自律神経の神経伝達物質

神経細胞間の情報伝達の仕組みを生化学の観点から解説します。 神経細胞活動は、細胞内と細胞外に存在するイオン濃度を利用することで実現され、その基本要素は、受容体（レセプター）やイオンチャネルやイオンポンプ等です。

副交感神経の情報伝達システム

アセチルコリンは、副交感神経のみならず様々な神経で神経伝達物質として利用されています。アセチルコ リン受容体に様々なバリエーションがあり、それぞれがアセチルコリンによって活性化された後の細胞への作用が異なります。

交感神経の情報伝達システム

アドレナリン、ノルアドレナリン等のカテコールアミンについて、交感神経活動に関係しています。カテコールアミ ンの作用も、その受容体であるアドレナリン受容体の種類によって大きく異なります。

神経伝達物質

交感神経、副交感神経、運動神経の末梢神経において利用されている神経伝達物質とその受容体には何種類も存在します。

副交感神経の情報伝達システム

副交感神経の神経伝達物質としてアセチルコリンが一般的に知られていますが、他にも運動神経や交感神経の神経伝達物質でもあります。アセチルコリンを神経伝達物質としている神経のことを、コリン作動性神経（こりんさどうせいしんけい）とも呼びます。

• 副交感神経の節前線維終端、及び、節後線維終端。
• 交感神経の節前線維終端。一部の交感神経（汗腺を支配する交感神経など）の節後線維。
• 運動神経の骨格筋との接合部である神経筋接合部。

アセチルコリン（Acetylcholine :Ach）

コリン(Choline)

生体内でアセチルコリンが生成される元となる物質。

アセチルCoA（アセチルコエンザイムエイ）

アセチル・コエンザイム・A（アセチル補酵素Aという意味）と呼ばれる、コリンをアセチルコリンに変化させる際に使われる。分子式C₂₃H₃₂P₂N₅O₁₂S、分子量８１０の補酵素（コエンザイム）。

アセチルコリンエステラーゼ（Acetylcholinesterase :AchE）

細胞外に放出されたアセチルコリンをコリンと酢酸に分解。これにより、細胞外に放出されたアセチルコリンの影響が迅速に消失。分解されたコリンは再度細胞内に取り込まれ、アセチルコリンの産生に再利用される。

ムスカリン(muscarin）

アセチルコリン受容体である、ムスカリン性アセチルコリン受容体（ムスカリン受容体）に作用してアセチルコリンと同様の効果を発現。アゴニスト。

アトロピン (atropine)

ムスカリン受容体に作用するが、アセチルコリンと同様の効果をしめさない。アセチルコリンをブロックする遮断薬。アンタゴニスト。投与する際は硫酸アトロピンとして用いる。分子式C₁₇H₂₃NO₃、分子量２８９の薬物。

ニコチン (nicotine)

アセチルコリン受容体、ニコチン性アセチルコリン受容体（ニコチン受容体）に作用してアセチルコリンと同様の効果を発現。アゴニスト。

d－ツボクラリン（tubocurarine）

ニコチン受容体に作用する。アセチルコリンをブロックする遮断薬。アンタゴニスト。狩猟に使う毒槍につける毒として古来より使用され、現在でも、筋弛緩剤として利用されている。　分子式 C₃₇H₄₂Cl₂N₂O₆、分子量６８２の薬物。

受容体に関して

アセチルコリン受容体　（アセチルコリンレセプター）

迷走神経の終端より放出されたアセチルコリンの受容体が心臓にあります。アセチルコリンがこの受容体に結合すると、心臓の活動が抑制され、心拍数が低下します。一方、運動神経と骨格筋の接合部でも、アセチルコリンの放出とその受容体があります。アセチルコリンが受容体に結合すると、骨格筋である横紋筋（おうもんきん）が興奮し収縮します。アセチルコリンは心臓の細胞活動を抑制する一方、骨格筋を興奮させます。このようにアセチルコリンの作用は臓器により全く異なっており、アセチルコリン受容体は複数種類あるのです。

