人类嗅觉的奥秘 —2004年度诺贝尔医学奖 Richard Axel Linda B .ppt

人 类 嗅 觉 的 奥 秘 —２００４年度诺贝尔医学奖 Richard Axel Linda B． Buck  主讲人：马永昆 教 授 博 士  气味与人类的嗅觉系统 人类可以分辨自然界中各种物质的气味。在春天的清晨可闻到丁香花的独特香味，并且多年以后还能清晰地回想起来。 没有灵敏的嗅觉系统是危险且痛苦的。丧失嗅觉的灵敏性，所有的东西闻起来都是一个味，无所谓香，也感觉不到臭。(嗅觉与人的关系:如性别、环境） 嗅觉丧失会带来危险。例如在失火或有毒化学品泄露时闻不到刺激的气味。 瑞典卡罗林斯卡研究院2004年10月4日宣布，2004年度诺贝尔生理学或医学奖（简称医学奖）被授予两名美国科学家，现年５８岁的Richard Axel和５７岁的Linda B．Buck。他们发现了气味受体和嗅觉系统的结构组成，阐明了嗅觉系统的工作原理。人类能识别并记忆１万余种气味，但人类在之前对于嗅觉产生的基本原理一无所知。  嗅觉系统与其工作原理—鼻子怎么知道？ 嗅探与电子鼻 嗅觉机制研究的“里程碑”。 阿氏和巴氏在1991年4月5日于《细胞》上发表:《一个新的多基因家族可能编码气味受体:气味识别的分子基础》。它是1984年到2004年1月为止的嗅觉机制与分子水平和基因水平的重大事件。 有气味的物质会首先与气味受体结合，这些气味受体位于鼻上皮的气味受体细胞中。气味受体被气味分子激活后，气味受体细胞就会产生电信号，这些信号随后被传输到大脑的嗅球的微小区域中，并进而传至大脑其他区域，结合成特定模式。来自不同类型气味受体的信息组合成与特定气味相对应的模式，大脑最终有意识地感知到特定的气味（生物传导、细胞、神经、大脑加工处理）。 人体约有1000个基因用来编码气味受体细胞膜上的不同气味受体，约占人体基因总数的3％。 人的嗅觉系统具有高度“专业化”的特征。每个气味受体细胞仅表达出一种气味受体基因，气味受体细胞会将神经信号传递至大脑嗅球中被称为“嗅小球”的微小结构。嗅小球随后又会激活被称为僧帽细胞的神经细胞，每个“嗅小球”只激活一个僧帽细胞。僧帽细胞然后将信息传输到大脑其他部分。 每个气味受体细胞会对有限的几种相关分子作出反应。气味受体约有1000种，但它们可以产生大量的组合，形成大量的气味模式，这是人们辨别和记忆约1万种不同气味的基础。 气味受体和“气味受体码” 嗅觉感受器位于鼻腔后上部的嗅上皮内，嗅细胞的数量约为500万。 嗅细胞是一种双极神经元，它的中央轴突穿过筛板进入嗅球，而周围轴突则突出于上皮表面，其顶端有数条纤毛，气味受体就存在于这些嗅毛上。所有气味受体的结构都很相似，皆为７次跨膜蛋白，且都属于Ｇ蛋白偶联受体（GPCR ），某些结构上的微小差异导致了其只能识别并结合某些特定的气味分子。 人类含有900余种气味受体基因，但由于人类在进化过程中越来越多地依赖于视觉和听觉，因而一半以上的气味受体基因发生了突变而不能编码蛋白质，导致人类的气味受体数量仅约350种。 气味受体需要通过不同的排列组合模式来识别不同的气味。大多数气味都是由多种气味分子组成的，每一种气味分子又能激活数种气味受体，因而每一种气味的识别需依赖于唯一组合模式的受体群，相当于每一种气味都拥有各自的“气味受体码”。不同的气味受体也需组合在一起才能识别不同的气味。成百上千种气味受体经过组合可以产生数量庞大的受体码，这也就是人类能够识别和记忆１万余种不同气味的基础。 物质结构几乎完全相同，可气味却千差万别，是由于气味受体码不同的缘故。 气味信号的处理和传递 —神经系统如何获得气味信号？如何处理和传递？如何产生不同的嗅觉？ 鼻上皮层的每一个嗅细胞都只表达某一种特定的气味受体，因此，气味受体有多少种，嗅细胞的种类也就有多少种。 在鼻上皮层中，表达相同气味受体的嗅细胞呈分散排列（细胞局域阵列），表达不同气味受体的嗅细胞散置其中，因而气味信号呈高度分散式分布。 一种气味的代码是数个分散存在的嗅细胞的总和，其中每个嗅细胞都表达其气味受体码的一个组分。当气味信号从鼻上皮传递至嗅球后，便呈现出另一种分布模式：表达相同气味受体的嗅细胞的轴突都汇聚于同一个嗅小球上，因而气味信号呈精确的空间立体分布。 一种气味的代码是数个特定嗅小球的立体组合，而且在不同的个体中都一样。嗅小球不但与嗅细胞之间存在特异性联系，而且与上一级神经元——僧帽细胞也是特定的一对一联系。每一个僧帽细胞只能被一个嗅小球激活。这种联系方式