스트레스 생리학 (3) 신경전달물질과 아드레날린 수용체와 아세틸콜린 수용체의 종류와 기능

6. 신경전달물질과 수용체

(1) 수용체란?

수용체(receptor, 受容體)란 세포막에 존재하며 신경전달물질이나 호르몬의 작용을 받아 선택적으로 자극을 세포로 전달하는 물질을 가리킵니다. 수용체는 특정한 구조를 갖고 있는 단백질인 경우가 대부분입니다.

아드레날린(에피네프린)과 노르아드레날린(노르에피네프린)의 작용을 받는 수용체를 아드레날린 수용체adrenergic receptor = adrenoceptors라고 합니다.

아세틸콜린의 작용을 받는 수용체를 아세틸콜린 수용체acetylcholine receptor라고 합니다.

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같은 신경전달물질이나 호르몬의 작용을 받아도 어떤 수용체와 결합하는가에 따라 해당 기관의 반응이 반대로 나타날 수 있습니다. 예를 들어 혈관에 분포되어 있는 교감신경말단에서 노르에피네프린이 분비될 때 베타2 수용체와 결합하면 혈관이 이완되지만 알파1 수용체와 결합하면 혈관이 수축합니다. 이때 어떤 수용체와 결합할 것인지는 해당 기관에 분포되어 있는 수용체의 종류와 호르몬 농도에 따라 달라집니다. 여기에 대해서는 다음 글에서 자세하게 알아보겠습니다.

(2) 신경전달물질이란?

신경전달물질은 시냅스(신경 접합 부위)에서 신경세포 사이에 신호를 전달하는 매개물질입니다. 신경전달물질은 시냅스전 신경세포에서 합성되어 축삭 말단에서 방출되고 시냅스후 세포에 존재하는 수용체와 결합해서 새로운 신호를 발생시켜 신경세포, 골격근, 평활근, 분비세포 등을 조절합니다.

[그림] 신경전달물질과 수용체

 

골격근에 분포된 체성신경의 신경전달물질은 아세틸콜린 입니다. 골격근에는 아세틸콜린 수용체 중 니코틴수용체가 있습니다.

교감신경과 부교감신경 모두 신경절전 신경세포가 분비하는 신경전달물질은 아세틸콜린입니다. 신경절전에서는 교감신경, 부교감신경 모두 니코틴 수용체가 아세틸콜린을 받습니다.

신경절후 신경세포에서 분비하는 신경전달물질은 교감신경과 부교감신경이 다릅니다. 보통 교감신경 말단에서는 신경전달물질로 노르에피네프린이 분비되고, 부교감신경 말단에서는 신경전달물질로 아세틸콜린이 분비됩니다. 교감신경 말단에서 분비되는 노르에피네프린은 아드레날린 수용체가 받고, 부교감신경 말단에서 분비되는 아세틸콜린은 무스카린 수용체가 받습니다.

인체의 장기들은 교감신경이건 부교감신경이건 신경절을 거친 신경섬유의 지배를 받습니다. 예외적으로 부신수질에 연결된 교감신경 섬유는 끊어지지 않고 부신수질까지 도착하며, 부신은 다른 신경절후 신경세포처럼 아세틸콜린의 자극을 받아 에피네프린과 노르에피네프린을 혈액으로 분비합니다. 이 때 부신수질에서 분비되는 에피네프린과 노르에피네프린의 비율은 약 4:1로 에피네프린이 더 많습니다. 노르에피네프린은 신경말단에서 분비될 때는 신경전달물질로서 기능하고 혈액으로 유입된 후에는 에피네프린과 같이 호르몬으로 기능합니다.

(3) 아드레날린 수용체

에피네프린은 자체 수용체가 없습니다. 대신 화학성분이 노르에피네프린과 매우 유사하기 때문에 에피네프린은 뇌와 말초 모두에서 노르에피네프린 수용체와 결합합니다. 이 에피네프린과 노르에피네프린의 작용을 받는 수용체를 아드레날린 수용체라고 합니다.

