2004-10-20 01:43:45纖毛蟲
[回應] 聞到，真的已經聞道？
CRS 是我的大學同學，現在是神經生物學博士候選人。他對嗅覺的研究與認識遠比我深入且內行，而也不像我一樣已經習慣用分子生物學的觀點看待生理現象。以下就是他的評論。
對於CRS文章中有些地方我自行加了補充與提問，我用方括號以［按］的形式加註，以玆區別。
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By CRS
1991的研究到2004就得獎是相當快的。但得諾貝爾獎的重點不再於速度，應該在於研究是不是紮實，是不是有深遠的影響。
1991年找到了幾百個至上千個G-protein coupled receptor (GPCR) genes 時就有許多人認為嗅覺分子受體找到了。然而至Axel & Buck 得獎的今日，只有一篇文章指出一個這種基因的蛋白質在 C. elegans 的神經元表面形成蛋白質，並且對一種化學分子有反應(Cell 1996，84:899-909)。
目前對olfactory receptor 的研究只能夠說有一群能與G-protein反應的7-TM gene對決定主要嗅覺區的神經反應很重要［按：這裡7-TM所指的即是GPCR，因為這類蛋白質有七個transmembrane (TM) domain，穿越細胞膜七次而嵌在膜上］。每個基因決定嗅神經對特定的化學分子有特定的反應 (Cell 2004，117:965-979)。然而這群基因是否能表現成細胞膜表面的蛋白質還有還有很大的問題。這群基因在非嗅神經細胞的表現（成蛋白質）的記錄實在乏善可陳；而目前嘗試說明為什麼他們不表現的研究也尚未竟全功 (Nature 2004，428:362-364)。
總體來說，這群基因表現成是7-TM膜蛋白應是沒有問題的(Cell 2004，117:965-979)。但到底他們是不是真正的嗅覺受體仍是未定之數。熟知小鼠及果蠅神經軸突生長及分化(axon targeting)的學者都知道同樣這群基因的 mRNA 會大量表現在神經軸突末梢 (Eur J Neurosci 2004，19:1800-10)，而且對於軸突投射到olfactory bulb的什麼位置有重要的影響。問題就在，如果這群受體真是嗅覺受體，除了在樹突或細胞本體上與氣味分子結合外，他們在軸突搞什麼名堂？為什麼他們對軸突的生長去向這麼重要？
［按：嗅覺受體的mRNA會大量分布在負責把電位訊號傳遞下去的軸突末梢，的確十分耐人尋味。軸突根本不可能會與氣味分子接觸，如果這裡有嗅覺受體，到底是在做什麼？不過我認為必須釐清之處是：目前所認為的這些嗅覺受體蛋白質在細胞上的分布到底是如何？軸突處的這些mRNA到底會不會真的轉譯出蛋白產物？受體蛋白是主要只會分布在嗅纖毛上（嗅神經元的樹突，是接受訊號的部位），還是也真的出現在軸突上？我們不能光看到mRNA就假定一定會有蛋白質產物，後文CRS自己就講了一個心肌鈣離子通道的實例。］
再假設這群基因是嗅覺受體好了。他們與氣味分子直接互動的證據仍待取得。他們如何將氣味分子的種類轉成各種神經衝動的機轉也尚待澄清。是一個受體只跟一種氣味結合呢? 還是每個受體都很神奇的可以跟許多不同的氣味結合呢? 還是這些分子不像一般蛋白受體與Ligand 結合，而是另有其他方式可以辨認不同的氣味分子？就是因為這些重要的關鍵都仍是撲朔迷離，有個英國學者 Luca Turin 還提出了一個相當極端的假說，認為嗅覺類似聽和神覺，是由受體分子感受氣味分子內部的振動能量，而非借由辨認氣味分子的立體結構來傳遞訊息(Burr，C. The Emperor of Scent，Random House，NY，2002)。這個理論還值得Rockefeller University一群研究者大費周章地做研究來反駁(Nature Neurosci 2004，7:337-9)。
這群基因到底是不是表現成嗅覺受體的基因，我個人相當懷疑。他們在神經軸突做什麼？他們是不是用來區別每個神經元的身份？他們若是用於細胞間的敵我辨識，並與真正的嗅覺受體分子有獨特的交互作用，那麼將比較容易說明為何他們在神經的兩頭都有作用。一端幫助產生正確的神經訊號，一端確保訊號送至相對應的中樞嗅覺腦區。
