二、代谢
体内有3类细胞能合成去甲肾上腺素，即去甲肾上腺素能神经元、肾上腺素能神经元以及肾上腺髓质的嗜铬细胞。虽然它们的生理功能不同，前两者释放后作为神经递质而发挥作用，后者作为激素，然而其合成的过程大体相同。
去甲肾上腺素能神经元以血液中的酪氨酸为原料，在胞浆内经酪氨酸羟化酶催化形成多巴，再经过多巴脱羧酶催化而形成多巴胺。多巴胺进入囊泡后，经多巴胺β-羟化酶催化而形成去甲肾上腺素。在嗜铬细胞和肾上腺素能神经元内，去甲肾上腺素可再经苯乙醇胺氮位甲基移位酶的催化，进一步形成肾上腺素。
（一）合成酶
1.酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxylase，TH）·由4个相对分子质量为59000的亚基组合而成。是一种可溶性的酶，存在于去甲肾上腺素能神经元、肾上腺素能神经元和肾上腺髓质嗜铬细胞的胞质内。在神经元中，TH在胞体内的浓度大于末梢。这是TH需要在胞体内合成，然后再经轴浆运输到末梢之故。
TH需要Fe2+、O2等因素和还原型的蝶啶（如四氢蝶啶）作为辅酶才能正常工作。TH的功能是使酪氨酸羟化成多巴。TH专一性强（专一地作用于1-酪氨酸），活性较低，神经元含量较少，合成速度又在全过程中最慢。因此在儿茶酚胺的合成过程中成为一个限速因子（rate limiting factor）。其底物酪氨酸的供应比较充裕，因而提高或抑制TH的活力可大幅度地影响儿茶酚胺的合成。
2.多巴脱羧酶（dopa decarboxylase，DDC）·此酶也存在于去甲肾上腺素能神经元、肾上腺素能神经元和肾上腺髓质嗜铬细胞的胞质内，以磷酸吡哆醛为辅酶，促使多巴脱羧成多巴胺。该酶含量多，对底物要求不太专一，凡芳香族左旋氨基酸，包括组氨酸、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等，均可作为底物而进行脱羧。因此有人将其称作芳香族左旋氨基酸脱羧酶（aromatic-l-amino acid decarboxylase，AADC）。若将此酶完全抑制，则不仅儿茶酚胺合成受阻，5-HT的合成也将受到影响。
3.多巴胺-β-羟化酶（dopamine-β-hydroxylase，DβH）·此酶为一含Cu2+的蛋白质，相对分子质量约290000，需要维生素C和富马酸（fumaric acid）作为辅酶。由于DβH中的Cu2+起着极为重要的作用，故能与Cu2+结合的药物（如Disulfiram双硫仑，又称双硫醒）即可抑制此酶的活性。DβH完全存在于囊泡内，它一部分附着于囊泡膜内层，另一部分为可溶性，存在于囊泡内含液中。因此，去甲肾上腺素合成的最后一步只能在囊泡内进行。
4.苯乙醇胺氮位甲基移位酶（phenylethanolamine-N-methyl transferase，PNMT）·相对分子质量为38000～40000，存在于肾上腺髓质嗜铬细胞和肾上腺素能神经元的胞质内，可使去甲肾上腺素的氮位甲基化而成肾上腺素。
由于脑内肾上腺素的含量甚微，一般只为去甲肾上腺素的1/100～1/50。早年的荧光组织化学技术不易将肾上腺素与去甲肾上腺素区别开来，因而寻找脑内肾上腺素能通路极为困难。PNMT是去甲肾上腺素转化成肾上腺素的一种关键酶，已被形态学家作为鉴定肾上腺素能神经元的一种标志，在寻找脑内肾上腺素能神经通路中起到重要作用。现已发现灵长类脑内PNMT活力最强处为延髓腹外侧网状核、迷走神经运动背核、舌下神经核、孤束核以及下丘脑等处。此外，人的子宫、脑微血管的内皮细胞中也有PNMT的存在。
