苦即是甜？看科學家如何幫你脫離「苦」海

研究人員通過將小鼠舌頭上感知甜味和苦味的細胞擾亂，搞清楚了味覺系統是如何對自身進行重連接的。該研究由美國哥倫比亞大學霍華德·休斯醫學研究所(HHMI)的研究員Charles Zuker主導，研究結果揭示出細胞如何持續地進行重連接來保證味覺能力平穩運行，使味覺信息可以從舌頭傳遞到大腦。並且，對於那些喝湯藥困難戶而言，這項研究有望帶你們脫離「苦」海。

雖然似乎味道只是一種快樂（或輕微的厭惡），但這些反應可能是生存的關鍵，特別是其他動物。甜味可以表達營養豐富的食物，而苦味可以標記致命的毒藥。

對於如此重要的工作，味覺系統的更替率非常高。舌頭上檢測味道的細胞持續地死亡和替換。這些味覺受體細胞存在於味蕾上，大約只能存活兩周左右，也就是說幹細胞需要持續地生成新的味覺受體細胞。

味覺細胞的壽命非常短，這就帶來了一個問題：既然更替率這麼高，味覺系統是如何可靠工作的呢？味蕾細胞和神經元之間的連接必須經常要精準地進行重連接才能保證味覺系統的正常工作。Zuker說：「如果連接不正確，就會引起錯誤的行為反應。」但是味覺系統是如何完成這個複雜的任務，目前仍是個謎題。

Lee說：「尤其是，我們對於味覺系統的連接知之甚少。」通過複雜的遺傳學和單細胞功能成像，Zuker和Lee改造出了兩種擁有混亂味覺系統的轉基因小鼠。之後，研究人員們觀察錯誤連接是如何將苦味受體細胞連接到甜味神經元上，或者將甜味受體細胞連接到苦味神經元上。

每種味覺受體細胞能夠檢測五種味道之一。當細胞識別到一種味道，它就會開始行動。這種活動是由源自位於小鼠耳朵後面的神經節神經元所拾取的。這些神經元從舌頭向大腦發送味覺信息。

圖片來源：Nature

為了弄清楚神經節神經元是如何找到並重新正確地連接到新生的味覺受體細胞，Zuker和Lee專註於甜味和苦味。使用稱為RNA-seq的方法，他們發現可能起到關鍵信號的兩個分子。苦味感知味覺受體細胞生成一種名叫腦信號蛋白（Semaphorin）3A的分子，而甜味感知味覺受體細胞生成一種名叫腦信號蛋白（Semaphorin）7A的分子。這兩種分子都能夠幫助神經環路建立正確地連接。

在小鼠味蕾細胞中，腦信號蛋白3A（綠色）幫助苦味感知受體吸引正確的神經目標。腦信號蛋白7A（紅色）標記感知甜味的細胞。圖片來源：Nature

接下來，研究人員對苦味感知味覺受體細胞缺少Semaphorin 3A突變的小鼠進行測試。大部分神經節神經元連接到感知相同味道的受體細胞上。但是如果沒有Semaphorin 3A，之前的苦味神經節神經元會擴張，到達其他種類的味覺受體細胞上。這些神經節細胞中幾乎有一半對甜味、鮮味、鹹味也有響應。

接下來研究人員進行了更多的擾亂行為。他們對小鼠進行基因修改，使小鼠的甜味和鹹味味覺受體細胞可以生成Semaphorin 3A這種苦味信號（而不是在苦味味覺受體細胞中生成），那些正常情況下對苦味有反應的神經元對甜味也有反應了。小鼠的行為也反映出了這種混亂——無法區分出普通的水和混有奎寧的苦味水。

圖片來源：Nature

研究人員還對Semaphorin 7A這種甜味信號進行了相似的實驗，讓苦味感知受體細胞生成Semaphorin 7A，也得到了類似的結果。正常情況下對甜味反應的神經節細胞也能檢測到苦味了。

圖片來源：Nature

該結果證實，新生成味覺受體細胞中的特殊化學信號可以將正確的神經細胞吸引過來並建立連接。Zuker說：「在新的味覺細胞生成時，它們會給出『指示』，以建立正確連接。」

該實驗使用小鼠進行，但是小鼠和人類的味覺系統之間存在明顯的相似性，Lee認為該結論也適用於人類。通過揭示出味覺系統如何持續地對自身進行修復，該研究可以使人們更深地理解味覺是如何被組織和連接的，以及味覺系統的信號是如何到達大腦的。

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