什麼？腦神經軸突腫大未必是神經退化的現象？

在神經細胞的型態中，腫大的軸突（axonal swelling）、紊亂的細胞骨架被認為阻礙神經訊號的傳導，是神經細胞退化與老化的特徵之一。然而，近期對年輕小鼠的研究發現，主要位於小腦皮質，在動作協調與學習上有重要角色的普金斯細胞（purkinje cell），軸突腫大並不意味著神經退化的開始，相反的，腫大的軸突在訊號傳遞上更具有優勢，是神經塑性的一種展現。

根據近期在Nature Communications發表的文章，研究人員以年輕小鼠為對象，將小鼠小腦的普金斯細胞（purkinje cell）取出後，對細胞注入電流進行測試，理論上，神經軸突在傳導高頻率動作電位時會有較高的傳導失敗（axonal failure）機會，但結果發現，purkinje cell腫大的軸突不僅沒有阻礙神經訊號傳遞，比起沒有腫大的軸突，在傳導高頻率的動作電位時有更少的失敗（axonal failure），此外，軸突腫大的部份在訊號傳遞速度、胞器密度與未腫大的軸突無明顯區別，腫大軸突切片的TEM影像顯示，內部的細胞骨架與退化神經的腫大部份皆混亂無組織性。

之後研究人員對什麼情況會引起軸突腫大做進一步測試，他們在神經細胞的環境加入低濃度的河豚毒素，河豚毒素會阻礙神經鈉離子通道的運作，抑制神經訊號傳導，高濃度的河豚毒素會完全抑制神經訊號的產生，無論在神經細胞本體或軸突，而低濃度的河豚毒素會完全抑制軸突的訊號傳遞，同時稍微保有神經細胞本體產生動作電位，藉此產生大量的傳導失敗，經由以上實驗，發現purkinje cell在低濃度的河豚毒素下容易產生軸突腫大，而高濃度或沒有河豚毒素的環境下無明顯產生軸突腫大的情形。

從以上兩個實驗大可推斷，神經軸突腫大有可能是神經訊號傳導不順暢的情況下細胞對應的方式，展現出神經塑性，如果此事為真，則推翻神經退化是源於軸突腫大導致神經細胞失去其功能的理論，對此研究人員表示，他們目前觀察到此現象的細胞僅有小鼠小腦的 prukinje cell且細胞都有寡突細胞（oligodendrocyte）包覆形成髓鞘，而神經退化疾病影響的細胞不僅有小腦，還包含大腦額頁、腦幹、海馬迴、杏仁核……等，證據還不夠充分，要在多觀察不同種類細胞。

最後，研究人員對老鼠進行三種運動訓練的實驗，並分為高低兩種強度訓練，結果顯示老鼠在經過運動訓練後，小腦的purkinje cell突觸腫大的數目皆顯著增加，其中兩種高強度訓練prukinje cell突觸腫大增加比率亦顯著高於低強度訓練，這個實驗結果支持prukinje cell突觸腫大是神經塑性的現象，並對應先前單獨取出神經細胞加入少量河豚毒素的實驗，說明在活體上prukinje cell突觸腫大是神經塑性的表現之一。

撰文：張誌元

文章出處：

Lang-Ouellette D, Gruver KM, Smith-Dijak A, Blot FGC, Stewart CA, de Vanssay de Blavous P, Li CH, Van Eitrem C, Rosen C, Faust PL, Schonewille M, Watt AJ. (2021). Purkinje cell axonal swellings enhance action potential fidelity and cerebellar function. Nature Communications 12(1), 1-13.