味觉活性肽：感知机制与结构-味觉关系

《Sensory Neuroscience》：Taste-Active Peptides: Sensation Mechanisms and Structure–Taste Relationships

　　

味觉活性肽（TAPs）是一类来源于食物的肽类分子，它们通过对味蕾细胞、味觉受体和外周神经元投射的协同作用引发味觉感受。本综述综合了关于TAPs如何影响感知及其所展现的结构-味觉关系的最新进展，并将这些发现置于味觉神经科学的框架内进行阐述。研究人员首先描述了I型、II型、III型和IV型味蕾细胞如何通过递质清除、受体激活、突触信号传导和细胞更新来参与肽诱导的味觉编码。尽管酸味肽已被识别，但其受体层面的机制仍缺乏充分表征。因此，研究人员聚焦于鲜味、甜味、苦味、浓厚味和咸味增强肽。具体而言，研究人员考察了靶向鲜味（T1R1/T1R3）、甜味（T1R2/T1R3）、苦味（TAS2Rs）、浓厚味（钙敏感受体，CaSR）和咸味增强（ENaC和TMC4）受体的TAPs。研究人员进一步强调了决定受体兼容性和信号启动的结构决定因素，包括酸性、末端疏水残基、γ-谷氨酰基序、立体化学、前肽到肽的转化以及其他修饰。最后，研究人员综述了常用于表征这些肽的主要方法学，涵盖感官评价、基于细胞的测定、分子模拟和机器学习方法。总体而言，本综述旨在建立肽化学、味觉细胞生理学和神经转导之间的直接联系，为TAPs在外周味觉编码中的作用提供新的视角。

2 味觉肽的转导机制

2.1 I型味觉细胞

I型味觉细胞是胶质样支持细胞，通过包裹邻近的感受器和突触前细胞、清除胞外递质、调节离子微环境及参与局部细胞间通讯来影响味蕾兴奋性和信号传递。其标志性特征是表达胞外核苷三磷酸二磷酸水解酶2（NTPDase2），该酶负责水解由II型细胞释放的三磷酸腺苷（ATP），限制嘌呤能信号的时空范围，防止P2X2和P2X3受体脱敏，从而维持味觉信号传递的保真度。此外，I型细胞还能通过P2RY2受体感知II型细胞释放的ATP，形成一种嘌呤能负反馈回路，介导外周甜味适应。在持续甜味刺激下，被招募的I型细胞对II型细胞至传入纤维的突触传递施加抑制性反馈，促进甜味反应的渐进性衰减。

2.2 II型味觉细胞

II型味觉细胞是主要的受体细胞，表达用于检测甜味、鲜味和苦味的G蛋白偶联受体（GPCR）。尽管使用不同的受体库，但这三种味觉模态依赖于共同的PLCβ2-IP3R3-TRPM5下游转导通路。配体结合后，激活的磷脂酶Cβ2（PLCβ2）水解磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP2），生成肌醇1,4,5-三磷酸（IP3）和二酰甘油（DAG）。IP3结合内质网上的IP3受体3型（IP3R3），触发Ca²⁺释放。升高的细胞内Ca²⁺激活瞬时受体电位阳离子通道亚家族M成员5（TRPM5），导致阳离子内流、膜去极化。足够强的去极化激活位于基底外侧膜的钙稳态调节因子1/3（CALHM1/3）通道，允许非囊泡性ATP释放。ATP随后激活传入神经末梢上的P2X2/P2X3嘌呤能受体，兴奋味觉神经纤维。味觉信号经面神经、舌咽神经和迷走神经传至延髓孤束核，再经丘脑腹后内侧核投射到初级味觉皮层（岛叶和前盖），并在眶额皮层、杏仁核和下丘脑等高级区域进行整合，参与味觉辨别、享乐评估和摄食行为调控。

2.3 III型味觉细胞

III型味觉细胞被称为“突触前细胞”，具备经典化学突触的特征，如表达SNAP-25和Bassoon等突触前蛋白，并通过电压门控Ca²⁺通道触发囊泡性递质释放。它们主要负责酸味转导，关键受体是质子选择性离子通道otopetrin 1（OTOP1）。酸味化合物进入味孔后，质子通过OTOP1流入III型细胞，既引起膜去极化，又导致胞内酸化，进而抑制K⁺电导，进一步增强去极化和兴奋性。去极化打开电压门控Ca²⁺通道，触发5-羟色胺、γ-氨基丁酸（GABA）等神经递质的囊泡释放。此外，III型细胞也接收来自II型细胞的旁分泌ATP信号，并可能通过5-HT1A、GABAA和GABAB受体对II型细胞提供负反馈调节。Bassoon阳性突触前位点与传入纤维紧密接触，而传入神经支配对于突触前特化结构的形成和维持至关重要。

