カテコールアミン

カテコールアミン（/ ˌ k æ t ə ˈ k oʊ l ə m iː n /、略称CA）はモノアミン神経伝達物質であり、カテコール（隣り合った2つのヒドロキシル側基を持つベンゼン）と側鎖アミンを持つ有機化合物です。^[1]

カテコールは、自由分子またはより大きな分子の置換基のいずれかであり、1,2-ジヒドロキシベンゼン基を表します。

カテコールアミンはアミノ酸 チロシンから生成され、チロシンは食物源から得られるほか、フェニルアラニンから合成される。^[2]カテコールアミンは水溶性で、循環血漿タンパク質に50%結合している。

カテコールアミンには、エピネフリン（アドレナリン）、ノルエピネフリン（ノルアドレナリン）、ドーパミンが含まれます。副腎の副腎髄質から放出されるエピネフリンとノルエピネフリンというホルモンは、闘争・逃走反応の一部です。^[3]

チロシンは、フェニルアラニン水酸化酵素による水酸化によってフェニルアラニンから生成されます。チロシンは食事中のタンパク質から直接摂取されることもあります。カテコールアミン分泌細胞は、チロシンをL -DOPAに、そしてドーパミンに連続的に変換するいくつかの反応を使用します。細胞の種類に応じて、ドーパミンはさらにノルエピネフリンに変換されるか、さらにエピネフリンに変換される可能性があります。^[4]

さまざまな覚醒剤（多くの置換アンフェタミンなど）はカテコールアミン類似体です。

カテコールアミンは、 2 つのヒドロキシル基、中間のエチル鎖、および末端のアミン基を持つベンゼン環の独特な構造を持っています。ノルエピネフリンなどのフェニルエタノールアミンは、エチル鎖にヒドロキシル基を持っています。^{[引用が必要]}

カテコールアミンは、主に副腎髄質のクロマフィン細胞と交感神経系の節後線維によって生成される。中枢神経系で神経伝達物質として働くドーパミンは、主に脳幹の2つの領域、腹側被蓋野と黒質の神経細胞体で生成される。後者には神経メラニン色素ニューロンが含まれる。同様に神経メラニン色素を持つ青斑の細胞体はノルエピネフリンを生成する。エピネフリンは、その合成酵素であるフェニルエタノールアミンNメチルトランスフェラーゼを発現するヒト脳のニューロンの小グループで生成される。^{[8]これらのニューロンは、}最後野に隣接する（腹外側）核と、孤立路の背側領域の核から投射する。^[8]

ドーパミンは、DOPA から合成される最初のカテコールアミンです。次に、ノルエピネフリンとエピネフリンは、ドーパミンのさらなる代謝修飾から生成されます。酵素ドーパミン水酸化酵素は、補因子として銅を必要とし(図には示されていません)、DOPA 脱炭酸酵素はPLP を必要とします(図には示されていません)。主な代謝経路によるカテコールアミン生合成の律速段階は、L -チロシンからL -DOPA への水酸化です。^{[引用が必要]}

カテコールアミンの合成は、チロシン水酸化酵素を阻害するα-メチル-p-チロシン（AMPT）によって阻害される。^[要出典]

アミノ酸のフェニルアラニンとチロシンはカテコールアミンの原料です。両アミノ酸は血漿と脳に高濃度で存在します。哺乳類では、肝臓に大量に含まれるフェニルアラニン水酸化酵素によって、食事中のフェニルアラニンからチロシンが生成されます。フェニルアラニン水酸化酵素が不足すると、食事療法で治療しないと知的障害につながる代謝障害であるフェニルケトン尿症を引き起こします。 ^[要出典]カテコールアミンの合成は通常、チロシンから始まると考えられています。酵素チロシン水酸化酵素(TH) は、アミノ酸L -チロシンを 3,4-ジヒドロキシフェニルアラニン ( L -DOPA) に変換します。 TH によるL -チロシンの水酸化により、DA の前駆体であるL -DOPAが形成され、これが芳香族L -アミノ酸脱炭酸酵素(AADC、Cooper ら、2002 年^{[引用が必要]}を参照 ) によって伝達物質ドーパミンに代謝されます。このステップは非常に急速に起こるため、最初に AADC を阻害せずに脳内のL -DOPA を測定することは困難です。 ^{[引用が必要]} DA を伝達物質として使用するニューロンでは、 L -DOPA からドーパミンへの脱炭酸が伝達物質の形成の最終ステップです。ただし、ノルエピネフリン(ノルアドレナリン) またはエピネフリン(アドレナリン) を伝達物質として使用するニューロンでは、ドーパミンをノルエピネフリンに変換する酵素ドーパミンβ-ヒドロキシラーゼ(DBH) も存在します。エピネフリンが伝達物質である他のニューロンでは、3 番目の酵素であるフェニルエタノールアミンNメチルトランスフェラーゼ (PNMT)がノルエピネフリンをエピネフリンに変換します。したがって、エピネフリンを伝達物質として使用する細胞には 4 つの酵素 (TH、AADC、DBH、PNMT) が含まれますが、ノルエピネフリン ニューロンには 3 つの酵素 (PNMT なし) しか含まれず、ドーパミン細胞には 2 つの酵素 (TH と AADC) しか含まれません。^{[引用が必要]}

カテコールアミンは血液中を循環しているとき、半減期が数分です。カテコール-O-メチルトランスフェラーゼ (COMT)によるメチル化、またはモノアミン酸化酵素 (MAO)による脱アミノ化によって分解されます。