将TH、DDC、DβH、PNMT四种酶进行比较，DDC含量最多，活性最高，DβH和PNMT次之，TH含量最低。从合成速度看，也以DDC最快，DβH较慢，TH则最慢。故TH成为儿茶酚胺合成中的限速因子。
如上所述，在去甲肾上腺素的生物合成中，TH是限速因子，易受生理的调节。这种调节分短周期和长周期两种，调节的焦点则在TH。短周期调节多在突触水平进行，作用发生快而维持时间短。长周期调节在神经元胞体水平进行，作用发生慢而持久。
（二）储存
去甲肾上腺素在囊泡中合成后储存于囊泡，处于一种隔绝状态，不易被胞质内单胺氧化酶所破坏。
储存去甲肾上腺素的囊泡在电子显微镜下呈现一致密中心，因此称“致密中心囊泡”（dense cored vesicle）。囊泡按其大小不同可分2种：大囊泡直径为70～100 nm，小囊泡直径为45～55nm。
在神经元中，两种囊泡的分布不同，大囊泡多存在于轴突和末梢，而小囊泡几乎全部集中于末梢。至于神经元内所含大、小囊泡的比例，种属差异颇大。如鼠类（大鼠、豚鼠）的输精管中，大囊泡仅占5％，小囊泡则占95％；在牛脾神经中，大囊泡占40％～50％，小囊泡占50％～60％，几乎各占一半。在人类，大囊泡的比例也较高。
1.大囊泡
（1）去甲肾上腺素：将自牛脾神经轴突中分离得到的大囊泡直接进行分析，其含去甲肾上腺素量为250～500 nmol/mg，相当于每个大囊泡含3600～6500分子去甲肾上腺素。在轴突运输过程中，大囊泡内去甲肾上腺素不断合成，去甲肾上腺素量不断增加，当到达末梢时，去甲肾上腺素量增至700～1200nmol/mg，相当于每个大囊泡含9000～16000分子去甲肾上腺素。此外，大囊泡内也含有多巴胺，其含量为去甲肾上腺素的7％～8％，为合成去甲肾上腺素的原料，但未测得有肾上腺素的存在。
（2）ATP：在大囊泡内，去甲肾上腺素与ATP形成复合物，以较为稳定的形式储存于囊泡内。早期的研究认为去甲肾上腺素与ATP结合之比为4∶1，即4分子去甲肾上腺素与1分子ATP相结合。以后发现大囊泡易受某些细胞器内的ATP污染（如线粒体富含ATP），去除这些污染，则神经末梢内大囊泡的去甲肾上腺素与ATP之比为（30～60）∶1。
（3）蛋白质：大囊泡内的DβH分为可溶与不可溶两种。前者溶于囊泡内含液中，约占DβH总量的2/3，当囊泡释放时，与去甲肾上腺素、ATP等一起释出；后者附着在囊泡内膜上，占总量的1/3，不能释出。每个大囊泡含DβH的总量为5～12分子。
大囊泡内含有多种嗜铬颗粒蛋白（chromogranin），如嗜铬颗粒蛋白A和嗜铬颗粒蛋白B等，其中以嗜铬蛋白A含量最多。嗜铬颗粒蛋白A是一种可溶性蛋白，可能在囊泡内起调节渗透压的作用。嗜铬颗粒蛋白B和细胞色素b-561的功能尚不清楚。此外，尚有Mg2+、Ca2+以及Mg2+激活的ATP酶等。
（4）神经肽：应用密度梯度和分级离心技术分离大囊泡，并除去囊泡外污染的阿片肽，发现大囊泡内含有阿片肽，其分子量较小，估计为甲硫氨酸脑啡肽（MENK）和亮氨酸脑啡肽（LENK）等。此外，在大囊泡内还发现有P物质、升压素和神经紧张素的存在。它们的功能与调制去甲肾上腺素的作用有关。
2.小囊泡·从大鼠输精管中分离的小囊泡，测得去甲肾上腺素含量为230nmol/mg，相当于每个小囊泡含900分子去甲肾上腺素。小囊泡内多巴胺含量甚少，仅为去甲肾上腺素的1％。
