乙酰胆碱对心肌和平滑肌的生理作用机制

第31卷第2期 唐山师范学院学报 2009年3月 Vol. 31 No. 2 Journal of Tangshan Teachers College Mar. 2009

乙酰胆碱对心肌和平滑肌的生理作用机制

郑素玲1，王淑元2，王亚亚1

（1.唐山师范学院 生命科学系，河北 唐山 063000；2.唐山市第三十八中学，河北 唐山 063000）

摘 要：乙酰胆碱（acetylcholine. Ach）对心肌和胃肠道平滑肌的生理效应差异显著，Ach引起心肌产生负性的变时、变力、变传导反应，却使胃肠平滑肌兴奋收缩；心肌和胃肠道平滑肌分布着多种Ach受体，心肌的主要功能受体为M2，胃肠平滑肌的主要功能受体为M3。

关键词：乙酰胆碱：毒蕈碱：M受体：G蛋白 中图分类号： R962

文献标识码：A

文章编号：1009-9115(2009)02-0075-02

Physiological Mechanism of Acetylcholine on Myocardial and Smooth Muscle

ZHENG Su-ling1, WANG Shu-yuan2, WANG Ya-ya1

(1. Department of Life Science, Tangshan Teachers College, Tangshan Hebei 063000, China;

2. No.38 Middle School of Tangshan, Tangshan Hebei 063000, China)

Abstract: Significantly different physiological effects of acetylcholine on cardiac and gastrointestinal smooth muscle were found. Acetylcholine caused negative inotropic, chronotropic, dromotropic response in myocardial acetylcholine, while casused excitation and contraction in gastrointestinal smooth muscle. A variety of M-receptors distributed in myocardial and gastrointestinal smooth muscle. The major functional receptor was M2 receptor in myocardium and M3 receptor in gastrointestinal smooth muscle.

Key words: acetylcholine; Muscarine; M-receptor; G-protein

1921年Otto Loewi发表了经典的双心实验，第一个清楚地证明了迷走神经释放的化学物质对突触传递的化学介导作用[1]。这种化学物质后来被分离，并且是第一个被定义的神经递质——乙酰胆碱（acetylcholine. Ach）。迷走神经兴奋，末梢释放的Ach作用到所支配的效应器官心脏和胃肠道时，可使心脏发生负性变时、负性变力和负性变传导的作用即抑制作用；而在胃肠道，Ach却导致胃肠平滑肌的兴奋与收缩。为什么同是乙酰胆碱，作用到不同的效应器官引起的生理反应有如此大的差异？

近年来随着分子生物学技术的进步，很多学者在多种动物的心肌和平滑肌细胞膜上发现了不同种类的Ach受体，它正是由于分布在心肌和平们同属于G蛋白偶联受体家族[2]。

滑肌细胞膜上Ach受体种类的不同，导致了迷走神经兴奋后，末梢释放的Ach引起的生理效应差异显著，即出现了心肌活动被抑制，平滑肌却兴奋收缩的现象。

1 M受体的种类

Ach是胆碱能神经系统的递质，与Ach结合的受体称为

乙酰胆碱受体（Ach-R）。依据受体结构和对药物反应的不同，Ach受体分为两大类：毒蕈碱型Ach受体（M受体），烟碱型Ach受体（N受体）。

M受体主要分布在副交感神经节后纤维所支配的效应器细胞，如心脏、胃肠平滑肌、瞳孔括约肌、消化腺等。目前M受体家族已较明确地按药理分型为M1，M2，M3，M4等4种受体，或按分子生物学分为m1，m2，m3，m4，m5等5种受体，其中M1和m1被认为是同一种物质，M2和m2被认为是同一种物质，M3和m3被认为是同一种物质[1]；m4的基因 产物也与M4一致。m5尚未找到与之相对应的药理学分型[3]。

哺乳动物M受体的亚型可多种并存，功能上以某种亚型为主，其他亚型起一定的辅助作用。

1.1 心肌中的 M受体

长期以来，M2受体一直被认为是哺乳动物心肌M受体的唯一功能性亚型[4]，用于调节心率和心脏的收缩力，控制动作电位。最近的研究表明，心肌细胞上，还存在多种M受体亚型，在小鸡心肌细胞中发现了M2，M3，M4亚型的

────────── 收稿日期：2008-12-23

作者简介：郑素玲（1962-），女，河北唐山人，唐山师范学院生物系副教授，研究方向为动物生理。 -75-

第31卷第2期 唐山师范学院学报 2009年3月

mRNA，Sharma等提出在大鼠心脏还存在M1亚型，国外有专家提出犬心肌细胞中存在M3受体亚型。目前多数学者认为，心肌细胞中至少存在M1、M2和M3三种亚型的受体，M2与心肌收缩有关，M3具有延迟性外向M1导致心率下降，

