揭开人类嗅觉的奥秘
人类为什么可以分辨自然界中各种物质的气味？在某个春天的清晨闻到的丁香花的独特香味，多年以后为什么还可以清晰地回想起来？这些，都应归功于我们的嗅觉系统。如果没有嗅觉，所有的东西闻起来都是一个味，无所谓香，也感觉不到臭，更可怕的是，嗅觉丧失还会带来危险，例如在失火时闻不到烟味。然而，人类虽然可以识别并记忆1万余种气味，但是一直以来，人类对于嗅觉产生的基本原理却几乎一无所知。终于，2位“气味专家”对此做出了解答。
瑞典卡罗林斯卡研究院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 Axek和57岁的Linda B. Buck。Axek和Buck的贡献在于，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。
Axek和Buck多年前曾是同一个实验室的工作伙伴，后来在各自的独立研究中又成为了某种意义上的竞争对手，如今双双获得代表至高荣誉的诺贝尔医学奖，可谓皆大欢喜。Buck也是获得诺贝尔科学类奖项的第11位女性和获得诺贝尔医学奖的第7位女性。
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诺贝尔委员会称，本年度诺贝尔医学奖之所以颁给Axek和Buck，不在于其工作会产生什么实用价值，而在于他们的研究增进了人类对自身最神秘莫测的感觉——嗅觉的理解。而在此之前，嗅觉的产生机制一直是人类诸种感觉中最令人困惑的一个谜。
气味受体和“气味受体码”
在嗅觉研究中，科学家们需要解决的第一个问题是，嗅觉系统如何分辨出成千上万种不同形状和大小的气味分子，是利用有限数量的泛宿主性受体，还是利用大量特异性受体？据估计，人类的嗅觉可以分辨出1万余种不同气味的化学物质，即便是一些只存在很小化学差异的气味(如汗味和发酵味)也能加以识别。
1991年，Axek和Buck联合发表了一篇后来被认为具有里程碑意义的研究论文(Cekk 1991 65 175)。在这篇论文中，他们第一次描述了哺乳动物体内这样的一个基因大家族，该家族包含了约1000种不同基因，这些基因编码同等数量的气味受体。这些基因占人类基因总数的3%，如此高的比例足以说明嗅觉的重要性。
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嗅觉感受器位于鼻腔后上部的嗅上皮内，其感受细胞为嗅细胞，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。
小鼠约含有1000种不同的气味受体，人类虽然也含有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。
Axek和Buck发现，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”。这很像字母表中的字母与单词的关系，字母需要通过不同的排列组合才能成为不同的单词，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。同样，有一些物质的结构几乎完全相同，可气味却千差万别，也是由于气味受体码不同的缘故。
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气味信号的处理和传递
嗅觉的产生不仅需要外周组织对不同气味分子的识别，而且还需要可以辨别气味的中枢机制，因而科学家们需要解决第二个问题：神经系统如何获得气味信号并对其进行处理和传递，最终产生不同的嗅觉？
1991年以后，虽然Axek和Buck带领各自的团队进行嗅觉研究，但在研究中得到的很多结论却惊人的一致。他们应用最先进的细胞和分子生物学技术，通过对嗅觉系统从外周到中枢各个层面结构的研究，回答了上述问题。
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，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。在这里，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。
, http://www.100md.com 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。在这里，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。这种联系方式维持了信息传递过程的特异性。在每个嗅小球中，表达相同气味受体的许多嗅细胞的轴突与僧帽细胞的树突形成若干突触，这种结构使哺乳动物具备了识别环境中极低浓度化学物质的能力。虽然嗅细胞寿命很短，更新很快，但气味信号在嗅球中的传入模式却总保持不变，这就保证了某种特定气味的神经代码不会随时间而改变，这也是气味可以被长久记忆的基础。
气味信号在从嗅球传递至嗅皮质的过程中同样存在着精确的传入模式，而且在不同个体中也都一样，这就可以解释为什么不同的人对同一种气味的感觉都非常类似。僧帽细胞将每一种气味信号定向传至特定区域的皮质神经元，然后再通过整合，嗅觉便产生了。此外，气味信号还可以被传递至与情绪相关的边缘系统，这就很好地解释了“嗅觉可引起情绪和食欲等生理学变化”的现象。然而，Buck认为，虽然他们已经在嗅觉系统结构方面进行了长达16年的研究，但仍然只窥及了冰山的一角，还要继续进行探索。此外，他们所发现的嗅觉系统的普遍性原理可能也适用于其他感觉系统，例如，影响动物社会行为的信息激素(pheromones)以及味觉等。
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与往年一样，诺贝尔奖颁奖仪式将于诺贝尔逝世纪念日(12月10日)在瑞典斯德哥尔摩举行，届时Axek和Buck将分享1000万克朗的诺贝尔医学奖奖金。(吴西)
Richard Axek M.D.
