嗅球对嗅觉信息的处理

哺乳动物的嗅觉系统拥有惊人的能力,它可以识别和分辨成千上万种分子结构各异的气味分子。这种识别能力是由基因决定的。近年来,分子生物学和神经生理学的研究使得我们对嗅觉识别的分子基础和嗅觉系统神经连接的认识有了质的飞跃。气味分子的识别是由一千多种气味受体完成的,鼻腔中的嗅觉感觉神经元表达这些气味受体基因。每个感觉神经元只表达一种气味受体基因。表达同种气味受体的感觉神经元投射到嗅球表面的一个或几个嗅小球中,从而在嗅球中形成一个精确的二维连接图谱。了解嗅球对气味信息的加工和处理方式是我们研究嗅觉系统信号编码的一个重要环节。文章概述并总结了有关嗅球信号处理的最新研究成果。     

基于小分子筛选的嗅上皮类器官培养体系的建立

嗅上皮接收和传导气味信号是嗅觉系统的重要组成部分。嗅上皮的损伤在通常情况下可自发恢复,但特定疾病或衰老造成的嗅上皮损伤会引起嗅觉功能减退和嗅觉障碍。嗅上皮主要由基底细胞、支持细胞以及嗅感觉神经元组成。为了在体外建立包含多种细胞类型的嗅上皮类器官,本研究采用3D细胞培养技术,通过筛选小分子药物,构建了包含多种细胞类型的嗅上皮类器官模型,包含水平基底样细胞、球形基底样细胞、支持样细胞和嗅感觉神经元样细胞多种细胞类型。类器官培养体系中多种生长因子和小分子化合物在细胞增殖速度、细胞组成以及不同细胞类型标志基因的表达水平等方面对类器官产生影响。Wnt信号通路激活剂CHIR-99021能够提高嗅上皮类器官的成克隆率和增殖速度且有利于提高嗅上皮类器官中嗅感觉神经元样细胞标志基因的表达水平;培养体系的任一因子均能提高类器官中cKit阳性的球形基底样细胞克隆比例;表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)和维生素C均有利于类器官中水平基底样细胞标志基因的表达。本研究建立的嗅上皮类器官系统模拟了嗅上皮干细胞分化产生多种嗅上皮细胞类型的过程,为研究嗅上皮组织损伤再生、嗅觉障碍病理...     

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.     

嗅觉的分子生物学基础

嗅觉是动物对挥发性物质的感觉过程。嗅质分子、嗅质结合蛋白以及嗅质受体是完成嗅觉感受最初阶段的3个要素。嗅质分子一般为小分子挥发性物质,需要先与嗅质结合蛋白结合以助溶,再与受体结合,通过与视觉类似的过程在嗅觉神经元中引起电信号：该电信号传至中枢神经系统,产生嗅觉。嗅质受体编码基因数目庞大,其假基因化程度与物种生存对嗅觉的依赖程度存在一定关系。     

“嗅觉机制”研究的新进展

人类可能会辨出近50万种不同的气味,但对于鼻腔深处发生的嗅觉的机制,仍在探索之中。以色列魏茨曼科学研究所的恩伯特·佩斯,伊曼纽尔·汉斯基等科学家对脊椎动物嗅觉机制的探索初见端倪。他们发现在做实验用的青蛙嗅纤毛中,腺苷酸环化酶的浓度非常高,当嗅纤毛受到4种不同气味的混合气体刺激时,该酶的活性增加了。科学家们认为,嗅觉敏感细胞对气味分子的反应似乎和细胞对激素的反应是相似的。他们在嗅纤毛中还发现一种和G-蛋白质大小和性质相同的蛋白质。所以,他们认为嗅觉的产生可能是以如下程序发生的:当有气味的气体分子和嗅纤毛膜上的受体分子结合后,     

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.     

哺乳动物主要嗅觉系统和犁鼻系统信息识别的编码模式

哺乳动物具有两套嗅觉系统, 即主要嗅觉系统和犁鼻系统。前者对环境中的大多数挥发性化学物质进行识别, 后者对同种个体释放的信息素进行识别。本文从嗅觉感受器、嗅球、嗅球以上脑区三个水平综述了这两种嗅觉系统对化学信息识别的编码模式。犁鼻器用较窄的调谐识别信息素成分, 不同于嗅上皮用分类性合并受体的方式识别气味; 副嗅球以接受相同受体输入的肾丝球所在区域为单位整合信息, 而主嗅球通过对肾丝球模块的特异性合并编码信息; 在犁鼻系统, 信息素的信号更多地作用于下丘脑区域, 引起特定的行为和神经内分泌反应。而在主要嗅觉系统, 嗅皮层可能采用时间模式编码神经元群, 对气味的最终感受与脑的不同区域有关。犁鼻系统较主要嗅觉系统的编码简单, 可能与其执行的功能较少有关。     

