เซลล์รับกลิ่น

เซลล์ประสาทรับกลิ่น () เป็นเซลล์ที่ถ่ายโอนกลิ่นเป็นกระแสประสาทภายในระบบรับกลิ่น
เป็นเซลล์ที่อยู่ภายในเยื่อรับกลิ่นที่บุบางส่วนของโพรงจมูก (ประมาณ 5 ซม2 ในมนุษย์) บริเวณยอดเซลล์จะมีเส้นขนเล็ก ๆ (olfactory cilia) ที่ทำหน้าที่จับโมเลกุลกลิ่นจากสิ่งแวดล้อมที่เข้ามาภายในรูจมูก 
เซลล์จะถ่ายโอนกลิ่นเป็นกระแสประสาทแล้วส่งผ่านเส้นประสาทรับกลิ่น (olfactory nerve) ซึ่งวิ่งผ่านรูในกระดูก cribriform plate เหนือโพรงจมูกขึ้นไปยังป่องรับกลิ่นในสมอง
การรับกลิ่นของมนุษย์จะไม่พัฒนาเทียบเท่ากับสัตว์บางชนิดเช่นสุนัข ซึ่งมีประสาทรับกลิ่นที่ดีเยี่ยม

โครงสร้างและการทำงาน 
มนุษย์มีเซลล์ประสาทรับกลิ่นประมาณ 12 ล้านตัว
ซึ่งจะเปลี่ยนทุก ๆ 30-60 วันทดแทนด้วยเซลล์ต้นกำเนิดชั้นฐาน (basal stem cell) ที่พัฒนากลายเป็นเซลล์ประสาทรับกลิ่น 
เทียบกับหนูที่มี 15 ล้านตัว
กับสุนัขทั่วไปที่มี 125-220 ล้านตัว และกับสุนัขบลัดฮาวด์ที่มีถึง 300 ล้านตัว

เซลล์จะเป็นแบบเซลล์ประสาทสองขั้วโดยมีเดนไดรต์งอกออกจากส่วนยอดและหันออกจากแผ่นกระดูกพรุน (cribriform plate) และมีแอกซอนซึ่งไม่หุ้มปลอกไมอีลินและงอกออกจากส่วนฐานแล้ววิ่งผ่านรูแผ่นกระดูกขึ้นไปสุดที่ป่องรับกลิ่น (olfactory bulb) ซีกร่างกายเดียวกันในสมอง
ตัวเซลล์จะอยู่ที่เยื่อรับกลิ่น (olfactory epithelium) ในช่องจมูก
โดยกระจายไปตามชั้นทั้งสามของเนื้อเยื่อ
แอกซอนจากฐานจะรวมตัวกันเป็นมัดใยประสาทจำนวนมากที่รวม ๆ กันเรียกว่า ฆานประสาท (olfactory nerve, CN I) ก่อนจะวิ่งผ่านรูกระดูกพรุน

ไม่เหมือนกับเซลล์ประสาทรับความรู้สึกอื่น ๆ เช่น เซลล์รับแสงในจอตา และเซลล์ขนในคอเคลีย เซลล์ประสาทรับกลิ่นเองมีแอกซอนคือสามารถส่งศักยะงานไปยังระบบประสาทส่วนกลางโดยไม่ต้องอาศัยเซลล์ประสาทอีกตัวหนึ่ง
นอกจากนั้น เซลล์ยังส่งสัญญาณไปยังระบบประสาทส่วนกลางคือป่องรับกลิ่นโดยไม่ผ่านทาลามัสเหมือนกับระบบรับความรู้สึกอื่น ๆ อีกด้วย โดยป่องรับกลิ่นจะทำหน้าที่นี้แทนทาลามัส

