嗅觉受体也有位置密码？Cell 研究揭示鼻腔气味地图的构建法则

过去 30 年来，嗅觉研究领域一直遵循一个基本假设：嗅觉神经元随机选择表达哪种气味受体，整个鼻腔被粗略分为几个区域。每个区域内，不同受体随机分布。

哈佛医学院 Sandeep Robert Datta 团队在 Cell 发表的一项新研究推翻了这个认知。通过分析约 500 万个嗅觉神经元，他们发现：每种嗅觉受体在鼻腔内都有一个精确的"平均位置"，约 1100 种受体以水平条带的形式有序排列，形成一张完整的受体图谱。

视黄酸梯度：鼻腔内的坐标系

研究团队用单细胞测序识别每个神经元表达的气味受体类型，再用空间转录组学技术精确定位这些受体在鼻腔上皮组织中的位置。结果清晰地显示：受体分布呈现高度有序的条带模式。

背后的机制指向一个关键分子——视黄酸（Retinoic Acid）。在鼻腔间充质组织中，视黄酸浓度从背侧到腹侧形成一个连续的梯度，像一把标尺标记着每个位置的"坐标"。

研究人员发现约 250 个基因的协同表达受到这个梯度调控。这个基因程序包含关键转录因子和轴突引导分子——它们共同决定了一个神经元该表达哪种受体，以及它的轴突该连向大脑嗅球中的哪个位置。

两个地图的对齐

嗅觉系统的信息传递分两个阶段：鼻腔中的嗅觉神经元是第一级，它们将信号传送到大脑嗅球中的僧帽细胞和簇状细胞。每个受体类型的轴突汇聚到嗅球中特定的嗅小球，形成大脑中的气味身份图谱。

Datta 团队发现，鼻腔中的受体位置图谱与嗅球中的嗅小球图谱是对齐的。同一个基因表达程序同时控制着受体选择和轴突引导，确保鼻腔内的空间信息能精准投射到大脑对应位置。

正如 Datta 所描述的："每个受体都占据鼻子里的一个特定位置。因为有大约一千个位置，每种受体都表达在一个条带中，与上千个其他受体的条带相互重叠。"

对嗅觉研究的意义

这项研究改变了对嗅觉系统组织原则的理解。嗅觉系统一直被视为感觉系统中的"异类"——视觉、听觉、触觉都有明确的空间图谱，而嗅觉被认为随机组织。现在看来，嗅觉同样遵循空间编码的逻辑，只是过去的技术手段不足以揭示这种精细的组织方式。

同期发表的另一项互补研究也提供了嗅觉受体表达和神经连接的完整图谱，进一步验证了这一发现。

目前的研究基于小鼠模型，同样的规律是否适用于人类仍有待验证。如果成立，将为理解嗅觉障碍、神经退行性疾病中的嗅觉退化等问题提供新的思路。

来源：Cell · Nature News