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。     

哺乳动物嗅球的神经网络

嗅球(olfactory bulb,OB)是哺乳动物嗅觉感知的第一级中转站,但是OB不只是对嗅觉信息作简单的传递,嗅觉信息受OB内神经环路的动态调节,并转变为时空特异的神经活动信息后才传递给下一级嗅皮层。由于OB可以处理来自于不同气味受体的将近1 000个不同通道的信息输入,也接受了大量的离心输入,同时,还表达了多种激素的受体,因此,OB提供了一个研究神经网络在功能和发育上极为特异的理想模型。现综述了哺乳动物OB的细胞构筑、局部神经微环路、嗅球到不同嗅皮层的向心输入、嗅球接收来自于嗅皮层和脑干调制类的离心输入以及各条神经环路可能的功能和对气味感知的影响。     

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。     

果蝇嗅觉分子机理研究进展

黑腹果蝇Drosophila melanogaster是生物学研究的重要模式生物,也是探索研究生物体嗅觉奥秘的理想材料。近年来,由于分子生物学技术在神经科学领域的广泛应用,黑腹果蝇嗅觉机理研究取得了许多重大突破, 对气味分子受体及其识别机理、 嗅觉神经电信号的产生和传递、嗅觉信息的加工、编码以及记忆等方面都有了深入的了解。研究表明, 果蝇约1 300个嗅神经元(olfactory receptor neurons, ORNs)共表达62种不同的气味受体蛋白（olfactory receptor proteins, ORs）, 用以检测和识别其所感受的所有化学气味分子。许多OR所识别的气味分子配体已鉴定出来,普通的气味（如水果的气味）由数种不同的OR组合来识别,而信息素（pheromone）分子则由单种特定的OR来检测。气味信息在嗅神经元内转换成神经电信号,嗅觉电信号沿嗅神经元的轴突传递到触角叶, 再经投射神经元（projection neurons, PNs）将信息送至高级中枢如蘑菇体（mushroom body, MB）和侧角（lateral horn, LH）,最终引发行为反应。在黑腹果蝇嗅觉信息传递通路中,某些蛋白如Dock,N-cadherin,Fruitless等起着重要作用,缺失这些蛋白会导致嗅觉异常。本文对这些研究进展作一综述。     

秦岭蝮嗅觉系统和犁鼻系统的显微结构观察

用光镜观察了秦岭蝮Gloydius qinlingensis嗅觉系统和犁鼻系统的组织结构.结果显示秦岭蝮嗅觉系统主要包括嗅器和嗅球,犁鼻系统主要包括犁鼻器和副嗅球,并且嗅器和犁鼻器已经完全分离形成两个独立的囊,犁鼻器位于嗅器的内侧.嗅器粘膜上皮进一步分化为嗅上皮和呼吸上皮,背侧嗅上皮下的固有层内有丰富的Bowmans腺,腹侧呼吸上皮内有大量的杯状细胞,其固有层未见有Bowmans腺.鼻腔的中段出现了发达的犁鼻器,犁鼻上皮明显比嗅上皮厚,其固有层内未见有犁鼻腺,在犁鼻腔内还有蘑菇体.     

刺猬嗅球冬眠期与非冬眠期c-Fos 表达的差异

利用免疫组化法检测c-Fos 蛋白在不同季节刺猬嗅球各层次的表达差异,探讨c-Fos、嗅觉、冬眠三者的关系。分别选取春、夏、秋、冬四个季节各6 只野生健康刺猬,固定剥离嗅球,石蜡切片,免疫组化显色,拍片,载入Motic Images Advanced 3.2 软件,测量四个季节刺猬嗅球各层次c-Fos 的表达率,将结果载入GraphPadPrism4 软件分析,Microsoft Excel 作图。结果表明:c-Fos 蛋白在成年刺猬嗅球各层均有不同程度的表达,阴性对照不着色,且表现出明显的季节性差异。1)与秋季相比,冬眠期c-Fos 蛋白在刺猬嗅球各层次的表达均有极显著的降低(P <0.01);2)与夏季相比,冬眠期c-Fos 蛋白在外网丛层、僧帽细胞层、颗粒细胞层的表达有极显著降低(P < 0. 01),在嗅神经层、嗅小球层、室管膜层的表达也有显著降低(P < 0. 05);3)与冬眠期相比,春季c-Fos 蛋白在嗅小球层、僧帽细胞层、颗粒细胞层的表达有极显著的升高(P <0. 01),在嗅神经层、外网丛层、室管膜层的表达却没有显著变化(P ﹥ 0.05);4)嗅神经层c-Fos 的表达在春季显著低于秋季,夏季与秋季没有显著差异。颗粒细胞层夏季显著低于秋季(P < 0.05)。秋季c-Fos 在其余各层次的表达与春季、夏季相比都有极显著的提高(P <0.01)。结论:秋季刺猬嗅球神经元最活跃,嗅觉最灵敏,冬眠期刺猬嗅球活跃性大大降低,嗅觉系统最迟钝。c-Fos 在刺猬嗅球中的强表达表明其在嗅觉信息的传递中可能发挥一定作用,c-Fos 表达率的显著季节性差异揭示了刺猬嗅球的活跃性与其冬眠具有一定的相关性。     

