動物腸道甜味受體和糖類營養(yǎng)感應(yīng)

楊晶晶，李 菁，王玉輝，李小英

（西藏職業(yè)技術(shù)學(xué)院 850030）

味覺是動物的一種基本生理感覺，現(xiàn)在普遍認(rèn)為有甜、鮮、苦、酸、咸這五種基本味覺組合。過去人們一直認(rèn)為動物的味覺感受只存在于口腔中，但最近的研究表明，腸道不僅具有消化吸收功能，同時(shí)也是味覺感受器官，其內(nèi)壁黏膜上分布味覺感受器。味覺中的甜味主要影響飼料的適口性和動物的采食量，進(jìn)而影響其生長發(fā)育和生產(chǎn)性能。黏膜甜味受體也存在于腸道化學(xué)感受系統(tǒng)中[1]。因此本文就腸道甜味受體的感應(yīng)機(jī)制進(jìn)行綜述，為動物腸道的糖類營養(yǎng)感應(yīng)研究提供參考。

1 甜味受體的定位和結(jié)構(gòu)

目前發(fā)現(xiàn)的味覺受體分為1 型味覺受體（Taste receptor family 1 member，T1Rs）和2 型味覺受體（Taste receptor family 2 member，T2Rs）。T1R 主要有T1R1、T1R2、T1R3 三個(gè)亞基，其中T1R2 和T1R3 組成甜味受體，T1R1 和T1R3 組成鮮味受體；T2R 是苦味受體。最近的研究發(fā)現(xiàn)，甜味受體不僅存在于腸道黏膜上，還存在于機(jī)體的很多器官（心、腦、腎臟、B 淋巴細(xì)胞等）中。甜味受體在口腔中主要起到甜味識別的作用，而在外周組織（胃腸道、胰腺等）中的作用可能與其特定部位的味覺感知和能量代謝平衡相關(guān)，但它們中大多數(shù)的功能尚不完全清楚，有待深入研究。

甜味受體能識別糖類、人工甜味劑、氨基酸、甜味蛋白和二肽等甜味物質(zhì)，但不同物種甜味受體的結(jié)構(gòu)和序列存在變異，因此對甜味劑的識別也不同。豬識別不了一些人工甜味劑如阿斯巴甜、新橙皮苷二氫查耳酮等(neohesperidin dihydrochalcone,NHDC)，貓識別不了所有的甜味劑，因?yàn)樗腡1R2 基因已進(jìn)化成假基因，不表達(dá)T1R2 受體。

1.1 甜味受體的結(jié)構(gòu)

甜味受體屬于G 蛋白耦聯(lián)受體(G protein coupled receptors,GPCRs)家族C 亞型成員，是一類具有典型結(jié)構(gòu)的GPCR，它們擁有大的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域，包括捕蟲草結(jié)構(gòu)域(venus flytrap module,VFTM)、半胱氨酸富集結(jié)構(gòu)域(cysteine rich domain,CRD) 和七次螺旋跨膜結(jié)構(gòu)域(transmembrane domain,TMD)。甜味受體由T1R2 和T1R3 以異源二聚體的形式結(jié)合發(fā)揮作用，將T1R2或T1R3 單個(gè)基因敲除的小鼠保留對高濃度糖的殘存反應(yīng)，而雙基因T1R2/T1R3 同時(shí)敲除小鼠的這種反應(yīng)消失；T1R3 在舌及腭某些上皮組織味覺受體細(xì)胞中以同型二聚體的形式單獨(dú)表達(dá)，可作為低親和力的糖受體；表明T1R2 和T1R3 單個(gè)受體可能起到低親和力糖受體作用[2]。T1R2 和T1R3 亞基的三個(gè)結(jié)構(gòu)域存在多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，不同類型的甜味物質(zhì)與甜味受體結(jié)合位點(diǎn)各不相同。

