在任何一本生物教科書中，對神經元的描繪大致都相似：一個細胞向外射出一條又長又粗的鏈條——這條鏈就是軸突。
一直以來，軸突都被描繪成光滑的圓柱形。但是，一項新發表於《自然·神經科學》的研究挑戰了這一觀點，它表明軸突的自然形狀更像是一串珍珠。
軸突的形狀
軸突是一種超薄的膜管，相當於連線腦組織的“電纜”，正是它們使我們能夠執行學習、記憶，以及一些其他的功能。
過去，科學家已經知道，軸突上存在一些珠狀的結構，即所謂的軸突串珠結構。這些串珠結構可以在垂死的神經元中形成，也可以在以及其他神經退行性疾病患者身上形成，原因是這些患者會喪失神經元的膜和骨架的完整性。
在正常情況下，軸突的形狀一直被視為像管道一樣，有著基本恆定的直徑，僅在偶爾的情況下會出現泡狀結構。
冷凍的小鼠軸突
在新的研究中，為了觀察神經元上的軸突，研究人員利用高壓冷凍電子顯微術對小鼠神經元進行了分析。
與標準的電子顯微術相比，這種冷凍方法可以更好地儲存細胞中非常微小部分的精細結構。這是因為，當使用標準的電子顯微術觀測奈米級結構時，需要使用化學固定劑來對組織進行固定和脫水，但冷凍則能透過凍結來維持組織的形狀。這就好比是冷凍葡萄來保留其形狀，與透過脫水將葡萄製成葡萄乾的區別。
研究人員運用這項技術研究了三種類型的小鼠神經元：在實驗室中培養的神經元、取自成年小鼠的神經元以及取自小鼠胚胎的神經元。
在成千上萬張組織樣本的影象中，研究人員觀察到沿著小鼠軸突均勻分佈的、直徑約200奈米的珠狀結構。這些小珠子有著規律的間隔，而且它們不含任何東西，這表明它們不是由細胞堵塞造成的。研究人員將軸突的這些珠狀結構命名為“非突觸膨體”。
顯微鏡下顯示的軸突的珠狀結構。（圖/Quan Gan, Mitsuo Suga, Shigeki Watanabe）
珠狀結構的功能
接著，研究人員使用數學模型來觀察軸突膜是否會對這些珠狀結構的形狀或存在產生影響。數學模型以及透過小鼠神經元進行的實驗都表明，當增加軸突周圍的溶液中糖的濃度，或降低軸突膜的張力，就會減小珠狀結構的大小。
在另一項實驗中，研究人員還試圖試圖將膽固醇從神經元的膜中移除，使其變得更加柔軟、流動性更強。在這種情況下，他們發現在數學模型和小鼠神經元中的珠狀結構都有所減少，同時軸突傳遞電訊號的能力也下降了。
這種珠狀結構具有功能性嗎？在實驗中，研究人員對小鼠神經元進行了高頻電刺激，以此來使小鼠軸突上的珠狀結構膨脹。他們發現，在刺激後的至少30分鐘裡，這些珠狀結構的長度平均增長了8%，寬度增長了17%，並提高了電訊號的傳導速度。這意味著，這些珠狀的突起就像是控制旋鈕，能夠影響神經元發射訊號的速度和精度。
改寫教科書的結果？
這些發現挑戰了一個多世紀以來對軸突結構的理解，並可以改變人們對神經元及其訊號的看法。那麼，教科書將因此被改寫嗎？事實上，雖然一些科學家對此發現表示認同，但也有專家表示質疑。
例如，有科學家指出，這些珠狀結構有可能是細胞受損時產生的副作用。因為當快速冷凍時，樣本在處理過程中可能會發生一些意想不到的情況。因此，他們認為這種製備過程有可能使軸突出現這種珠狀結構，但這種結構是可以恢復的。
或許，進一步的研究將會告訴我們答案。研究人員計劃，接下來，他們要在接受了腦外科手術的人類患者，以及死於神經退行性疾病的患者身上，檢查人腦組織中的軸突的情況。
#創作團隊：
編譯：糖獸
排版：雯雯
#參考來源：
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
#圖片來源：
封面圖&首圖：Quan Gan, Mitsuo Suga, Shigeki Watanabe
