综述：受体结构-功能耦合协调食物源性感官线索的感知：食物感官感知的分子桥梁

《Food Wellness》：Receptor Structure–Function Coupling Orchestrates the Perception of Food-Derived Sensory Cues: A Molecular Bridge for Food Sensory Perception

本综述以“受体结构-功能耦合”为主线，系统梳理了视觉、触觉、嗅觉、味觉及听觉通路中关键受体的最新结构生物学进展（如GPCRs、Piezo、TRP通道等），揭示了其编码食物化学与物理刺激的分子机制。文章进一步整合神经环路证据，阐明了从外周受体到中枢整合（如丘脑、脑岛、眶额皮层）的“色-香-味-触-声”统一表征机制，并展望了基于受体靶点的精准风味设计（如结构引导的TRPV1结合口袋调控、通过界面流变学调控Piezo2激活阈值的质构设计）及其在健康导向食品开发中的应用前景。

　　

视觉

视觉是评估食物品质的首要感官。食物颜色通过视网膜中的光感受器细胞（其核心分子探测器为视蛋白，如视紫红质Rh1和L/M/S-视锥蛋白）来影响我们对甜度、酸度、成熟度等的预期。这些视觉GPCRs在吸收特定波长光子后触发神经冲动。例如，人L-视锥蛋白与Gi复合物的冷冻电镜结构显示，其S180–Y277–T285三联体构成了一个π-π堆积和氢键网络，赋予了其对红橙光谱（λ_max ≈ 560 nm）的选择性捕获能力，这为“红色代表甜味”的期望提供了生理基础。研究还发现，黑视蛋白（melanopsin）通过其酸性残基丰富的C末端与β-抑制蛋白2（β-arrestin 2）形成稳定复合物，使得内在光敏视网膜神经节细胞（ipRGCs）能够持续放电超过30分钟，并将信号传递至下丘脑，参与调节胰岛素敏感性和能量摄入。这意味着照明环境可通过黑视蛋白-下丘脑-代谢回路实时调节味觉敏感性，成为一种“无形的调味品”。

触觉

口腔触觉是一个精确的分子网络，将咀嚼等过程中产生的机械力转化为电信号。Piezo通道家族是其中的核心“振动膜”装置。Piezo1作为高应变、高阈值受体，主要分布于有髓鞘的机械感受神经元中，响应强烈的机械变形，在口腔中参与钝痛和压力感的传递。其结构呈三聚体螺旋桨状。而Piezo2作为低阈值、高灵敏度受体，广泛存在于精细机械感觉通路中，负责细微触摸和质地辨别。它在舌菌状乳头和口腔黏膜的默克尔细胞-神经末梢复合物中富集，其密度与舌触觉灵敏度正相关。Piezo2的结构与Piezo1类似，但对膜张力更为敏感。

TRP通道则作为化学-触觉双模态传感器，介导辛辣、刺痛和凉爽等感觉。TRPV1（香草素受体1）是一个多模态离子通道，其冷冻电镜结构揭示了由Thr550和Tyr511等关键残基形成的香草素配体结合口袋。它能被辣椒素（capsaicin）和高于43°C的热刺激激活，产生灼痛感。TRPA1（芥末受体）对异硫氰酸烯丙酯（AITC）和二氧化碳（通过细胞内酸化）敏感，其结构中的Cys621残基可被共价修饰，导致孔道开放，产生尖锐的刺痛感。TRPM8（薄荷醇/冷受体）则负责凉爽 sensation，其激活可由薄荷醇或低于28°C的低温触发。有趣的是，TRPM8介导的冷信号还会产生“粘度错觉”，即冷却会使液体或半固体在感知上显得更粘稠。

嗅觉

嗅觉受体（ORs）是识别气味分子的关键感官蛋白，属于经典的G蛋白偶联受体（GPCR）超家族。人类基因组拥有约400个功能性OR基因。每个OR的配体结合口袋由跨膜腔内的残基构成，其序列多样性赋予了对不同挥发性物质的选择性和敏感性。近年来，首个人类OR-配体复合物（OR51E2与丙酸盐，PDB: 8F76）的结构被解析，直观展示了气味分子如何占据跨膜腔位点并诱导细胞外环（尤其是ECL3）发生构象变化，从而触发激活。

