2004年度诺贝尔生理学和医学奖简介

2004年诺贝尔生理学和医学奖颁发给两位美国科学家理查德·阿克塞尔(Richard Axel)和琳达·巴克(Linda Buck).他们发现嗅觉系统中一个大家族基因,这一大家族基因可以表达等量的嗅觉受体类型.这些受体位于鼻腔上皮的嗅觉神经元上,以检测不同的气味分子.     

气味与嗅觉--2004诺贝尔生理学/医学奖简介

2004年10月4日,瑞典卡罗林斯卡医学院宣布,本年诺贝尔生理学或医学奖颁发给美国科学家理查德·阿克塞尔(RichardAxel)和琳达·巴克(LindaB.Buck),以表彰他们在人体气味受体和嗅觉系统组织方式研究中作出的杰出贡献。     

瑞典科学院公布诺贝尔医学奖获得者研究成果

据新浪科技讯两位美国科学家理查德&;#183;阿克塞尔和琳达&;#183;巴克因发现人类嗅觉系统的奥秘而荣获今年的诺贝尔医学奖。以下是瑞典科学院决定向这两位美国科学家颁发医学奖的文告内容节选：     

闻香识英雄

某天清晨闻到的丁香花的独特花香,数年之后仍能记忆犹新,这究竟是为什么?人体能够分辨和记忆大约1万种不同的气味,人为何具有如此的"品"味能力?在人类诸种感觉中,嗅觉产生机理一直是最难解开的谜团之一。20世纪80年代,美国的两位科学家琳达·巴克、理查德·阿克塞尔决心用他们的精诚合作,叩开嗅觉科学的大门。阿克塞尔和巴克发现,人的鼻腔细胞膜上分布着不同气味受体。人体基因总数中的3%,即大约1000个基因,用于对气味受体进行编码,以分辨不同的气味。尽管气味受体只有大约1000种,但它们可以产生大量的组合,形成大量气味模式,这也就是人们能够辨别和记忆大约1万种不同气味的基础。有气味的物质首先会与气味受体结合,这些气味受体位于鼻内上皮的气味受体细胞中。气味受体被气味分子激活后,气味受体细胞就会产生电信号,这些信号随后被传输到大脑的嗅球的微小区域中,并进而传至大脑其他区域,结合成特定模式。由此,人就能有意识地感受到比如茉莉花的香味,并在另一个时候想起这种气味。不仅如此,人的嗅觉系统具有高度"专业化"的特征。比如,每个气味受体细胞仅表达出一种气味受体基因,气味受体细胞的种类与气味受体完全相同。气味受体细胞会将神经信号传递至大脑嗅球中被称为"嗅小球"的微小结构。人的大脑中约有2000个"嗅小球",数量是气味受体细胞种类的2倍。"嗅小球"也非常的"专业化",携带相同受体的气味受体细胞会将神经信号传递到相应的"嗅小球"中,也就是说,来自具有相同受体的细胞的信息会在相同的"嗅小球"中集中。"嗅小球"随后又会激活被称为僧帽细胞的神经细胞,每个"嗅小球"只激活一个僧帽细胞,使人的嗅觉系统中信息传输的"专业性"继续得到保持。僧帽细胞然后将信息传输到大脑其他部分。结果,来自不同类型气味受体的信息,组合成与特定气味相对应的模式,大脑最终有意识地感知到特定的气味。除了在理论上揭开人类嗅觉机能的秘密,两位科学家还发现,鱼的嗅觉器官中大约有100个气味受体,而老鼠却有大约1000个。如今,他们的一些基础研究理论已被运用到实际生活中。比如说,老鼠被训练搜寻地震后被埋在废墟下的人们。老鼠嗅觉灵敏,经过数月训练记住人类的气味后,科学家在它脑内植入电极,并与电子发报机相连。当它们被派往废墟现场,嗅到"目标"的气味之后,脑电波波动图形显示"啊哈,找到了"。此时,技术人员可通过设备确定小老鼠的位置,同时也就能知道被困人员的下落。比如说,日本科学家正在研发的一种"空气炮"。当人们在购物中心物色商品时,它会"开炮"——喷射一种特殊气味,譬如说新鲜面包味或是香水味,经过气味对大脑的刺激,消费者的购物欲望在不知不觉中被大大激发,皮夹中的钱则大把大把流向经营者腰包。虽然上世纪90年代初,两人的这一科学成就曾经在生命科学界引起了不小的轰动,但是他们并没有奢望某一天自己会捧得沉甸甸的诺贝尔奖。当2004年10月4日阿克塞尔得到这一突然而至的喜讯时,他几乎幸福地"晕过去"。瑞典一家广播电台为录制节目,深夜打电话到阿克塞尔位于美国加利福尼亚州的家中。电台记者告知他获奖并向其提问,阿克塞尔非常吃惊,说为获奖而感到荣幸,但强调自己从未想过会得到诺贝尔奖。"那真是不可思议,"他说,"我从未想过这些,我只是在想着我的科学。"记者又问,得知获奖消息后,他要做的第一件事是什么, 他回答说:"我要喝一杯咖啡。"巴克在家中接受美联社记者采访时同样对自己获奖一无所知。她说:"人们都这样说,‘你理应获得诺贝尔奖’,当然,我为此感到非常荣幸。"评委会把这一奖项颁给这两位科学家并非出于任何商业利益或医疗目的,而是为了"鼓励对人类一大重要感官的探索研究"。诺贝尔医学奖并没有设立任何具体的标准。阿尔弗雷德·诺贝尔当年在设立这项奖项时只是表示,该奖项的得主"必须是在医药或生理学领域做出最重要的贡献"。虽然这项成果目前在临床上的意义还很难预测,但这项开拓性的基础研究成果还是摘得了大奖。但评委之一的瑞典卡罗林斯卡医学院教授翁格斯泰特风趣地说:"至少我们终于知道人和人之间有多么不同。弄清楚了为什么有的人那么爱吃的某种食物,在另一些人那里却一点引不起食欲。"或许,翁格斯泰特教授对这一成就早已情有独钟。他说:"这两位教授已经被提名多次。从1991年他们发表那篇论文时,我们就开始关注了。"曾经获得诺贝尔奖的德国科学家胡贝尔曾经说过:我们不关心某个科学领域的应用技术突破,我们只想踏踏实实地搞好我们的基础研究。这种鼓励基础创新的精神正是设立诺贝尔奖的宗旨所在。     

