เซลล์รับกลิ่น

เซลล์ประสาทรับกลิ่น (อังกฤษ: olfactory receptor neuron ตัวย่อ ORN, olfactory sensory neuron ตัวย่อ OSN) เป็นเซลล์ที่ถ่ายโอนกลิ่นเป็นกระแสประสาทภายในระบบรับกลิ่น เป็นเซลล์ที่อยู่ภายในเยื่อรับกลิ่นที่บุบางส่วนของโพรงจมูก (ประมาณ 5 ซม² ในมนุษย์) บริเวณยอดเซลล์จะมีเส้นขนเล็ก ๆ (olfactory cilia) ที่ทำหน้าที่จับโมเลกุลกลิ่นจากสิ่งแวดล้อมที่เข้ามาภายในรูจมูก เซลล์จะถ่ายโอนกลิ่นเป็นกระแสประสาทแล้วส่งผ่านเส้นประสาทรับกลิ่น (olfactory nerve) ซึ่งวิ่งผ่านรูในกระดูก cribriform plate เหนือโพรงจมูกขึ้นไปยังป่องรับกลิ่นในสมอง การรับกลิ่นของมนุษย์จะไม่พัฒนาเทียบเท่ากับสัตว์บางชนิดเช่นสุนัข ซึ่งมีประสาทรับกลิ่นที่ดีเยี่ยม

เซลล์ประสาทรับกลิ่น (Olfactory receptor neuron)
รายละเอียด
ที่ตั้ง	เยื่อรับกลิ่นในจมูก
รูปร่าง	ปลายประสาทรับความรู้สึกแบบสองขั้ว (Bipolar sensory receptor)
หน้าที่	ตรวจจับร่องรอยสารเคมีในอากาศที่สูดเข้า (เพื่อได้กลิ่น)
สารส่งผ่านประสาท	กลูตาเมต
การเชื่อมก่อนจุดประสานประสาท	ไม่มี
การเชื่อมหลังจุดประสานประสาท	ป่องรับกลิ่น (Olfactory bulb)
ตัวระบุ
MeSH	D018034
นิวโรเล็กซ์ ID	nifext_116
TH	H3.11.07.0.01003
ศัพท์กายวิภาคศาสตร์ของประสาทกายวิภาคศาสตร์ [แก้ไขบนวิกิสนเทศ]

แผนภาพของเซลล์ประสาทรับกลิ่น

โครงสร้างและการทำงาน

มนุษย์มีเซลล์ประสาทรับกลิ่นประมาณ 12 ล้านตัว ซึ่งจะเปลี่ยนทุก ๆ 30-60 วันทดแทนด้วยเซลล์ต้นกำเนิดชั้นฐาน (basal stem cell) ที่พัฒนากลายเป็นเซลล์ประสาทรับกลิ่น เทียบกับหนูที่มี 15 ล้านตัว กับสุนัขทั่วไปที่มี 125-220 ล้านตัว และกับสุนัขบลัดฮาวด์ที่มีถึง 300 ล้านตัว

เซลล์จะเป็นแบบเซลล์ประสาทสองขั้วโดยมีเดนไดรต์งอกออกจากส่วนยอดและหันออกจากแผ่นกระดูกพรุน (cribriform plate) และมีแอกซอนซึ่งไม่หุ้มปลอกไมอีลินและงอกออกจากส่วนฐานแล้ววิ่งผ่านรูแผ่นกระดูกขึ้นไปสุดที่ป่องรับกลิ่น (olfactory bulb) ซีกร่างกายเดียวกันในสมอง ตัวเซลล์จะอยู่ที่เยื่อรับกลิ่น (olfactory epithelium) ในช่องจมูก โดยกระจายไปตามชั้นทั้งสามของเนื้อเยื่อ แอกซอนจากฐานจะรวมตัวกันเป็นมัดใยประสาทจำนวนมากที่รวม ๆ กันเรียกว่า ฆานประสาท (olfactory nerve, CN I) ก่อนจะวิ่งผ่านรูกระดูกพรุน

ไม่เหมือนกับเซลล์ประสาทรับความรู้สึกอื่น ๆ เช่น เซลล์รับแสงในจอตา และเซลล์ขนในคอเคลีย เซลล์ประสาทรับกลิ่นเองมีแอกซอนคือสามารถส่งศักยะงานไปยังระบบประสาทส่วนกลางโดยไม่ต้องอาศัยเซลล์ประสาทอีกตัวหนึ่ง นอกจากนั้น เซลล์ยังส่งสัญญาณไปยังระบบประสาทส่วนกลางคือป่องรับกลิ่นโดยไม่ผ่านทาลามัสเหมือนกับระบบรับความรู้สึกอื่น ๆ อีกด้วย โดยป่องรับกลิ่นจะทำหน้าที่นี้แทนทาลามัส

