抓住嗅觉发育的黄金时期，让你“一嗅千里”
撰文 | 张亭亭
审核 | 罗敏敏
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虽说“酒香不怕巷子深”，可是为什么有些人还没到巷口便闻到了美酒飘香，而有些人看到了大大的“酒”字才知道是一醉方休的地方？这种与生俱来的嗅觉差异是在发育的何时被定格的？这个关键时期内演绎着怎样的生命活动？
2019年7月19日，来自美国堪萨斯大学的俞从容教授为北京脑中心的师生们分享了自己在嗅觉发育关键期所做的科研成果。
嗅觉系统在啮齿类动物中比较发达，这些动物通过其敏锐的嗅觉能力进行交友、捕食、逃避天敌等行为活动，因此小鼠成为嗅觉研究的理想模型。哺乳动物的嗅觉神经元（osn）具备再生能力，每个osn表达一种特定的气味受体（or）基因，表达同种or的osn轴突投射到同一个嗅小球中，从而形成特定的嗅觉空间地图。虽然osn在成年小鼠的整个生命过程中均可再生并形成上述特定投射路径，但俞教授团队发现osn纠正错误投射路径的能力仅存在于出生后一周内。他们利用kir2.1蛋白通道的超极化作用，构建osn特异性表达kir2.1蛋白的kir2.1转基因小鼠，实现对osn活动的沉默，然后在小鼠产后不同发育时期喂食多四环素（dox）阻断kir2.1蛋白表达，恢复其osn的活性状态，观察在不同时期小鼠嗅觉神经元及其投射纤维的发育情况。
结果发现，在p0时给予dox后，kir2.1小鼠的嗅觉神经元投射模式与野生型小鼠无明显差别，但在p21天喂食dox后，kir2.1小鼠已形成固定的异常投射模式，无法被逆转，提示在p0-p21之间存在嗅觉系统发育的关键时期。之后该团队以小鼠产后发育时间进程为主线开展实验，通过标记m71和m72两种or，证实在p0-p7天内，即使kir2.1小鼠osn投射纤维分散到不同的嗅小球中，也可以通过dox恢复正确的嗅觉地图，但p7后嗅觉发育的可塑性逐渐降低，异常发育的嗅觉地图很难被纠正。因此，俞教授团队认为p0-p7是小鼠嗅觉发育的关键时期。
之后，他们利用腺病毒示踪法、组织透明、基因标记、单细胞转录组分析等技术手段发现在嗅觉发育的关键期存在一群导航神经元，这些神经元在到达特定终点的嗅小球前会在不同嗅小球间迂回穿梭，并在较短的生命期内出现旺盛的轴突生长现象（p3-p7），之后逐渐收敛消失，经历轴突“修剪”和聚合过程，最终形成特定的投射模式，为其他osn提供生长投射通路。通过bcl2延长这些神经元的生长周期，会导致轴突生长过旺而影响聚合；而通过dta消除这些成熟的osn会导致嗅觉地图错乱。因此导航神经元适当的存在和消除是保证嗅觉地图正常产生的重要前提。
实现嗅觉发育关键时期的分子机制究竟是什么呢？俞教授团队通过单细胞转录组分析发现在p0-p7期存在明显变化的基因包括fzd1,fzd2,h19等。如fzd1在p3-p7期表达最丰富，之后逐渐下降，fzd1敲除的小鼠osn发育明显降低，该基因通过一种自动调控的loop模式实现在小鼠生长发育早期提高神经发育的可塑性，并在生长后期降低发育的可塑性。
最后，俞教授从行为表型角度阐述了嗅觉发育关键期的改变对气味识别所产生的影响。他们通过气味偏好实验发现，在嗅觉发育关键期给予小鼠厌恶的气味刺激，小鼠成年后会偏好于该种气味，机制在于关键期内的气味刺激会改变osn的投射途径，从而改善对气味的偏好。
俞教授的精彩演讲告诉我们，在嗅觉系统的黄金期，神经元具有高度可塑性，虽然osn与中枢在此期形成高度特异性的功能联系，但是外界气味刺激也可以在这个时期改变神经投射通路。所以，让你的实验鼠在嗅觉黄金期多嗅一下实验室的气息吧，说不定它们会和你一样爱上科研。
参考文献
[1] ma l, wu y, qiu q, scheerer h, moran a, yu cr. a developmental switch of axon targeting in the continuously regenerating mouse olfactory system. science. 2014. 344(6180): 194-7.
[2] wu y, ma l, duyck k, et al. a population of navigator neurons is essential for olfactory map formation during the critical period. neuron. 2018. 100(5): 1066-1082.
