プルキンエ細胞

プルキンエ細胞：小脳の司令塔を支える神経細胞

チェコの解剖学者ヤン・エヴァンゲリスタ・プルキニェの名を冠したプルキンエ細胞は、小脳皮質に存在する大型の抑制性ニューロンです。ヒトの脳内ではベッツ細胞に次ぐ大きさで、その複雑な樹状突起が特徴です。

形態と神経回路

プルキンエ細胞は、小脳皮質のプルキンエ細胞層に、まるでドミノのように整然と並んでいます。その大きな樹状突起は、広大な受容面を形成し、多数の神経細胞からの情報を統合します。

主な入力経路は2つあります。一つは、小脳皮質の顆粒細胞から伸びる平行線維からの入力です。数万本もの平行線維が、プルキンエ細胞の樹状突起にシナプス結合し、比較的弱いグルタミン酸性の興奮性入力を与えます。もう一つは、延髄の下オリーブ核から伸びる登上線維からの入力です。登上線維は、プルキンエ細胞の樹状突起や細胞体に巻き付くようにシナプスを形成し、強力な興奮性入力を与えます。一つのプルキンエ細胞には、多数の平行線維からの入力と、たった一本の登上線維からの入力を受け取ります。

さらに、プルキンエ細胞は、小脳皮質の他の神経細胞、籠細胞や星状細胞からも抑制性の入力を受けます。これらの細胞は、それぞれプルキンエ細胞の軸索起始部や樹状突起にシナプスを形成し、GABAを神経伝達物質として使用します。

プルキンエ細胞は、小脳皮質からの唯一の出力ニューロンであり、その軸索は深部小脳核（歯状核など）に投射し、抑制性の信号を送ります。この出力は、運動制御において重要な役割を果たします。

電気生理学的特性

プルキンエ細胞は、2種類の活動電位を示します。一つは、自発的あるいは平行線維からの刺激によって発生する単純スパイクです。これは、比較的高い頻度（17～150Hz）で発火します。もう一つは、登上線維の興奮によって誘発される複雑スパイクです。これは、ゆっくりとした頻度（1～2Hz）で、まとまった大きな活動電位として観測されます。

プルキンエ細胞の自発的な発火は、ナトリウムチャネルとカルシウムチャネルの活性に依存しています。特に、プルキンエ細胞に多く存在するナトリウムチャネル（Nav1.6）は、他の神経細胞とは異なる特性を持ち、連続発火を可能にしています。また、プルキンエ細胞のカルシウムチャネル（P型カルシウムチャネル、P/Q型カルシウムチャネルとも呼ばれる）も、その機能に大きく関わっています。

平行線維と登上線維を同時に刺激すると、平行線維とプルキンエ細胞間のシナプス伝達効率が低下する長期抑圧（LTD）が観察されます。このLTDは、小脳における運動学習機構の基礎となる現象であり、「教師あり学習」モデルを支持する重要な証拠となっています。

さらに、プルキンエ細胞は内因性カンナビノイドを放出することで、シナプス伝達の調節にも関与していると考えられています。

プルキンエ細胞と疾患

プルキンエ細胞の機能異常は、様々な小脳失調症を引き起こします。例えば、ATM遺伝子の異常によって引き起こされる毛細血管拡張性運動失調症や、P型カルシウムチャネル（Cav2.1）の異常によって引き起こされる脊髄小脳失調症6型では、プルキンエ細胞の変性や脱落が観察され、小脳失調（歩行障害など）を呈します。これらの疾患では、プルキンエ細胞の機能不全が運動制御の障害に繋がっていると考えられます。

まとめ

プルキンエ細胞は、小脳皮質における重要な神経細胞であり、その複雑な形態と電気生理学的特性、そして運動学習や疾患との関連性から、脳機能解明において重要な研究対象となっています。今後の研究により、プルキンエ細胞の機能に関する理解がさらに深まり、小脳失調症などの治療法開発に繋がるものと期待されます。

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