在任何一本生物教科书中，对神经元的描绘大致都相似：一个细胞向外射出一条又长又粗的链条——这条链就是轴突。
一直以来，轴突都被描绘成光滑的圆柱形。但是，一项新发表于《自然·神经科学》的研究挑战了这一观点，它表明轴突的自然形状更像是一串珍珠。
轴突的形状
轴突是一种超薄的膜管，相当于连接脑组织的“电缆”，正是它们使我们能够执行学习、记忆，以及一些其他的功能。
过去，科学家已经知道，轴突上存在一些珠状的结构，即所谓的轴突串珠结构。这些串珠结构可以在垂死的神经元中形成，也可以在帕金森病以及其他神经退行性疾病患者身上形成，原因是这些患者会丧失神经元的膜和骨架的完整性。
在正常情况下，轴突的形状一直被视为像管道一样，有着基本恒定的直径，仅在偶尔的情况下会出现泡状结构。
冷冻的小鼠轴突
在新的研究中，为了观察神经元上的轴突，研究人员利用高压冷冻电子显微术对小鼠神经元进行了分析。
与标准的电子显微术相比，这种冷冻方法可以更好地保存细胞中非常微小部分的精细结构。这是因为，当使用标准的电子显微术观测纳米级结构时，需要使用化学固定剂来对组织进行固定和脱水，但冷冻则能通过冻结来维持组织的形状。这就好比是冷冻葡萄来保留其形状，与通过脱水将葡萄制成葡萄干的区别。
研究人员运用这项技术研究了三种类型的小鼠神经元：在实验室中培养的神经元、取自成年小鼠的神经元以及取自小鼠胚胎的神经元。
在成千上万张组织样本的图像中，研究人员观察到沿着小鼠轴突均匀分布的、直径约200纳米的珠状结构。这些小珠子有着规律的间隔，而且它们不含任何东西，这表明它们不是由细胞堵塞造成的。研究人员将轴突的这些珠状结构命名为“非突触膨体”。
显微镜下显示的轴突的珠状结构。（图/Quan Gan, Mitsuo Suga, Shigeki Watanabe）
珠状结构的功能
接着，研究人员使用数学模型来观察轴突膜是否会对这些珠状结构的形状或存在产生影响。数学模型以及通过小鼠神经元进行的实验都表明，当增加轴突周围的溶液中糖的浓度，或降低轴突膜的张力，就会减小珠状结构的大小。
在另一项实验中，研究人员还试图试图将胆固醇从神经元的膜中移除，使其变得更加柔软、流动性更强。在这种情况下，他们发现在数学模型和小鼠神经元中的珠状结构都有所减少，同时轴突传递电信号的能力也下降了。
这种珠状结构具有功能性吗？在实验中，研究人员对小鼠神经元进行了高频电刺激，以此来使小鼠轴突上的珠状结构膨胀。他们发现，在刺激后的至少30分钟里，这些珠状结构的长度平均增长了8%，宽度增长了17%，并提高了电信号的传导速度。这意味着，这些珠状的突起就像是控制旋钮，能够影响神经元发射信号的速度和精度。
改写教科书的结果？
这些发现挑战了一个多世纪以来对轴突结构的理解，并可以改变人们对神经元及其信号的看法。那么，教科书将因此被改写吗？事实上，虽然一些科学家对此发现表示认同，但也有专家表示质疑。
例如，有科学家指出，这些珠状结构有可能是细胞受损时产生的副作用。因为当快速冷冻时，样本在处理过程中可能会发生一些意想不到的情况。因此，他们认为这种制备过程有可能使轴突出现这种珠状结构，但这种结构是可以恢复的。
或许，进一步的研究将会告诉我们答案。研究人员计划，接下来，他们要在接受了脑外科手术的人类患者，以及死于神经退行性疾病的患者身上，检查人脑组织中的轴突的情况。
#创作团队：
编译：糖兽
排版：雯雯
#参考来源：
https://www.hopkinsmedicine.org/news/newsroom/news-releases/2024/12/study-may-reverse-century-old-understanding-of-the-shape-of-arms-on-mammals-brain-cells
https://www.nature.com/articles/s41593-024-01813-1
https://www.science.org/content/article/controversial-study-redraws-classical-picture-neuron
#图片来源：
封面图&首图：Quan Gan, Mitsuo Suga, Shigeki Watanabe
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