王敏,安 琦,于雪寧,袁 玥,楊會(huì)心,2,韓天龍,2*,劉登勇*
(1 渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧錦州121013 2 遼寧喀左山豬科技小院 遼寧朝陽 122305)
脂肪味也被稱為油脂味(Oleogustus),是味蕾感受到的脂肪味道,不歸類于“酸、甜、苦、咸、鮮”五味[1-2]。食物進(jìn)入口腔時(shí),通過味蕾頂端的味覺細(xì)胞(Taste-receptor cell,TRC)進(jìn)行味覺感知。味覺細(xì)胞含有化學(xué)感受受體,可識(shí)別多種味道,傳遞味覺信號(hào),調(diào)節(jié)食欲[3]。根據(jù)形態(tài)可將其分為4 類:Ⅰ型膠質(zhì)樣細(xì)胞,與咸味感知有關(guān);Ⅱ型紡錘形細(xì)胞,表達(dá)甜味、苦味、鮮味、脂肪味味覺受體;Ⅲ型神經(jīng)元樣細(xì)胞,表達(dá)突觸相關(guān)蛋白,同時(shí)可檢測(cè)到酸味刺激;Ⅳ型基底細(xì)胞,根據(jù)機(jī)體要求更新味蕾細(xì)胞系[4-5]。本文重點(diǎn)介紹脂肪酸感知過程中涉及的受體及其介導(dǎo)的信號(hào)通路,闡述脂肪酸的感知機(jī)制。
脂肪在口腔的感知形式是游離脂肪酸。研究表明,游離脂肪酸可以對(duì)味覺細(xì)胞產(chǎn)生有效的刺激,促進(jìn)味覺細(xì)胞去極化現(xiàn)象的發(fā)生[6-7]。根據(jù)脂肪酸碳鏈的長(zhǎng)度可分為短鏈脂肪酸(Short-chain fatty acid,SCFA)、中鏈脂肪酸(Medium-chain fatty acid,MCFA)和長(zhǎng)鏈脂肪酸(Long-chain fatty acid,LCFA),各類脂肪酸經(jīng)不同受體傳導(dǎo)有不同的反應(yīng)。其中SCFA 具有與酸味相似的特征,如檸檬酸引起的酸刺激;MCFA 則參與糖代謝、脂代謝和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo);LCFA 參與受體的激活傳導(dǎo),對(duì)脂肪味的表現(xiàn)最為明顯[8]。
脂肪酸的味覺感知發(fā)生在Ⅱ型細(xì)胞中,其傳導(dǎo)機(jī)制可借鑒甜味、苦味和鮮味感知途徑。脂肪攝入后進(jìn)入口腔,經(jīng)舌脂肪酶作用,游離脂肪酸被釋放,激活味蕾細(xì)胞上的味覺受體[9],如白細(xì)胞分化抗原36(Cluster of differentiation 36,CD36)、G蛋白偶 聯(lián)受體(GPR40、GPR41、GPR43、GPR84、GPR120)和內(nèi)源性大麻素受體(CB1、CB2)。脂肪味覺信號(hào)傳導(dǎo)離子通道有延遲整流鉀離子(K+)通道和鈣離子(Ca2+)通道,包含參與脂肪酸感應(yīng)的下游機(jī)制。相應(yīng)受體作用使離子通道打開,細(xì)胞內(nèi)外鈣信號(hào)發(fā)生變化,介導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生去極化現(xiàn)象,來促進(jìn)脂肪酸的感知。同時(shí)體內(nèi)釋放神經(jīng)遞質(zhì)(Neurotransmitter,NT)等相關(guān)信息,如5-羥色胺(5-HT)、γ-氨基丁 酸(Gamma-aminobutyric acid,GABA)、三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate,ATP)等。NT 通過面神經(jīng)、舌咽神經(jīng)和迷走神經(jīng)傳遞至腦干中的孤束核(Nucleus of solitary tract,NTS),進(jìn)一步將味覺信息發(fā)送到下丘腦與飲食相關(guān)的區(qū)域,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central nervous system,CNS)形成味覺感知,并在大腦神經(jīng)回路中調(diào)節(jié)食欲,產(chǎn)生接受或拒絕食物的信號(hào)[10-11],消費(fèi)者即表現(xiàn)出對(duì)食物消費(fèi)或回避的特征。