嗅觉器官能辨别气味与特异受体蛋白的存在有关

哺乳动物的嗅觉系统能够察觉出空气中浓度低到一万亿分(1×10~(-12))之几的气味刺激。人类能在万种不同气味中辨别出某种化合物。一种气味被脑所察觉通过气味的识别和神经的作用两个过程。最初的气味信号传导发生在嗅觉神经上皮,而感觉信息的作用发生在嗅球和皮层高级中枢。     

嗅球僧帽细胞具有编码气味空间信息的能力

刺激源的方位是刺激的重要特性之一.行为学的研究发现,动物能够利用气味到达左右鼻腔的时间差和强度差信息对气味方位进行感知,但作为嗅觉系统第一神经中枢的嗅球,是否具有利用两侧鼻间差信息对气味方位进行编码的能力一直受到质疑.为探讨该问题,在本研究中通过比较嗅球中84个僧帽细胞对同侧气味刺激、对侧气味刺激以及对侧气味刺激略先于同侧气味刺激时的反应,发现有29个僧帽细胞可被同侧气味所兴奋,其中18个虽然对对侧气味刺激不反应,但对侧气味的存在却能显著降低其对同侧气味刺激的反应.另外,50个僧帽细胞在只给予同侧或对侧气味刺激时不反应,但其中11个在对侧刺激略先于同侧刺激的方式给出气味时,表现出明显的兴奋性反应.我们的研究结果一方面提示僧帽细胞具有编码气味到达两个鼻腔的时间差,或气味源位置信息的能力;另一方面也表明对侧刺激不仅能对同侧嗅球僧帽细胞产生抑制效应,还可能存在目前还不明确的机制而产生兴奋效应.     

茶谷蛾触角气味结合蛋白基因分析

茶谷蛾(Agriophara rhombata Meyr.)触角上表达的嗅觉相关基因是其交配、寻找食物来源、寻找产卵地、避免有害化合物等行为的重要分子基础。为了研究茶谷蛾触角的嗅觉机制,分析了雌雄蛾触角功能差异,并筛选触角气味结合蛋白基因,本研究采用转录组测序和实时定量PCR技术,对茶谷蛾雌、雄蛾触角的基因表达情况进行了分析,共注释到37 666个基因,其中雌、雄蛾共有的表达基因数目为34 720个,雌蛾特有表达基因有1 739个,雄蛾特有表达基因有1 207个。在雌、雄蛾触角中共鉴定到170个化学感受相关基因,包括33个气味结合蛋白基因(odorant binding protein genes,OBPs), 42个味觉受体基因(gustatory receptor genes,GRs), 12个化学感受蛋白基因(chemosensory protein genes,CSPs), 52个嗅觉受体基因(olfactory receptor genes,ORs), 27个离子型受体基因(ionotropic receptor genes,IRs), 4个感觉神经元膜蛋白基因(sensor...     

G蛋白γ13亚单位在发育的嗅上皮和梨鼻中的表达模式研究（英文）

G蛋白亚单位以前被认为在味蕾中特异性的表达,和味导素、苦味受体共表达于味蕾的II型细胞。目前的研究发现,Gγ13(G proteinγ-subunit Gγ13)在小鼠不同发育时期嗅上皮和梨鼻均存在表达,包括胚胎期15.5 d(E15.5)、生后期第0 d(P0)、生后期第5 d(P5)、生后期第10 d(P10)、生后期第21 d(P21)和成年期(P40)。研究也表明,Gγ13可能是一个成熟嗅神经和梨鼻神经的分子标记物。m RNA原位杂交表明,Gγ13和Gα亚单位Gαolf(Gαolf在成熟嗅神经细胞中表达)的表达模式在嗅上皮是一致的,Gγ13和Gα亚单位Gαi2(Gαi2在成熟梨鼻嗅神经细胞中表达)在梨鼻上皮共定位。Gγ13的分布不同于标记细胞发育的标记物GAP43(growth associated protein 43)在嗅上皮的分布,它的表达也不同于另外一个G蛋白亚单位Gγ8的表达分布。在P21的嗅觉系统,Gγ13蛋白在嗅上皮嗅毛中表达丰富,在梨鼻的嗅毛表达也丰富。在主嗅球,在颗粒细胞带、外网层、僧帽细胞带均发现Gγ13的阳性信号。而且,m RNA原位杂交也显示,Gγ13在僧帽细胞带表达,表明Gγ13可能参与到僧帽细胞向大脑嗅皮质区的信号输送。在副嗅球,在颗粒细胞层发现微弱的阳性信号。总之,目前的研究表明,Gγ13可能参与嗅上皮和梨鼻的嗅分子信号传导过程。     

