二、神经递质
神经递质（neurotransmitter）是神经系统内传递神经细胞之间信息和将神经细胞信息传向效应器的化学物质。由中枢神经系统内的突触前神经细胞末梢释放，作用于突触后膜受体的递质为中枢递质；由外周神经末梢释放，作用于下一神经细胞或效应器膜上受体的递质为外周递质。
（一）神经递质发现的历史
1904年，在剑桥大学的Langley实验室，青年学者Elliott观察到肾上腺素和交感神经对平滑肌的作用很类似，推测刺激交感神经引起平滑肌反应是通过肾上腺素介导的。在其后的学术会上，Elliott提出了这个假说，但主持会议的专家不认可这个假说，所以在正式论文集中就没有写进这个观点。当时，德国青年学者Loewi参加了该实验和讨论的过程。Loewi想证实这个问题，思索多年总没想出一个解决的办法，直到1920年复活节期间，Loewi在梦中设计了双蛙心实验。Loewi将两蛙心离体，A蛙心保留迷走神经支配，B蛙心去迷走神经，A蛙心的灌注液流出至B蛙心；刺激迷走神经引起A蛙心活动抑制，即后B蛙心活动亦减弱。据此推断，迷走神经兴奋时通过释放某种化学物质使两心活动抑制。1921年Loewi的工作发表时称这种物质为迷走素。1926年，他初步把迷走素确定为乙酰胆碱（acetylcholine）。1929年英国生理和药理学家Dale发现副交感神经末梢（包括迷走神经）、交感神经节前纤维和运动神经末梢都能释放乙酰胆碱，使Loewi的观点得到进一步的证实。Loewi和Dale因此而共享1936年的诺贝尔生理学或医学奖。
1921年美国生理学家Cannon观察到刺激交感神经时释放的物质同肾上腺素相似，但有差别，称之为交感素。1946年瑞典科学家Euler鉴定为去甲肾上腺素（noradrenaline，NA），并对其生成、贮存、释放和重摄取等进行了系统研究。
美国生理学家Axelrod对NA的失活很感兴趣，从1949年开始致力于儿茶酚胺在体内代谢过程的研究。因乙酰胆碱被乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase）水解失活，他设想NA被单胺氧化酶（monoamine oxidase）灭活。但在实验中观察到，NA在突触间隙的量很少受是否用单胺氧化酶抑制剂的影响；静脉注射3 H标记的NA，在其作用消失后，交感神经分布多的组织中3 H标记的NA仍很多，神经末梢的致密囊泡中出现3 H－NA；切断交感神经后，在急性阶段，组织中3 H－NA的残留无变化，在神经已变性退化的组织中3 H－NA的残留量极大地减少；由此证实NA的消失主要靠突触前膜的重摄取。因在神经递质的鉴定和失活机制等方面的成就，Euler和Axelrod均获得1970年的诺贝尔生理学或医学奖。
（二）神经递质的确定标准和已确定的递质
在神经系统内有许多的化学物质，但不都是递质。作为递质应符合以下5个条件：①在突触前神经细胞内有合成递质的前体和酶系统并能合成相应的递质。②递质合成后贮存于突触囊泡内，以防止被胞浆内的其他酶系破坏。当神经冲动抵达末梢时，囊泡内的递质能释放入突触间隙。③递质以扩散的方式通过突触间隙，与突触后膜相应的受体结合，发挥其生理作用。用微电泳方法将递质离子注入到神经细胞或效应器旁，可模拟递质释放过程所产生的相同生理效应。④有使该递质失活的酶或其他机制存在，以保证突触传递的精确性与灵活性。⑤用递质的拟似剂或受体阻断剂能暂时加强或阻断该递质的突触传递作用。
基于上述条件，已确定的胆碱类递质有乙酰胆碱；单胺类有去甲肾上腺素、多巴胺（dopa－mine）和5－羟色胺（5－hydroxytryptamine）等；氨基酸类有谷氨酸（glutamic acid）、甘氨酸（glycin）和γ－氨基丁酸（γ－aminobutyric acid）等；此外还有一些肽类物质如加压素、阿片样肽、胃肠肽和一氧化氮等，可能作为神经递质在脑内发挥广泛的作用，但有些作用及机制尚待进一步阐明。