小囊泡中是否含有DβH尚有争论，测得每个小囊泡仅含0.1个DβH分子，从这个数字看，小囊泡可能不含DβH。但也有人认为小囊泡也分2种，一种为数甚少者含DβH，另外大部分小囊泡则不含DβH。
（三）释放
器官灌流试验证明，刺激交感神经时灌流液中流出的去甲肾上腺素增多，说明交感神经兴奋使末梢释放去甲肾上腺素。在中枢神经系统中也有这种释放。目前，多数学者认为去甲肾上腺素的释放也是一种量子释放，胞裂外排（exocytosis）学说已逐步被人们所接受。
1.胞裂外排的假设·设想胞裂外排的过程如下：动作电位到达神经末梢时，突触前膜的通透性发生改变，Ca2+进入细胞内，促进囊泡附着突触前膜，并使两层膜融合，继而形成小孔，将囊泡内容物排到突触间隙，然后两层膜各自重新弥合分开。这种设想近年来已得到进一步的支持。近来的研究认为，在静息神经元，一部分小囊泡簇集于“活动区”，称为“入坞（docking）”。当动作电位到达神经末梢时，膜去极化，激活钙通道，使细胞内该部的Ca2+浓度上升到1 mmol/L左右。Ca2+浓度升高使入坞的囊泡与突触前膜融合，然后有囊泡内容物-递质等的胞裂外排。大囊泡也是经胞裂外排工作的，但它的胞裂外排部位可以在活动区之外，大囊泡含阿片肽等已如前述，阿片肽的作用是调节去甲肾上腺素等经典递质的功能。
2.与神经递质释放有关的蛋白·近年来发现不少蛋白参与了胞裂外排的过程，包括入坞或融合等过程，都牵涉到这些蛋白的相互作用。这些蛋白分属于存在于囊泡膜、胞液及突触前膜上的蛋白。
（1）囊泡膜上的蛋白：有synaptobrevin，又称囊泡相关膜蛋白（vesicle-associated membrane protein，VAMP），是组成囊泡膜的一类蛋白，与囊泡的入坞和融合过程有关。此外，尚有synaptotagmin和synaptophysin等。
（2）胞液内蛋白：有N-乙基顺烯二酰亚胺敏感的融合蛋白（NSF）、NSF附着蛋白（SNAP）等。
（3）突触前膜上的蛋白：有syntaxin、neurexins、钙通道及SNAP-25。其中syntaxin与SNAP-25两者合称活动区蛋白，与囊泡的入坞过程有关。
3.胞裂外排机制的SNARE学说·SNARE是SNAP受体的简称。SNARE学说认为，囊泡的入坞与融合都与SNARE有关。在囊泡侧的SNARE称为v-SNARE，synptobrevin相当于此；在突触前膜侧为t-SNARE，syntaxin相当于此。V-SNARE与t-SNARE在SNAP-25的作用下相互作用，造成入坞。但此时如有synaptotagmin的存在，后者可起“钳制”作用，使之在静息状态下不能产生融合。当神经冲动到达时，神经末梢内的Ca2+浓度上升，则synaptotagmin将被α-SNAP所取代，此时NSF、SNAPS可结合上去，这就造成了融合过程。胞液内的NSF又具潜在的ATP酶活性，经NSF作用后，上述复合物分解，两层膜各自分开。
（四）消除
去甲肾上腺素在体内的消除是一个较复杂的过程，涉及酶解失活和重摄取两种过程。
1.酶解失活·去甲肾上腺素释放后生理作用的消失主要由于重摄取，但其最终失活仍取决于两种酶的作用，即单胺氧化酶和儿茶酚胺氧位甲基移位酶。
（1）单胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）：这是一种黄素蛋白，相对分子质量为120000～1250000。该酶广泛存在于神经和非神经组织。在神经元内，MAO主要存在于线粒体膜上。目前已知MAO至少有A、B两种类型。A型MAO主要存在于交感神经末梢，作用于去甲肾上腺素和5-HT；而B型MAO存在于松果体等组织。主要作用于苯乙胺。对多巴胺、酪胺、色胺等，则A型和B型的MAO均有作用。脑内A型和B型MAO同时存在。
