Вкусовой рецептор или тастант — это тип клеточного рецептора , который облегчает ощущение вкуса . Когда пища или другие вещества попадают в рот, молекулы взаимодействуют со слюной и связываются со вкусовыми рецепторами в полости рта и других местах. Молекулы, которые дают ощущение вкуса, считаются «сочными». [1]
Вкусовые рецепторы позвоночных делятся на два семейства: [ необходима ссылка ]
Визуальный, обонятельный, «сапический» (восприятие вкусов), тройничный (горячий, холодный), механический — все они способствуют восприятию вкуса . Из них ваниллоидные рецепторы подсемейства V члена 1 катионного канала транзиторного рецепторного потенциала ( TRPV1 ) отвечают за восприятие тепла от некоторых молекул, таких как капсаицин, а рецептор CMR1 отвечает за восприятие холода от таких молекул, как ментол , эвкалиптол и ицилин . [1]
Вкусовая система состоит из вкусовых рецепторных клеток во вкусовых сосочках . Вкусовые сосочки, в свою очередь, содержатся в структурах, называемых сосочками . Существует три типа сосочков, участвующих во вкусе: грибовидные сосочки , листовидные сосочки и желобоватые сосочки . (Четвертый тип - нитевидные сосочки не содержат вкусовых сосочков). Помимо сосочков, вкусовые рецепторы также находятся на нёбе и в ранних частях пищеварительной системы , таких как гортань и верхняя часть пищевода . Существует три черепных нерва , которые иннервируют язык: блуждающий нерв , языкоглоточный нерв и лицевой нерв . Языкоглоточный нерв и ветвь барабанной струны лицевого нерва иннервируют вкусовые рецепторы TAS1R и TAS2R. Наряду со вкусовыми рецепторами на языке, эпителий кишечника также оснащен тонкой хемосенсорной системой, которая передает сенсорную информацию нескольким эффекторным системам, участвующим в регуляции аппетита, иммунных реакций и моторики желудочно-кишечного тракта. [5]
В 2010 году исследователи обнаружили горькие рецепторы в легочной ткани, которые расслабляют дыхательные пути при контакте с горьким веществом. Они считают, что этот механизм является эволюционно адаптивным, поскольку он помогает избавиться от легочных инфекций, но также может быть использован для лечения астмы и хронической обструктивной болезни легких . [6]
Рецептор сладкого вкуса (T1R2/T1R3) можно найти в различных внеротовых органах по всему телу человека, таких как мозг, сердце, почки, мочевой пузырь, эпителий носовых дыхательных путей и т. д. В большинстве органов функция рецептора неясна. [7] Было обнаружено, что рецептор сладкого вкуса, обнаруженный в кишечнике и поджелудочной железе, играет важную роль в метаболической регуляции процесса восприятия углеводов в кишечнике и в секреции инсулина. [8] Этот рецептор также находится в мочевом пузыре, что позволяет предположить, что потребление искусственных подсластителей, активирующих этот рецептор, может вызвать чрезмерное сокращение мочевого пузыря. [9]
Вкус помогает идентифицировать токсины , поддерживать питание и регулировать аппетит, иммунные реакции и моторику желудочно-кишечного тракта. [5] Сегодня различают пять основных вкусов: соленый, сладкий, горький, кислый и умами . Ощущения соленого и кислого вкуса определяются через ионные каналы . Однако сладкий, горький и умами вкусы определяются с помощью вкусовых рецепторов, связанных с G-белком . [10]
Кроме того, некоторые агенты могут действовать как модификаторы вкуса , например, миракулин или куркулин для сладкого или стерубин для маскировки горького .