2004年诺贝尔生理学或医学奖

2004年10月4日,瑞典卡罗林斯卡研究所的诺贝尔奖评审团决定,把2004年诺贝尔生理学或医学奖授予两位美国科学家理查德·阿克塞尔(Richard Axel)和琳达·巴克(Linda Buck),以表彰两人在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中作出的贡献。摘要:嗅觉一直是人类所有的感觉中最神秘的。人     

触觉受体NOMPC及听觉受体TMC的发现

人类感觉包括：视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉,还有温觉、痛觉等. 生物体是如何感知物理世界的问题一直吸引着人类,虽然在不同感知觉受体的发现及研究过程中不断取得新的突破性进展,但是对这些感知觉基础生物学层面的理解仍然有限. 2021年度诺贝尔生理学或医学奖授予感知觉研究领域,以表彰David Julius和Ardem Patapoutian 在感知温度与触觉受体的发现上做出的深远而广泛的贡献. 对于听觉研究而言,虽然早在1961年就获得诺贝尔奖,但是听觉受体的研究仍然不足. 本文着重对无脊椎动物触觉及听觉受体NOMPC、哺乳动物听觉受体TMC的发现及研究进程进行详细介绍,并对未来感知觉领域的发展提供建议.     

昆虫感觉气味的细胞与分子机制研究进展

昆虫作为地球上最为成功的类群,已经成功地进化了精细的化学感受系统,通过化学感受系统适应各种复杂的环境,保持种群的繁荣。自1991年在动物中发现嗅觉受体基因以来,关于昆虫感受化学信息的周缘神经系统的分子和细胞机制方面的进展十分迅速。文章主要就昆虫周缘神经系统的感受化学信息的分子和细胞机制进行综述。首先对昆虫感觉气味的细胞机制的研究进展进行简要介绍。昆虫嗅觉神经元在感受化学信息过程中起着极为重要的作用,昆虫嗅觉神经元上表达的嗅觉受体不同而执行着各异的功能。各种嗅觉神经元对于化学信息的感受谱有较大的区别;嗅觉神经元对化学信息类型、浓度、流动动态等产生相应的电生理特征反应。研究表明同一种神经原可以感受多种化学信息,而一种化学信息也可以被多种神经原所感受。由神经原对化学信息感受所形成的特征组合就是感受化学信息的编码。其次较为详细地论述与昆虫感受气味分子相关的一些蛋白质的研究进展。气味分子结合蛋白是一类分子量较小、水溶性的蛋白,主要位于化学感受器神经原树突周围的淋巴液中。在结构上的主要特征是具有6个保守的半光氨酸和由6个α螺旋组成的结合腔。自1981年发现以来,已经在40余种昆虫中发现上百种。由于研究手段的不断进步,已经对该类蛋白的表达特征、结合特性以及三维结构和结合位点进行了大量的研究,提出了多个可能的功能假说,在诸多的假说中,较为广泛接受的是气味分子结合蛋白在昆虫感觉气味的过程中,是与疏水性的气味分子相结合,并将气味分子运输到嗅觉神经原树突膜上的嗅觉受体上。这些处于树突膜上的嗅觉受体则是昆虫感觉气味过程中的另一个十分重要的蛋白质。