انتقال‌دهنده‌های عصبی و نقش آن‌ها در بدن

سیستم عصبی، به وسیله‌ی انتقال اطلاعات هم در داخل سلول‌ها و هم بین سلول‌ها  اطلاعات حسی را پردازش و رفتار را کنترل می‌کند. سلول‌های اصلی درگیر در پردازش اطلاعات، نورون‌ها هستند. به محل اتصال یک نورون با نورون دیگر سیناپس گفته می‌شود که از طریق آن نورون‌ها می‌توانند اطلاعات را به نورون بعدی منتقل کنند. به طور کلی، اطلاعات به صورت الکتریکی در نورون ها و به صورت شیمیایی (از طریق سیناپس‌های شیمیایی و ‌توسط انتقال دهنده‌های عصبی) بین نورون‌ها منتقل می شوند. (علاوه بر سیناپس های شیمیایی که اکثر سیناپس‌ها را تشکیل می‌دهند، سیناپس های الکتریکی نیز وجود دارند که جریان یون ها را بین سلول ها امکان پذیر می کنند.)

به سلولی که برای انتقال پیام به نورون بعدی، انتقال دهنده‌ی عصبی را از خود آزاد میکند نورون پیش سیناپسی می‌گویند. پس از آزاد شدن انتقال دهنده‌های عصبی، سلول پس سیناپسی که حاوی گیرنده های انتقال دهنده عصبی است اطلاعات را دریافت می‌کند و دوباره اطلاعات به صورت الکتریکی در این نورون جریان می‌یابند.

اتو لووی، اولین انتقال دهنده عصبی را در سال 1926 کشف کرد. او نشان داد استیل کولین یک سیگنال شیمیایی را از عصب واگ به قلب منتقل می‌کند که باعث کاهش ریتم قلب می‌شود. انتقال دهنده های عصبی توسط واکنش‌های شیمیایی در نورون‌ها تولید می‌شوند و پس از آن، توسط اگزوسیتوز از نورون پیش سیناپسی خارج می‌شوند. انتقال دهنده‌های عصبی پس از ادغام با گیرنده‌ها که روی غشای پس سیناپسی یا روی غشای سلول های گیرنده قرار دارند، در مقیاس فمتوثانیه تجزیه می شود تا امکان واکنش گیرنده با انتقال دهنده عصبی بعدی را فراهم کنند. دو مسیر تخریب وجود دارد، برخی از انتقال دهنده های عصبی به وسیله‌ی نورون پیش سیناپسی توسط اندوسیتوز بازیافت می‌شوند و بقیه توسط آنزیم ها تجزیه می شوند.

تاثیر انتقال دهنده‌های عصبی روی نورون پس سیناپسی براساس نوع گیرنده و نوع انتقال دهنده‌ی عصبی می‌تواند تحریکی یا مهاری باشد. درواقع تحریک سلول و ایمپالس‌های عصبی با افزایش بار الکتریکی درون سلول (دپولاریزاسیون) و بازگشت سلول به حالت استراحت با کاهش مجدد بار الکتریکی سلول (رپولاریزاسیون) همراه است. در نتیجه انتقال دهنده‌های عصبی‌ای که تاثیرشان بر سلول پس سیناپسی، ورود بیشتر یون‌های مثبت یا کاهش ورود یون‌های منفی باشد اثر تحریکی دارند و همینطور اگر باعث کاهش یون‌های مثبت درون سلول یا افزایش یون‌های منفی شود اثر مهاری دارد. به عنوان مثال، گلیسین، GABA و تورین جزو نوروترنسمیترهای مهاری هستند.

در این مطلب انتقال‌دهنده‌های عصبی را بر اساس ساختار شیمیایی و عملکردشان به هشت گروه یعنی ایندول آمین‌ها، کاتکولامین‌ها، کولین، اسیدهای آمینه، پپتیدها، پورین‌ها، گازها و سایر انتقال‌دهنده‌های عصبی از جمله لیپیدها تقسیم می‌کنیم.

ایندول‌آمین‌ها و کاتکولایمن‌ها، گروه مونو‌آمین‌ها را تشکیل می‌دهند. ایندول‌آمین‌ها که به طور گسترده در گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم‌ها یافت می‌شوند، در اکثر مواقع از هیدروکسیلاسیون اسیدهای آمینه معطر در نورون ها تولید می شوند.