1946年7月2日出生于美国纽约，1967年在美国哥伦比亚大学获得学士学位，1970年在美国约翰斯·霍普金斯大学医学院获得医学博士学位。现任职于美国哥伦比亚大学Howard Hughes医学中心。
Linda B. Buck Ph.D.
1947年1月29日出生于美国西雅图，1975年在美国华盛顿大学获得心理学和微生物学学士学位，1980年在美国得克萨斯大学西南医学中心获得免疫学博士学位，1980-1984年间在哥伦比亚大学进行博士后研究。现任职于 Fred Hutchinson癌症研究中心。, http://www.100md.com
瑞典卡罗林斯卡研究院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 Axek和57岁的Linda B. Buck。Axek和Buck的贡献在于，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。
Axek和Buck多年前曾是同一个实验室的工作伙伴，后来在各自的独立研究中又成为了某种意义上的竞争对手，如今双双获得代表至高荣誉的诺贝尔医学奖，可谓皆大欢喜。Buck也是获得诺贝尔科学类奖项的第11位女性和获得诺贝尔医学奖的第7位女性。
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诺贝尔委员会称，本年度诺贝尔医学奖之所以颁给Axek和Buck，不在于其工作会产生什么实用价值，而在于他们的研究增进了人类对自身最神秘莫测的感觉——嗅觉的理解。而在此之前，嗅觉的产生机制一直是人类诸种感觉中最令人困惑的一个谜。
气味受体和“气味受体码”
在嗅觉研究中，科学家们需要解决的第一个问题是，嗅觉系统如何分辨出成千上万种不同形状和大小的气味分子，是利用有限数量的泛宿主性受体，还是利用大量特异性受体？据估计，人类的嗅觉可以分辨出1万余种不同气味的化学物质，即便是一些只存在很小化学差异的气味(如汗味和发酵味)也能加以识别。
1991年，Axek和Buck联合发表了一篇后来被认为具有里程碑意义的研究论文(Cekk 1991 65 175)。在这篇论文中，他们第一次描述了哺乳动物体内这样的一个基因大家族，该家族包含了约1000种不同基因，这些基因编码同等数量的气味受体。这些基因占人类基因总数的3%，如此高的比例足以说明嗅觉的重要性。
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嗅觉感受器位于鼻腔后上部的嗅上皮内，其感受细胞为嗅细胞，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。
小鼠约含有1000种不同的气味受体，人类虽然也含有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。
Axek和Buck发现，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”。这很像字母表中的字母与单词的关系，字母需要通过不同的排列组合才能成为不同的单词，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。同样，有一些物质的结构几乎完全相同，可气味却千差万别，也是由于气味受体码不同的缘故。
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气味信号的处理和传递
嗅觉的产生不仅需要外周组织对不同气味分子的识别，而且还需要可以辨别气味的中枢机制，因而科学家们需要解决第二个问题：神经系统如何获得气味信号并对其进行处理和传递，最终产生不同的嗅觉？
1991年以后，虽然Axek和Buck带领各自的团队进行嗅觉研究，但在研究中得到的很多结论却惊人的一致。他们应用最先进的细胞和分子生物学技术，通过对嗅觉系统从外周到中枢各个层面结构的研究，回答了上述问题。
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，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。在这里，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。
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气味信号在从嗅球传递至嗅皮质的过程中同样存在着精确的传入模式，而且在不同个体中也都一样，这就可以解释为什么不同的人对同一种气味的感觉都非常类似。僧帽细胞将每一种气味信号定向传至特定区域的皮质神经元，然后再通过整合，嗅觉便产生了。此外，气味信号还可以被传递至与情绪相关的边缘系统，这就很好地解释了“嗅觉可引起情绪和食欲等生理学变化”的现象。然而，Buck认为，虽然他们已经在嗅觉系统结构方面进行了长达16年的研究，但仍然只窥及了冰山的一角，还要继续进行探索。此外，他们所发现的嗅觉系统的普遍性原理可能也适用于其他感觉系统，例如，影响动物社会行为的信息激素(pheromones)以及味觉等。
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与往年一样，诺贝尔奖颁奖仪式将于诺贝尔逝世纪念日(12月10日)在瑞典斯德哥尔摩举行，届时Axek和Buck将分享1000万克朗的诺贝尔医学奖奖金。(吴西)
Richard Axek M.D.
1946年7月2日出生于美国纽约，1967年在美国哥伦比亚大学获得学士学位，1970年在美国约翰斯·霍普金斯大学医学院获得医学博士学位。现任职于美国哥伦比亚大学Howard Hughes医学中心。
Linda B. Buck Ph.D.
1947年1月29日出生于美国西雅图，1975年在美国华盛顿大学获得心理学和微生物学学士学位，1980年在美国得克萨斯大学西南医学中心获得免疫学博士学位，1980-1984年间在哥伦比亚大学进行博士后研究。现任职于 Fred Hutchinson癌症研究中心。, http://www.100md.com