アセチルコリン受容体は、ムスカリン受容体と、ニコチン受容体に分けられます。ムスカリン受容体は異なるタイプがあり、M1～M5までのサブタイプがあります。ニコチン受容体についても、N_N受容体とN_M受容体の亜種があります。

ムスカリン受容体とニコチン受容体について

■ ニコチン性アセチルコリン受容体　（ニコチン受容体・ニコチンレセプター）

ニコチンがアセチルコリンと同様の効果を示す受容体です。ニコチンがアゴニストとして働く受容体です。ニコチン受容体のサブタイプであるN_N受容体とN_M受容体があります。

■ N_M受容体　運動神経終末部分の神経骨格筋接合部に存在

アセチルコリンがN_M受容体に結合すると、N_M受容体のナトリウムチャンネルが開き、ナトリウムイオン（Na^＋）が細胞内に流れ込み、脱分極を起こし、細胞内の電位がプラス側に傾き興奮性シナプス後電位（EPSP）が発生します。

細胞膜上には細胞内の電位がある閾値を超えると、ゲートを開き細胞外からNa^＋を細胞内へ流し込む”電位依存型ナトリウムイオンゲート”が存在します。EPSPの発生、つまり、脱分極が繰り返えされ、電位がこの閾値を超えるとゲートが開き、ナトリウムイオンが一気に流入しスパイク（活動電位）が発生します。

スパイク電位（活動電位）は、細胞膜を伝わり、”T管”と呼ばれる細胞膜のくぼみに接して存在する”筋小胞体（きんしょうほうたい）”にまで伝わります。筋小胞体は電位変化に反応するタンパク質があり、活動電位を検出すると、筋小胞内のカルシウムイオン（Ca^２＋）を細胞質内に放出します。カルシウムイオンが直接のトリガーとなり筋収縮が起こります。

■ N_N受容体　交感神経と副交感神経の節前線維終末（神経節部分）に存在

アセチルコリン（またはニコチン）を投与してN_N受容体を刺激すると、交感神経と副交感神経の両方を興奮させることができます。N_N受容体は、交感神経と副交感神経の両方の神経節部で、シナプスの受容体として興奮を伝達する役割があるためです。

N_N受容体（N_M受容体と同類のニコチン受容体）にアセチルコリンが結合すると、ニコチン受容体のナトリウムチャンネルが開いてNa^＋が細胞内に流れ込み脱分極を起こします。脱分極を繰り返し、細胞内の電位がある閾値をこえると、電位依存性ナトリウムチャネルが開き活動電位を発生させます。

■ ムスカリン性アセチルコリン受容体（ムスカリン受容体・ムスカリンレセプター）

ムスカリンによって、アセチルコリンと同様の働きが起こります。アトロピンはムスカリン受容体に結合しますが、アセチルコリンと同様の作用はありません。アトロピンは、アセチルコリンがムスカリン性アセチルコリン受容体（ムスカリン受容体）に結合するのを阻害する遮断薬の働きをします。

副交感神経末梢の節後節で、器官側細胞の受容体としてムスカリン受容体が存在しています。これらのムスカリン受容体を刺激（副交感神経を刺激して、末梢からアセチルコリンの放出を促進させる）と、支配している臓器細胞を興奮させたり、抑制させたりします。臓器によって作用が異なるのは、受容体が異なることと、受容体が刺激後におこる細胞内の反応機構が臓器によって異なるためです。ムスカリン受容体にはM1からM5までの5種類の存在します。この５種類の受容体の分布は臓器によって異なるため、副交感神経刺激によるアセチルコリンの放出に対する臓器の反応が異なります。

