自歷史之初，人類就被氣味迷住了；將這種感覺與宗教和形而上學的經(jīng)驗聯(lián)系在一起。在古埃及，香水被認為是神的副產品，字面上說是太陽神的汗水。在希臘，香水是崇拜希臘神話中各種神和女神的核心，在無數(shù)的儀式中使用了大量的香水。哲學家提奧弗拉斯特(Theophrastus)寫了“關于氣味”，這是一本詳細描述希臘社會中香水使用情況的書，而埃及的醫(yī)生們則對鼻子的解剖很著迷，因為他們知道鼻子保持著一種感知氣味的功能。

雖然今天人們仍然渴望理解感官，但我們用來探索感官的方法已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。技術進步和科學模式使我們對感官特征的討論從形而上學轉向科學。在這篇文獻綜述中，我們將考察科學是如何解開我們嗅覺之謎的。

它存在于基因中

獲得大量科學研究成果的一個領域是基因在我們的嗅覺中所起的作用。在哥倫比亞大學扎克曼研究所進行的一項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種基因組機制，這種機制將有限的基因轉化為我們感知范圍廣泛的氣味的能力。在這項研究中，哥倫比亞大學的研究人員檢查了鼻子中的神經(jīng)細胞(神經(jīng)元)和一個由400多個與嗅覺有關的專用基因組成的家族。為了研究神經(jīng)元和基因之間的關系，研究人員在小鼠身上采用了一種新的基因組測序技術-原位Hi-C，該技術繪制了一個活神經(jīng)細胞的整個基因組的三維圖譜。

來自美國哥倫比亞大學的研究人員以小鼠作為研究對象，通過原位Hi-C技術，發(fā)現(xiàn)在每個嗅覺神經(jīng)元中，基因組在三維空間中形成大量的特異反式互作，調控不同OR基因的表達，從而產生我們識別氣味所需的多樣嗅覺受體組合。研究成果于2019年1月9日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“LHX2- and LDB1-mediated trans interactions regulate olfactory receptor choice”。

鼻子能夠區(qū)分各種各樣不同的氣味，這依賴于鼻子里的嗅覺受體（olfactory receptors，OR）。嗅覺受體是在嗅覺神經(jīng)元（olfactory sensory neuron，OSN）中被轉錄翻譯出的蛋白，OSN是專門行使氣味識別和感知傳遞等功能的細胞。人的鼻子中有約1000萬個OSN細胞，每個細胞中約有400多個OR基因。小鼠細胞中有超過1000個OR基因，是人類的兩倍多，因而表現(xiàn)出更加優(yōu)異的嗅覺能力。當OR減少時，鼻子識別氣味的能力就會下降。

以前的研究表明，每個神經(jīng)元都含有完整的400個受體基因，但每個神經(jīng)元中只有一個被激活。這項研究現(xiàn)在正在研究這是如何發(fā)生的?；蚪M測序技術創(chuàng)造的“快照”顯示，位于不同染色體上的嗅覺受體基因簇在選擇嗅覺受體基因之前彼此移動。在這些基因聚集在一起后，它們將與遺傳增強劑一起調節(jié)基因的活性，并為“選定的”嗅覺受體基因創(chuàng)造一個熱點。研究小組還發(fā)現(xiàn)，Ldb1蛋白在這一過程中起著關鍵作用，它將熱點結合在一起，并允許它們打開特定的嗅覺受體?！斑@些基因組賦予嗅覺系統(tǒng)以不同方式做出反應的能力，”莫納漢博士說?！斑@一過程的靈活性有助于解釋我們如何輕松地學習和記憶新的氣味?！?/p>

