日报标题：项链细胞：大家对于感受味觉的认识有点问题啊
Mon1st，神经生物与行为学博士在读
割草的味道，烧柴的味道，新铺沥青马路的味道，或者是妈妈炒菜的味道。
有没有一种味道能瞬间将你带回小时候的某一个瞬间？笔者最近深陷普鲁斯特的絮絮叨叨不能自拔，其中就有这样一段关于“蛋糕的味道”的经历：
那天天色阴沉，而且第二天也不见得会晴朗，我的心情很压抑，无意中舀了一勺茶送到嘴边。起先我已掰了一块“小玛德莱娜”放进茶水准备泡软后食用。带着点心渣的那一勺茶碰到我的上腭，顿时使我混身一震，我注意到我身上发生了非同小可的变化。一种舒坦的快感传遍全身，我感到超尘脱俗，却不知出自何因。我只觉得人生一世，荣辱得失都清淡如水，背时遭劫亦无甚大碍，所谓人生短促，不过是一时幻觉；那情形好比恋爱发生的作用，它以一种可贵的精神充实了我。也许，这感觉并非来自外界，它本来就是我自己。我不再感到平庸、猥琐、凡俗。这股强烈的快感是从哪里涌出来的？我感到它同茶水和点心的滋味有关，但它又远远超出滋味，肯定同味觉的性质不一样。那么，它从何而来？又意味着什么？哪里才能领受到它？
小玛德琳蛋糕，图自 https://czechdeb.blogspot.com/2013/09/smell-and-memory.html
在找中文翻译的时候发现这样一个可爱的页面：Marcel Proust: the dueling madeleines, Proust vs Scott Moncrieff vs Lydia Davis 这段对玛德琳蛋糕的描述是如此有名，有人专门把各英译本的这一段翻译拿出来和原文作比较。。。
咦，跑题够远了。拉回来。
我们是怎样闻到味道的呢？传统故事
要回答这个问题，首先要了解感受味觉的感受器有哪些。下一步，则是要知道各种感受器是如何编码不同气味分子的，以及它们如何告诉下一级神经元关于气味的信息。
已知的人类嗅觉系统，图自[1]。嗅觉感受细胞 (Olfactory receptor cells) 的特征是，每个细胞表达一种特定的嗅觉 GPCR 感受器（GPCR: G 蛋白耦合感受器，细胞膜上最常见的接收器类别）。因为各种气味分子通常可以激活多个感受器，气味与嗅觉细胞不是一一对应的；不同的嗅觉细胞组合使我们可以分辨比嗅觉细胞数量大得多的味道种类。
那么在气味分子激活嗅觉细胞后，其下游神经回路是如何解码气味的呢？从鼻子到嗅球的神经回路非常有趣：表达同一种感受器的嗅觉感受细胞，会投射到同一个嗅觉小球。这被称为“标记线”系统：如上图中，每种颜色代表一种感受器，尽管同样颜色的嗅觉细胞分布在鼻上皮的不同位置，它们的轴突都投射到同一个下级嗅觉小球中的二尖瓣细胞。
嗅觉感受器的发现和嗅觉系统的这一组织原则为 Richard Axel 和 Linda Buck 赢得了 2004 年的诺贝尔生理学或医学奖。
小结：嗅觉感受的三个经典原则
1. 每个细胞表达一种特定的嗅觉感受器。
2. 嗅觉感受器是 GPCR 蛋白。
3. 标记线系统：表达同一种感受器的嗅觉感受细胞，会投射到同一个嗅觉小球。
小鼠的嗅觉系统：故事才刚刚开始
我们对嗅觉系统的了解很大程度上归功于模型动物们：特别是小鼠，基因工具的兴起使科学家们得以研究特定的细胞类型。
图译自 Nilay Yapici 的总结, 基于参考文献[2,3].
