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軸索（古代ギリシャ語: ἄξων 、ローマ字表記: áxōn、文字通り「軸」 、神経線維または繊維とも呼ばれる）は、ほとんどの動物に見られる神経細胞またはニューロンの細長い突起で、通常は活動電位として知られる電気インパルスを神経細胞体から遠ざける方向に伝導します。軸索の機能は、さまざまなニューロン、筋肉、および腺に情報を伝達することです。触覚や温覚などの特定の感覚ニューロン（偽単極性ニューロン）では、軸索は求心性神経線維と呼ばれ、電気インパルスは末梢から細胞体へ、そして細胞体から脊髄へと、同じ軸索の別の枝に沿って伝わります。軸索の機能不全は、末梢ニューロンと中枢ニューロンの両方に影響を与える多くの遺伝性および後天性の神経疾患の原因となる可能性があります。脊椎動物の神経線維は、A群神経線維、 B群神経線維、 C群神経線維の3種類に分類されます。A群とB群は有髄神経線維で、C群は無髄神経線維です。これらのグループには、感覚神経線維と運動神経線維の両方が含まれます。感覚神経線維のみをI型、II型、III型、IV型の4つのカテゴリーに分類する別の分類法もあります。
軸索は、ニューロンの細胞体から伸びる2種類の細胞質突起のうちの1つであり、もう1つは樹状突起です。軸索は、形状（樹状突起は先細りになることが多いのに対し、軸索は通常一定の半径を維持します）、長さ（樹状突起は細胞体の周囲の狭い領域に限定されますが、軸索ははるかに長くなることがあります）、機能（樹状突起は信号を受け取り、軸索は信号を伝達します）など、いくつかの特徴によって樹状突起と区別されます。ニューロンの種類によっては軸索を持たず、樹状突起から信号を伝達するものもあります。一部の種では、軸索は軸索を運ぶ樹状突起と呼ばれる樹状突起から伸びることがあります。[ 1 ]ニューロンが複数の軸索を持つことはまれですが、昆虫、十脚類、ヒルなどの無脊椎動物では、軸索が互いに多かれ少なかれ独立して機能する複数の領域から構成されることがあり、[ 2 ]ロブスターの心臓神経節では、1つの細胞体から複数の軸索が伸びることがあります。[ 3 ]
軸索は軸索膜と呼ばれる膜で覆われており、軸索内の細胞質は軸索形質と呼ばれます。ほとんどの軸索は枝分かれし、場合によっては非常に多く枝分かれします。軸索の末端の枝は末端樹状突起と呼ばれます。末端樹状突起の膨らんだ末端は軸索終末または末端足と呼ばれ、他のニューロンの樹状突起または細胞体と結合してシナプス結合を形成します。軸索は通常、シナプスと呼ばれる接合部で他のニューロンと接触しますが、筋肉細胞や腺細胞と接触することもあります。場合によっては、あるニューロンの軸索が同じニューロンの樹状突起とシナプスを形成し、オートシナプスとなることがあります。シナプスでは、軸索の膜が標的細胞の膜に密着しており、特殊な分子構造が隙間を越えて電気的または電気化学的な信号を伝達します。軸索が伸びるにつれて、軸索の長さに沿ってシナプス結合部が現れることがあります。これらはen passant boutons（「通過するボタン」）と呼ばれ、1本の軸索に沿って数百個、あるいは数千個存在することもあります。[ 4 ]他のシナプスは、軸索の枝の末端に終末として現れます。
1本の軸索は、その枝をすべて合わせると、脳の複数の部位を標的とし、数千個のシナプス終末を生成することができます。軸索の束は、中枢神経系では神経路を形成し、[ 5 ]末梢神経系では神経束を形成します。胎盤哺乳類では、脳内で最大の白質路は脳梁であり、ヒトの脳では約2億本の軸索から構成されています。[ 5 ]
