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摘要专业翻译
味觉使动物能够识别营养物质并避开有害物质。尽管五种基本味觉品质——甜、鲜、苦、酸、咸——由不同的分子受体介导，但受体共表达的程度及其功能意义仍存在激烈争论。本研究利用小鼠味蕾的活体双光子钙成像（two-photon calcium imaging
摘要专业翻译
味觉使动物能够识别营养物质并避开有害物质。尽管五种基本味觉品质——甜、鲜、苦、酸、咸——由不同的分子受体介导，但受体共表达的程度及其功能意义仍存在激烈争论。本研究利用小鼠味蕾的活体双光子钙成像（two-photon calcium imaging）直接观察味觉受体细胞（taste receptor cells，TRCs）及支配其的味觉神经纤维末梢如何编码味觉品质。研究人员发现，大多数TRCs仅对单一味觉品质选择性激活。然而，有相当数量的TRCs对甜味和鲜味刺激均有反应，这与味觉神经节神经元中广泛的甜-鲜双调谐（double tuning）现象一致。此外，原位杂交（in situ hybridization）显示小鼠舌与人舌活检组织中均存在甜味与鲜味受体的共表达。最后，条件性味觉厌恶（conditioned taste aversion，CTA）实验表明，甜味与鲜味在行为学上存在交叉泛化。综上，研究结果揭示了甜味与鲜味在舌及外周味觉神经元层面存在显著的编码汇聚。
论文解读
一、研究背景与科学问题
味觉系统是动物感知外界营养物质与潜在毒物的重要感觉通道。哺乳动物的味觉始于舌面及软腭上的味蕾（taste bud），每个味蕾含有约30个味觉受体细胞（taste receptor cells，TRCs），并由少量外周味觉纤维支配，将味觉信息传递至大脑。经典理论认为，TRCs表达离散且基本不重叠的味觉受体集合，构成味觉选择性的分子基础：甜味TRCs表达甜味受体T1R2/T1R3异源二聚体，鲜味TRCs表达T1R1/T1R3异源二聚体，苦味TRCs表达T2R受体家族，酸味TRCs表达质子通道OTOP1，咸味则主要由上皮钠通道（ENaCs）介导。
然而，近年基因表达分析方法的进展揭示了味觉受体存在一定程度的共表达，且既往电生理研究曾报道部分TRCs对两种或以上味觉刺激有反应。但这些记录多在舌切片、离体味蕾或分离的TRCs中进行，味蕾结构已受损，因此尚不清楚这些结果在多大程度上反映了完整味蕾内TRCs在活体条件下的真实反应。与此同时，味觉感觉神经元的调谐宽度也一直是激烈争论的焦点。既往活体钙成像研究提示，味觉神经节中约三分之二的响应神经元为单调谐特化神经元，约三分之一为更宽调谐的泛化神经元。由此产生核心问题：外周味觉系统究竟如何编码味觉信息？甜味与鲜味这两种均具有食欲吸引属性的味觉品质，其编码是否存在汇聚？
二、研究内容与总体结论
针对上述问题，研究人员利用活体双光子钙成像技术，在完整的小鼠菌状乳头味蕾中直接可视化TRCs及来自膝状神经节（geniculate ganglia）的传入纤维的调谐特性。研究发现，大多数TRCs对单一味觉品质选择性响应，但存在一个数量可观的双响应群体，同时响应甜味和鲜味刺激。原位杂交证实小鼠和人舌组织中均存在甜味与鲜味受体的共表达。尤为引人注目的是，味蕾内传入味觉纤维的成像显示，小鼠中同时响应甜味和鲜味的纤维比例更大，而仅对鲜味响应的纤维极少。最后，条件性味觉厌恶实验表明，甜味与鲜味在行为学上存在交叉泛化。研究人员将这种外周甜-鲜信号汇聚命名为“甜鲜味”（swavory）编码，其限制了小鼠区分这两种食欲性味觉品质的能力。
三、主要关键技术方法
研究人员采用了以下几项关键技术手段。第一，活体双光子钙成像（in vivo two-photon calcium imaging）：利用Advillin-Cre;LSL-GCaMP6f小鼠在TRCs中表达钙指示剂GCaMP6f，以及P2X2-Cre;LSL-GCaMP6f小鼠在味觉纤维中选择性表达GCaMP6f，在麻醉小鼠完整味蕾中实时监测味觉刺激下的钙信号变化。第二，单细胞RNA测序（single-cell RNA-seq）：对小鼠轮廓乳头（circumvallate papillae）舌上皮进行10x Genomics单细胞转录组分析，鉴定出advillin作为TRCs的候选标记基因。第三，多重荧光原位杂交（multiplexed fluorescent in situ hybridization，RNAscope）：分别对小鼠舌（菌状乳头、轮廓乳头、叶状乳头）和人尸检舌组织（1男2女，44–83岁）检测T1R1、T1R2、T1R3受体基因的共表达。第四，条件性味觉厌恶（conditioned taste aversion，CTA）行为实验：以LiCl腹腔注射建立味觉厌恶模型，通过双瓶偏好测试评估甜味与鲜味的交叉泛化。
四、研究结果
