グルタミン酸（神経伝達物質）：合成、作用、機能 - 神経心理学 - 2024

グルタミン酸は、脊椎動物における神経系の機能の中で最も豊富な興奮性神経伝達物質です。それはすべての興奮性機能において基本的な役割を果たしており、それはそれが人間の脳のすべてのシナプス接続の90％以上に関連していることを意味します。

生化学的グルタミン酸受容体は、AMPA受容体、NMDA受容体、代謝型グルタミン酸受容体の3つのクラスに分類できます。一部の専門家は、カイニン酸受容体として知られている4番目のタイプを特定します。それらはすべての脳領域に見られますが、一部の領域では特に豊富です。

出典：pixabay.com

グルタミン酸はシナプス可塑性において基本的な役割を果たしています。このため、記憶や学習などの特定の高度な認知機能に特に関連しています。長期増強として知られている特定の形の可塑性は、海馬や皮質などの領域のグルタミン酸作動性シナプスで発生します。

これらすべてに加えて、グルタミン酸は適度な食事療法を通じて摂取した場合、多くの健康上の利点もあります。ただし、集中力が高すぎると、脳レベルと食品の両方に悪影響を与える可能性があります。この記事では、彼についてのすべてをお伝えします。

合成

L-グルタミン酸の構造

グルタミン酸は、多くのタンパク質の主要成分の1つです。このため、人体全体で最も豊富なアミノ酸の1つです。通常の状況下では、食事を通してこの神経伝達物質を十分に得ることができるので、それを合成する必要はありません。

ただし、グルタミン酸は非必須アミノ酸と見なされます。これは、緊急時に、身体が他の物質から代謝する可能性があることを意味します。具体的には、クエン酸からクエン酸回路によって生成されるアルファ-ケトグルタル酸から合成できます。

脳レベルでは、グルタミン酸はそれ自体では血液脳関門を通過することができません。ただし、親和性の高いトランスポートシステムを使用して中枢神経系を通過します。これは、その濃度を調整し、脳液中に見られるこの物質の量を一定に保つのに役立ちます。

中枢神経系では、グルタミン酸は、酵素グルタミナーゼの作用により、「グルタミン酸-グルタミン作動性サイクル」として知られるプロセスでグルタミンから合成されます。これは、シナプス前ニューロンとそれらを囲むグリア細胞の両方で発生する可能性があります。

一方、グルタミン酸はそれ自体、別の非常に重要な神経伝達物質であるGABAの前駆体です。形質転換プロセスは、グルタミン酸デカルボキシラーゼ酵素の作用によって行われます。

作用機序

AMPA受容体は、アミノ末端、リガンド結合ドメイン、および膜貫通ドメイン、PDB 3KG2を示すL-グルタミン酸拮抗薬に結合します。Curtis Neveu Glutamateは、AMPA受容体、NMDA受容体、代謝型グルタミン酸受容体、カイニン酸受容体の4種類の生化学受容体に結合することで、身体に影響を与えます。それらのほとんどは中枢神経系内にあります。

実際、グルタミン酸受容体の大部分はシナプス後細胞の樹状突起にあります。そしてそれらは、シナプス前細胞によってシナプス内空間に放出された分子に結合します。一方、アストロサイトやオリゴデンドロサイトなどの細胞にも存在します。

グルタミン受容体は、イオンチャネル型と代謝型の2つのサブタイプに分類できます。以下では、それぞれの仕組みについて詳しく説明します。

イオンチャネル型受容体

イオンチャネル型受容体。

イオンチャネル型グルタミン酸受容体は、ナトリウム、カリウム、時にはカルシウムイオンがグルタミン酸の結合に反応して脳を通過できるようにするという主要な機能を持っています。結合が起こると、アンタゴニストは受容体の中心孔であるイオンチャネルの直接作用を刺激し、これらの物質の通過を可能にします。

ナトリウム、カリウム、カルシウムイオンの通過は、シナプス後興奮性電流を引き起こします。この電流は脱分極しています。十分な数のグルタミン酸受容体が活性化されると、シナプス後ニューロンの活動電位に到達できます。

すべてのタイプのグルタミン酸受容体は、シナプス後興奮性電流を生成することができます。ただし、この電流の速度と持続時間はそれぞれ異なります。したがって、それらのそれぞれは神経系に異なる影響を与えます。

