Введение

Вомроназальный орган (VNO), или орган Якобсона, является парным вспомогательным обонятельным органом, расположенным в мягких тканях носовой перегородки, в носовой полости непосредственно над нёбом (твёрдым нёбом) у различных четвероногих. Название происходит от его расположения рядом с непарной сошником (от латинского vomer – «рало», из-за его формы) в носовой перегородке. Он присутствует и функционален у всех змей и ящериц, а также у многих млекопитающих, включая кошек, собак, крупный рогатый скот, свиней и некоторых приматов. У некоторых людей могут сохраняться рудиментарные остатки VNO, но он является рудиментарным и нефункциональным. VNO содержит тела сенсорных нейронов, которые имеют рецепторы, обнаруживающие специфические нелетучие (жидкие) органические соединения, поступающие к ним из окружающей среды. Эти соединения исходят от добычи, хищников и половых феромонов от потенциальных партнёров. Активация VNO вызывает соответствующую поведенческую реакцию на присутствие одного из этих факторов. Нейроны VNO активируются при связывании определённых химических веществ с их G-белок-связанными рецепторами: они экспрессируют рецепторы из трёх семейств – V1R, V2R и FPR. Аксоны этих нейронов, называемые нулевым черепным нервом (CN 0), проецируются во вспомогательную обонятельную луковицу, которая направлена в миндалевидное тело и ядро постериорной стрии терминалис, которые, в свою очередь, проецируются в передний гипоталамус. Эти структуры составляют вспомогательную обонятельную систему. VNO вызывает реакцию флехмена у некоторых млекопитающих, которая помогает направлять жидкие органические химические вещества к органу. VNO был открыт Фредериком Руйшем до 1732 года, а позже Людвигом Якобсоном в 1813 году.

Орган

ВНО располагается в основании носовой полости. Он разделен на две части носовой перегородкой, и каждая из сторон имеет удлиненный просвет в форме буквы С или полумесяца. ВНО окружен костной или хрящевой капсулой, которая открывается в основание носовой полости.

Система

Вмероназальные рецепторные нейроны имеют аксоны, которые проходят от вомероназального органа (ВНО) к вспомогательной обонятельной луковице (AOB), также известной как вомероназальная луковица. Эти сенсорные рецепторы расположены на медиальной вогнутой поверхности полулунного просвета. Латеральная, выпуклая поверхность просвета покрыта несенсорными ресничными клетками, где также находятся базальные клетки. На дорсальной и вентральной сторонах просвета расположены вомероназальные железы, которые заполняют вомероназальный просвет жидкостью. Рядом с просветом находятся кровеносные сосуды, которые расширяются или сужаются, формируя сосудистый насос, доставляющий стимулы в просвет. Тонкий проток, открывающийся на дно носовой полости внутри ноздри, является единственным путем доступа для химических стимулов. В процессе эмбриологического развития вомероназальные сенсорные нейроны формируются из обонятельной пластинки (плакода) на переднем крае нервной пластины (нулевой черепной нерв).