เซลล์รับกลิ่นแต่ละตัวจะแสดงออกหน่วยรับกลิ่นเพียงแค่ชนิดเดียว แต่เซลล์หลายตัวจะแสดงออกหน่วยรับกลิ่นชนิดเดียวกันซึ่งจับกับโมเลกุลกลิ่นแบบเดียวกัน เซลล์รับกลิ่นที่มีหน่วยรับกลิ่นประเภทเดียวกันนี้จะอยู่จำกัดภายในโซนหลายโซนของเยื่อรับกลิ่นโดยกระจายไปอย่างสุ่มในโซนนั้น ๆ แอกซอนของเซลล์รับกลิ่นต่าง ๆ ที่มีหน่วยรับกลิ่นชนิดเดียวกัน จะวิ่งรวมเข้าที่โกลเมอรูลัส (glomerulus) โดยเฉพาะ ๆ ของป่องรับกลิ่นในซีกร่างกายเดียวกัน และปกติจะส่งแอกซอนไปยังโกลเมอรูลัสเป็นคู่ในป่องรับกลิ่น โกลเมอรูลัสแต่ละอันจะอยู่ด้านตรงข้ามของป่องโดยมีเส้นแบ่งข้างวิ่งผ่านป่องในแนวทแยง

ซีเลีย

ซีเลียที่คล้ายขนเล็ก ๆ จำนวนมากจะยื่นออกจากเดนไดรต์อันเดียวของเซลล์รับกลิ่นส่วนยอด เข้าไปในชั้นเมือกหนาที่ปกคลุมผิวของเยื่อรับกลิ่น ผิวของซิเลียจะปกคลุมด้วยโปรตีนหน่วยรับกลิ่น (olfactory receptor, ตัวย่อ OR) ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของ G protein-coupled receptor หน่วยรับกลิ่นจะมีกลไกในการขยายสัญญาณกลิ่นและถ่ายโอนกลิ่นเป็นกระแสประสาท

ซีเลียของเซลล์รับกลิ่นไม่มีโครงสร้างเหมือนกับซีเลียที่เคลื่อนที่ได้ (คือที่เป็นไมโครทิวบูลแบบ 9+2) แม้รูปอาจจะเหมือน แต่ซีเลียของเซลล์กลับสมบูรณ์ไปด้วยแอกตินและเหมือนกับ microvilli ของเยื่อบุผิวอื่น ๆ มากกว่า เช่นดังที่พบในปอดหรือในลำไส้ เป็นโครงสร้างที่ช่วยขยายขนาดพื้นที่ในการรับกลิ่นเป็นอย่างมาก มีโปรตีนหน่วยรับกลิ่นหลายอย่างที่จำเป็นในการถ่ายโอนสัญญาณกลิ่นเป็นกระแสประสาท และพบอย่างหนาแน่นหรือโดยส่วนเดียวที่ซีเลียของเซลล์รับกลิ่น

หน่วยรับกลิ่นและกลไกการทำงาน

ข้อมูลเพิ่มเติม: หน่วยรับกลิ่น

หน่วยรับกลิ่นซึ่งอยู่ที่เยื่อหุ้มซีเลีย ได้ระบุแล้วว่าเป็นช่องไอออนแบบ ligand-gated metabotropic channels มียีนประมาณ 1,000 ยีนที่เข้ารหัสตัวรับความรู้สึกในมนุษย์ ทำให้เป็นกลุ่มยีนขนาดใหญ่ที่สุดในดีเอ็นเอมนุษย์ โมเลกุลกลิ่นจะละลายในเมือกของเยื่อรับความรู้สึกแล้วจับกับหน่วยรับความรู้สึก โดยแต่ละหน่วยสามารถจับกับโมเลกุลกลิ่นได้หลายชนิด แม้จะมีสัมพรรคภาพต่อกลิ่นต่าง ๆ ไม่เท่ากัน ความต่าง ๆ ทางสัมพรรคภาพเช่นนี้ จะเป็นเหตุเกิดการตอบสนองในรูปแบบต่าง ๆ โดยเป็นโปรไฟล์การตอบสนองต่อกลิ่นโดยเฉพาะ ๆ

