中文名稱
乙酰膽堿
外文名稱
ACh，乙酰膽堿
發現日期
1914
發現者
Ewins
作用
傳遞神經沖動
這些是乙酰膽堿的主要成分。乙酰膽堿，分子式 CH3COOCH2CH2N+(CH3)3 在神經細胞中，乙酰膽堿是由膽堿和乙酰輔酶 A 在膽堿乙酰轉移酶（膽堿乙酰化酶）的催化作用下合成的。由於這種酶存在於細胞質中，因此乙酰膽堿是在細胞質中合成的，合成後被囊泡吸收並儲存起來。
進入突觸間隙並作用於突觸後膜產生生理效應（乙酰膽堿誘導受體膜產生動作電位）的乙酰膽堿在膽堿酯酶的作用下水解為膽堿和乙酸，從而使乙酰膽堿被破壞，效應被驅散（快速分解是為了避免受體細胞膜持續去極化造成傳導阻滯），這壹過程稱為滅活。
導致乙酰膽堿量性釋放的關鍵因素是神經末梢去極化引起的 Ca2+ 內流。當神經沖動到達神經末梢板時，膜電位下降，導致允許 Ca2+ 通過的電壓門控通道打開，使 Ca2+ 進入末梢板，進而刺激末梢板分泌乙酰膽堿。乙酰膽堿隨後作用於肌肉細胞，使其收縮。
人類知識
1914年，Ewins在麥角菌中發現了乙酰膽堿，這是首次報道乙酰膽堿存在於非神經細胞中。隨後，人們在多種細菌、真菌、低等植物和高等植物中發現了乙酰膽堿及其相關酶和受體。隨著植物膽堿能系統的發現和研究的深入，人們似乎有望在分子水平上發現植物與動物的另壹個相似之處，因此植物學家以極大的熱情投入到這壹領域的研究中。然而，由於研究手段的局限性、對動植物差異的認識不足、某些研究難以在其他實驗室復制等原因，對植物乙酰膽堿的研究大多是零星的、不系統的，研究的深度和廣度遠不能與動物相提並論。研究的深度和廣度遠不能與動物相比。對其在植物體內的作用機理尚未提出合理的解釋。近年來，我們和其他幾個國外實驗室對植物中乙酰膽堿的生理作用和作用機制進行了新的研究，為揭示植物乙酰膽堿的作用機制提供了新的線索。[1]
作用
植物生理過程
種子萌發
乙酰膽堿和乙酰膽堿酯酶可能參與了某些植物種子萌發和幼苗早期生長的調控，而乙酰膽堿影響這些生理過程的機制可能涉及調控植物下胚軸向快速生長部位的儲藏運輸。關於乙酰膽堿對需光種子萌發影響的研究，有許多相互矛盾的報道。Tretyn 等人在研究乙酰膽堿及其類似物--乙酰膽堿酯酶抑制劑對不同光周期植物種子萌發的影響時發現，這些化合物對不感光植物種子的萌發沒有影響，無論是在光下還是在黑暗中。然而，在光照下，對光有需求的種子的萌發有促進作用，而在黑暗中則沒有影響。對於對光不敏感的種子，乙酰膽堿在光下會抑制萌發，而乙酰膽堿類似物膽堿對上述過程沒有影響。由於乙酰膽堿和乙酰膽堿酯酶廣泛存在於種子中，因此有理由推測乙酰膽堿參與了種子萌發的調控，其調控機制可能涉及光對種子中乙酰膽堿酯酶活性的抑制。
生長
乙酰膽堿對生長的影響因實驗條件、植物種類或同壹植物的不同組織而異。乙酰膽堿能模擬紅光的作用，抑制大豆側根的發育，還能使小麥幼苗的生長和幹重增加。在離體組織中，乙酰膽堿能刺激燕麥胚芽鞘和黃瓜下胚軸的伸長以及綠豆下胚軸的生長，並能刺激蠶豆下胚軸的生長，同時抑制其上胚軸的生長。總之，乙酰膽堿對植物生理過程的影響與所利用的組織和實驗條件密切相關，在pH酸性區域的影響最大。
