引言

生活中或许我们都经历过这样的情景：由于紧张或恐惧突然心跳加速并手心出汗，或是在赛场上奋力冲刺，肌肉像被点燃般充满力量；又或是目睹过医生在紧急情况下迅速拿起一支注射器，将一剂药物推入患者体内让虚弱的心跳逐渐恢复……上述看似不同的情境背后，都有一个共同的“神秘化学分子”——肾上腺素（Adrenaline，也称 Epinephrine）。它是一种极其微小的分子，却能在短短几秒内改写整个机体的运行模式，让我们从平静走向紧张或是从脆弱重获生机。正因如此，肾上腺素在化学、医学乃至日常生活中都发挥着重要作用。

图1 临床使用的肾上腺素注射液（左）及便携式肾上腺素自动注射器（右）

（图片来源于网络）

肾上腺素的发现及化学结构

肾上腺素的发现最早可追溯至1893年，英国医生George Oliver和生理学家Edward Albert Schäfer在动物实验中发现，注射肾上腺提取物会引起血压显著升高和心跳加快，这是人类第一次明确感知到肾上腺中存在某种强效物质。数年后，日本化学家Takamine Jōkichi和助手从上万头公牛的肾上腺组织中首次成功分离并结晶出约4克纯净物质并将其命名为“Adrenaline”，这是人类首次获得纯净的肾上腺素晶体。美国药理学家John Abel也在几乎同一时期研究肾上腺提取物，并使用了“Epinephrine”一词，此后“Adrenaline”在欧洲更常用，而“Epinephrine”则在美国医学体系中占主导。1904年，德国化学家Friedrich Stolz首次在实验室成功人工合成肾上腺素，使其不仅能从动物组织中提取，还能通过化学途径大规模制备。^[1]

作为儿茶酚胺（catecholamine）家族的成员，肾上腺素的结构并不复杂，它由儿茶酚（邻苯二酚）和侧链氨基组成，因而具有较大的极性和良好的水溶性。值得注意的是，肾上腺素侧链含有一个手性碳原子，和众多生命物质如蛋白质、核酸和多糖在自然界中几乎都是以单一构型存在一样，肾上腺素在生命体内都以L-型存在。

图2 儿茶酚胺家族的代表性化合物

肾上腺素的生物合成

生命体内的肾上腺素大多在肾上腺髓质嗜铬细胞合成，它就像一座微型的“工厂”，以常见的L-酪氨酸为起始原料，经过一系列精准的酶促反应和化学修饰源源不断产生肾上腺素来调节生命活动。首先，在酪氨酸羟化酶（Tyrosine hydroxylase）的作用下，酪氨酸的苯环上引入一个羟基，生成L-多巴（L-DOPA），该步骤通常决定了整个合成过程的效率，即速率决定步骤。随后在多巴脱羧酶（DOPA decarboxylase）催化下L-DOPA脱去羧基生成广为人知的神经递质多巴胺（Dopamine）。紧随其后，在多巴胺β-羟化酶（Dopamine β-hydroxylase）促进下，分子中引入另一个羟基得到去甲肾上腺素（Norepinephrine）。最后，在苯乙醇胺N-甲基转移酶（Phenylethanolamine N-methyltransferase，PNMT）的催化下，去甲肾上腺素的氮原子上引入一个甲基生成最终产物肾上腺素。^[2]简而言之，这条清晰的合成路线可以概括为：L-酪氨酸→L-DOPA→多巴胺→去甲肾上腺素→肾上腺素。

图3 肾上腺素的生物合成路径

肾上腺素的生理功能和作用机制

肾上腺素进入血液后，会迅速寻找分布在全身的α和β型肾上腺素受体，它在不同组织中触发的反应各不相同，却又紧密协同。例如，结合α受体主要作用于血管平滑肌，使血管收缩、血压升高，从而确保关键器官（如心脑）获得充足血液供应。结合β₁受体（集中在心脏）可以增强心肌收缩力并加快心率，提高心输出量，让血液泵送更有力；结合β₂受体（主要分布在支气管和平滑肌）能迅速扩张气道并改善呼吸，同时促进肝糖原分解来提高血糖，为机体提供快速能量。^[3]得益于“一分子多靶点”的作用模式，肾上腺素能在应激反应中瞬间调动心血管、呼吸和代谢系统，把身体切换到“全速运转”的状态。正是凭借这些独特的生理效应，肾上腺素既是机体应对危机的天然信号分子，也是现代急救医学中不可或缺的药物。

图4 肾上腺素作用于不同受体的生理功能（图片来源于ScienceDirect）

繁荣的拟肾上腺素类药物

肾上腺素的生理功能至关重要，它既能在危急时刻挽救生命，又能在日常应激中调动身体机能。然而，直接使用肾上腺素也存在明显不足，例如作用范围过于广泛、难以避免心率过快以及血压剧烈波动等副作用。随着药理学和合成化学的发展，针对不同的肾上腺素受体亚型（α、β₁、β₂等）进行选择性调控进而减少不良反应至关重要。随后，多种拟肾上腺素类药物应运而生，异丙肾上腺素（Isoprenaline）正是其中的重要代表。它是一种非选择性β受体激动剂，能扩张支气管、增强心肌收缩力，被广泛用于支气管哮喘、心脏骤停及感染性休克的急救，特别是它气道作用突出，临床上常制成气雾剂以便快速吸入起效。此外，随后出现的去氧肾上腺素（Phenylephrine）则更偏向于作用在α受体，具有较强且持久的升压效应，适用于因血压下降引起的休克等情况。^[4]直到今天，拟肾上腺素及其衍生物仍在呼吸系统疾病和循环系统疾病领域的治疗中继续发挥着不可替代的作用。

图5 代表性的拟肾上腺素类药物

结束语

最初在实验室里被艰难分离出的晶体如今成为急救箱和药房中常见的注射剂与气雾剂，肾上腺素一路见证了科学探索的进展。它化学结构虽然简单却在生物体内发挥巨大作用；它的生物合成途径展现了分子“接力”的精妙；它的生理功能和作用机制则告诉我们生命的应激反应是怎样被层层调控、精准执行的。医学应用层面，肾上腺素类药物的不断扩展，更是让这类分子从基础研究走向实际应用。随着精准医疗的发展，我们或许能够设计出更加高选择性和低副作用的新型药物，让这个“肾上腺素家族”更加壮大也更好地守护我们的健康。

参考资料

• [1] 黎卓熹, 吴海涛, 蔡子濠, 李镇宇, 周士忠. 心血来潮：肾上腺素的诞生与发展. 大学化学, 2023, 38, 147–153.
• [2] Verberne, A. J. M.; Korim, W. S.; Sabetghadam, A.; LlewellynSmith, I. J. Adrenaline: Insights into its Metabolic Roles in Hypoglycaemia and Diabetes. J. Pharmacol. 2016, 173, 1425−1437. DOI: 10.1111/bph.13458
• [3] 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Adrenergic_receptor
• [4] 费怀源. 浅谈常用拟肾上腺素药物作用及比较. 中华医药学杂志, 2003, 2, 23–24.