两个华人研究组分别利用遗传学方法,揭示在发育的早期阶段,即出生后的第一周,嗅觉处理特殊气味,由鼻到脑的传递详细线路就已经被锁定了。这两篇文章分别发表于2014年4月11日的《Science》杂志上。
这种感官系统属于哺乳动物的中枢神经系统,与视觉一样,也是需要神经元朝特殊方向移动,映射到某些点上,并且嗅觉和视觉一样也是首先要有信号的感官输入,然后投射到大脑的正确区域,这个过程存在一个被称为关键期的时期。但是具体来说,嗅觉系统是否存在一个这样一个关键的时期,科学家们还不清楚。
近期两个华人研究组分别利用遗传学方法,扰乱了小鼠的嗅觉系统,表达了嗅觉神经元(olfactory sensory neurons,OSN)中的一个错误嗅觉受体,分析大脑中的错误路线,从而解析这一神经传递过程。
当气味分子结合上哺乳动物鼻腔中数以百万计的嗅觉受体的时候,动物就检测到了气味,这些嗅觉受体位于嗅感神经元(OSN)中,每个嗅觉神经元都具有其独特的,气味特异性的受体蛋白,和神经纤维,后者能将相同受体OSN连接到大脑一个特点的位点上,最终形成特殊的神经路线。
来自德雷塞尔大学的Lulu Tsai研究组发表了题为“A Critical Period Defined by Axon-Targeting Mechanisms in the Murine Olfactory Bulb”的文章,利用遗传学方法扰乱了这一路线,计算出了嗅觉神经路线图受干扰后恢复的时间窗。研究人员发现在小鼠出生后很短的时间里,如果开启这个错误的蛋白并不会引起嗅觉问题,这表明正常嗅觉路线图是在发育的早期阶段形成的,因此即使受到损害,这种路线图也可以被重建。
相反,来自美国堪萨斯Stowers研究所的华人科学家C. Ron Yu研究组在“A Developmental Switch of Axon Targeting in the Continuously ReGENErating Mouse Olfactory System”这篇文章中,则是扰乱了胚胎发育的路线图,希望能了解在错误蛋白关闭后这一路线图如何重建的。
结果研究人员发现,如果这个蛋白是在出生后不久表达的,那么路线图能恢复正确,但是如果在出生后七天表达这一蛋白,这种损伤就是永久性的了。
综上所述,这两个研究组的发现均表明哺乳动物的嗅觉系统的重塑性并不能在出生后的长时间内持续,之后这种嗅觉路线图就被锁定了。同期science杂志的另外一篇文章详细介绍了这两项成果。