另外值得一提的是，決大多數所以嗅覺受體的研究都依賴原位雜交(in situ hybridization)或是反轉錄聚合脢連鎖反應(rtPCR)的技術完成。換句話說，大部份的研究者一但見到了mRNA 就認定受體蛋白表現了。這由分子生物學中心教條下來的反射性思考其實有很大的問題。舉例來說，人類及大鼠心臟上心房心室都表現了某一類鈣離子通道的基因，然而此類鈣離子的電流只在心房上記錄得到。在心室中，就僅有mRNA 而無蛋白質的表現。從另一個角度來說，DNA-RNA-protein 的學說僅能解釋人類基因組約百分之二 DNA 的行為。嗅覺受體基因是否在這百分之二的序列中呢？
［按：我不清楚這裡所述的「僅能解釋百分之二DNA的行為」到底是什麼意思。只有1-2%的人類基因組DNA能轉譯出當今已知的任何蛋白質沒錯，其他98%的部分可能是調控基因表現的序列，可能是維持染色體結構與功能所需，可能是轉錄出各類的小型與微型RNA分子，也可能只是自私的序列寄生在基因體中。所以我不明白CRS是否認為或許另有真正的嗅覺受體躲藏在這98%中，還是說有另外新的基因表現調控機制所掌理？這可是很大膽的講法喔！］
所以十三年了，用分子生物學，生物資訊學起家的研究，找了一群基因，得了諾貝爾獎，但是對於最早的問題：「嗅覺分子［按：根據文意，此處應是指嗅覺受體］長得什麼樣子？」仍然不能說是提出了一個答案。甚至到底有沒有一類專職的嗅覺受體? 其實都沒人敢打包票。
嗅覺分子［按：根據文意，此處應該還是指嗅覺受體］與氣味分子的交互作用，顯然應與生物學家熟知的其他受體不同。氣味分子是氣態的，與受體（如果真有的話）的結合會是短暫的。能量的傳導方式是我們不了解的，分子架構是彈性多變的。這些都不是長年研究分子結構單調少變，細胞內水溶性蛋白質受體的生物學可以簡單回答的。要回答這樣的問題，須要新的想法，新的儀器，新的物理化學知識。對於許多分子生物學家來講，基因是一切的答案。群殖(clone)出一個基因就是找到的生命的答案。同性戀，肥胖，酗酒，自殺都有相對的基因，相對的一套說法。嗅覺，也是這樣嗎？ 顯然諾貝爾的評審委員也是這樣想的吧！
很難忘記碩士班指導教授告訴我的一席話：一篇錯誤的文章，須要十篇、甚至二十篇來更正它所造成的錯誤影響。是啊，成名在於Impact Factor，而不在於研究實不實啊！
對於CRS文章中有些地方我自行加了補充與提問，我用方括號以［按］的形式加註，以玆區別。
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By CRS
1991的研究到2004就得獎是相當快的。但得諾貝爾獎的重點不再於速度，應該在於研究是不是紮實，是不是有深遠的影響。
1991年找到了幾百個至上千個G-protein coupled receptor (GPCR) genes 時就有許多人認為嗅覺分子受體找到了。然而至Axel & Buck 得獎的今日，只有一篇文章指出一個這種基因的蛋白質在 C. elegans 的神經元表面形成蛋白質，並且對一種化學分子有反應(Cell 1996，84:899-909)。
目前對olfactory receptor 的研究只能夠說有一群能與G-protein反應的7-TM gene對決定主要嗅覺區的神經反應很重要［按：這裡7-TM所指的即是GPCR，因為這類蛋白質有七個transmembrane (TM) domain，穿越細胞膜七次而嵌在膜上］。每個基因決定嗅神經對特定的化學分子有特定的反應 (Cell 2004，117:965-979)。然而這群基因是否能表現成細胞膜表面的蛋白質還有還有很大的問題。這群基因在非嗅神經細胞的表現（成蛋白質）的記錄實在乏善可陳；而目前嘗試說明為什麼他們不表現的研究也尚未竟全功 (Nature 2004，428:362-364)。
總體來說，這群基因表現成是7-TM膜蛋白應是沒有問題的(Cell 2004，117:965-979)。但到底他們是不是真正的嗅覺受體仍是未定之數。熟知小鼠及果蠅神經軸突生長及分化(axon targeting)的學者都知道同樣這群基因的 mRNA 會大量表現在神經軸突末梢 (Eur J Neurosci 2004，19:1800-10)，而且對於軸突投射到olfactory bulb的什麼位置有重要的影響。問題就在，如果這群受體真是嗅覺受體，除了在樹突或細胞本體上與氣味分子結合外，他們在軸突搞什麼名堂？為什麼他們對軸突的生長去向這麼重要？