開花效應
乙酰膽堿能模擬紅光效應，抑制遠紅光刺激的過氧化物酶活性的升高，從而使菠菜在非誘導條件下開花。乙酰膽堿可抑制長日照條件（24 小時光照/0 小時黑暗）下長日照馬勃 G1 花的形成，並可刺激非誘導短日照條件下短日照馬勃 Torr 花的形成。阿托品能抑制在連續光照條件下生長的 P. glauca G3 的花形成，但不能抑制 P. tubulosa 的花形成，這表明乙酰膽堿對花形成的誘導作用可能是通過質膜上的毒蕈堿類受體介導的。乙酰膽堿對花形成的誘導作用還可能與其調節膜對離子的通透性有關。光周期誘導的花誘導涉及葉片膜電位的變化，乙酰膽堿也可能通過影響膜電位參與花誘導。
呼吸
乙酰膽堿會誘導根尖細胞耗氧速率的增加，這壹點已被賈菲利用遊離線粒體獲得的結果所證實。伴隨著氧氣消耗，組織中的 ATP 水平下降了 10 倍，遊離磷水平增加了 14 倍。乙酰膽堿的這種作用可能是由於它解除了呼吸電子傳遞鏈與氧化磷酸化的耦合。根據這些實驗結果，賈菲提出了乙酰膽堿對大豆根尖細胞的作用模式，即當細胞間乙酰膽堿濃度增加時，乙酰膽堿到達其作用的目標部位，隨後質子分泌、氧消耗和 ATP 水解增加，所有這些都與膜對陽離子的通透性增加有關。
光合作用
乙酰膽堿可使葉綠體中的 ATP 合成減少 80% 以上，而不會影響電子傳遞。此外，乙酰膽堿濃度低於 0.1 毫摩爾時可刺激無環光合磷酸化，而濃度高於 0.1 毫摩爾時則抑制無環光合磷酸化。在這兩種情況下，乙酰膽堿都不會影響 NADP+ 的還原。新斯的明抑制 ATP 合成，但不影響電子從水轉移到細胞色素 f 或 NADP+。肌松藥和阿托品同樣抑制 NADP+ 還原和非環光合磷酸化。
除此之外，乙酰膽堿還會影響離體葉綠體對氧的吸收，抑制光刺激下葉綠體的擴展，並刺激葉綠體中鈉離子和鉀離子的外流。因此，葉綠體中的乙酰膽堿可能調節葉綠體膜對離子的通透性以及電子傳遞和 ATP 合成之間的耦合。
三葉草效應
紅光誘導綠豆和大麥變黃的根尖吸附在帶負電的玻璃杯內壁上，而遠紅光則使根尖脫離內壁，釋放到溶液中。這種現象被稱為坦納達效應。在黑暗中，乙酰膽堿會將離體大豆根尖吸附到帶負電荷的玻璃內壁上，並阻止遠紅光引起的根尖從內壁上脫離，而乙酰膽堿酯酶抑制劑eserine會增加組織對乙酰膽堿的敏感性。這表明內源性乙酰膽堿可能在這壹生理過程中起著控制作用。
紅光之所以能提高組織中的乙酰膽堿水平，可能與紅光能促進與乙酰膽堿合成有關的 Pfr 的形成有關。組織中乙酰膽堿水平的升高會刺激質子從根細胞流出到溶液中，從而形成正表面電位，使根尖吸附在帶負電荷的玻璃杯內壁上；遠紅光誘導光敏劑從吸收遠紅光（Pfr）轉變為吸收紅光（Pr），導致根尖從玻璃杯內壁釋放到溶液中。不過，實驗也表明，在這壹過程中，乙酰膽堿只相當於壹價陽離子。
葉片運動
