来自北京生命科学研究所、宾夕法尼亚大学的研究人员首次直接比较了嗅感觉神经元与其对应的嗅球投射神经元对气味信息的表征方式，探讨了嗅球的信号处理机制。这一研究成果公布在《Neuron》杂志上。
文章的通讯作者是北京生命科学研究所的罗敏敏研究员。1995年本科毕业于中国北京大学心理学系的罗敏敏研究员长期以来都从事嗅觉神经系统方面的研究，早在2007年，就首次证实小鼠可通过一类特殊的嗅觉神经元感受接近于空气中浓度的二氧化碳，当年该研究成果登上了Science杂志。
在自然界中存在成千上万种气味分子，动物对这些气味分子有着惊人的识别能力。鼻腔中的嗅上皮内的嗅感觉神经元表达上千种气味受体，而表达同种气味受体的嗅感觉神经元投射到嗅球表面相同的嗅小球中，与特定的嗅球投射神经元僧帽/丛状细胞形成形成兴奋性突触性连接。在嗅觉系统中的一个重要而具争论性的问题是，嗅球中的投射神经元怎样编码感觉神经元向其传递的嗅觉信号。
为回答这一问题，研究小组通过在定点基因转入的小鼠中进行电生理记录和双光子成像，首次比较了和同一受体（I7）相对应的嗅感觉神经元及其突触后的僧帽/丛状细胞对气味的反应。发现I7嗅感觉神经元和I7僧帽/丛状细胞在气味浓度较低时表现出一致的气味选择性。气味浓度增加时，I7嗅感觉神经元和僧帽/丛状细胞的气味感受域会变宽，但对醛类分子仍然具有选择性。来自不同个体的I7僧帽/丛状细胞，其气味感受域具有很高的保守性。
与投射神经元不同的是，嗅球内的中间神经元，包括球周细胞和颗粒细胞，选择性都比较低。I7球周细胞的气味感受域还出现了一定程度的异质性。在气味浓度较高时，阻断嗅球内的抑制性突触传递会降低僧帽/丛状细胞的选择性。在气味浓度较低时则没有这种作用。这一研究结果显示，嗅球中投射神经元的气味选择性主要由其前一级对应的气味受体决定，而嗅球中的中间神经元通过侧向抑制的作用锐化投射神经元的调谐曲线。
罗敏敏研究组还曾运用分子生物学、生物化学、小鼠遗传操作、电生理、钙成像等多种实验手段，证明了检测二氧化碳的神经细胞中一种D型鸟苷酸环化酶(GC-D)能够直接被二氧化碳的代谢物——碳酸氢根所激活。通过对体外表达GC-D的深入研究，首次发现碳酸氢根对它的激活完全不同于其同家族的其他膜蛋白的受调控方式。以A型鸟苷酸环化酶(GC-A)为例，其鸟苷酸环化酶的活性是基于这一膜蛋白的胞外结构域与特定肽类小分子配体的结合而引发的一系列结构变化最终被激发。然而GC-D的鸟苷酸环化酶的活性却是通过碳酸氢根直接作用于胞内的酶活结构域而引发的。至此，这一研究对于哺乳动物对CO2检测的分子机制提供了重要线索，也为我们对定位于细胞膜的鸟苷酸环化酶的分子调节机制有了更广泛而多样的认识。
原文检索：
Odor Information Processing by the Olfactory Bulb Analyzed in Gene-Targeted Mice
In mammals, olfactory sensory neurons (OSNs) expressing a specific odorant receptor (OR) gene project with precise stereotypy onto mitral/tufted (M/T) cells in the main olfactory bulb (MOB). It remains challenging to understand how incoming olfactory signals are transformed into outputs of M/T cells. By recording from OSNs expressing mouse I7 receptor and their postsynaptic neurons in the bulb, we found that I7 OSNs and their corresponding M/T cells exhibit similarly selective tuning profiles at low concentrations. Increasing the concentration significantly reduces response selectivity for both OSNs and M/T cells, although the tuning curve of M/T cells remains comparatively narrow. By contrast, interneurons in the MOB are broadly tuned, and blocking GABAergic neurotransmission reduces selectivity of M/T cells at high odorant concentrations. Our results indicate that olfactory information carried by an OR is channeled to its corresponding M/T cells and support the role of lateral inhibition via interneurons in sharpening the tuning of M/T cells.
附：
留学美国博士、北大校友罗敏敏获“青年科学家奖”
罗敏敏博士与Hiroaki Matsunami博士日前共同获得人类前沿科学计划组织颁发的“青年科学家奖”。该奖项将资助北京生命科学研究所的罗敏敏实验室及美国杜克大学医学中心的Matsunami实验室3年共75万美元科研经费。
罗敏敏毕业于北京大学心理学系，后赴美国宾夕法尼亚大学获计算机科学硕士学位，之后师从D.J. Perkel博士做神经科学研究，获宾夕法尼亚大学博士学位。在霍华德-休斯医学院和杜克大学做了近5年博士后。2005年8月罗敏敏在北京生命科学研究所建立实验室，从事神经生物学方面的研究。
获奖后，杜克大学Matsunami博士实验室与北京生命科学研究所罗敏敏博士实验室将联合运用遗传工程、神经示踪、电生理及行为分析等手段，研究“项链嗅觉系统”的受体表达、生理反应特点、中枢投射的方式及其对行为的调控。通过结合两个实验室在分子遗传学及系统神经科学的专长，这一研究完全有潜力从基因水平到行为水平解开此一特殊嗅觉通路信息
2010-03-31