多種味道共同作用時(shí),口腔對(duì)味道的感知存在相互干擾或有部分重疊的機(jī)制[12],如脂肪味與苦味的共同感知。研究表明,脂肪味和苦味同時(shí)對(duì)味蕾細(xì)胞產(chǎn)生刺激時(shí),下游通道被激活,Ca2+濃度在對(duì)脂肪味和苦味的感知過程中發(fā)生改變[13-14],脂肪酸傳導(dǎo)中鈣信號(hào)的變化使得通道變化,從而抑制苦味感知。另有研究表明,味覺感知與基因遺傳多樣性相關(guān),油脂口腔檢測(cè)的脂肪敏感度也證實(shí)了這點(diǎn)[15]。長(zhǎng)期高脂飲食會(huì)帶來脂肪酸口腔味覺檢測(cè)敏感性降低、感知閾值增加,表明脂肪攝入量和敏感性之間存在負(fù)相關(guān)??蓮男嵊X、觸覺等多角度來研究及評(píng)價(jià)脂肪酸的口腔感知,以更好地引導(dǎo)消費(fèi)者喜好[16]。
CD36 是廣泛表達(dá)的多功能跨膜糖蛋白,屬于B 類清道夫受體家族,與脂肪酸的口腔感知密切相關(guān)。CD36 存在于味蕾細(xì)胞頂端,是多種脂肪酸配體以及轉(zhuǎn)運(yùn)體的受體[3]。游離脂肪酸激活CD36的信號(hào)通路如圖1 所示。LCFA 誘導(dǎo)CD36 活化,通過src-蛋白酪氨酸激酶(Protein tyrosine kinase,src-PTK)的磷酸化激活磷脂酶C(Phospholipase C,PLC)介導(dǎo)的下游信號(hào)傳導(dǎo),PLC 促進(jìn)質(zhì)膜磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,PIP2)產(chǎn)生肌醇三磷酸(Inositol trisphosphate,IP3)和二?;视停―iacyl glycerol,DAG)。IP3 與其位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmic reticulum,ER)上的IP3R3 受體結(jié)合,誘導(dǎo)Ca2+從內(nèi)部?jī)?chǔ)存中釋放。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放的Ca2+從Efflux 通道外流,從而激活SOC 和CALHM1 通道觸發(fā)胞外Ca2+內(nèi)流,由基質(zhì)相互作用分子亞型1(Stromal interaction molecule 1,STIM1)和Ca2+流入因 子(Ca2+influx factor,CIF)協(xié)調(diào)[17-18]。同時(shí),DAG 打開有利于鈣離子內(nèi)流的TRPC1/3 通道,也受STIM1 調(diào)控。Ca2+水平升高使味蕾細(xì)胞發(fā)生去極化現(xiàn)象,介導(dǎo)味覺信號(hào)的檢測(cè)和傳遞,并介導(dǎo)絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。DAG 還經(jīng)由蛋白激酶C(Proteinkinase C,PKC)抑制細(xì)胞質(zhì)膜上的鉀離子通道[19]。研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(Extracellular-signal-regulated kinase 1/2,ERK1/2)參與脂肪口腔感知,下調(diào)ERK1/2 信號(hào),顯著降低了小鼠的脂肪偏好[20-21]。ERK1/2 和MEX 水平可通過src-PTK 介導(dǎo)的鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶2(Calmodulin-dependent protein kinase,CaMK2)激活而增加。
圖1 游離脂肪酸激活CD36 的信號(hào)通路Fig.1 Signal pathway of CD36 activated by free fatty acids
