ミエリン

ミエリン（/ˈmaɪ.əlɪn/MY-ə-lin ）は、ほとんどの脊椎動物においてニューロンの軸索を囲み、軸索を絶縁して電気インパルス（活動電位と呼ばれる）が軸索に沿って伝わる速度を速める脂質に富んだ物質である。[ 1 ] [ 2 ]^{有髄軸索は、絶縁物質（}ミエリン）で覆われた電線（軸索）に例えることができる。ただし、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するわけではない。ミエリンは、節間部と呼ばれる軸索の一部を、厳密に制御された節間長の複数のミエリン層で覆う。

鞘に覆われた部分は、ランヴィエの結節と呼ばれる規則的な短い無髄の間隔で分離されています。各ランヴィエの結節は約 1マイクロメートルの長さです。ランヴィエの結節は、跳躍伝導として知られるはるかに速い伝導速度を可能にし、活動電位は各結節で再充電されて次の結節に飛び移り、軸索終末に到達するまで続きます。^{[ 1 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}終末では、活動電位がシナプスを介して神経伝達物質の放出を誘発し、それが別のニューロン、筋細胞、または分泌細胞などのシナプス後細胞の受容体に結合します。

ミエリンは、軸索の長さに沿って絶縁、栄養、恒常性のサポートを提供する特殊な非神経性グリア細胞によって作られます。中枢神経系では、ミエリン化はオリゴデンドロサイトと呼ばれるグリア細胞によって形成され、それぞれの細胞は足突起と呼ばれる細胞突起を伸ばして近くの複数の軸索をミエリン化します。末梢神経系では、ミエリンはシュワン細胞によって形成され、軸索の一部のみをミエリン化します。中枢神経系（CNS）では、軸索は電気信号をある神経細胞体から別の神経細胞体へと伝達します。^{[ 6 ] [ 7 ]} ミエリンの「絶縁」機能は、効率的な運動機能（歩行などの動き）、感覚機能（視覚、聴覚、嗅覚、触覚、痛覚など）、認知（知識の獲得と想起など）に不可欠であり、遺伝的に決定される白質ジストロフィーなどのミエリン化に影響を与える障害の結果によって実証されています。^{[ 8 ]}後天性炎症性脱髄疾患である多発性硬化症、[ ^{9 ]}および炎症性脱髄性末梢神経障害。^{[ 10 ]有病率が高いため、中枢神経系に}特異的に影響を与える多発性硬化症は、最もよく知られている脱髄疾患である。

ミエリンは16世紀にヴェサリウスによって白質線維として初めて記述されましたが、ミエリンという言葉は1854年にルドルフ・フィルヒョウによって造語されました。この用語は、色と質感が似ていることから、ギリシャ語で骨髄を意味するmyelosに由来しています。 ^{[ 11 ]} 1世紀以上後、電子顕微鏡の発達に伴い、グリア細胞由来であること、および超微細構造が明らかになりました。^{[ 11 ]}

ミエリンは、無顎魚類を除くすべての脊椎動物に存在します。^{[ 12 ] [ 13 ]}中枢神経系のミエリンは、末梢神経系（PNS）のミエリンとは組成と構造がわずかに異なりますが、どちらも絶縁と栄養サポートという同じ機能を果たします。脂質が豊富なため、ミエリンは白く見え、そのため以前は中枢神経系の白質と呼ばれていました。脳梁や皮質脊髄路などの中枢神経系の白質路と、坐骨神経や聴神経などの末梢神経系の神経（これらも白く見えます）は、数千から数百万の軸索から構成され、大部分は平行に並んでいます。脳梁には2億以上の軸索があります。^{[ 14 ]}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線維路に到達する経路を提供し、中枢神経系ではアストロサイトやミクログリア、末梢神経系ではマクロファージなどの他の細胞型も含まれています。

総質量に関して言えば、ミエリンは約40%が水で、乾燥質量では60%から75%が脂質、15%から25%がタンパク質です。タンパク質には、中枢神経系に豊富に存在し、緻密なミエリンの形成において重要な非冗長的な役割を果たすミエリン塩基性タンパク質（MBP）^{[ 15 ]} 、中枢神経系に特有のミエリンオリゴデンドロサイト糖タンパク質（MOG）^{[ 16 ]} 、中枢神経系のミエリンで最も豊富なタンパク質ですが、末梢神経系のミエリンでは微量成分であるプロテオリピドタンパク質（PLP）^{[ 17 ]}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、中枢神経系のPLPと同様の役割を果たし、ミエリン鞘を構成する複数の同心円状のグリア細胞膜層を結合させる役割を担っています。ミエリンの主要な脂質はガラクトセレブロシドと呼ばれる糖脂質である。スフィンゴミエリンの絡み合った炭化水素鎖が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は形成されない。^{[ 18 ]}

ミエリン関連糖タンパク質（MAG）は、ミエリン鞘の形成と維持に重要なタンパク質です。MAGはミエリン鞘の内膜に局在し、軸索膜タンパク質と相互作用してミエリン鞘を軸索に付着させます。^{[ 19 ]} MAG遺伝子の変異は、多発性硬化症などの脱髄疾患に関与しています。^{[ 20 ]}