หน่วยรับกลิ่นที่จับกับโมเลกุลกลิ่นจะทำให้เกิดการส่งสัญญาณเป็นลำดับภายในเซลล์ ซึ่งในที่สุดก็ทำให้เซลล์ลดขั้วแล้วส่งศักยะงานไปยังป่องรับกลิ่น โดยรายละเอียดก็คือ เมื่อจับกับกลิ่นแล้ว หน่วยรับกลิ่นจะเปลี่ยนโครงสร้างแล้วเริ่มการทำงานของ G protein ภายในเซลล์รับกลิ่นซึ่งอยู่ที่ปลาย carboxyl ของหน่วยรับกลิ่น G protein (G_olf และ/หรือ G_s) ซึ่งเป็นประเภทที่เฉพาะต่อระบบรับกลิ่น ก็จะเริ่มการทำงานของเอนไซม์ adenylate cyclase III (ACIII) ซึ่งเป็นเอนไซม์เฉพาะในระบบรับกลิ่นเช่นกัน และเพิ่มการปล่อย cyclic AMP (cAMP) ซึ่งทำหน้าที่เป็น second messenger โดยอาศัยอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) แล้ว cAMP ก็จะเปิดช่องไอออน cyclic nucleotide-gated ion channel ทำให้ไอออนแคลเซียม (Na⁺) และโซเดียม (Ca²⁺) ซึมเข้ามาในเซลล์ได้ แล้วทำให้เซลล์รับกลิ่นลดขั้ว (depolarized) นอกจากนั้น Ca²⁺ ที่เพิ่มขึ้นก็จะเปิดช่องไอออน Ca²⁺-gated Cl^- channel ซึ่งขยายการลดขั้วของเซลล์ที่แพร่กระจายไปตามตัวเซลล์อย่างแพสซิฟจนถึงส่วน axon hillock ของตัวเซลล์ ซึ่งเป็นจุดที่สร้างศักยะงานอาศัยช่องไอออน voltage-regulated Na⁺ channel เพื่อส่งไปยังป่องรับกลิ่น

การลดการตอบสนองของเซลล์รับกลิ่น

 

การป้อนกลับในเชิงลบซึ่งลดการถ่ายโอนกลิ่นของเซลล์ประสาทรับกลิ่น กล่าวอีกอย่างก็คือ ลดการตอบสนองต่อกลิ่น

เซลล์ประสาทรับกลิ่นได้การป้อนกลับเชิงลบที่มีผลอย่างรวดเร็วเมื่อเกิดการลดขั้ว คือเมื่อเซลล์กำลังลดขั้ว ช่อง cyclic nucleotide-gated ion channel ก็จะเปิดให้ไอออนโซเดียมและแคลเซียมไหลเข้าไปในเซลล์ การไหลเข้าของแคลเซียมจะเริ่มการทำงานเป็นลำดับภายในเซลล์ คือ ในขั้นแรก แคลเซียมจะเข้ายึดกับ calmodulin รวมเป็น CaM ซึ่งก็จะเข้ายึดกับ cyclic nucleotide-gated ion channel แล้วปิดช่อง ซึ่งหยุดการไหลเข้าของโซเดียมและแคลเซียม CaM ก็จะเริ่มการทำงานของ CaMKII ซึ่งจะเพิ่มกลุ่ม Phosphoryl ให้กับ ACIII และลดการผลิต cAMP CaMKII ยังเริ่มการทำงานของ phosphodiesterase ซึ่งจะสลาย cAMP ด้วยน้ำ กระบวนการป้อนกลับเชิงลบจะมีผลยับยั้งไม่ให้เซลล์ตอบสนองเมื่อมีโมเลกุลกลิ่นเข้ามาอีก

