「多巴胺」是一种什么物质，它是如何产生的，具体有什么功能和用途？

「多巴胺」是一种什么物质，它是如何产生的，具体有什么功能和用途？

多巴胺（dopamine, DA），化学式：C6H3(OH)2-CH2-CH2-NH2，是一种激素和一种神经递质，可以控制多种功能，包括运动活动、认知、情绪、正向增强行为、食物摄入和内分泌调节等。多巴胺是儿茶酚胺和苯乙胺家族的有机化学物质，通过从前体化学物质L-DOPA（左旋多巴）分子中除去羧基而合成，主要发生在人脑细胞和肾上腺细胞中。合成多巴胺的前体是芳族氨基酸酪氨酸，通过两步反应将酪氨酸转化为多巴胺：第一步反应是通过酪氨酸羟化酶（TH）（被认为是该途径中的限速酶）催化，将酪氨酸转化为1-3,4-二羟基苯丙氨酸（lDOPA）；第二步是DOPA脱羧反应，通过芳香族1-氨基酸脱羧酶（AADC）催化，可产生多巴胺 。像大多数胺一样，多巴胺也属于一种有机碱，在酸性环境中，通常会质子化，其质子化形式是高度水溶性相对稳定的，但如果暴露于氧或其它氧化剂中，则能够被氧化；而在碱性环境，多巴胺则不会质子化。

多巴胺是脑内极其重要的神经递质，因为其作用特点又被称作快乐物质，约占大脑中儿茶酚胺含量的80％。在大脑中，多巴胺通过神经元（神经细胞）释放的化学物质，将信号发送给其他神经细胞。目前共发现五种多巴胺受体，分为D1型受体（包括D1和 D5）和D2型受体（D2、 D3 和D4 ）。多巴胺受体都隶属于G蛋白偶联受体的超级家族。大脑包括几种不同的多巴胺途径，其中一种在奖励动机行为的动机部分中起着重要作用。对大多数类型奖励的预期会增加大脑中多巴胺的水平，并且许多成瘾性药物会增加多巴胺的释放或在释放后阻止其重新吸收到神经元中。其他脑多巴胺途径也参与运动控制和控制各种激素的释放，这些途径和细胞群形成具有神经调节作用的多巴胺系统。传统理论认为，多巴胺通常被视为愉悦的主要化学物质，但目前药理学方面的观点是多巴胺赋予了动机显着性，换句话说，多巴胺表明了感知到的动机所突出的结果（即期望或厌恶），反过来又推动生物体的行为朝着或远离实现该结果的目标。

在大脑内部，多巴胺在执行功能、运动控制、动机、强化行为和奖励以及泌乳、性满足等低级功能中发挥重要作用。多巴胺能细胞群和神经回路组成了神经调节性多巴胺系统。多巴胺能神经元（产生多巴胺的神经细胞）数量相对较少（人脑中总共约40万），并且它们的细胞体被分组限制在几个相对较小的大脑区域。然而，它们的轴突投射到其他许多大脑区域，并且对其目标产生强大的影响。1964年，AnnicaDahlström和Kjell Fuxe首次绘制了多巴胺能细胞群图谱，并给它们分配了以字母“ A”开头的标签（“胺能”）。在该图谱中，区域A1至A7包含神经递质去甲肾上腺素，而区域A8至A14则包含多巴胺。他们确定的多巴胺能区域包括黑质（第8和第9组）、腹侧被盖区（第10组）、下丘脑后部（第11组）、弓形核（第12组）、不透明带（第13组）和脑室周围核（第14组）。

黑质是位于中脑的一个小区域，也是基底神经节的组成部分。它由两部分组成-一个称为pars compacta的输入区域和一个名为pars reticulata的输出区域。多巴胺能神经元主要存在于致密性腮腺（A8细胞组）及其附近（A9组）。在人类的大脑中，称为黑质纹状体途径的多巴胺能神经元从黑质致密部投射到背侧纹状体，在控制运动功能和学习新的运动技能中起着重要作用。这些神经元特别容易受到伤害，当大量神经元死亡时，人类就会患上帕金森氏综合征。

腹侧被盖区（VTA）是另一个中脑区域。VTA多巴胺能神经元中最突出的一组通过中皮层通路投射至前额叶皮层，另一小组通过中脑边缘投射至伏隔核。这两条神经通路合起来统称为中皮层皮质投射。此外，VTA还向杏仁核、扣带回、海马和嗅球发送多巴胺能投射。中皮层皮质神经元在奖励和动机的其他方面起着核心作用。