［按：嗅覺受體的mRNA會大量分布在負責把電位訊號傳遞下去的軸突末梢，的確十分耐人尋味。軸突根本不可能會與氣味分子接觸，如果這裡有嗅覺受體，到底是在做什麼？不過我認為必須釐清之處是：目前所認為的這些嗅覺受體蛋白質在細胞上的分布到底是如何？軸突處的這些mRNA到底會不會真的轉譯出蛋白產物？受體蛋白是主要只會分布在嗅纖毛上（嗅神經元的樹突，是接受訊號的部位），還是也真的出現在軸突上？我們不能光看到mRNA就假定一定會有蛋白質產物，後文CRS自己就講了一個心肌鈣離子通道的實例。］
再假設這群基因是嗅覺受體好了。他們與氣味分子直接互動的證據仍待取得。他們如何將氣味分子的種類轉成各種神經衝動的機轉也尚待澄清。是一個受體只跟一種氣味結合呢? 還是每個受體都很神奇的可以跟許多不同的氣味結合呢? 還是這些分子不像一般蛋白受體與Ligand 結合，而是另有其他方式可以辨認不同的氣味分子？就是因為這些重要的關鍵都仍是撲朔迷離，有個英國學者 Luca Turin 還提出了一個相當極端的假說，認為嗅覺類似聽和神覺，是由受體分子感受氣味分子內部的振動能量，而非借由辨認氣味分子的立體結構來傳遞訊息(Burr，C. The Emperor of Scent，Random House，NY，2002)。這個理論還值得Rockefeller University一群研究者大費周章地做研究來反駁(Nature Neurosci 2004，7:337-9)。
這群基因到底是不是表現成嗅覺受體的基因，我個人相當懷疑。他們在神經軸突做什麼？他們是不是用來區別每個神經元的身份？他們若是用於細胞間的敵我辨識，並與真正的嗅覺受體分子有獨特的交互作用，那麼將比較容易說明為何他們在神經的兩頭都有作用。一端幫助產生正確的神經訊號，一端確保訊號送至相對應的中樞嗅覺腦區。
另外值得一提的是，決大多數所以嗅覺受體的研究都依賴原位雜交(in situ hybridization)或是反轉錄聚合脢連鎖反應(rtPCR)的技術完成。換句話說，大部份的研究者一但見到了mRNA 就認定受體蛋白表現了。這由分子生物學中心教條下來的反射性思考其實有很大的問題。舉例來說，人類及大鼠心臟上心房心室都表現了某一類鈣離子通道的基因，然而此類鈣離子的電流只在心房上記錄得到。在心室中，就僅有mRNA 而無蛋白質的表現。從另一個角度來說，DNA-RNA-protein 的學說僅能解釋人類基因組約百分之二 DNA 的行為。嗅覺受體基因是否在這百分之二的序列中呢？
［按：我不清楚這裡所述的「僅能解釋百分之二DNA的行為」到底是什麼意思。只有1-2%的人類基因組DNA能轉譯出當今已知的任何蛋白質沒錯，其他98%的部分可能是調控基因表現的序列，可能是維持染色體結構與功能所需，可能是轉錄出各類的小型與微型RNA分子，也可能只是自私的序列寄生在基因體中。所以我不明白CRS是否認為或許另有真正的嗅覺受體躲藏在這98%中，還是說有另外新的基因表現調控機制所掌理？這可是很大膽的講法喔！］
所以十三年了，用分子生物學，生物資訊學起家的研究，找了一群基因，得了諾貝爾獎，但是對於最早的問題：「嗅覺分子［按：根據文意，此處應是指嗅覺受體］長得什麼樣子？」仍然不能說是提出了一個答案。甚至到底有沒有一類專職的嗅覺受體? 其實都沒人敢打包票。
嗅覺分子［按：根據文意，此處應該還是指嗅覺受體］與氣味分子的交互作用，顯然應與生物學家熟知的其他受體不同。氣味分子是氣態的，與受體（如果真有的話）的結合會是短暫的。能量的傳導方式是我們不了解的，分子架構是彈性多變的。這些都不是長年研究分子結構單調少變，細胞內水溶性蛋白質受體的生物學可以簡單回答的。要回答這樣的問題，須要新的想法，新的儀器，新的物理化學知識。對於許多分子生物學家來講，基因是一切的答案。群殖(clone)出一個基因就是找到的生命的答案。同性戀，肥胖，酗酒，自殺都有相對的基因，相對的一套說法。嗅覺，也是這樣嗎？ 顯然諾貝爾的評審委員也是這樣想的吧！
很難忘記碩士班指導教授告訴我的一席話：一篇錯誤的文章，須要十篇、甚至二十篇來更正它所造成的錯誤影響。是啊，成名在於Impact Factor，而不在於研究實不實啊！