1.2 甜味受體激活機(jī)制

蔗糖、阿斯巴甜、D-色氨酸、三氯蔗糖和紐甜等作用于T1R2 受體的VFTM 結(jié)構(gòu)域，而NHDC、甜蜜素以及甜味抑制劑lactisole 作用于T1R3 受體的跨膜區(qū)域TMD，以代謝型谷氨酸受體(mGluR)的胞外區(qū)域?yàn)槟０澹瑢μ鹞妒荏w同源建模，發(fā)現(xiàn)小分子甜味劑如阿斯巴甜、蔗糖等進(jìn)入到甜味受體胞外VFTM 結(jié)構(gòu)域的兩個(gè)肺葉型結(jié)構(gòu)中間的“結(jié)合口袋”，與“結(jié)合口袋”周圍的特定氨基酸互作，使兩個(gè)肺葉型結(jié)構(gòu)“合攏”，形成受體配體結(jié)合型的穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)[3]。上述胞外結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象變化可導(dǎo)致跨膜與胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象改變，或使T1R2 與T1R3 二聚體之間的界面接近，并最終導(dǎo)致受體的激活。另外，研究人員依賴于分子模擬提出的甜味蛋白激活受體的“楔形物模型”(wedge model)，即甜味蛋白質(zhì)的楔形表面結(jié)合于受體胞外VFTM 結(jié)構(gòu)域上兩個(gè)肺葉型結(jié)構(gòu)組成的口袋的外側(cè)凹面，引起“長距離”信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而激活受體[4]。

1.3 甜味受體在腸道的定位

在對腸道甜味受體的研究中，J.Dyer 等用反轉(zhuǎn)錄PCR、實(shí)時(shí)PCR 和WB 從mRNA 和蛋白質(zhì)水平均印證了甜味受體存在于小腸黏膜上。在CD-1 品系小鼠的小腸黏膜上有T1R2 和TIR3的二聚體共表達(dá)，表達(dá)水平空腸段明顯高于其他的小腸段，甜味受體的表達(dá)水平不僅在小腸縱軸方向上存在差異，在同一腸絨毛軸上的表達(dá)也不同，絨毛處表達(dá)水平明顯高于腺窩處。另外，在小鼠腸道內(nèi)分泌細(xì)胞系STC1 中也檢測到T1Rs 受體家族的表達(dá)。

對豬小腸黏膜的甜味受體進(jìn)行免疫熒光檢測定位，發(fā)現(xiàn)所有的T1R3-表達(dá)細(xì)胞均能表達(dá)甜味受體信號因子Gαgust，許多的T1R3-表達(dá)細(xì)胞有T1R2 的表達(dá)，少量T1R3 亞基也在其他細(xì)胞表達(dá)。T1R2 和Gαgust 都與嗜鉻粒蛋白A 共表達(dá)，這些能表達(dá)T1Rs 和Ggust 的細(xì)胞呈現(xiàn)三角形或盤狀形狀，表明這些細(xì)胞屬于腸內(nèi)分泌譜系，從而證明甜味味覺受體只在內(nèi)分泌細(xì)胞中表達(dá)。

1.4 甜味受體在口腔和腸道的區(qū)別

味覺感受系統(tǒng)在腸道與口腔的表現(xiàn)既有相似又有不同，如腸道和口腔的甜味受體均可感受出甜度的變化，且T1R2 對甜度的變化更敏感；而T1R3 在腸道與口腔隨甜度變化的表達(dá)趨勢是不一致的，另外，腸道味覺感受系統(tǒng)具有其特定功能如調(diào)解葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體等。

口腔中味覺的感受主要是通過味蕾，味蕾由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型細(xì)胞組成，其中Ⅰ型細(xì)胞包圍在Ⅱ、Ⅲ型細(xì)胞周圍，防止味覺信號的過度擴(kuò)散；甜味受體主要位于Ⅱ型細(xì)胞上，能感受甜味物質(zhì)的刺激，但沒有突觸不能直接傳遞給傳入神經(jīng)；而是將甜味刺激通過具有突觸結(jié)構(gòu)的Ⅲ型細(xì)胞傳遞給味覺傳入神經(jīng)從而傳達(dá)到神經(jīng)中樞系統(tǒng)（CNS）[5]。而在腸道黏膜傳感營養(yǎng)成分是通過上皮間接釋放信號給神經(jīng)，腸道中位于內(nèi)分泌細(xì)胞上的甜味受體感受腸腔內(nèi)容物的甜味刺激后釋放腸激素（如GLP1），腸激素?cái)U(kuò)散進(jìn)入血液然后作用其他靶位點(diǎn)，或者與附近的來自迷走神經(jīng)、脊椎神經(jīng)、腸肌間神經(jīng)的傳入神經(jīng)終端進(jìn)行交互，將甜味信號傳達(dá)給神經(jīng)中樞系統(tǒng)。

