ミエリン

ミエリン
PNSにおける単純化されたニューロンの構造
中枢神経系におけるオリゴデンドロサイトとミエリン鞘を持つニューロン
詳細
システム	神経系
識別子
ＦＭＡ	62977
解剖学用語 [Wikidataで編集]

ミエリン（/ ˈ m aɪ . ə l ɪ n / MY -ə-lin）は脂質を豊富に含む物質で、神経細胞の軸索（神経系の電線）を取り囲んで軸索を絶縁し、電気インパルス（活動電位と呼ばれる）が軸索に沿って伝わる速度を高めます。 ^{[1] [2]}有髄軸索は、絶縁体（ミエリン）が周囲を覆った電線（軸索）に例えることができます。しかし、電線のプラスチック被覆とは異なり、ミエリンは軸索の全長にわたって単一の長い鞘を形成しません。むしろ、ミエリンは軸索を分節的に覆います。一般に、各軸索は、ランビエ絞輪と呼ばれる短い隙間を挟んだ複数の長い鞘に包まれています。長さが約1000分の1 mm（1ミクロン）のランビエ絞輪では、軸索の膜はミエリンで覆われていません。

ミエリンの最もよく知られている機能は、電荷として符号化された情報が軸索に沿って伝わる速度を上げることです。ミエリンは跳躍伝導を引き起こすことでこれを実現します。^[1]跳躍伝導とは、電気インパルスが長いミエリン鞘を越えて、ランビエ絞輪から次の絞輪へと軸索に沿って「ジャンプ」することを意味します。したがって、情報は、髄鞘のない軸索よりも髄鞘のある軸索に沿って約 100 倍速く伝わります。

分子レベルでは、髄鞘は細胞外イオンと細胞内イオンの距離を広げ、電荷の蓄積を減らします。髄鞘の不連続構造により、活動電位は、ランヴィエ絞輪から、節間セグメントまたは「節間」と呼ばれる長い（約0.1 mm～> 1 mm、または100～1000ミクロン）軸索の髄鞘化された領域に「ジャンプ」し、次のランヴィエ絞輪で「再充電」されます。この「ジャンプ」は、活動電位が軸索末端に到達するまで続きます。^{[3] [4] [5]}軸索末端に到達すると、電気信号によってシナプスを横切る化学神経伝達物質の放出が誘発され、シナプス後細胞（別のニューロン、筋細胞、分泌細胞など）の受容体に結合します。

ミエリンは、軸索に栄養と恒常性のサポートを提供する非神経細胞であるグリア細胞によって作られます。これは、軸索が細長い構造であるため、ニューロン自体によってサポートされるには細胞体から離れすぎているためです。中枢神経系（脳、脊髄、視神経）では、髄鞘形成はオリゴデンドロサイトと呼ばれる特殊なグリア細胞によって形成され、各オリゴデンドロサイトは突起（細胞体から伸びる手足のような部分）を送り出し、近くの複数の軸索を髄鞘化します。一方、末梢神経系では、ミエリンは神経鞘細胞（シュワン細胞）によって形成され、1つの軸索の一部分のみを髄鞘化します。CNSでは、軸索が1つの神経細胞体から別の神経細胞体へ電気信号を伝達します。^{[6] [7]} ミエリンの「絶縁」機能は、効率的な運動機能（歩行などの動作）、感覚機能（視覚、聴覚、嗅覚、触覚や痛覚など）、認知（知識の獲得や想起など）に不可欠であり、遺伝性白質ジストロフィー、^[8]後天性炎症性脱髄疾患である多発性硬化症、^[9]炎症性脱髄性末梢神経障害など、髄鞘形成に影響を与える疾患の結果によって実証されています。^{[10]多発性硬化症は、特に中枢神経系}（脳、脊髄、視神経）に影響を与えるため、その有病率の高さから、ミエリンの疾患として最もよく知られています。