Сенсорный эпителий и рецепторы

ВНО имеет форму трубчатого полумесяца и разделена на две пары, разделенные носовой перегородкой. Медиальная, вогнутая область просвета выстлана псевдостратифицированным эпителием, состоящим из трех основных типов клеток: рецепторных клеток, поддерживающих клеток и базальных клеток. Поддерживающие клетки расположены поверхностно на мембране, а базальные клетки – на базальной мембране вблизи несенсорного эпителия. Рецепторные нейроны обладают апикальными микроворсинками, к которым локализованы сенсорные рецепторы. Это рецепторы, связанные с G-белком, которые часто называют феромонными рецепторами, поскольку вомероназальные рецепторы связаны с обнаружением феромонов. В ВНО были идентифицированы три G-белковых рецептора, каждый из которых находится в различных областях: V1R, V2R и FPR. V1R, V2R и FPR – это семитрансмембранные рецепторы, не имеющие тесной связи с обонятельными рецепторами, экспрессируемыми в главном обонятельном нейроэпителии. Рецепторы V1, V1R, связаны с G-белком Gαi2. Преимущество GPCR заключается в том, что они передают сигнал в нескольких направлениях. V1R расположены в апикальном отделе ВНО и имеют относительно короткий NH2-терминаль, а также значительное разнообразие последовательностей в своих трансмембранных доменах. V1R специфически экспрессируется в вомероназальном органе грызунов (ВНО) и, предположительно, отвечает за рецепцию феромонов, вызывая трансдукцию сигнала. Рецепторы V2, V2R, связаны с G-белком Gαo. Они имеют длинные внеклеточные NH2-терминали, которые, как считается, являются доменом связывания для феромональных молекул и расположены в базальном отделе ВНО. Гены V2R можно сгруппировать в четыре отдельных семейства, обозначенных A–D. Семейство C V2R значительно отличается от других семейств и экспрессируется в большинстве базальных нейронов ВНО. Сенсорные нейроны вомероназального органа действуют по сигнализирующему пути, отличному от сигнализирующего пути сенсорных нейронов основной обонятельной системы. Активация рецепторов стимулирует фосфолипазу C, которая, в свою очередь, открывает ионный канал TRPC2. При стимуляции, вызванной феромонами, было показано, что продукция IP3 увеличивается в мембранах ВНО у многих животных, в то время как аденилатциклаза и циклический аденозинмонофосфат (cAMP), основные молекулы трансдукции сигнала основной обонятельной системы, остаются неизменными. Эта тенденция была продемонстрирована у многих животных, таких как хомяк, свинья, крыса и обыкновенный уж, после введения вагинальных или семенных выделений в окружающую среду. V1R и V2R активируются различными лигандами или феромонами. Gi-белки активируются при стимуляции липофильными запахами. Go-белки активируются нелетучими белками, такими как основные белки мочи у мышей и пептид 1 (ESP1), секретируемый экзокриновыми железами. Многие вомероназальные нейроны активируются химическими веществами, содержащимися в моче. Некоторые из активных соединений – сульфатированные стероиды. Определение типов и количества различных сульфатированных стероидов предоставляет информацию о физиологическом состоянии донора мочи и, следовательно, может служить достоверным сигналом. Недавние исследования выявили новое семейство белков, подобных рецепторам формилпептидов, в мембранах ВНО мышей, что указывает на тесную филогенетическую связь между механизмами сигнализации, используемыми в обонянии и хемосенсорах.

Сенсорные нейроны

Вомероназальные сенсорные нейроны обладают чрезвычайно высокой чувствительностью и генерируют потенциалы действия при токах всего 1 пА. Многочисленные записи методом патч-клемп подтвердили эту чувствительность вомероназальных нейронов. Эта чувствительность обусловлена тем, что потенциал покоя вомероназальных нейронов относительно близок к порогу их возбуждения. Вомероназальные сенсорные нейроны также демонстрируют удивительно медленную адаптацию, при этом частота генерации потенциалов действия увеличивается с ростом тока до 10 пА. Основные обонятельные сенсорные нейроны генерируют одиночные залпы потенциалов действия и адаптируются значительно быстрее. Активация нейронов, экспрессирующих рецепторы V1, V1R, вызывает полевые потенциалы со слабыми, флуктуирующими ответами, наблюдаемыми в передней части вспомогательного обонятельного бульбуса, AOB. Однако активация нейронов, содержащих рецепторы V2, V2R, способствует возникновению отчетливых колебаний в задней части AOB.

Функция

У млекопитающих сенсорные нейроны вомероназального органа обнаруживают нелетучие химические сигналы, что требует прямого физического контакта с источником запаха. Примечательно, что некоторые запахи выступают в качестве сигналов химической коммуникации (феромонов) от других особей того же вида. В отличие от основного обонятельного лука, который посылает нейронные сигналы в обонятельную кору, вомероназальный орган посылает нейронные сигналы во вспомогательный обонятельный лук, а затем в миндалевидное тело, BNST и, в конечном итоге, в гипоталамус. Поскольку гипоталамус является важным нейроэндокринным центром (влияющим на аспекты репродуктивной физиологии и поведения, а также на другие функции, такие как температура тела), это может объяснить, как запахи влияют на агрессивное и репродуктивное поведение. Например, у многих позвоночных нервные сигналы из мозга передают сенсорную информацию в гипоталамус о сезонных изменениях и доступности партнера для размножения. В свою очередь, гипоталамус регулирует высвобождение репродуктивных гормонов, необходимых для размножения. Некоторые феромоны обнаруживаются основной обонятельной системой.