MAOI はMAO に結合し、それによってカテコールアミンやその他のモノアミンの分解を妨げます。

カテコールアミンの異化は、2 つの主な酵素によって媒介されます。1 つはシナプス間隙と細胞の細胞質に存在するカテコール-O-メチルトランスフェラーゼ (COMT) で、もう 1 つはミトコンドリア膜にあるモノアミン酸化酵素 (MAO) です。どちらの酵素も補因子を必要とします。COMT は補因子としてMg ^{2+ を}使用し、もう 1 つは MAO はFAD を使用します。異化プロセスの最初のステップは、組織とカテコールアミンの位置に応じて MAO または COMT のいずれかによって媒介されます (たとえば、シナプス間隙でのカテコールアミンの分解は、MAO がミトコンドリア酵素であるため、COMT によって媒介されます)。この経路の次の異化ステップには、アルコール脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素、アルデヒド還元酵素が関与します。エピネフリンとノルエピネフリンの最終生成物はバニリルマンデル酸 (VMA)で、尿中に排泄されます。ドーパミンの分解によりホモバニリン酸（HVA）が生成される。^[9]

2 つのカテコールアミン、ノルエピネフリンとドーパミンは、中枢神経系では神経調節物質として、血液循環ではホルモンとして作用します。カテコールアミンのノルエピネフリンは、末梢交感神経系の神経調節物質ですが、血液中にも存在します (主に交感神経系のシナプスからの「流出」による)。 ^{[引用が必要]}

血中カテコールアミン濃度の上昇はストレスと関連しており、ストレスは心理的反応や、音量の上昇、強い光、低血糖値などの環境ストレスによって引き起こされる可能性があります。^[10]

中枢神経系の外傷では、脳幹の核、特に交感神経系に影響を及ぼす核が刺激されたり損傷されたりすることで、カテコールアミンが極めて高濃度になることがあります（カテコールアミン中毒とも呼ばれます） 。救急医療では、この現象は「カテコールアミン ダンプ」として広く知られています。

カテコールアミンの値が極端に高くなるのは、副腎髄質の神経内分泌腫瘍によっても引き起こされる可能性があり、これは褐色細胞腫として知られる治療可能な病気です。

カテコールアミンの高値は、モノアミン酸化酵素A（MAO-A）欠乏症によっても引き起こされる可能性があり、ブルンナー症候群として知られています。MAO-Aはこれらの神経伝達物質の分解を担う酵素の1つであるため、MAO-Aが欠乏すると、これらの神経伝達物質の生物学的利用能が大幅に増加します。褐色細胞腫、神経内分泌腫瘍、カルチノイド症候群がない場合でも発生しますが、顔面紅潮や攻撃性などの症状があり、カルチノイド症候群に似ています。^{[11] [12]}

急性ポルフィリン症はカテコールアミンの上昇を引き起こす可能性がある。^[13]

カテコールアミンは、身体を身体活動に備える一般的な生理学的変化（闘争・逃走反応）を引き起こします。代表的な影響としては、心拍数、血圧、血糖値の上昇、交感神経系の一般的な反応などがあります。^[要出典]トルカポン（中枢性COMT阻害剤）などの一部の薬剤は、すべてのカテコールアミンのレベルを上昇させます。カテコールアミンの増加は、患者の呼吸数の増加（頻呼吸）を引き起こすこともあります。^[14]

カテコールアミンは分解されて尿中に排泄されるため、その排泄量を測定すれば体内のカテコールアミン濃度に関連する疾患を診断することができます。^{[15]カテコールアミンの} 尿検査は褐色細胞腫の検出に使用されます。

「CAは44の植物科で発見されているが、必須の代謝機能は確立されていない。CAは、多くの薬用植物抽出物の主成分であるベンゾ[ c ]フェナントリジンアルカロイドの前駆体である。CAは、昆虫捕食者、傷害、窒素解毒に対する保護的役割を果たす可能性があるとされている。CAは、植物組織の成長、体外培養からの不定胚形成、開花を促進することがわかっている。CAはインドール-3-酢酸の酸化を阻害し、エチレン生合成を促進する。また、ジベレリンのさまざまな効果を相乗的に高めることもわかっている。」^[16]

カテコールアミンは人体のさまざまなシステムの組織の細胞から分泌されますが、そのほとんどは神経系と内分泌系です。人が肉体的または精神的にストレスを受けると、副腎が特定のカテコールアミンを血液中に分泌しますが、これは通常、健康的な生理的反応です。^[要出典]しかし、循環カテコールアミンの急性または慢性の過剰は、血圧と心拍数を非常に高いレベルまで上昇させ、最終的に危険な影響を引き起こす可能性があります。分画血漿遊離メタネフリンまたは尿中メタネフリンの検査は、医師が治療に十分に反応しない高血圧と頻脈の兆候を特定した場合に、特定の病気を確認または除外するために使用されます。 ^{[17] [18]各検査は、それぞれ}メタネフリンとノルメタネフリンと呼ばれるアドレナリンとノルアドレナリンの代謝物の量を測定します。

体内のカテコールアミンの量を分析するために血液検査も行われます。

カテコールアミン検査は、副腎や神経系のまれな腫瘍を特定するために行われます。カテコールアミン検査は、褐色細胞腫、傍神経節腫、神経芽腫などの腫瘍に関する情報を提供します。^{[19] [20]}

• 米国国立医学図書館の医学件名標目表(MeSH)におけるカテコールアミン