的50%～80%。
植物的生理作用
乙酰膽堿在植物中的生理作用
乙酰膽堿對種子的萌發和內源激素的影響
乙酰膽堿作為新型的生長調節物質，在植物的種子萌發過程起著重要的作用。研究表明乙酰膽堿和乙酰膽堿酯酶共同參與了種子的萌發，并且此過程依賴于乙酰膽堿濃度大小，當乙酰膽堿濃度在 0.1~500 μM 之間，能使小麥的胚芽鞘頂端生長增加 20%。有研究發現，經外源乙酰膽堿處理后的管花肉蓯蓉的種子， 其胚長度和發芽率均明顯提高，同時種子內的 IAA 和ABA 含量均發生變化，表明外源乙酰膽堿可能通過協同內源激素IAA 影響種子的發芽率。
乙酰膽堿對植物的生長影響
乙酰膽堿具有和植物體內源激素相似的功能可調節植物的生長發育。研究表明乙酰膽堿能夠刺激幼燕麥和小麥胚芽鞘和下胚軸的生長，細胞的伸長作用依賴于生長素和乙酰膽堿的共同調節。在離體組織中乙酰膽堿也具有一定的作用，當乙酰膽堿濃度為 10 μM 可以促進燕麥胚芽鞘分離區段的伸長，一定濃度的乙酰膽堿促進黃瓜和蠶豆的下胚軸伸長。在植物中發現次生根只有在光照下才能形成，而外源乙酰膽堿能夠促進根尖和次生根的生長。 研究發現外源乙酰膽堿濃度為1 nM 時，主要促進青蘿卜幼苗的側根伸長而對主根伸長的作用較小，同時添加了乙酰膽堿分解酶抑制劑新斯的明能夠促進側根的生長，而加入AChR抑制劑阿托品則抑制根的生長。乙酰膽堿促進側根的伸長歸因于其促進參與根部形成的糖類和淀粉代謝物的累積。
乙酰膽堿調節氣孔開度
研究發現在植物保衛細胞中，含有Ca2+介質和 K +介質分別參與了乙酰膽堿受體 mAChR 和 nAChR 介導的乙酰膽堿誘導氣孔開放和信號轉導。采用特異熒光標記的方法觀察了蠶豆中參與調節氣孔保衛細胞開度的乙酰膽堿受體，發現 M 型乙酰膽堿受體可能定位分布在蠶豆質膜和葉綠體膜保衛細胞中。研究表明在含有 Ca2+的介質中分別加入 mAChR 的抑制劑阿托品和激活劑毒蕈堿后會對保衛細胞開度產生一定的影響，此結果表明乙酰膽堿調節氣孔的開度與作用于 M 型乙酰膽堿受體后調節 Ca2+通道和 CaM 有關。
乙酰膽堿在非生物脅迫中的作用
乙酰膽堿已經被證實可以響應多種非生物脅迫，如干旱、鹽、高溫脅迫以及滲透脅迫。在非生物脅迫下能夠導致植物細胞膜質過氧化，大量的自由基累積，對植物造成一定的傷害。研究表明乙酰膽在植物體內除了以植物生長調節劑的形式存在，還以保護性抗氧化劑的形成存在，可以清除非生物脅迫下誘導的活性氧累積。 在干旱條件下，0.01 mM 外源乙酰膽堿處理煙草后，能夠提高滲透調節物質含量以及增強 APX、cat、POD 等氧化酶活性，降低植株體內的過氧化氫和超氧陰離子含量，從而減輕干旱脅迫對植株的氧化損傷。同時，外源乙酰膽堿可通過調節煙草葉片氣孔形態、光能吸收與分配，保護光合特性器官，最終提高植株的光合效率和緩解干旱脅迫誘導的煙草葉片衰老。有研究通過轉錄水平對鹽脅迫下添加外源乙酰膽堿的差異基因進行 KEGG 通路富集，發現主要富集的通路有內質網中蛋白加工和細胞壁修飾以及激素（ZR、IAA、ABA）合成通路響應鹽脅迫。乙酰膽堿能夠通過調控編碼光合、 抗氧化和滲透物質調節相關基因提高煙草的耐鹽性。
參考資料 >
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乙酰膽堿.化工百科.2023-11-09
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