아세틸콜린

아세틸콜린(acetylcholine)은 여러 동물에서 신경전달물질(neurotransmitter)로 사용되는 화학물질이다. 아세틸콜린을 분비하거나 이용하는 것을 콜린성(cholinergic)이라고 부르며, 아세틸콜린의 작용을 방해하는 것을 항콜린성(anticholinergic)이라고 부른다.

목차

그림 1. 우리 뇌의 콜린성 경로 ()

콜린성 뉴런(cholinergic neuron)은 중추신경계에서 몇 군데에 모여 있는데, 전뇌 기저부(basal forebrain)에 위치한 브로카 대각섬유줄(diagonal band of Broca), 메이너트 기저핵(nucleus basalis of Meynert)등과 뇌각뇌교핵(pedunculopontine nucleus), 대뇌다리사이핵(interpeduncular nucleus) 등이 그 예이다. 이 몇 군데의 콜린성 뉴런 무리들에서 뇌의 모든 곳으로 아세틸콜린을 공급하게 된다(그림 1).

그림 2. 콜린성 시냅스에서 아세틸콜린의 생합성과 분비 ()

아세틸콜린은 콜린성 뉴런(cholinergic neuron)에서 콜린(choline)과 아세틸-CoA(acetyl-CoA)으로부터 콜린아세틸전환효소(choline acetyltransferase)라는 효소를 이용하여 합성할 수 있다(그림 2).

분비된 아세틸콜린은 아세틸콜린에스테라제(acetylcholinesterase)에 의해 비활성화된 대사체인 콜린과 아세테이트로 분해된다. 아세틸콜린에스테라제는 시냅스 틈(synaptic cleft)에 높은 농도로 존재하고 있으며, 골격근의 정상적인 기능을 위해 시냅스 틈의 아세틸콜린을 빠른 속도로 제거하는 역할을 한다(그림 2). 어떤 신경독(예, VX 가스, 사린)은 아세틸콜린에스테라제를 억제하여 신경근접합부 시냅스 틈의 아세틸콜린 농도를 높임으로써 호흡근의 마비를 유발하거나 심장근의 박동을 멈추기도 한다.

아세틸콜린은 중추신경계와 말초신경계에서 두루 기능을 수행한다.

아세틸콜린의 세포에 대한 효과는 무스카린성 아세틸콜린 수용체(muscarinic acetylcholine receptor)와, 니코틴성 아세틸콜린 수용체(nicotinic acetylcholine receptor)를 통하여 나타난다. 무스카린성 아세틸콜린 수용체는 G 단백 결합 수용체(G protein-coupled receptor, GPCR)이며 모두 다섯 종류(M1~M5)가 있다. M1, M3, M5 수용체는 G_q 단백과, M2, M4 수용체는 G_i/G_o 단백과 결합하여 각각의 신호전달경로를 활성화시킨다. 한편, 니코틴성 아세틸콜린 수용체는 리간드 의존성 이온통로(ligand-gated ion channel 또는 이온성 수용체, ionotropic receptor)로서 아세틸콜린이 수용체에 결합하면 이온통로가 열려 양이온을 비선택적으로 투과시킨다(비선택성 양이온통로, non-selective cation channel).

신경근접합부(neuromuscular junction)를 구성하는 운동신경 말단에서 아세틸콜린이 분비되고, 이는 근육막에 있는 니코틴성 아세틸콜린 수용체에 결합하여 막전압을 탈분극시키는데, 이를 종판전압이라고 하며, 이러한 기전으로 운동신경 자극이 골격근의 수축을 유발할 수 있다.

자율신경계(autonomic nervous system)는 교감신경계(sympathetic nervous system)과 부교감신경계(parasympathetic nervous system)로 구성된다. 양쪽 모두 신경절이전 뉴런(preganglionic neuron)은 신경전달물질로 아세틸콜린을 이용하며, 부교감신경계의 경우 신경절이후 뉴런(postganglionic neuron) 역시 아세틸콜린을 신경전달물질로 이용한다. 자율신경절(autonomic ganglion)에서 신경절이전 뉴런으로부터 분비된 아세틸콜린은 신경절이후 뉴런 세포막에 발현된 니코틴성 아세틸콜린 수용체에 결합하여 전기 신호를 전달한다. 부교감신경계 신경절이후 뉴런 말단에서 표적 장기로 분비된 아세틸콜린은 주로 무스카린성 아세틸콜린 수용체에 결합하여 효과를 나타낸다.

중추신경계(central nervous system)에서 아세틸콜린은 시냅스 가소성(synaptic plasticity), 각성(arousal), 보상 기전(reward), 학습과 기억(learning and memory) 등을 조절하는 데 기여한다. 콜린성 시스템이 망가지는 것과 알츠하이머 병(Alzheimer's disease)에서 보이는 기억 장애가 서로 연관되어 있다는 것이 보고되기도 하였다. 뇌간과 전뇌 기저부에 콜린성 뉴런들이 위치하고 있다.

아세틸콜린 수용체(acetylcholine receptor), 콜린성 뉴런(cholinergic neuron)