嗅觉受体附着在位于鼻腔的感觉神经元表面，它们可以辨别气味分子，并向大脑传递信息。这些神经元是如何察觉丰富多样的信号，并适应不同程度的刺激的呢？
一支来自日内瓦大学理学院和医学院的联合团队研究了这些神经元的基因表达是否因有无气味刺激而不同。科学家们继而发现，这些基因的表达会依据已表达的嗅觉受体和先前接触的气味而产生变化。
这个发现最近被发表在《自然-通讯》上，它突显了嗅觉神经元的多重特性，以及它们对周围环境的适应能力。
论文题目：Transcriptional adaptation of olfactory sensory neurons to GPCR identity and activity
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-022-30511-4
位于鼻腔黏膜上的数百万嗅觉神经元帮助哺乳动物感知气味。这些神经元的表面覆盖着受体，每个受体都可以针对性地和一个气味分子相结合。
每个嗅觉神经元只表达编码了一种嗅觉受体的单个基因。而这样的基因，在人类里约有450种，在小鼠里约有1200种。当一个受体识别了一个挥发性的分子后，受体就会被激活，并产生一个传递到大脑嗅球的信号，而这个信号则由此作为一种气味被感知。在瞬息万变的环境里，嗅觉系统需要做出反应，并且能迅速地适应。比如，在某些气味分子的持续刺激下，感知的气味强度会逐渐减弱甚至消失。
理学院遗传和演化系的伊凡·罗德里格斯（Ivan Rodriguez）团队与医学院基础神经科学系的阿兰·卡尔顿（Alan Carleton）团队展开了合作，共同研究了小鼠嗅觉神经元的适应机制。
在之前的一项研究里，科学家们发现，在受体被气味分子刺激不到一小时之后，编码这个受体的基因在神经元中减少了表达。这种表达的减少说明了一种快速适应的机制。
具有专一特性的神经元
生物学家们沿着这条途径继续刨根问底，试图探寻这种对一次嗅觉经验的适应是否不仅影响了编码这个受体的基因，而且还影响了其他基因。
为此，科学家们通过对数千个嗅觉神经元中的信使RNA*进行测序，确定了那些在嗅觉刺激前后进行了表达的基因的特性。
*译者注指导蛋白质合成的分子。
“我们惊讶地发现，当环境不存在刺激的时候，在小鼠不同嗅觉神经元里，信使RNA的特性已经互不相同，并且对它们表达的嗅觉受体有特异性。”遗传与演化系的博士生、本篇论文共同一作路易斯·弗洛雷斯·奥尔格（Luis Flores Horgue）说道。
一方面，表达相同受体的其他神经元共同表达了这个受体，另一方面，它们在成百上千个其他基因的表达上却又各不相同。这些基因的表达水平似乎都是被已表达的嗅觉受体所调控，因此嗅觉受体可能存在双重功能。
小鼠鼻腔的横截面。在密集的嗅觉神经元群（蓝色）中，表达特定类型受体（Olfr151）的嗅觉神经元被标记为亮绿色。
—Madlaina Boillat
牵一发而动全身：一个气味分子和上百个基因表达的变化
随后，生物学家们分析了这些神经元在受到气味分子刺激后的基因表达。他们发现，这些分子在被激活的神经元里诱发了基因表达的大幅变化。
“我们本以为神经元与气味分子的结合只会激活相应的受体，但我们发现，嗅觉神经元在激活后通过调控数百个基因的表达而大幅地改变了其特性。而神经元的新特性同样取决于已经表达的受体。我们发现的是一个意想不到的、大规模的、快速而可逆的适应机制。”伊万·罗德里格斯说道。
这项研究揭示了嗅觉神经元并不单是从静止状态转变到激活状态的感受器，它们的特性处在持续演化的过程中，受到的影响不仅来自受体表达，也来自过去的经历。
这项发现进一步诠释了嗅觉系统的复杂性和灵活性。对于来自日内瓦的这支联合团队，他们的下一个目标是理解决定这种特性的机制。
来源：University of Geneva | 排版：光影
译者：叶卓扬 | 校对：Soda
编辑：老司橘 | 封面：Henri Campeã
原文：https://neurosciencenews.com/olfactory-neurons-environment-20698/
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