Стандартный рецептор горького, сладкого или умами вкуса представляет собой рецептор, сопряженный с G-белком , с семью трансмембранными доменами . Связывание лиганда с рецепторами вкуса активирует каскады вторичных мессенджеров для деполяризации вкусовой клетки. Густдуцин является наиболее распространенной вкусовой субъединицей Gα, играющей главную роль в восприятии горького вкуса TAS2R. Густдуцин является гомологом трансдуцина , G-белка, участвующего в передаче зрения. [11] Кроме того, вкусовые рецепторы совместно используют ионный канал TRPM5, а также фосфолипазу PLCβ2. [12]
Гетеродимерный рецептор TAS1R1 + TAS1R3 функционирует как рецептор умами, реагируя на связывание L- аминокислот , особенно L- глутамата . [2] Вкус умами чаще всего ассоциируется с пищевой добавкой глутаматом натрия (MSG) и может быть усилен за счет связывания молекул инозинмонофосфата (IMP) и гуанозинмонофосфата (GMP). [13] [14] Клетки, экспрессирующие TAS1R1+3, в основном находятся в грибовидных сосочках на кончике и краях языка и в клетках вкусовых рецепторов неба в нёбе. [2] Показано, что эти клетки образуют синапсы на нервах chorda tympani , чтобы посылать свои сигналы в мозг, хотя была обнаружена некоторая активация языкоглоточного нерва . [13] [15]
Альтернативные кандидаты на роль рецепторов вкуса умами включают варианты сплайсинга метаботропных рецепторов глутамата, mGluR4 и mGluR1 , а также рецептор NMDA . [10] [16] [17] [18]
В ходе эволюции певчих птиц рецептор вкуса умами претерпел структурные изменения в месте связывания лиганда, что позволило этим птицам ощущать сладкий вкус с помощью этого рецептора. [19]
Гетеродимерный рецептор TAS1R2 + TAS1R3 функционирует как сладкий рецептор , связываясь с широким спектром сахаров и заменителей сахара . [2] [20] Клетки, экспрессирующие TAS1R2+3, находятся в желобоватых сосочках и листовидных сосочках около задней части языка и в клетках вкусовых рецепторов нёба в нёбе. [2] Показано, что эти клетки образуют синапсы на барабанной струне и языкоглоточном нерве, чтобы посылать свои сигналы в мозг. [10] [15] Гомодимер TAS1R3 также функционирует как сладкий рецептор во многом так же, как TAS1R2+3, но имеет пониженную чувствительность к сладким веществам. Натуральные сахара легче обнаруживаются рецептором TAS1R3, чем заменители сахара . Это может помочь объяснить, почему сахар и искусственные подсластители имеют разные вкусы. [21] Генетические полиморфизмы в TAS1R3 частично объясняют разницу в восприятии сладкого вкуса и потреблении сахара между людьми афроамериканского происхождения и людьми европейского и азиатского происхождения. [22] [23]
Ощущение сладкого вкуса менялось на протяжении эволюции разных животных. Млекопитающие ощущают сладкий вкус, передавая сигнал через гетеродимер T1R2/T1R3, рецептор сладкого вкуса. Однако у птиц мономера T1R2 не существует, и они ощущают сладкий вкус через гетеродимер T1R1/T1R3, рецептор вкуса умами, который претерпел модификации в ходе их эволюции. Недавно проведенное исследование показало, что на этапах эволюции певчих птиц наблюдалось снижение способности ощущать вкус умами и увеличение способности ощущать сладкий вкус, тогда как изначальный родитель певчих птиц мог ощущать только вкус умами. Исследователи обнаружили возможное объяснение этого явления в структурном изменении в месте связывания лиганда рецептора умами между ощущающими и не ощущающими сладкий вкус певчими птицами. Предполагается, что со временем произошла мутация в месте связывания, что позволило им ощущать сладкий вкус через рецептор вкуса умами. [19]
Белки TAS2R ( InterPro : IPR007960 ) функционируют как рецепторы горького вкуса. [24] Существует 43 человеческих гена TAS2R , каждый из которых (за исключением пяти псевдогенов ) не имеет интронов и кодирует белок GPCR . [10] Эти белки, в отличие от белков TAS1R, имеют короткие внеклеточные домены и расположены во вкусовых почках желобоватых сосочков , неба , листовидных сосочков и надгортанника , с пониженной экспрессией в грибовидных сосочках . [3] [10] Хотя несомненно, что несколько TAS2R экспрессируются в одной клетке вкусового рецептора, все еще ведутся споры о том, могут ли млекопитающие различать вкусы разных горьких лигандов . [3] [10] Однако некоторое перекрытие должно иметь место, поскольку горьких соединений гораздо больше, чем генов TAS2R. Распространенные горькие лиганды включают циклогексимид , денатоний , PROP ( 6 -н -пропил-2-тиоурацил ), PTC ( фенилтиокарбамид ) и β- глюкопиранозиды . [10]