■ M2受容体　心臓の洞房結節における迷走神経（副交感神経）支配

腸管（腸）の消化活動（蠕動活動）を行う平滑筋には、ムスカリン受容体のM２、M３の２タイプが存在します。M3受容体にアセチルコリ ンが結合し、その後の細胞内の情報伝達機構により、陽イオンチャネルが開き、陽イオンが平滑筋細胞内へ流れ込み脱分極が起こります。脱分極が繰り返され、 活動電位を発生させる電位まで電位が上昇すると、カルシウムイオンチャンネルが開き、カルシウムイオン（Ca^２＋）が細胞内に流れ込みます。この結果、細胞内カルシウムイオン濃度が増し平滑筋が収縮します。副交感神経刺激によるアセチルコリン放出は、腸の平滑筋を興奮させ（脱分極）、平滑筋収縮、蠕動運動を活性化させます。

交感神経の情報伝達システム

アドレナリンとエピネフリン

カテコールアミンと呼ばれる種類の化学物質で分子式はC₈H₁₁NO₃です。分子構造も非常によく似たアドレナリンは同じカテコールアミンですが、分子式C₉H₁₃NO₃で、別物です。ノルエピネフリンとノルアドレナリンは、全くの同一物質です。同様に、エピネフリンとアドレナリンも同一物質をさす別名です。

関係する神経

交感神経の節後線維終末と支配する器官の間での情報伝達を行う神経伝達物質とがノルアドレナリンです。副腎髄質を支配する交感神経により、ホルモンとしてアドレナリンが血中に放出されます。

関係する化学物質

カテコールアミン（Catecholamine,カテコラミン）

カテコール核と呼ばれるベンゼン環に水酸基が２つ付いた物にアミノ基がついた構造をしている化学物質類の総称です。ドーパミン、ノルアドレナリン、アドレナリン等が生体で重要な糧コールアミンです。

ノルアドレナリン（Noradrenalin :Norad）

交感神経末梢で放出される神経伝達物質。

アドレナリン（Adrenaline :Adr)

ノルアドレナリン（Norad)が交感神経の神経伝達物質として使われている一方、アドレナリンは副腎髄質から交感神経刺激によって放出されます。

ドーパミン(Dopamine)

中枢神経系で伝達物質として使われています。末梢神経系では、ノルアドレナリンの生成の前駆体として存在しています。

イソプロテレノール（Isoproterenol :IPR)

イソプロテレノールは体内で生産される物質ではなく、人工的に合成されたカテコールアミンです。

アミントランスポーター

ノルアドレナリンを放出した交感神経末梢のシナプス前線維膜にあるタンパク質の構造物で、細胞外にあるノルアドレナリンを細胞内に取り込みます。放出したノルアドレナリンを回収・再利用するのに役立っています。

カテコール－O-メチルトランスフェラーゼ（catechol-o-methyltransferase :COMT）

細胞外にあって、細胞外に放出されたカテコールアミンを、そのカテコール核の水酸基をメチル化することで不活化する酵素です。COMTのおかげで放出されたカテコールアミンの効果がずっと続くことなく消失します。

モノアミンオキシターゼ（monoamine oxydase :MAO)

細胞内のミトコンドリア中にあり、モノアミントランスポーターによって細胞内に取り込まれたカテコールアミンを不活化します。

交感神経末端（シナプス前部）でのノルアドレナリンの生産・放出

ノルアドレナリンは、チロシン　－＞　ドーパ　－＞　ドパミン　－＞　ノルアドレナリン　の順に合成されます。ノルアドレナリンはシナプス 前でシナプス小胞に貯蔵されていますが、交感神経刺激が伝導して来ると、細胞外に放出され、シナプス後のアドレナリン受容体に 到達します。

ノルアドレナリンは拡散して受容体に到達するので、余剰のノルアドレナリンは、細胞外にあるカテコール－O-メチルトランスフェラーゼ（COMT)によってメチル化による不活化されたり、シナプス前膜上にあるアミントランスポーターによって回収・再利用されます。

