肌動(dòng)蛋白、血影蛋白和相關(guān)分子形成了軸突中的周期性亞膜晶格結(jié)構(gòu)，但是這種膜骨架是如何發(fā)展而來(lái)，為什么它傾向于在軸突中形成，尚不明確。2014年12月23日，哈佛大學(xué)華人女學(xué)者莊小威在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《eLife》發(fā)表的一項(xiàng)最新研究成果（題為“Developmental mechanism of the periodic membrane skeleton in axons”，闡述了這種晶格結(jié)構(gòu)的發(fā)展機(jī)制。

神經(jīng)元是高度極化的細(xì)胞，它們的突觸區(qū)域可接收突觸輸入，軸突可傳播電信號(hào)并將突出輸出發(fā)送給靶細(xì)胞。細(xì)胞骨架蛋白對(duì)于保持神經(jīng)元極性非常重要。例如，肌動(dòng)蛋白和微管對(duì)于軸突的生長(zhǎng)和穩(wěn)定、信號(hào)到特定神經(jīng)突的輸送以及突觸的穩(wěn)定和可塑性，是必不可少的。在神經(jīng)突尖端的肌動(dòng)蛋白的瞬態(tài)去穩(wěn)，足以誘導(dǎo)樹突變成軸突。

αII和βII血影蛋白在軸突中非常豐富。據(jù)了解，血影蛋白對(duì)于提高軸突機(jī)械穩(wěn)定性和保護(hù)它們免于機(jī)械應(yīng)力、保持突觸前末梢穩(wěn)定性和維持軸突中特異性膜結(jié)構(gòu)域，是非常重要的。缺乏αII或βII血影蛋白的小鼠在胚胎期就會(huì)死亡，凸顯了這些蛋白質(zhì)的重要功能。血影蛋白也被證明在人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮一定的作用。

最近，研究人員在哺乳動(dòng)物神經(jīng)元軸突中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)周期性亞膜晶格結(jié)構(gòu)，由肌動(dòng)蛋白、血影蛋白和其他相關(guān)分子構(gòu)成。在這種膜骨架中，肌動(dòng)蛋白微絲形成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，環(huán)繞軸突的周圍。這些肌動(dòng)蛋白沿著軸突軸均勻分布，間隔大約190nm，表現(xiàn)出明顯的長(zhǎng)距秩序排列。在環(huán)上的肌動(dòng)蛋白微絲覆蓋有內(nèi)收蛋白。相鄰的肌動(dòng)蛋白環(huán)由血影蛋白連接，可能以αII-βII-血影蛋白異四聚體的形式，因?yàn)橛醒芯坑^察到，周期性βII血影蛋白環(huán)與肌動(dòng)蛋白-內(nèi)收蛋白環(huán)沿軸突相間分布，因此觀察到的190nm間隔與血影蛋白四聚體的長(zhǎng)度是相匹配的。

這種類似一維的、周期性的晶格結(jié)構(gòu)的超微組織，不同于以往所觀察到的，二維多邊形膜骨架結(jié)構(gòu)存在于紅血細(xì)胞中，而一種紅血球樣的多邊形膜骨架被發(fā)現(xiàn)存在于果蠅神經(jīng)肌肉接點(diǎn)的軸蘇端中。有趣的是，這種周期性結(jié)構(gòu)偏向于在軸突中形成，樹突中的肌動(dòng)蛋白主要采取長(zhǎng)絲（在樹突軸上延伸）的形式。在缺乏β血影蛋白或攜帶β血影蛋白突變體的秀麗隱桿線蟲（C elegans）中，在動(dòng)物運(yùn)動(dòng)期間軸突更容易斷裂，并表現(xiàn)出受損的觸覺，從而表明這種結(jié)構(gòu)可能對(duì)于軸突機(jī)械穩(wěn)定性和感知機(jī)械刺激是非常重要的。這種周期性的晶格也通過(guò)放置重要的膜蛋白（例如電壓門控鈉通道），將軸突膜組織成一種周期性分布。

然而，這種高度規(guī)則性的膜骨架結(jié)構(gòu)在軸突中是如何發(fā)展起來(lái)，它的形成是如何調(diào)控的，尚不清楚。例如，目前還不清楚周期性晶格是發(fā)生在軸突分化的早期階段還是晚期階段。雖然先前發(fā)現(xiàn)的、對(duì)于軸突分化很重要的蛋白質(zhì)因子，傾向于富集在軸突的生長(zhǎng)錐部位，并在此發(fā)揮作用，但是，肌動(dòng)蛋白-血影蛋白晶格是否也在軸突的遠(yuǎn)端部分啟動(dòng)？或者相反是在細(xì)胞體附近的近側(cè)區(qū)首先形成？目前尚不明確。而且，軸突（而不是樹突）中這種周期性結(jié)構(gòu)的特異性形成的調(diào)控機(jī)制，仍然是個(gè)謎。

在這項(xiàng)研究中，研究人員解決了這些關(guān)于“這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)如何發(fā)展”的重要問(wèn)題。他們發(fā)現(xiàn)，周期性膜骨架開始于軸突分化早期。這些晶格結(jié)構(gòu)起源于鄰近細(xì)胞體的軸突區(qū)域，并傳播到軸突的末端部位。通過(guò)招募其他組件，晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)一步成熟，并且成熟的膜骨架是高度穩(wěn)定的。

研究還發(fā)現(xiàn)，多個(gè)分子因素在這一結(jié)構(gòu)形成的調(diào)控過(guò)程中發(fā)揮作用。晶格結(jié)構(gòu)依賴于完整的微管。βII血影蛋白在軸突中的局部高濃度，是軸突中晶格結(jié)構(gòu)特異性形成的關(guān)鍵決定因素，人為地增加樹突中βII血影蛋白的濃度，足以誘導(dǎo)樹突中周期性晶格結(jié)構(gòu)的形成。

值得注意的是，錨蛋白B對(duì)于βII血影蛋白在神經(jīng)突中的極化分布非常重要；在錨蛋白B敲除小鼠中，βII血影蛋白均勻地分布在軸突和樹突中，在樹突和軸突中產(chǎn)生一種高度規(guī)則的、周期性的膜骨架。