아드레날린 수용체는 기능에 따라 α와 β로 나뉘고 α와 β는 각각 α1, α2와 β1, β2, β3으로 나뉩니다. α1과 α2는 다시 α1A, α1B, α1D와 α2A, α2B, α2C로 나뉩니다. 여기서는 α1, α2와 β1, β2, β3의 개략적인 작용을 살펴보겠습니다.

α1 수용체는 주로 평활근에 분포하며 평활근을 수축시킵니다. 평활근은 민무늬근smooth muscle이며 뼈에 붙어있는 횡문근striated muscle과 달리 속이 빈 기관에 분포되어 있는 근육입니다. 심근 외의 모든 내장기관의 근육에 해당합니다.

 

인체의 평활근 종류는 다음과 같습니다.
기관지
혈관(동맥, 정맥), 림프관
소화관
조임근(괄약근)
자궁, 나팔관, 클리토리스, 음낭, 정관, 음경
요관, 방광, 요도
동공확대근, 동공축소근, 섬모체근

교감신경 말단에서 노르에피네프린이 분비되면 α1 아드레날린 수용체의 작용을 받아 평활근이 수축합니다. 반대로 β2 수용체의 작용을 받으면 평활근이 이완합니다. 이때 대부분의 혈관과 소화관 등은 α1의 영향으로 강한 수축을 일으키는 반면 기관지는 β2의 영향을 더 많이 받아서 강한 이완을 일으킵니다.

α2 수용체는 시냅스전 신경세포 말단에 위치하여 과다 분비된 노르에피네프린을 재흡수하고 분비를 억제해서 교감신경의 흥분에 대한 음성되먹임 작용을 해서 α1의 작용을 억제합니다. 그러나 옅은 농도의 노르에피네프린이나 독자적인 α2 수용체 작용제의 영향을 받으면 평활근 수축을 일으킵니다.

β1 수용체는 보통 심장에 분포하며 심장활동을 자극해서 심박출량을 증가시킵니다.

β3 수용체는 주로 갈색지방세포, 골격근, 담낭에 분포하며 지방을 분해하고 열생성을 증가시킵니다.

(4) 아세틸콜린 수용체

아세틸콜린 수용체는 운동신경과 자율신경의 시냅스전 신경전달을 매개합니다. 또한 부교감신경의 시냅스후 신경전달을 매개합니다. 아세틸콜린 수용체는 니코틴 수용체와 무스카린 수용체로 나뉩니다. 니코틴 수용체와 무스카린 수용체라는 이름이 붙은 이유는 해당 수용체가 각각 니코틴과 무스카린과 비슷한 작용을 하기 때문입니다.

니코틴 수용체는 시냅스전 신경전달을 담당하고 무스카린 수용체는 시냅스후 신경전달을 매개합니다. 무스카린 수용체는 부교감신경의 지배를 받는 기관에 분포되어 있으며 식사와 번식, 휴식과 소화 또는 공포와 얼음 반응을 관장합니다.

[표] 아드레날린 수용체와 아세틸콜린 수용체의 종류와 기능

 

