我们能分辨无数气味，是因为每个嗅觉神经元只“打开”一个嗅觉受体基因。这种精准选择是怎么实现的呢？
基于此，2025年12月12日，上海交通大学李乾教授&斯坦福大学谭隆志教授&徐州医科大学李安安教授研究团队在《Nature communications》杂志发表了“An epigenetic repressor TRIM66 dictates monogenic olfactory receptor expression,neural activity, and olfactory behavior”揭示了表观遗传抑制因子TRIM66调控单基因嗅觉受体的表达、神经活动及嗅觉行为。
在此，作者发现TRIM66是一种关键的抑制因子。在Trim66基因被敲除后，大多数单个成熟嗅觉感觉神经元（OSN）中仍保留多个受体基因的低水平表达，导致绝大多数嗅觉受体基因的表达显著下降。TRIM66能够结合、组装并抑制嗅觉受体增强子，从而沉默多余的嗅觉受体基因。Trim66的缺失会导致嗅觉信息处理和先天性嗅觉行为出现严重缺陷。作者的研究为理解嗅觉受体表达从多基因向单基因转变的机制提供了缺失的关键环节。
图一 受ATF5调控的Trim66是嗅觉受体基因调控的一个有前景的候选因子
ATF5是首个响应嗅觉受体（OR）表达的转录因子，其在小鼠主嗅上皮（MOE）中的ChIP-seq分析鉴定出1049个结合峰，模式与ATF4高度相似且因ATF5在 MOE 中表达远高于 ATF4，可能取代其功能。ATF5靶基因富集于未折叠蛋白反应（UPR）和神经元/轴突相关通路并直接结合Rtp1/2（对OR转运至关重要）及多种嗅觉信号分子基因。
值得注意的是，ATF5 还靶向表观调控因子 Trim66（Tif1d），后者可结合 H3K9me3 参与OR基因沉默；Atf5缺失导致Trim66表达下降 38%且Trim66在晚期祖细胞及成熟嗅觉神经元中高表达，与其作为ATF5下游靶点的角色一致。研究还鉴定出两种新Trim66异构体（Trim66A_long 和 Trim66B_short）均在 MOE 中特异表达。
图二 Trim66敲除导致成熟嗅觉感觉神经元中多个嗅觉受体以低水平表达
为了弄清楚 Trim66 是如何在单个细胞层面控制OR选择的，研究人员对 Trim66 基因敲除的小鼠和正常小鼠MOE进行了单细胞测序，共分析了约 2.7 万个高质量细胞，覆盖了MOE中所有主要细胞类型。
结果显示，虽然缺失Trim66并不影响嗅觉神经元的整体发育过程，也没有导致细胞大量死亡，但成熟嗅觉神经元的比例减少了，未成熟细胞的比例相应增加。
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最关键的变化出现在 OR 表达模式上：正常小鼠中，绝大多数成熟嗅觉神经元只表达一个嗅觉受体，但在 Trim66 缺失的小鼠中，大多数成熟神经元却同时表达了多个受体，明显打破了这一规则。通过双色荧光原位杂交实验，研究者在组织切片中直接观察到，这些共表达多个受体的细胞集中在成熟神经元所在的区域。
进一步分析发现，Trim66 缺失让多个受体的表达变得更“平均”，原本最强的那个受体表达变弱，而其他本来沉默或低表达的受体反而被激活。
图三 Trim66敲除小鼠的嗅球中嗅觉信息传递受损
为探究单受体表达紊乱是否影响嗅觉功能，作者检测了 Trim66 敲除小OB的电生理活动和行为。
作者在清醒小鼠中记录嗅球僧帽/丛状细胞（M/Ts）及局部场电位（LFP），发现 Trim66缺失显著降低自发LFP活动，尤其在与气味辨别相关的beta频段（15-35 Hz）。气味刺激时，Trim66 敲除小鼠的beta增强和高gamma（66-95 Hz）抑制反应均明显减弱，提示气味信息处理受损。
单神经元记录显示，Trim66敲除使M/Ts自发放电频率升高，表明神经元兴奋性异常。同时，对气味产生兴奋或抑制反应的 M/Ts 比例减少：兴奋性反应虽更强，但抑制性反应显著减弱，破坏了嗅球内正常的兴奋-抑制平衡。
这些结果说明，Trim66 缺失不仅扰乱OR单一表达，还导致嗅球神经编码异常，进而可能引发嗅觉功能障碍。
图四 Trim66敲除小鼠的嗅觉行为受损
因此，作者接下来进行了埋藏食物颗粒测试和嗅觉学习实验（Go/No-go任务）以评估Trim66敲除对嗅觉行为的影响。
结果显示，与Trim66杂合小鼠相比，Trim66敲除小鼠找到埋藏食物颗粒所需时间显著更长，表明其嗅觉检测能力受损。
在Go/No-go任务中，Trim66敲除小鼠的嗅觉识别能力明显下降，对阳性气味（S+）和阴性气味（S−）的辨别能力均显著弱于杂合小鼠。这些行为结果与电生理数据一致，表明Trim66缺失不仅影响神经活动，也损害嗅觉功能。
由于Trim66在嗅球中也有表达，还在条件性敲除小鼠（Goofy-cre; Trim66 flox）中进行了行为测试。结果发现，这些条件性敲除小鼠同样表现出气味检测能力下降以及Go/No-go任务表现受损，与全身性Trim66敲除小鼠的行为缺陷相似。综上所述，Trim66通过调控单嗅觉受体基因的表达，在精确的嗅觉信息处理及嗅觉相关行为中发挥关键作用。
总结
本研究阐明了表观遗传调控因子 TRIM66 在嗅觉系统中的核心作用：它不仅确保每个成熟嗅觉神经元严格表达单一嗅觉受体，还维持嗅球神经网络的正常电活动与兴奋-抑制平衡，从而保障精确的气味识别与行为反应。这一发现揭示了从基因选择到神经环路功能再到感知行为的完整调控链条，为理解感觉系统中单基因选择的表观遗传机制提供了关键范例，并可能为相关神经发育或感知障碍疾病提供新思路。
文章来源
https://doi.org/10.1038/s41467-025-66051-w
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