賈菲認為乙酰膽堿可能會調節含羞草的葉片運動。紫花露兜樹是壹種常用的牧草，其葉片在強光下可以下垂，以避免高光照強度對葉片的直接傷害。據報道，在強光下，熱帶物種的葉片比溫帶物種的葉片下垂得更快，而當光照強度降低時，下垂狀態恢復得更快。對這種植物葉叢組織中乙酰膽堿的測量表明，乙酰膽堿水平的變化與葉片的狀態密切相關。在其原產地的熱帶物種中，乙酰膽堿的水平和變化幅度更大，外部施加乙酰膽堿可使其從下垂狀態恢復過來。進壹步的研究結果表明，葉片中乙酰膽堿含量的變化受乙酰膽堿酯酶的控制，而乙酰膽堿酯酶主要分布在維管束周圍，因此推測乙酰膽堿可能通過影響離子進出維管束，進而影響水分的進出，最終調節葉片的運動。
滲透性
乙酰膽堿能刺激大豆根尖細胞的質子外流，誘導菠菜葉片膜電位的變化，抑制藍光誘導的大豆下胚軸彎曲彎曲部膜電位超極化和該組織對鉀的吸收，所有這些過程都涉及乙酰膽堿對膜滲透性的調節。
除了影響上述過程，乙酰膽堿還能影響組織對鈣離子的吸收。Tretyn發現，乙酰膽堿能刺激變黃的燕麥胚芽鞘對鈣離子的吸收。乙酰膽堿酯酶抑制劑增加了組織對乙酰膽堿的敏感性；鈣通道抑制劑抑制了乙酰膽堿刺激的鈣攝取增加。這些結果表明，乙酰膽堿參與了植物體內鈣通道的調節。
對新陳代謝的影響
乙酰膽堿可影響植物的膜脂代謝。例如，乙酰膽堿能抑制黃體化大豆莖切片磷脂分子中磷的摻入，但在有氧條件下，乙酰膽堿主要抑制磷摻入磷脂酰乙醇胺和磷脂酰膽堿，而在無氧條件下，乙酰膽堿主要抑制磷摻入磷脂酰肌醇。這些結果表明，植物和動物的磷脂有相似之處，乙酰膽堿同樣會影響植物的磷脂代謝。
參與相互作用
參與植物與植物以及細胞與細胞之間的相互作用
在生態環境中，植物之間以及植物與其他生物之間經常會發生相互作用。這種相互作用可以是促進性的，也可以是抑制性的，即表現為相互促進的關系。乙酰膽堿酯酶存在於根瘤菌感染大豆後形成的根狀莖中，乙酰膽堿酯酶的最大活性與根狀莖對氮的最大同化期相吻合，因此推測乙酰膽堿及其酯酶在根瘤菌與寄主植物的相互作用中發揮作用。乙酰膽堿酯酶也存在於地衣的葉綠體中，主要分布在地衣、真菌和藻類這兩種生物的界面上。乙酰膽堿酯酶的活性在其粉狀芽（soredia）產生孢子時會增加，酶的活性集中在接觸區。乙酰膽堿和乙酰膽堿酯酶參與地衣中這種生物間相互作用的機制可能是通過調節膜對離子的通透性和介導環境光對地衣繁殖的影響來實現的。在 Cleavers 牽牛花中，乙酰膽堿酯酶主要存在於雌蕊柱頭的表面，但也存在於花粉粒和花粉管的頂端。乙酰膽堿的激活劑和拮抗劑以及乙酰膽堿酯酶的抑制劑會影響某些植物的花粉萌發和花粉管伸長。因此推測乙酰膽堿和乙酰膽堿酯酶可能參與了植物柱頭與花粉的相互作用。
作用機制
乙酰膽堿與動物細胞中的受體結合，壹方面直接影響膜對離子的通透性，另壹方面通過第二信使影響各種生理過程。在植物界，雖然乙酰膽堿的受體尚未在生物化學上最終確定，但壹系列藥理學證據表明，植物中確實存在乙酰膽堿的受體。人們對植物中乙酰膽堿與受體結合後發生的事件知之甚少。對乙酰膽堿在植物細胞中作用機理的研究，除了上述零星的研究外，更多的是系統性的研究，只有在 Tretyn 等人對小麥原生質體膨大和幼葉展開的研究中才揭示了壹些細節。
信號轉導
