【科普】情绪调节剂——多巴胺

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引言

2022年春，《人世间》这部电视剧火爆全网，许多看过该剧的网友纷纷表示从这部剧中看尽了人间百态，把各种情绪尝了个遍，自我情绪处在不停的变化之中，有幸福的泪水、有开心的笑容也有愤怒的埋怨。人们常说人生如戏戏如人生，诚然，一部优质的影片或许可以让我们获得价值上的认同，但归根结底，它无法将我们现实人生的喜怒哀乐演绎殆尽，我们在生活中会经历许许多多的情感变化，比如你在淘宝购物买买买时你心情愉快，可一看余额心情又失落起来，又如被人称赞时的开心和被人责骂时的郁闷，还有追寻爱情时的喜悦以及失恋时的悲伤，我们的情绪一直处于变化当中，这些情绪的变化使得我们的生活丰富多彩，我们知道事物的发展呈交替螺旋式上升，情绪的变化也是如此，可是为什么我们的情绪如此多变呢？有可能心情这一刻如晴空万里，而下一刻便电闪雷鸣，今天我们从科学的角度去解释这个问题，一起探寻它背后的原因。

图 1 人类喜怒哀乐（图来源于网络）

其实呀，这和我们大脑组织分泌的一种神经递质息息相关，当它分泌的多时，它会为人们带来激情感知美好，而当它分泌水平很低时，人们往往情绪低落沮丧甚至没有兴致，它就是我们大脑中心分泌的一种神秘化学物质—多巴胺。

图 2 大脑中的多巴胺卡通图（来源于炫酷化学实验室）

我们的大脑前额皮质分泌出的一种化学物质正是多巴胺，我相信你一定听说过它的名字，但你可能不知道它具体指的是什么，也不知道它的化学式是啥样，但其实我们每一个人对它的感觉并不陌生，人生的大量行为都受多巴胺的指挥，多巴胺分泌含量的高低将直接关系到人类情绪的变化，多巴胺还与人体健康紧密关联，下面就让我们一起探究一下这种“美妙”的化学物质、情绪的调节剂-多巴胺。

多巴胺（DA，或3-羟酪胺，3,4-二羟苯乙胺）是内源性含氮有机化合物，为酪氨酸（芳香族氨基酸）在代谢过程中经二羟苯丙氨酸所产生的中间产物[1]。 又名儿茶酚乙胺或羟酪胺，是儿茶酚胺类的一种，分子式为C8H11NO2。其结构式如下。

图 3 多巴胺化学式（参考化学加APP化合物百科）

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神经递质多巴胺的发现

来自瑞典的科学家阿尔维德·卡尔森教授意外发现了多巴胺这种重要的神经递质，揭开了多巴胺的神秘面纱。阿尔维德·卡尔森（1923-1-25至2018-6-29），瑞典人，出生于乌普萨拉，毕业于瑞典隆德大学，获得医学博士学位[2]。1941 年，阿尔维德·卡尔森于隆德大学进行医学研究。随后在1951年，卡尔森获得了医学、哲学博士双学位，并且成为隆德大学的教授。他在2000年荣获诺贝尔生理医学奖，获奖原因是他发现了一种重要的神经递质，其正是多巴胺。他的一系列研究成果证实了人体脑部如果缺乏多巴胺的分泌可能导致罹患帕金森症和精神疾病，基于他的研究，人类在治疗此类疾病问题上有了解决办法，也推动了治疗此类疾病药物的研发。

卡尔森在上世纪50年代开展了一系列研究，他用实验方法成功证明多巴胺是大脑中分泌的一种重要神经递质。而在这之前的时间里，在1946年，瑞典生理学家乌鲁夫·冯·奥伊勒（1905-1983）确定交感神经节后纤维释放的神经递质就是去甲肾上腺素，并成功地将其从人体内分离。自此，众多科研家都把多巴胺当做去甲肾上腺素的前体。但中枢神经系统有没有释放儿茶酚胺类物质人们还不清楚，于是卡尔森进行了实验测试。

