哺乳动物的外周味觉受体和信号转导及调节机制

[摘要]味觉是一种极为复杂和重要的感觉。哺乳动物借助高度敏感专一的味觉感受器，对外界环境中的化学物质进行识别、探寻食物和调节食欲并作出相应的好恶甚至规避性的行为应答。味觉信号转导机制是目前口腔基础研究领域的热点和难点。在过去的数年里，味觉受体、信号转导及调节机制受到了极大的关注，本文就味觉细胞的类型和功能、外周味觉受体及信号转导机制、外周味觉信号调节机制研究进展作一综述。

[关键词]味觉受体；信号转导；调节机制

[中图分类号]R 780.2[文献标志码]A[doi]10.3969/j.issn.1673-5749.2012.04.014

Taste receptors, signal transduction and modulation mechanism of mammalian taste buds in the peripheryLiu Caiyun1, Wang Lin1, Meng Yang2.（1. Dept. of Oral Medicine, Dongfeng Stomatological Hospital, Hubei University of Medicine, Shiyan 442000, China; 2. Dept. of Oral Anatomy and Physiology, School of Stomatology, Wuhan University, Wuhan 430079, China）

[Abstract]Taste is a very complex and important sense. With the help of highly sensitive and specific taste receptors, mammals identify the chemical substance, search for food, regulate appetite and make corresponding likes and dislikes or even avoiding behavioral responses. At present, taste signal transduction mechanism is hot and difficult in basic research of stomatology. In the past few years, taste receptors, signal transduction and regulation mechanism had received considerable attention. In this paper, the research progress on type and function of taste cell, taste receptors, singnal transduction and modulation mechanism in the periphery are reviewed.

[Key words]taste receptors；signal transduction；modulation

味觉是一种特殊感觉，在维持动物内环境稳定中扮演着重要的角色。一般认为，动物具有酸、甜、苦、咸和鲜五种基本味觉。味觉神经系统包括外周味觉神经系统和中枢味觉神经系统，其中外周味觉系统由味觉感受器和传导味觉信号的神经组成。以下就哺乳动物的味觉细胞类型和功能、外周味觉受体、信号转导及调节机制等研究进展作一综述。

1味觉细胞的类型和功能

味觉细胞存在于味蕾中，是味觉的终端感受器，通常由60～100个上皮细胞聚集成一个味蕾。在光学显微镜下，味觉细胞分为亮细胞和暗细胞。在电子显微镜下，亮细胞不是单一类型的细胞，其中存在着第三种类型的细胞。这些细胞与神经纤维形成化学突触，胞质内含致密核心小泡和清亮小体。在电子显微镜下，味蕾细胞分四型，分别为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型细胞和Ⅳ型细胞[1]。Ⅰ型细胞数量最多，占味蕾细胞总数的70%～80%，多位于味蕾的最外层，有发达的粗面内质网和高尔基复合体及其所产生的致密颗粒，颗粒内含物排入味凹，形成味凹致密物。Ⅰ型细胞是支持细胞，对其他味觉细胞和神经纤维起支持和保护作用。Ⅱ型细胞占味蕾细胞总数的15%～30%，缺乏核糖体和粗面内质网，顶部胞质内有清亮小泡却无致密颗粒，微丝较少且分散。Ⅱ型细胞是味觉感受细胞，主要表达G-蛋白偶联受体（G-protein coupling receptor，GPCR）、α-味导素、磷脂酶C（phospholipase C，PLC）β2和瞬时受体电位M5型（transient receptor potential melastatin 5，TRPM5）等感受味觉物质刺激的蛋白质[2]。Ⅲ型细胞占味蕾细胞总数的5%～15%，与神经纤维形成典型的化学突触，故认为Ⅲ型细胞是味觉细胞。21世纪，随着味导素和突触相关蛋白（synaptosomal-associated protein，SNAP）25等免疫组织化学方法的应用，进一步认识了味蕾的功能。SNAP25是一种相对分子质量为25 000的神经元特异性蛋白，见于突触前膜、突触小泡膜和轴突终末，参与释放神经递质的胞吐过程，因而SNAP25阳性的味蕾细胞被认为是有突触的味觉细胞。Ⅲ型细胞表达电压门控Ca2+通道（voltage-gated Ca2+channel，VGCC）、SNAP25和神经细胞黏附分子等与神经传递相关的蛋白质，可将所受到的味觉相关刺激直接传导至神经纤维。Ⅳ型细胞即基底细胞，位于味蕾基底部。Ⅳ型细胞数量最少，还不到味蕾细胞总数的2%。该型细胞可能是一种干细胞，能转变成其他味蕾细胞。

