嗅探我们的健康之道
—想象一下，如果我们吸入的气味能够延缓癌症、炎症或神经退行性疾病的发生。加州大学河滨分校的研究人员准备让这项未来技术更接近现实。
在实验室实验中，由 分子、细胞和系统生物学教授 阿南达桑卡·雷(Anandasankar Ray)领导的研究小组将果蝇(果蝇)暴露于二乙酰(一种酵母释放的微生物挥发性化合物)中，发现果蝇触角的基因表达发生了变化。短短几天内。在单独的实验中，研究小组在小鼠和人类细胞中发现了类似的基因表达变化。
雷说：“即使在没有气味受体的组织中，暴露于气味剂也可以直接改变基因表达，这真是令人惊讶。” “这些分子能够通过细胞膜到达细胞核。”
二乙酰广泛用于食品和饮料调味剂。它天然存在于各种乳制品中，是发酵和酿造的天然副产品。虽然啤酒、葡萄酒、希腊酸奶和许多成熟水果中都含有二乙酰，但吸入高浓度的二乙酰被认为是不安全的。
“我们最初的发现是使用二乙酰作为概念证明，这种化合物可能不是治疗的完美候选者，”雷说。“我们已经在努力识别导致基因表达变化的其他挥发物。我们的重要发现是，微生物和食物释放的一些挥发性化合物可以改变神经元和其他真核细胞的表观遗传状态。我们的报告是常见挥发物以这种方式表现的第一份报告。它打开了整个探究领域。可能性是无限的。”
这项 发表在eLife上的研究表明，即使生物体没有主动消耗挥发性化合物源，基因表达和染色质(形成染色体的 DNA 和蛋白质的混合物)的改变也可能在生物体中发生。来源甚至可能与生物体有一定距离。
“我们首次证明，我们接触到的一些气味分子正在被皮肤、鼻子、肺部的细胞吸收，甚至可能通过血液进入大脑，从而从根本上改变基因表达，”雷说。“这有什么值得关心的吗?它如何影响我们对某些疾病的易感性?它究竟如何影响我们表达的基因?这些仍然是悬而未决的问题。”
Ray 的团队发现二乙酰可以作为组蛋白脱乙酰酶(HDAC)的抑制剂，并发现了几种具有类似潜力的相关挥发物。HDAC 抑制剂用作抗癌药物，也可用于治疗炎症性疾病和神经退行性疾病。当植物和动物中保守的 HDAC 受到抑制时，DNA 在细胞中的缠绕程度就会降低，从而导致更多的基因表达。
Ray 说：“这开启了基于气味的 HDAC 抑制剂延缓疾病中的神经退行性变或记忆缺陷的潜力。”
雷的研究小组发现，在果蝇中，接触二乙酰挥发物可以显着减缓与亨廷顿病相关的感光细胞的退化。在转基因小鼠中，研究小组发现接触二乙酰后肺部和大脑的基因表达发生了变化;在神经母细胞瘤等癌症中上调的基因水平在暴露于二乙酰的小鼠中显着降低。
在人类细胞系中，研究小组发现二乙酰改变了乙酰化水平，乙酰化水平越高，基因表达水平越高。在对人类癌细胞系的进一步测试中，研究小组发现接触二乙酰可以防止神经母细胞瘤的增殖。
除了人类疾病之外，这项研究对农业也具有巨大的影响。由于 HDAC 高度保守，因此它们也会影响植物。
“植物似乎对其中一些挥发物有非常强烈的反应，”雷说。“在植物中，任何需要改变基因表达的过程现在都可以通过接触这种特殊的气味物质而受到影响。”
雷解释说，挥发物就像微小的药物，可以改变基因表达水平，并利用植物的遗传潜力来改善根、叶、花的生长，甚至对冰冻和干旱等非生物胁迫的反应。
“挥发性化学物质可以向植物和动物提供治疗剂量，无需服用药物或注射，”他说。“它们可以简单地被吸入，几乎为基于气味的疗法赋予了新的含义。”
在加州大学河滨分校 技术合作办公室的帮助下 ，雷已经申请了挥发物专利 ，这些挥发物可以减缓神经退行性病变和癌症，并改变植物生长和对压力的反应。
去年，雷创办了一家名为 “远程表观遗传学”的初创公司，该公司拥有使用这些改变基因表达的挥发物的独家许可。该公司总部位于加州大学河滨分校校园的多功能研究大楼。这家新的农业科技初创公司将专注于开发新的农业工具，利用低成本挥发物来解决几个重要问题。
Ray 与加州大学河滨分校的 Sachiko Haga-Yamanaka、Rogelio Nuñez-Flores、Christi Ann Scott、Sarah Perry、Stephanie Turner Chen、Crystal Pontrello 和 Meera Goh Nair 一起参与了这项研究。
Ray 还是另一家初创公司Sensorygen的创始人 ，该公司致力于嗅觉和味觉的计算神经生物学。
该研究部分由国立卫生研究院和加州大学河滨分校农业实验站资助。
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