brainnews | Cell Press青促会述评，章鱼化学触觉的分子基础
来源：CellPress细胞科学
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生命科学
作为世界领先的全科学领域学术出版社 ， 细胞出版社特与“中国科学院青年创新促进会”合作开设“青促会述评”专栏 ， 以期增进学术互动 ， 促进国际交流 。
第二十九期专栏文章 ， 由南京师范大学生命科学学院教授中国科学院青年创新促进会特邀评论员徐士霞 ， 就Cell中的论文发表述评 。
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对环境的感知能力是生物适应环境的基础 ， 生物需要感受并整合周围环境信息从而完成觅食、求偶以及抵御捕食者等重要行为 。 陆生动物通常利用眼睛、鼻子、耳朵和嘴巴等传统感觉器官捕捉外界环境中分子信息并作出相应的生理行为反应 。
海洋环境中 ， 由于许多信号分子难溶于水无法在水环境中扩散 ， 海洋生物感知这些信息则需要通过不同形式的以接触为基础的化学感知方式来实现 ， 章鱼（Octopus）就是一个典型的通过接触性依赖的化学感知方式实现环境感知的例子 。 章鱼（Octopus）隶属于软体动物门、头足纲、八腕目、章鱼科 ， 其神经系统复杂且2/3神经元分布在八条灵活的触手中 。 触手的神经系统包含中枢神经索和分布于吸盘内的神经节 ， 因而章鱼可以利用吸盘上的神经节感知并整合信号分子从而控制触手甚至单个吸盘的自主行为 。
前人研究发现位于吸盘边缘的上皮细胞在形态上与其他动物感觉受体细胞相似 ， 这提示吸盘可能是其化学触觉的感觉器官 ， 然而 ， 这种特殊感知方式下的刺激响应、分子及细胞学机制尚不清楚 。
2020年10月29日 ， 发表在CellPress细胞出版社旗下期刊Cell（《细胞》）上的研究“MolecularBasisofChemotactileSensationinOctopus”对这一科学问题进行了回答 。 研究人员通过联合组学分析、细胞实验 ， 化学物质刺激以及行为学实验等结果进行分析 ， 揭示了章鱼适应水环境进化出独特的化学触觉的分子基础 。
首先 ， 为了检测章鱼吸盘是否具有与其他感觉器官相似功能的感觉细胞 ， 研究团队从吸盘的外缘周围分离出细胞群 ， 鉴定出三种不同形态和功能的细胞（图1） 。
一种是机械感受器细胞（Mechanoreceptorcell） ， 其具有短圆形树突状末端 ， 对机械刺激敏感 ， 可引起章鱼腕的伸出行为 ， 但是对猎物的化学物质（鱼类的提取物）不敏感；另一种是化学感受器细胞（Chemoreceptorcells） ， 其具有长而细的树突末梢 ， 对机械刺激不敏感 ， 但猎物提取物可诱导其典型的内向整流电流；第三种细胞是与上皮细胞形态类似的支持细胞（supportcell） ， 对化学和机械刺激均不敏感 。
章鱼吸盘包含不同类型的感觉细胞 ， 是吸盘作为多模态感觉器官的细胞基础 。 同时 ， 研究人员进一步分析了化学感受器和机械感受器细胞的电学特性 ， 发现它们能够传递不同的电信号 。 在注入相同的电流时 ， 化学感受器细胞表现出多频的电压峰值强度 ， 而机械感受器细胞的电压峰值与刺激强度保持一致 。 两种类型的感觉细胞与河豚毒素的敏感的电压门控内向电流类似 ， 但是在非兴奋性支持细胞中是不存在的 。
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▲图1章鱼触手独特的化学和机械感受器细胞
其次 ， 为了进一步确定与感觉相关的分子 ， 该研究对章鱼多种组织（包括传统感觉器官、吸盘和吸盘上皮细胞）的转录组数据进行了比较分析 。 结果表明一个被描述过的机械感觉受体同源物NompC（NomechanoreceptorpotentialC）在章鱼吸盘上皮被显著富集 ， 而它被认为主要参与吸盘对机械信号转导过程 ， 不过 ， 作者没有发现任何已知的化学受体同源物在吸盘上皮中被富集 。
作者观察到双班蛸（Octopusbimaculoides）基因组和吸盘转录组数据的富集结果多发生于离子受体（离子通道配体） 。 这些受体被归为头足动物特有的化学触觉受体（chemotactilereceptors ， CRs） ， 这些受体介导双班蛸的触觉和味觉 。 同时CRs存在于三种章鱼物种且缺乏典型的乙酰胆碱结合位点 ， 因此 ， 他们被认为是章鱼共同起源的一种非典型乙酰胆碱受体 。
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