2外周味觉受体及其信号转导机制

2.1外周味觉受体

目前已确定的味觉受体家族有味觉受体第1家族（taste receptor family 1 member，T1R）和味觉受体第2家族（taste receptor family 2 member，T2R）[3]。其中T1R家族由T1R1、T1R2和T1R3蛋白组成，这三个受体都是GPCR。它们以异二聚体的形式发挥作用：T1R1和T1R3蛋白共表达成为鲜味受体，T1R2与T1R3蛋白结合形成甜味受体。T2R则是苦味受体。

T1R2和T1R3蛋白在舌菌状、轮廓、叶状以及上腭中均有表达。Kim等[4]发现，T1R2和T1R3蛋白在菌状中表达丰富。T1R2和T1R3蛋白在与甜味剂的结合中发挥着不同的作用。T1R2蛋白在味觉细胞内不能单独表达，但却可介导某些甜味剂的感知[5]。研究[6-7]证实，T1R2和T1R3蛋白具有多个结合位点，从而对应识别结构各异的甜味刺激物。

T1R1和T1R3蛋白在舌的某些味觉细胞亚型中皆有表达，对L型氨基酸有高度的选择性，而不与D型氨基酸以及天然和人工甜味剂结合。Zhao等[8]利用基因敲除的方法发现，T1r1和T1r3基因敲除的小鼠完全丧失了感受鲜味物质的能力，从而证实由T1R1和T1R3蛋白组成的GPCR是感受鲜味觉的主要受体。亦有研究[9]证实，T1R1与T1R3蛋白复合体可能是舌前部主要的鲜味受体，而在舌后部，其他鲜味受体如代谢型谷氨基酸受体1、代谢型谷氨基酸受体4等却可能发挥着关键性的作用。舌前部和舌后部对鲜味的感受机制不同。T1R1与T1R3蛋白复合体在舌前部的菌状中表达丰富，在舌后部的表达量却很少。

T2R在舌后部的表达量较多，小鼠和大鼠的轮廓和叶状以及上腭味蕾中有15%～20%的味觉细胞表达苦味受体，而菌状味蕾中表达苦味受体的味蕾细胞数量极少。研究[10]证实，多数T2R共表达在一个细胞内，一个味觉细胞可以感知多种苦味物。单个苦味基因可以编码不同的苦味受体，各苦味受体间又形成多种异聚体，从而与各种结构不同的苦味化合物结合[11]。

2.2外周味觉受体的信号转导机制

甜、鲜和苦三种味觉物质信号转导是由不同的GPCR介导的，但是这些受体活化后使用一个共同的信号通路[12]。甜、苦和鲜三种味物质的化学成分并不进入细胞，而是触发味觉细胞内的级联反应。它们结合到味细胞表面的GPCR上，促使G蛋白α亚单位与βγ亚单位分离，Gα亚单位可激活腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC），AC活化后产生的环腺苷酸（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）导致细胞内cAMP浓度升高，cAMP进一步激活蛋白激酶A（protein kinase A，PKA），PKA可通过抑制味觉细胞膜的钾离子通道，引发味觉细胞去极化，刺激VGCC开放，活化味觉受体细胞[13]。Gαβ激活胞内的效应酶PLCβ2（一种在味觉细胞异表达的磷脂酶C），从而生成肌醇三磷酸等第2信使，第2信使的形成触发胞内（如内质网）储藏钙离子的释放，钙离子的释放又刺激TRPM5[14]引起细胞去极化，这种去极化导致了味蕾细胞中动作电位的产生。

