神経管

脊索動物（脊椎動物を含む）の発生過程において、神経管は脳と脊髄からなる中枢神経系の胚発生上の前駆体である。神経溝は神経褶が隆起するにつれて徐々に深くなり、最終的に褶が正中線で合流して融合し、神経溝は閉鎖した神経管へと変化する。ヒトの場合、神経管閉鎖は通常、妊娠4週目（受精後28日目）までに起こる。

神経管は、一次神経管形成と二次神経管形成という2つの方法で発達する。

一次神経管形成では、外胚葉が3種類の細胞に分かれる。

• 体内に位置する神経管
• 外側に位置する表皮
• 神経堤細胞は、神経管と表皮の間の領域で発生し、その後新しい場所に移動します。

1. 神経板が形成された後に一次神経管形成が始まります。神経板の縁が厚くなり、上方に持ち上がり、神経褶を形成します。神経板の中央は地面に固定されたままで、U字型の神経溝が形成されます。この神経溝が胚の左右の境界となります。神経褶は胚の正中線に向かってくびれ、融合して神経管を形成します。^{[ 1 ]}
2. 二次神経管形成では、神経板の細胞が索状の構造を形成し、それが胚の内部を移動して空洞化し、管を形成する。

それぞれの生物は、一次神経管形成と二次神経管形成を異なる程度で利用する。

• 魚類の神経管形成は二次神経管形成のみによって進行する。
• 鳥類では、管の後部領域は二次神経管形成によって発達し、前部領域は一次神経管形成によって発達する。
• 哺乳類では、二次神経管形成は35番目の体節付近で始まる。

哺乳類の神経管は、頭部では体幹部とは逆の順序で閉じる。

• ヘッド内:

1. 神経堤細胞が移動する
2. 神経管が閉じる
3. 上層の外胚葉が閉じる

• トランクの中：

1. 上層の外胚葉が閉じる
2. 神経管が閉じる
3. 神経堤細胞が移動する

神経管の4つの区分はそれぞれ、神経上皮細胞の分裂によって最終的に中枢神経系の異なる領域に発達する。前脳（前脳）、中脳（中脳）、後脳（菱脳）、および脊髄である。^{[ 2 ]}

• 前脳はさらに発達して、終脳（大脳）と間脳（視胞と視床下部）になる。
• 中脳は中脳として残る。
• 菱脳は、後脳（橋と小脳）と延髄（延髄）に発達する。

神経管は、頭側と尾側の両方が短期間開いている。これらの開口部は神経孔と呼ばれ、ヒトでは妊娠4週目に閉じる。神経孔の閉鎖が不適切だと、無脳症や二分脊椎などの神経管欠損症を引き起こす可能性がある。

神経管の背側部には、主に感覚に関わる翼板が存在する。神経管の腹側部には、主に運動（すなわち筋肉）制御に関わる基底板が存在する。

脊髄は後部神経管から発生する。脊髄が発達するにつれて、神経管の壁を構成する細胞が増殖し、脊髄のニューロンとグリア細胞に分化する。背側組織は感覚機能に関係し、腹側組織は運動機能に関係する。^{[ 3 ]}

神経管は背腹軸に沿ってパターンを形成し、神経前駆細胞の明確な区画を確立し、それによって異なる種類のニューロンが生成される。^{[ 4 ]}形態形成のフランス国旗モデルによれば、このパターン形成は発生の初期に起こり、いくつかの分泌シグナル分子の活性によって生じる。ソニックヘッジホッグ（Shh）は腹側軸のパターン形成において重要な役割を担い、骨形成タンパク質（BMP）とWntファミリーメンバーは背側軸のパターン形成において重要な役割を果たす。^{[ 5 ]}神経前駆細胞に位置情報を提供する他の因子としては、線維芽細胞増殖因子（FGF）とレチノイン酸が挙げられる。レチノイン酸は、運動ニューロンの分化中にPax6とOlig2を誘導するために、腹側でShhとともに必要とされる。 ^{[ 6 ]}

初期の神経管発生では、主に3種類の腹側細胞が確立されます。神経褶段階で腹側正中線に形成される床板細胞、およびより背側に位置する運動ニューロンと介在ニューロンです。^{[ 4 ]}これらの細胞の種類は、脊索（神経管の腹側に位置）および後に床板細胞からのShhの分泌によって規定されます。^{[ 7 ]} Shhはモルフォゲンとして作用し、その発生源から離れるにつれて濃度依存的に作用して細胞の種類を規定します。^{[ 8 ]}

Shhが腹側神経管のパターン形成に関与するメカニズムとして、以下のようなものが提案されている。ホメオドメイン（HD）および基本ヘリックス・ループ・ヘリックス（bHLH）転写因子群の発現を制御するShhの濃度勾配が形成される。これらの転写因子は、Shhの影響の仕方に基づいて2つのタンパク質クラスに分類される。クラスIはShhによって阻害されるが、クラスIIはShhによって活性化される。これらの2つのタンパク質クラスは互いに相互に調節し合い、より明確な発現境界を形成する。神経管の背腹軸に沿ったこれらの転写因子の発現の様々な組み合わせが、神経前駆細胞のアイデンティティの形成に関与する。^{[ 5 ]}これらの神経前駆細胞から、分子的に異なる5つの腹側神経細胞群が試験管内で形成される。また、これらの神経細胞群が生体内で生成される位置は、試験管内での誘導に必要なShhの濃度によって予測できる。^{[ 9 ]}研究によると、神経前駆細胞はShhへの曝露時間に応じて異なる反応を示し、曝露時間が長いほど腹側細胞型が多くなることが示されている。^{[ 10 ] [ 11 ]}

神経管の背側端では、BMPが神経細胞のパターン形成に関与している。BMPはまず上層の外胚葉から分泌される。次に、神経管の最も背側にある構造である屋根板に二次シグナル伝達中心が形成される。 ^{[ 1 ]}神経管の背側端からのBMPは、腹側端のShhと同様に濃度依存的に作用するようである。^{[ 12 ]}これは、BMPシグナル伝達活性の量が変化するゼブラフィッシュ変異体を用いて示された。研究者らは、背腹パターン形成の変化を観察した。例えば、特定のBMPが欠損したゼブラフィッシュでは、背側感覚ニューロンの喪失と介在ニューロンの拡大が見られた。^{[ 13 ]}

研究によると、神経管の発達中に免疫系の変化が起こり、神経管欠損症（NTD）の一因となる可能性がある。免疫細胞は、胎児の脳や脊髄組織、羊水由来の細胞で活性化される。マクロファージは炎症促進機能と抗炎症機能の両方を示し、発達中の神経細胞と相互作用する。これらの免疫神経相互作用は、サイトカインシグナル伝達やNF-κB、JAK-STATなどの経路によって媒介される。免疫調節と神経発達の両方に関与するいくつかの遺伝子が、NTDの出生前診断マーカー候補として提案されている。^{[ 14 ]}

この記事は、 グレイ解剖学第20版（1918年）50ページからのパブリックドメインのテキストを引用しています。

• スイスの発生学（UL 、UB 、UFより）iperiodembry/carnegie03
• UNSWにおける発生学ノート/第3週_5
• 図はembryology.med.unsw.edu.auに掲載されています。
• brainviews.comの図