pulmoПульмонологияPULMONOLOGIYA0869-01892541-9617Scientific and Practical Journal “PULMONOLOGIYA” LLC10.18093/0869-0189-2019-29-6-734-738pulmo-1258Research ArticleОБЗОРЫREVIEWЭктопические обонятельные рецепторы в респираторной системеEctopic olfactory receptors in the respiratory systemМинеевВ. Н.MineevV. N.

Минеев Валерий Николаевич – д. м. н., профессор кафедры терапии госпитальной с курсом аллергологии и иммунологии имени академика М.В.Черноруцкого с клиникой, заместитель директора по научной работе Научно-исследовательского института ревматологии и аллергологии

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, 6-8

тел.: (812) 450-71-63

Valeriy N. Mineev, Doctor of Medicine, Professor, M.V. Chernorutskiy Department of Hospital Internal Medicine with the Course of Allergology and Immunology, Deputy Director for Science, Federal Research Institute of Rheumatology and Allergology

ul. L'va Tolstogo 6/8, Saint-Petersburg, 197089, Russia

tel.: (812) 450-71-63

vnmineev@mail.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П.Павлова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияAcademician I.P. Pavlov First Federal Saint-Petersburg State Medical University, Healthcare Ministry of RussiaRussian Federation201927022020296734738Copyright © Минеев В.Н., 20202020Минеев В.Н.Mineev V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.pulmonology.ru/pulm/article/view/1258

В экспериментальной и клинической медицине, в частности респираторной, появились новые данные и представления о роли т. н. эктопических хемосенсорных рецепторов, экспрессированных вне их канонических локализаций (вне носовой полости) – экстраназальные обонятельные рецепторы. Что касается респираторной системы, то исследования функциональных свойств эктопических обонятельных рецепторов в легких только начинаются. К настоящему времени хорошо известно, что молекулы пахучих веществ (одоранты) связываются с обонятельным рецептором, сопряженным с G-белком (Gαolf), что в свою очередь приводит к активации аденилатциклазы (тип III) и увеличению концентрации вторичного мессенджера – циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). При увеличении концентрации цАМФ индуцируется открытие цАМФ-зависимых катионных (в т. ч. кальциевых) каналов. Выявлено, что в нейроэндокринных клетках легких активация обонятельных рецепторов оказывала влияние на высвобождение ими серотонина, а при стимуляции одорантом этих клеток снижался уровень серотонина. Амилбутират и бургеналь, являющиеся агонистами обонятельных рецепторов OR2AG1 и OR1D2 соответственно, влияют на сократимость гладкой мускулатуры бронхов человека. При воздействии милбутирата ингибируется сокращение, индуцированное гистамином, в то время как при воздействии бургеналя повышалась сократимость гладкой мускулатуры. Оба процесса опосредованы повышением цАМФ-зависимым повышением внутриклеточного Ca2+. Представлены данные, которые свидетельствуют об экспрессии этих рецепторов на клетках иммунной системы человека (моноцитах, естественных киллерах, T- и B-лимфоцитах, полиморфноядерных клетках). Предполагается, что эктопические обонятельные рецепторы участвуют в модуляции (контроле) присущих конкретной клетке функций, определяющих специализацию клеток воспаления при бронхиальной астме (БА). В будущем возможно использование модуляции обонятельных рецепторов в качестве нового терапевтического подхода при БА и других хронических воспалительных заболеваниях легких.

New findings and concepts on a role of so-called “ectopic” chemosensory receptors arise recently. The ectopic receptors are expressed outside their classical localization (nasal cavity) and referred to as extra-nasal olfactory receptors. Functional investigations of the ectopic olfactory receptors in the lungs are also ongoing. To date, it is well-known that molecules of odorous substances (odorants) bind to the G-protein-associated olfactory receptor (Gαolf) that can activate type III adenylate cyclase and increase concentration of a secondary messenger, cyclic adenosine monophosphate (cAMP). In turn, this induces the opening of cAMP-dependent cationic channels including calcium channels. Olfactory receptor activation in neuroendocrine cells of the lungs affected serotonin release which decreased after the stimulation of those cells by an odorant. Amyl butyrate and burgenal, agonists of OR2AG1 and OR1D2 olfactory receptors, respectively, affect smooth muscle contractibility in human bronchi. Amyl butyrate inhibits histamine-induces muscle contractibility, whereas burgenal increases the smooth muscle contractibility. Both the processes are mediated by cAMP-dependent increase in the intracellular calcium concentration. Data have been published about the receptor expression on immune cells such as monocytes, natural killers, T- and B-lymphocites, and polymorphonuclears. Ectopic olfactory receptors are thought to participate in modulation (controlling) of intrinsic cell functions which provide a special role of inflammatory cells in asthma. In future, the olfactory receptor modulation could be probably used as a novel therapeutic approach in asthma and other chronic inflammatory lung diseases.