上一节讲的嗅觉细胞只是哺乳动物嗅觉系统的一部分。对小鼠而言，目前研究得较为清晰的类似系统有三种：主嗅觉上皮中的嗅觉感受细胞投射到主嗅球，符合一个细胞一个感受器以及标记线原则，表达 GPCR 蛋白；梨鼻器官中的梨鼻神经元，投射到附属嗅球，同样符合一个细胞一个感受器的原则，表达 GPCR 蛋白；鼻中隔的嗅觉感受细胞，同样的故事。
另外两种嗅觉细胞则甚不清楚：在主嗅觉上皮中，除了经典的嗅觉感受细胞，还有一类项链细胞；在格吕内贝格器官中又有一类表达 OMP 的细胞；它们也符合经典的嗅觉三大原则吗？
项链细胞：嗅觉细胞中的异类
下面进入正题，开始讲今年夏天发表于《细胞》的《一类非 GPCR 的化学感受器定义哺乳动物嗅觉新逻辑》[4]。
项链细胞位于主嗅觉上皮，此前的研究已经证明了它们可以感受二氧化碳等气体、费洛蒙、植物气味、和尿液中的一些成分。但是项链细胞不表达 GPCR 蛋白。
那么它们是如何感知各种气味分子的呢？通过 RNA 测序（笔者内心翻译：分子生物学黑魔法 1），作者们发现项链细胞特异表达 Ms4a 基因家族，编码一类跨膜蛋白（4 次跨膜，膜外长链，符合分子感受器的特征）。
通过观测表达 GCaMP6s+Ms4a+ 的转基因人类肝脏干细胞（笔者又来翻译：这次是黑魔法 2），作者发现不同的 Ms4a 蛋白响应不同的化学物质，如下图 (Fig. 3B)：
至此我们知道项链细胞很可能违背了传统原则 2：嗅觉感受器是 GPCR 蛋白。
那么项链细胞是否遵从原则 1，每个细胞表达一种特定的嗅觉感受器呢？
通过黑魔法 3 RNAscope, 作者发现每个项链细胞不只表达同一种 Ms4a 蛋白 (Fig. 4)：
上图中，不同的 Ms4a 感受器的 RNA 被不同颜色标记，可以看到许多细胞包含多种颜色。
那么这些感受器是起作用的吗？换句话说，项链细胞是否真的响应不同感受器所响应的气味分子？
为了探索这个问题，作者用双分子显微镜观测了项链细胞对不同气味分子的反应。
如上图 (Fig. 6) 所示。图 a 中，每行为一个细胞，每列为一种气味。可以看到不同细胞的响应十分相似。图 b 中，则用颜色编码细胞的活动程度，每列为一种气味分子刺激，每行为一个细胞。可以看到许多细胞都含有多个气味感受器（响应多种气味分子。注意到每行气味分子对应的 Ms4a 感受器均不相同）。
至此，我们发现不负众望（谁？），项链细胞果然违背了原则 1：每个细胞表达一种特定的嗅觉感受器。
那原则 3 呢？项链细胞与下游神经元的投射方式暂时不清楚。但是很难想象表达多个感受器的项链细胞如何遵守标记线原则。
总结：项链细胞与经典嗅觉细胞的感受器、编码方式均不同
1. 每个细胞表达多种嗅觉感受器。
2. 嗅觉感受器不是 GPCR 蛋白，而是新的Ms4a 蛋白（可能是离子通道！）。
3. 标记线系统：尽管投射方式尚不明晰，很可能与标记线系统不同。
后记：论基因黑魔法的重要性
最近有很多文章，包括神奇的“口渴神经元” ，共同的特征是在极为基础的领域，不断出现新的发现。而这些新发现无一例外依赖于新技术，特别是基因技术。
这是最好的时代。
扩展阅读
更多关于经典嗅觉系统的介绍：
感谢 Nilay Yapici 提供的小鼠嗅觉系统总结图。
[1] Rinaldi, A. (2007). The scent of life. The exquisite complexity of the sense of smell in animals and humans. EMBO Reports, 8(7), 629–33.
[2] Bargmann, C. I. (2006). Comparative chemosensation from receptors to ecology. Nature, 444(7117), 295–301.
[3] Munger, S. D., Leinders-Zufall, T., & Zufall, F. (2009). Subsystem Organization of the Mammalian Sense of Smell. Annual Review of Physiology, 71(1), 115–140.
[4] Greer, P. L., Bear, D. M., Lassance, J., Bloom, M. L., Tsukahara, T., Pashkovski, S. L., … Datta, S. R. (2016). A Family of non-GPCR Chemosensors Defines an Alternative Logic for Mammalian Olfaction. Cell, 165(7), 1734–1748.