研究人員以前所未有的細節繪製了小鼠鼻腔中的嗅覺受體分佈圖譜。這一成果顛覆了人們對鼻子如何產生嗅覺的認知。
△小鼠鼻腔的顯微鏡橫截面圖像，顯示了鼻腔上皮的解剖結構。圖片來源：datta lab
4月28日發表於《細胞》的一項研究，揭示了感覺神經元上表達的約1100個嗅覺受體是如何在鼻腔內壁上皮組織中受到嚴格調控的空間位置上有序排列的。同期發表的另一項研究則繪製了一份補充圖譜，提供了嗅覺上皮組織中嗅覺受體的表達情況及其與大腦嗅球的神經連接。
「30年來，我們一直向學生傳授一個觀點——小鼠的嗅覺上皮組織被劃分為幾個大致相同的區域，在這些區域內，受體的選擇基本上是隨機的。」瑞典卡羅林斯卡學院的johan lundstrom說，「這是一篇具有里程碑意義的論文，推翻了嗅覺組織領域的一個基礎性教科書模型。」
在研究中，科學家對來自數百隻小鼠的約500萬個神經元進行了檢測。他們首先通過單細胞測序確定了由鼻腔神經元表達的嗅覺受體，然後利用空間轉錄組學繪製了關鍵基因的表達位置圖譜。研究人員由此確定了這些受體的位置，並證明它們總是以從鼻腔頂部延伸至底部的水平條紋形式排列。
「每個受體在鼻腔中都佔據一個特定的位置。鼻腔中有上千個位置，每個受體基本上都會在一個條帶中表達，而這些受體條紋會與其他條紋發生重疊，最終形成上千個相互交錯的條紋。」論文共同作者、美國哈佛醫學院的sandeep robert datta說。
datta和同事提出，這種空間定位機制是在發育過程中形成的，並由一系列基因控制。他們發現，一種名為視黃酸的分子在這一過程中發揮了關鍵作用，且鼻腔不同部位的視黃酸含量存在梯度差異。通過調整這種分子的表達量，科學家證明視黃酸有助於調控基因活性，引導每個神經元根據所處的位置表達正確類型的嗅覺受體。
「這些研究從根本上改變了人們對嗅覺系統的看法，並解決了這個領域關於映射是如何發生的重大問題。」美國莫內爾化學感官中心的joel mainland說。
datta團隊還發現，鼻腔中的受體圖譜與嗅球中相似的基因表達模式存在對應關係，就像大腦中負責處理觸覺、聽覺和視覺信息的圖譜與相應受體的組織方式相互匹配一樣。「這意味着鼻腔和大腦中的圖譜並非系統需要解決的兩個獨立問題，而是同一發育邏輯的兩種表現。」lundstrom說。
datta認為，該研究對於利用幹細胞「修復」嗅覺具有重要意義，因為一個人需要所有「條紋」才能聞出各種氣味。「這意味着幹細胞必須佔據鼻腔的整個空間才能修復鼻腔。你不能只在某個地方注入幹細胞就期望恢復嗅覺。」
儘管這項研究是在小鼠身上進行的，但datta認為人體內也存在同樣的系統。研究團隊目前正在人體組織中尋找空間圖譜，並試圖將不同氣味與受體條紋對應起來。
