2009年1月30日，北京生命科学研究所罗敏敏博士实验室在国际顶级学术期刊《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）在线发表题为“Guanylyl cyclase-D in the olfactory CO₂ neurons is activated by bicarbonate”的研究论文。该研究首次阐明哺乳动物（小鼠）嗅觉系统中检测二氧化碳（CO₂）的关键分子机制，为理解动物先天性行为的神经基础提供了重要线索。

动物对特定环境刺激所表现出的先天性行为，通常源于遗传程序性发育形成的神经环路激活。二氧化碳作为一种普遍存在的环境信号，对许多动物的生存和繁殖至关重要。在低等动物（如果蝇、线虫、蚊子）中，CO₂的检测由一类特殊的感觉神经元完成。然而，哺乳动物如何感知CO₂的分子机制此前尚不明确。

小鼠作为经典的模式实验动物，其发达的嗅觉系统被广泛应用于嗅觉神经生物学研究。罗敏敏实验室此前已发现小鼠通过项链嗅觉系统灵敏地检测CO₂，且这一过程依赖于碳酸酐酶II的活性及环鸟苷酸（cGMP）敏感的离子通道的开放。在本研究中，研究团队综合运用分子生物学、生物化学、小鼠遗传操作、电生理、钙成像等多种技术，证实了在CO₂检测神经元中表达的D型鸟苷酸环化酶（GC-D）能够直接被CO₂的代谢产物——碳酸氢根（HCO₃⁻）所激活。

进一步研究发现，碳酸氢根对GC-D的激活机制与其同家族的其他膜蛋白（如A型鸟苷酸环化酶，GC-A）截然不同。GC-A的激活依赖于其胞外结构域与特定肽类配体结合，引发跨膜构象变化；而GC-D的酶活结构域位于胞内，碳酸氢根直接作用于该结构域，从而触发cGMP生成。这一独特的调控方式拓展了人们对膜结合鸟苷酸环化酶分子调节机制多样性的认识，并为哺乳动物CO₂检测的分子机制提供了重要模型。

该论文的第一作者为孙丽明（北京生命科学研究所与北京师范大学联合培养博士生），其他作者包括王华翌（博士后）、胡霁（博士后）、韩金龙（博士生）以及杜克大学的Hiroaki Matsunami博士。通讯作者为罗敏敏博士。该研究得到了科技部863计划、北京市科委、中国自然科学基金及人类前沿科学计划（HFSP）的资助，全部工作在北京生命科学研究所完成。