MAO的作用为促使单胺类物质氧化脱氨基成为醛，但这一时期甚为短暂，很快或经醛还原酶还原为醇，或经醛脱氢酶氧化成酸。
（2）儿茶酚胺氧位甲基移位酶（catechol-o-methyl transferase，COMT）：该酶广泛存在于非神经组织内，特别是肝、肾等组织中含量尤多。有人认为在突触间隙，特别是突触后膜上也有COMT的存在。这种酶的作用是将甲基转移到儿茶酚苯环上3位的氧上，成为3-甲氧基-4-羟基衍生物。
体内去甲肾上腺素的代谢中，MAO与COMT这两种酶究竟何者起主要作用，这要根据不同情况做具体分析。神经末梢释出至突触间隙的去甲肾上腺素，大部分为突触前膜重摄取。当其进入胞质后，与线粒体膜上的MAO相遇，因此先由MAO再经COMT代谢。血液中的去甲肾上腺素则主要在肝、肾等组织内先经COMT再经MAO代谢。在中枢神经系统中，去甲肾上腺素的最终代谢产物以3-甲氧基4-羟基苯乙二醇（3-methoxy-4-hydmxyphenyl glyco1，MHPC）为主。外周神经组织中，去甲肾上腺素的最终代谢产物以3-甲氧基-4-羟基苯乙醇酸（venilly mandelic acid，VMA）为主。
2.重摄取·在单胺能神经末梢，重摄取（reuptake）量占释出总量的3/4，这是单胺能神经递质终止其生理作用的主要方式。既保证了突触传递的灵活性，又符合生物学“经济原则”。
（1）神经和非神经组织的摄取：突触间隙或血中的去甲肾上腺素可被突触前的神经组织摄取，也可被突触后膜和非神经组织摄取。前者称为摄取1（μ1），后者称为摄取2（μ2）。μ1是一种高亲和力摄取，需主动转运系统来完成，能逆浓度差地摄取去甲肾上腺素，因而在低浓度时即有摄取能力。这种摄取的特异性也较高。相反，μ2的亲和力较低，必须达高浓度时才有较多的摄取，而且对各种儿茶酚胺的选择性较小。一般来说，神经末梢释出的儿茶酚胺主要被突触前膜所摄取，即以μ1为主，血液中的儿茶酚胺则有较大部分被非神经组织所摄取，即以μ2为主。如以摄取总量而论，无疑μ2大于μ1。
（2）细胞膜摄取和囊泡摄取：神经组织对儿茶酚胺的摄取即μ1，又分两个步骤。首先，通过细胞膜进入胞质，称为膜摄取；其次，再由胞质进入囊泡，称为囊泡摄取。前已提及神经末梢释出的去甲肾上腺素约有3/4经膜摄取重新摄入神经末梢内，以供再次释放，膜摄取的生理意义已十分清楚。但摄入神经末梢胞质内的去甲肾上腺素如不及时处理，必将遭到胞质内单胺氧化酶的破坏，因此必须通过囊泡摄取，主动地将其摄入囊泡内。von Euler等用去甲肾上腺素能神经中分离得的囊泡与3 H-去甲肾上腺素孵育，后者即被囊泡快速摄取。这有助于解释在生理情况下突触传递的快速进行。即使在高频刺激下，神经末梢仍有充分的去甲肾上腺素可供释放。
膜摄取和囊泡摄取分别在儿茶酚胺能神经末梢和囊泡的膜上进行，它们都需要不同的载体来完成，转运体（transporter）便是转运递质的一种载体存在于去甲肾上腺素能神经末梢上的去甲肾上腺素转运体已被克隆，是一种相对分子质量为69000的蛋白，由617个氨基酸组成，具有12个跨膜螺旋。这种转运体是Na+/Cl-依赖的耗能过程，并对可卡因和三环类抗抑郁药敏感。根据RNA杂交实验，这种去甲肾上腺素转运体的mRNA分布于肾上腺和脑干等处。去甲肾上腺素回收到神经末梢内还要经过第二次转运才能进入囊泡。存在于囊泡膜上的单胺类转运体亦已克隆，也有12个跨膜。此种转运体为H+依赖的，每重摄取一个单胺类分子入囊泡便要驱出两个H+，这种过程也是耗能的，需ATP供能，利血平即为抑制这种转运，使单胺类不能储存于囊泡，终至耗竭。