下丘脑后部有多巴胺神经元投射到脊髓，但其功能尚不完善。有证据表明，该区域的病理学在不安腿综合症中起作用，该病症是由于人们不断强迫身体部位特别是腿移动而难以入睡的一种情况。另外，下丘脑的弓形核和脑室周围核的多巴胺神经元往垂体的投射，会影响催乳激素的分泌。弓状核神经元产生的多巴胺被分泌到正中隆起的垂体门脉系统中，为垂体提供了营养。多巴胺是垂体前叶分泌催乳素的主要神经内分泌抑制剂，在没有多巴胺的情况下，产生催乳激素的催乳激素细胞会连续分泌催乳激素，而当有多巴胺时则会抑制催乳素的分泌。因此，在调节催乳激素分泌的情况下，多巴胺有时被称为催乳素抑制因子或催乳素抑制激素。不透明带位于弓形核和脑室周围核之间，该区域的多巴胺神经元投射到下丘脑的多个区域，并参与控制促性腺激素释放激素，这是青春期后激活雄性和雌性生殖系统发育所必需的。

在脊椎动物中，大脑多巴胺的最大和最重要来源便是黑质和腹侧被盖区（VTA）。这些结构彼此密切相关，在许多方面在功能上相似，且都是中脑的组成部分。基底神经节的最大组成部分是纹状体，黑质向腹侧纹状体发出多巴胺能投射，而腹侧被盖区向腹侧纹状体发送类似的多巴胺能投射。

研究表明，多巴胺至少以两种重要方式参与到对运动选择的调控中。首先，它设置了启动运动的“阈值”。多巴胺活性水平越高，执行给定行为所需的动力就越低，因此高水平的多巴胺会导致高水平的运动水平和冲动行为。而多巴胺含量降低则会导致运动水平下降和反应变慢，如帕金森氏病的特点是肢体僵硬和难以发起运动，其主要原因便是黑质回路中的多巴胺水平大大降低。相反，增加多巴胺释放的药物，例如可卡因或苯丙胺，则可以诱导更活跃的运动，包括在极端情况下产生精神运动性激动和刻板动作。多巴胺还可以作为“学习”信号。当采取行动后多巴胺活性增加时，基底神经节回路就会发生改变，从而在将来出现类似情况时更容易引起相同的反应。这是一种操作条件调节，其中多巴胺起奖励信号的作用。

此外，在大脑中多巴胺的部分功能是作为整体的奖励信号。目前奖励已经被认为不是一个单一的过程，而是包含了几个亚过程，包括向往、喜爱和学习。生物为了生存，根据对奖励的投入来优化资源配置，通常遵循一个周期性的时间过程。奖励是一种动机来源，可以在食欲、完成进食和饱足之间启动、维持和转换状态，分别对应与快乐循环系统的喜爱、想要和学习阶段。它们在快乐周期的复杂编排中交织在一起。向往主导追求阶段，而喜爱则主导完成阶段。对比之下，学习可以贯穿整个周期。尽管所有令人愉悦的刺激都是奖励，但并非所有奖励性刺激都是令人愉悦的（例如，诸如金钱之类的外在奖励）。多巴胺对奖励刺激的初始反应参与编码奖励的显着性、价值和背景。在与奖励有关的学习中，多巴胺还起着奖励预测误差信号的作用，即奖励的价值出乎意料的程度。根据Wolfram Schultz的这一假设，预期的奖励不会在某些多巴胺能细胞中产生第二阶段的多巴胺反应，但是意外的或超预期的奖励会导致突触多巴胺的短暂增加，而遗漏预期的奖励实际上会使多巴胺释放水平降低。动物大脑中微电极记录的证据表明，腹侧被盖区（VTA）和黑质中的多巴胺神经元能够显著地被多种奖励事件所激活。VTA和黑质中的这些奖励响应性多巴胺神经元对于奖励相关的认知至关重要，并且是奖励系统的核心组成部分。在来自VTA和黑质的每个轴突投射中，多巴胺的功能都不同，例如，VTA-伏隔核壳投射将奖励显着性（“想要”）分配给奖励刺激及其相关投射VTA-眶额皮质，该投射根据其激励显着性更新了不同目标的值；VTA-杏仁核和VTA-海马投射介导了与奖励相关的记忆的巩固，并且VTA-伏隔核核部和黑质-背侧纹状体通路均参与学习有助于获得奖励性刺激的运动反应