卡尔森在实验中给实验动物服用降压药“利血平”，结果发现兔子的两种神经递质5-羟色胺和去甲肾上腺素分泌浓度降低，受试兔子的血压明显降低变得镇静，但紧接着出现了肌肉系统的副作用，类似于帕金森症状，于是卡尔森和同事思考把两种递质补上是否可使兔子恢复运动能力，但都失败了，而去甲肾上腺素变现出一定的刺激行为，于是他们把目光投向了一种进入兔子体内之后可以转化为去甲肾上腺素的物质，它就是左旋多巴，是多巴胺的前体，而多巴胺可继续转化为去甲肾上腺素，经过注射实验发现兔子的运动行为居然恢复了。他们后又推理了该实验在人体中的流程，但遭遇了众人排斥，于是他们利用儿茶酚胺类物质能够产生荧光的特性，通过实验测得了人体一系列神经递质的荧光，其中就有多巴胺，利用实验成功证实了多巴胺自身就是一种人体大脑分泌出的主要神经递质。卡尔森发现了多巴胺是一种神经递质，与人类情绪情感密切相关，所以，多巴胺也为卡尔森赢得了一个美誉，卡尔森被后世誉为“人类情感之父”。

图 4 “人类情感之父” 阿尔维德·卡尔森（图来源于网络）

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科学解释多巴胺调节人类情绪

人类扁桃体区域管理情绪变化。Andreas Heinz及其同事[3]测量了人体扁桃体中的多巴胺储存量，观察到多巴胺储存量与情绪处理方式间的关系。他们研究发现，可用6-[18F]氟-L-左旋多巴（FDOPA）正电子发射断层扫描法测量人类扁桃体的多巴胺储存能力，其与扁桃体和前扣带皮层中由厌恶性刺激诱发的功能性磁共振成像血氧水平依赖性信号变化呈正相关。此外，这两个区域之间的功能连接与焦虑情绪呈负相关。他们的研究结果表明，个体扁桃体多巴胺储存能力可对扁桃体和前扣带皮层的情绪加工进行调节，从而导致个体情绪差异。

图 5 13名健康受试者左杏仁核FDOPA稳态存储容量（Vd）与左杏仁核负性与中性刺激诱发的功能磁共振BOLD反应之间的相关性。[3]

实验中多模态神经成像数据强调了多巴胺在调节大脑回路中的重要性，该回路涉及处理负面情绪刺激，并介导焦虑气质的变异性，这与已知的多巴胺对动物大脑功能和厌恶性条件反射的增强作用相一致。他们在左侧扁桃体和前扣带皮层之间观察到的功能耦合与焦虑情绪呈负相关，这些结构之间功能耦合的增加反映了情绪唤醒在复杂的适应性行为中能更加有效整合，并且减少了负面情绪。

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多巴胺的合成与延伸

多巴胺可以控制多种功能，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。芳族氨基酸酪氨酸是合成多巴胺的前体，两步反应可以将酪氨酸转化为多巴胺：第一步是经过酪氨酸羟化酶（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）；第二步反应是DOPA脱羧反应，在芳香族1-氨基酸脱羧酶（AADC）催化后，就产生了多巴胺。大多数胺都是有机碱，多巴胺也不例外，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。

生物体内多巴胺的合成是以L-酪氨酸为起始原料，在多种复杂的生物酶共同作用下完成，首先经酪氨酸氧化酶氧化为L-多巴，随后在多巴脱羧酶作用下脱去 CO2即可生成多巴胺。多巴胺也可以进一步被氧化生成去甲肾上腺素，最后只需发生酶促的甲基化过程即能得到另一种重要的神经递质-肾上腺素。[4]

多巴胺的降解过程主要有两条不同的路径，其中所涉及的降解酶是相同的，最终的代谢产物也都是高香草酸，两条路径只是中间产物有所差异。具体说来，多巴胺可以首先氧化生成3,4-二羟苯甲酸然后选择性甲基化得到高香草酸，也可以先进行甲基化转化成3-甲氧基酪氨再将氨基氧化生成羧基同样得到高香草酸代谢终产物。[5]

图 6 多巴胺的合成与延伸（来源于化学空间）

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多巴胺的功能

1、调节运动功能

多巴胺对人体的运动功能作用显著，它可以调节机体的控制能力[6]，在临床上能用于人类帕金森病的治疗，因为帕金森病是由于体内的多巴胺数量减少所导致的一种疾病，所以对症用药以后能让病情明显减轻。