原生質體膨脹 紅光刺激黃化小麥葉綠體中的原生質體體積膨脹，這種刺激作用可以通過隨後的遠紅光照射逆轉，表明這種反應是受光敏劑控制的。紅光對原生質體體積膨脹的刺激作用需要培養基中含有 Ca2+。乙酰膽堿可以代替紅光在黑暗中誘導原生質體膨脹。與紅光誘導的反應不同，乙酰膽堿不僅能在含 Ca2+的培養基中引起原生質體膨脹，還能在含 Na+-或 K+的培養基中引起原生質體膨脹。
除乙酰膽堿外，只有氨基甲酰膽堿能刺激原生質體膨脹，而膽堿、丙酰膽堿和丁酰膽堿則不能。乙酰膽堿酯酶抑制劑毒殺芬能提高原生質體對乙酰膽堿的敏感性。由此可以得出結論，乙酰膽堿能特異性地刺激黃化小麥葉綠體原生質體的膨大
乙酰膽堿受體參與乙酰膽堿誘導的原生質體膨大可通過乙酰膽堿受體的激活劑和抑制劑來確定。尼古丁是乙酰膽堿N型受體的激活劑，在含Na+或K+的培養基中能直接刺激原生質體的擴增，而在含Ca2+的培養基中，尼古丁沒有作用。與這些結果相反，M 型受體的激活劑毒蕈堿能在含 Ca2+ 的培養基中刺激原生質體膨大，而在含 Na+ 或 K+ 的培養基中則沒有作用。使用乙酰膽堿受體抑制劑進行的研究也得出了相同的結論。M 型受體抑制劑阿托品對乙酰膽堿刺激的原生質體在含 Na+-或 K+-培養基中的擴展沒有影響，但抑制乙酰膽堿誘導的原生質體在含 Ca2+-培養基中的擴展。N 型受體抑制劑哌啶對乙酰膽堿刺激的原生質體在含 Ca2+ 培養基中的擴展沒有影響，但抑制乙酰膽堿刺激的原生質體在含 Na+ 或 K2+ 培養基中的擴展。熒光定位技術表明，N型乙酰膽堿受體主要分布在原生質體表面。
在乙酰膽堿誘導的原生質體膨脹過程中，受體接受乙酰膽堿後的信號轉導可能涉及 Ca2+ 和 CaM，因為 Ca2+ 通道抑制劑硝苯地平（NIF）和 La3+ 能完全抑制乙酰膽堿在含 Ca2+ 培養基中誘導的原生質體膨脹。同樣，鈣調蛋白抑制劑和 G 蛋白抑制劑也有這種作用，而這些化合物在含 Na+ 或 K+ 的培養基中沒有作用。
在黑暗中生長 8 d 的小麥幼苗的主葉展開是由光敏色素系統控制的。如果培養基中含有 Ca2+，乙酰膽堿可刺激黑暗中離體葉片的幼葉展開。在不含 Ca2+ 但含有 Na+ 的培養基中，乙酰膽堿也能刺激發黃小麥初生葉的展開。在乙酰膽堿的各種衍生物中，只有氨基甲酰乙酰膽堿能刺激發黃小麥初生葉的展開。乙酰膽堿受體拮抗劑阿托品和 D-莨菪堿分別抵消了乙酰膽堿在含 Ca2+和 Na+培養基中誘導的葉片折疊。乙酰膽堿受體的激活劑毒蕈堿和煙堿分別能在含 Ca2+ 和 Na+ 的培養基中刺激原生質體膨大。Ca2+通道抑制劑硝苯地平和鈣調素抑制劑3-氟-甲基吩噻嗪（三氟拉嗪（TFP））可減輕乙酰膽堿誘導的Ca2+依賴性葉片折疊，其中只有鈣調素抑制劑TFP可抑制乙酰膽堿誘導的黃化小麥原基在含Na+培養基中的折疊。
根據這些結果，可以初步推測乙酰膽堿在植物體內的作用機制可能與動物類似。乙酰膽堿首先與 M 型和 N 型乙酰膽堿受體結合。與動物細胞中壹樣，M 型乙酰膽堿受體可能與磷脂酰肌醇代謝途徑有關，G 蛋白、Ca2+ 通道和鈣調素依次被激活，從而導致生理反應。這兩種途徑可導致原生質體腫脹或葉片張開，彼此獨立。