Передача сигнала горьких стимулов осуществляется через α-субъединицу густдуцина . Эта субъединица белка G активирует вкусовую фосфодиэстеразу и снижает уровни циклических нуклеотидов . Дальнейшие шаги в пути передачи пока неизвестны. βγ-субъединица густдуцина также опосредует вкус, активируя IP 3 ( инозитолтрифосфат ) и DAG ( диглицерид ). Эти вторичные мессенджеры могут открывать управляемые ионные каналы или вызывать высвобождение внутреннего кальция . [25] Хотя все TAS2R расположены в клетках, содержащих густдуцин, нокаут густдуцина не полностью устраняет чувствительность к горьким соединениям, что предполагает избыточный механизм горького вкуса [12] (неудивительно, учитывая, что горький вкус обычно сигнализирует о наличии токсина ) . [12] Один из предложенных механизмов горького вкуса, независимого от густдуцина, заключается в взаимодействии ионных каналов со специфическими горькими лигандами, аналогично взаимодействию ионных каналов, которое происходит при ощущении кислых и соленых стимулов. [10]
Одним из наиболее изученных белков TAS2R является TAS2R38 , который участвует в восприятии вкуса как PROP, так и PTC. Это первый вкусовой рецептор, полиморфизмы которого , как показано, отвечают за различия в восприятии вкуса. Текущие исследования сосредоточены на определении других подобных полиморфизмов, определяющих фенотип вкуса. [10] Более поздние исследования показывают, что генетические полиморфизмы в других генах рецепторов горького вкуса влияют на восприятие горького вкуса кофеина, хинина и денатониум бензоата. [26]
Было показано, что рецепторы горечи (TAS2R) играют важную роль во врожденной иммунной системе дыхательных путей ( нос и пазухи ) реснитчатых эпителиальных тканей. [27] Эта врожденная иммунная система добавляет «активную крепость» [28] к физическому поверхностному барьеру иммунной системы . Эта фиксированная иммунная система активируется путем связывания лигандов со специфическими рецепторами. Этими естественными лигандами являются бактериальные маркеры, например, TAS2R38 : ацилгомосериновые лактоны [29] или хинолоны [30], вырабатываемые Pseudomonas aeruginosa . Для защиты от хищников некоторые растения вырабатывают имитирующие бактериальные маркеры вещества. Эти растительные имитаторы интерпретируются языком и мозгом как горечь . Фиксированные рецепторы иммунной системы идентичны рецепторам горького вкуса , TAS2R. Горькие вещества являются агонистами фиксированной иммунной системы TAS2R. [27] Врожденная иммунная система использует оксид азота и дефензины , которые способны уничтожать бактерии, а также вирусы. [31] [32] Эти фиксированные врожденные иммунные системы (активные крепости) известны и в других эпителиальных тканях, помимо верхних дыхательных путей ( нос , придаточные пазухи носа , трахея , бронхи ), например: грудь (клетки эпителия молочной железы), кишечник , а также кожа человека (кератиноциты) [33] Горькие молекулы, связанные с ними рецепторы горького вкуса, а также последовательности и гомологические модели рецепторов горького вкуса доступны через BitterDB .
Исторически считалось, что кислый вкус возникает исключительно тогда, когда свободные ионы водорода (H + ) напрямую деполяризуют вкусовые рецепторы. Однако сейчас предлагаются специфические рецепторы для кислого вкуса с другими методами действия. Каналы HCN были таким предложением; поскольку они являются циклическими нуклеотид-зависимыми каналами. Два ионных канала, которые сейчас предположительно способствуют кислому вкусу, — это ASIC2 и TASK-1.
Различные рецепторы также были предложены для соленого вкуса, наряду с возможным обнаружением вкуса липидов, сложных углеводов и воды. Доказательства для этих рецепторов были неубедительными в большинстве исследований млекопитающих. Например, предложенный рецептор ENaC для обнаружения натрия может быть показан только для того, чтобы способствовать вкусу натрия у Drosophila . [10] Однако было показано, что протеолизированные формы ENaC функционируют как рецептор вкуса соли у человека. Протеолиз - это процесс, при котором белок расщепляется. Считается, что зрелая форма ENaC протеолизирована, однако характеристика того, какие протеолизированные формы существуют в тех или иных тканях, неполна. Протеолиз клеток, созданных для сверхэкспрессии гетеромультимерного ENaC, включающего альфа-, бета- и гамма-субъединицы, использовался для идентификации соединений, которые селективно усиливали активность протеолизированного ENaC по сравнению с непротеолизированным ENaC. Сенсорные исследования на людях показали, что соединение, которое усиливает протеолизированный ENaC, усиливает соленый вкус поваренной соли или хлорида натрия, подтверждая, что протеолизированный ENaC является первым рецептором вкуса соли у человека. [34]
Фермент, связанный с кислым рецептором, передает информацию о газированной воде. [35]
Был идентифицирован возможный рецептор вкуса жира, CD36 . [36] CD36 был локализован в желобоватых и листовидных сосочках , которые присутствуют во вкусовых рецепторах [37] и где вырабатывается лингвальная липаза , и исследования показали, что рецептор CD36 связывает длинноцепочечные жирные кислоты . [38] Различия в количестве экспрессии CD36 у людей были связаны с их способностью ощущать вкус жиров, [39] создавая случай для связи рецептора с ощущением вкуса жира. Дальнейшие исследования рецептора CD36 могут быть полезны для определения существования истинного рецептора, ощущающего вкус жира.