2、缓解药物成瘾

生活中有些人服用阿片可卡因以及安非他命等物质会造成神经损伤，而且会出现药物成瘾，因为该类药物可阻止多巴胺的转运，抑制多巴胺的释放，这时补充一些多巴胺就能让身体对这些药物的依赖性减少，能避免他们过量摄入药物，对身体健康的恢复有明显的好处[7]。

3、提高记忆力

Watanabe 等[8]利用体内微量分析技术，对比猴子的前额叶细胞外多巴胺的浓度发现，较对照组明显多巴胺浓度增高。Da Cunha 等[9]在给大鼠中脑黑质注射MPTP后，大鼠多巴胺神经元无法产生代谢产物，而且大鼠的学习训练能力明显下降，证明了多巴胺对学习记忆力有影响。通过对动物实验的观察，后续进行的研究表明多巴胺进入人类大脑后，能作用于人体的中脑皮层，并能营养脑神经。它在人类学习记忆中会发挥十分重要的作用，能有效提高人类记忆力，也能提高人类的学习专注力，人们出现记忆力减退和注意力不集中时，可在医生指导下适量补充一些多巴胺。

4、放慢脑老化速度

De keyser J等[10]发现人体前额叶皮层的D1-R密度伴随年龄的增加出现了明显下降的趋势，这种因为年龄增加所导致的多巴胺分泌功能降低与老年人认知能力下降有关。Hemby SE等[11]通过反义RNA扩增技术和cDNA序列分析技术，成功测得海马神经元细胞的D12D5受体mRNA表达能力随着年龄增加而减弱。随着年龄的增长，人类大脑功能会慢慢减退，这与人体内多巴胺功能的下降有直接关系，在进入中老年以后，适当为身体补充一些多巴胺，能放慢大脑老化速度，能提高老年人大脑的认识能力，它对中老年人高发的老年痴呆也有一定预防作用。

参考文献

[1] 何伋,陆英智,成义仁等 主编.神经精神病学辞典.北京：中国中医药出版社.1998.第74页.

[2] Arvid Carlsson, Who Discovered a Treatment for Parkinson’s, Dies at 95．纽约时报.

[3] Kienast, T., Hariri, A., Schlagenhauf, F. et al. Dopamine in amygdala gates limbic processing of aversive stimuli in humans. Nat Neurosci 11, 1381–1382 (2008). https://doi.org/10.1038/nn.2222.

[4] Musacchio J M (2013). “Chapter 1: Enzymes involved in the biosynthesis and degradation of catecholamines”. In Iverson L (ed.). Biochemistry of Biogenic Amines. Springer. pp. 1-35. ISBN 978-1-4684-3171-1.

[5] Eisenhofer, Graeme, Irwin J. Kopin, and David S. Goldstein. “Catecholamine metabolism: a contemporary view with implications for physiology and medicine.” Pharmacological Reviews, 2004, 56(3): 331-349. DOI: 10.1124/pr.56.3.1

[6]李凡,舒斯云,包新民.多巴胺受体的结构和功能[J].中国神经科学杂志,2003(06):405-410.

[7] Wise RA. Neurobiology of addiction [J ] . Curr Opin Neurobiol , 1996 , 6 (2) : 2432251.

[8] Watanabe M , Kodama T , Hikosaka K. Increase of extracellular dopamine in primate prefrontal cortex during a working memory task[J] . J Neurophysiol , 1997 , 78 (5) : 279522798.

[9] Da Cunha C , Wietzikoski S , Wietzikoski EC , et al . Evidence for the substantia nigra pars compacta as an essential component of a memory system independent of the hippocampal memory system [J] . Neurobiol Learn Mem , 2003 , 79 (3) :2362242.

[10] de Keyser J , De Backer J P , Vauquelin G , et al . The effect of ag2 ing on the D1 dopamine receptors in human frontal cortex [J] . Brain Res , 1990 , 528 (2) : 3082310.

[11] Hemby SE , Trojanowski J Q , Ginsberg SD. Neuron2specific age2 related decreases in dopamine receptor subtype mRNAs [J] . J Comp Neurol , 2003 , 456 (2) : 1762183.

作者：吕文博

作者单位：西北师范大学