ミエリンを生成するプロセスは、髄鞘形成またはミエリン形成と呼ばれます。中枢神経系では、オリゴデンドロサイト前駆細胞(OPC) が成熟したオリゴデンドロサイトに分化し、ミエリンを形成します。ヒトでは、髄鞘形成は妊娠後期の早い時期に始まりますが^[11]、出生時には中枢神経系にも末梢神経系にもミエリンはほとんど存在しません。幼児期には、髄鞘形成が急速に進行し、ミエリン鞘を獲得する軸索の数が増加します。これは、言語理解、発話習得、這うこと、歩くことなどの認知能力と運動能力の発達に対応しています。髄鞘形成は思春期から成人初期まで続き、この時点でほぼ完了しますが、生涯を通じて大脳皮質などの灰白質領域に髄鞘が追加される可能性があります^{[12] [13] [14]}

ミエリンは顎口類の 脊椎動物の特徴であると考えられているが、無脊椎動物では軸索はグリア細胞と呼ばれる細胞の一種に覆われている。^{[15] [16]}これらのグリア細胞による被覆は、上述のように軸索の周囲にミエリン形成細胞突起が複数回同心円状に巻き付くことで形成される脊椎動物の緻密ミエリンとは全く異なる。ミエリンは1854年にルドルフ・ヴィルヒョウによって初めて記述されたが、^[17]そのグリア細胞の起源と超微細構造が明らかになったのは、それから1世紀以上も後の電子顕微鏡の発達によるものであった。^[18]

脊椎動物では、すべての軸索が髄鞘化しているわけではない。例えば、末梢神経系では、軸索の大部分は髄鞘化していない。その代わり、それらはレマックSCと呼ばれる非髄鞘化シュワン細胞に覆われ、レマック束に配置されている。^[19]中枢神経系では、非髄鞘化軸索（または間欠的に髄鞘化した軸索、つまり髄鞘化したセグメントの間に長い非髄鞘化領域がある軸索）が髄鞘化した軸索と混ざり合い、少なくとも部分的には別の種類のグリア細胞である アストロサイトの突起によって絡み合っている。^{[要出典] [20]}

機能的に同等なミエリン様鞘は、貧毛類環形動物や、クルマエビ類、ヒラメ類、カラヌス類などの甲殻類を含むいくつかの無脊椎動物の分類群に見られる。これらのミエリン様鞘は、膜の多重性、膜の凝縮、節点など、脊椎動物に見られる鞘といくつかの構造的特徴を共有している。^[15]しかし、脊椎動物の節点は環状であり、軸索を取り囲んでいる。対照的に、無脊椎動物の鞘に見られる節点は、環状または窓開きであり、つまり「斑点」に限定されている。記録されている最も速い伝導速度（脊椎動物と無脊椎動物の両方）は、無脊椎動物であるクルマエビの鞘状軸索で、 90～200 m/sの範囲です^{[15] （}脊椎動物の最も速い髄鞘化軸索は100～120 m/s です）。

CNS ミエリンは、PNS ミエリンと組成と構成がわずかに異なりますが、どちらも同じ「絶縁」機能を果たします (上記を参照)。ミエリンは脂質が豊富なため白く見えるため、CNS の「白質」と呼ばれています。CNS 白質路 (例:視神経、皮質脊髄路、脳梁) と PNS 神経 (例:坐骨神経、聴神経。これらも白く見えます) はどちらも、数千から数百万の軸索で構成され、大部分は平行に並んでいます。血管は、酸素やグルコースなどのエネルギー基質がこれらの繊維路に到達するための経路を提供します。これらの繊維路には、CNS のアストロサイトやミクログリア、 PNS の マクロファージなど、他の細胞タイプも含まれています。

総質量で見ると、ミエリンは約 40% が水分、乾燥質量は 60%～75% が脂質、15%～25% がタンパク質です。タンパク質含有量には、中枢神経系に豊富で緻密なミエリンの形成に重要かつ重複しない役割を果たすミエリン塩基性タンパク質(MBP) ^[21]、中枢神経系に特異的なミエリンオリゴデンドロサイト糖タンパク質(MOG) ^[22] 、および中枢神経系ミエリンで最も豊富なタンパク質であるが末梢神経系ミエリンの成分としては少量であるプロテオリピドタンパク質(PLP) ^{[23]が含まれます。末梢神経系では、}ミエリンタンパク質ゼロ(MPZ または P0) は、髄鞘を構成するグリア細胞膜の複数の同心円層をまとめるという点で、中枢神経系での PLP と同様の役割を果たします。ミエリンの主な脂質は、ガラクトセレブロシドと呼ばれる糖脂質です。スフィンゴミエリンの絡み合った炭化水素鎖はミエリン鞘を強化する。コレステロールはミエリンの必須脂質成分であり、これがないとミエリンが形成されることができない。^[24]

