アセチルコリンは自律神経系の副交感神経系に関与する神経伝達物質である．副交感神経系は休息時に優位にはたらき，消化，吸収を促進する一方で，心拍数減少や血圧低下などの変化をもたらす．アセチルコリン受容体には大きく分けて，ムスカリン性アセチルコリン受容体と二コチン性アセチルコリン受容体の２種類が存在する．これら受容体に作用する医薬品がコリン作動薬と抗コリン薬である．
コリン作動薬は，直接的に作用するコリン受容体作用薬と，間接的に作用するコリンエステラーゼ阻害薬の２種類がある．コリン受容体作用薬は基本的に生体分子であるアセチルコリンに類似している．しかし，構造が大きく異なるムスカリンや二コチンもコリン作動薬である。アセチルコリン類似の医薬品は，特徴として，第四級アンモニウム塩部分と，エステル基をもつ．ムスカリンや二コチン，ピロカルピンはアミン部分を共通してもっにれらの医薬品とアセチルコリンとの類似性は後述する)．
一方，間接型コリン作動薬であるコリンエステラーゼ阻害薬も，アセチルコリンとの類似点が多く，分子内に第四級アンモニウム塩（もしくは第三級アミン構造）を有しているほか，エステル基の代わりに類縁体であるカルバメート基をもっている（図13-2).ただ，分子の構造は一見すると様々である．
抗コリン薬としては，ムスカリン受容体遮断薬（抗ムスカリン薬）と二コチン受容体遮断薬があるが，これら２つの医薬品の構造は大きく異なる．
ムスカリン受容体遮断薬は，ベラドンナアルカロイドからみつかったアトロピン系薬物が代表的なものであり，トロパン骨格を有しているのが特徴的である．それ以外にもコリン作動薬のエステル部分と第四級アンモニウム塩部分（第三級アミン部分）を立体的に大きくした合成アトロピン代用薬が開発されている．
二コチン受容体遮断薬の構造は特徴的で，分子内に２つの第四級アンモニウム塩部分を有する構造をしている。
アセチルコリンの構造は，名前のとおりコリンがアセチル化されたものである．コリンは第四級アンモニウム塩と水酸基をもっ構造で，水酸基がアセチル化（エステル化）されたものがアセチルコリンである（図13-5).そのため，アセチルコリンやその類縁体をコリンエステルともよぶ．アセチルコリンエステラーゼは，このアセチル基部分を加水分解する酵素である．
アセチルコリン受容体は，ムスカリン性アセチルコリン受容体（ムスカリン受容体）と二コチン性アセチルコリン受容体（二コチン受容体）の２つのサブタイプに大別される．ムスカリンと二コチンはアルカロイドで，これらの名前が付けられたのは，それぞれムスカリンおよび二コチンに対して親和性が高いためである．アセチルコリンは両受容体に対して親和性がある．
アセチルコリン（ＡＣｈ）は重要な神経伝達物質で神経伝達系の様々なところに関与しており，自律神経系の各節前線維から神経節へ，副交感神経系の節後線維から効果器の受容体に向けて放出される．また，神経筋接合部においても神経伝達物質として作用している。
上述のアセチルコリンが関与する神経系のなかで，医薬品のターゲットとなるのは，副交感神経系と神経筋接合部である．副交感神経系では，副交感神経節後線維から効果器のムスカリン受容体に向けてアセチルコリンが放出されてシグナルが伝達される．また，神経筋接合部においてもアセチルコリンが情報伝達物質としてはたらいており，運動神経の興奮により運動神経からアセチルコリンが放出され，骨格筋に発現する二コチン受容体を刺激することでシグナルが伝達される．この効果器に発現しているムスカリン受容体および二コチン受容体に作用する医薬品が開発されている．
アセチルコリン受容体に作用する薬として，コリン作動薬と抗コリン薬がある．コリン作動薬は，受容体に直接作用する「直接型」と，コリンエステラーゼを阻害することでアセチルコリン濃度を上昇させる「間接型」に分類される．特にムスカリン受容体に関与する薬は副交感神経作用を促進する．一方，
抗コリン薬は両受容体を遮断する作用をもっ薬であり，ムスカリン受容体を遮断する抗ムスカリン薬は，副交感神経の作用を抑えるはたらきがあり，二コチン受容体を遮断する抗二コチン薬は筋弛緩作用を有する。