酶活性
乙酰膽堿在植物體內的作用機制，除了參與調節膜對離子的通透性外，還可能涉及調節植物體內某些酶的活性。乙酰膽堿對兵豆（Lens culinaris）根系生長的抑制作用與體內過氧化物同工酶活性的變化密切相關，它能刺激某些同工酶的活性，抑制另壹些同工酶的活性。
乙酰膽堿本身對植物體內苯丙氨酸氨解酶（PALE）的活性和黃酮類化合物的合成沒有影響，但它能抵消紅光對苯丙氨酸氨解酶活性和黃酮類化合物合成的刺激作用。
對內源生長調節物質的影響 乙酰膽堿能影響植物體內吲哚乙酸和乙烯的代謝。在大豆下胚軸中，乙酰膽堿能抑制吲哚乙酸刺激的乙烯合成，抵消其對大豆下胚軸彎曲伸長的抑制作用，還能抵消乙烯刺激的蕨類植物原絲的生長。乙酰膽堿的這種作用可能是通過影響內源吲哚乙酸和乙烯的水平實現的。用離體大豆葉片進行的實驗表明，乙酰膽堿能抑制組織中乙烯的合成。
乙酰膽堿還可能與內源赤黴素相互作用。它可以部分替代赤黴素誘導黃瓜下胚軸的伸長，還能使植物體內遊離狀態的赤黴素含量增加，這種增加可以被阿托品抵消。
生理活性作用
中樞膽堿能系統與學習和記憶密切相關，乙酰膽堿（ACh）是中樞膽堿能系統中重要的神經遞質之壹，其主要功能是維持意識清醒，在學習和記憶中起著重要作用。
認知活動關系
腦內細胞外乙酰膽堿（ACh）的變化主要反映膽堿能神經元的活動，而大腦皮層和海馬等腦區的ACh主要來源於基底前腦膽堿能神經元的纖維投射。在清醒、自由活動的動物認知過程中，應用微透析和其他技術在體內檢測大腦中乙酰膽堿的含量，可以研究乙酰膽堿與特定行為反應和認知活動之間的關系。研究發現，在學習記憶、空間工作記憶、註意力、自發運動和探索行為等認知活動中，當機體需要分析新刺激時，前腦基底膽堿能神經元會被激活，大腦中乙酰膽堿的釋放也會發生改變。研究結果表明，大腦中膽堿能遞質系統的活動與認知過程密切相關。
帕金森病
帕金森病又稱 "震顫麻痹"，是壹種中樞神經系統的退行性疾病，主要是由於位於中腦黑質的細胞發生病變，多巴胺合成減少，乙酰膽堿的抑制作用降低，乙酰膽堿的興奮作用相對增強。這種失衡的結果就是 "震顫麻痹"。
黑質細胞變性壞死的原因至今不明，可能與遺傳和環境因素有關。有學者認為，蛋白質、水果和奶制品攝入不足，酗酒、外傷、過度勞累和某些精神因素可能是該病的危險因素。多巴胺不明原因的減少導致震顫麻痹，醫學上稱為 "原發性震顫麻痹"，即帕金森病；
人體利用
人的腦組織中有大量的乙酰膽堿，但乙酰膽堿的量會隨著年齡的增長而減少。正常老年人比年輕時下降30%，而老年癡呆癥患者下降更嚴重，可達70%至80%。美國醫生伍特曼觀察到老年人腦組織中乙酰膽堿減少，就給老年人吃富含膽堿的食物，發現對預防記憶力減退有明顯作用。英國和加拿大科學家也進行了研究，壹致認為只要有控制地供給足夠的膽堿，就可避免60歲左右老人記憶力減退。因此，保持和提高大腦中乙酰膽堿的含量，是解決記憶力減退問題的根本途徑。在自然界中，乙酰膽堿以膽堿的狀態存在於蛋、魚、肉和大豆中，在人體內必須經過生化反應才能合成具有生理活性的乙酰膽堿。此外，經常服用蜂王漿可以增加大腦中乙酰膽堿的含量，從而促進激活大腦神經傳導功能，提高信息傳遞速度，增強大腦記憶能力，全面提高大腦功能，並能延緩衰老。[2]