2.3酸和咸的味觉受体

2.3.1酸味觉受体传统观点认为，引起酸味觉的物质是细胞外的质子氢离子。后来的观点则认为，氢离子并非引发味觉细胞感受酸味的物质，只有当氢离子进入味觉细胞内才能激发相关的蛋白质，进而传递酸味觉的感受信号至相关神经中枢[15]。酸味觉受体有多种，譬如酸敏感离子通道（acid-sensing ion channel，ASIC）、超极化活化环状核苷酸门控钾通道、钾通道和5-硝基-2-（3-苯丙氨基）苯甲酸敏感型氯离子通道以及瞬时受体家族蛋白多囊肾2样1蛋白（polycystic kidney disease 2-like 1 protein，PKD2L1）、多囊肾1样3蛋白（polycystic kidney disease 1-like 3 protein，PKD1L3）。其中，PKD2L1和PKD1L3与味觉细胞的酸物质感受有关[16]。Huang等[17]利用基因工程方法制备表达PKD2L1味觉细胞缺乏的小鼠模型，结果小鼠对酸物质刺激缺乏敏感性，说明PKD2L1参与了酸物质味觉感受信号的传递。也有研究者[18]认为，酸味觉丧失患者的舌前部缺乏PKD2L1和PKD1L3及ASIC亚基的信使RNA表达。这说明PKD和ASIC在人类酸味觉中起着一定的作用，但是这些受体在体内对酸味觉的作用机制还需要进一步的研究。

2.3.2咸味觉受体因为阿米洛利降低了味觉细胞对NaCl的味觉神经和行为反应[19]，所以上皮钠通道（epithelial sodium channel，ENaC）曾被认为是咸味觉感受器。研究[20]显示，味蕾细胞中缺乏ENaCα亚单位的小鼠完全丧失了对阿米洛利-敏感型NaCl的反应。这就表明在小鼠中，ENaC介导了阿米洛利-敏感型NaCl的反应，阿米洛利-不敏感型成分对NaCl的反应是由一个瞬时受体电位香草酸（transient receptor potential vanillic，TRPV）1变异体介导的。Trpv1基因敲除小鼠用或不用阿米洛利都能够察觉到NaCl，这又表明一定有另外的机制介导了阿米洛利-不敏感型NaCl的反应[21]。目前，有关酸和咸味觉受体尚无一致的结论，因此这两种物质在细胞内的信号转导过程尚不明确。总之，当有味物质活化离子通道型受体时，味觉细胞去极化并由此引发动作电位。

3外周味觉信号调节机制

味觉信息对动物的摄食行为有极大的影响。有证据表明，外周味觉器官的内外因素调节着味觉信息从而维持内环境的稳定。目前，只有甜味觉信号调节机制已经明确，其他的味觉信号调节机制尚不清楚。甜味利于补充能量，对动物是非常有吸引力的。外周味觉器官中，促食欲和减食欲的调节剂调节着甜嗅觉的灵敏度。