2.4 IV型味觉细胞

IV型细胞是位于味蕾底部的基底祖细胞，呈圆形或卵圆形，不接触味孔。它们是未分化的前体细胞，负责生成新的I型、II型和III型味觉细胞，以维持味蕾约8-12天的持续更新周期。IV型细胞不具备成熟化学感受器细胞的完整结构和电生理特征，例如电压门控Na⁺电流密度低，且缺乏CALHM电流，表明它们尚未配备典型的味觉转导和递质释放机制。味蕾高度依赖神经支配，去神经会导致味蕾退化，而再神经支配则促进再生。研究表明，味觉神经元来源的R-spondin 2对味觉细胞的补充和味蕾稳态维持至关重要。营养状态改变、炎症、衰老、化疗、神经损伤或口腔疾病等影响IV型细胞/祖细胞龛及其神经支持的扰动，可能调节II型和III型细胞的相对丰度，从而改变对甜、鲜、苦或酸刺激的敏感性。

3 TAPs与受体的结合过程

3.1 鲜味肽与T1R1/T1R3

鲜味肽通常为短链、低分子量肽，富含谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）和丝氨酸（Ser）等酸性或亲水性残基。主要受体是异源二聚体T1R1/T1R3，属于C类GPCR，具有胞外捕蝇夹结构域（VFT）、富含半胱氨酸结构域（CRD）和七次跨膜结构域（TMD）。VFT区域在初始识别中起核心作用。结合涉及氢键、静电相互作用、盐桥和疏水接触等多重非共价力。研究人员提出了“定位-结合-稳定”三阶段模型：在静电定位阶段，肽通过极性相互作用被吸引至VFT；在结合阶段，肽通过动态的非共价网络被捕获；在稳定阶段，反复的键断裂与重组优化了肽-受体接触，可能有利于VFT闭合和信号活性构象的稳定。值得注意的是，鲜味强度并非简单地与结合亲和力正相关，更快的解离速率反而对应更强的感知鲜味强度，提示有效信号传导需要活性构象稳定与配体解离之间的平衡。

3.2 甜味肽与T1R2/T1R3

甜味肽多为二肽至六肽的短序列，其甜味取决于氨基酸组成、极性官能团、疏水和带电残基以及空间构象的组合。主要受体是T1R2/T1R3异源二聚体。T1R2的VFT被认为是多数甜味配体的主要识别区域，而T1R3的TMD与变构调节和物种特异性反应密切相关。结合过程同样可概括为三个阶段：首先通过极性吸引将肽定位至T1R2的VFT；然后通过氢键、静电和疏水/芳香相互作用形成多点接触网络；最后通过非共价相互作用的动态重构实现稳定化，期间氢键不断断裂和重组，芳香或疏水残基调整取向，受体局部残基重组以适应肽配体，从而稳定有利于甜味信号传导的活性或预活性构象。

3.3 苦味肽与T2Rs

苦味肽通常在酶解、发酵或加工过程中产生，常被视为不良风味成分。其苦味与疏水性、分子量、链长、脯氨酸含量及末端疏水残基暴露有关。主要受体是TAS2R/T2R家族，人类约有25种功能表达的亚型。与T1R不同，TAS2Rs无大的胞外VFT，而是紧凑的七次跨膜GPCR，配体识别发生在跨膜结合腔、胞外环（ECL）及相邻受体表面区域。不同苦味肽序列可能激活不同的TAS2R亚型，整体苦味感知源于多个受体亚型的总和。疏水互补是重要的识别因素，但并非绝对前提，含有极性或带电残基的肽也可呈现苦味。初始对接姿势需谨慎解释，后续的分子动力学（MD）模拟可用于松弛不利接触并评估复合物稳定性。疏水接触常提供主要粘附力，但对于含大量极性残基的肽，氢键和静电作用贡献更大。TAS2R受体本身也可能发生局部构象调整，如ECL摆动或跨膜螺旋重排，以容纳肽配体。