小鼠可以使用专门的神经元感知环境中的氧气水平

时间：2021-07-08 16:52:16 来源：

绿色物体代表B型细胞-因此是由低环境氧激活的神经元。红色物体代表“规范的”或“常规的”嗅觉感觉神经元：这些细胞各自表达基因组中1,100个气味受体基因之一，并对常规的气味配体作出反应。

马克斯·普朗克研究所（Max Planck Institute）的最新研究表明，小鼠可以使用嗅觉粘膜中存在的鼻子中的特殊神经元来感知环境中的氧气水平。

小鼠的基因组具有1000多种气味受体基因，使它们能够闻到周围各种气味。法兰克福的马克斯·普朗克神经遗传学研究室，洪堡的萨尔大学，剑桥大学和斯德哥尔摩的卡罗林斯卡研究所的研究人员发现，小鼠还可以利用鼻子中的神经元来感知吸入空气中的氧气含量。对于这种新发现的感觉特性，小鼠依赖于称为Gucy1b2和Trpc2的两个基因，但显然不依赖于气味受体基因。

研究团队发现，小鼠嗅觉粘膜中特定类型的化学感觉神经元对环境中的氧气减少有反应。化学感觉细胞通常检测到物质浓度的增加。在哺乳动物中，认为主要是通过颈动脉体（位于颈部颈动脉的感觉器官）检测到缺氧。颈动脉的激活导致大脑呼吸中枢的激活。当小鼠生活在洞穴中时，似乎在进化过程中出现了另一种机制，以保护个体及其后代免受缺氧的影响。

直到本文发表之前，这些所谓的B型细胞的功能都是神秘的。“我们用低氧空气激活了这些细胞，并发现了这些细胞的可能至关重要的功能，”马克斯·普朗克神经遗传学研究室主任彼得·蒙巴特斯说。研究小组研究了B型细胞在暴露于各种氧气水平下的行为。他们使用钙敏感染料观察到，嗅觉粘膜中的B型细胞在外部环境中的氧气含量适度下降后被激活。

科学家发现Gucyb12和Trpc2基因对于暴露于低氧的B型细胞信号转导至关重要。他们使用了经过基因改造的小鼠，其中的任何一个基因都被基因灭活了。这些基因分别编码产生第二种信使cGMP的酶和钙通过其进入细胞的离子通道。（钙也是另一个重要的细胞内信使。）没有功能性Gucy1b2和Trpc2基因，钙依赖性信号传导通路不会在B型细胞中被激活，并且小鼠无法区分或对降低的氧气水平做出适当的反应。到目前为止，检测低氧水平的分子传感器仍然是未知的。研究人员正在进一步研究导致这些神经元激活的信号传导机制。

此外，科学家发现老鼠可以很快地了解到低氧水平的位置，然后避开这些区域。相比之下，具有灭活的Gucy1b2或Trpc2基因的小鼠无法区分外部环境中正常和适度降低的氧气水平，并且没有显示出这些氧气水平低的区域的回避行为。因此，这些基因使小鼠能够早期选择具有最佳氧气水平的位置。

研究人员推测B型细胞在小鼠中也具有社会影响。例如，小鼠为了保护后代，最好在氧气含量较高的地方筑巢。洪堡综合生理学和分子医学中心主任弗兰克·祖弗伦（Frank Zufall）说：“后代需要充足的氧气，否则将得不到充分的服务。”

小鼠可能比人类对缺氧更为敏感。人类Gucy1b2和Trpc2基因是伪基因，这意味着这些基因可能不编码蛋白质。是否要在人体内完全发生B型细胞，以及是否能检测到低氧水平，还有待确定。

出版物：Katherin Bleymehl等人，“小鼠主要嗅觉上皮中的低环境氧传感器”，神经元，2016年； doi：10.1016 / j.neuron.2016.11.001

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