作为直接与外界环境接触的组织,呼吸道不仅为肺部提供温暖湿润的空气,更是对空气中有毒有害物质进行检测的第一道防线,而嗅觉、味觉等化学感觉信号通路便是呼吸系统细胞感知空气中外来刺激的重要途径。对呼吸道嗅觉、味觉受体及其下游信号通路的研究不仅能让我们更加深入地理解呼吸系统应激反应和固有免疫的调节,更能够带给人们仿生学上的灵感,将基础生物学的认识应用到先进传感器的设计之中。本文以呼吸系统中的化学感觉信号转导通路为研究重心,沿着空气从鼻腔进入人体,经过气管到达肺部的解剖学线索,先后研究了呼吸系统中嗅觉和味觉两种化学信号转导通路在生物传感器构建,免疫检测和肿瘤药物筛选中的作用及意义。本文的主要研究内容以及创新性工作如下:1,基于转基因小鼠M72-GFP结合脑机接口技术设计构建了一种新型的在体生物嗅觉传感器。通过利用该小鼠嗅球上的荧光嗅小球作为微电极植入靶点,我们精确定位了电极植入的嗅小球的X-Y轴位置,提高了信号记录的特异性及可重复性。在检测实验中,我们证明了 M72-在体生物嗅觉传感器可对苯环类气味分子产生特异性响应,并可应用于爆炸物三硝基甲苯的监测。2,苦味物质可激活小鼠气管上皮内的簇细胞并引起簇细胞增生。在刺激物吸入和气管类器官刺激实验中,我们发现苯甲地那铵和N-苯基硫脲可以利用苦味信号转导通路激活簇细胞,并引发簇细胞增生效应。小鼠气管类器官培养体系中不含ILC2等免疫细胞,提示存在着一条IL13-Stat6非依赖性的簇细胞增殖途径。3,人源肺鳞癌类器官可在体外重现病人肿瘤组织的组织学特征和肿瘤细胞的异质性。以肺鳞癌病人手术中切除的肿瘤组织为材料,我们在体外建立了癌症类器官培养体系。肺鳞癌类器官在形态学上反映了原癌组织的一些特征,并且表达肺鳞癌标志分子。通过对有着相同组织来源的2D培养细胞和类器官进行顺铂药物处理,我们发现肺鳞类器官对顺铂的敏感性明显低于2D细胞,提示类器官模型与传统的细胞系模型在药物筛选中的表现可能有较大差异。4,类簇细胞小细胞肺癌细胞系具有苦味感受能力,且能释放前列腺素PGE2作为效应分子。通过转录水平和蛋白水平分析,我们发现NCI-H211小细胞肺癌细胞中表达多种苦味受体和完整的下游信号转导通路。细胞功能实验进一步表明,H211细胞能像簇细胞一样对苦味物质刺激产生细胞内钙离子反应。苯甲地那铵刺激能以苦味信号通路依赖性的方式提高H211细胞中COX2的表达水平,从而增强其合成释放前列腺素E2的能力。