「嗅覚経路」の版間の差分

DOI：<selfdoi />　原稿受付日：2016年4月1日　原稿完成日：2016年月日<br>

担当編集委員：[http://researchmap.jp/ichirofujita 藤田 一郎]（大阪大学 大学院生命機能研究科）<br>

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　嗅覚は化学物質である匂い物質を感知するための感覚であり、線虫から昆虫、ヒトに至るまで多くの生物に備わっている。嗅覚系はそれぞれの系統ごとに独自の進化を遂げてきたが、その構造や神経回路には収斂進化のあとが見られることが多い。本稿では、匂いを受容する感覚器から、高次脳へと匂い情報を伝達する嗅覚系神経回路について、哺乳類、特にラットやマウスなどの齧歯類での知見を中心に概説する。

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　そのうちの一つである[[主嗅覚系]]は、[[匂い物質]]を受容する[[嗅神経]]が存在する[[嗅上皮]]、嗅神経の投射先である[[主嗅球]]、さらに主嗅球からの投射を受ける梨状皮質などの嗅皮質から構成されている。

　もう一つのよく知られた嗅覚系である[[鋤鼻系]]（[[副嗅覚系]]）は、受容器である[[鋤鼻器]]、[[鋤鼻神経]]の投射先である[[副嗅球]]、副嗅球からの投射を受ける[[扁桃体内側部]]などの[[鋤鼻皮質]]からなっている。

　またこれら2つに加え、[[警報フェロモン]]や[[低温感知]]に関わる器官である[[グリューネベルク神経節]]も、主嗅覚系や鋤鼻系とは異なる嗅覚系神経回路を持っている（図1）。

　[[嗅覚受容体]]は多重遺伝子ファミリーを形成しており、個々の嗅神経はそのうち1種類の嗅覚受容体のみを発現している。そのため、嗅神経が応答する匂い物質は発現する受容体の種類によって異なる<ref><pubmed> 10089886 </pubmed></ref>。嗅覚受容体は[[Gタンパク質]]共役の7回膜貫通型タンパク質であり、匂い物質に結合するとGタンパク質[[Golf]]を通じて[[アデニリル酸シクラーゼ]]を活性化し、[[CNGチャネル]]（cyclic nucleotide-gated cation channel）からCa²⁺の流入を引き起こし、最終的に嗅神経の[[脱分極]]を誘発する。嗅上皮にある神経の中には、嗅覚受容体を発現する神経以外にも[[trace amine-associated receptor]]（TAAR）<ref><pubmed> 16878137 </pubmed></ref>、[[transient receptor potential cation channel subfamily M member5]]（TrpM5）<ref><pubmed> 17267604 </pubmed></ref>、[[グアニル酸シクラーゼD]]（GC-D）<ref><pubmed> 7724600 </pubmed></ref>などを発現する神経細胞群が存在する。

　鋤鼻神経は嗅神経とは異なり[[微絨毛]]を持ち、微絨毛上に存在する[[フェロモン受容体]]によって、鋤鼻腔に入ってきたフェロモンが受容される。フェロモン受容体には[[V1R]]と[[V2R]]の2つのファミリーがあり、両者とも[[Gタンパク質共役]]7回膜貫通型であるが、互いの相同性は低い。鋤鼻神経においても、個々の神経は一種類のフェロモン受容体のみを発現している（但しV2Rのうちc-familyに属するものは他のV2Rと共発現する<ref><pubmed> 11157070 </pubmed></ref><ref><pubmed> 21112400 </pubmed></ref>）。V1R、V2Rを発現する鋤鼻神経は、鋤鼻器の浅層と深層にそれぞれ位置している。また、V1RはGタンパク質[[G&alpha;i2|Gai2]]、V2Rは[[Go]]とそれぞれ共役しており、フェロモンのシグナル伝達に関わっている。また、一部の鋤鼻神経は[[ホルミルペプチド受容体]]（Fpr）を発現している<ref><pubmed> 19497865 </pubmed></ref><ref><pubmed> 19387439 </pubmed></ref>。鋤鼻器ではこれまで5つのFpr遺伝子の発現が知られているが、いずれも互いに排他的（一神経に一遺伝子のみ）に発現している。また、哺乳類の嗅覚受容体とは全く異なる構造の嗅覚受容体を持つ[[ショウジョウバエ]]の嗅覚系においても、個々の嗅神経は一種類の受容体のみを発現する。両嗅覚系は独立して発生してきたことから、一神経に一受容体遺伝子のみが発現する様式は、[[wj:収斂進化|収斂進化]]による匂い感知の機構であると考えられる。

