甜味通常被认为是一种令人愉悦的味道，鼓励摄入营养食品。例如，碳水化合物作为主要能量来源，同时提供甜味和奖励效应。研究表明，调节甜味强度和愉悦感的神经机制在进食行为中起着至关重要的作用。这表明味觉不仅参与产生感觉，还直接影响食品消耗行为（Yarmolinsky et al., 2009）。全球肥胖和 2 型糖尿病的增加，其中过量摄入糖分是主要的风险因素之一，已将减糖定位为一项关键的公共卫生任务。低热量和无热量甜味剂（LCS）是减少膳食糖同时保持所需甜度的重要策略。然而，许多当前的 LCS 表现出感官局限性，使其区别于蔗糖，例如甜味持久、起始延迟或可察觉的异味。此外，一些甜味剂引发了关于潜在代谢影响的担忧，推动了对兼具生理安全性和高适口性的下一代 LCS 的需求（Deliza et al., 2021）。因此，深入理解甜味感知分子基础对于开发改进的甜味剂和优化食品风味至关重要。
在甜味味觉受体被鉴定之前，甜味感知机制通常由 AH-B-X 模型（Shallenberger & Acree, 1967; Kier, 1972）来解释，该模型假设甜味分子和受体上存在氢键供体（AH）、氢键受体（B）和疏水部位（X）之间的相互作用（Zheng et al., 2024）。随后，多点结合理论（MPA）提出受体上至少有八个互补识别位点，通过离子、氢键和范德华力相互作用（Bassoli et al., 2002; Eggers et al., 2000）。这些模型强调了关键结构特征（如氢键供体/受体、疏水基团和特定空间构象）在甜味感知中的重要性。然而，值得注意的是，AH-B-X 模型只能相对较好地解释已知的甜味剂，但预测新型甜味分子的能力有限（Hayes, 2007）。
随着研究的深入，甜味感知主要由 II 型味觉受体细胞中的 T1R2/T1R3（味觉受体 1 型成员 2/3）异二聚体介导。这些甜味味觉受体（T1R2/T1R3）由三个功能域组成：用于配体结合的捕蝇草结构域（VFT）、连接 VFT 与跨膜结构域（TMD）并传递配体诱导构象变化的富含半胱氨酸结构域（CRD），以及介导信号转导并携带变构调节剂和某些甜味化合物结合位点的 TMD（Laffitte et al., 2022; Hao et al., 2024）。先前的研究表明，不同甜味剂在这些区域的结合模式差异显著（图 1）。例如，Maillet 等人（2015）鉴定出天冬甜素识别涉及 T1R2-VFT 内的多个关键残基（S40, Y103, D142, S144, S165, S168, Y215, D278, E302, D307 和 R383）。三氯蔗糖主要针对 T1R2-VFT 结构域（Shi et al., 2025），尽管一些研究建议可能与 T1R3-VFT 相互作用（Nie et al., 2005）。同时，TMD 与变构调节剂和甜味化合物相互作用（Hao et al., 2024）。此外，关于蔗糖、天冬甜素和环己基氨基磺酸钠等甜味剂的研究表明，分子结构的差异与甜味质量（包括异味）和时间特征（例如起始和持续时间）的变化有关（Karl et al., 2020）。虽然时间特征的差异可能与这些甜味剂在 T1R2/T1R3 受体上的结合性质有关，但其精确的结构基础仍不清楚（Servant & Kenakin, 2024）。在食品工业中，不同食品和甜味剂的甜味感知差异很大。因此，精确表征甜味质量、强度和暂时性特征对于优化现有产品和开发新型甜味剂至关重要。传统上，这些参数是通过人类感官评估来评估的。尽管有价值，但这种方法受到主观偏见、伦理问题、成本高、通量低和对痕量化合物灵敏度不足的限制，最终阻碍了新型甜味剂的开发和复杂配方的优化（Riedel et al., 2017）。为了克服这些局限性，基于味觉受体的细胞检测已成为有价值的工具，提供了一个合乎伦理且可扩展的平台，用于筛选新型化合物、分析受体 - 配体动力学并准确预测人类感官反应。这些平台利用表达人类甜味味觉受体的细胞，结合荧光成像和生物传感器等敏感检测方法，实现对甜味化合物、增强剂和调节剂的高通量、客观和定量检测与筛选，并定量解析甜味剂的结构变化如何影响强度梯度或暂时性衰减率。
为了将甜味的分子机制与食品工业中与消费者相关的感官结果联系起来，本综述系统地检查了甜味味觉受体细胞模型的技术演变及其在甜味剂开发和食品生物技术中的转化应用。我们阐述了从原代细胞模型到异源表达系统的进展，突出了高通量钙流检测和生物芯片整合方面的突破性创新。还讨论了阐明甜味味觉受体分子机制、开发信号检测技术和构建体外模型的当前研究策略。最后，我们提出了未来的研究重点，包括解析甜味味觉受体的全长蛋白结构、研究口腔微环境相互作用以及协同人工智能与器官芯片平台。通过整合多学科见解，本综述旨在催化下一代甜味剂设计、食品风味优化和个性化营养解决方案的创新，以应对全球对可持续和健康意识食品系统的需求。