藥理作用
心血管系統
心血管系統 ACh 主要對心血管系統產生以下作用：
乙酰膽堿的合成和在突觸處的作用
（1）血管擴張作用：靜息時註射小劑量本品，可因全身血管擴張而引起血壓短暫下降，同時伴有反射性心率加快。ACh 可使許多血管擴張。例如肺血管和冠狀動脈血管。其擴張血管的作用主要是由於激動血管內皮細胞的 M、膽堿能受體亞型，導致內皮依賴性舒張因子（EDRF）、壹氧化氮（No）的釋放，從而引起鄰近平滑肌細胞的松弛，並可能由壓力感受器或化學感受器反射誘發。如果血管內皮受損，ACh 的上述作用將不復存在，反而會導致血管收縮。此外，ACh 通過激動交感神經末梢突觸前的 M1 受體，抑制去甲腎上腺素能神經末梢釋放 NA，這也與 ACh 的血管擴張作用有關。
（2）減慢心率：又稱負頻效應。ACh可使竇房結舒張期自動除極延遲，復極電流增大，使動作電位達到閾值的時間延長，導致心率減慢。
（3）減慢房室結和浦肯野纖維傳導：即負傳導效應。ACh可延長房室結和浦肯野纖維（Βurkinje纖維）的傳導時間，使其傳導減慢。使用強心苷類藥物增加迷走神經張力或全身使用大劑量膽堿能激動劑時出現的完全性心臟傳導阻滯往往與房室結傳導受到明顯抑制有關。
（4）減弱心肌收縮力：即負性肌力作用。壹般認為，膽堿能神經主要分布於中房結節、房室結節、浦肯野纖維和心房，而心室的膽堿能神經支配較少，故ACh對心房收縮的抑制作用大於心室。然而，由於迷走神經末梢與交感神經末梢相鄰，迷走神經末梢釋放的 ACh 可激動交感神經末梢突觸前 M 膽堿能受體，並反饋性地抑制交感神經末梢釋放去甲腎上腺素。它會減弱心室收縮力。
（5）縮短心房傳導：ACh 不影響心房心肌的傳導速度，但可以縮短心房的起搏和動作電位持續時間（即迷走神經效應）。
胃腸道
乙酰膽堿能顯著興奮胃腸道平滑肌，使收縮幅度、張力和蠕動增加，並促進胃腸分泌，從而引起惡心、噯氣、嘔吐、腹痛和排便。
泌尿道
ACh可增加泌尿道平滑肌蠕動，膀胱逼尿肌收縮，使膀胱最大自主排空壓力增加而使膀胱容量減少，同時使膀胱三角區和外括約肌舒張，導致膀胱排空。
其他
（1）腺體：ACh 可增加淚腺、氣管和支氣管腺、唾液腺、消化腺和汗腺的分泌。
（2）眼睛：當 ACh 局部作用於眼睛時，可使瞳孔收縮並調節近視。
（3）神經節和骨骼肌：乙酰膽堿作用於自主神經節中的NN膽堿能受體和骨骼肌神經肌肉接頭處的NM膽堿能受體，引起交感和副交感神經節的興奮和骨骼肌的收縮。此外，由於腎上腺髓質受交感神經節後纖維支配，NN膽堿受體激動會導致腎上腺素釋放。
（4）中樞：由於乙酰膽堿不易進入中樞，盡管中樞神經系統中存在膽堿能受體，但外周給藥很少產生中樞效應。
（5）支氣管：乙酰膽堿會導致支氣管收縮。
（6）ACh 還能興奮頸動脈體和主動脈體的化學感受器。[3]