翻開任何一本神經(jīng)科學教科書，對神經(jīng)元的描述都大致相同——一個像變形蟲一樣的斑點狀細胞體延伸出一條又長又粗的鏈。這條鏈就是軸突，它將電信號傳遞到細胞與其他神經(jīng)元通信的終端。軸突一直被描繪成光滑的圓柱體，但一項發(fā)表于《自然-神經(jīng)科學》的研究挑戰(zhàn)了這一觀點。該研究表明，軸突的自然形狀更像是一串珍珠。更有爭議的是，這些珍珠狀的突起可以作為控制旋鈕，影響細胞發(fā)射信號的速度和精度。

用高壓冷凍技術保存的小鼠神經(jīng)元的顯微成像顯示出一種珍珠串結構，研究人員認為這可能是細胞的自然形狀。圖片來源：QUAN GAN AND MITSUO SUGA

美國約翰斯·霍普金斯大學的分子神經(jīng)科學家Shigeki Watanabe說，該研究會改變我們對神經(jīng)元及其信號的看法。挪威卑爾根大學的進化生物學家Pawel Burkhardt對此表示贊同。他最近在被稱為櫛水母的微小海洋無脊椎動物的神經(jīng)元中也發(fā)現(xiàn)了類似的珍珠結構。

然而也有專家對這些發(fā)現(xiàn)提出質疑。一些人懷疑，這項研究完全顛覆了人們對軸突真實形狀的認識。法國艾克斯-馬賽大學的神經(jīng)科學家Christophe Leterrier認為，軸突確實不是一個完美的管道，這項研究是“對文獻的有爭議的補充”。

20世紀60年代中期，顯微鏡學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，軸突在患病或受到其他壓力時可以皺縮成珠子狀。Leterrier將這些臨時形成的珠子稱為“大腦的壓力球”，并發(fā)現(xiàn)它們可以防止細胞損傷的擴散。其他研究表明，當往返細胞核的“貨物”形成交通堵塞時，即使是正常的軸突也會暫時隆起。

Watanabe實驗室的研究生Jacqueline Griswold在用高壓冷凍技術保存的小鼠神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)了不同的東西。她說，高壓冷凍技術比通常使用的化學固定劑能更好地保存“細胞非常小的部分的精細結構”。她將這項技術應用于培養(yǎng)皿中生長的小鼠神經(jīng)元，以及成年和胚胎小鼠大腦超薄切片的樣本。

使用電子顯微鏡，Griswold注意到沿小鼠軸突均勻分布的直徑約200納米的“小珍珠”。這些小球比Leterrier發(fā)現(xiàn)的壓力球更小、間隔更有規(guī)律，而且它們不含任何東西，這表明它們不是由細胞“交通堵塞”造成的。

這一發(fā)現(xiàn)與其他發(fā)現(xiàn)相呼應：2013年，Watanabe實驗室在蛔蟲身上發(fā)現(xiàn)了類似的珍珠狀軸突，但沒有進一步研究；Burkhardt最近在櫛水母身上也發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象；Griswold在人類腦組織中看到了高壓冷凍處理的軸突珍珠。

“珍珠狀本身并不奇怪?！庇《壤芯克纳镂锢韺W家Pramod Pullarkat說，越來越多的研究表明，這種形狀是一種圓柱形囊泡在張力下皺縮的物理現(xiàn)象，很可能是軸突的正常狀態(tài)。但他表示，需要更多研究才能得出明確答案。

電信號沿軸突傳播的速度取決于軸突的形狀、直徑和珍珠間復雜的相互作用。Watanabe團隊用數(shù)學模型模擬了這種相互作用，并記錄了具有不同程度珍珠的真實小鼠神經(jīng)元的信號傳導速度。他們發(fā)現(xiàn)，當軸突珍珠更小、間距更緊時，信號會更慢，而珍珠之間間距更大時，信號會更快。Watanabe說，這表明當大腦需要計算大量信息時，它可能會改變神經(jīng)元的細微形狀，以改善信號傳導。但是大腦究竟是如何控制“珍珠”的尚不清楚。

但其他專家認為，Watanabe團隊發(fā)現(xiàn)的珍珠狀是細胞損傷的副作用。沒有參與這項研究的美國耶魯大學醫(yī)學院的神經(jīng)科學家Pietro De Camilli說：“雖然高壓冷凍是一個非?？焖俚倪^程，但在處理樣本的過程中可能會發(fā)生一些事情導致形成珍珠狀?！泵绹ヂ芬姿谷A盛頓大學醫(yī)學院的細胞生物學家John Heuser也認為，珠狀蛋白是制備過程中的產物。

美國國立衛(wèi)生研究院的生物物理學家Joshua Zimmerberg說，這些發(fā)現(xiàn)為更好地理解所有不同類型的軸突“打開了大門”。但他表示，仍有問題懸而未決，“珍珠會影響我的思維過程嗎？這是每個人都想知道的?！?/p>

Zimmerberg說，如果沒有一種方法來觀察神經(jīng)元在活體人腦中活動時的精細結構，我們就沒有足夠強大的技術來直接回答這個問題。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41593-024-01813-1

來源：《自然—神經(jīng)科學》