У животных

Вомероназальный орган возник у четвероногих. Функциональная вомероназальная система обнаружена у всех змей и ящериц, а также у многих млекопитающих. Саламандры совершают постукивание носом, предположительно для активации своего вомероназального органа. Змеи используют этот орган для обнаружения добычи, высовывая язык для сбора запахов и касаясь отверстия органа при втягивании языка. Орган хорошо развит у стрепсирринных приматов, таких как лемуры и лори, развит в различной степени у обезьян Нового Света и слабо развит у обезьян Старого Света и гоминид. Слоны переносят хемосенсорные стимулы к вомероназальному отверстию в нёбе, используя хватательный орган, иногда называемый "пальцем", на кончиках хобота. Расписные черепахи используют этот орган для обоняния под водой. Попадая в просвет органа, химические молекулы контактируют с сенсорными клетками, прикрепленными к нейросенсорному эпителию вомероназального органа. Более того, недавние исследования показали, что вомероназальный орган необходим для реакции полозков на запахи добычи, переносимые по воздуху, но не на запахи, не связанные с добычей. У некоторых других млекопитающих весь орган сокращается или пульсирует, чтобы втягивать запахи.

Ответ Флехмена

Некоторые млекопитающие, особенно фелиды (кошки) и копытообразные (включая лошадей, крупный рогатый скот и свиней, среди других видов), используют характерные движения лица, называемые реакцией Флехмена, чтобы направить вдыхаемые вещества к вомероназальному органу (VNO). Животное поднимает голову после обнаружения запаха, морщит нос, приподнимая верхнюю губу, и на мгновение задерживает дыхание. Поведение Флехмена связано с "анатомической специализацией", и животные, демонстрирующие это поведение, имеют сосочковидную складку и протоки, соединяющие ротовую полость с VNO, расположенные за зубами. Однако лошади – исключение: они проявляют реакцию Флехмена, но не имеют резкого протока, соединяющего носовую и ротовую полости, поскольку не дышат ртом; вместо этого VNO связаны с носовыми ходами носонебным каналом. Кошки используют свой вомероназальный орган при трении о предметы запахом; они способны различать схожие по запаху вещества с помощью этого органа, после чего выполняют поведение, связанное с трением.

Доказательства существования у людей

Многие исследования пытались определить, существует ли вомероназальный орган (VNO) у взрослых людей. Тротье и др. оценили, что около 92% их пациентов, не перенесших операции на носовой перегородке, имели по крайней мере один неповрежденный VNO. Кьер и Фишер Хансен, с другой стороны, утверждали, что структура VNO исчезает в процессе внутриутробного развития, как это происходит у некоторых приматов. Однако Смит и Бхатнагар (2000) заявили, что Кьер и Фишер Хансен просто не обнаружили эту структуру у более поздних сроков развития плода. Вон (2000) обнаружил признаки VNO у 13 из 22 трупов (59,1%) и у 22 из 78 живых пациентов (28,2%). В исследовании с использованием ретроспективного анализа почти тысячи эндоскопических исследований носа, проведенных в амбулаторных условиях, Stoyanov et al. (2016) обнаружили, что этот орган присутствует у 26,83% населения Болгарии. Учитывая эти результаты, некоторые ученые утверждают, что VNO существует у взрослых людей. Однако большинство исследователей стремились идентифицировать отверстие VNO у человека, а не саму трубчатую эпителиальную структуру. Таким образом, было высказано предположение, что такие исследования, использующие макроскопические методы наблюдения, иногда ошибочно идентифицировали или даже пропускали вомероназальный орган. Более того, на сегодняшний день нет данных, свидетельствующих о наличии нервных и аксональных связей между какими-либо существующими сенсорными рецепторными клетками, которые могут присутствовать во VNO взрослого человека, и головным мозгом. Аналогично, нет доказательств наличия вспомогательной обонятельной луковицы у взрослых людей, а ключевые гены, участвующие в функционировании VNO у других млекопитающих, стали псевдогенами у человека. Поэтому, хотя многие спорят о наличии этой структуры у взрослых людей, обзор научной литературы, проведенный Тристорамом Уайатом, пришел к выводу, что, основываясь на имеющихся данных, "большинство специалистов скептически относятся к вероятности наличия функционального VNO у взрослых людей".

История

VNO был обнаружен Фредериком Руйшем до 1732 года, а затем Людвигом Якобсоном в 1813 году.