《科學》：北京生命科學研究所羅敏敏研究成果

來自北京生命科學研究所NIBS，中科院生物物理研究所，美國杜克大學醫學中心分子遺傳與微生物學系，洛克菲勒大學的研究人員發現小鼠用嗅覺神經元的一組特殊的感受二氧化碳的酶在接近大氣中的濃度下檢測二氧化碳，這首次證明二氧化碳可以被哺乳動物的嗅覺系統靈敏地檢測到，并且這一檢測是通過嗅覺系統所完成，而此特異的嗅覺系統的功能一直不清楚，并且這一研究也為哺乳動物對CO2檢測的細胞機制提供了初步線索。 這一成果公布在《Science》雜志上。

文章的通訊作者是羅敏敏博士，第一作者是胡霽，仲純論文的其他作者還有本所的丁澄，杜克大學的Qiuyi Chi, Hiroaki Matsunami博士，洛克菲勒大學的Andreas Walz博士及Peter Mombaerts博士。此項研究由科技部863計劃，北京市科委，及人類前沿科學計劃（HFSP）資助，在北京生命科學研究所完成。

原文檢索：
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]

非脊椎動物比如昆蟲對二氧化碳有很強的嗅覺，它們靠二氧化碳氣味微小的變化來找食物或配偶。但是包括人類在內的哺乳類動物看起來只有在高濃度下才能捕捉到二氧化碳的氣味。二氧化碳（CO2）對于許多生物是一種重要的環境信號分子。傳統上二氧化碳被認為是無色無味的氣體。經典的心理物理學測試證明對于二氧化碳確實不能由人類的嗅覺系統所檢測，但是其他的哺乳動物是否可以通過嗅覺系統感受低濃度的二氧化碳(空氣中二氧化碳平均濃度0.038%)仍然不清楚。

羅敏敏的研究報告顯示，出乎他的意料，哺乳動物中的小鼠能夠準確地嗅出這種氣體。羅敏敏說，“我們根本沒有預料到這一情況。”大多數人認為二氧化碳是沒有氣味的。它被用作一種刺激劑，而不是一種氣味的提示劑。

當小鼠處于二氧化碳濃度越來越高的環境中時，它們的行為會發生變化：在讓老鼠可能選擇二氧化碳濃度較高和較低的環境時，這種老鼠會避免呆在二氧化碳濃度高出0.2%的環境。

這意味著，隨著氣候變化引起的大氣中二氧化碳水平到上升（預計到2100年將達到0.05 - 0.1%），小鼠行為上發生的變化可以被發現。羅敏敏說，“我們將看到一些行為效果，”而具體是什么效果還不得而知。

羅敏敏的同事，洛克菲勒大學的彼得·曼巴茨( Peter mombaerts)說，如果這種二氧化碳的濃度增加是逐漸發生的，那么老鼠也許能適應這一過程。“我們也具有這樣的能力，”他解釋說，比如在進入紐約出租車時感覺到的最初的臭氣會逐漸覺得不那么重了。但是他說，另一種情形是，隨著二氧化碳水平的增加，小鼠變得更加可怕和具有進攻性。

在這篇文章中，研究人員運用分子生物學、免疫組織化學、小鼠遺傳操作、電生理、鈣成像、以及行為學等多種實驗手段,證明了小鼠能通
過一類表達D型鳥苷酸環化酶（GC-D）的嗅覺感覺細胞感受接近于大氣中濃度的二氧化碳。他們首先發現表明碳酸酐酶II,一種催化CO2與水生成HCO3-和H+的酶，特異地表達在這類GC-D神經元中。這些神經元的軸突投射到嗅球中的項鏈嗅小球，形成所謂的項鏈嗅覺系統。這一研究運用鈣成像與電生理記錄表明CO2激活GC-D神經元以及嗅球中與項鏈嗅小球聯系的神經細胞。行為學實驗結果表明小鼠檢測CO2的閾限為0.066%,非常接近空氣中CO2的平均濃度（0.038%）。最后，他們的藥理實驗及行為實驗證明小鼠這樣靈敏的二氧化碳檢測能力需要碳酸酐酶II的活性及環鳥苷酸環敏感的離子通道的開發。

附：
留學美國博士羅敏敏獲“青年科學家獎”

　 羅敏敏博士與Hiroaki　Matsunami博士日前共同獲得人類前沿科學計劃組織頒發的“青年科學家獎”。該獎項將資助北京生命科學研究所的羅敏敏實驗室及美國杜克大學醫學中心的Matsunami實驗室3年共75萬美元科研經費。

    羅敏敏畢業于北京大學心理學系，后赴美國賓夕法尼亞大學獲計算機科學碩士學位，之后師從D.J.　Perkel博士做神經科學研究，獲賓夕法尼亞大學博士學位。在霍華德-休斯醫學院和杜克大學做了近5年博士后。2005年8月羅敏敏在北京生命科學研究所建立實驗室，從事神經生物學方面的研究。