2 腸道甜味受體的功能及營養(yǎng)感受

腸道甜味受體感應(yīng)腸腔內(nèi)糖類營養(yǎng)物質(zhì)的濃度變化并介導(dǎo)糖類轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)，促進(jìn)腸道糖類的感應(yīng)吸收。研究發(fā)現(xiàn)野生型小鼠在飼喂高含量蔗糖飼糧時(shí)的腸道轉(zhuǎn)運(yùn)載體表達(dá)顯著高于低碳水化合物水平處理組，但敲除Gαgust 和T1R3 基因的小鼠該現(xiàn)象消失；而低蔗糖+甜味劑組相較于單一的低蔗糖組也會產(chǎn)生類似情況，并且A.W.Moran 的一系列試驗(yàn)也證明了腸道甜味受體與腸道糖類轉(zhuǎn)運(yùn)載體的關(guān)系。

研究還發(fā)現(xiàn)，腸道甜味受體與腸激素存在腸內(nèi)分泌細(xì)胞的共表達(dá)，并通過熒光檢測定位得到了證明，而通過進(jìn)一步試驗(yàn)證明甜味受體感應(yīng)甜味物質(zhì)并介導(dǎo)腸激素的釋放，甜味抑制劑能顯著抑制腸激素的釋放，這表明腸道甜味受體對腸激素的介導(dǎo)效應(yīng)。腸道甜味受體感受腸腔糖類物質(zhì)變化，與甜味物質(zhì)結(jié)合后激活Gαgust 通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來介導(dǎo)相關(guān)腸激素的釋放，介導(dǎo)腸激素針對腸道糖類物質(zhì)的效應(yīng)作用。

3 腸道甜味受體信號傳導(dǎo)機(jī)制

3.1 甜味受體信號傳導(dǎo)的關(guān)鍵信號分子

α-味導(dǎo)素（α-gustducin）是一種味覺特異G 蛋白，屬Gi 亞種,編碼354 個(gè)氨基酸殘基序列，分子量在60～50 kD。在哺乳動物的口腔味覺細(xì)胞里都有表達(dá)，α-味導(dǎo)素與3 種味覺受體T1R2+T1R3(甜）、T1R1+TIR3（鮮）、T2Rs（苦）均存在部分共表達(dá)，表明味導(dǎo)素參與甜、苦、鮮這三種味覺的信號傳導(dǎo)。α-味導(dǎo)素基因敲除小鼠對甜味物質(zhì)（蔗糖、脯氨酸、色氨酸、人工合成的糖精）的識別能力明顯降低，也表明α-味導(dǎo)素參與甜味覺轉(zhuǎn)導(dǎo)并發(fā)揮重要作用，并且α-味導(dǎo)素只是某一個(gè)或幾個(gè)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的一種調(diào)控因子[6]。

磷脂酶PLC-β2 選擇性的表達(dá)于各味覺組織中，是味覺受體細(xì)胞的顯著標(biāo)志。研究發(fā)現(xiàn)，PLC-β2 基因敲除的小鼠仍能識別甜、鮮和苦味，只是敏感程度嚴(yán)重下降，表明PLC-β2在甜、鮮和苦味的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。

瞬時(shí)受體電位 M 亞型 5(Transient receptor potential cation channel subfamily M member 5,TRPM5)是哺乳動物瞬時(shí)受體通道家族的一員，是一種陽離子通道，當(dāng)甜味物質(zhì)和甜味受體結(jié)合時(shí)TRPM5 就會打開，Ca2+離子內(nèi)流。TRPM5 在味覺組織中表達(dá)水平很高，它與味覺信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子α-味導(dǎo)素、磷脂酶PLC-β2、肌醇 1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)受體IP3R3 共表達(dá)在味覺細(xì)胞中，與T1Rs、Gαgus 共表達(dá)在人的腸道內(nèi)分泌細(xì)胞系中。