軸索は神経系の主要な伝達経路であり、束になって末梢神経系では神経を、中枢神経系（CNS）では神経路を形成します。軸索の中には1メートル以上に伸びるものもあれば、わずか1ミリメートルしかないものもあります。人体で最も長い軸索は坐骨神経のもので、脊髄の基部から両足の親指まで伸びています。軸索の直径も様々です。ほとんどの軸索は直径が顕微鏡レベル（通常約1マイクロメートル）です。哺乳類の軸索で最大のものは直径が最大20マイクロメートルに達することがあります。信号を非常に速く伝達することに特化したイカの巨大軸索は、直径が1ミリメートル近くあり、小さな鉛筆の芯ほどの大きさです。軸索末端樹状突起（軸索の末端にある枝分かれした構造）の数も、神経線維ごとに異なる場合があります。中枢神経系の軸索は通常、多数のシナプス終末を持つ複数の末端樹状突起を示す。これに対し、小脳顆粒細胞の軸索は、単一のT字型分岐結節から2本の平行な線維が伸びる構造を特徴とする。複雑な分岐構造により、脳の単一領域内の多数の標的ニューロンに同時にメッセージを伝達することが可能となる。
神経系には、有髄軸索と無髄軸索の 2 種類の軸索があります。[ 6 ]ミエリンは脂肪性の絶縁物質の層で、シュワン細胞とオリゴデンドロサイトの 2 種類のグリア細胞によって形成されます。末梢神経系では、シュワン細胞が有髄軸索のミエリン鞘を形成します。中枢神経系では、オリゴデンドロサイトが絶縁ミエリンを形成します。有髄神経線維に沿って、ランヴィエの結節として知られるミエリン鞘の隙間が等間隔で発生します。ミエリン化により、跳躍伝導と呼ばれる特に高速な電気インパルス伝播モードが可能になります。
大脳皮質ニューロンからの有髄軸索は、脳内の白質と呼ばれる神経組織の大部分を形成します。ミエリンによって組織は白く見え、神経細胞体を含む大脳皮質の灰白質とは対照的です。小脳でも同様の配置が見られます。有髄軸索の束は中枢神経系内の神経路を構成し、脳の正中線を横切って反対側の領域を接続する部分は交連と呼ばれます。これらのうち最大のものは、2つの大脳半球を接続する脳梁であり、約2000万本の軸索があります。[ 5 ]
ニューロンの構造は、2つの独立した機能領域、すなわち区画から構成されていると考えられている。1つは細胞体と樹状突起からなる領域、もう1つは軸索領域である。
軸索領域または区画には、軸索丘、起始部、軸索の残りの部分、軸索末端樹状突起、および軸索終末が含まれます。また、ミエリン鞘も含まれます。神経タンパク質を生成するニッスル小体は、軸索領域には存在しません。[ 4 ]軸索の成長と老廃物の除去に必要なタンパク質は、輸送のための枠組みを必要とします。この軸索輸送は、ニューロフィラメントとして知られる微小管とIV型中間径フィラメントの配置によって軸索形質内で提供されます。
軸索丘は、ニューロンの細胞体が軸索へと伸びる過程で形成される領域であり、起始部の前に位置する。ニューロン内で蓄積された活動電位は、起始部から活動電位を発生させるために、軸索丘へと伝達される。
軸索起始部（AIS）は、軸索の構造的および機能的に独立した微小領域である。[ 7 ] [ 8 ]起始部の1つの機能は、軸索の主要部分をニューロンの残りの部分から分離することであり、もう1つの機能は、活動電位の開始を助けることである。[ 9 ]これらの機能は両方ともニューロンの細胞極性を支えており、ニューロンの樹状突起（場合によっては細胞体）は基底部で入力信号を受け取り、頂端部ではニューロンの軸索が出力信号を提供する。[ 10 ]
軸索起始部は無髄で、特殊なタンパク質複合体を含んでいます。 長さは約 20 ～ 60 μm で、活動電位の発生部位として機能します。[ 11 ] [ 12 ]軸索上の位置と AIS の長さはどちらも変化する可能性があり、ニューロンの出力を微調整できる程度の可塑性を示します。[ 11 ] [ 13 ] AIS が長いほど興奮性が高くなります。[ 13 ]可塑性は、AIS がその分布を変え、神経回路の活動を一定レベルに維持する能力にも見られます。[ 14 ]
AISは神経インパルスの高速伝導に特化している。これは、活動電位が開始される起始部に高濃度の電位依存性ナトリウムチャネルが存在することによって実現される。 [ 14 ]イオンチャネルには、細胞骨格に固定する多数の細胞接着分子と足場タンパク質が付随している。 [ 11 ]アンキリンGとの相互作用は、AISの主要なオーガナイザーであるため重要である。[ 11 ]
