一项来自约翰霍普金斯医学院的突破性研究，颠覆了长达一个多世纪的神经生物学经典认知。传统教科书描绘的神经元轴突——负责传递信号的长突起——并非均匀的管状结构，而是在小鼠脑细胞、线虫以及人皮层神经元中呈现出独特的“串珠”状。

这项最初发表于2024年《自然·神经科学》（Nature Neuroscience）的发现，随后在2025年《生物物理学杂志》（Biophysical Journal）和《神经元》（Neuron）上的研究中得到进一步证实，揭示了秀丽隐杆线虫运动神经元、小鼠海马神经元和人皮层神经元中普遍存在的“串珠”结构。

约翰霍普金斯大学医学院细胞生物学和神经科学副教授Shigeki Watanabe博士强调：“理解轴突结构对于理解脑细胞信号传导至关重要。轴突是连接我们脑组织的‘电缆’，支撑着学习、记忆及其他高级功能。”

长期以来，轴突上的珠状膨大常被视为损伤或疾病（如帕金森病及其他神经退行性疾病）的标志。然而，最新研究表明，这些规律性重复的膨大也可能出现在正常轴突中，至少在所检测的神经元类型中是如此。

与传统上将轴突描述为直径均匀、仅在突触前膨大处（储存神经递质）中断的细长圆柱体不同，新发现的模式由规律间隔的膨大组成，且这些膨大与突触无关，研究人员将其命名为“非突触性膨大”（non-synaptic varicosities）。

这些结构尺度极其微小。珠状区域直径约为250纳米，而连接它们的细长部分宽度约为70纳米。相比之下，轴突的总长度可达100毫米至1000毫米（约4英寸至3.3英尺），但其厚度仅约100纳米。

为了捕捉这些精微细节，研究团队采用了高压冷冻电子显微镜技术。该技术能比标准制备方法更准确地保存细胞结构。Watanabe博士解释道：“使用标准电镜观察纳米级结构时，我们通常需要固定和脱水组织。但冷冻技术能更好地保留其原始形态——就像冷冻葡萄而非将其脱水成葡萄干一样。”

研究人员分析了实验室培养的小鼠神经元，以及从成年小鼠和胚胎小鼠中提取的神经元。所有这些神经元均缺乏髓鞘（包裹许多轴突的绝缘层）。在数万张图像中，相同的重复性珠状模式清晰可见。Watanabe博士表示：“这些发现挑战了长达一个世纪的轴突结构认知。”

最初，研究人员将这种现象归因于轴突的内部骨架。然而，由Jacqueline Griswold领导的实验表明，破坏细胞骨架框架并未消除这种串珠状外观。进一步的分析，包括与Padmini Rangamani博士合作进行的数学建模，将焦点转向了细胞膜的物理特性。

周围环境的变化也支持了这一观点。增加轴突周围的糖浓度会导致膨大收缩，而稀释条件则使其扩张。通过去除胆固醇降低膜的刚度，不仅减少了串珠现象，同时还减缓了电信号的传输速度。

Watanabe博士指出：“轴突中更宽敞的空间允许离子（化学粒子）更快地通过，避免‘交通堵塞’。”

电刺激也产生了类似的效果。高频电活动导致膨大平均长度增加8%，宽度增加17%，并持续至少30分钟，同时伴随着信号传输速度的加快；当胆固醇被移除后，这些结构变化和信号速度的提升便不再发生。

2025年发表在《神经元》（Neuron）上的一项相关研究，将这些观察结果扩展到了癫痫手术获取的活体脑组织。研究人员利用“电击-冷冻”电子显微镜技术，刺激小鼠和人类脑切片，并在毫秒内将其保存，从而以纳米级分辨率捕捉突触活动。结果显示，小鼠和人类皮层突触均通过超快内吞作用（一种快速膜回收过程）回收突触囊泡，并证实了人类组织中也存在相同的串珠状轴突结构。

该研究还在两种物种的活跃区附近发现了动力蛋白1xA（dynamin 1xA）的聚集，这支持了快速突触功能存在共享机制的观点。

这些里程碑式的发现不仅重写了神经科学教科书，更深刻地影响着我们对脑细胞信号传导、学习、记忆以及神经退行性疾病发病机制的理解。