李乾博士,上海交通大学医学院研究员、博导,主要从事嗅觉系统发育和功能及相关疾病研究。
李生菊,上海交通大学医学院博士研究生。 宋纯雪,上海交通大学医学院硕士研究生。
桂花香气袭人,你便不自主地走近那沁人心脾的幽香;咖啡的香气驱走了困意,于是你神清气爽;弄堂深处飘出一阵香味儿,让你忽然想起了白发的外婆;地铁上有些莫名的气味令你恨不得拔腿而逃,可过了一会儿,你似乎又习惯了。……没错,嗅觉感知每时每刻都在雕塑我们的生活。因此,了解和保护嗅觉系统,很有必要。
除了灵长类动物之外,几乎所有动物都非常依赖它们的嗅觉系统。它们通过“闻”环境中其它动物释放的信息,从而识别对方的身份(食物、天敌、配偶还是幼崽?),并做出本能的反应。
此外,嗅觉还与记忆和情绪紧密关联,比如普鲁斯特就曾在《追忆似水年华》里写到一种点心的气味如何勾起他整片的回忆:“即使人亡物毁,久远的往事了无陈迹,唯独气味和滋味虽说更脆弱却更有生命力……它们以几乎无从辨认的蛛丝马迹,坚强不屈地支撑起整座回忆的巨厦。”
人们常说,闻一闻,就知道。其实,从“闻”到“知道”,需要嗅觉系统一系列的复杂工作:嗅觉系统中的嗅觉神经元(或嗅觉受体细胞)是检测气味分子的主要执行者,负责将气味分子信息转变为神经元相互联络的电信号;接下来,嗅觉神经元在嗅球中与僧帽细胞形成突触联系,进而把电信号传递到嗅球中的僧帽细胞;然后,僧帽细胞进一步将嗅觉信息传递到嗅皮层等大脑高级区域,形成形形色色的嗅觉感知。
那么,嗅觉神经元又是如何将气味信息转变为电信号?这是通过其中表达的嗅觉受体完成的。空气中的气味分子进入到鼻腔后,溶解在鼻腔粘液中,嗅觉受体在此识别气味分子,并通过一系列信号转导激活神经元,完成将气味信息向电信号的转变过程。
不同物种能检测不同类型的气味分子。比如我们人类主要识别挥发性的气味分子,而小鼠还能检测非挥发性的物质(肽类、蛋白质等),鱼类则主要检测溶解在水中的化学物质。
有一类特殊的化学物质,即信息素或者费洛蒙(Pheromone),是同类动物之间交流的重要嗅觉信息,比如性信息素可以介导雌雄的交配行为。
人类信息素的寻找,正是目前科学界的一个研究热点。
嗅觉受体家族是至今发现的最大的基因家族:
人类约有400种有功能的嗅觉受体基因,小鼠约有1000种,狗约有800种。至今为止,被发现最多嗅觉受体基因的物种是非洲大象,约有2000种。
嗅觉受体数目与物种嗅觉能力成正相关,这也从一方面解释了不同物种嗅觉差异的原因。人们把嗅觉灵敏的人称作“狗鼻子”,其实是有道理的。
统计显示,有将近5%的人会发生嗅觉异常,即部分或全部嗅觉功能下降或者丧失。
造成嗅觉障碍的因素有很多,包括鼻粘膜炎症、鼻腔阻塞、病毒感染、头部损伤、先天遗传因素和年龄等。
嗅觉缺失的病人患者往往会出现食欲下降,社交障碍,甚至会引发情感障碍和抑郁症等。此外,嗅觉障碍也是许多神经系统疾病的早期症状之一,例如阿茨海默症和帕金森症。这些患者在出现记忆和运动问题之前就有可能出现嗅觉问题,因此对嗅觉功能的评估可以帮助患者病因的早期判定和发现。
针对不同病因引起的嗅觉缺失,治疗方法不尽相同。
通常地,由脑损伤引起的嗅觉缺失是不可治愈的。而其他一些病因引起的嗅觉缺失,则可以通过一定的方法得到治疗和缓解,例如对免疫反应引起的过敏性鼻炎可以用糖皮质激素治疗,而鼻息肉引起的嗅觉障碍可以通过皮质类固醇类药物或手术切除息肉来进行治疗。
随着科学界对于嗅觉系统的研究不断深入,人类不断更新对它的认识。比如,科学家发现,在生理情况下嗅觉神经元会不断死亡(平均寿命30-90天),嗅觉干细胞能持续地分出新的嗅觉神经元。可以想见,对其中分子机制的研究必将为嗅觉障碍疾病提供新的诊疗方法和新的药物。
到那时候,将会有更多人能够守住“嗅觉”这弥足珍贵的感觉系统,继续享受这份天赐的礼物。
Q:人类只有400种嗅觉受体,却能辨别数以万亿计的气味分子,我们是怎么做到的?
A: 这是因为嗅觉系统采取组合编码的方式,即一个受体可以识别多种气味分子,而一种气味分子也能激活多种嗅觉受体。此外,同一气味分子浓度越高,也能激活越多的嗅觉受体。
Q:刘向在《后汉书》里说:“入芝兰之室,久而不闻其香;入鲍鱼之肆,久而不闻其臭”。这是为什么?
A: 这与嗅觉的适应性有关。当气味分子持续存在,嗅觉受体及其下游信号通路的分子功能受到抑制,嗅觉神经元激活信号减弱,从而使得人对气味产生了适应性。
Q:为什么对于同样的气味,有人非常敏感,有人却有完全不一样的感受,甚至闻不到?
A: 这要归结于嗅觉感知的差异性。嗅觉受体基因的单核苷酸多态性便是其中一个机制,即不同人群中同一种受体存在些许的差异。
比如说,有一种来源于睾丸的类固醇气味雄烯酮,有人觉得它的味道接近于汗液或尿液,令人反感;有人却觉得它甜甜的,闻起来舒心愉悦;也有人认为它根本没有什么气味。
感谢复旦大学附属眼耳鼻喉科医院耳鼻喉科研究院余逸群教授的宝贵意见!
(未标明的图片均来自网络)