เซลล์รับกลิ่นแต่ละตัวจะแสดงออกหน่วยรับกลิ่นเพียงแค่ชนิดเดียว แต่เซลล์หลายตัวจะแสดงออกหน่วยรับกลิ่นชนิดเดียวกันซึ่งจับกับโมเลกุลกลิ่นแบบเดียวกัน
เซลล์รับกลิ่นที่มีหน่วยรับกลิ่นประเภทเดียวกันนี้จะอยู่จำกัดภายในโซนหลายโซนของเยื่อรับกลิ่นโดยกระจายไปอย่างสุ่มในโซนนั้น ๆ 
แอกซอนของเซลล์รับกลิ่นต่าง ๆ ที่มีหน่วยรับกลิ่นชนิดเดียวกัน จะวิ่งรวมเข้าที่โกลเมอรูลัส (glomerulus) โดยเฉพาะ ๆ ของป่องรับกลิ่นในซีกร่างกายเดียวกัน
และปกติจะส่งแอกซอนไปยังโกลเมอรูลัสเป็นคู่ในป่องรับกลิ่น โกลเมอรูลัสแต่ละอันจะอยู่ด้านตรงข้ามของป่องโดยมีเส้นแบ่งข้างวิ่งผ่านป่องในแนวทแยง

ซีเลีย 
ซีเลียที่คล้ายขนเล็ก ๆ จำนวนมากจะยื่นออกจากเดนไดรต์อันเดียวของเซลล์รับกลิ่นส่วนยอด เข้าไปในชั้นเมือกหนาที่ปกคลุมผิวของเยื่อรับกลิ่น
ผิวของซิเลียจะปกคลุมด้วยโปรตีนหน่วยรับกลิ่น (olfactory receptor, ตัวย่อ OR) ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของ G protein-coupled receptor
หน่วยรับกลิ่นจะมีกลไกในการขยายสัญญาณกลิ่นและถ่ายโอนกลิ่นเป็นกระแสประสาท

ซีเลียของเซลล์รับกลิ่นไม่มีโครงสร้างเหมือนกับซีเลียที่เคลื่อนที่ได้ (คือที่เป็นไมโครทิวบูลแบบ 9+2) แม้รูปอาจจะเหมือน แต่ซีเลียของเซลล์กลับสมบูรณ์ไปด้วยแอกตินและเหมือนกับ microvilli ของเยื่อบุผิวอื่น ๆ มากกว่า เช่นดังที่พบในปอดหรือในลำไส้ เป็นโครงสร้างที่ช่วยขยายขนาดพื้นที่ในการรับกลิ่นเป็นอย่างมาก
มีโปรตีนหน่วยรับกลิ่นหลายอย่างที่จำเป็นในการถ่ายโอนสัญญาณกลิ่นเป็นกระแสประสาท และพบอย่างหนาแน่นหรือโดยส่วนเดียวที่ซีเลียของเซลล์รับกลิ่น

หน่วยรับกลิ่นและกลไกการทำงาน 

หน่วยรับกลิ่นซึ่งอยู่ที่เยื่อหุ้มซีเลีย ได้ระบุแล้วว่าเป็นช่องไอออนแบบ ligand-gated metabotropic channels
มียีนประมาณ 1,000 ยีนที่เข้ารหัสตัวรับความรู้สึกในมนุษย์ ทำให้เป็นกลุ่มยีนขนาดใหญ่ที่สุดในดีเอ็นเอมนุษย์
โมเลกุลกลิ่นจะละลายในเมือกของเยื่อรับความรู้สึกแล้วจับกับหน่วยรับความรู้สึก โดยแต่ละหน่วยสามารถจับกับโมเลกุลกลิ่นได้หลายชนิด แม้จะมีสัมพรรคภาพต่อกลิ่นต่าง ๆ ไม่เท่ากัน
ความต่าง ๆ ทางสัมพรรคภาพเช่นนี้ จะเป็นเหตุเกิดการตอบสนองในรูปแบบต่าง ๆ โดยเป็นโปรไฟล์การตอบสนองต่อกลิ่นโดยเฉพาะ ๆ