（3）去甲肾上腺素在神经末梢的储存形式：从生理功能和对药物的反应来看，有一部分去甲肾上腺素在神经冲动和药物的作用下很易释放，但有大部分储存的去甲肾上腺素不易释出。一般把易于释放的小部分称为小的功能池或“小池”，而把不易释放的大部分称为牢固接合的“大池”。这种基于功能实验得出的概念与形态学上观察到的两类囊泡有无直接联系，尚有不同的看法。根据目前资料，尚不能把功能上的小池或大池的概念与形态学上某一种囊泡直接等同起来。Klein提出的快释池和慢释池的概念似可初步解释上述联系。快释池储存新合成的去甲肾上腺素，这些去甲肾上腺素可不经囊泡摄取，自由、快速地进出囊泡。当神经冲动到来时，这部分去甲肾上腺素首先释放。慢释池摄取去甲肾上腺素必须经囊泡摄取，这些去甲肾上腺素不易释放出来。前者可能为小的功能池，后者为牢固结合的大池。而大囊泡和小囊泡均具有快释和慢释两种储存。
（五）神经末梢化学切断剂
在研究儿茶酚胺代谢和功能时，除了应用影响去甲肾上腺素合成的药物（如TH抑制剂、DDC抑制剂、DβH抑制剂、PNMT抑制剂）、抑制去甲肾上腺素摄取和储存的药物（如膜摄取抑制剂、囊泡摄取和储存抑制剂）、促进去甲肾上腺素摄取的药物、影响（抑制、促进）去甲肾上腺素释放的药物、影响降解酶的药物（如MAO抑制剂、COMT抑制剂）等，肾上腺素能神经切断术是研究儿茶酚胺代谢和功能的一种重要手段，以往应用手术切除法。如在周围应用切除神经节或交感神经；在中枢神经系统则可通电流以损毁有关神经束。但这些方法有切除不全或损毁其他神经束的危险。近年来发现一些化学物质，如6-羟多巴胺（6-hydroxy-dopamine，6-OHDA）可选择性损毁交感神经末梢，称为化学性交感神经切断术（chemical sympathectomy）。6-OHDA的选择性高，对胆碱能神经元无作用，对5-HT能神经元也基本无作用。在儿茶酚胺能神经元中，对去甲肾上腺素能神经元的作用又大于多巴胺能和肾上腺素能神经元。经6-OHDA作用的去甲肾上腺素能神经元，产生半永久的损毁。对去甲肾上腺素能神经元损毁中，又以神经末梢的损毁最严重，对轴突和胞体的损害则远不如末梢明显。
6-OHDA对去甲肾上腺素能神经末梢选择性损毁作用的原理还不十分清楚。Cho等（1985）认为6-OHDA对去甲肾上腺素重摄取的载体有高亲和力，它被作为一种基质摄入去甲肾上腺素能神经末梢的胞质内。当胞质内6-OHDA的浓度到达临界水平时，便产生毒性作用。据推测，6-OHDA可能在胞质内发生氧化作用，产生游离的羟基和醌型化合物，两者均为细胞毒物。醌型化合物可与细胞内合-SH基酶共价键，而致细胞于死地。
6-OHDA不易通过血脑屏障（blood-brain barrier，BBB），因此欲损毁脑内儿茶酚胺能神经元，必须做脑室或脑内注射。6-OHDA的化学性能不稳定，易于氧化失效。如将该药注入脑室后，在其向周围组织弥散的过程中，本身也逐渐破坏。因此对于离脑室较远的组织常得不到较好的效果。可用脑内微量注射的方法，直接注入该脑核团内。
除6-OHDA外，6-氨基多巴胺和6-羟多巴也有相似的作用。6-羟多巴可透过血脑屏障，在脑内转成6-OHDA而起作用，另两者则不能透过血脑屏障。