эктопические обонятельные рецепторыреспираторная системабронхиальная астмаGαolfаденилатциклаза IIIеctopic olfactory receptorsrespiratory systembronchial asthmaGαolftype III adenylate cyclaseReferencesDeshpande D.A., Wang W.C., McIlmoyle E.L. et al. Bitter taste receptors on airway smooth muscle bronchodilate by localized calcium signaling and reverse obstruction. Nat. Med. 2010; 16 (1): 1299–1304. DOI: 10.1038/nm.2237.Deshpande D.A., Wang W.C., McIlmoyle E.L. et al. Bitter taste receptors on airway smooth muscle bronchodilate by localized calcium signaling and reverse obstruction. Nat. Med. 2010; 16 (1): 1299–1304. DOI: 10.1038/nm.2237.Минеев В.Н., Кузикова А.А., Нёма М.А. Вкусовые рецепторы к горькому вкусу при бронхиальной астме. Медицинский академический журнал. 2017; 17 (2): 105–110.Mineev V.N., Kuzikova A.A., Nema M.A. [Bitter taste receptors in asthma]. Meditsinskiy akademicheskiy zhurnal. 2017; 17 (2): 105–110 (in Russian).Минеев В.Н., Трофимов В.И., Нёма М.А., Кузикова А.А. Вкусовые рецепторы к горькому вкусу в сыворотке крови при бронхиальной астме (гипотеза). Пульмонология. 2017; 27 (5): 567–572. DOI: 10.18093/0869-0189-2017-27-5-567-572.Mineev V.N., Trofimov V.I., Nyoma M.A., Kuzikova A.A. [Bitter taste receptors in the serum of asthma patients (a hypothesis)]. Pul'monologiya. 2017; 27 (5): 567–572. DOI: 10.18093/0869-0189-2017-27-5-567-572 (in Russian).Минеев В.Н., Брюханова П.В., Кокшарова Д.Е. Экстраоральные вкусовые рецепторы к сладкому вкусу в респираторной системе. Медицинский академический журнал. 2018; 18 (1): 27–33. DOI: 10.17816/MAJ18127-33.Mineev V.N., Bryukhanova P.V., Koksharova D.E. [Extra-oral sweet taste receptors in the respiratory system]. Meditsinskiy akademicheskiy zhurnal. 2018; 18 (1): 27–33. DOI: 10.17816/MAJ18127-33 (in Russian).Минеев В.Н. Концепция бронхиальной астмы как мембрано-рецепторной патологии. Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2005; (3): 68–85.Mineev V.N. [Bronchial asthma as a pathology of membranes and receptors: a concept]. Immunopatologiya, allergologiya, infektologiya. 2005; (3): 68–85 (in Russian).Szentivanyi A. The beta-adrenergic theory of the atopic abnormality in bronchial asthma. J. Allergy Clin. Immunol. 1968; 42 (4): 203–232. DOI: 10.1016/S0021-8707(68)90117-2.Szentivanyi A. The beta-adrenergic theory of the atopic abnormality in bronchial asthma. J. Allergy Clin. Immunol. 1968; 42 (4): 203–232. DOI: 10.1016/S0021-8707(68)90117-2.Townley R.G. Interleukin 13 and the beta-adrenergic blockade theory of asthma revisited 40 years later. Ann. Allergy Asthma Immunol. 2007; 99 (3): 215–224. DOI: 10.1016/S1081-1206(10)60656-4.Townley R.G. Interleukin 13 and the beta-adrenergic blockade theory of asthma revisited 40 years later. Ann. Allergy Asthma Immunol. 2007; 99 (3): 215–224. DOI: 10.1016/S1081-1206(10)60656-4.Abaffy T. Human olfactory receptors expression and their role in non-olfactory tissues: a mini-review. J. Pharmacogenomics Pharmacoproteomics. 2015; 6 (4): 1000152. DOI: 10.4172/2153-0645.1000152.Abaffy T. Human olfactory receptors expression and their role in non-olfactory tissues: a mini-review. J. Pharmacogenomics Pharmacoproteomics. 2015; 6 (4): 1000152. DOI: 10.4172/2153-0645.1000152.Maßberg D., Hatt H. Human olfactory receptors: Novel cellular functions outside of the nose. Physiol. Rev. 2018; 98 (3): 1739–1763. DOI: 10.1152/physrev.00013.2017.Maßberg D., Hatt H. Human olfactory receptors: Novel cellular functions outside of the nose. Physiol. Rev. 2018; 98 (3): 1739–1763. DOI: 10.1152/physrev.00013.2017.Zhang X., De la Cruz O., Pinto J.M. et al. Characterizing the expression of the human olfactory receptor gene family using a novel DNA microarray. Genome Biol. 2007; 8 (5): R86. DOI: 10.1186/gb-2007-8-5-r86.Zhang X., De la Cruz O., Pinto J.M. et al. Characterizing the expression of the human