嗅觉是动物重要的感官之一。哺乳动物的嗅觉系统主要由位于中枢的嗅球、嗅皮质和位于外周的嗅粘膜组成。嗅粘膜又分为嗅上皮层和固有层。嗅上皮层主要包含基底细胞,嗅受体神经元和支持细胞。其中,基底细胞位于嗅上皮的基底层,紧贴固有层,是嗅上皮的干细胞。嗅受体神经元(olfactory receptor neurons,ORNs)是嗅觉系统的一级神经元,它位于嗅上皮基底层的上方,由基底细胞分化而来。伴随着ORNs分化成熟的过程,其胞体从上皮基底层向顶端迁移,使得不同分化程度的ORNs位于不同的细胞层面,其中未成熟ORNs的胞体靠近基底层,而成熟ORNs的胞体位于未成熟ORNs上方接近上皮顶端。嗅上皮的发育对于维持动物正常嗅觉功能至关重要。嗅神经元的发生是一个极其复杂的过程,包括嗅上皮干细胞的增殖、分化和成熟等几个阶段,每个阶段都受到严格的调控,但是人们目前对其调控机制了解十分有限。血红素结合蛋白Hemopexin是一种血浆糖蛋白,属于炎症相关的急性期蛋白家族。有趣的是,hemopexin在外周神经系统中也有表达,并且在神经轴突变性的过程中表达上调,提示hemopexin可能参与了神经损伤的再生过程。Hemopexin分子和基质金属蛋白酶和玻连蛋白都有一个由两个四叶β-螺旋组成的相同结构域,称为血红素结合蛋白样结构域。研究表明,后两者可通过其参与调节多种细胞的增殖和分化并能调节神经发生过程等。目前尚没有Hemopexin参与了神经发生的相关报道。为了深入认识Hemopexin在神经系统发育中的作用,本研究运用基因敲除小鼠模型,分析了Hemopexin在嗅上皮神经发生过程中的作用及机制。取得的主要结果如下:1、对hemopexin基因敲除小鼠的嗅上皮形态学分析显示,hemopexin基因敲除小鼠的嗅上皮变薄、上皮的细胞总数减少;嗅上皮的成熟ORNs减少,而未成熟ORNs增加,并且未成熟的ORNs结构层次产生异常。2、运用免疫组化等方法,进一步发现hemopexin基因敲除小鼠的嗅上皮增殖细胞数量无明显改变,而凋亡细胞增多;嗅上皮的干细胞HBCs无明显异常。3、嗅觉功能检测显示,hemopexin基因敲除小鼠的嗅觉识别能力仍然存在,但是区别结构相似气味的精细嗅觉功能丧失。综上所述,我们发现hemopexin在嗅上皮的神经发生过程中发挥了重要作用,具有促进ORNs的成熟,抑制其凋亡以及维持精细嗅觉的功能。本研究不仅助于揭示嗅上皮神经发生调控过程的新机制,有助于深入认识神经发育的机理,而且为hemopexin蛋白对嗅觉功能障碍相关疾病的潜在治疗价值提供理论依据。