「酸」，竟然和內耳感知平衡能力有關？

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這酸爽！圖像來源：網路

美國南加州大學（USC）Dornsife文理藝術學院的科學家們發現了一條全新的離子通道。這些通道讓質子（H +離子）進入細胞，對於內耳感知平衡非常重要。它們存在於感知酸味的味覺細胞中。這項研究於1月25日發表在《Science》上。

質子控制溶液的酸鹼性，即所謂的pH值。它們無法穿過細胞膜，必須通過離子通道等特殊蛋白質跨膜運輸。

儘管研究人員已經確定編碼離子通道的基因可以使質子離開細胞，但是形成使質子進入細胞的離子通道是否需要一個或若干個基因仍然不明確。現在，這項關於酸味的研究發現了otopetrin（耳蝶呤）族基因，該基因能夠編碼傳導質子的離子通道。

這個基因最初被發現是因為它對平衡非常重要：otopetrin1 (Otop1)基因突變的小鼠被稱為「傾斜的」，因為它們無法保持平衡。編碼蛋白質的功能以及基因突變導致前庭缺陷的原因尚不清楚。但是，這項關於味覺感知的研究發現，Otop1編碼一個質子通道，這可以解釋otopetrin1基因為何會影響內耳功能和平衡。這項研究由USC Dornsife生物科學教授Emily Liman領導。

因為酸味是酸性物質的味道，而酸性物質含有高濃度的質子。Liman預測酸味細胞具有響應或傳輸質子的離子通道。事實上，8年前，她的實驗室就利用生物物理學方法表明，質子利用細胞膜中一種特殊的質子通道進入味覺細胞，而編碼這個通道的基因和質子通道的結構特徵在當時並不為人所知。

舌頭背面的味覺細胞。紅色的細胞能夠感知酸味，綠色細胞能夠檢測苦味、甜味、鮮味。細胞核呈藍色。

Liman的實驗室利用名為RNAseq的分子遺傳學技術確定了哪些基因只在酸味感知細胞中特異性表達，而不是其他類型的味覺細胞。研究生Yu-Hsiang Tu對候選基因逐個進行了測試，直到他發現了一個基因，當該基因被引入到沒有任何質子傳導通道的細胞中時，它能夠產生一種傳導質子的蛋白質。

在Yu-Hsiang完成了對幾十種候選基因的測試之後，Liman幾乎要放棄了。她說：「當Yu-Hsiang把我叫到實驗室並展示了otopetrin的數據時，我無法相信我們最終發現它了。我們已經花費了好多年的時間來尋找它。」

除了Otop1之外，脊椎動物體內還有兩種相關的基因(Otop2 和Otop3)，這個基因族在黑腹果蠅上被表現出來。Otopetrin在結構上與其它的離子通道不同，而所有的otopetrin基因都能夠形成質子通道，這表明這些質子傳導通道在進化上是保守的。每一種otopetrin在很多組織中都有獨特的分布，包括舌頭、耳朵、眼睛、神經、生殖器官和消化道。

在前庭系統中，Otop1對於一種名為耳石的結構形成和功能是必須的，耳石是一種碳酸鈣晶體，它能感知重力和加速度。研究人員推測，otopetrin能夠使pH值維持在適合形成耳石的值，而在研究中無法保持平衡的小鼠是因為pH值的調節出現異常。

在味覺系統中，otopetrin參與到了感知酸味的過程中。這些質子通道在其他組織中的功能尚不明確。

Liman說：「我們從未考慮過會出現這樣的情況，我們在味覺細胞中尋找的分子也存在於前庭系統中。這表明了基礎研究的重要性。」

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