代謝型受容体

代謝型グルタミン酸受容体は、Gタンパク質受容体のCサブファミリーに属し、3つのグループに分けられ、哺乳類の場合は8つのサブタイプに分けられます。

これらの受容体は、細胞外領域、膜貫通領域、および細胞内領域という3つの異なる部分で構成されています。グルタミン酸分子との結合が発生する場所に応じて、身体または神経系で異なる効果が発生します。

細胞外領域は、グルタミン酸の結合に関与する「Venus flytrap」として知られるモジュールで構成されています。また、システインが豊富な部分があり、膜貫通の部分への電流の変化の伝達に基本的な役割を果たします。

膜貫通領域は7つの領域で構成されており、その主な機能は、細胞外ゾーンと細胞内ゾーンを接続することです。このゾーンでは、タンパク質のカップリングが一般的に発生します。

細胞外領域のグルタミン酸分子の結合により、細胞内領域に到達するタンパク質がリン酸化されます。これは、細胞内の多数の生化学経路とイオンチャネルに影響を与えます。このため、代謝型受容体は非常に広範囲の生理学的影響を引き起こす可能性があります。

中枢神経系外の受容体

グルタミン酸受容体は、この分野の最新の研究によると、5つの基本的なフレーバーの1つである「うま味」を引き出す刺激を受け取る上で重要な役割を果たすと考えられています。このため、このクラスの受容体は舌、特に味蕾に存在することが知られています。

イオンチャネル型グルタミン酸受容体は心臓組織にも存在することが知られていますが、この領域での役割はまだ不明です。「免疫組織化学」として知られている分野は、これらの受容体のいくつかを終末神経、神経節、伝導性繊維、およびいくつかの心筋細胞に配置しています。

一方、膵臓の特定の領域でこれらの受容体の少数を見つけることも可能です。ここでの主な機能は、インスリンやグルカゴンなどの物質の分泌を調節することです。これは、グルタミン酸拮抗薬を使用して糖尿病を調節する可能性に関する研究への扉を開きました。

今日、皮膚には一定量のNMDA受容体があり、刺激して鎮痛効果をもたらすことができることもわかっています。要するに、グルタミン酸は全身に非常に多様な影響を及ぼし、その受容体は全身に存在しています。

特徴

グルタミン酸が哺乳類の脳で最も豊富な神経伝達物質であることはすでに見ています。これは主にそれが私たちの体の多くの機能を果たすという事実によるものです。ここでは、主なものはどれかを説明します。

正常な脳機能をサポート

グルタミン酸は、正常な脳機能を調節する上で最も重要な神経伝達物質です。脳と脊髄の事実上すべての興奮性ニューロンはグルタミン酸作動性です。

グルタミン酸は信号を脳と体全体の両方に送ります。これらのメッセージは、脳の機能の他の多くの側面で二次的な役割を果たすことに加えて、記憶、学習、推論などの機能に役立ちます。

たとえば、今日私たちはグルタミン酸レベルが低いと、新しい記憶を形成することは不可能であることを知っています。さらに、この神経伝達物質の量が異常に少ないと、統合失調症、てんかん、またはうつ病や不安などの精神医学的問題の発作を引き起こす可能性があります。

マウスを用いた研究でさえ、脳内のグルタミン酸の異常に低いレベルが自閉症スペクトラム障害に関連している可能性があることを示しています。

GABAの前身です

グルタミン酸はまた、身体が別の非常に重要な神経伝達物質であるガンマアミノ酪酸（GABA）を形成するために使用するベースでもあります。この物質は、筋収縮に加えて、学習において非常に重要な役割を果たします。また、睡眠やリラクゼーションなどの機能とも関連しています。

消化器系の機能を改善します

グルタミン酸は食物から吸収される可能性があり、この神経伝達物質は消化器系の細胞の主要なエネルギー源であり、体のこの部分でのアミノ酸合成の重要な基質でもあります。

食品中のグルタミン酸は、体全体にいくつかの基本的な反応を引き起こします。たとえば、消化器系でのセロトニンの生成が促進されるように、迷走神経を活性化します。これは、排便を促し、体温とエネルギー産生を増加させます。