传入神经阻滞对成年大鼠嗅球中小白蛋白的影响

目的: 研究传入神经阻滞对成年大鼠嗅球小白蛋白(PV)的影响情况.方法: 用免疫组化方法检测损伤嗅上皮对嗅球PV的表达的影响.结果: 损伤嗅上皮导致损伤鼻孔同侧嗅球中PV阳性细胞数目减少.结论: 嗅球中PV表达的降低是受传入神经阻滞影响的.     

棕色田鼠脑和行为不同发育阶段副嗅球和主嗅球的细胞活动

本文运用免疫组化显示Fos蛋白的方法首次研究了棕色田鼠脑和行为不同发育阶段副嗅球和主嗅球的细胞活动。当不同年龄阶段的幼鼠同时暴露于自己家庭的熟悉底物和另一家庭的陌生底物时 ,嗅闻和呆在自己熟悉底物上的时间较多 ,直到产后 15d、 2 0d和 2 5d时 ,幼鼠探究不同底物的行为显示出显著性差异。脑的大小随着日龄增加而增加 ,但从产后 1到 15d ,脑重、脑宽和嗅球大小随着日龄增加特别显著。当不同日龄幼鼠暴露于陌生底物或者暴露于自己的熟悉底物时 ,从产后 5到 15日龄 ,主嗅球僧帽细胞层、颗粒细胞层、副嗅球僧帽细胞层和颗粒细胞层Fos免疫阳性细胞随着日龄明显增加 ,但直到 15和 30日龄时 ,和对照组相比 ,陌生底物可引起幼鼠主嗅球Fos免疫阳性细胞明显增加 ,从 2 0日龄起 ,陌生底物可引起副嗅球Fos免疫阳性细胞明显增加。主嗅球颗粒细胞层Fos免疫阳性细胞随着日龄的增加从边缘到中心逐渐出现 ,而副嗅球Fos免疫阳性细胞随着日龄的增加从顶部到底部逐渐出现。以上结果说明产后第 1d到 15d左右可能是棕色田鼠脑结构发育的重要阶段 ,而从此以后棕色田鼠主嗅球和副嗅球就具有区别熟悉气味和陌生气味的能力 ,表明棕色田鼠行为、脑发育和细胞活动间有紧密关系     

废用条件下大鼠和达乌尔黄鼠骨骼肌氧化应激和抗氧化防御能力与肌萎缩的比较研究

有鳞类(蛇和蜥蜴)具有较发达的嗅器和犁鼻器,对其不同种类嗅觉结构的认识有助于阐明爬行动物化学感觉的进化。本文采用组织学方法比较了草原沙蜥(Phrynocephalus frontalis)、荒漠沙蜥(P. przewalskii)、密点麻蜥(Eremias multiocellata)和秦岭滑蜥(Scincella tsinlingensis)的嗅器及犁鼻器。结果发现,草原沙蜥的鼻腔较为狭长,秦岭滑蜥呈梨形,其他两种蜥蜴的鼻腔略成圆形。秦岭滑蜥的嗅上皮最厚,其次是密点麻蜥和草原沙蜥,荒漠沙蜥最薄。犁鼻器主要由犁鼻腔、犁鼻感觉上皮、犁鼻神经及蘑菇体等组成,没有腺体。草原沙蜥和荒漠沙蜥的犁鼻腔较为宽阔,密点麻蜥和秦岭滑蜥的较窄。4种蜥蜴的犁鼻感觉上皮均较嗅上皮厚,蘑菇体向后逐渐缩小至消失,犁鼻感觉上皮成闭环状,包围犁鼻腔。密点麻蜥和秦岭滑蜥的犁鼻感觉上皮位于犁鼻器的背侧,蘑菇体位于腹侧;与此不同,两种沙蜥的犁鼻感觉上皮偏向于犁鼻器的腹内侧,蘑菇体位于背外侧。密点麻蜥的犁鼻感觉上皮最厚,其次为秦岭滑蜥,两种沙蜥最薄;秦岭滑蜥犁鼻感觉上皮的感觉细胞密度最高,其次是密点麻蜥,两种沙蜥最低。这些结果提示,密点麻蜥和秦岭滑蜥对嗅觉信号的依赖和投入较两种沙蜥多;4种蜥蜴犁鼻器的结构差异间接地佐证了有鳞类犁鼻器系统发生的特异性。