ラットの研究に見られるように、軸索が樹状突起から発生する場合もあり、そのような軸索は「樹状突起起源」であると言われます。樹状突起起源の軸索の中には、軸索起始部から直接始まる「近位」起始部を持つものもあれば、軸索起始部から明確に分離された「遠位」起始部を持つものもあります。[ 15 ]多くの種では、ニューロンの一部は細胞体ではなく樹状突起から軸索が伸びており、これらは軸索を運ぶ樹状突起として知られています。[ 1 ]多くの場合、軸索は細胞体の軸索丘から発生します。そのような軸索は「細胞体起源」であると言われます。細胞体起源の軸索の中には、軸索丘に隣接する「近位」起始部を持つものもあれば、拡張した軸索丘によって細胞体から分離された「遠位」起始部を持つものもあります。[ 15 ]
軸索形質は細胞内の細胞質に相当する。軸索丘で軸索形質内に微小管が形成される。微小管は軸索の長さに沿って重なり合う部分で配置され、すべて同じ方向、つまり軸索終末に向かっている。[ 16 ]これは微小管の正の末端によって示される。この重なり合う配置により、細胞体からさまざまな物質を輸送する経路が提供される。[ 16 ]軸索形質に関する研究では、軸索とその終末と細胞体の間の両方向で、微小管や神経フィラメントなどの細胞骨格フィラメントに沿って、あらゆるサイズの多数の小胞が移動することが観察されている。
細胞体から軸索に沿って出る順行性輸送は、成長に必要なミトコンドリアと膜タンパク質を軸索終末まで運びます。逆行性輸送は、軸索終末から細胞体へ細胞の老廃物を運びます。[ 17 ]出向きと入り向きの経路では、異なるモータータンパク質のセットが使用されます。[ 16 ]出向き輸送はキネシンによって提供され、入り向きの戻り輸送はダイニンによって提供されます。ダイニンはマイナス端指向性です。[ 17 ]キネシンとダイニンのモータータンパク質には多くの形態があり、それぞれが異なる貨物を運ぶと考えられています。[ 16 ]軸索における輸送の研究がキネシンの命名につながりました。[ 16 ]
神経系では、軸索は有髄の場合と無髄の場合があります。これは、ミエリン鞘と呼ばれる絶縁層が備わっている状態です。ミエリン膜は、脂質とタンパク質の比率が比較的高いという点で独特です。[ 18 ]
末梢神経系では、軸索はシュワン細胞と呼ばれるグリア細胞によってミエリン化される。中枢神経系では、ミエリン鞘は別の種類のグリア細胞であるオリゴデンドロサイトによって提供される。シュワン細胞は1本の軸索をミエリン化する。オリゴデンドロサイトは最大50本の軸索をミエリン化することができる。[ 19 ]
ミエリンの構成は、中枢神経系と末梢神経系で異なっている。中枢神経系では主要なミエリンタンパク質はプロテオリピドタンパク質であり、末梢神経系ではミエリン塩基性タンパク質である。
ランヴィエの結節（ミエリン鞘ギャップとも呼ばれる）は、ミエリン鞘のセグメント間に周期的に散在する、ミエリン鞘のない短い軸索の部分です。そのため、ランヴィエの結節では軸索の直径が小さくなります。[ 20 ]これらの結節は、活動電位が発生する領域です。跳躍伝導では、各ランヴィエの結節で発生した電流は、ほとんど減衰することなく次の結節に伝導され、そこで別の活動電位を発生させるのに十分な強さを維持します。したがって、ミエリン鞘のある軸索では、活動電位は結節から結節へと効果的に「ジャンプ」し、その間のミエリン鞘部分を迂回するため、最も速い無髄軸索でさえ維持できないほどの伝播速度になります。
軸索は、テロデンドリア（ギリシャ語で「木の端」）と呼ばれる多くの枝に分かれることがあります。各テロデンドロンの端には軸索終末（終末ボタン、シナプスボタン、または末端足とも呼ばれる）があります。[ 21 ]軸索終末には、シナプスで放出される神経伝達物質を貯蔵するシナプス小胞が含まれています。これにより、他のニューロンとの複数のシナプス結合が可能になります。ニューロンの軸索が同じニューロンの樹状突起にシナプスを形成する場合があり、これはオートシナプスと呼ばれます。軸索が伸びるにつれて、軸索の長さに沿っていくつかのシナプス接合部が現れます。これらはアンパッサンボタン（「通過ボタン」）と呼ばれ、1本の軸索に沿って数百または数千個になることもあります。[ 4 ]
