神奇的大脑信使——乙酰胆碱的生命轮回之路

大脑的组件神经元在彼此交流时，需要信使，这些信使称为神经递质。神经递质携带信息从突触前神经元轴突末端释放出去，随后，下一个神经元拾取这些神经递质，并“解读”之。

神经递质可能是一种氨基酸，如谷氨酸、γ-氨基丁酸等，也可能是单胺类物质，如多巴胺，还有可能是其他类型的物质，例如乙酰胆碱（ACh，Acetylcholine）。

乙酰胆碱的结构

关于乙酰胆碱的合成和回收，科学家已经研究得比较清楚。

在乙酰胆碱转移酶（ChAT，choline acetyltransferase ）的作用下，乙酰辅酶A上的乙酰基转移到胆碱上，生成乙酰胆碱。这一过程在神经元内完成。

生成后，乙酰胆碱在囊泡乙酰胆碱转运蛋白（VAChT，Vesicular acetylcholine transporter）的作用下，转运至囊泡内。

当神经元发放动作电位时，囊泡内的乙酰胆碱释放到突触间隙，扩散至下一神经元的突触后膜，随后跟膜上的乙酰胆碱受体结合，引发下一级神经元的反应。

而在突触间隙，乙酰胆碱由位于突触后膜上的乙酰胆碱酯酶（AChE，Acetylcholinesterase）降解，变成胆碱和乙酸（acetic acid），从而终止乙酰胆碱的效应。

胆碱在细胞膜上的胆碱转运体（ChT，choline transporter ）的作用下，回收进突触前神经元，重新进入乙酰胆碱的生命轮回。

乙酰胆碱生命周期中的主要蛋白，如ChAT、VAChT、AChE等，经常被用来作为乙酰胆碱、乙酰胆碱神经元存在的标志。

除了上述点对点的经典化学突触传递外，乙酰胆碱还有另外一种传递方式，称为体积传递（volumn transmission）。

在这种传递方式中，并不存在一对一的突触结构。乙酰胆碱由轴突释放到细胞外，然后在神经元之间的间隙自由扩散，最终作用于扩散范围内的所有乙酰胆碱受体。这两种传递方式在很多地方同时存在。

乙酰胆碱的两种传递方式

能合成和分泌乙酰胆碱的神经元称为乙酰胆碱神经元。这些神经元在大脑内集中分布，这些集中分布点是脑内乙酰胆碱的源头。

大脑内的乙酰胆碱受体分布极其广泛，它们接收乙酰胆碱的信号调控。对于灵长类，释放进大脑的乙酰胆碱，主要源于三个位置的乙酰胆碱神经元。

1. 脑干（brainstem）

彩色部分为脑干

脑干内乙酰胆碱神经元主要投射到丘脑（Thalamus）和基底神经节（Basal ganglia）。这些乙酰胆碱神经元在睡眠、觉醒、自主控制中起到重要作用。

2. 基底前脑（basal forebrain）

基底前脑

基底前脑位于纹状体的前下方，其内的乙酰胆碱神经元投射极其广泛。大脑新皮层的所有乙酰胆碱都源自于基底前脑，此外，基底前脑的乙酰胆碱神经元还投射至海马、嗅球、杏仁核等脑结构。

紫色为基底前脑乙酰胆碱投射通路，绿色为脑干乙酰胆碱投射通路

基地前脑乙酰胆碱神经元投射至不同大脑区域，会发挥不同作用。例如，在外侧前额叶，乙酰胆碱投射主要参与空间工作记忆。而在嗅皮层，乙酰胆碱投射在再认记忆中必不可少。在海马，乙酰胆碱使得外界信息更容易编码。而在初级视皮层，乙酰胆碱又跟选择性注意密切相关。

总的说来，基底前脑的乙酰胆碱神经元在许多高级认知功能中发挥重要作用，尤其在注意和记忆中，乙酰胆碱必不可少。在记忆衰退的老年人、老年痴呆病人大脑内，乙酰胆碱会大幅减少。

3. 纹状体（Striatum）

纹状体是属于前脑，基底神经节的重要成分，在运动和奖励相关的神经活动中起重要作用。

纹状体

纹状体内零星分散着少量的乙酰胆碱神经元，这些胆碱能神经元只占纹状体神经元总量的1%~2%。

纹状体中的乙酰胆碱中间神经元

纹状体中的乙酰胆碱神经元在奖励（reward）、动机（motivation）、厌恶（aversive）等相关的行为中起重要作用。

乙酰胆碱不仅存在于中枢神经系统，同时也存在到外周神经系统。例如，乙酰胆碱是神经肌肉接头常见的递质。此外，乙酰胆碱也不是神经系统的专利，其他一些器官，如肾脏、肝脏、眼睛、皮肤等也可以合成乙酰胆碱，甚至免疫细胞T细胞也可以合成乙酰胆碱。

乙酰胆碱在不同细胞、不同组织器官中的作用并不相同，它就像生物体的一块朴实无华但却随处可用的砖，既可以用来建构宫殿，又可以用来当垫脚石。

在接下来的文章里，我将主要介绍大脑内乙酰胆碱的作用，欢迎关注。