olfactory receptor gene family using a novel DNA microarray. Genome Biol. 2007; 8 (5): R86. DOI: 10.1186/gb-2007-8-5-r86.De la Cruz O., Blekhman R., Zhang X. et al. A signature of evolutionary constraint on a subset of ectopically expressed olfactory receptor genes. Mol. Biol. Evol. 2009; 26 (3): 491–494. DOI: 10.1093/molbev/msn294.De la Cruz O., Blekhman R., Zhang X. et al. A signature of evolutionary constraint on a subset of ectopically expressed olfactory receptor genes. Mol. Biol. Evol. 2009; 26 (3): 491–494. DOI: 10.1093/molbev/msn294.Spehr M., Gisselmann G., Poplawski A. et al. Identification of a testicular odorant receptor mediating human sperm chemotaxis. Science. 2003; 299 (5615): 2054–2058. DOI: 10.1126/science.1080376.Spehr M., Gisselmann G., Poplawski A. et al. Identification of a testicular odorant receptor mediating human sperm chemotaxis. Science. 2003; 299 (5615): 2054–2058. DOI: 10.1126/science.1080376.Glusman G., Bahar A., Sharon D. et al. The olfactory receptor gene superfamily: data mining, classification, and nomenclature. Mamm. Genome. 2000; 11 (11): 1016–1023. DOI: 10.1007/s003350010196.Glusman G., Bahar A., Sharon D. et al. The olfactory receptor gene superfamily: data mining, classification, and nomenclature. Mamm. Genome. 2000; 11 (11): 1016–1023. DOI: 10.1007/s003350010196.Ганшин В.М., Зинкевич Э.П. Вероятная роль конкурентных отношений в модели обонятельного рецептора. Сенсорные системы. 2012; 26 (4): 331–341.Ganshin V.M., Zinkevich E.P. [A probable role of crosslining in a model of an olfactory receptor]. Sensornye sistemy. 2012; 26 (4): 331–341 (in Russian).Kalbe B., Knobloch J., Schulz V.M. et al. Olfactory receptors modulate physiological processes in human airway smooth muscle cells. Front. Physiol. 2016; 7: 339. DOI: 10.3389/fphys.2016.00339.Kalbe B., Knobloch J., Schulz V.M. et al. Olfactory receptors modulate physiological processes in human airway smooth muscle cells. Front. Physiol. 2016; 7: 339. DOI: 10.3389/fphys.2016.00339.Aisenberg W.H., Huang J., Zhu W. et al. Defining an olfactory receptor function in airway smooth muscle cells. Sci. Rep. 2016; 6: 38231. DOI: 10.1038/srep38231.Aisenberg W.H., Huang J., Zhu W. et al. Defining an olfactory receptor function in airway smooth muscle cells. Sci. Rep. 2016; 6: 38231. DOI: 10.1038/srep38231.Pluznick J.L., Protzko R.J., Gevorgyan H. et al. Olfactory receptor responding to gut microbiota-derived signals plays a role in renin secretion and blood pressure regulation. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2013; 110 (11): 4410–4415. DOI: 10.1073/pnas.1215927110.Pluznick J.L., Protzko R.J., Gevorgyan H. et al. Olfactory receptor responding to gut microbiota-derived signals plays a role in renin secretion and blood pressure regulation. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2013; 110 (11): 4410–4415. DOI: 10.1073/pnas.1215927110.Malki A., Fiedler J., Fricke K. et al. Class I odorant receptors, TAS1R and TAS2R taste receptors, are markers for subpopulations of circulating leukocytes. J. Leukoc. Biol. 2015; 97 (3): 533–545. DOI: 10.1189/jlb.2A0714-331RR.Malki A., Fiedler J., Fricke K. et al. Class I odorant receptors, TAS1R and TAS2R taste receptors, are markers for subpopulations of circulating leukocytes. J. Leukoc. Biol. 2015; 97 (3): 533–545. DOI: 10.1189/jlb.2A0714-331RR.Минеев В.Н., Вторникова Н.И. Порог чувствительности при густометрии к умами вкусу (глутамату натрия) при различных вариантах бронхиальной астмы Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2018; (3): 47–54. DOI: 10.14427/jipai.2018.3.47.Mineev V.N., Vtornikova N.I. [A cut-off sensitivity to umami taste (sodium glutamate) in different phenotypes of bronchial asthma]. Immunopatologiya, allergologiya, infektologiya. 