　グリューネベルク神経節は鼻腔前庭部に位置し、数百個の神経細胞から構成されている。グリューネベルク神経は嗅神経や鋤鼻神経と同様に、嗅球へと軸索を投射することなどから、主嗅覚系や鋤鼻系とは構造が異なるものの嗅覚系のサブシステムの1つであると考えられている。グリューネベルク神経節は警報フェロモン<ref><pubmed> 18719286 </pubmed></ref>や[[wj:二酸化炭素|二酸化炭素]]<ref><pubmed> 17702944 </pubmed></ref>、あるいは低温の温度刺激<ref><pubmed> 18973593 </pubmed></ref>によって活性化される。グリューネベルク神経節には嗅覚受容体、V2R、TAAR、グアニル酸シクラーゼG（GC-G）などが発現しており<ref><pubmed> 16805845 </pubmed></ref><ref><pubmed> 17556730 </pubmed></ref>、受容体の候補として考えられているが詳しい事はわかっていない。

　嗅神経の軸索は、主嗅球浅層部にある[[糸球]]と呼ばれる球状の構造体へと投射する。主嗅球には約2000個の糸球が存在しているが、同種の嗅覚受容体を発現する嗅神経群はそのうちの2つ（腹側に投射するものの一部は1つ）の糸球へのみ収斂投射する<ref><pubmed> 8929536 </pubmed></ref>。またそれぞれの糸球には、同種の嗅覚受容体を発現する嗅神経群のみが投射している。したがって、特定の嗅覚受容体の活性化情報は、特定の糸球の活性化情報へと変換されることになる。主嗅球の投射神経である[[僧帽細胞]]および[[房飾細胞]]は、この糸球において嗅神経と興奮性のシナプスを形成している。僧帽・房飾細胞は、単一の糸球へのみ 一次樹状突起を伸ばしているため、特定の受容体を発現する嗅神経群からのみ直接の入力を受けることになる（図2）（魚などの下等脊椎動物の投射神経では複数の糸球へと樹状突起を投射することが知られている<ref><pubmed> 11516772 </pubmed></ref>）。

　鋤鼻神経の軸索は嗅球後側部に位置する副嗅球へと投射する。鋤鼻器において浅層に位置したV1Rを発現する鋤鼻神経は副嗅球の吻側に、深層に位置したV2Rを発現する鋤鼻神経は副嗅球の尾側にある糸球へと投射する。この糸球において、副嗅球の投射神経である僧帽房飾細胞は鋤鼻神経から興奮性の入力を受ける（副嗅球においては僧帽細胞と房飾細胞の形態の区別が小さい）。同一のフェロモン受容体を発現する鋤鼻神経群は、主嗅覚系とは異なり、数十個もの糸球群へと軸索を投射している<ref><pubmed> 10219242 </pubmed></ref><ref><pubmed> 10219241 </pubmed></ref>。

　主嗅球の投射神経である僧帽細胞および房飾細胞は、嗅皮質と呼ばれる大脳皮質の複数の領域に投射している（図4）。房飾細胞は主に吻側の嗅皮質（[[前嗅核]]、[[前梨状皮質]]、[[嗅結節]]）に投射するのに対し、僧帽細胞では前嗅核、嗅結節、梨状皮質、[[扁桃体]]、[[嗅内野]]など嗅皮質全域に投射が見られる。嗅覚情報の入力様式は各領域ごとに特徴が見られ、梨状皮質の細胞は嗅球全域の糸球から入力を受け、また特定の匂いに応答する細胞は梨状皮質内でランダムに分布している<ref name=ref27><pubmed> 21179085 </pubmed></ref><ref><pubmed> 19778513 </pubmed></ref>。

　副嗅球の僧帽房飾細胞の軸索は扁桃体内側核や[[後内側扁桃体皮質核]]などの扁桃体内側部や、[[分界条床核]]、[[副嗅索核]]に投射する。主嗅覚系と鋤鼻系の二次神経の投射先は大きく異なっているが、一部の扁桃体亜核などでは両嗅覚系からの投射を受けており、これらの領域では主嗅覚系と鋤鼻系からの嗅覚情報の統合が起きていると考えられる<ref><pubmed> 18929620 </pubmed></ref>。