研究人员以前所未有的细节绘制了小鼠鼻腔中的嗅觉受体分布图谱。这一成果颠覆了人们对鼻子如何产生嗅觉的认知。
△小鼠鼻腔的显微镜横截面图像，显示了鼻腔上皮的解剖结构。图片来源：datta lab
4月28日发表于《细胞》的一项研究，揭示了感觉神经元上表达的约1100个嗅觉受体是如何在鼻腔内壁上皮组织中受到严格调控的空间位置上有序排列的。同期发表的另一项研究则绘制了一份补充图谱，提供了嗅觉上皮组织中嗅觉受体的表达情况及其与大脑嗅球的神经连接。
“30年来，我们一直向学生传授一个观点——小鼠的嗅觉上皮组织被划分为几个大致相同的区域，在这些区域内，受体的选择基本上是随机的。”瑞典卡罗林斯卡学院的johan lundstrom说，“这是一篇具有里程碑意义的论文，推翻了嗅觉组织领域的一个基础性教科书模型。”
在研究中，科学家对来自数百只小鼠的约500万个神经元进行了检测。他们首先通过单细胞测序确定了由鼻腔神经元表达的嗅觉受体，然后利用空间转录组学绘制了关键基因的表达位置图谱。研究人员由此确定了这些受体的位置，并证明它们总是以从鼻腔顶部延伸至底部的水平条纹形式排列。
“每个受体在鼻腔中都占据一个特定的位置。鼻腔中有上千个位置，每个受体基本上都会在一个条带中表达，而这些受体条纹会与其他条纹发生重叠，最终形成上千个相互交错的条纹。”论文共同作者、美国哈佛医学院的sandeep robert datta说。
datta和同事提出，这种空间定位机制是在发育过程中形成的，并由一系列基因控制。他们发现，一种名为视黄酸的分子在这一过程中发挥了关键作用，且鼻腔不同部位的视黄酸含量存在梯度差异。通过调整这种分子的表达量，科学家证明视黄酸有助于调控基因活性，引导每个神经元根据所处的位置表达正确类型的嗅觉受体。
“这些研究从根本上改变了人们对嗅觉系统的看法，并解决了这个领域关于映射是如何发生的重大问题。”美国莫内尔化学感官中心的joel mainland说。
datta团队还发现，鼻腔中的受体图谱与嗅球中相似的基因表达模式存在对应关系，就像大脑中负责处理触觉、听觉和视觉信息的图谱与相应受体的组织方式相互匹配一样。“这意味着鼻腔和大脑中的图谱并非系统需要解决的两个独立问题，而是同一发育逻辑的两种表现。”lundstrom说。
datta认为，该研究对于利用干细胞“修复”嗅觉具有重要意义，因为一个人需要所有“条纹”才能闻出各种气味。“这意味着干细胞必须占据鼻腔的整个空间才能修复鼻腔。你不能只在某个地方注入干细胞就期望恢复嗅觉。”
尽管这项研究是在小鼠身上进行的，但datta认为人体内也存在同样的系统。研究团队目前正在人体组织中寻找空间图谱，并试图将不同气味与受体条纹对应起来。
