気が付けば結構な数になっていた「神経伝達物質に親しもう」シリーズ、四大幸福物質のドーパミン、セロトニン、オキシトシン、エンドルフィン、闘争物質アドレナリン・ノルアドレナリンの兄弟分子、さらにはアレルギーの主要因といえるヒスタミンや、リラックスに重要な副交感神経系を司ると同時に実は興奮性の作用もあったアセチルコリンを経て、前回は脳の中で一番量が多いといわれている、これまた基本的にはリラクゼーション効果のある鎮静・抑制作用をもつGABAについて触れていました。
今回は、前回のGABA記事でも触れられていました、GABAと完全に対となる、興奮作用のある物質、グルタミン酸を見てみるといたしましょう。
とはいえグルタミン酸というのは、普通にタンパク質を形成する20種類のアミノ酸の1つとして有名というか、僕の専門は脳神経科学ではなく分子生物学なので、圧倒的に「DNAの遺伝情報から、『GAA』『GAG』という3文字暗号で指定されるアミノ酸」でしかないんですけれども…
（DNAには4種類の文字、A, C, G, Tがあり、それがひたすらつながることで我々の遺伝子ができています。長いものでは数億文字がつながって、細胞内に染色体として存在している……というのがそもそもこのネタに脱線していく元ネタだったわけですけど、DNAは3文字1組で1つのアミノ酸を指定しており、グルタミン酸を指定する暗号＝コドンは、GAAとGAGになります）
…2つしかない酸性アミノ酸の1つとして、生物の体そのものを作っている構成因子としてのみならず、実は頭ん中で興奮性の情報伝達作用までもっているとは、何とも働き者の分子だといえますね。
グルタミン酸といえば、（より正確にはナトリウムがくっついた塩ですが）「うま味」の成分としても有名で、これを活用した調味料がズバリ我らが「味の素」なわけですけれども、その辺の「アミノ酸の味」とかも、ずーっと前にアミノ酸について見ていた話から、いつかそこにも脱線したいなぁ…と思いつつ後回しになっているネタでした。
今回は神経伝達物質としてのグルタミン酸についてなので、それはまたしても保留にしようと思いますが、いずれその内その辺の話も見てみたい限りです。
では今回も例によってクリーブランド・クリニックのHEALTH LIBRARY記事から、グルタミン酸なんてタンパク質の一部でもあるし、めちゃくちゃ色んな情報が載ってそうだけど……と思えたものの、何気にここでは神経伝達物質としてのGlu（アミノ酸三文字表記はGlu、一文字表記はEでした。似た物質である、「酸」のないグルタミンはGln・Qですね）のみにフォーカスした記事になっており、長すぎても困るな……という不安は杞憂に終わりそうで何よりです。
早速参りましょう。
（なお、英語で「グルタミン酸」はglutamic acidですが、2語で長ったらしいですし、生体内では水素イオンが電離して塩の形で存在していることも多いため、こういった記事では「グルタミン酸塩」を意味するglutamateと呼ばれることの方が圧倒的に多いですね。
↓の記事タイトルもまさにそうなっています。訳は全部簡単に「グルタミン酸」とするとしましょう。）
Glutamate（グルタミン酸）
グルタミン酸は、脳の神経細胞から分泌される、最も多く存在する興奮性神経伝達物質です。学習と記憶に主要な役割を果たしています。脳が適切に機能するためには、グルタミン酸が適切な場所に、適切な濃度で、適切な時間に存在する必要があります。過剰な量のグルタミン酸は、パーキンソン病、アルツハイマー病、ハンチントン病といった種々の疾患と結び付けられています。
グルタミン酸とは何か？
グルタミン酸は、神経伝達物質です。神経伝達物質とは、「化学的な情報伝達物質」というものだといえます。その仕事は、脳の神経細胞（ニューロン）間に情報を送ることです。
脳内では、グルタミン酸が最も多く存在する興奮性の神経伝達物質となっています。興奮性神経伝達物質は、神経細胞を興奮させたり刺激したりすることで、化学的な情報が神経細胞から神経細胞へと移動し続け、情報が止まってしまうことがないようにしています。グルタミン酸は適切な脳機能に不可欠です。
グルタミン酸は脳内のグリア細胞でリサイクル、および合成されます。グリア細胞は「使用済み」のグルタミン酸をグルタミンに変換し、グルタミンは神経細胞の末端部に送られると再びグルタミン酸に変換されます。