鼻子的防御能力

在本刊“恢復失去嗅覺的文章”中，我們探索了有關嗅覺缺乏癥的治療方法的研究。當研究人員正在研究恢復嗅覺減退的方法時，其他的研究揭示了我們鼻子具有自我保護的能力。在Monell化學感官中心進行的一項研究中，研究人員檢查了嗅覺上皮中含有氣味檢測受體細胞的一段特定的鼻黏膜組織。這項研究的重點是微絨毛細胞(MVCs)，他們認為微絨毛細胞是抵抗病毒、細菌和其他有害入侵者的一種防御機制。

嗅上皮中的微絨毛細胞示意圖

先前的研究還表明，MVCs含有一些與單獨的化學感覺細胞(SCCs)、味覺細胞一樣的分子機制(標記)，這些細胞能夠感知刺激物和細菌。為了了解SCC分子標記是否存在于嗅上皮中，科學家們檢查了現(xiàn)有的老鼠嗅覺組織的RNA測序數(shù)據(jù)。通過分析發(fā)現(xiàn)，嗅上皮組織中存在SCCs的6個分子標記特征。他們的結論是，這些標記物可能在MVCs中表達，因為SCC不存在于嗅上皮中。為了證實這一點，研究人員使用了專門針對這六種分子的先進的免疫化學技術來證實它們在MVCs中的存在。更多的研究還表明，MVC在嗅覺上皮局部工作，向鄰近的細胞發(fā)出信號，以啟動防御反應。該研究的資深作者、Monell細胞生物學家馬爾科·蒂扎諾博士(Marco Tizzano Ph.D.)說：“MVC可能是潛在的治療靶點，有助于維持健康的嗅覺系統(tǒng)，甚至促進受損嗅覺上皮的再生?！?/p>

年齡與氣味

嗅覺科學中另一個令人感興趣的領域是年齡和嗅覺能力之間的關系。過去的研究表明，失去嗅覺會產生巨大的影響，包括社會孤立，這是一個更大的健康問題和總體上較差的生活質量的一個指標。在“細胞報告”(Cell Reports)上發(fā)表的一項研究中，Helmholtz Zentrum München和美因茨大學醫(yī)學中心(University Medical Centre Mainz)的一個跨學科研究小組調查了老年人嗅覺下降的生物學原因。研究人員知道哺乳動物中新神經(jīng)元的產生很大程度上局限于兒童早期，因此研究人員跟蹤了老鼠大腦中干細胞隨時間的發(fā)展情況。研究人員誘導單個干細胞及其所有后代(稱為克隆體)點亮一種特定的顏色，并將結果記錄在一份特殊的五彩紙屑報告上。

研究人員使用所謂的五彩紙屑報告追蹤干細胞的發(fā)展

這使研究人員能夠根據(jù)不同的顏色隨著時間的推移來區(qū)分克隆。隨后，研究人員比較了在年輕和老年小鼠中發(fā)現(xiàn)的克隆，以找出單個干細胞和中間產物對成熟嗅覺細胞生長的貢獻。利用Carsten Marr在系統(tǒng)分析方面的專業(yè)知識，研究人員發(fā)現(xiàn)，老年人自我更新的能力下降，特別是在被稱為“轉運放大祖細胞”的中間階段。此外，分析表明，不對稱的細胞分裂和干細胞的靜止期在年齡較大的小鼠中增加。談到這一點，JovicaNinkovic說：“這意味著更少的細胞在年老時分化成嗅覺細胞，因為它們傾向于留在干細胞池中，變得不那么活躍?！币虼?，功能鈍化了?！?/p>

神秘依然存在

盡管這些研究和其他研究正在幫助我們更好地理解感官體驗，但仍然存在許多問題。有沒有治愈嗅覺缺乏癥的方法？準確地說，我們的嗅覺有多大的延展性？VR和其他數(shù)字突破在探索感官方面扮演了什么角色？雖然我們現(xiàn)在似乎比5000年前更了解我們的嗅覺，但我們仍然有許多神秘之處。盡管如此，感官研究人員和科學家，在香精和香料工業(yè)的幫助下，將繼續(xù)深入探索我們的感官，更清楚地描繪出嗅覺和味覺背后的機制。