背景
维持细胞稳态的关键部分是协调组织对环境压力的反应。大量证据现在支持中枢神经系统调节所有组织的压力这一事实。此外，当线粒体和内质网中的未折叠蛋白反应 (UPR) 在神经元中被激活时，外周组织中会发生细胞非自主诱导的应激反应。
受到压力的细胞会发生蛋白质错误折叠或展开，而 UPR 会将蛋白质折叠状态信息传递到细胞核，从而引发细胞应激反应或诱导细胞凋亡。细胞应激反应的非自主控制被认为是生物体在有毒环境条件下生存所必需的。
嗅觉系统被认为在非自主调节体内平衡和长寿方面发挥着至关重要的作用。小鼠模型的研究表明，嗅觉信号可以控制代谢调节，而秀丽隐杆线虫的研究表明，嗅觉神经系统在评估环境信号和启动细胞反应方面发挥着核心作用。
关于研究
在本研究中，研究人员对秀丽隐杆线虫进行了实验，他们操纵 AWC 神经元来观察线粒体 UPR 的非自主控制。AWC 神经元代表双翅虫翼“C”，是线虫或蛔虫中参与对挥发性化合物的趋化反应的主要嗅觉神经元。它们存在于双翅虫中，双翅虫是线虫的主要嗅觉感官器官，位于头部的角质层褶皱中。
尽管秀丽隐杆线虫是食细菌动物，但它们的组织也必须抵御食源性细菌病原体，例如铜绿假单胞菌。此外，这些组织还必须能够耐受和消除线粒体产生的活性氧等有毒代谢物。
研究表明，在感染铜绿假单胞菌时，秀丽隐杆线虫会激活线粒体 UPR 的应激激活转录因子atfs-1，从而诱导与先天免疫反应有关的基因，并应对线粒体损伤。然而，在自然环境中，秀丽隐杆线虫接触到各种各样的致病菌和共生菌，它们利用细菌代谢产物来区分有害细菌和有益细菌。
嗅觉神经元是检测细菌产生的挥发性代谢物的主要方式，这使得研究人员假设线粒体 UPR 诱导的协调必须主要通过嗅觉神经元进行。
因此，他们进行了实验，让 AWC 神经元对沉默或消融，以了解这些神经元在线粒体 UPR 和应激反应中的作用。研究人员比较了消融AWC 神经元的秀丽隐杆线虫和未消融 AWC 神经元的秀丽隐杆线虫的各种参数，例如线粒体耗氧率和线粒体膜电位。
研究人员还研究了暴露于各种气味（包括挥发性细菌代谢物，如 2-丁酮和 2,3-戊二酮）以及药物治疗（如血清素）对操纵 AWC 神经元的动物的影响。研究人员使用人类成纤维细胞培养物评估了血清素信号在调节线粒体稳态中的作用。
结果
研究发现，秀丽隐杆线虫的 AWC 嗅觉神经元在调节外周线粒体动力学方面发挥着核心作用。AWC 神经元沉默的动物表现出线粒体 UPR 诱导和线粒体氧化磷酸化水平较低。此外，这些动物还经历了线粒体脱氧核糖核酸 (mtDNA) 的消耗，表明存在线粒体自噬。
AWC 嗅觉神经元的消融触发了线粒体 UPR，并通过激活atfs-1增强了对致病菌铜绿假单胞菌的抵抗力。血清素通路被发现是涉及线粒体功能的应激反应的主要介质，因为影响血清素产生的突变会抑制这些反应，而外源性血清素能够在秀丽隐杆线虫和人类成纤维细胞中复制这些反应。
研究人员还发现，对挥发性细菌代谢物 2,3-戊二酮的嗅觉感知也可以非自主地调节线粒体的外周动力学，而这在因涉及血清素通路的遗传因素而发生的线粒体神经元扰动中并未观察到。
这些发现表明，嗅觉神经系统可能参与传递来自细菌的挥发性代谢物线索，例如 2,3-戊二酮，然后这些线索可能为外周组织做好准备，以应对诸如致病细菌感染或代谢应激等体内平衡紊乱。
结论
总体而言，研究发现嗅觉神经元在调节秀丽隐杆线虫的线粒体动力学方面发挥着重要作用，有助于准备或应对可能导致体内平衡紊乱的致病感染或代谢压力。虽然研究结果描述了嗅觉信号调节线粒体应激反应和功能以及线粒体质量控制的潜在模型，但线粒体自噬等过程的机制调节仍需进一步探索。