目前,已经在果蝇、按蚊、蜜蜂和家蚕等10余个昆虫种类中发现上百个嗅觉受体蛋白基因。这类蛋白是跨膜蛋白,一般具有7个跨膜区,整个蛋白的氨基酸残基在400～600个。昆虫的嗅觉受体蛋白的N-端在胞内,而C-端在胞外,这与G耦联蛋白不同。而且,昆虫的一个嗅觉神经元可以表达1～3个嗅觉受体蛋白,也与哺乳动物的一个神经元只表达一种受体蛋白有所不同。每种嗅觉受体可以感受多种气味分子,而一种气味分子可以被多个嗅觉受体所感知,这样组成了感受化学信息的编码谱。最近采用基因敲除技术和膜片钳技术研究发现,昆虫的嗅觉受体蛋白在信号传导中也有特殊性,即嗅觉受体可以直接作为离子通道,而引起动作电位。还有近来的研究表明,神经膜蛋白对于果蝇的性信息素感受神经元感受性信息素cVA是必要的。实际上,昆虫对于化学信息的感受和信号的转导,并不是上述蛋白单独起作用完成的,而是多种蛋白相互作用的结果。论文最后对该领域研究内容进行了展望。     

鱼类嗅觉系统和性信息素受体的研究进展

鱼类嗅觉系统包括外部嗅觉器官、嗅神经和嗅球三个部分.嗅觉器官也称为嗅囊,由嗅上皮和髓质组成.气味物质的化学信息主要由嗅上皮上随机分布的嗅觉感受神经元感知,通过嗅神经将嗅觉信息传递到嗅球,嗅球在空间上有不同的功能分区,嗅觉信息经过嗅球各分区整合后分别传入端脑,发挥其生理功能.性信息素在鱼类生殖过程中的作用是通过嗅觉系统来完成的,其中嗅觉感受神经元上的性信息素受体起着重要作用.鱼类性信息素受体的研究主要从两个方面入手,一是从低浓度特异的性信息素引起嗅觉器官电生理反应或行为反应入手,寻找特异的性信息素受体;二是参照哺乳动物嗅觉受体的研究结果,从嗅觉受体基因遗传保守性入手,研究鱼类性信息素受体的结构与功能.     

昆虫气味受体研究进展

嗅觉在昆虫的多种行为中发挥关键作用。气味分子与嗅觉神经元树突上气味受体的结合,参与了昆虫嗅觉识别的初始过程。昆虫的嗅觉神经元表达两类气味受体： 一是传统气味受体,该类受体同源性较低,在少部分嗅觉神经元中表达; 二是Or83b家族受体,该类受体不感受气味,在不同昆虫间较为保守且在大多数嗅觉神经元中表达。目前,对于单个传统气味受体的气味分子配体特异性所知甚少; 对于Or83b家族受体,一般认为其可能具有将传统气味受体运送至嗅觉神经元树突膜上的功能。此外,有一些实验证据不支持昆虫气味受体为G蛋白偶联受体的观点。     

靠鼻子找对象——从理查德·阿克塞尔教授的一次讲座说开

2004年10月6日早晨我打开电子邮箱，就看到了哥伦比亚大学校长李·博林杰（Lee Bollinger）给所有校友写的一封信，祝贺理查德·阿克塞尔（Richard Axel）和琳达·巴克（Linda Buck）教授被授予2004年诺贝尔生理学或医学奖，信中说到这是哥伦比亚大学的骄傲，因为阿克塞尔教授是在哥伦比亚大学获得的学士学位，在约翰·霍普金斯医学院获得医学博士学位后，他的全部科研教学生涯都在哥伦比亚大学医学院度过。     