2018; (3): 47–54. DOI: 10.14427/jipai.2018.3.47 (in Russian).Lee S.J., Depoortere I., Hatt H. Therapeutic potential of ectopic olfactory and taste receptors. Nat. Rev. Drug Discov. 2019; 18: 116–138. DOI: 10.1038/s41573-018-0002-3.Lee S.J., Depoortere I., Hatt H. Therapeutic potential of ectopic olfactory and taste receptors. Nat. Rev. Drug Discov. 2019; 18: 116–138. DOI: 10.1038/s41573-018-0002-3.Kalbe B., Schulz V.M., Schlimm M. et al. Helional-induced activation of human olfactory receptor 2J3 promotes apoptosis and inhibits proliferation in a non-small-cell lung cancer cell line. Eur. J. Cell Biol. 2017; 96 (1): 34–46. DOI: 10.1016/j.ejcb.2016.11.004.Kalbe B., Schulz V.M., Schlimm M. et al. Helional-induced activation of human olfactory receptor 2J3 promotes apoptosis and inhibits proliferation in a non-small-cell lung cancer cell line. Eur. J. Cell Biol. 2017; 96 (1): 34–46. DOI: 10.1016/j.ejcb.2016.11.004.Dalesio N.M., Barreto Ortiz S.F., Pluznick J.L., Berkowitz D.E. Olfactory, taste, and photo sensory receptors in non-sensory organs: it just makes sense. Front. Physiol. 2018; 9: 1673. DOI: 10.3389/fphys.2018.01673.Dalesio N.M., Barreto Ortiz S.F., Pluznick J.L., Berkowitz D.E. Olfactory, taste, and photo sensory receptors in non-sensory organs: it just makes sense. Front. Physiol. 2018; 9: 1673. DOI: 10.3389/fphys.2018.01673.White J.H., Chiano M., Wigglesworth M. et al. Identification of a novel asthma susceptibility gene on chromosome 1qter and its functional evaluation. Hum. Mol. Genet. 2008; 17 (13): 1890–1903. DOI: 10.1093/hmg/ddn087.White J.H., Chiano M., Wigglesworth M. et al. Identification of a novel asthma susceptibility gene on chromosome 1qter and its functional evaluation. Hum. Mol. Genet. 2008; 17 (13): 1890–1903. DOI: 10.1093/hmg/ddn087.Yim P.D., Gallos G., Perez-Zoghbi J.F. et al. Airway smooth muscle photorelaxation via opsin receptor activation. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2019; 316 (1): L82–L93. DOI: 10.1152/ajplung.00135.2018.Yim P.D., Gallos G., Perez-Zoghbi J.F. et al. Airway smooth muscle photorelaxation via opsin receptor activation. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2019; 316 (1): L82–L93. DOI: 10.1152/ajplung.00135.2018.Минеев В.Н., Нестерович И.И. Феномен влияния видимого света и адреналина на агрегацию эритроцитов у больных бронхиальной астмой. Аллергология. 2006; (3): 13–16.Mineev V.N., Nesterovich I.I. [An effect of visible light and epinephrine to erythrocyte aggregation in patients with bronchial asthma]. Allergologiya. 2006; (3): 13–16 (in Russian).Feingold E.A., Penny L.A., Nienhuis A.W., Forget B.G. An olfactory receptor gene is located in the extended human beta-globin gene cluster and is expressed in erythroid cells. Genomics. 1999; 61 (1): 15–23. DOI: 10.1006/geno.1999.5935.Feingold E.A., Penny L.A., Nienhuis A.W., Forget B.G. An olfactory receptor gene is located in the extended human beta-globin gene cluster and is expressed in erythroid cells. Genomics. 1999; 61 (1): 15–23. DOI: 10.1006/geno.1999.5935.Буданова Е.Н., Быстрова М.Ф. Выявление обонятельного маркерного белка в тканях с эктопической экспрессией генов обонятельных рецепторов. Биологические мембраны. 2010; 27 (1): 138–142.Budanova E.N., Bystrova M.F. [Immunohistochemical detection of olfactory marker protein in tissue samples with olfactory receptor gene ectopic expression]. Biologicheskie membrany. 2010; 27 (1): 138–142 (in Russian).Rodríguez-Trelles F., Tarrío R., Ayala F.J. Is ectopic expression caused by deregulatory mutations or due to gene-regulation leaks with evolutionary potential? Bioessays. 2005; 27 (6): 592–601. DOI: 10.1002/bies.20241.Rodríguez-Trelles F., Tarrío R., Ayala F.J. Is ectopic expression caused by deregulatory mutations or due to gene-regulation leaks with evolutionary potential? Bioessays. 2005; 27 (6): 592–601. DOI: 10.1002/bies.20241.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.