コリン作動薬は，アセチルコリン受容体であるムスカリン受容体，または二コチン受容体に対して直接作用する直接型と，コリンエステラーゼを阻害することでアセチルコリン濃度を上昇させるはたらきのある間接型に大別される。
直接型コリン作動薬は，アセチルコリン受容体であるムスカリン受容体，または二コチン受容体に結合して受容体を刺激する．直接型コリン作動薬は構造によって，アセチルコリン類似のコリッエステル類と，ムスカリンやピロカルピンなどのアルカロイドに分類される．またコリンエステル類のなかでも，ムスカリン受容体と二コチン受容体の両方に結合するものと，ムスカリン受容体選択的に結合するものに分けられる．ムスカリンやピロカルピンなどのアルカロイドはムスカリン受容体選択的に結合する。
（1）コリンエステル類
コリンエステル類は，共通構造としてコリン部分をもつ．アセチルコリンとメタコリンは，コリンの水酸基がアセチル化されており，カルバコールやベタネコールはカルバメート基になっている（図13-9).カルバメート基はエステル基に比べ，加水分解を受けにくいのでアセチルコリンエステラーゼによる分解が遅い．また，メタコリンとベタネコールはムスカリン作用が強く，二コチン作用が弱い（表13-2).これはコリンのアンモニウム塩と水酸基の間の炭素上にメチル基があるためである（詳細は13-4-3で述べる）．メタコリン，ベタネコールともに不斉炭素を有するがラセミ体で市販されている．
（2）コリン作動性アルカロイド
コリン作動性アルカロイドとして，受容体の名前になっているムスカリンや二コチン，ピロカルピンがあり，二コチンとピロカルピンは光学活性体で市販されている（図13-10).これらは一見すると，アセチルコリンと類似性がみられないが，共通するファーマコフォアを有している．
アセチルコリン受容体は，ムスカリン受容体と二コチン受容体の２つのサブタイプがあり，これらはそれぞれムスカリンおよび二コチンとの親和性が高いことに由来する．アセチルコリンはムスカリンや二コチンが異なる構造をしているのにもかかわらず，両受容体に結合する．これはアセチルコリンが各受容体に結合するときに同じ形で結合しているのではなく，構造を変化させて結合しているからである．
アセチルコリン受容体に結合するための
ファーマコフォアは，アンモニウム塩部分（アミン部分）と，エステル基の酸素原子，またはそれに該当する酸素原子や窒素原子である．ムスカリンや二コチンとアセチルコリンは構造の類似性がないようにみえるが，フアーマコフォアに着目すれば，共通性が隠されている。
ムスカリンと二コチンの構造を比較すると，ファーマコフォアとなるアンモニウム塩部分と酸素原子もしくは窒素原子の距離が異なる（ａくb）.そのため，ムスカリン受容体にアセチルコリンが結合する場合は分子が伸びたアンチ配座で結合し，二コチン受容体に結合する場合は少し短めに折れ曲がったシン配座で結合すると考えられている．
先に述べたメタコリンやベタネコールがムスカリン受容体に親和性が高く，二コチン受容体に対して低いのは，コリンの側鎖上にメチル基があることで，分子が折れ曲がったシン配座がとりにくくなって，分子が伸びたアンチ配座が有利となり，ムスカリン受容体に結合しやすくなったと考えられる．
また，二コチンは，ムスカリンやアセチルコリンのアンモニウム塩部分に該当するところが，第三級アミッとなっている．しかし，生体内で第三級アミンはプロトン化されるのでアンモニウム塩と等価体とみなすことができる（ただし，第三級アミンと第四級アンモニウム塩では，吸収・分布で違いが出るので注意）．
コリンエステル類の活性発現には，以下の構造上の特徴がある。
@ムスカリン作用
エステル部分に対応する酸素原子と第四級アンモニウム塩（第三級アミン）が必要である.
A二コチン様作用
第四級アンモニウム塩（第三級アミン）が必要である.
Bβ位にメチル基を導入
コリンの側鎖であるβ炭素上にメチル基を導入すると，二コチン作用が減弱する.
