《科学》：北京生命科学研究所罗敏敏研究成果

来自北京生命科学研究所NIBS，中科院生物物理研究所，美国杜克大学医学中心分子遗传与微生物学系，洛克菲勒大学的研究人员发现小鼠用嗅觉神经元的一组特殊的感受二氧化碳的酶在接近大气中的浓度下检测二氧化碳，这首次证明二氧化碳可以被哺乳动物的嗅觉系统灵敏地检测到，并且这一检测是通过嗅觉系统所完成，而此特异的嗅觉系统的功能一直不清楚，并且这一研究也为哺乳动物对CO2检测的细胞机制提供了初步线索。 这一成果公布在《Science》杂志上。

文章的通讯作者是罗敏敏博士，第一作者是胡霁，仲纯论文的其他作者还有本所的丁澄，杜克大学的Qiuyi Chi, Hiroaki Matsunami博士，洛克菲勒大学的Andreas Walz博士及Peter Mombaerts博士。此项研究由科技部863计划，北京市科委，及人类前沿科学计划（HFSP）资助，在北京生命科学研究所完成。

原文检索：
Science 17 August 2007:
Vol. 317. no. 5840, pp. 953 - 957 DOI: 10.1126/science.1144233
Detection of Near-Atmospheric Concentrations of CO2 by an Olfactory Subsystem in the Mouse
[Abstract]

非脊椎动物比如昆虫对二氧化碳有很强的嗅觉，它们靠二氧化碳气味微小的变化来找食物或配偶。但是包括人类在内的哺乳类动物看起来只有在高浓度下才能捕捉到二氧化碳的气味。二氧化碳（CO2）对于许多生物是一种重要的环境信号分子。传统上二氧化碳被认为是无色无味的气体。经典的心理物理学测试证明对于二氧化碳确实不能由人类的嗅觉系统所检测，但是其他的哺乳动物是否可以通过嗅觉系统感受低浓度的二氧化碳(空气中二氧化碳平均浓度0.038%)仍然不清楚。

罗敏敏的研究报告显示，出乎他的意料，哺乳动物中的小鼠能够准确地嗅出这种气体。罗敏敏说，“我们根本没有预料到这一情况。”大多数人认为二氧化碳是没有气味的。它被用作一种刺激剂，而不是一种气味的提示剂。

当小鼠处于二氧化碳浓度越来越高的环境中时，它们的行为会发生变化：在让老鼠可能选择二氧化碳浓度较高和较低的环境时，这种老鼠会避免呆在二氧化碳浓度高出0.2%的环境。

这意味着，随着气候变化引起的大气中二氧化碳水平到上升（预计到2100年将达到0.05 - 0.1%），小鼠行为上发生的变化可以被发现。罗敏敏说，“我们将看到一些行为效果，”而具体是什么效果还不得而知。

罗敏敏的同事，洛克菲勒大学的彼得·曼巴茨( Peter mombaerts)说，如果这种二氧化碳的浓度增加是逐渐发生的，那么老鼠也许能适应这一过程。“我们也具有这样的能力，”他解释说，比如在进入纽约出租车时感觉到的最初的臭气会逐渐觉得不那么重了。但是他说，另一种情形是，随着二氧化碳水平的增加，小鼠变得更加可怕和具有进攻性。

在这篇文章中，研究人员运用分子生物学、免疫组织化学、小鼠遗传操作、电生理、钙成像、以及行为学等多种实验手段,证明了小鼠能通
过一类表达D型鸟苷酸环化酶（GC-D）的嗅觉感觉细胞感受接近于大气中浓度的二氧化碳。他们首先发现表明碳酸酐酶II,一种催化CO2与水生成HCO3-和H+的酶，特异地表达在这类GC-D神经元中。这些神经元的轴突投射到嗅球中的项链嗅小球，形成所谓的项链嗅觉系统。这一研究运用钙成像与电生理记录表明CO2激活GC-D神经元以及嗅球中与项链嗅小球联系的神经细胞。行为学实验结果表明小鼠检测CO2的阈限为0.066%,非常接近空气中CO2的平均浓度（0.038%）。最后，他们的药理实验及行为实验证明小鼠这样灵敏的二氧化碳检测能力需要碳酸酐酶II的活性及环鸟苷酸环敏感的离子通道的开发。

附：
留学美国博士罗敏敏获“青年科学家奖”

　 罗敏敏博士与Hiroaki　Matsunami博士日前共同获得人类前沿科学计划组织颁发的“青年科学家奖”。该奖项将资助北京生命科学研究所的罗敏敏实验室及美国杜克大学医学中心的Matsunami实验室3年共75万美元科研经费。

    罗敏敏毕业于北京大学心理学系，后赴美国宾夕法尼亚大学获计算机科学硕士学位，之后师从D.J.　Perkel博士做神经科学研究，获宾夕法尼亚大学博士学位。在霍华德-休斯医学院和杜克大学做了近5年博士后。2005年8月罗敏敏在北京生命科学研究所建立实验室，从事神经生物学方面的研究。