昆虫化学感受蛋白（CSPs）的功能研究概述

昆虫的嗅觉系统与其各项生命活动息息相关,化学感受蛋白（CSPs）是嗅觉系统中的重要组成部分,可以结合气味或信息素分子,并传递给嗅觉受体,完成嗅觉相关功能。随着分子生物学技术和测序手段的不断发展,越来越多的昆虫CSPs得到鉴定。CSPs在昆虫体内广泛分布于触角、跗节、下颚须等化学感受器官,同时也在表皮、腹部、体躯等非感受器官大量表达,具有感知化学分子的功能并且与昆虫生长、发育、繁殖等生理功能及昆虫对杀虫剂的抗性相关。本文通过从CSPs的发现和命名、分子特性、结构及分布等方面展开综述,着重介绍CSPs的气味分子识别作用机制、抗药性机制及功能分类,以期为今后利用CSPs作为靶标防治害虫提供参考。     

腺苷酸环化酶3缺失下调小鼠嗅觉受体基因表达

主要嗅觉表皮组织（MOE）是哺乳动物感知气味分子的重要器官,气味诱导是嗅觉受体神经元（ORN）活动的起点,嗅觉受体（OR）结合气味分子后通过环腺苷酸（cAMP）信号通路向下游传递信号。腺苷酸环化酶3（AC3）是此通路中的重要分子。为了探讨AC3缺失对小鼠MOE内ORs基因表达的影响,本文以AC3敲除型小鼠(AC3-/-)和野生型小鼠(AC3+/+)为材料,采用荧光定量PCR（qRT-PCR）、荧光原位杂交（FISH）技术分析了部分ORs基因及与其相关因子在MOE中的表达。qRT-PCR表明,3月龄AC3-/-小鼠MOE中嗅觉受体 Olfr15、Olfr16、Olfr533、Olfr536、Olfr1507和Olfr642的表达量均显著下降。出生后PND7、PND30和PND90 三个不同发育时期的AC3-/-小鼠MOE原位杂交显示,嗅觉受体Olfr15、Olfr536和Olfr1507表达的细胞数目均减少。进一步qRT-PCR分析发现,3月龄AC3-/-小鼠嗅觉受体相关因子Rtp1、Rtp2、Reep1、Lhx2、Emx2和Ric-8b的表达也均发生显著下调。由此推测,AC3缺失导致的ORs及其相关因子的表达下调可能是嗅觉行为障碍的原因之一。     

腺苷酸环化酶3缺失下调小鼠嗅觉受体基因表达北大核心CSCD

主要嗅觉表皮组织(MOE)是哺乳动物感知气味分子的重要器官,气味诱导是嗅觉受体神经元(ORN)活动的起点,嗅觉受体(OR)结合气味分子后通过环腺苷酸(c AMP)信号通路向下游传递信号。腺苷酸环化酶3(AC3)是此通路中的重要分子。为了探讨AC3缺失对小鼠MOE内ORs基因表达的影响,本文以AC3敲除型小鼠(AC3-/-)和野生型小鼠(AC3+/+)为材料,采用荧光定量PCR(qRT-PCR)、荧光原位杂交(FISH)技术分析了部分ORs基因及与其相关因子在MOE中的表达。qRT-PCR表明,3月龄AC3-/-小鼠MOE中嗅觉受体Olfr15、Olfr16、Olfr533、Olfr536、Olfr1507和Olfr642的表达量均显著下降。出生后PND7、PND30和PND90三个不同发育时期的AC3-/-小鼠MOE原位杂交显示,嗅觉受体Olfr15、Olfr536和Olfr1507表达的细胞数目均减少。进一步qRTPCR分析发现,3月龄AC3-/-小鼠嗅觉受体相关因子Rtp1、Rtp2、Reep1、Lhx2、Emx2和Ric-8b的表达也均发生显著下调。由此推测,AC3缺失导致的ORs及其相关因子的表达下调可能是嗅觉行为障碍的原因之一。     

昆虫嗅觉受体的研究进展

昆虫的嗅觉对昆虫的栖息地选择、觅食、群集、趋避、繁殖以及信息传递等行为具有重要的影响。对昆虫嗅觉机理的深入研究和嗅觉信号传导途径的完整阐述,是探索农业害虫的专一性防治的基础。嗅觉受体(olfactory receptors,Ors)是G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor)的一种,是嗅觉系统的关键成分。近年来嗅觉受体的研究日益受到关注。本文对昆虫嗅觉的基本过程、基因结构和表达调控特征、蛋白分子结构、生理功能、分布部位和相关配体的研究等进行了综述。     

昆虫外周嗅觉系统信号转导机制研究进展

嗅觉对昆虫的生存至关重要.长期的进化中,昆虫发展了一套完备的嗅觉系统.在昆虫嗅觉识别过程中,有多种嗅觉蛋白参与其中.在过去的十几年中,随着生物信息技术的发展,与昆虫嗅觉识别相关的基因家族得到了鉴定,如气味受体、离子型受体等,结合电生理及行为学方面的研究,这些基因的功能也逐步得到了验证,使对昆虫嗅觉识别的分子基础有了更深入的理解.本文综述了与昆虫外周嗅觉系统神经转导过程相关的嗅觉蛋白的生化特性及生理功能,概述了昆虫外周嗅觉系统神经转导机制的最新研究进展.     