Cエステル基をカルバメート基に置換
コリンエステラーゼによる分解を受けにくい．
医薬品の脂溶性および水溶性は医薬品の生体内での分布に大きな影響を及ぼす．第３章の3-2-4で述べたように，水溶性のものは血液脳関門（ＢＢＢ）を通過できないので中枢神経系に作用しない．つまり第四級アンモニウム塩構造をもつものは中枢神経系に作用しないが，第三級アミンは脂溶性が高く，中枢神経系に作用する．生体内では第三級アミンもイオン化されるので，第三級アミンも第四級アンモニウム塩も等価体としてみなせるが，イオン化している割合などが異なるため，挙動も異なる。
神経終末から遊離されたアセチルコリンはコリンエステラーゼで分解される．間接型コリン作動薬は，コリンエステラーゼを阻害することで，アセチルコリンの分解を抑え，シナプス間隙のアセチルコリン濃度を高めてアセチルコリンの作用を増強する薬である．コリンエステラーゼ阻害薬には可逆的阻害薬と非可逆的阻害薬があり，可逆的なものは医薬品として用いられるが，非可逆的なものは殺虫剤や神経毒ガスとなる．
（1）可逆的コリンエステラーゼ阻害薬
可逆的コリンエステラーゼ阻害薬は，第四級アンモニウム塩（第三級アミン）構 ｏ造とカルバメート基またはアミド基を有している（図13-13).これはコリンエス ノ｀M人ｏλテラーゼを阻害するためである（図13-14).エドロホニウムはカルバメート基や カルバメ￣卜基アミド基をもっていないため作用時間が短く，重症筋無力症の診断薬として用いられる．作用機序については13-4-7で説明する．ステムは「−スチグミン(-stigmine)」である．
一方，中枢神経系疾患であるアルツハイマー病治療薬として用いられるドネペジルやガランタミン，リバスチグミンは中枢移行性を高めるために，第三級アミン構造となっている。ドネペジルはラセミ体で市販され，ガランタミンとリバスチグミンは光学活性体で市販されている．
（2）非可逆的コリンエステラーゼ阻害薬
非可逆的コリンエステラーゼ阻害薬はコリンエステラーゼと強固に結合するため，コリンエステラーゼを完全に失活させてしまうことで毒性を発現する．非可逆的コリンエステラーゼ阻害薬の構造的特徴はリン酸エステル構造を有していることであり（図13-16),この構造が非可逆的に阻害するのに大きな役割を果たしている。また，これらの解毒薬としてプラリドキシムが開発されている．
生体内分子のアセチルコリンがコリンエステラーゼによって分解される作用機序は，まず，アセチルコリンの第四級アンモニウム塩部分がコリンエステラーゼのカチオン結合部位に引き寄せられ，続いてコリンエステラーゼのセリン水酸基がアセチル基を攻撃して，コリンに分解する．分解後，セリン水酸基はアセチル化されており，このままでは酵素活性を示さないが水と速やかに反応して元の活性な状態へと戻る（図13-17
(A)).
一方，可逆的なコリンエステラーゼ阻害薬はアセチル基の部分がカルバメート（アミド）基になっており，コリンエステラーゼのセリン水酸基をカルバメート（アミド）化する．このカルバメート（アミド）基はアセチル基に比べて加水分解を受けにくく，コリンエステラーゼが活性な状態に戻るのが遅いため，一時的に酵素を阻害するが，活性は回復する。
これに対し，非可逆的なコリンエステラーゼ阻害薬は，セリン水酸基をリン酸エステル化するが，リンと酸素の親和性が高いため，加水分解が進行せず，酵素活性が失活する。しかし，リン酸化された状態であれば，プラリドキシムと反応して，セリン水酸基が再生し，酵素活性がよみがえるが（解毒効果），リン酸化された状態からさらにリン酸エステルの脱アルキル化か進行して老化リン酸化状態になると，プラリドキシムを投与しても活性は元に戻らなくなる（酸素のアニオンが生じて，プラリドキシムが近寄れなくなるため）．
二コチン受容体に作用して節後線維を適度に脱分極させる医薬品を二コチン受容体（自律神経節厂刺激薬（節刺激薬，節興奮薬）といい，二コチン，アセチルコリン，バレニクリンがある．二コチンとバレニクリンは一見すると構造は似ていないが，二コチンにおけるピリジンの窒素原子とピロリジン環の窒素原子の位置関係と，バレニクリンのピラジン環の窒素原子と二環構造に含まれる窒素原子の位置関係が類似していると考えられる（図13-18).バレニクリンは二コチン受容体の部分刺激薬であり，分子内に不斉炭素を有するが，対称面を有するため光学活性体ではない．