		교감신경					부교감신경
		아드레날린 수용체					아세틸콜린 수용체
하위 분류		α1	α2	β1	β2	β3	무스카린
주요 위치		평활근	뇌줄기, 시냅스전 신경말단	심장	평활근	갈색지방세포, 골격근, 담낭, 방광	부교감신경의 지배를 받는 기관
주요 기능		평활근 수축	음성되먹임으로 노르에피네프린 분비 억제	심박출량 증가	평활근 이완	지방 분해, 열생성, 방광벽 이완	휴식, 소화, 번식, 학습, 공포, 얼음
평 활 근	대부분의 동맥	수축 (혈압 증가)	일과성 수축후 지속적인 이완		약한 이완		이완
	음경동맥	수축			약한 이완		이완
	대부분의 정맥	수축			약한 이완		이완
	림프관	수축			약한 이완		이완
	기관, 기관지	약한 수축			강한 이완		강한 수축
	소화관	이완			이완		수축
	조임근	수축			이완		이완
	방광배뇨근	수축			이완	이완	수축
	자궁	수축			이완		수축
심 장	관상동맥	수축			이완
	동방결절			심박수 증가			심박수 감소
	방실결절			전도성, 자동성 증가			전도성, 자동성 감소
	심근	수축력 증가(약함)		수축력 증가(강함)
외 분 비 샘	땀샘				분비
	눈물샘			단백질 분비			분비
	기관지샘	약한 억제			약한 자극		분비
	비인두샘						분비
	침샘				점액성 침 분비		장액성 침 분비 증가
	소화샘	분비 억제	분비 억제	그렐린 분비			분비
내 분 비 샘	솔방울샘	멜라토닌 분비 (약한 자극)			멜라토닌 분비
	뇌하수체 전엽	FSH, LH, GH, PRL, TSH 분비 억제 ACTH 분비 증가
	갑상샘 소포세포	티록신 분비 억제			티록신 분비 (약한 자극)		갑상샘 성장, 티록신 분비 자극
	갑상샘 C 세포	칼시토닌 분비 억제			칼시토닌 분비 (약한 자극)		칼시토닌 분비 억제
	부갑상샘	부갑상샘호르몬 분비 억제					부갑상샘호르몬 분비 억제
	콩팥 방사구체장치			레닌 분비
	부신수질	니코틴성 아세티콜린 수용체: 에피네프린, 노르에피네프린 분비
	췌장 외분비샘	분비 억제					분비
	췌장 α세포		글루카곤 분비		글루카곤 분비 억제		분비
	췌장 β세포		인슐린 분비 억제		인슐린 분비		분비
	고환, 난소	위축			약한 자극		자극
외음부		분비 감소, 사정			이완		분비 증가, 발기
눈	동공확대근	수축(동공확대)
	동공축소근						수축(동공축소)
	섬모체근				이완(원시), 방수 배출 증가		수축(근시), 방수 배출 감소
	섬모체		방수 생성 감소		방수 생성 증가		방수 생성 증가
털세움근		수축
골격근					포도당 흡수, 글리코젠 분해, 젖산 방출, 떨림	열생성 증가	수축
간		글리코젠 분해		지방 분해	포도당신생성
콩팥		나트륨 재흡수
전신		체온 상승, 염증 증가, 항산화물질 감소, 산화스트레스 증가
지방세포		글리코젠 분해, 포도당 생합성	지방 분해 억제	지방 분해
		인터류킨6 분비				열생성 증가
대식세포		인터류킨6 분비					종양괴사인자 억제
혈소판			응집
내피세포							NO합성효소 자극
비만세포					히스타민 분비 억제
뇌, 신경	대뇌	측두엽 피질 노르에피네피린 감소, 청각 억제, 식욕 억제, 후각유도행동 억제 (냄새 식별, 공격성, 짝짓기, 먹이 찾기)	아세틸콜린 방출 감소, 노르에피네프린 방출 감소(진정, 근육이완, 진통, 최면), 전두엽 피질과 관련된 인지기능 촉진(작업기억, 주의력, 실행기능 등)		투쟁도피반응 촉진		흥분 억제, 후각유도행동 매개, 장기적 강화를 강화, 학습 및 공간 기억과 같은 더 높은 인지 과정
	솔기핵	세로토닌 분비 자극

[참고자료]

1. Table of neurotransmitter actions in the ANS, Wikipedia

2. Autonomic Nervous System Basic and Clinical Aspects, Cardinali, Daniel Pedro, Springer International Publishing AG, 2018

3. The role of adrenaline in cardiopulmonary resuscitation, Christopher J. R. Gough and Jerry P. Nolan, 2018

 

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