两种功能气味受体在同一神经元中共表达

嗅觉研究领域的基本原则之一是每个嗅觉受体神经元(ORN)表达单一的嗅觉受体。但是,耶鲁大学的J.R.Carlson的实验室构建了果蝇下颚须的完整的嗅觉受体与神经元的关系图谱,发现2种受体基因共表达于同一类ORN中。Goldman等人经RT-PCR和原位杂交发现了7种气味受体基因,而果蝇的上颚须仅有6类ORN,由此他们提出至少有一类ORN中表达多于一种气味受体基因的假说。研究者通过运用GAL4-UAS表达体系,原位杂交技术和缺失气味受体基因的ORN的果蝇突变体发现基因Or33c和Or85e共表达于pb2A类的ORN中,而且这种共表达在45百万年前即已存在,首…     

Toll样受体的发现者——布特勒

先天性免疫是高等动物感知外界感染后迅速启动机体防御反应的一种方式,对该过程机制的理解在临床方面具有非常广泛的应用。布特勒先后发现了介导多种炎症反应的肿瘤坏死因子、感知脂多糖的Toll样受体4等物质,这些进展拓宽了人们对先天免疫分子机制认识同时也得到广泛临床应用,布特勒也被认为是近几年诺贝尔生理与医学奖的热门人选之一。     

昆虫嗅觉相关蛋白的研究进展

嗅觉是昆虫产生行为的重要物质基础,阐明昆虫嗅觉机理有助于调控昆虫行为和进行害虫治理。近年来,许多与嗅觉相关的生物活性分子和相关基因的发现和克隆,对揭示嗅觉机理具有重要作用。作者针对近年来研究较多的气味结合蛋白、化学感受蛋白、气味受体、气味降解酶以及感觉神经元膜蛋白等,就其生化特性、表达部位、分子结构、生理功能等进行了综述。     

昆虫非典型嗅觉受体Orco的功能和分子结构研究进展

嗅觉受体是参与昆虫嗅觉识别过程的一类重要蛋白。在昆虫的众多嗅觉受体中, 有一类受体明显不同于其他受体, 被称为Orco。该受体基因在不同昆虫种间高度保守, 且表达广泛。Orco在昆虫嗅觉识别过程中发挥关键作用。采用基因突变或RNAi等技术使Orco基因沉默后, 昆虫会出现严重的嗅觉缺陷, 但Orco本身不与气味配体结合, 它与传统嗅觉受体形成复合体Or-Orco, 促进传统嗅觉受体在神经元树突膜上的定位并维持其稳定性, 提高传统嗅觉受体对气味反应的效率。昆虫嗅觉受体的结构与脊椎动物的G蛋白偶联受体相似, 均有7个跨膜区, 但二者的膜拓扑结构相反, 昆虫嗅觉受体的N末端位于细胞质膜内, C末端在细胞质膜外, Orco与传统嗅觉受体通过保守的C末端区域相互作用形成一种新型的配体门控离子通道--Or-Orco复合体。阐明Orco在昆虫嗅觉识别中的功能机制, 可为开创基于昆虫嗅觉行为干扰的新的害虫防治措施提供基础。     

嗅觉受体在非嗅觉组织和细胞中的作用及其机制

嗅觉受体(olfactory receptor)不仅表达在鼻腔中,还广泛表达在全身其他部位,起着重要的生理作用.本文综述了非嗅觉组织和细胞中表达的嗅觉受体及其功能,这些嗅觉受体通过调控细胞周围的内源性化学物质,维持正常的生理功能,并且能在选定的外源性配体刺激下,表现出特定的功能.在医药领域,大约有40%上市药物的作用靶点都来自于G蛋白偶联受体(GPCR)家族,而嗅觉受体是GPCR中最大的基因家族,鉴于其表现出的重要作用,我们推测这些嗅觉受体可能成为未来重要的药物靶标.本文对非嗅觉组织和细胞中嗅觉受体功能的综述,一方面有利于将其作为潜在药物靶点,开发新的药物,另一方面也为中药中挥发性单体的药理作用提供了新的研究思路.