抗コリン薬は，抗ムスカリン作用および抗二コチン作用を有する薬で，特に抗ムスカリン薬は，副交感神経の作用を抑えることから副交感神経遮断薬ともよばれる．一方，抗二コチン薬は抗コリン薬に含まれるが，副交感神経に作用する医薬品ではなく，神経節遮断薬と神経筋接合部遮断薬に分類される．
抗ムスカリン薬とは，ムスカリン受容体に結合するが受容体を活性化しない薬であり，自らが受容体に結合することでアセチルコリン（ＡＣｈ）が結合できないようにしてしまう．その結果，ムスカリン様作用を抑え，副交感神経作用を抑制する。
抗ムスカリン薬には大きく分けて２種類あり，ベラドンナアルカロイドであるアトロピン誘導体と，合成抗ムスカリン薬（アトロピン代用薬）がある。
（1）アトロピン系ムスカリン受容体遮断薬
アトロピン系ムスカリン受容体遮断薬は，アトロピンの構造が基本骨格となっている．アトロピン骨格で特徴的なのが，トロパン骨格である．トロパン骨格は二環性の構造で５員環と６員環が結合した形をしている．ここで気をつけてほしいのは，トロパン骨格の表し方は複数あることである。
その他のアトロピン系医薬品を図13-21に示したが，ここで注目してほしいのは，アミン部分（アンモニウム塩部分）である．アトロピンとスコポラミンが第三級アミン（の塩）であるのに対し，それ以外のアトロピン系医薬品は第四級アンモニウム塩構造（窒素原子に４つのアルキル基が付いた構造）となっている．図13-12で示したように，第四級アンモニウム塩は水溶性が高く，血液脳関門（ＢＢＢ）を通過しないが，第三級アミン構造のアトロピンやスコポラミンはＢＢＢを通過する．すなわち，中枢神経系に作用するかしないかは，アミン構造に着目すれば推測することができる．
さらに，トロパン骨格で特徴的なのは，図13-22に示した平面構造ではわかりにくいが，対称面をもっているところである．特にチオトロピウムは分子全体で対称面をもっており，光学活性体ではない．それ以外のものは，側鎖部分に不斉点があるので，分子全体としては光学活性体となり，スコポラミン，ブチルスコポラミンは光学活性体として市販されている．ステムは「−トロピン(-tropine),
-トロピウム(-tropium)」である．
（2）合成アトロピン代用薬
アトロピン系ムスカリン受容体遮断薬は作用が持続的で臓器選択性が低いことから，種々の合成アトロピン代用薬が開発された．共通する構造の特徴としては，２つの５員環もしくは６員環と窒素原子を有していることである。
これらの構造の特徴としては，コリン作動薬と同様，第三級アミンもしくは第四級アンモニウム塩構造と，エステルやアミドなどのカルボニル基をもっていることであり．コリン作動薬と異なるのは，エステル基やアミド基の近傍に大きな置換基が付いていることである。シクロベントラート，メペンソラート，トロピカミドは不斉炭素を有しているが，ラセミ体で市販されている．
また，これらのいくつかにはキヌクリジン骨格が含まれているが，トロパン骨格と同様，書き方が複数あるので注意する．
構造とコリン作用性および抗コリン作用性の関係をみてみると以下のようになる。
このようにエステルの置換基もしくはアンモニウム塩部分の置換基が大きくなると，コリン作用が抑えられ，抗コリン作用が強くなる．
抗コリン薬は第一世代のHI受容体拮抗薬と構造が類似しているため，HI受容体拮抗薬の服用により，抗コリン作用が副作用としてあらわれることがある（詳細は8-10参照）．また，三環系抗うつ薬との構造類似性もある。
二コチン受容体はサブタイプにより，神経型二コチン受容体（ＮＳ受容体）と筋型二コチン受容体（ＮＳ受容体）に分けられる．叭受容体は交感神経系と副交感神経系の神経節に存在する受容体であるため，抗二コチン薬は，副交感神経系のみに作用する薬にはならない．
一方，N14受容体は神経筋接合部に存在する受容体で，骨格筋への情報伝達にかかわっている（図13-26).そのため，N14受容体選択的な抗二コチン薬は神経筋接合部遮断薬として臨床でも用いられている．神経筋接合部遮断薬は脱分極性と非脱分極性に分けられる．
抗二コチン薬の大きな特徴は，分子内に第四級アンモニウム塩を２つもっていることである。