（三）递质的合成、贮存、释放和失活
1．递质的合成 在突触前神经细胞内相应的前体物质和合成酶系的作用下，递质得以合成。例如：
2．递质的贮存 合成后的递质贮存于突触小泡内，以防止被胞浆内其他酶系破坏。
3．递质的释放 当神经冲动抵达末梢时，末梢去极化，使膜上电压门控式的Ca2＋通道开放，Ca2＋由膜外进入膜内。Ca2＋进入膜内通过降低轴浆黏滞性和作为一种信息物质，促使突触小泡前移并同前膜融合、破裂，释放神经递质至突触间隙，小泡膜则融入突触前膜，使前膜成分得以更新。这里要指出的是，膜的去极化为Ca2＋通道的开放提供了条件，Ca2＋在膜的兴奋同递质释放之间起耦联作用。实验研究表明，凡能调制Ca2＋内流的因素都能间接地调节递质的释放量，故Ca2＋是递质释放的关键因素。
4．递质的失活 递质发挥生理效应后，被相应的酶水解、破坏和由突触前膜重摄取（reuptake）的过程称为递质的失活（inactivated）。若水解某种递质的酶活性降低或该酶被有关药物对抗以及前膜重摄取能力减弱等，都可导致递质的作用时间延长，同其他递质间的协调关系发生变化，就可能影响有关神经的功能活动。
乙酰胆碱被胆碱酯酶水解成胆碱和乙酸，胆碱可被突触前膜重摄取作为重新合成乙酰胆碱的原料，乙酸则进入血液。
由突触前膜释放的去甲肾上腺素，约有70%被突触前膜重摄取入轴浆内，继之被小泡以颗粒摄取的方式使之进入小泡贮存备用，少量的则弥散到突触周围的体液中，再由血液将其运送到肝，在肝内儿茶酚氧位甲基转移酶（catechol－o－methyl transferase）的作用下降解；还有少量的就在突触附近和在效应器细胞的单胺氧化酶和儿茶酚氧位甲基转移酶作用下分解为无活性的代谢产物。
多巴胺和5－羟色胺部分被突触前膜重摄取后贮存于小泡中备用，部分被单胺氧化酶降解破坏。谷氨酸的失活主要由突触前膜重摄取，部分被神经胶质细胞吸附。
从上可见，递质合成后，触发其释放的条件是神经末梢的动作电位；Ca2＋具有促使递质释放的作用，其释放量在一定程度上与Ca2＋内流的量成正相关；递质由突触前膜释放，很快（一般为几秒钟）在突触后膜产生效应，随即被突触间隙内的酶系统水解失活或被突触前膜摄取以重新合成或贮存备用。这样，既保证了神经信息传递的精确性，又减少了递质的消耗，从而实现了部分递质在传递神经信息过程中的循环作用。
（四）神经递质及其作用
神经递质与突触后膜上的受体结合，引起受体蛋白分子构型的改变，并激活系列酶系统，使突触后膜对离子的通透性发生改变并产生相应的电位变化。使突触后膜产生兴奋性突触后电位的为兴奋性递质（excitatory transmitter）；产生抑制性突触后电位的为抑制性递质（inhibitory transmitter）。由于递质存在的部位不同或作用于不同的部位，同一递质既可引起兴奋性的效应，也可产生抑制性的效应。所以，以下的兴奋性或抑制性递质的分类只能是相对的。
1．兴奋性递质 谷氨酸和天冬氨酸是兴奋性递质，乙酰胆碱和去甲肾上腺素主要发挥兴奋性递质的作用。(https://www.daowen.com)
（1）乙酰胆碱：在中枢神经系统，乙酰胆碱主要分布在脊髓和脑干内的运动神经细胞、脑干网状结构上行激活系统、丘脑向皮质投射的神经细胞、纹状体和边缘系统等部位，其作用多数为兴奋，引起抑制效应的较少见。参与对机体感觉和运动功能、心血管和呼吸运动、摄食与饮水、觉醒和睡眠、镇痛、学习与记忆等的调节。
