揭开苦味受体的神秘“面纱”

刘志杰

2022年9月16日，研究人员在马钱子碱激活人源苦味受体TAS2R46的结构研究中取得突破，在国际上首次揭开苦味受体的神秘“面纱”。那么，什么是苦味受体？关于它的研究对人类有什么意义呢？

不同苦味分子激活表达在味蕾上的苦味受体TAS2R46的艺术展示图。该图艺术化地展示了口腔内部构造，背景是喉头和悬雍垂，舌头上的彩色突起模拟了味蕾，而画面前方与苦味受体分子结合的是具有苦味的植物（绘图/Julie Liu）

苦味的故事

对体外环境的感知是人类生存、交流和进化的基本能力，其中人體的味觉系统是能量摄入和防范中毒的重要器官。中华文明很早就对味觉有着深刻的认识，例如“民以食为天”和“五味杂陈”的说法，不但说明人类对饮食的重视程度，还归类了人体的5种味觉——酸、甜、苦、辣、咸。现代科学的“五味”中将“辣”换成了“鲜”，因为辣是一种痛觉。

在日常生活中我们能接触到各式各样的苦味物质，如苦瓜、黑巧克力、中药等。那么，人们是如何来感受这些苦味物质的呢？现代科学认为，苦味的感知是人类长期进化的一种防御机制，担负着保护人体免于摄入有毒物质的预警任务，因为大部分有毒物质都是苦的。因此，苦味受体被称为人体免于中毒的“预警哨兵”。

味觉受体“家族”

苦味信息的传递依赖位于舌头不同部位的味蕾，就是一些微微凸起的部分，包括位于舌尖的菌状乳头、位于舌外侧边缘的叶状乳头、位于舌后部的环状乳头，都包裹着几个到几千个不等的味蕾，这就是我们的味觉接收器了。

梨形的味蕾由50～100个细胞组成，在味蕾内，感受味觉的味觉受体细胞排列紧密，形状细长，它们分为4种类型，分别是I、II、III和IV型味觉细胞，其中II型味觉细胞表面有表达感受甜味、鲜味和苦味的G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors， GPCRs）。

目前在人体中鉴定出25种苦味受体，它们均属于II型味觉细胞家族（TAS2R）。当我们摄入苦味物质后，苦味分子与苦味受体结合并将其激活，激活的苦味受体通过偶联下游的G蛋白将细胞外的苦味信号传递到细胞内，从而向下继续进行级联信号传递，再通过神经纤维最终激活大脑当中的味觉皮层，产生味觉感知。

人类舌头结构示意图

需要特别指出的是，每个苦味受体对于苦味分子的识别范围是不同的，有的苦味受体可以识别的苦味分子范围很广，我们称为广谱类受体，而有些苦味受体只能识别带有特殊基团的苦味分子。25种苦味受体协同工作，我们才能尝到舌尖上各种各样的“苦”。

“预警哨兵”的工作日常

那么，苦味分子和苦味受体是如何结合并将苦味信号向下游传递的呢？中国科研人员使用高分辨冷冻电子透射显微镜，解析了其中一个苦味受体TAS2R46与马钱子碱结合状态的结构。

苦味受体TAS2R46属于广谱类受体，可以识别多种多样的苦味分子。更有意思的是，除了口腔，苦味受体TAS2R46在呼吸道、肠道、脑和心脏等组织也有显著表达。

马钱子碱是从植物马钱子中提取的生物碱分子，具有抗炎镇痛等药用效果，但同时也有较大的毒性。

如右图所示，在解析的结构中，马钱子碱分子结合在苦味受体TAS2R46的正构口袋中，该口袋呈漏斗状，其中TAS2R46第88位的残基（氨基酸）-色氨酸充当底座，与马钱子碱的苯环产生相互作用，来实现对多种苦味分子的快速识别。

有趣的是，研究团队还意外发现，在苦味分子还未结合时，苦味受体TAS2R46与下游的味转导素（gustducin）可以预先结合。这可能是因为，苦味受体作为人体免于中毒的“预警哨兵”，必须进化出高效监测食物中的大量味觉分子，并迅速将苦味信号传递至大脑的能力。另外，研究团队还首次发现负责苦味受体TAS2R46激活的关键开关——残基–第241位的酪氨酸。

通过对TAS2R46与马钱子碱、味转导素的复合物的结构研究，可以进一步探索苦味受体的化学感知机制，促进针对苦味受体相关疾病的药物研发，帮助那些嗅觉、味觉失调的患者重获健康！

（责任编辑 / 高琳  美术编辑 / 周游）