細胞内に回収されたノルアドレナリンは、そのまま細胞質中にあると、モノアミンオキシターゼ（MAO）によって分解されてしまいますが、小胞モノアミン・トランスポーターによってシナプス小胞内に取り込まれ、分解されずに再利用されます。

アドレナリン受容体

アドレナリン受容体は、臓器、器官の細胞表面にあるタンパク質の構造物で、交感神経終末から放出されたノルアドレナリンを受け取る場所です。アドレナリン（Adr)、ノルアドレナリン（Norad)等、各種カテコールアミンに対する反応の違いで、アドレナリ ン受容体は、α（α１、α２）受容体、β（β１、β２、β３）受容体と分類されます。

■ 交感神経の心臓支配　β１受容体

心臓の拍動数を制御している洞房結節には、交感神経の末梢が多く到達しており、そこではβ１受容体が分布しています。心臓の収縮力をになう心筋にもβ１受容体が分布しています。

β１受容体はGTP結合タンパク質と結合した受容体で、ノルアドレナリンと結合すると、それに続いて起こる細胞内情報伝達機構を経てカルシウムイオンチャネルを開きCa^２＋が細胞内に流入して、細胞を興奮（脱分極）へ傾かせるため、洞房結節は興奮しやすくなり心拍数が増加します。

β１受容体はアドレナリン等のアゴニストによって活性化すると、結合しているG蛋白によって細胞膜にあるアデニル酸シクラーゼ（Adenylate cyclase）を活性化させ、cAMP(cyclic AMP)を合成させます。このcAMPはプロテインキナーゼA（protein kinase A）を活性化させます。プロテインキナーゼAは、細胞膜上のカルシウムイオンチャネルを活性化させたり、筋小胞体とよば れる細胞内でカルシウムイオンを溜めておく貯蔵庫のカルシウムポンプを活性化させて筋小胞体へのカルシウム貯蓄機能を促進させます。カルシウムイオンは筋 肉が収縮する際に直接必要であり、この一連のカルシウム取り込みにより収縮力が増加します。

■ 交感神経の血管平滑筋支配　α１受容体、β２受容体

血管の平滑筋は血管の収縮力を制御しています。血管平滑筋が収縮すると、血管は細く固くなり、血流は減り、血圧は上昇し、平滑筋が弛緩すると、血管は広がり柔らかくなり、血流は増え、血圧は低下します。

血管の平滑筋には、部位によりα１受容体とβ２受容体が存在します。α１受容体もβ２受容体も、GTP結合タンパク質と結合した受容体ですが、α１受容体は、ノルアドレナリンと結合すると、それに続いて起こる細胞内情報伝達機構により、細胞内の筋小胞体からカルシウムイオン（Ca^２＋）を放出させ、さらに細胞膜にある電位依存型カルシウムチャネルを開くこ とで細胞外からもカルシウムイオンを流入させます。カルシウムイオンの増加は平滑筋を収縮させます。一方のβ２受容体は、ルアドレナリンと結合すると続いて起こる細胞内情報伝達機構により、これらの作用を阻害するように働き、β２受容体は血管平滑筋を弛緩させます。

β２受容体は、腸などの消化器の平滑筋にも存在し、交感神経の緊張により平滑筋を抑制させ、消化吸収活動を低下させます。

■ 交感神経活動のネガティブフィードバック　α２受容体

α２受容体は、交感神経の終末や副交感神経の終末、つまり、シナプス前に存在しています。アルファ２受容体は、GTP結合タンパク質と結合た受容体で、ノルアドレナリンと結合すると、それに続いて起こる細胞内情報伝達機構により、カルシウムイオンチャンネル（Ca^２＋）が開きにくくなるように働きます。その結果、細胞が脱分極しにくくなり細胞活動は抑制されます。

