小鼠是一類高度依賴嗅覺生存的動物,聞到天敵的氣息要立刻逃跑,聞到同伴的氣味能識別社交信號,聞到幼崽的氣味才能精準哺育。但小鼠怎么靠聞氣味,立刻分清同伴、天敵,甚至認出自己的寶寶的?嗅覺細胞是怎么把不同氣味分門別類傳給大腦的?
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2026年4月28日,哈佛大學莊小威及Catherine Dulac團隊在國際頂刊《Cell》上發表研究,利用MERFISH技術繪制了小鼠近完整的嗅覺受體表達圖譜。
核心發現:主嗅上皮(MOE)的嗅覺受體沿中心-外周、頂端-基底雙梯度排布,精確映射到嗅球的背-腹、前-后軸。同時,社會氣味和天敵氣味激活的受體在空間中呈特異性分區,且母鼠對幼崽氣味的嗅覺響應更敏感。
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鼻子里到底有多少種嗅覺受體?
團隊使用MERFISH(多重容錯熒光原位雜交),在小鼠主嗅上皮(MOE) 中同時成像了近1100個嗅覺受體,覆蓋了幾乎全部嗅覺受體家族。
解讀:MERFISH是莊小威團隊開發的高通量空間轉錄組學技術,可以在單細胞分辨率下同時檢測數千個基因的空間表達位置。本研究用它來繪制嗅覺受體的表達圖譜。
結果顯示,嗅覺細胞在鼻子里的排布不是隨機的,而是沿著中心→外周和頂端→基底兩個方向形成雙梯度;這種排布方式,精準地投射到大腦的嗅球:中心→背側、外周→腹側、頂端→前側、基底→后側;投射精度達200–300微米,左右腦鏡像對稱。
因此,鼻子里的嗅覺受體基因按固定坐標排列,連線到大腦時也按同樣坐標。
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不同氣味激活的是同一套嗅覺受體嗎?
團隊用Egr1 smFISH標記被激活的細胞(Egr1是即刻早期基因,可標記最近活躍的神經元),檢測了5類氣味:苯乙酮(對照氣味);貓氣味(天敵);雌性小鼠氣味;雄性小鼠氣味;幼崽氣味。結果發現,不同氣味激活的受體在空間上是分離的。
貓的氣味(天敵):集中激活鼻子外周區的細胞 → 投射到大腦嗅球的腹側區;幼崽的氣味:集中激活鼻子中央背側區的細胞 → 投射到大腦嗅球的背側區;同伴的氣味:雄鼠氣味激活的細胞最多,雌性次之。
因此,不同氣味在鼻子和大腦里各有專屬專區。
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母性行為,伴隨著嗅覺硬件的“升級”
研究者發現母鼠比未生育雌鼠多激活了11個幼崽氣味受體。也就是說,當媽媽后,鼻子對寶寶氣味的更靈敏了,這可能是一種母性行為在大腦層面的升級。
因此,嗅覺系統的受體數量不是固定的,它可以根據生理狀態(如母性)發生變化。
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全文總結
該研究以MERFISH為核心技術,構建小鼠嗅覺受體分子與空間圖譜,闡明主嗅上皮雙梯度排布與嗅球雙軸投射的精準對應關系,并繪制天敵、社會、親子氣味的功能激活地圖,揭示嗅覺系統以拓撲編碼方式分類處理生存關鍵氣味,且母性行為伴隨嗅覺響應可塑性。
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小編寄語:
這套嗅覺受體空間圖譜,可以被其他研究者用來定位自己感興趣的受體在MOE和嗅球中的位置;預測某種社會氣味可能激活哪些受體(基于“氣味-受體”關系數據庫);研究嗅覺經驗如何改變受體表達譜(可塑性);構建更精準的“氣味-行為”計算模型。
因此,文章開頭提到的問題:小鼠之所以能聞出天敵來了,是因為氣味信息在進入大腦之前,已經被鼻子坐標系統按功能分類了,直達大腦中負責相應本能行為的核團。
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https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.03.053
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