整流K+电流的除极化和内在整流K+电流的超极化性质。

1.2 胃肠道平滑肌中的 M受体

M受体广泛分布在全身各平滑肌中，包括胃肠道，它在维持全身平滑肌收缩状态时起主要作用，分布在平滑肌纤维其中前者数量占75%-80%，膜上的M受体主要是M2和M3，，后二者肌醇水解成三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）作为第二信使分别导致肌浆网贮存钙离子的释放和刺激底物蛋白发生磷酸化。

IP3引起肌浆网中钙离子的释放是通过作用于肌浆网膜上的受体——钙通道实现的，Ca2+的释放启动了Ca2+信号系统，激活CaM（钙调素），Ca2+.CaM继而与肌球蛋白轻链激酶结合为三元体而使其激活，肌球蛋白头部ATP酶活性增加，收缩力量增强，最后导致胃肠平滑肌收缩。DG的靶分子是PKC（蛋白激酶C），PKC的细胞除了刺激底物蛋白发生磷酸但M3是主要的功能受体[5]。 2 作用机制

M受体属于G蛋白偶联受体家族，是一种糖蛋白；α与β肾上腺素受体、视网膜视紫红质受体、嗅觉受体等都属于G蛋白耦合型受体，这类受体须与G蛋白偶联才能产生胞内信使如cAMP、cGMP、DG、IP3等，将信号传到胞内[6]。研究发现，M受体兴奋后可有4种类型的反应：①腺苷酸环化酶被抑制；②鸟苷酸环化酶系统被激活；③膜电位的变化；④磷脂酰肌醇代谢增强。

哺乳动物的5种M受体的氨基酸序列很相似，共有一段长约145个氨基酸的区域，差异主要表现在胞浆环（i3环），受体在此与G蛋白结合而引起一系列生理生化反应。依据M受体亚型i3环的结构和生物效应的异同，人们把M受体又分成两大类，其中m1，m3，m5的i3环的结构和信号传导途径相似，与对百日咳毒素（pertussis toxin , PTX）不敏感的G蛋白偶联，主要与磷酸肌醇代谢有关。而m2，m4与对PTX敏感的G蛋白偶联，主要与腺苷酸环化酶的抑制有关。

2.1 心肌

当支配心肌的副交感神经兴奋时，其末梢释放的Ach作用到心肌膜上的M受体，激活M1受体，导致心率下降。其主要生理机制是，经Gq蛋白引起Ca2+依赖性K+和Cl-通道开放，使细胞膜发生超极化，静息电位水平下降，兴奋性减低。由于K+通道开放，K+外流增加，造成4期自动去极化程度减低，反应性和自律性均下降。这是G蛋白直接同离子通道本身发生的交互作用；这也可能是其与通道紧密联系的某些未知的调节蛋白发生作用的结果[7]。

M2受体被认为是通过Gs蛋白抑制腺苷酸环化酶，使cAMP生成减少，导致蛋白激酶的活性下降，从而使心肌细胞膜上Ca2+传导下降，由于心肌细胞的收缩对细胞外液的Ca2+浓度具有依赖性，故Ca2+内流的减少使心脏收缩力降低

[8]

。总之，Ach使心脏的兴奋性、传导性、收缩性均产生了负性的变化，最终心脏活动产生抑制性效果。

2.2 胃肠平滑肌

由于M3是胃肠平滑肌的主要功能受体，激活M3受体，

通过偶联磷脂酶C的G蛋白（GP），导致4,5-二磷酸磷脂酰

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化，还对胃肠平滑肌细胞的Ca2+稳态具有重要作用[9]。

当支配胃肠平滑肌的迷走神经末梢释放Ach，作用到平滑肌膜上的M3受体，M3受体耦联GP，使胞内IP3 和DG第二信使浓度上升，进而引起Ca2+释放和底物蛋白发生磷酸化，激发平滑肌产生收缩效应。尽管M2受体在平滑肌分布上占优势，但它在平滑肌收缩中的作用一直不很清楚，直到最近才认为它在调节平滑肌对β肾上腺素激动剂所引起的松弛反应中可能起着潜在的作用。当激活M2受体，偶联抑制性G蛋白，直接抑制腺苷酸环化酶活性，使cAMP生成减少，从而激活β肾上腺素受体的调节途径，调节平滑肌收缩状态。

随着对M受体研究的深入，M受体与G蛋白的偶联机制以及在心肌、平滑肌中的信号转导作用会越来越清楚；乙酰胆碱对心肌和平滑肌生理作用的机制也会愈来愈完善。

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（责任编辑、校对：李春香）