2024年，北京生命科学研究所罗敏敏博士团队在国际顶尖期刊《Science》上发表了题为《小鼠嗅觉子系统对接近大气浓度二氧化碳的检测》一文，首次系统阐明了哺乳动物如何通过特定嗅觉神经元感知环境中极低浓度的二氧化碳（CO2）。
二氧化碳作为重要的环境信号分子，传统观点认为其无色无味，且人类嗅觉系统无法感知空气中约0.038%的CO2浓度。然而，哺乳动物是否具备通过嗅觉系统检测此类低浓度CO2的能力尚未明确。
罗敏敏团队结合分子生物学、免疫组织化学、小鼠遗传学、电生理记录、钙成像及行为学等多学科技术，发现小鼠通过一类表达D型鸟苷酸环化酶（GC-D）的嗅觉感受细胞，能够感知接近大气中CO2浓度的气体。
研究揭示，碳酸酐酶II（一种催化CO2与水反应生成碳酸氢根和质子的酶）特异性表达于GC-D神经元中。这些神经元的轴突投射至嗅球中的项链嗅小球，构成所谓的项链嗅觉系统。通过钙成像和电生理技术，团队观察到CO2能够激活GC-D神经元及其对应的项链嗅小球神经元。
行为学实验进一步证实，小鼠对CO2的检测阈值约为0.066%，极其接近大气中CO2的平均浓度0.038%。药理学实验显示，这种高度灵敏的CO2检测依赖于碳酸酐酶II活性及环鸟苷酸敏感的离子通道的功能。
本研究首次明确了哺乳动物嗅觉系统能够灵敏感知环境中低浓度CO2的细胞和分子机制，揭示了项链嗅觉系统在环境气体检测中的关键作用，为理解哺乳动物环境感知提供了重要基础。
论文共同第一作者为博士生胡霁和仲纯，其他作者包括丁澄、杜克大学Qiuyi Chi博士、Hiroaki Matsunami博士，洛克菲勒大学Andreas Walz博士及Peter Mombaerts博士。通讯作者为罗敏敏博士。该研究由科技部863计划、北京市科委及人类前沿科学计划（HFSP）资助，在北京生命科学研究所完成。
图：从右至左依次为罗敏敏博士、胡霁、仲纯、丁澄