乙酰胆碱在外周既有兴奋性的又有抑制性的作用。同交感和副交感神经节神经细胞的突触后膜上的N1受体以及终板膜上的N2受体结合后，产生兴奋性突触后电位和终板电位，导致节后神经细胞和骨骼肌兴奋；同胃肠平滑肌上的M受体结合后，引起收缩活动加强，肌张力增加；同心肌细胞膜上的M受体结合后，则引起心率减慢、房室传导减慢和心肌收缩力减弱。
（2）去甲肾上腺素：释放去甲肾上腺素的神经细胞，在中枢主要位于中脑网状结构、脑桥的蓝斑以及延髓网状结构的腹外侧等部位。对中枢神经细胞活动有兴奋和抑制两种效应，但以兴奋为主。对脑电觉醒（脑电图呈现快波的改变）和行为觉醒（机体对新异刺激具有发生探究行为的能力）、精神活动、摄食和饮水、血压、呼吸和体温的维持以及某些神经内分泌功能的正常进行等具有重要作用。注射去甲肾上腺素后，可使中枢神经系统兴奋，出现情绪激动、焦虑和紧张等反应。
交感神经节后纤维末梢释放的去甲肾上腺素，同胃肠平滑肌上的β2受体结合后，引起胃肠活动的抑制；同心肌细胞膜上的β1受体结合后，则引起心率加快、传导加速、心肌收缩力加强。
（3）谷氨酸和天冬氨酸：谷氨酸和天冬氨酸在脑和脊髓均有分布。谷氨酸在大脑皮质、小脑和纹状体以及脊髓的背侧部分含量较高；天冬氨酸在丘脑和下丘脑的含量较高。谷氨酸是感觉传入纤维和大脑皮质内的兴奋性递质；天冬氨酸是中间神经细胞的兴奋性递质。
近年还发现一些兴奋作用极强的氨基酸，如N－甲基－D－天冬氨酸（N－methy－D－aspartic acid，NMDA）、使君子酸（quisqualic acid）和海人藻酸（kainic acid）等。这些氨基酸广泛分布在海马和皮质等部位。已观察到NMDA的兴奋作用可达谷氨酸的1000倍。
2．抑制性递质 甘氨酸为抑制性递质，多巴胺、5－羟色胺和γ－氨基丁酸主要起抑制性递质的作用。
（1）多巴胺：主要分布在黑质－纹状体、中脑边缘系统和结节－漏斗三部分。多巴胺作用于纹状体内的神经细胞，主要起抑制作用。多巴胺在脑电活动、躯体运动、思维和精神活动、垂体内分泌功能以及心血管等功能活动中具有重要作用。
（2）5－羟色胺：释放5－羟色胺的神经细胞主要位于低位脑干近中线区的中缝核群内，其上行纤维达丘脑、下丘脑、边缘前脑和大脑皮质；下行纤维达脊髓灰质胶质区、侧角和前角。中枢的5－羟色胺与睡眠（包括慢波和快波睡眠）、内分泌功能、体温调节、心血管活动、情绪反应和精神活动有关。现认为，5－羟色胺还具有提高痛阈和加强吗啡的镇痛作用。给动物脑室注射5－羟色胺后，表现为痛反应迟钝。
（3）γ－氨基丁酸：在大脑皮质浅层、小脑皮质浦肯野细胞层和脊髓背角内，γ－氨基丁酸的含量较高，它是皮质主要的抑制性递质。其作用是使膜对Cl－的通透性增高。在神经细胞体，因细胞外Cl－浓度比细胞内Cl－浓度高，γ－氨基丁酸的作用是使Cl－进入细胞内，使脑和脊髓的神经细胞膜产生超极化电位变化。但在神经轴突末梢，因轴浆内Cl－浓度比轴突外Cl－浓度高，Cl－由轴突内流向轴突外，引起轴突膜产生去极化性电位改变。故γ－氨基丁酸作用后，是引起去极化还是超极化，取决于细胞内外Cl－的浓度差。此外，γ－氨基丁酸还有调节内分泌、维持骨骼肌的正常兴奋性和镇痛等作用。
（4）甘氨酸：甘氨酸分布在脑和脊髓中，其作用于脊髓的运动神经细胞和中间神经细胞，都可使后膜对Cl－的通透性增高，出现类似抑制性突触后电位的变化。
3．神经肽 神经细胞释放的具有神经活性的肽类物质，称为神经肽（neuropeptide）。迄今为止，在中枢神经系统内发现的神经肽有100多种，有些已明确为神经激素，有些则认为是神经递质或调质。已肯定为中枢肽类递质的主要有P物质和脑啡肽、强啡肽等。
（1）P物质：中枢内的P物质（substance P）以黑质、纹状体、下丘脑、缰核、孤束核、中缝核、延髓和脊髓背角等神经结构的含量较高。P物质是第一级伤害性传入神经末梢释放的兴奋性递质，它对痛觉传递的第一级突触起易化作用，但在脑的高级部位反而起镇痛效应。P物质对心血管活动、躯体运动和机体的行为以及神经内分泌活动等均有调节作用。