5-هیدروکسی تریپتامین (سروتونین) یکی از انواع اصلی ایندول آمین است که توسط هیدروکسیلاسیون تریپتوفان تولید می‌شود. مشخص شده است که سروتونین دارای اثرات تنظیمی بر خلق و خو، کنترل حرکت و حافظه است و همینطور سطح ناکافی این نوروترنسمیتر می‌تواند منجر به شروع پارکینسون شود.

سروتونین در روشنایی توسط آنزیم‌های منوآمین‌اکسیداز به 5-هیدروکسی اندول استیک اسید تبدیل می‌شود که محصول دفعی این نوروترنسمیتر است. اما در تاریکی به ملاتونین تبدیل می‌شود که مولکول القا کننده‌ی خواب است.

هیستامین نوع دیگری از نوروترنسمیترهای این گروه است که غلظت غیر طبیعی آن یکی از علل بیماری آلزایمر و چندین اختلال شناختی دیگر است. نقش هیستامین و گیرنده‌های آن در برخی از فرآیندهای مغزی خاص مانند شناخت و اکتشاف محیطی جدید مشخص شده است. علاوه بر این، بر اساس مطالعات، هیستامین در فرآیندهای اساسی بهبود عملکرد مغز پس از آسیب نقش دارد.

 کاتکولامین ها، از هیدروکسیلاسیون تیروزین به دست می‌آیند. کاتکول‌آمین‌های رایج عبارتند از دوپامین، اپی‌نفرین (آدرنالین) و نوراپی نفرین (نورآدرنالین) که این ترکیبات برای سازگاری با استرس‌های حاد و مزمن مورد نیاز هستند. دوپامین نقش تنظیمی در بیماری های پارکینسون، حرکت، اعتیاد به مواد مخدر، حافظه و پیری مغز دارد. نوراپی‌نفرین نه تنها خواب و بیداری را تنظیم می کند، بلکه با پارکینسون، افسردگی و اضطراب نیز ارتباط دارد و همینطور در افزایش سطح هوشیاری فرد نقش دارد. آدرنالین عرضه گلوکز را افزایش می دهد و ممکن است با پارکینسون، سپسیس و آلرژی مرتبط باشد.

کولین نقش های متعددی در بدن دارد، به عنوان مثال یک جزء غشایی است و در مواردی مانند رشد مغز و بهبود توانایی حافظه، آپوپتوز سلولی و هماهنگ کردن شبکه های عصبی در بسیاری از مناطق مغز مرتبط با یادگیری و شناخت فعالیت دارد. غلظت غیر طبیعی کولین با بسیاری از اختلالات مغزی مانند اختلال افسردگی، بیماری آلزایمر، پارکینسون و بیماری هانتینگتون مرتبط است. در نورون‌ها استیل کولین از کولین و استیل-CoA به کمک آنزیم کولین استیل ترانسفراز سنتز می شود.

اسیدهای آمینه که پپتیدها و پروتئین‌ها را می‌سازند، گروه دیگری از نوروترنسمیترها هستند. گاما آمینه بوتیریک اسید (GABA)، گلوتامات، گلوتامین، گلیسین و آسپارتات در این گروه قرار دارند. ناهنجاری در آمینو اسیدهای مغز در اختلالات عصبی روانی مختلف مانند اختلال خواب، اختلال وسواس فکری جبری، اوتیسم، اختلال عاطفی و اعتیاد نقش دارد. ترشح بیش از حد گلوتامات یا تحریک گابا ممکن است منجر به تشنج شود.

گلوتامات، یک انتقال دهنده عصبی تحریکی رایج در سیستم عصبی است و باعث دپلاریزاسیون سلول‌های هدف می‌شود، همچنین با حافظه، یادگیری و برخی بیماری‌های عصبی مرتبط است. علاوه بر این، GABA و گلیسین رایج‌ترین انتقال‌دهنده‌های عصبی مهاری در مغز و نخاع هستند و باعث هیپرپلاریزه شدن سلول‌های هدف می‌شوند. علاوه بر صرع، این اسیدهای آمینه در خلق و خو و اضطراب نیز نقش دارند.