尽管多巴胺在引起“想要”方面起着核心作用，与对奖励刺激的食欲或趋向性行为反应有关，但详细的研究表明，多巴胺不能简单地等同于享乐主义的“喜欢”或愉悦 。多巴胺神经元投射涉及愉悦相关认知的某些而非全部方面，而在多巴胺系统内（即伏隔核壳部）和多巴胺系统外（即腹侧苍白球和臂旁核）分别具有识别愉悦的中心。例如，使用植入大脑的电极对多巴胺投射进行直接电刺激是令人愉快的，同时多种动物都愿意通过努力来获得电刺激。抗精神病药会降低多巴胺水平，并容易引起快感不足，使快感丧失。性爱、饮食和玩电子游戏等许多愉快的经历都会增加多巴胺的释放。所有成瘾性药物都直接或间接影响伏隔核中的多巴胺神经元传递；这些药物增加高剂量“重复使用”药物的可能性，导致药物成瘾。研究表明，增加突触多巴胺浓度的药物包括精神刺激药，例如甲基苯丙胺和可卡因，可以增加 “想要的”行为，但并没有极大地改变愉悦的表情或改变满足感的程度。但是，诸如海洛因和吗啡之类的鸦片类药物会导致“喜欢”和“想要”行为的增加。从2019年1月开始的一项临床研究评估了多巴胺前体（左旋多巴），多巴胺拮抗剂（利培酮）和安慰剂对音乐奖励反应的影响，包括在音乐中所经历的愉悦程度。通过皮肤电活动的变化来衡量以及主观评级，发现多巴胺神经元可以双向调节人类受试者的快感认知（特别是音乐的享乐反应），这项研究表明，多巴胺神经传递的增加是愉悦反应的必要条件。

多巴胺不会穿越血脑屏障，因此它在周围神经系统中的合成和功能在很大程度上与大脑中的合成和功能无关 ，大量的多巴胺在血液中循环，但其功能尚不完全清楚。在血浆中发现多巴胺的水平与肾上腺素的水平相当，但在人类中，血浆中多巴胺的95％以上是多巴胺硫酸盐的形式，硫酸盐是由磺基转移酶1A3 / 1A4产生的结合物，作用于游离的多巴胺。这种多巴胺硫酸盐大部分产生在肠系膜周围的肠系膜中。硫酸多巴胺的产生被认为是对作为食物摄入或通过消化过程产生的多巴胺进行解毒的一种机制-餐后血浆中的多巴胺水平通常会升高五十倍以上。交感神经系统、消化系统或其他器官可能产生血液中相对较少量的未结合多巴胺，它们可能会作用于周围组织中的多巴胺受体，或者被多巴胺β羟化酶代谢或转化为去甲肾上腺素，接着该酶会被肾上腺髓质释放到血液中。一些多巴胺受体位于动脉壁，在血管壁中它们充当血管扩张剂和去甲肾上腺素释放的抑制剂，这些反应可能是在低氧条件下从颈动脉体释放的多巴胺激活的，但尚不清楚动脉多巴胺受体是否具有其他生物学功能。

除了在调节血流中的作用外，多巴胺还在一些外围系统中的有限区域内循环并执行外分泌或旁分泌功能。多巴胺发挥重要作用的外围系统包括免疫系统、肾脏和胰腺。在免疫系统中，多巴胺作用于免疫细胞特别是淋巴细胞上的受体多巴胺也会影响脾脏、骨髓和循环系统中的免疫细胞。此外，多巴胺可以由免疫细胞自身合成和释放。多巴胺对淋巴细胞的主要作用是降低其激活水平。该系统的功能意义尚不清楚，但它为神经系统和免疫系统之间的相互作用提供了可能的途径，并且可能与某些自身免疫性疾病有关。肾多巴胺能系统位于肾脏的肾单位中，存在所有多巴胺受体亚型。多巴胺也通过小管细胞在那里合成，并排入管状液体。其作用包括增加肾脏的血液供应、增加肾小球滤过率以及增加尿中钠的排泄。因此，肾多巴胺功能的缺陷会导致钠排泄减少，从而导致高血压的发展。有充分的证据表明，多巴胺产生或受体的缺陷会导致多种病理，包括氧化应激、水肿、遗传性或原发性高血压。在胰腺中，多巴胺的作用有些复杂。胰腺由外分泌和内分泌两部分组成。外分泌部分合成消化酶和其他物质，包括多巴胺，并将其分泌到小肠中。这种分泌的多巴胺进入小肠后的功能尚不明确，可能包括保护肠粘膜不受损害并降低胃肠蠕动。胰岛组成胰腺的内分泌部分，并合成和分泌包括胰岛素在内的激素进入血液。有证据表明，合成胰岛素的胰岛中的β细胞含有多巴胺受体，并且多巴胺可减少其释放的胰岛素量。它们的多巴胺输入来源尚不清楚，可能来自血液中循环的多巴胺、交感神经系统，也可能是由其他类型的胰腺细胞局部合成的。

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