揭开嗅觉之谜

自历史之初，人类就被气味迷住了；将这种感觉与宗教和形而上学的经验联系在一起。在古埃及，香水被认为是神的副产品，字面上说是太阳神的汗水。在希腊，香水是崇拜希腊神话中各种神和女神的核心，在无数的仪式中使用了大量的香水。哲学家提奥弗拉斯特(Theophrastus)写了“关于气味”，这是一本详细描述希腊社会中香水使用情况的书，而埃及的医生们则对鼻子的解剖很着迷，因为他们知道鼻子保持着一种感知气味的功能。

虽然今天人们仍然渴望理解感官，但我们用来探索感官的方法已经发生了很大的变化。技术进步和科学模式使我们对感官特征的讨论从形而上学转向科学。在这篇文献综述中，我们将考察科学是如何解开我们嗅觉之谜的。

它存在于基因中

获得大量科学研究成果的一个领域是基因在我们的嗅觉中所起的作用。在哥伦比亚大学扎克曼研究所进行的一项研究中，研究人员发现了一种基因组机制，这种机制将有限的基因转化为我们感知范围广泛的气味的能力。在这项研究中，哥伦比亚大学的研究人员检查了鼻子中的神经细胞(神经元)和一个由400多个与嗅觉有关的专用基因组成的家族。为了研究神经元和基因之间的关系，研究人员在小鼠身上采用了一种新的基因组测序技术-原位Hi-C，该技术绘制了一个活神经细胞的整个基因组的三维图谱。

来自美国哥伦比亚大学的研究人员以小鼠作为研究对象，通过原位Hi-C技术，发现在每个嗅觉神经元中，基因组在三维空间中形成大量的特异反式互作，调控不同OR基因的表达，从而产生我们识别气味所需的多样嗅觉受体组合。研究成果于2019年1月9日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“LHX2- and LDB1-mediated trans interactions regulate olfactory receptor choice”。

鼻子能够区分各种各样不同的气味，这依赖于鼻子里的嗅觉受体（olfactory receptors，OR）。嗅觉受体是在嗅觉神经元（olfactory sensory neuron，OSN）中被转录翻译出的蛋白，OSN是专门行使气味识别和感知传递等功能的细胞。人的鼻子中有约1000万个OSN细胞，每个细胞中约有400多个OR基因。小鼠细胞中有超过1000个OR基因，是人类的两倍多，因而表现出更加优异的嗅觉能力。当OR减少时，鼻子识别气味的能力就会下降。

以前的研究表明，每个神经元都含有完整的400个受体基因，但每个神经元中只有一个被激活。这项研究现在正在研究这是如何发生的。基因组测序技术创造的“快照”显示，位于不同染色体上的嗅觉受体基因簇在选择嗅觉受体基因之前彼此移动。在这些基因聚集在一起后，它们将与遗传增强剂一起调节基因的活性，并为“选定的”嗅觉受体基因创造一个热点。研究小组还发现，Ldb1蛋白在这一过程中起着关键作用，它将热点结合在一起，并允许它们打开特定的嗅觉受体。“这些基因组赋予嗅觉系统以不同方式做出反应的能力，”莫纳汉博士说。“这一过程的灵活性有助于解释我们如何轻松地学习和记忆新的气味。”

鼻子的防御能力

在本刊“恢复失去嗅觉的文章”中，我们探索了有关嗅觉缺乏症的治疗方法的研究。当研究人员正在研究恢复嗅觉减退的方法时，其他的研究揭示了我们鼻子具有自我保护的能力。在Monell化学感官中心进行的一项研究中，研究人员检查了嗅觉上皮中含有气味检测受体细胞的一段特定的鼻黏膜组织。这项研究的重点是微绒毛细胞(MVCs)，他们认为微绒毛细胞是抵抗病毒、细菌和其他有害入侵者的一种防御机制。

嗅上皮中的微绒毛细胞示意图

先前的研究还表明，MVCs含有一些与单独的化学感觉细胞(SCCs)、味觉细胞一样的分子机制(标记)，这些细胞能够感知刺激物和细菌。为了了解SCC分子标记是否存在于嗅上皮中，科学家们检查了现有的老鼠嗅觉组织的RNA测序数据。通过分析发现，嗅上皮组织中存在SCCs的6个分子标记特征。他们的结论是，这些标记物可能在MVCs中表达，因为SCC不存在于嗅上皮中。为了证实这一点，研究人员使用了专门针对这六种分子的先进的免疫化学技术来证实它们在MVCs中的存在。更多的研究还表明，MVC在嗅觉上皮局部工作，向邻近的细胞发出信号，以启动防御反应。该研究的资深作者、Monell细胞生物学家马尔科·蒂扎诺博士(Marco Tizzano Ph.D.)说：“MVC可能是潜在的治疗靶点，有助于维持健康的嗅觉系统，甚至促进受损嗅觉上皮的再生。”

年龄与气味

嗅觉科学中另一个令人感兴趣的领域是年龄和嗅觉能力之间的关系。过去的研究表明，失去嗅觉会产生巨大的影响，包括社会孤立，这是一个更大的健康问题和总体上较差的生活质量的一个指标。在“细胞报告”(Cell Reports)上发表的一项研究中，Helmholtz Zentrum München和美因茨大学医学中心(University Medical Centre Mainz)的一个跨学科研究小组调查了老年人嗅觉下降的生物学原因。研究人员知道哺乳动物中新神经元的产生很大程度上局限于儿童早期，因此研究人员跟踪了老鼠大脑中干细胞随时间的发展情况。研究人员诱导单个干细胞及其所有后代(称为克隆体)点亮一种特定的颜色，并将结果记录在一份特殊的五彩纸屑报告上。

研究人员使用所谓的五彩纸屑报告追踪干细胞的发展

这使研究人员能够根据不同的颜色随着时间的推移来区分克隆。随后，研究人员比较了在年轻和老年小鼠中发现的克隆，以找出单个干细胞和中间产物对成熟嗅觉细胞生长的贡献。利用Carsten Marr在系统分析方面的专业知识，研究人员发现，老年人自我更新的能力下降，特别是在被称为“转运放大祖细胞”的中间阶段。此外，分析表明，不对称的细胞分裂和干细胞的静止期在年龄较大的小鼠中增加。谈到这一点，JovicaNinkovic说：“这意味着更少的细胞在年老时分化成嗅觉细胞，因为它们倾向于留在干细胞池中，变得不那么活跃。”因此，功能钝化了。“

神秘依然存在

尽管这些研究和其他研究正在帮助我们更好地理解感官体验，但仍然存在许多问题。有没有治愈嗅觉缺乏症的方法？准确地说，我们的嗅觉有多大的延展性？VR和其他数字突破在探索感官方面扮演了什么角色？虽然我们现在似乎比5000年前更了解我们的嗅觉，但我们仍然有许多神秘之处。尽管如此，感官研究人员和科学家，在香精和香料工业的帮助下，将继续深入探索我们的感官，更清楚地描绘出嗅觉和味觉背后的机制。