正常に発達した脳では、軸索の軸索に沿って、軸索膨隆とも呼ばれるシナプス前ボタンが存在し、これらは神経伝達物質の放出に関与する海馬の領域で発見されている。 [ 22 ]しかし、軸索膨隆は神経変性疾患でも存在し、活動電位の伝導を妨害する。軸索膨隆は外傷性脳損傷の特徴でもある。[ 22 ] [ 23 ]軸索損傷は通常、軸索細胞骨格の損傷であり、輸送を阻害する。その結果、アミロイドβ前駆体タンパク質などのタンパク質が蓄積して膨張し、軸索に沿って多数の膨隆が生じる。[ 22 ] [ 23 ]
ほとんどの軸索は活動電位という形で信号を伝達します。活動電位とは、細胞体から始まり、軸索が標的細胞とシナプス結合する点で終わる、軸索に沿って急速に伝わる離散的な電気化学的インパルスです。活動電位の決定的な特徴は「全か無か」であることです。つまり、軸索が生成するすべての活動電位は、基本的に同じ大きさで同じ形をしています。この全か無かの特性により、活動電位は長い軸索の一端から他端まで、大きさが縮小することなく伝達されます。ただし、軸索が短く、振幅が変化する段階的な電気化学的信号を伝達するニューロンもいくつか存在します。
活動電位がシナプス前終末に到達すると、シナプス伝達プロセスが活性化されます。最初のステップは、軸索膜にあるカルシウムイオンチャネルが急速に開き、カルシウムイオンが膜を介して細胞内へ流入することです。その結果、細胞内カルシウム濃度が上昇し、神経伝達物質を充填したシナプス小胞（脂質膜で囲まれた微小な容器）が軸索膜と融合し、その内容物を細胞外空間に放出します。神経伝達物質は、エキソサイトーシスによってシナプス前神経から放出されます。放出された神経伝達物質は、標的細胞の膜にある受容体まで拡散します。神経伝達物質はこれらの受容体に結合し、受容体を活性化します。活性化される受容体の種類によって、標的細胞への影響は、標的細胞を興奮させたり、抑制したり、代謝を変化させたりと様々です。この一連の出来事は、多くの場合、1000分の1秒未満で起こります。その後、シナプス前終末内部では、新しい小胞群が膜の隣の位置に移動され、次の活動電位が到達したときに放出される準備が整う。活動電位は、ニューロン規模でのシナプス伝達の統合における最終的な電気的ステップである。[ 6 ]
自由に動き回る動物では、軸索における活動電位伝播の細胞外記録が実証されている。自由動き回る動物では、場所細胞などの細胞活動を研究するために細胞外体性活動電位が使用されてきたが、白質と灰白質の両方で軸索活動も記録することができる。軸索活動電位伝播の細胞外記録は、体性活動電位とは次の3つの点で異なる。1. 信号のピーク-トラフ持続時間（約150μs）は、錐体細胞（約500μs）や介在ニューロン（約250μs）よりも短い。2. 電圧変化は三相性である。3. テトロードで記録された活動は、4本の記録ワイヤのうち1本のみで見られる。自由に動き回るラットからの記録では、軸索信号は、アルベウスや脳梁を含む白質路、および海馬灰白質で分離されている。[ 24 ]
実際、生体内での活動電位の発生は連続的であり、これらの連続するスパイクがニューロン内のデジタルコードを構成します。これまでの研究では、短時間のパルスによって誘発される単一のスパイクは軸索起源であることが示されていますが、生体内の生理学的信号はニューロンの細胞体で連続するスパイクの開始を引き起こします。[ 25 ] [ 26 ]
軸索は活動電位を軸索終末に伝播させるだけでなく、活動電位を増幅する能力も持ち、連続する活動電位が確実に軸索終末に伝播するようにしている。分子メカニズムの観点から言えば、軸索の電位依存性ナトリウムチャネルは、短時間のパルスに対して閾値が低く、不応期が短い。 [ 27 ]