单酰基甘油酰基转移酶2（monoacylglycerol acyltransferase 2，MGAT2）俗称瘦素，是一种降低食欲的递质，通过作用于下丘脑受体来减少食物的摄入[22]。MGAT2受体有5种亚型（Ob-Ra～ObRe）。其中，Ob-Rb是一种功能性的MGAT2受体。MGAT2受体有缺陷的db/db小鼠（2型糖尿病小鼠）是相当有食欲的，过度肥胖，并且有糖尿病。这些db/db小鼠较对照组的瘦小鼠对各种甜味物质有着更大的味觉神经反应和行为反应，但链脲霉素诱导的糖尿病小鼠却并没有对甜味表现出较大的反应，说明这种对甜味物质的高灵敏性不是由糖尿病自身诱导的。Kawai等[23]发现：给予MGAT2的对照组小鼠被抑制了鼓索神经对甜味物质的反应，却不影响其对酸、咸和苦味物质的反应；而且，在对照组精瘦小鼠，其鼓索神经对蔗糖的反应与其血浆MGAT2水平呈负相关关系。由此可见，MGAT2有选择性地抑制了小鼠对甜味的敏感性。这种影响可能是由MGAT2受体介导的，因为通过MGAT2对甜味物质的抑制作用在db/db小鼠中并未观察到。味蕾细胞表达Ob-Rb受体[24]，MGAT2通过作用于甜敏感性味觉细胞中的MGAT2受体降低了甜味信息。

内源性大麻素类似物花生四烯酸乙醇胺（Narachidonoylethanolamine，N-AEA）和2-花生四烯酸甘油（2-arachidonoyl glycerol，2-AG）为促食欲递质，它们通过作用于下丘脑、前脑周边的亚麻素受体来引起食欲，从而刺激对食物的摄入。内源性大麻素循环的水平与血浆中MGAT2水平呈负相关关系，因此，内源性大麻素是一种增强对甜味敏感性的潜在性的候补者[25]。给予了N-AEA和2-AG的野生型小鼠，增强了其对甜味剂的味觉神经反应和行为反应，却不影响其对咸、酸、苦和鲜味物质的反应。在大麻（cannabinoid，CB）1基因敲除的小鼠，并没有观察到内源性大麻素类似物的这种对甜味的增速作用。这表明给予内源性大麻素类似物可以选择性地增强对甜味的反应，而且内源性大麻素类似物的这种作用是由其受体CB1介导的。在味蕾细胞之中，大约有60%的T1R3共表达CB1，给予N-AEA和2-AG后，对甜味的敏感性提高。给予AM251（一种CB1拮抗物），内源性大麻素的这种效应将降低。

4展望

味觉同嗅觉、视觉和听觉等一样属于人体特殊感觉，然而味觉方面的研究资料甚为缺乏。随着社会的老龄化及环境变化，味觉障碍者也越来越多，大大降低了人们的生存质量。研究味觉受体、信号转导及其调节机制不仅有助于推动老年性味觉障碍的研究，而且也有利于研发适合各类人群的新的食品。相信借助电生理学、遗传学和分子生物学领域所提供的现代科学方法以及电子芯片等新技术，有关酸和咸味觉信号转导机制，外周味觉信息调节机制等在不久的将来会得到逐步的诠释；而且随着研究的深入，临床上老年性味觉功能减退和围绝经期灼口综合征等疾病也将会有更加行之有效的治疗方法。

5参考文献

[1]孟杨.舌[M]//陈令中,钟翠平,蔡文琴.现代组织学.上海：上海科学技术文献出版社, 2003：744-751.

[2]耿传营,陈志华,向青.味觉细胞受体及信号转导的研究进展[J].中华口腔医学杂志, 2009, 42（12）：770-772.

[3]Amrein H, Bray S. Bitter-sweet solution in taste transduction[J]. Cell, 2003, 112（3）：283-284.

[4]Kim MR, Kusakabe Y, Miura H, et al. Regional expression patterns of taste receptors and gustducin in the mouse tongue[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2003, 312（2）：500-506.

[5]Jiang P, Cui M, Zhao B, et al. Identification of the cyclamate interaction site within the transmembrane domain of the human sweet taste receptor subunit T1R3 [J]. J Biol Chem, 2005, 280（40）：34296-34305.

[6]DuBois GE. Unraveling the biochemistry of sweet and umami tastes[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2004, 101（39）：13972-13973.