グルタミン酸はまた、γ-アミノ酪酸（GABA）と呼ばれる脳内の別の神経伝達物質を作るのにも必要となっています。GABAは「落ち着き」の神経伝達物質として知られている物質です。睡眠、リラックス、不安・焦燥感の制御や、筋肉機能に関与しています。
グルタミン酸は、アミノ酸の一種でもあります。アミノ酸はタンパク質の構成要素です。グルタミン酸は体内で最も多く存在するアミノ酸です。体内のグルタミン酸は筋肉組織で作られ、また貯蔵されています。
グルタミン酸は恐らく、食品添加物であるグルタミン酸ナトリウム（MSG）として最もよく知られているものでしょう。
グルタミン酸はどうやって機能しているの？
グルタミン酸のような神経伝達物質は神経細胞で作られ、各神経細胞の末端に位置する、軸索終末に局在するシナプス小胞と呼ばれる薄い壁の小胞に貯蔵されています。それぞれの小胞には何千もの神経伝達物質分子が含まれています。
情報やシグナルが神経細胞に沿って伝わると、シグナルの電荷によって神経伝達物質―この場合はグルタミン酸―の小胞が神経細胞と神経細胞の間にある液体で満たされた空間に放出されます。この空間はシナプスと呼ばれています。シナプスの反対側には、次の神経細胞があります。グルタミン酸は、この、次に位置する神経細胞上にある、特定の情報を受け取る受容体に結合しなければいけません。結合後、グルタミン酸はその受け取った神経細胞で変化や作用を引き起こし、神経細胞から神経細胞へとシグナル伝達が続いていくのです。
他の神経伝達物質とは異なり、グルタミン酸は4つの異なる受容体に結合することができます（4つの異なる鍵穴にはまって機能することのできる、マスターキーのようなものです）。このことにより、グルタミン酸は、他の神経細胞を刺激し、情報をやり取りするための大きな存在感と能力を持つ物質となっているのです。グルタミン酸は、人間の脳における全興奮機能の90％以上に関与しています。
脳内では、神経細胞のグループ同士がつながって、より小さな回路（記憶の検索など、より小さなタスクを管理するため）や、より大きく広範なネットワーク（視覚、聴覚、運動など、より大きく複雑な任務を遂行するため）が形成されています。グルタミン酸は、これらの回路やネットワークに化学的な情報を伝達する、最も豊富に存在している神経伝達物質です。神経細胞間のシナプスでグルタミン酸がどのように作用するかによって、こういった細胞間のシグナル伝達は強まったり弱まったりし、その結果として遂行される機能に影響が及ぼされています。適切な場所で適切な時間に放出されるグルタミン酸の量が少ないと、情報のやり取りが上手くいかなくなります。逆にグルタミン酸が多すぎると、神経細胞やシグナル伝達ネットワークにダメージを与えてしまいます。
グルタミン酸は体の中で何をしているの？
グルタミン酸の機能には以下のようなものが含まれます：
- 学習と記憶。グルタミン酸は4つの異なる受容体と相互作用することで、神経細胞間で情報を正しくそして素早く送り続けるチャンスを増やしています。この速いシグナル伝達と情報処理は、学習と記憶の重要な側面です。グルタミン酸はまた、神経細胞が記憶の基盤となる関連情報を構築することも可能にしています。
- 脳細胞のエネルギー源。グルタミン酸は、グルコース―主要エネルギー源―の濃度が低いときには、エネルギー源として使用することが可能です。
- 化学的な情報伝達物質。グルタミン酸は、神経細胞間で化学的な情報が送られることを可能にしています。
- 睡眠・覚醒サイクルの管理者。動物実験によると、グルタミン酸の濃度は、覚醒時と急速眼球運動（レム睡眠）期に高くなっているとのことです。
- 痛みの伝達体。グルタミン酸レベルが高くなると、痛みのレベルの上昇につながります。
脳は、どのようにしてグルタミン酸過多になってしまうの？
脳内でグルタミン酸が過剰になってしまう過程としては、以下のようなものが挙げられます：
- 神経細胞から分泌されるグルタミン酸が多すぎる。
- 脳内のグリア細胞から直接分泌されているグルタミン酸が、脳内の総量を増やしている。
- 過剰なグルタミン酸が神経細胞と神経細胞の間（シナプス）に留まっている。これは、過剰のグルタミン酸受容体が活性化され続け、神経細胞が興奮し続けてしまうことにつながり得ます。
- 神経細胞の受容体がグルタミン酸に対して過敏になっている。これは、興奮させるのに必要なグルタミン酸分子が少なくなっていることを意味します。