軸索が標的に向かって発達することは、神経系の全体的な発達における 6 つの主要な段階の 1 つです。[ 28 ]培養された海馬ニューロンで行われた研究では、ニューロンは最初は同等の複数の神経突起を生成しますが、これらの神経突起のうちの 1 つだけが軸索になる運命にあることが示唆されています。[ 29 ]軸索の特異化が軸索の伸長に先行するのか、あるいはその逆なのかは不明ですが、[ 30 ]最近の証拠は後者を示しています。完全に発達していない軸索が切断されると、極性が変化し、他の神経突起が軸索になる可能性があります。この極性の変化は、軸索が他の神経突起よりも少なくとも 10 μm 短く切断された場合にのみ発生します。切断後、最も長い神経突起が将来の軸索になり、元の軸索を含む他のすべての神経突起は樹状突起に変わります。[ 31 ]神経突起に外部の力を加えて伸長させると、軸索になる。[ 32 ]それにもかかわらず、軸索の発達は、細胞外シグナル伝達、細胞内シグナル伝達、細胞骨格ダイナミクスの複雑な相互作用によって達成される。
ニューロンを取り囲む細胞外マトリックスを介して伝播する細胞外シグナルは、軸索の発達において重要な役割を果たします。[ 33 ]これらのシグナル伝達分子には、タンパク質、神経栄養因子、細胞外マトリックス、接着分子が含まれます。 分泌タンパク質であるネトリン（UNC-6としても知られる）は、軸索形成に関与しています。UNC -5ネトリン受容体が変異すると、ニューロンから複数の神経突起が不規則に突出し、最終的に1本の軸索が前方に伸びます。[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]神経栄養因子である神経成長因子（NGF）、脳由来神経栄養因子（BDNF）、ニューロトロフィン-3（NTF3）も軸索の発達に関与し、Trk受容体に結合します。[ 38 ]
神経突起の先端でTrkAの活性化に関与するガングリオシド変換酵素であるプラズマ膜ガングリオシドシアリダーゼ（PMGS）は、軸索の伸長に必要である。PMGSは、将来軸索となる神経突起の先端に非対称的に分布する。[ 39 ]
軸索の発達中、 PI3Kの活性は、目的の軸索の先端で増加します。PI3Kの活性を阻害すると、軸索の発達が阻害されます。PI3Kの活性化により、ホスファチジルイノシトール（3,4,5）-三リン酸（PtdIns）が生成され、これが神経突起の著しい伸長を引き起こし、軸索に変換します。そのため、PtdInsを脱リン酸化するホスファターゼの過剰発現は、極性化の失敗につながります。[ 33 ]
アクチンフィラメント含有量が最も低い神経突起が軸索になる。PGMS濃度とf-アクチン含有量は逆相関関係にあり、神経突起の先端でPGMSが濃縮されると、f-アクチン含有量が大幅に減少する。[ 39 ]さらに、アクチン脱重合薬や毒素B（Rhoシグナル伝達を不活性化する）への曝露は、複数の軸索の形成を引き起こす。したがって、成長円錐内のアクチンネットワークの中断は、その神経突起が軸索になることを促進する。[ 40 ]
成長中の軸索は、軸索の先端にある成長円錐を介して周囲環境を移動します。成長円錐には、ラメリポディウムと呼ばれる幅広のシート状の突起があり、その中にフィロポディアと呼ばれる突起があります。フィロポディアは、このプロセス全体が表面に接着し、周囲の環境を探索するためのメカニズムです。アクチンはこのシステムの移動において重要な役割を果たします。細胞接着分子（CAM）のレベルが高い環境は、軸索の成長に理想的な環境を作り出します。これは、軸索が成長するための「粘着性のある」表面を提供するようです。神経系に特有のCAMの例としては、N-CAM、TAG-1 （軸索糖タンパク質[ 41 ]）、MAGなどがあり、これらはすべて免疫グロブリンスーパーファミリーに属します。細胞外マトリックス接着分子と呼ばれる別の分子群も、軸索が成長するための粘着性のある基質を提供します。これらの分子の例としては、ラミニン、フィブロネクチン、テネイシン、ペルレカンなどが挙げられる。これらの分子の中には、細胞表面に結合して短距離の誘引物質または忌避物質として作用するものもあれば、拡散性リガンドとして長距離に影響を及ぼすものもある。
ガイドポスト細胞と呼ばれる細胞は、神経軸索の成長を誘導するのを助けます。軸索の誘導を助けるこれらの細胞は、通常、未成熟な場合もある他の神経細胞です。軸索が標的との接続部で成長を完了すると、必要な伝導速度に応じて、軸索の直径は最大で5倍まで増加する可能性があります。[ 42 ]