ดูเพิ่ม

• ตัวรับรู้สารเคมี
• ตัวรับความรู้สึก

เชิงอรรถและอ้างอิง

1. Berkowicz, D. A.; Trombley, P. Q.; Shepherd, G. M. (1994). "Evidence for glutamate as the olfactory receptor cell neurotransmitter". Journal of Neurophysiology. 71 (6): 2557–61. PMID 7931535.
2. Vermeulen, A; Rospars, J. P. (1998). "Dendritic integration in olfactory sensory neurons: A steady-state analysis of how the neuron structure and neuron environment influence the coding of odor intensity". Journal of computational neuroscience. 5 (3): 243–66. PMID 9663551.
3. Buck & Bargmann 2013, A Large Number of Olfactory Receptor Proteins Initiate the Sense of Smell, 713-716
4. Purves et al 2008a, Figure 15.2 Odorant perception in mammals., p. 366
5. Coren, Stanley (2004). How Dogs Think. First Free Press, Simon & Schuster. pp. 0-7432–2232-6.CS1 maint: uses authors parameter (link)
6. Cunningham, A.M.; Manis, P.B.; Reed, R.R.; Ronnett, G.V. (1999). "Olfactory receptor neurons exist as distinct subclasses of immature and mature cells in primary culture". Neuroscience. 93 (4): 1301–12. doi:10.1016/s0306-4522(99)00193-1. PMID 10501454.
7. Purves et al 2008a, Figure 15.1-Organization of the human olfactory system, p. 364
8. Purves et al 2008a, The Olfactory Bulb, pp. 378-381
9. Purves et al 2008a, The Organization of the Olfactory System, pp. 363-365
10. McEwen, D. P (2008). "Olfactory cilia: our direct neuronal connection to the external world". Curr. Top. Dev. Biol. 85: 333–370. doi:10.1016/S0070-2153(08)00812-0.
11. Buck & Bargmann 2013a, Sensory Inputs in the Olfactory Bulb Are Arranged by Receptor Type, pp. 717-719
12. Purves et al 2008a, Olfactory Epithelium and Olfactory Receptor Neurons, pp. 369-372
13. Touhara, Kazushige (2009). "Insect Olfactory Receptor Complex Functions as a Ligand-gated Ionotropic Channel". Annals of the New York Academy of Sciences. 1170: 177–80. Bibcode:2009NYASA1170..177T. doi:10.1111/j.1749-6632.2009.03935.x. PMID 19686133.
14. Bieri, S.; Monastyrskaia, K; Schilling, B (2004). "Olfactory Receptor Neuron Profiling using Sandalwood Odorants". Chemical Senses. 29 (6): 483–7. doi:10.1093/chemse/bjh050. PMID 15269120.
15. Fan, Jinhong; Ngai, John (2001). "Onset of Odorant Receptor Gene Expression during Olfactory Sensory Neuron Regeneration". Developmental Biology. 229 (1): 119–27. doi:10.1006/dbio.2000.9972. PMID 11133158.
16. Buck & Bargmann 2013, Mammals Share a Large Family of Odorant Receptors, 714-715
17. Jones, DT; Reed, RR (1989-05). "Golf: an olfactory neuron specific-G protein involved in odorant signal transduction". Science. 244 (4906): 790–5. Bibcode:1989Sci...244..790J. doi:10.1126/science.2499043. PMID 2499043. Check date values in: |date= (help)CS1 maint: uses authors parameter (link)
18. Purves et al 2008a, The Transduction of Olfactory Signals, pp. 375-378
19. Bradley, J; Reuter, D; Frings, S (2001). "Facilitation of calmodulinmediated odor adaptation by cAMP-gated channel subunits". Science. 294: 2176–2178. doi:10.1126/science.1063415. PMID 11739960.
20. Wei, J; Zhao, AZ; Chan, GC; Baker, LP; Impey, S; Beavo, JA; Storm, DR (1998). "Phosphorylation and inhibition of olfactory adenylyl cyclase by CaM kinase II in Neurons: a mechanism for attenuation of olfactory signals". Neuron. 21: 495–504. doi:10.1016/s0896-6273(00)80561-9. PMID 9768837.
21. Yan, C; Zhao, AZ; Bentley, JK; Loughney, K; Ferguson, K; Beavo, JA (1995). "Molecular cloning and characterization of a calmodulin-dependent phosphodiesterase enriched in olfactory sensory neurons". Proc Natl Acad Sci USA. 92: 9677–9681. doi:10.1073/pnas.92.21.9677.

แหล่งอ้างอิงอื่น ๆ

Neuroscience (2008)

• Purves, Dale; Augustine, George J; Fitzpatrick, David; Hall, William C; Lamantia, Anthony Samuel; McNamara, James O; White, Leonard E, บ.ก. (2008a). "15 - The Chemical Senses". Neuroscience (4th ed.). Sinauer Associates. pp. 363–393. ISBN 978-0-87893-697-7.CS1 maint: uses editors parameter (link)

Principles of Neural Science (2013)

• Buck, Linda B; Bargmann, Cornelia I (2013). "32 - Smell and Taste: The Chemical Senses". ใน Kandel, Eric R; Schwartz, James H; Jessell, Thomas M; Siegelbaum, Steven A; Hudspeth, AJ (บ.ก.). Principles of Neural Science (5th ed.). United State of America: McGraw-Hill. pp. 712–734. ISBN 978-0-07-139011-8.CS1 maint: uses editors parameter (link) CS1 maint: ref=harv (link)

แหล่งข้อมูลอื่น

• NIF Search - Olfactory receptor neuron via the Neuroscience Information Framework
• Insect olfaction