ミエリンの主な目的は、電気インパルス（活動電位として知られる）がミエリン繊維に沿って伝わる速度を上げることである。無髄繊維では活動電位は連続波として伝わるが、有髄繊維では跳躍伝導によって伝わる。後者は少なくとも一定の直径以上の軸索では前者よりも著しく速い。ミエリンは静電容量を減少させ、軸索膜（軸索膜）全体の電気抵抗を増加させる。ミエリンが離れた身体部位間の機敏なコミュニケーションを維持することで、より大きな身体サイズを可能にしていると考えられている。^[15]

有髄線維には、有髄節に沿った電位依存性ナトリウムチャネルがないため、ランヴィエ絞輪でのみ露出している。ここでは、それらは非常に豊富で密集している。^[25]正に帯電したナトリウムイオンは、これらの電位依存性チャネルを介して軸索に入り、ランヴィエ絞輪で膜電位の脱分極を引き起こす。その後、正に帯電したカリウムイオンがカリウムチャネルを介して軸索から出るため、静止膜電位は急速に回復する。その後、軸索内のナトリウムイオンは、軸索質（軸索細胞質）を通って隣接する有髄節へ、そして最終的に次の（遠位）ランヴィエ絞輪へと急速に拡散し、電位依存性ナトリウムチャネルの開口とこの部位へのナトリウムイオンの流入を引き起こす。ナトリウムイオンは軸索質を通って急速に拡散するが、拡散は本質的に減少するため、活動電位の伝播を確実にするために、ランヴィエ絞輪は（比較的）狭い間隔で配置する必要がある。^[26]軸索膜電位が約+35 mVまで脱分極すると、ランヴィエ絞輪の連続する箇所で活動電位が「再充電」されます。 ^[25]髄鞘化された節間に沿って、エネルギー依存性のナトリウム/カリウムポンプがナトリウムイオンを軸索から排出し、カリウムイオンを軸索内に戻し、細胞内（細胞内、この場合は軸索）液と細胞外（細胞外）液の間のイオンバランスを回復します。

ミエリンが「軸索絶縁体」としての役割は十分に確立されているが、髄鞘形成細胞の他の機能はあまりよく知られていないか、ごく最近になって確立されたものである。髄鞘形成細胞は、神経フィラメントのリン酸化を促進することで下にある軸索を「彫刻」し、それによって節間領域の軸索の直径または厚さを増加させ、ランビエ絞輪の軸索膜上の分子（電位依存性ナトリウムチャネルなど）のクラスター化を助け、^[27]軸索に沿った細胞骨格構造やミトコンドリアなどの細胞小器官の輸送を調節する。 ^[28] 2012年、髄鞘形成細胞が軸索に「栄養を与える」役割を果たしていることを裏付ける証拠が明らかになった。^{[29] [30]}言い換えれば、髄鞘形成細胞は軸索の局所的な「燃料ステーション」として機能しているようであり、活動電位の発生に続いて、軸索とその環境との間のイオンの正常なバランスを回復するために大量のエネルギーを消費する^{[31] [32]}。

末梢神経線維が切断されると、髄鞘が再生が起こる経路を提供します。しかし、髄鞘層は神経線維の完全な再生を保証するものではありません。再生された神経線維の中には正しい筋線維を見つけられないものもあり、末梢神経系の損傷した運動ニューロンの中には再生せずに死んでしまうものもあります。髄鞘と神経線維の損傷は、多くの場合、機能不全の増加と関連しています。

哺乳類の中枢神経系の無髄線維と有髄軸索は再生しない。^[33]