3.2 甜味感應(yīng)信號通路

不同的甜味刺激物利用不同的途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)甜味反應(yīng)。有研究表明，味覺細(xì)胞可能存在兩種不同但又相互依賴的甜味信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模式，以蔗糖為代表的天然糖類利用的是環(huán)腺苷酸(cAMP)途徑，而合成的人工甜味劑利用的是IP3 和二酯酰甘油(DAG)途徑。

4 腸道糖類營養(yǎng)感應(yīng)

1964 年N.Mclntyre 等發(fā)現(xiàn)提高血漿胰島素水平口服葡萄糖比靜脈注射更有效，從而證實(shí)消化道在感應(yīng)和傳導(dǎo)糖類營養(yǎng)信號中的積極作用。腸道甜味受體作為腸道糖類等甜味物質(zhì)的味覺感受器，在腸道的營養(yǎng)化學(xué)感應(yīng)中發(fā)揮著重要的作用。

動物飼糧中的碳水化合物首先由唾液和胰液淀粉酶消化并降解，然后由刷狀緣系統(tǒng)的酶將其降解為單糖。腸道分泌細(xì)胞上的甜味受體可以感應(yīng)腸腔中葡萄糖和單糖的濃度，并能夠?qū)⑦m當(dāng)?shù)男盘栟D(zhuǎn)導(dǎo)到轉(zhuǎn)運(yùn)載體，從而來調(diào)節(jié)腸腔中單糖的吸收。單糖的吸收是通過腸刷狀緣頂膜上單糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括鈉/葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)載體（sodium-coupled glucose transporter,SGLT)和葡萄糖協(xié)助擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)載體（facilitative glucose transporter,GLUT)(如GLUT2）對葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)和GLUT5 對果糖的轉(zhuǎn)運(yùn)[7]。

SGLT1 和GLUT2 為腸道中所存在的兩種主要葡萄糖運(yùn)載體，當(dāng)葡萄糖的濃度較低時(shí)SGLT1 發(fā)揮主要作用，SGLT1 靠基底側(cè)Na+/ K+-ATP 酶所產(chǎn)生的 Na+濃度梯度驅(qū)動葡萄糖吸收，細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖接著再通過協(xié)同運(yùn)載體GLUT2 跨過基底側(cè)膜傳遞，最后葡萄糖進(jìn)入腸下毛細(xì)血管供機(jī)體利用。而當(dāng)葡萄糖濃度較高時(shí)處于基底膜上的GLUT2 會暫時(shí)性插入頂膜促進(jìn)葡萄糖吸收，增強(qiáng)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)能力[8]。

腸道葡萄糖濃度達(dá)到閾值水平后，會激活甜味受體所在的內(nèi)分泌感應(yīng)細(xì)胞以及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，導(dǎo)致GLP-1、GIP 和其他內(nèi)分泌激素的釋放。釋放的一種或多種腸激素可以與周圍的靶細(xì)胞結(jié)合增強(qiáng)SGLT-1 的上調(diào)表達(dá)和促進(jìn)頂端暫時(shí)性的GLUT2 插入，也可能這些腸分泌細(xì)胞釋放的化學(xué)激素將信號傳遞到附近的來自迷走神經(jīng)、脊椎神經(jīng)、腸肌間神經(jīng)的傳入神經(jīng)終端進(jìn)行交互，這些神經(jīng)元會釋放細(xì)胞因子，直接或間接地增強(qiáng)SGLT1 在腸上皮細(xì)胞上的表達(dá)，從而影響腸道葡萄糖的吸收。

5 總結(jié)

腸道甜味受體可以直接參與腸道糖類物質(zhì)的營養(yǎng)化學(xué)感應(yīng)，通過腸道甜味受體信號通路感應(yīng)腸道的糖類等甜味物質(zhì)變化，介導(dǎo)相關(guān)的腸激素分泌，影響葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)，并且分泌的腸激素還能通過迷走神經(jīng)和血液循環(huán)將信號傳遞到下丘腦影響采食，甜味劑對腸道甜味受體的作用可以提高動物生產(chǎn)的采食量和飼料轉(zhuǎn)化率，但是相關(guān)的機(jī)理還有待進(jìn)一步探究。