编辑推荐：
约翰霍普金斯大学的分子神经科学家、资深作者Shigeki Watanabe说，今天发表在《Nature Neuroscience》杂志上的这项研究应该“100%”地改变我们对神经元及其信号的看法。
翻开任何一本神经科学教科书，对神经元的描述都大致相同：一个像变形虫一样的斑点状细胞体射出一条又长又粗的链。这条链就是轴突，它将电信号传递到细胞与其他神经元通信的终端。轴突一直被描绘成光滑的圆柱形，但一项对老鼠神经元的新研究挑战了这一观点。相反，它表明它们的自然形状更像是一串珍珠。更有争议的是，作者提出这些珍珠状的突起可以作为控制旋钮，影响细胞发射信号的速度和精度。
约翰霍普金斯大学的分子神经科学家、资深作者Shigeki Watanabe说，今天发表在《Nature Neuroscience》杂志上的这项研究应该“100%”地改变我们对神经元及其信号的看法。一些局外人对此表示赞同。卑尔根大学的进化生物学家Pawel Burkhardt说，这些发现“非常重要，我认为已经被忽视了很长一段时间”，他最近在被称为栉水母的微小海洋无脊椎动物的神经元中发现了类似的珍珠结构。
然而，该领域的几位专家对这些发现提出了质疑。一些人引用了成像前用于保存细胞的制备和冷冻方法的潜在混淆效应。一些人怀疑这项研究完全颠覆了人们对轴突真实形状的认识。来自艾克斯-马赛大学的神经科学家Christophe Leterrier说：“我认为（轴突）确实不是一个完美的管道，但它也不仅仅是它们表现出的这种手风琴。”他称这项研究是“对文献的有争议的补充”。
自20世纪60年代中期以来，显微镜学家已经发现，当轴突患病或受到其他压力时，它们会蜷缩成小珠子。Leterrier称这些临时珠子为“大脑的压力球”，并发现证据表明它们可以防止细胞损伤的扩散。其他研究表明，当进出细胞核的货物形成交通堵塞时，即使是正常的轴突也会暂时隆起，就像儿童读物《小王子》中大象在蟒蛇体内隆起一样。
但Watanabe实验室的研究生Jacqueline Griswold在高压冷冻技术保存的小鼠神经元中发现了一些不同的东西。她说，这种方法可以比显微镜中通常使用的化学固定剂更好地保存“细胞非常非常小部分的精细结构”。她将这项技术应用于培养皿中培养的小鼠神经元，以及成年和胚胎小鼠大脑超薄切片的样本。（研究小组研究了一组无髓鞘的神经元，这意味着它们没有包裹在可能限制轴突形状的外层绝缘脂肪层中。）
利用电子显微镜，她注意到沿着小鼠轴突均匀分布的直径约200纳米的小珍珠。这些小球比Leterrier的压力球更小，间隔更有规律，而且它们不含任何东西，这表明它们不是由蜂窝交通堵塞造成的。
这一发现与其他发现相呼应：2013年，Watanabe在线虫身上发现了类似的珠状轴突，但没有进一步研究，Burkhardt最近在栉水母身上发现了这种现象。Griswold还说，她在人类脑组织中看到了高压冷冻处理的轴突珍珠，尽管她和她的同事还没有发表这一发现。
拉曼研究所（Raman Research Institute）的生物物理学家Pramod Pullarkat说：“（珠状）形状本身并不奇怪。”他研究了与轴突串珠有关的力，并表示，越来越多的研究表明，这种形状可能是由于“珠光不稳定性”——一种圆柱形囊泡在张力下蜷缩起来的物理现象。他说，这种珍珠状的形状“很可能”是轴突的正常状态，但需要更多的研究来得出明确的答案。
Burkhardt说，珍珠现象可能保存了数百万年。他认为珍珠可能具有功能性目的，而新的实验提供了线索。
电信号沿轴突传播的速度取决于轴突的形状、直径和珠光模式的复杂相互作用。Watanabe的团队用数学模型模拟了这种相互作用，并记录了具有不同程度珍珠的真实小鼠神经元的信号传导速度。在这两种情况下，他们都发现，当轴突珍珠更小、间距更紧时，信号会更慢，而珍珠之间的间距更大，信号会更快。Watanabe说，这表明，当大脑需要计算大量信息时，它可能会改变神经元的细微形状，以改善信号传导。但是大脑究竟是如何控制珍珠的还不清楚。
“活体动物的轴突形态处于不断动态变化之中，”上海科技大学研究病变神经元串珠的神经科学家Tong Wang说。她对轴突珠可以影响信号传导并不感到惊讶，并称这一发现是一个“令人信服”的发现，它增加了使大脑如此适应的机制。
但其他专家认为，Watanabe团队发现的珍珠是细胞损伤的副作用。耶鲁大学医学院的神经科学家Pietro De Camilli没有参与这项研究，他说：“虽然快速冷冻是一个非常快速的过程，但在处理样本的过程中可能会发生一些事情……这也会导致头部脱落。”来自圣路易斯华盛顿大学医学院的细胞生物学家John Heuser也认为珠状蛋白是制备过程中的产物。“轴突可以变成那样……但它们也可以从中恢复，它们可以恢复到正常的样子。”
然而，Griswold说，她也用一种既不需要冷冻也不需要化学固定剂的技术记录了活神经元中的珍珠。她还展示了用于制备标准显微镜样品的多聚甲醛会引入它自己的人工制品：使用它会导致珍珠消失。她说，这可以解释为什么以前的研究记录了一个更圆柱形的形状。
“肯定有人会说，‘不，这不可能是真的，’”Griswold说。但是，她补充说，“我们已经公布了我们所有的实验——你自己去看看吧。”
美国国立卫生研究院的生物物理学家Joshua Zimmerberg说，最终，这些发现为更好地理解所有不同类型的轴突珍珠“打开了大门”。但对他来说，最大的问题仍然悬而未决。“‘珍珠会影响我的思维过程吗？”’这是每个人都想知道的。”
Zimmerberg说，当神经元在活人大脑中活跃时，没有办法观察它们的细粒度结构，“我们没有足够强大的技术来直接回答这个问题。”目前，Watanabe团队的工作已经“尽可能接近了”。
生物通微信公众号
生物通 版权所有