脱髄とは、神経を絶縁している髄鞘が失われることであり、多発性硬化症、急性散在性脳 脊髄炎、視神経脊髄炎、横断性脊髄炎、慢性炎症性脱髄性多発ニューロパチー、ギランバレー症候群、橋中心髄鞘症、白質ジストロフィーなどの遺伝性脱髄疾患、シャルコー・マリー・トゥース病など、一部の神経変性自己免疫疾患の特徴です。悪性貧血の患者も、病状が迅速に診断されなければ、神経損傷を発症する可能性があります。 悪性貧血に伴う亜急性連合性脊髄変性症は、軽微な末梢神経損傷から中枢神経系への重度の損傷を引き起こし、発話、バランス、認知能力に影響を及ぼします。ミエリンが劣化すると、神経に沿った信号伝導が損なわれたり失われたりして、最終的に神経が枯れてしまいます。^{[説明が必要]}ミエリン変性のより重篤な症例は、カナバン病と呼ばれます。

免疫系は、腫瘍壊死因子^[34]またはインターフェロンのアップレギュレーションを介してサイトカインの過剰産生による脱髄を引き起こす炎症を含む、これらの疾患に関連する脱髄に役割を果たしている可能性があります。ドコサヘキサエン酸DHAエチルエステルは、全身性ペルオキシソーム障害における髄鞘形成を改善するというMRIの証拠。 ^[35]

脱髄は、影響を受けたニューロンの機能によって決まる多様な症状を引き起こします。脱髄は脳と体の他の部分との間の信号を遮断し、症状は患者ごとに異なり、臨床観察や実験室研究で異なる症状が現れます。

典型的な症状としては、片目だけに影響する中心視野のぼやけ、眼球運動時の痛みを伴うこと、複視、視力/聴力の喪失、チクチク感やしびれ（神経障害）、腕や脚の脱力、言語障害や記憶喪失などの認知障害、熱過敏症（熱いシャワーなど熱にさらされると症状が悪化したり再発したりする）、器用さの喪失、運動協調の困難またはバランス障害、排便や排尿のコントロールの困難、疲労、耳鳴りなどがあります。^[36]

損傷したミエリン鞘を修復する研究が進行中です。その技術には、外科的にオリゴデンドロサイト前駆細胞を中枢神経系に移植し、特定の抗体でミエリン修復を誘導することが含まれます。マウスでは（幹細胞移植を介して）有望な結果が得られていますが、この技術がヒトのミエリン喪失の補充に有効かどうかはまだわかっていません。^[37]アセチルコリンエステラーゼ阻害剤（AChEI）などのコリン作動性治療は、髄鞘形成、ミエリン修復、およびミエリンの完全性に有益な効果をもたらす可能性があります。コリン作動性刺激の増加は、脳の発達過程、特にオリゴデンドロサイトとそれらがサポートする生涯にわたる髄鞘形成過程に対する微妙な栄養効果を介して作用する可能性もあります。オリゴデンドロサイトのコリン作動性刺激、AChEI、およびニコチンなどの他のコリン作動性治療の増加は、発達中の髄鞘形成と高齢期の髄鞘修復を促進する可能性があります。^[38]塩化リチウムなどのグリコーゲン合成酵素キナーゼ3β阻害剤は、顔面神経が損傷したマウスの髄鞘形成を促進することがわかっています。^{[39]コレステロールは}ビタミンB12とともに髄鞘に必要な栄養素です。^{[40] [41]}

髄鞘形成不全は、髄鞘の構造と機能に欠陥があることを特徴とする。脱髄とは異なり、病変は生じない。このような欠陥のある鞘は、ミエリンの生合成と形成に影響を与える遺伝子変異から生じることが多い。シヴァラーマウスは髄鞘形成不全の動物モデルである。髄鞘形成不全が関与するヒトの疾患には、白質ジストロフィー（ペリツァウス・メルツバッハ病、カナバン病、フェニルケトン尿症）や統合失調症などがある。^{[42] [43] [44]}

• 中枢神経系の病変性脱髄
• ミエリン関連糖タンパク質
• ミエリン切開
• ミエリン再生プロジェクト「ミエリンプロジェクト」
• ミエリン修復財団は、多発性硬化症の 治療薬発見を目的とした非営利の医療研究財団です。
• ミエリノイド、ヒトの髄鞘形成と白質疾患を研究するためのin vitroモデル

• MS情報ソースブック、ミエリン
• H&E組織学
• ルクソール ファスト ブルー: 髄鞘を染色するための改良クルーバー法