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苦即是甜?看科学家如何帮你脱离“苦”海
来源: 中国生物技术网   发布者:尹海华   日期:2017-08-11   今日/总浏览:7/705

研究人员通过将小鼠舌头上感知甜味和苦味的细胞扰乱,搞清楚了味觉系统是如何对自身进行重连接的。该研究由美国哥伦比亚大学霍华德·休斯医学研究所(HHMI)的研究员Charles Zuker主导,研究结果揭示出细胞如何持续地进行重连接来保证味觉能力平稳运行,使味觉信息可以从舌头传递到大脑。并且,对于那些喝汤药困难户而言,这项研究有望带你们脱离“苦”海。

该研究已在线发表在8月9日的《Nature》上(点击左下角阅读原文)。研究的第一作者Zuker实验室的博士后研究人员Hojoon Lee说,人类感知酸甜苦辣咸的能力是与生俱来的。我们大部人天生就讨厌酸味和苦味,并被甜美的东西所吸引。

虽然似乎味道只是一种快乐(或轻微的厌恶),但这些反应可能是生存的关键,特别是其他动物。甜味可以表达营养丰富的食物,而苦味可以标记致命的毒药。

对于如此重要的工作,味觉系统的更替率非常高。舌头上检测味道的细胞持续地死亡和替换。这些味觉受体细胞存在于味蕾上,大约只能存活两周左右,也就是说干细胞需要持续地生成新的味觉受体细胞。

味觉细胞的寿命非常短,这就带来了一个问题:既然更替率这么高,味觉系统是如何可靠工作的呢?味蕾细胞和神经元之间的连接必须经常要精准地进行重连接才能保证味觉系统的正常工作。Zuker说:“如果连接不正确,就会引起错误的行为反应。”但是味觉系统是如何完成这个复杂的任务,目前仍是个谜题。

Lee说:“尤其是,我们对于味觉系统的连接知之甚少。”通过复杂的遗传学和单细胞功能成像,Zuker和Lee改造出了两种拥有混乱味觉系统的转基因小鼠。之后,研究人员们观察错误连接是如何将苦味受体细胞连接到甜味神经元上,或者将甜味受体细胞连接到苦味神经元上。

每种味觉受体细胞能够检测五种味道之一。当细胞识别到一种味道,它就会开始行动。这种活动是由源自位于小鼠耳朵后面的神经节神经元所拾取的。这些神经元从舌头向大脑发送味觉信息。

图片来源:Nature

为了弄清楚神经节神经元是如何找到并重新正确地连接到新生的味觉受体细胞,Zuker和Lee专注于甜味和苦味。使用称为RNA-seq的方法,他们发现可能起到关键信号的两个分子。苦味感知味觉受体细胞生成一种名叫脑信号蛋白(Semaphorin)3A的分子,而甜味感知味觉受体细胞生成一种名叫脑信号蛋白(Semaphorin)7A的分子。这两种分子都能够帮助神经环路建立正确地连接。

在小鼠味蕾细胞中,脑信号蛋白3A(绿色)帮助苦味感知受体吸引正确的神经目标。脑信号蛋白7A(红色)标记感知甜味的细胞。图片来源:Nature

接下来,研究人员对苦味感知味觉受体细胞缺少Semaphorin 3A突变的小鼠进行测试。大部分神经节神经元连接到感知相同味道的受体细胞上。但是如果没有Semaphorin 3A,之前的苦味神经节神经元会扩张,到达其他种类的味觉受体细胞上。这些神经节细胞中几乎有一半对甜味、鲜味、咸味也有响应。

接下来研究人员进行了更多的扰乱行为。他们对小鼠进行基因修改,使小鼠的甜味和咸味味觉受体细胞可以生成Semaphorin 3A这种苦味信号(而不是在苦味味觉受体细胞中生成),那些正常情况下对苦味有反应的神经元对甜味也有反应了。小鼠的行为也反映出了这种混乱——无法区分出普通的水和混有奎宁的苦味水。

图片来源:Nature

研究人员还对Semaphorin 7A这种甜味信号进行了相似的实验,让苦味感知受体细胞生成Semaphorin 7A,也得到了类似的结果。正常情况下对甜味反应的神经节细胞也能检测到苦味了。

图片来源:Nature

该结果证实,新生成味觉受体细胞中的特殊化学信号可以将正确的神经细胞吸引过来并建立连接。Zuker说:“在新的味觉细胞生成时,它们会给出‘指示’,以建立正确连接。”

该实验使用小鼠进行,但是小鼠和人类的味觉系统之间存在明显的相似性,Lee认为该结论也适用于人类。通过揭示出味觉系统如何持续地对自身进行修复,该研究可以使人们更深地理解味觉是如何被组织和连接的,以及味觉系统的信号是如何到达大脑的。


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