嗅觉信号转导始于OR激活后与特定的G蛋白Golf（G_αolf）偶联。G_αolf随后激活腺苷酸环化酶III（ACIII），产生cAMP。cAMP的增加直接作用于纤毛膜上的环核苷酸门控阳离子通道（CNG），引起Na⁺和Ca²⁺内流，使细胞去极化，最终产生动作电位。ORs的功能表现出显著的多样性和冗余性，一个OR通常可被多种气味分子激活，而一种气味分子也能作用于多个ORs，这种组合编码策略确保了嗅觉系统能够检测和区分极其复杂的气味混合物，即使某些OR功能丧失，也能通过其他受体的重叠敏感性进行补偿，维持稳定的风味感知。

味觉

味觉帮助机体识别营养物质和避免有害物质。味蕾中的味觉受体细胞（TRCs）分为不同类型，其中II型细胞主要负责甜、鲜（umami）和苦味的感觉。甜味和鲜味主要由T1R家族异源二聚体GPCRs介导：T1R2/T1R3是甜味受体，可识别糖类、人工甜味剂和甜蛋白；T1R1/T1R3是鲜味受体，主要响应L-谷氨酸盐，并与5‘-核苷酸（如IMP）产生显著的协同增效作用。苦味则由T2R受体家族（约25个成员）介导，它们对结构多样的苦味物质具有广谱的敏感性，起到防御警报作用。

下游信号转导方面，GPCR的激活导致G蛋白解离，G_βγ亚基激活磷脂酶Cβ2（PLCβ2），产生IP₃，进而引发细胞内钙库Ca²⁺释放。升高的Ca²⁺激活TRPM5通道，引起Na⁺内流和细胞去极化。最终，ATP通过CALHM1/3等通道释放，作为神经递质激活感觉传入神经。咸味和酸味则主要通过离子通道感知：上皮钠通道（ENaC）参与低浓度咸味感知，而酸味主要由质子选择性通道OTOP1介导。此外，脂肪味（Oleogustus）作为一种基本味觉品质，其感知与GPR120（FFAR4）和GPR40（FFAR1）等游离脂肪酸受体相关。

听觉

听觉是风味感知中常被忽视的感官。咀嚼食物时产生的声音，如脆片的断裂声，传递了关于质地和新鲜度的丰富信息。内耳毛细胞是高度特化的机械感受器，其顶端的静纤毛束在声音驱动下发生偏转，牵拉尖端连接（tip link），瞬间打开机械敏感离子通道。分子研究表明，TMC1/2蛋白是这种机械电转导（MET）通道的核心孔道形成成分，而LHFPL5（TMHS）和TMIE等蛋白则作为关键的桥梁元件，将来自钙粘蛋白-23（cadherin-23）和原钙粘蛋白-15（protocadherin-15）形成的尖端连接的张力高效地耦合至TMC1/2。这种结构-功能耦合将机械刺激直接转化为电信号。外毛细胞中的马达蛋白prestin通过其机电耦合特性，提供耳蜗放大功能，增强了对高频声音成分（2–20 kHz）的敏感性，这对于捕捉脆性食物断裂时产生的高频瞬态声音至关重要。

分子与神经基础下的五感整合

风味感知是一个多感官整合的过程。外周感受器转换的信号在中枢神经系统内进行层次整合。神经影像学和电生理学证据表明，嗅觉和味觉信息在脑岛（初级味觉皮层）和眶额皮层（OFC）等关键枢纽汇聚。OFC作为食物风味的次级整合皮层，将味觉、嗅觉、视觉和口腔体感信息形成统一的表征，并编码享乐价值。例如，仅仅看到与甜味相关的食物图片，就能在脑岛味觉区诱发类似真实品尝的神经活动模式，这反映了经验驱动形成的跨模态映射。

触觉质地与听觉线索也存在紧密整合。实时改变咀嚼土豆片时听到的声音响度或高频成分，会系统性影响对其“脆度”和“新鲜度”的主观判断。这表明听觉信息被整合到质地感知中。这种整合可能发生在脑干、丘脑等早期处理阶段，以及OFC等高级皮层区域。

总的来说，五感在进食过程中的交互体现为多个层次和脑区的同步化神经活动。从丘脑的感觉中继，到脑岛的初级整合，再到OFC、前扣带皮层（ACC）和杏仁核的价值评估，这些区域协同工作，将颜色、气味、味道、声音和触觉整合成统一的风味体验。其神经基础并非发现新的感觉分子，而是大脑如何同步和链接来自不同感官通路的信息。