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研究人員以前所未有的細(xì)節(jié)繪制了小鼠鼻腔中的嗅覺受體分布圖譜。這一成果顛覆了人們對(duì)鼻子如何產(chǎn)生嗅覺的認(rèn)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(jié)構(gòu)。圖片來源：Ｄａｔｔａ Ｌａｂ

4月28日發(fā)表于《細(xì)胞》的一項(xiàng)研究，揭示了感覺神經(jīng)元上表達(dá)的約1100個(gè)嗅覺受體是如何在鼻腔內(nèi)壁上皮組織中受到嚴(yán)格調(diào)控的空間位置上有序排列的。同期發(fā)表的另一項(xiàng)研究則繪制了一份補(bǔ)充圖譜，提供了嗅覺上皮組織中嗅覺受體的表達(dá)情況及其與大腦嗅球的神經(jīng)連接。

“30年來，我們一直向?qū)W生傳授一個(gè)觀點(diǎn)——小鼠的嗅覺上皮組織被劃分為幾個(gè)大致相同的區(qū)域，在這些區(qū)域內(nèi)，受體的選擇基本上是隨機(jī)的?！比鸬淇_林斯卡學(xué)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(lǐng)域的一個(gè)基礎(chǔ)性教科書模型。”

在研究中，科學(xué)家對(duì)來自數(shù)百只小鼠的約500萬個(gè)神經(jīng)元進(jìn)行了檢測。他們首先通過單細(xì)胞測序確定了由鼻腔神經(jīng)元表達(dá)的嗅覺受體，然后利用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)繪制了關(guān)鍵基因的表達(dá)位置圖譜。研究人員由此確定了這些受體的位置，并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(gè)受體在鼻腔中都占據(jù)一個(gè)特定的位置。鼻腔中有上千個(gè)位置，每個(gè)受體基本上都會(huì)在一個(gè)條帶中表達(dá)，而這些受體條紋會(huì)與其他條紋發(fā)生重疊，最終形成上千個(gè)相互交錯(cuò)的條紋。”論文共同作者、美國哈佛醫(yī)學(xué)院的Ｓａｎｄｅｅｐ Ｒｏｂｅｒｔ Ｄａｔｔａ說。

Ｄａｔｔａ和同事提出，這種空間定位機(jī)制是在發(fā)育過程中形成的，并由一系列基因控制。他們發(fā)現(xiàn)，一種名為視黃酸的分子在這一過程中發(fā)揮了關(guān)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(diào)整這種分子的表達(dá)量，科學(xué)家證明視黃酸有助于調(diào)控基因活性，引導(dǎo)每個(gè)神經(jīng)元根據(jù)所處的位置表達(dá)正確類型的嗅覺受體。

“這些研究從根本上改變了人們對(duì)嗅覺系統(tǒng)的看法，并解決了這個(gè)領(lǐng)域關(guān)于映射是如何發(fā)生的重大問題。”美國莫內(nèi)爾化學(xué)感官中心的Ｊｏｅｌ Ｍａｉｎｌａｎｄ說。

Ｄａｔｔａ團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，鼻腔中的受體圖譜與嗅球中相似的基因表達(dá)模式存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，就像大腦中負(fù)責(zé)處理觸覺、聽覺和視覺信息的圖譜與相應(yīng)受體的組織方式相互匹配一樣。“這意味著鼻腔和大腦中的圖譜并非系統(tǒng)需要解決的兩個(gè)獨(dú)立問題，而是同一發(fā)育邏輯的兩種表現(xiàn)?！保蹋酰睿洌螅簦颍铮碚f。

Ｄａｔｔａ認(rèn)為，該研究對(duì)于利用干細(xì)胞“修復(fù)”嗅覺具有重要意義，因?yàn)橐粋€(gè)人需要所有“條紋”才能聞出各種氣味。“這意味著干細(xì)胞必須占據(jù)鼻腔的整個(gè)空間才能修復(fù)鼻腔。你不能只在某個(gè)地方注入干細(xì)胞就期望恢復(fù)嗅覺?！?/p>

盡管這項(xiàng)研究是在小鼠身上進(jìn)行的，但Ｄａｔｔａ認(rèn)為人體內(nèi)也存在同樣的系統(tǒng)。研究團(tuán)隊(duì)目前正在人體組織中尋找空間圖譜，并試圖將不同氣味與受體條紋對(duì)應(yīng)起來。

（來源：科普中國）