また、研究により、ニューロンの軸索が損傷しても、細胞体（ニューロンの細胞体）が損傷していなければ、軸索は再生し、ガイドポスト細胞の助けを借りてニューロンとのシナプス結合を再構築することが発見されている。これは神経再生とも呼ばれる。[ 43 ]
Nogo-Aは、中枢神経系のミエリン膜（軸索に存在する）に存在する神経突起伸長阻害成分の一種です。成体哺乳類の中枢神経系における軸索再生を制限する上で重要な役割を果たしています。最近の研究では、Nogo-Aを阻害および中和すると、ラットおよびマウスの脊髄における機能回復の促進につながる長距離軸索再生を誘導できることが明らかになりました。これはまだヒトでは実施されていません。[ 44 ]また、最近の研究では、Dectin-1受容体によって活性化される特定の炎症経路を介して活性化されたマクロファージが軸索回復を促進する能力がある一方で、ニューロンに神経毒性を引き起こすことも明らかになっています。 [ 45 ]
軸索の長さは、動物によっては数マイクロメートルから数メートルまで大きく異なります。このことから、ニューロンが軸索の長さを感知し、それに応じて成長を制御できる細胞長調節機構が存在することが強調されます。モータータンパク質が軸索の長さの調節に重要な役割を果たしていることが発見されました。[ 46 ]この観察に基づいて、研究者らはモータータンパク質が分子レベルで軸索の長さにどのように影響するかを説明する軸索成長の明確なモデルを開発しました。[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]これらの研究は、モータータンパク質が細胞体から成長円錐へ、またその逆方向にシグナル分子を運び、その濃度が長さ依存の周波数で時間とともに振動することを示唆しています。
ヒト末梢神経系のニューロンの軸索は、その物理的特徴と信号伝導特性に基づいて分類することができる。軸索は、異なる太さ（0.1～20μm ）を持つことが知られており[ 4 ]、これらの違いは、活動電位が軸索に沿って伝わる速度、すなわち伝導速度に関係していると考えられていた。ErlangerとGasserはこの仮説を証明し、いくつかの種類の神経線維を特定し、軸索の直径と神経伝導速度の関係を確立した。彼らは1941年にその研究結果を発表し、軸索の最初の分類を示した。
軸索は 2 つのシステムに分類されます。Erlanger と Gasser によって導入された最初のシステムでは、線維を A、B、C の文字を使用して 3 つの主要なグループに分類しました。これらのグループ、グループ A、グループ B、グループ Cには、感覚線維 (求心性線維) と運動線維 (遠心性線維) の両方が含まれます。最初のグループ A は、アルファ、ベータ、ガンマ、デルタ線維( Aα、Aβ、Aγ、Aδ) に細分化されました。異なる運動線維の運動ニューロンは、下位運動ニューロン(アルファ運動ニューロン、ベータ運動ニューロン、ガンマ運動ニューロン)であり、それぞれ Aα、Aβ、Aγ 神経線維を持っています。
その後、他の研究者によって、Aa線維には感覚線維である2つのグループが存在することが明らかになった。これらは、感覚線維のみを含むシステム（ロイド分類）に組み込まれた（ただし、これらの線維の中には混合神経であり、運動線維でもあるものもあった）。このシステムでは、感覚線維のグループをタイプと呼び、ローマ数字を用いて、タイプIa、タイプIb、タイプII、タイプIII、タイプIVと分類している。
下位運動ニューロンには2種類の線維がある。
感覚受容体はそれぞれ異なる種類の神経線維によって支配されている。固有受容体はIa型、Ib型、II型の感覚線維によって、機械受容体はII型、III型の感覚線維によって、侵害受容体と温覚受容体はIII型、IV型の感覚線維によって支配されている。
自律神経系には2種類の末梢神経線維がある。