Рецептор свободных жирных кислот 4 (также называемый GPR120) и, в гораздо меньшей степени, рецептор свободных жирных кислот 1 (также называемый GPR40) [40] участвуют в реакции на пероральный жир [41] , а их отсутствие приводит к снижению предпочтения жира и снижению нейронной реакции на перорально вводимые жирные кислоты [42] .
Было показано, что TRPM5 участвует в реакции на оральный жир и идентифицирован как возможный рецептор орального жира, но последние данные представляют его в первую очередь как нисходящего участника. [43] [44]
Гены рецепторов горького вкуса человека называются TAS2R1 - TAS2R64, со многими пробелами из-за несуществующих генов, псевдогенов или предлагаемых генов, которые не были аннотированы к самой последней сборке человеческого генома. Многие гены рецепторов горького вкуса также имеют запутанные синонимы с несколькими разными именами генов, ссылающимися на один и тот же ген. Полный список генов рецепторов горького вкуса человека см. в таблице ниже:
У многих видов вкусовые рецепторы показали потерю функций. Эволюционный процесс, в котором вкусовые рецепторы потеряли свою функцию, считается адаптивной эволюцией, где он связан с экологией питания, чтобы управлять специализацией и бифуркацией вкусовых рецепторов. [45] Из всех вкусовых рецепторов, горький, сладкий и умами, как показано, имеют корреляцию между инактивацией вкусовых рецепторов и пищевым поведением. [45] Однако нет никаких убедительных доказательств, которые бы поддерживали отсутствие генов рецепторов горького вкуса у каких-либо позвоночных. [45]
Рецептор сладкого вкуса является одним из вкусовых рецепторов, где функция была утрачена. У млекопитающих преобладающим рецептором сладкого вкуса является вкусовой рецептор типа 1 Tas1r2/Tas1r3. [46] Некоторые виды млекопитающих, такие как кошки и летучие мыши-вампиры, показали неспособность ощущать сладкий вкус. [46] У этих видов причиной потери функции рецептора сладкого является псевдогенизация Tas1r2 . [46] Псевдогенизация Tas1r2 также наблюдается у видов не млекопитающих, таких как куры и безъязыкая западная шпорцевая лягушка, и эти виды также демонстрируют неспособность ощущать сладкий вкус. [46] Псевдогенизация Tas1r2 широко распространена и независима в отряде Carnivora. [46] Многие исследования показали, что псевдогенизация вкусовых рецепторов вызвана вредной мутацией в открытых рамках считывания (ORF). [47] В ходе исследования было обнаружено, что у некошачьих плотоядных видов были выявлены мутации Tas1r2, нарушающие ORF, и они возникали независимо среди видов. [46] Они также показали высокую изменчивость в своих линиях. [46] Предполагается, что псевдогенизация Tas1r2 произошла в результате конвергентной эволюции, когда плотоядные виды утратили способность ощущать сладкий вкус из-за пищевого поведения. [46]
Умами также является вкусовым рецептором, функция которого утеряна у многих видов. Преобладающими вкусовыми рецепторами умами являются Tas1r1/Tas1r3. [46] В двух линиях водных млекопитающих, включая дельфинов и морских львов, было обнаружено, что Tas1r1 псевдогенизирован. [46] Псевдогенизация Tas1r1 также была обнаружена у наземных плотоядных видов. [46] Хотя панда принадлежит к отряду хищных, она травоядна, 99% ее рациона составляет бамбук, и она не может ощущать вкус умами. [48] Последовательность генома панды показывает, что ее ген Tas1r1 псевдогенизирован. [48] В ходе исследования было обнаружено, что у всех видов отряда хищных, за исключением панды, открытая рамка считывания сохранилась. [48] У панды соотношение несинонимичных и синонимичных замен оказалось намного выше, чем у других видов отряда Carnivora. [48] Эти данные коррелируют с датой ископаемых записей панды, чтобы показать, когда панда перешла от плотоядного к травоядному рациону. [46] Таким образом, предполагается, что потеря функции умами у панды вызвана изменением рациона, когда панда стала меньше зависеть от мяса. [46] Однако эти исследования не объясняют травоядных животных, таких как лошади и коровы, которые сохранили рецептор Tas1r1. [48]
В целом, потеря функции вкусового рецептора является эволюционным процессом, который произошел из-за изменения рациона питания у видов. [47]
Список различных типов клеток в организме взрослого человека