[7]Nie Y, Vigues S, Hobbs JR, et al. Distinct contributions of T1R2 and T1R3 taste receptor subunits to the detection of sweet stimuli[J]. Curr Biol, 2005, 15（21）：1948-1952.

[8]Zhao GQ, Zhang Y, Hoon MA, et al. The receptors for mammalian sweet and umami taste[J]. Cell, 2003, 115（3）：255-266.

[9]Kusakabe Y, Kim MR, Miura H, et al. Regional expression patterns of T1r family in the mouse tongue[J]. Chem Senses, 2005, 30（Suppl 1）：i23-i24.

[10]Zhang Y, Hoon MA, Chandrashekar J, et al. Coding of sweet, bitter, and umami tastes：Different receptor cells sharing similar signaling pathways[J]. Cell, 2003, 112（3）：293-301.

[11]Shi P, Zhang J. Contrasting modes of evolution between vertebrate sweet/umami receptor genes and bitter receptor genes[J]. Mol Biol Evol, 2006, 23（2）：292-300.

[12]Niki M, Yoshida R, Takai S, et al. Gustatory signaling in the periphery：Detection, transmission, and modulation of taste information[J]. Biol Pharm Bull, 2010, 33（11）：1772-1777.

[13]Nakagawa Y, Nagasawa M, Yamada S, et al. Sweet taste receptor expressed in pancreatic beta-cells activates the calcium and cyclic AMP signaling systems and stimulates insulin secretion[J]. PLoS One, 2009, 4（4）：e5106.

[14]Zhang Z, Zhao Z, Margolskee R, et al. The transduction channel TRPM5 is gated by intracellular calcium in taste cells[J]. J Neurosci, 2007, 27（21）：5777-5786.

[15]Johanningsmeier SD, MeFeeters RF, Drake M. A hypothesis for the chemical basis for perception of sour taste[J]. J Food Sci, 2005, 70（2）：R44-R48.

[16]Ishii S, Misaka T, Kishi M, et al. Acetic acid activates PKD1L3-PKD2L1 channel—a candidate sour taste receptor[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2009, 385（3）：346-350.

[17]Huang AL, Chen X, Hoon MA, et al. The cells and logic for mammalian sour taste detection[J]. Nature, 2006, 442（7105）：934-938.

[18]Huque T, Cowart BJ, Dankulich-Nagrudny L, et al. Sour ageusia in two individuals implicates ion channels of the ASIC and PKD families in human sour taste perception at the anterior tongue[J]. PLoS One, 2009, 4（10）：e7347.

[19]Yoshida R, Horio N, Murata Y, et al. NaCl responsive taste cells in the mouse fungiform taste buds[J]. Neuroscience, 2009, 159（2）：795-803.

[20]Lyall V, Heck GL, Vinnikova AK, et al. The mammalian amiloride-insensitive non-specific salt taste receptor is a vanilloid receptor-1 variant[J]. J Physiol, 2004, 558（Pt 1）：147-159.

[21]Ruiz C, Gutknecht S, Delay E, et al. Detection of NaCl and KCl in TRPV1 knockout mice[J]. Chem Senses, 2006, 31（9）：813-820.

[22]Friedman JM. Modern science versus the stigma of obesity[J]. Nat Med, 2004, 10（6）：563-569.

[23]Kawai K, Sugimoto K, Nakashima K, et al. Leptin as a modulator of sweet taste sensitivities in mice [J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2000, 97（20）：11044-11049.

[24]Martin B, Shin YK, White CM, et al. Vasoactive intestinal peptide-null mice demonstrate enhanced sweet taste preference, dysglycemia, and reduced taste bud leptin receptor expression[J]. Diabetes, 2010, 59（5）：1143-1152.

[25]Yoshida R, Ohkuri T, Jyotaki M, et al. Endocannabinoids selectively enhance sweet taste[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010, 107（2）：935-939.