末梢神経系の神経損傷は、重症度の順に、神経麻痺、軸索断裂、または神経断裂と表現できます。 脳震盪は、びまん性軸索損傷の軽症型と考えられています。[ 55 ]軸索損傷は、中枢性クロマトリシスを引き起こすこともあります。神経系の軸索の機能不全は、末梢神経と中枢神経の両方に影響を与える多くの遺伝性および後天性の神経疾患の主な原因の1つです。[ 6 ]
軸索が圧迫されると、細胞体から最も遠い軸索の部分で軸索変性の活発なプロセスが起こります。この変性は損傷後すぐに起こり、軸索のその部分は膜で封鎖され、マクロファージによって分解されます。これはワラー変性として知られています。[ 56 ]軸索の後退死は、特に軸索輸送が障害されている場合、多くの神経変性疾患でも起こり得ます。これはワラー様変性として知られています。[ 57 ]研究によると、この変性は軸索タンパク質NMNAT2が軸索全体に到達できなくなることによって起こると示唆されています。 [ 58 ]
軸索の脱髄は、多発性硬化症に見られる数多くの神経学的症状を引き起こす。
脱髄とは、ミエリン鞘の異常な形成のことである。これはいくつかの白質ジストロフィーや統合失調症に関係している。[ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]
重度の外傷性脳損傷は、びまん性軸索損傷と呼ばれる状態で軸索を損傷する神経路の広範囲な病変を引き起こす可能性があります。これは持続性植物状態につながる可能性があります。[ 62 ]ラットを用いた研究では、1回の軽度の外傷性脳損傷による軸索損傷が、繰り返される軽度の外傷性脳損傷後のさらなる損傷に対する感受性を残す可能性があることが示されています。[ 63 ]
神経誘導管は、神経再生を可能にするために軸索の成長を誘導する人工的な手段であり、さまざまな種類の神経損傷に対する治療法の1つである。
一般的な辞書では、「神経線維」を軸索と樹状突起の両方を含むあらゆる神経突起と定義している。[ 64 ] [ 65 ]しかし、医学文献では一般的に「神経線維」は軸索のみを指す。[ 66 ] [ 67 ]
ドイツの解剖学者オットー・フリードリヒ・カール・ダイタースは、樹状突起と区別することで軸索を発見したと一般的に考えられている。[ 6 ]スイスのリュードルフ・アルベルト・フォン・ケリカーとドイツのロベルト・レマクは、軸索の起始部を初めて特定し特徴づけた。ケリカーは1896年に軸索と名付けた。[ 68 ]ルイ＝アントワーヌ・ランヴィエは、軸索に見られる隙間または結節を初めて記述し、この貢献により、これらの軸索の特徴は現在、ランヴィエの結節として一般的に呼ばれている。スペインの解剖学者サンティアゴ・ラモン・イ・カハルは、軸索はニューロンの出力部分であり、その機能を説明すると提唱した。[ 6 ]ジョセフ・エルランガーとハーバート・ガッサーは、軸索伝導速度、髄鞘化、線維サイズなどに基づいて末梢神経線維の分類システムを先に開発しました。[ 69 ]アラン・ホジキンとアンドリュー・ハクスリーもイカの巨大軸索（1939 年）を使用し、1952 年までに活動電位のイオン的基礎の完全な定量的記述を得て、ホジキン・ハクスリー モデルの定式化に至りました。ホジキンとハクスリーは、この研究に対して 1963 年に共同でノーベル賞を受賞しました。軸索伝導の詳細を記した式は、フランケンハウザー・ハクスリー方程式で脊椎動物に拡張されました。活動電位伝播の生化学的基礎の理解はさらに進み、個々のイオンチャネルに関する多くの詳細が含まれています。
無脊椎動物の軸索は広範囲にわたって研究されてきた。モデル生物としてよく用いられるナガヒレイカは、既知の中で最も長い軸索を持つ。[ 70 ]ダイオウイカは、既知の中で最も大きな軸索を持つ。その大きさは、直径0.5mm（通常）から1mmで、ジェット推進システムの制御に用いられる。記録された最速の伝導速度210m/sは、一部の外洋性クルマエビの鞘に包まれた軸索に見られる[ 71 ]。通常、伝導速度は90～200m /sである[ 72 ]（有髄脊椎動物の軸索で最速は100～120m /s）。
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)ケリカーは1896年に「軸索」にその名前を付けた。