หน่วยรับกลิ่นที่จับกับโมเลกุลกลิ่นจะทำให้เกิดการส่งสัญญาณเป็นลำดับภายในเซลล์ ซึ่งในที่สุดก็ทำให้เซลล์ลดขั้วแล้วส่งศักยะงานไปยังป่องรับกลิ่น
โดยรายละเอียดก็คือ เมื่อจับกับกลิ่นแล้ว หน่วยรับกลิ่นจะเปลี่ยนโครงสร้างแล้วเริ่มการทำงานของ G protein ภายในเซลล์รับกลิ่นซึ่งอยู่ที่ปลาย carboxyl ของหน่วยรับกลิ่น
G protein (Golf และ/หรือ Gs)
ซึ่งเป็นประเภทที่เฉพาะต่อระบบรับกลิ่น ก็จะเริ่มการทำงานของเอนไซม์ adenylate cyclase III (ACIII) ซึ่งเป็นเอนไซม์เฉพาะในระบบรับกลิ่นเช่นกัน และเพิ่มการปล่อย cyclic AMP (cAMP) ซึ่งทำหน้าที่เป็น second messenger โดยอาศัยอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) 
แล้ว cAMP ก็จะเปิดช่องไอออน cyclic nucleotide-gated ion channel ทำให้ไอออนแคลเซียม (Na+) และโซเดียม (Ca2+) ซึมเข้ามาในเซลล์ได้ แล้วทำให้เซลล์รับกลิ่นลดขั้ว (depolarized) 
นอกจากนั้น Ca2+ ที่เพิ่มขึ้นก็จะเปิดช่องไอออน Ca2+-gated Cl- channel ซึ่งขยายการลดขั้วของเซลล์ที่แพร่กระจายไปตามตัวเซลล์อย่างแพสซิฟจนถึงส่วน axon hillock ของตัวเซลล์ ซึ่งเป็นจุดที่สร้างศักยะงานอาศัยช่องไอออน voltage-regulated Na+ channel เพื่อส่งไปยังป่องรับกลิ่น

การลดการตอบสนองของเซลล์รับกลิ่น 

เซลล์ประสาทรับกลิ่นได้การป้อนกลับเชิงลบที่มีผลอย่างรวดเร็วเมื่อเกิดการลดขั้ว
คือเมื่อเซลล์กำลังลดขั้ว ช่อง cyclic nucleotide-gated ion channel ก็จะเปิดให้ไอออนโซเดียมและแคลเซียมไหลเข้าไปในเซลล์
การไหลเข้าของแคลเซียมจะเริ่มการทำงานเป็นลำดับภายในเซลล์
คือ ในขั้นแรก แคลเซียมจะเข้ายึดกับ calmodulin รวมเป็น CaM
ซึ่งก็จะเข้ายึดกับ cyclic nucleotide-gated ion channel แล้วปิดช่อง ซึ่งหยุดการไหลเข้าของโซเดียมและแคลเซียม
CaM ก็จะเริ่มการทำงานของ CaMKII ซึ่งจะเพิ่มกลุ่ม Phosphoryl ให้กับ ACIII และลดการผลิต cAMP
CaMKII ยังเริ่มการทำงานของ phosphodiesterase ซึ่งจะสลาย cAMP ด้วยน้ำ
กระบวนการป้อนกลับเชิงลบจะมีผลยับยั้งไม่ให้เซลล์ตอบสนองเมื่อมีโมเลกุลกลิ่นเข้ามาอีก

ดูเพิ่ม 
 ตัวรับรู้สารเคมี
 ตัวรับความรู้สึก

เชิงอรรถและอ้างอิง

แหล่งข้อมูลอื่น 

 NIF Search - Olfactory receptor neuron via the Neuroscience Information Framework
 Insect olfaction

เซลล์รับรู้สารเคมี
ระบบรู้กลิ่น
เซลล์ประสาท
การถ่ายโอนสัญญาณ 
ประสาทสรีรวิทยา