1. 可视化味觉受体细胞对味觉刺激的反应
研究人员首先在Advillin-Cre;LSL-GCaMP6f小鼠中对完整味蕾进行活体钙成像。向舌面递送五种基本味觉刺激——甜味（安赛蜜钾，Ace K）、鲜味（谷氨酸单钾和肌苷酸混合物，MPG+IMP）、咸味（NaCl）、苦味（环己酰亚胺，Chx）和酸味（柠檬酸）——均能在TRCs中诱发显著的GCaMP6f荧光增强。值得注意的是，甜、苦、鲜、咸刺激的最强荧光信号出现在味蕾顶端靠近味孔处，而酸味反应的最大信号位于核周细胞体，这与酸味转导模型中顶端OTOP1质子内流触发基底侧电压门控钙通道的机制一致。剂量-反应曲线显示TRCs反应呈S形，随浓度增加而增强直至平台期，与整体鼓索神经记录和行为学测定的剂量-反应关系基本一致。苦味响应TRCs表现出更陡峭的浓度-反应斜率，提示苦味转导可能涉及独特的受体-配体化学计量或信号放大机制。
2. 味觉受体细胞中的味觉编码
研究人员依次递送一组味觉溶液，考察TRCs对不同味觉品质的选择性。结果显示，大多数响应TRCs（75%）仅对单一味觉品质调谐，表明存在专门的甜、鲜、酸、咸、苦响应TRCs。然而，有相当数量的TRCs同时响应甜味和鲜味刺激：83个响应细胞中有12个（14%）被Ace K和MPG+IMP共同激活；在响应甜味和/或鲜味的细胞中，双响应“甜鲜味”TRCs约占三分之一。鉴于小鼠甜味和鲜味受体的配体选择性极高，研究人员推断“甜鲜味”TRCs必然共表达甜味和鲜味受体。RNAscope原位杂交证实了这一点：在菌状乳头中，109个表达T1R3的甜味/鲜味受体阳性细胞中有23个（21%）同时表达T1R1和T1R2转录本。不同味觉区域中受体表达群体的分布存在差异：菌状乳头中鲜味TRCs较多，轮廓乳头中“甜鲜味”细胞比例更大，叶状乳头中甜味细胞更多。
3. 味觉纤维中的味觉编码
研究人员进一步利用P2X2-Cre;LSL-GCaMP6f小鼠选择性标记味觉神经节神经元及其轴突，在完整味蕾内实时成像传入纤维的味觉反应。与TRCs类似，大多数响应味觉纤维（64%）仅被单一味觉刺激激活。但在85个响应纤维中，仅有4个纤维仅对鲜味响应；相反，27个纤维（31.8%）为“甜鲜味”纤维，即同时响应甜味和鲜味刺激。因此，虽然甜、鲜、“甜鲜味”三种反应类型在TRCs中的比例相近，但传入味觉纤维中鲜味信号主要以与甜味信号结合的方式传递。这一结果揭示了前舌味蕾内味觉编码的显著转换：甜味与鲜味信号在外周部分汇聚。
4. 小鼠和人类中的“甜鲜味”味觉
研究人员在人尸检舌组织中进行荧光原位杂交，发现表达hT1R1和/或hT1R2的细胞中约三分之一同时共表达鲜味和甜味受体基因，提示“甜鲜味”编码逻辑可能也存在于人类外周味觉系统。为探究这种共表达的功能意义，研究人员进行了条件性味觉厌恶实验。将新异甜味溶液（5 mM Ace K）与LiCl腹腔注射配对后，小鼠对甜味的偏好显著降低（34% vs. 对照72%），且这种厌恶泛化至鲜味溶液（30% vs. 61%），但不泛化至咸味溶液。反向实验同样显示，鲜味条件化小鼠对甜味产生泛化厌恶，而咸味偏好不变。这些行为学结果与成像和分子数据共同表明，甜味与鲜味在小鼠外周味觉系统中的汇聚可能构成行为学交叉泛化的基础。
五、讨论与结论
味觉编码领域长期存在“标记线”（labeled-line）与“跨纤维”（across-fiber）机制之争。本研究结果支持一种以效价（valence）为约束的组织原则：味觉反应在终末器官层面大体具有选择性——小鼠中75%的TRCs和64%的味觉纤维仅对单一刺激响应；而双响应群体主要集中于同属食欲吸引效价的甜味和鲜味刺激。这种组织方式可能反映更广泛的进化原则：T1R受体家族通过基因复制产生旁系同源物，可能共享下游吸引性神经环路及允许共表达的调控机制。类似地，苦味与酸味等厌恶效价品质之间也存在汇聚。相反，跨效价汇聚极为罕见——几乎没有单元同时响应苦味和甜味。研究人员提出，这种组织在保留吸引与厌恶信号区分的同时，允许同一效价类别内的一定灵活性。
在人类中，尽管研究人员鉴定出共表达甜味和鲜味受体转录本的“甜鲜味”TRCs，但无法确定其功能意义——人类通常能轻易区分谷氨酸与糖的味道。研究人员推测，尽管人类味觉受体细胞存在受体共表达，但甜味与鲜味信号的保真度可能在下游人类味觉环路中得到更好的保留。此外，研究也指出仅依赖钙指示剂推断TRC活性的局限性：某些低盐响应TRCs可产生动作电位而细胞内钙变化甚微，未来采用电压指示剂等互补传感器将提供更完整的味觉编码图景。
综上所述，本研究通过活体双光子钙成像、单细胞转录组分析、原位杂交和行为学实验的多维度整合，在完整味蕾中揭示了味觉信息由窄调谐特化细胞和纤维以及宽调谐泛化细胞共同传递的模型，并证明宽调谐反应通常被约束在共享效价类别之内。甜味与鲜味在外周味觉系统中的显著汇聚——“甜鲜味”编码——为理解味觉系统的组织原则和进化逻辑提供了重要的实验证据。