交感神経の末端から放出されたノルアドレナリンを受け取ることで、自分自身のノルアドレナリンの放出を抑える（ネガティブフィートバック）働きをします。その一方、副交感神経の末梢にもα２受容体があるために、ノルアドレナリンの放出が多くなると、アセチルコリンの放出が抑えられることになり、こちらは、正のフィードバックがかかることになります。（交感神経末梢のシナプス前には、ムスカリン受容体（M２受容体）があり、アセチルコリンと結合することで細胞を過分極に導き、ノルアドレナリンの放出を抑えます。）

交感神経の伝達の仕組み

交感神経の節前線維末端では節前線維細胞のシナプス前膜からアセチルコリンが放出され、シナプス後膜にあるニコチン受容体（N_N受容体）で受け取ります。

交感神経の節後線維末端では、ノルアドレナリンによる伝達が行われ、支配器官に到達した節後線 維細胞のシナプス前膜からノルアドレナリンが放出され、支配される器官の細胞のシナプス後膜にあるアドレナリン受容体で受け取ります。支配される器官の細 胞膜上にあるアドレナリン受容体は、その器官ごとに、α受容体（アルファレセプター）、β受容体（ベータレセプター）が分布しています。

交感神経のシナプス前膜には、α２受容体、および、ムスカリン性アセチルコリンレセプターであるM2受容体があります。α２受容体もM2受容体も共に、抑制作用を持つ受容体です。α２受容体は自分で放出したノルアドレナリンと結合して、さらなるノルアドレナリンの放出を抑制する方向にはたらきます。自分自身を抑える負のフィードバック機構と言えます。M2受容体は、副交感神経の緊張によって放出されたアセチルコリンと結合することで、交感神経からのノルアドレナリンの放出を抑制する方向に働きます。副交感神経が交感神経を抑制する制御機構です。

例外として汗腺を支配している交感神経は、節後線維末端はアセチルコリンを神経伝達物質として使うコリン作動性の神経です。

副腎髄質細胞

副腎は、副腎皮質と副腎髄質からなります。副腎髄質からはアドレナリンがホルモンとして血中に放出され、副腎皮質からは、副腎皮質ホルモンとして、アルドステロン、コルチゾール、アンドロゲン等生理活性をもつ7種類のステロイド類が放出されます。

副腎髄質を支配する交感神経は、脊髄から出たのち、神経節でニューロンを介すことなく直接、副腎髄質に到達し、シナプス前膜からアセチルコリンを放出します。副腎髄質が交感神経の節後線維であり、副腎髄質に到達している交感神経が、節前線維という状態になっています。副腎髄質は、節後線維がそうするように、ニコチン受容体（N_N受容体）でアセチルコリンを受け取り、アドレナリンを放出します。交感神経の緊張により、副腎髄質から血中にアドレナリンが放出され、血中のカテコラミン量が増えます。

副交感神経

副交感神経では、節前線維、及び、節後線維でアセチルコリンが神経伝達物質として利用されています。節前線維細胞のシナプス前膜からアセチルコリンが放出され、シナプス後膜にあるニコチン受容体（N_N受容体）で受け取ります。節後線維細胞のシナプス前膜でもアセチルコリンが放出されますが、支配器側細胞のシナプス後膜ではムスカリン受容体でアセチルコリンを受け取ります。

副交感神経のシナプス前膜には、アドレナリンレセプターであるα２受容体があり、交感神経の緊張により放出されたノルアドレナリンと結合することで、副交感神経からのアセチルコリン放出を抑制させます。これも交感神経が副交感神経を抑制する制御機構です。

運動神経の骨格筋への作用

運動神経が骨格筋に接合する部分を神経筋接合部と呼ばれ、運動神経は、軸索の周囲に髄鞘が発達し、信号伝導が高速に行われます。中枢から出た神経線維は途中の神経節でニューロンを介すことなく骨格筋に到達するので、神経節での神経細胞に介する遅延もありません。運動神経終末に興奮が到達するとシナプス前膜からアセチルコリンが放出され、骨格筋細胞のシナプス後膜のニコチ 性アセチルコリンレセプター（N_M受容体）でアセチルコリンと結合します。