动物对气味的感知，也就是嗅觉，是动物们感知外部环境的一种方式，可以用来指导自己的行为，比如是不是该逃跑。嗅觉对于进食行为尤其重要，在很多研究中都有相关的发现，比如进食行为开始和结束时，嗅觉灵敏性会有所改变——饥饿时嗅觉更灵敏，而在摄食后，嗅觉灵敏性就会降低。最近的一项研究又揭示出了嗅觉出人意料的另一种作用：控制代谢、影响寿命，这项研究发表在《细胞·代谢》杂志上。
控制代谢
实际上，早在19世纪末20世纪初，前苏联科学家伊万·巴甫洛夫（Ivan Pavlov）就发现了嗅觉和代谢有关的端倪：他发现与食物有关的感觉信号，比如气味，能够触发一系列荷尔蒙和自主反应，让机体对即将到来的食物做好准备。这些“头期”反应包括唾液、胃酸分泌，有助于让机体准备好应对进食过程中营养的快速流入。
那么，如果对气味的感知不正常会影响代谢吗？对此，美国加州大学伯克利分校的Celine E. Riera等最近的一项研究给出了答案。这项发表在《细胞·代谢》的研究发现：失去嗅觉的小鼠不易发胖，而且棕色脂肪组织的产热增加，交感神经激活，从而使白色/棕色脂肪细胞上的β-肾上腺素能受体被激活，促进脂解作用，对于肥胖小鼠而言，失去嗅觉还能改善胰岛素抵抗；相反，嗅觉被增强的小鼠会越来越胖，出现或加剧胰岛素抵抗。
（△ 嗅觉与代谢：嗅上皮中的感受神经元在捕捉到食物的气味后，会迅速将信息传递给下丘脑控制饥饿的神经元，由此调节整个机体的代谢。不仅如此，嗅上皮和嗅球中的神经元还能监测血液中的荷尔蒙及营养素，这或许能够让嗅觉系统不依赖气味的感知也可以调节能量平衡。）
Riera等的这项研究通过改变小鼠的嗅觉系统，评价了嗅觉对能量动态平衡的作用：
① 摧毁嗅觉
通过消融成年小鼠的嗅觉感受神经元，Riera等得到了嗅觉能力大大降低的小鼠。
这些嗅觉低下的小鼠即使在高脂饮食的情况下，也表现出了对肥胖的抵抗。它们之所以瘦，有食物摄入减少的原因，令人吃惊的是，另一个原因则是它们的能量消耗增加。对这背后的机制进行的研究发现，能量消耗的增加是由于棕色脂肪组织活性的增加，后者是哺乳动物体内一种专门负责产热的器官。
② 强化嗅觉
为了进一步检验上述研究发现，Riera等通过另一种方法得到了嗅觉增强的小鼠——小鼠嗅觉感受神经元上的IGF1受体被去除，从而让嗅觉得以增强。在一样的饮食条件下，这些嗅觉灵敏的小鼠体重增加。
综上，这项观察结果揭示出了一个令人惊讶的结论：嗅觉能够调节体重，而且是通过直接影响能量消耗实现的，并非只是我们传统所认为的，通过摄食的改变来影响体重。
那么，嗅觉系统影响代谢的机制是什么呢？对此，科学目前尚无确切答案，但最近的另一项研究发现给出了一种可能性：食物气味能够调节下丘脑中的“饥饿神经元”，也就是刺鼠相关蛋白（agouti-related protein，AgRP）神经元，这种神经细胞在食物剥夺时被激活，其活动对食物摄入、能量消耗和外周代谢都有巨大影响。传统上认为，AgRP神经元只受循环血液中营养素和激素的调节，但现在意识到，这种细胞也会对食物相关的感受信号产生迅速应答。的确，研究发现：当一只饥饿的小鼠闻到食物的味道时，几秒钟之内AgRP神经元就得到了抑制。如果这种嗅觉信号的输入被长时间打断，生理上又会受到怎样的影响呢？也许，那将会使AgRP神经元陷于异常调节，并导致代谢的长期改变。
关于嗅觉影响代谢的机制，另一种假说是嗅觉系统对能量代谢有直接作用，并不依赖于其对气味的感知功能。科学家们很早就注意到，嗅觉系统会大量表达代谢性激素的受体，如胰岛素、瘦素、胃饥饿素的受体，而且，由于血脑屏障的不完整性，嗅球能够与循环系统“沟通”。这些观察到的现象常被用来解释为什么食物剥夺会增加嗅觉敏感性，然而，还有一种可能：代谢激素受体的存在暗示着嗅觉组织在能量平衡中可能发挥着更大的作用。在这方面，最近的几项研究又在小鼠中发现了数种嗅觉受体，这些受体也在外周“兼职”代谢感受器，比如OLFR558，它在肠道内负责感知异戊酸，再比如OLFR78，在颈动脉体中负责感受乳酸。
可以想象，进化选择了我们现在的嗅觉系统，因为它既能检测到复杂的化学感受信号-气味，又能监测体内的营养素。
除了这些猜想，关于嗅觉影响代谢背后的机制还有很多基础问题有待解决。例如，改变嗅觉系统引起的代谢反应是否由对食物气味感知的改变所致？如果是，涉及哪些气味？同样未知的是：嗅球对食物气味的感受是如何传递到下丘脑的？这些信号传递了哪些信息，是营养素成分、毒性，还是可获得性？在这方面，嗅球收到的气味信息将沿着两条解剖学上不同的通路传递：一条是通过梨状皮质，介导对气味的学习；另一条是通过皮质杏仁核，控制固有行为。这两条途径在气味对下丘脑的调节中有多大贡献并没有被研究过，但其中所涉及的固有行为控制通路提示，某些食物气味经进化选择“天生”就会引发生理学反应。如果真是这样的话，找出这些被“选”为代谢信号的气味，探明其背后的进化故事，会是件很有趣的事儿。
还有一个关键问题是：这些在鼠及无脊椎动物中得到的发现在多大程度上适用于人？与小鼠相比，人类表达的功能性气味受体基因要少得多（小鼠1100 vs 人类390），相应的，嗅球也较小。人类也没有功能性的梨鼻器，而很多动物都需要这种嗅觉器官来感知信息素。有人猜想，这些不同在一定程度上是由于灵长类进化出了对色彩的视觉,使得视觉能够承担一部分原本由嗅觉承担的功能。尽管人类的嗅觉不及很多动物，但嗅觉仍在人类感知食物气味方面扮演着重要角色，那些有嗅觉缺陷的人往往都有不爱吃东西的困扰，他们是否也经历着代谢受损尚不得而知，但从小鼠的研究来看，这是个值得探索的问题。
影响寿命
代谢不仅是体重的一个重要决定因素，而且也是衰老的关键因素。由此可以推测，嗅觉的丧失可能还会影响寿命，而这的确已经在无脊椎动物身上得到了证实：无论通过基因突变还是射频消融来破坏线虫及果蝇的嗅神经功能，都会延长它们的寿命。而对食物的嗅觉则会缩减这些简单生物的寿命。这些证据均佐证了一种观点：嗅觉能影响一种生物体如何利用能量；并提示了一种令人无限神往的可能：我们或许有望通过调节嗅觉来对抗衰老！
参考文献：
1. Science 2017;358:718-719
2. Cell Metabolism 2017;26:198-211
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