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）が有髄線維に沿って伝わる速度を速めることです。無髄線維では、活動電位は連続波として伝わりますが、有髄線維では、跳躍伝導によって「飛び跳ねる」ように伝わります。後者は、少なくとも一定の直径を超える軸索では、前者よりも著しく速いです。ミエリンは、軸索膜（軸索膜）の静電容量を減少させ、電気抵抗を増加させます。ミエリンは、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ます。^{[ 12 ]}

有髄線維には、有髄節間部に沿って電位依存性ナトリウムチャネルがなく、ランヴィエ絞輪でのみ露出している。ランヴィエ絞輪では、これらのチャネルが非常に豊富に密集している。^{[ 21 ]}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、ランヴィエ絞輪の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ことにより、静止膜電位が急速に回復する。軸索内のナトリウムイオンは、軸索細胞質を介して軸索形質を急速に拡散し、隣接する有髄節間部を経て、最終的に次の（遠位の）ランヴィエ絞輪に到達し、この部位で電位依存性ナトリウムチャネルの開口と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形質を急速に拡散するが、拡散は本質的に減衰的であるため、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）密接に配置されている必要がある。^{[ 22 ]}軸索膜電位が約 +35 mV まで脱分極すると、ランヴィエの連続する結節で活動電位が「再充電」されます。 ^{[ 21 ]}有髄の結節間部では、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外へ、カリウムイオンを軸索内へ送り込み、細胞内液（この場合は軸索内）と細胞外液（細胞外）のイオンバランスを回復します。

ミエリンが「軸索絶縁体」としての役割を担っていることはよく知られているが、ミエリン形成細胞のその他の機能はあまり知られていないか、ごく最近になって確立されたばかりである。ミエリン形成細胞は、神経フィラメントのリン酸化を促進することで軸索を「整形」し、節間部での軸索の直径または厚さを増加させる。また、ランヴィエ絞輪で軸索膜上の分子（電位依存性ナトリウムチャネルなど）のクラスター形成を助け、^{[ 23 ]}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。^{[ 24 ]} 2012年には、ミエリン形成細胞が軸索に「栄養を与える」役割を担っていることを裏付ける証拠が明らかになった。^{[ 25 ] [ 26 ]}言い換えれば、ミエリン形成細胞は軸索の局所的な「燃料補給ステーション」として機能しているようで、活動電位の発生後、軸索と周囲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します。^{[ 27 ] [ 28 ]}

末梢神経線維が切断されると、ミエリン鞘が再生の足場となる。しかし、ミエリン層は神経線維の完全な再生を保証するものではない。再生し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、再生せずに死滅するものもある。ミエリン鞘と神経線維の損傷は、しばしば機能不全の悪化と関連している。

哺乳類のCNSの無髄線維と有髄軸索は再生しない。^{[ 29 ]}

ミエリンを生成する過程は、ミエリン形成またはミエリン生成と呼ばれます。中枢神経系では、オリゴデンドロサイト前駆細胞が 成熟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、ミエリン形成は妊娠後期、つまり妊娠26週頃に始まります。^{[ 30 ]}ミエリン形成の信号は軸索から発せられ、1～2μmより大きい軸索がミエリン化されます。^{[ 31 ]}節間部の長さは軸索の直径の大きさによって決まります。^{[ 31 ]}乳児期には、ミエリン形成は急速に進み、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、発話の習得、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。ミエリン化は思春期から成人初期にかけて継続し、この時点でほぼ完了しているものの、大脳皮質などの灰白質領域では生涯を通じてミエリン鞘が追加される可能性がある。^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]}

すべての軸索が有髄であるわけではありません。たとえば、末梢神経系では、軸索の大部分は無髄です。代わりに、レマックSCと呼ばれる非有髄シュワン細胞によって覆われ、レマック束に配置されています。^{[ 35 ]}中枢神経系では、無髄軸索（または断続的に有髄化された軸索、つまり有髄部分の間に長い無髄領域がある軸索）が有髄軸索と混ざり合い、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ます。^{[ 36 ]}

機能的に同等のミエリン様鞘は、貧毛類環形動物や、クルマエビ類、テナガエビ類、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、結節など、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。^{[ 12 ]}しかし、脊椎動物の結節は環状である。つまり、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結節は、環状または窓状である。つまり、「点」に限定されている。これは、背側に開口部を持つミミズ（ Lumbricus terrestris L. ）の正中巨大線維に見られる。 ^{[ 49 ]}脊椎動物と無脊椎動物の両方で記録された最速の伝導速度は、無脊椎動物であるクルマエビの髄鞘に包まれた軸索に見られ、^{[ 12 ]} 90～200  m/s の範囲です。これは、直径 10 μm のニューロンが厚さ 10 μm の髄鞘で覆われているために得られます。^{[ 13 ]} (最速の有髄脊椎動物軸索は100～120 m/sです)。 

• ミエリン関連糖タンパク質
• ミエリン切痕
• ミエリン再生プロジェクト
• ミエリン修復財団は、多発性硬化症の治療薬開発を目的とした非営利の医学研究財団です。
• Myelinoidは、ヒトの髄鞘形成および白質疾患を研究するためのin vitroモデルである。

• 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：ミエリン鞘を染色するための改良クルーバー法