（2）阿片肽：脑内具有吗啡样活性的肽类物质称为阿片肽（opioid peptide）。阿片肽包括：①β－内啡肽（β－endophin）：分布在下丘脑、丘脑和脑干等处，主要起抑制性调制作用。②脑啡肽（enkephalin）：是脑内生成的具有阿片样生物活性的物质。在纹状体、杏仁核、下丘脑、中脑中央灰质、延髓头端腹内侧部和脊髓背角等部位，均有脑啡肽能神经细胞的胞体与末梢。脑啡肽有很强的镇痛活性，在脑和脊髓内均发挥镇痛作用。③强啡肽（dynorphin）：具有强烈的阿片样生物活性。在脑内的分布与脑啡肽相似，有相当程度的重叠。强啡肽在脊髓发挥镇痛作用，在脑内反而对抗吗啡镇痛；对心血管等的生理活动也起调节作用。
4．脑－肠肽 在胃肠道和中枢神经系统双重分布的肽类物质称为脑－肠肽（brain－gut peptide），如促胃液素、缩胆囊素、血管活性肠肽和神经降压素等。缩胆囊素具有抑制摄食等作用。血管活性肠肽具有扩张血管和促进乙酰胆碱的释放等作用。
5．ATP和腺苷 ATP作为兴奋性递质主要介导快速的神经传递。ATP对神经有营养作用，但浓度过高会产生神经损伤作用。ATP被分解为腺苷，然后被前膜重摄取。腺苷（adenosine）是中枢神经系统中的一种抑制性调质，通过阻断Ca2＋内流，可抑制支配胃肠的迷走神经释放乙酰胆碱；同平滑肌上的受体结合引起K＋外流增多，使细胞膜超极化；有减轻缺血缺氧性脑损伤的作用，参与调节神经系统的发育和神经突触的可塑性以及脑损伤后的修复过程；参与肾小管－肾小球功能平衡的调解。
6．其他递质 一氧化氮（nitric oxide，NO）是一种气体分子，在神经系统中也起递质作用。在不同脑区中，通过改变突触前神经末梢的递质释放，参与突触功能的调节；同突触的可塑性有关，使用NO合酶抑制剂后，海马的长时程增强效应被完全阻断；减轻缺血对神经细胞的损伤。
近年来的研究表明，脑内的另一种气体分子一氧化碳（CO）也可能作为脑内递质。脑内组胺也参与多种脑功能的调节，也可能是脑内的递质。
（五）递质和调质及其共存
1935年，Dale认为神经胞体是一个统一的代谢体，故在末梢释放的递质应是一样的。1957年，Eccles概括为一种神经末梢释放一种递质的Dale原则（Dale Principle）被广泛接受。但是，近年应用免疫组化的方法观察到，一个神经细胞存在一种或一种以上的神经递质，而且可共存于同一个突触小泡内。例如，猫唾液腺接受副交感神经和交感神经的双重支配，副交感神经内含乙酰胆碱和血管活性肠肽，前者能引起唾液分泌，后者舒张血管以增加唾液腺的血供，二者共同作用引起大量稀薄的唾液分泌；交感神经内含去甲肾上腺素和神经肽Y，前者有促进唾液分泌和减少血供的作用，后者主要是收缩血管减少血供，结果使唾液腺分泌少量黏稠的唾液。在一个神经细胞内含有两种乃至两种以上递质或调质的现象，称为递质共存（coexistence of transmitters）。神经调质（neuromodulater）也是神经细胞合成和释放的一些化学物质。肽类物质一般属于调质，但这种区分不是绝对的。调质对神经递质起调制作用（modulation），主要调制神经递质在前膜的释放，影响后膜对神经递质的反应。调质失活缓慢，在神经末梢滞留时间长，可向周围扩散，故影响范围广。递质和调质的作用相辅相成，前者递质执行快速而精确的神经调节功能，后者则调节缓慢持久的神经功能变化。
多种神经递质和调质及其共存，使神经调节的形式更加多样化。一个神经细胞可释放两种或两种以上的调节物，其作用可相互补充和协调，使调节的范围扩大和精度增加。不同的递质和调质同时和突触后膜上的不同受体结合，为实现复杂的神经调节提供了条件。