نوروپپتیدها که اندازه‌ی مولکولی بزرگتری نسبت به سایر گروه‌ها دارند معمولا آهسته‌تر عمل می‌کنند و فعالیت‌های طولانی مدت‌تری دارند، مانند تغییرات طولانی مدت تعداد گیرنده‌های نورونی یا باز کردن یا بستن کانال‌های یونی به مدت طولانی. اعضای این گروه یا از هیپوتالاموس آزاد می‌شوند (مانند سوماتواستاتین)، یا از هیپوفیز آزاد می‌شوند (مانند هورمون آدرنوکورتیکوتروپین (ACTH))، یا بر روده و مغز اثر دارند (مانند ماده P، گاسترین و انکفالین) و یا از سایر بافت ها آزاد می‌شوند (مانند پپتیدهای خواب).

این نوروترنسمیترها انواع عملکردهای فیزیولوژیکی بدن مانند درک درد، خواب، خلق و خو، یادگیری و حافظه را تنظیم می‌کنند. علاوه بر این، تمایز و توسعه خود سیستم عصبی توسط نوروپپتیدها تنظیم می‌شود. چندین مطالعه بالینی بر نقش گلوتاتیون در بیماری‌های مختلف، از جمله بیماری آلزایمر و بیماری هانتینگتون متمرکز شده‌اند. متیونین-انکفالین با انگیزه و درد مرتبط است. در نهایت، این پپتیدها توسط پپتیداز تکه تکه شده و دستخوش تغییر می‌شوند.

پورین‌ها ترکیبات هتروسیکلیک حاوی نیتروژن هستند. آدنین و گوانین انواع اصلی اسید نوکلئیک حاوی پورین هستند. این مواد نقش مهمی در مهار آزاد شدن انتقال دهنده‌های عصبی دارند. برخی بیماری‌های عصبی ممکن است به غلظت کم ATP مرتبط باشد. آدنین که محصول جانبی کاتابولیسم ATP است، انتقال عصبی و سیستم ایمنی را تعدیل می کند و سطح آن در بسیاری از بیماری‌ها مانند صرع و تومور تغییر می‌کند.

تعدادی از انتقال‌دهنده‌های عصبی مختلف در این گروه‌های انتقال‌دهنده عصبی که توضیح داده شد، قرار نمی‌گیرند، مانند لیپیدها و گازها، از جمله NO، H2S و CO.

NO یک انتقال دهنده عصبی مهارکننده در دستگاه گوارش است که به عنوان یک شل کننده قوی برای عضلات صاف دستگاه گوارش عمل می کند. H2S به عنوان یک شل کننده عروق فیزیولوژیک، می‌تواند واسطه بیماری‌های تخریب عصبی باشد. CO به طور کلی سمی در نظر گرفته می شود زیرا به هموگلوبین متصل می شود، اما با التهاب و اتساع عروق نیز ارتباط دارد. علاوه بر این CO به دلیل تأثیر بالقوه آن در بروز بیماری آلزایمر یکی از انتقال دهنده‌های عصبی مهم است.

به طور کلی گیرنده‌های انتقال‌دهنده عصبی و سایر پروتئین‌های دخیل در سنتز و غیرفعال‌سازی انتقال‌دهنده‌های عصبی، اهداف حیاتی برای توسعه داروهایی هستند که برای درمان اختلالات روان‌پزشکی و عصبی، درد و بسیاری از بیماری‌ها به کار می‌روند. علاوه بر این، مواد طبیعی مانند کوکائین، مواد افیونی، نیکوتین، الکل و ال‌اس‌دی که می‌توانند عملکرد انتقال‌دهنده‌های عصبی را تقلید کنند یا با آن تداخل کنند، تأثیرات قوی بر رفتار انسان دارند در نتیجه مطالعه و اندازه‌گیری دقیق این بیومولکول‌ها برای اطالاعات بیشتر الزامی به نظر می‌رسد.

منابع:

1. Su Y , Bian S , Sawan M . Real-time in vivo detection techniques for neurotransmitters: a review. Analyst. 2020 Sep 28;145(19):6193-6210. doi: 10.1039/d0an01175d. PMID: 32808603.
2. Hyman SE. Neurotransmitters. Curr Biol. 2005 Mar 8;15(5):R154-8. doi: 10.1016/j.cub.2005.02.037. PMID: 15753022.
3. Zarrindast MR. Neurotransmitters and cognition. EXS. 2006;98:5-39. doi: 10.1007/978-3-7643-7772-4_2. PMID: 17019881.
4. harper biochemistry 32nd edition
5. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, 14th Edition