いくつかの研究は、経口グルタミン酸サプリメントの使用がこの点で問題のある患者の消化を改善できることを示しています。さらに、この物質は胃壁を特定の薬の有害な影響から保護することもできます。

食欲と満腹のサイクルを調節します

この効果がどのように発生するかは正確にはわかりませんが、グルタミン酸は食欲回路と満腹感に非常に重要な調節効果があります。

したがって、食品に含まれていると、空腹感が増し、より多くの食事が欲しくなります。でもそれは私たちがそれを取った後、私たちをより満足させます。

免疫システムを改善する

免疫系の細胞のいくつかはグルタミン酸受容体も持っています。例えば、T細胞、B細胞、マクロファージ、樹状細胞など。これは、この神経伝達物質が自然免疫系と適応免疫系の両方で重要な役割を果たすことを示唆しています。

この物質を薬として使用するいくつかの研究は、それが癌や細菌感染症などの病気に非常に有益な効果をもたらすことができることを示しました。さらに、アルツハイマー病などの神経変性疾患からもある程度保護するようです。

筋肉と骨の機能を改善

今日、私たちはグルタミン酸が骨の成長と発達、そしてそれらの健康を維持する上で基本的な役割を果たすことを知っています。

この物質は破骨細胞などの骨を劣化させる細胞の出現を防ぎます。そしてそれは人間の骨粗しょう症のような病気を治療するために使用できます。

一方、グルタミン酸は筋肉機能に基本的な役割を果たすこともわかっています。たとえば、運動中、この神経伝達物質は筋繊維にエネルギーを供給し、グルタチオンを生成する役割を果たします。

長寿を高めるかもしれません

最後に、いくつかの最近の研究は、グルタミン酸が細胞の老化プロセスに非常に有益な影響を与える可能性があることを示唆しています。ヒトでの試験はまだ行われていませんが、動物実験では、食事中のこの物質の増加により死亡率が低下する可能性があることが示されています。

この効果は、グルタミン酸が細胞老化の症状の発症を遅らせるためであると考えられています。

危険

脳や体でグルタミン酸の自然なレベルが変化すると、あらゆる種類の問題に苦しむ可能性があります。これは、体内に必要な量よりも少ない物質がある場合、またはレベルが誇張された方法で上昇した場合に発生します。

したがって、たとえば、体内のグルタミン酸レベルの変化は、うつ病、不安症、統合失調症などの精神障害と関連しています。さらに、それは自閉症、アルツハイマー病およびあらゆる種類の神経変性疾患にも関連しているようです。

一方、身体的レベルでは、この物質の過剰は肥満、癌、糖尿病、筋萎縮性側索硬化症などの問題と関連しているようです。また、筋肉や骨など、体の特定の構成要素の健康に非常に有害な影響を与える可能性があります。

これらすべての危険性は、一方では、食事中の過剰な純粋なグルタミン酸（グルタミン酸ナトリウムの形で、血液脳関門を通過できると思われる）に関連しています。加えて、彼らはまた、この同じ障壁の過剰な多孔性と関係があるはずです。

結論

グルタミン酸は私たちの体で生産される最も重要な物質の一つであり、あらゆる種類の機能とプロセスにおいて基本的な役割を果たしています。そして

この記事では、そのしくみとその主な利点について学びました。しかし、それが私たちの体内で高すぎる量で見つかると、それが持つ危険も。

参考文献

1. 「グルタミン酸とは何ですか？「グルタミン酸神経伝達物質の機能、経路、興奮の調査」：Neurohacker。取得日：Neurohacker：neurohacker.comから2019年2月26日。
2. 「グルタミン酸作動性システムの概要」：国立バイオテクノロジー情報センター。取得日：2019年2月26日、国立バイオテクノロジー情報センター：ncbi.nlm.nih.gov。
3. ウィキペディアの「グルタミン酸受容体」。取得日：2019年2月26日、Wikipedia：en.wikipedia.org。
4. 「グルタミン酸の8つの重要な役割+なぜそれが過剰に悪いのか」：自己ハッキング。取得日：2019年2月26日、Self Hacked：selfhacked.com。
5. ウィキペディアの「グルタミン酸（神経伝達物質）」。取得日：2019年2月26日、Wikipedia：en.wikipedia.org。