グルタミン酸が多すぎると、何が起こる？
脳内のグルタミン酸が多すぎると、神経細胞の過剰興奮につながり得ます。過剰興奮は、脳細胞のダメージかつ／または死につながる可能性があります。この場合、グルタミン酸は興奮性毒素と呼ばれます。
脳内の過剰なグルタミン酸は、以下のような種々の症状に結び付きます：
グルタミン酸の合成または使用における問題から起こると考えられている精神疾患には、以下のようなものがあります：
グルタミン酸が少なすぎると、何が起こる？
脳内のグルタミン酸が少なすぎると、次のようなことが起こると考えられています：
クリーブランド・クリニックからのメモ
グルタミン酸は、脳と中枢神経系に最も多く存在する興奮性の神経伝達物質であり、脳の機能を正常に保つために必要な物質です。グルタミン酸は学習と記憶の形成に主要な役割を果たしています。グルタミン酸は、適切な時間に適切な場所で適切な濃度が存在する必要があります。脳内のグルタミン酸が多すぎたり、不適切な場所に、高濃度で、長時間存在しすぎたりすると、脳の損傷や死を引き起こす可能性があります。神経細胞を興奮させるグルタミン酸が多すぎることと関連する神経変性疾患には、パーキンソン病、アルツハイマー病、ハンチントン病が含まれます。グルタミン酸の合成や使用における問題は、自閉症、うつ病、統合失調症などの精神疾患にも結び付けられています。
…何とも一般的な神経伝達物質の話が中心で、似たような話が多めの印象でしたが、それだけグルタミン酸は脳内にあまりに普遍的に存在しすぎて、臨床医学的に「こう」とは言い切れない難しさがあるのかもしれませんね。
とはいえ基本的には興奮性の反応に関与しており、抑制性であるGABAとのバランスで脳内の情報伝達が適切に管理されている…というのは間違いないもので、バランスが崩れるとALSやらパーキンソン病やらハンチントン病やら、指定難病でよく目にする恐ろしい病気につながるということで、非常に大切なのは間違いないものといえましょう。
ただ、「興奮性の神経伝達物質」といえばやっぱりノルアドやドパミンがまず浮かぶ気がするものの、全身の末梢神経や細胞以外の、脳の中では圧倒的にGlu（と、それのバランスを取るためのGABA）が多いという感じだったんですね。
どちらも単純なアミノ酸ですし、複雑すぎる物質は脳に届けるのが難しいというのもその理由なのかもしれません。
もちろん単純な分子なのでサプリとしても目にするわけですけど…
…これは言うまでもなく、神経伝達物質としてではなく、「身体を作る20種類のアミノ酸の1つとして摂取するもの」だといえるように思います。
GABA同様、サプリを口から飲んだとしても脳にそのまま飲んだ分だけ届けられるとはあまり考えにくいですし、逆に過剰すぎても良くないと盛んに書かれていましたから、目的は脳内濃度アップではなさそうです。
全身どこでも重要なのは間違いないので、摂りすぎて脳にダメージなんてことは絶対ないと思いますけどね。
分子構造の話なんて特に全く要らない気がしますが、今までのアミノ酸記事ではグルタミン酸の構造にフォーカスしたことはなかったっぽいので、ウィッキー先生からお借りしておきましょう。
この通り、「酸」を作るカルボキシ基-COOHが、「アミノ酸」としての酸を作るCOOH以外にもう一つ存在しているため（※これだとちょっと中途半端な記述ですが、詳しくは後述）、グルタミン酸は「酸性アミノ酸」に分類されるもので…
（今さらですが、ずっと昔の楽しい有機化学講座で触れたことがあった通り、構造式は炭素原子は棒の両端に存在するという略式表記で、炭素につながった水素原子は省略されているので、慣れないとかなり分かりにくいかもしれませんが…）
…アミノ基-NH2は、COOHと同じ炭素原子につながっているため、前回の「ガンマ位」につながったガンマアミノ酪酸ことGABAとは違い、こちらはアミノ基がカルボキシ基と同じ炭素＝アルファ位にくっついているα-アミノ酸と分類されるもの（これが圧倒的にメインなので、わざわざαは明記されないことが多いですけど）になっている、という話ですね。
（※補足：アミノ基はアルカリ性を作るので、「もう一つのカルボキシ基」がないその他のアミノ酸は、酸性を作るカルボキシ基とアルカリ性を作るアミノ基とがいわば中和し、分子全体では中性物質になっている感じです。）