研究發(fā)現(xiàn),高濃度亞油酸通過CD36 和GPR120 誘導(dǎo)Ca2+信號(hào)通路,而低濃度亞油酸僅激活CD36。同時(shí)發(fā)現(xiàn)肥胖小鼠自發(fā)性的脂肪偏好減少,這可能與相關(guān)促食欲肽的表達(dá)有關(guān)[22-23]。對(duì)CD36 脂肪酸味覺感知和唾液肽YY(PYY)的研究表明,人類口腔脂肪檢測(cè)閾值和肥胖與基因的表達(dá)有關(guān)[24]。人類個(gè)體對(duì)脂肪酸感受的閾值不同,敏感性也不一致[25-26]。長(zhǎng)期的高脂飲食令味覺感受器發(fā)生改變,使脂肪感知失調(diào),味覺神經(jīng)回路改變。某些脂肪酸口服會(huì)刺激CD36 來增加胰腺分泌物,這是一種頭期反應(yīng),為之后腸道消化脂質(zhì)做準(zhǔn)備[27]。味蕾中CD36 的下調(diào)引起脂肪敏感性降低,Ca2+信號(hào)也在脂肪偏好的調(diào)控中有重要作用[28]。除此之外,CD36 在身體各個(gè)細(xì)胞內(nèi)均有表達(dá),參與心臟和肌肉中重要生理代謝活動(dòng),是全身脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵膜蛋白,能夠通過調(diào)節(jié)脂肪酸代謝來影響疾病的發(fā)生率[29]。
G 蛋白偶聯(lián)受體家族中的GPR40、GPR41、GPR43、GPR84 和GPR120 已被鑒定為游離脂肪酸的特異性受體。有研究通過使用mRNA 表達(dá)、蛋白質(zhì)印記、不同脂肪酸受體的免疫酶染色,證實(shí)GPR120、GPR43、GPR84 以及延遲整流鉀離子通道在人類真菌狀味蕾細(xì)胞中的表達(dá)[30-31]。這些G蛋白偶聯(lián)受體的組織分布、激活配基、信號(hào)傳導(dǎo)途徑和生理功能均存在差異,如表1 所示。GPR40 在胰腺和腦中表達(dá)最高,受MCFA 和LCFA 激活,與胰島素(Insulin,INS)、胰高血糖素(Glucagon,GLU)、CCK、瘦素(Leptin,LEP)等激素分泌密切相 關(guān)。GPR41 和GPR43 都可被SCFA 激 活,GPR43 主要表達(dá)于淋巴組織,GPR41 則主要表達(dá)于脂肪組織。GPR84 主要表達(dá)于骨髓、中性粒細(xì)胞和肺臟,可被MCFA 激活,而其細(xì)胞內(nèi)信號(hào)機(jī)制與GPR40 迥然不同,主要調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)。GPR120 在腸內(nèi)分泌細(xì)胞、味覺細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和免疫細(xì)胞中表達(dá),可被各類型游離脂肪酸激活,引起細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),發(fā)揮能量調(diào)節(jié)、免疫穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)元功能[32]。
表1 G 蛋白偶聯(lián)受體分布及功能Table 1 Distribution and function of G protein-coupled receptors
2.2.1 GPR40 游離脂肪酸受體1(Free fatty acid receptor 1,F(xiàn)FAR1)又稱GPR40,一類由人類FFAR1 基因編碼的受體。GPR40 在小鼠味蕾真菌、葉狀乳頭中均未發(fā)現(xiàn),在大鼠和人類的味蕾細(xì)胞中也未檢出[34]。在脂肪酸感知方面起輔助作用。研究表明,GPR40 和GPR120 在配體結(jié)合上有重疊[35],需要相互作用來參與誘導(dǎo)。通過味蕾細(xì)胞表達(dá)的GPR40,激活舌咽神經(jīng)不足以誘導(dǎo)小鼠的脂肪偏好[30]。也有研究發(fā)現(xiàn),小鼠環(huán)狀乳頭中存在GPR40 的表達(dá),能夠通過較短的MCFA 來擴(kuò)大脂肪酸感知[31]。結(jié)合人類數(shù)據(jù)分析,脂肪酸的味道對(duì)適口性沒有明顯影響[7]。對(duì)于高脂飲食培養(yǎng)的小鼠來說,GPR40 和GPR120 共同在下丘腦被激活比單獨(dú)被激活起到更有效的調(diào)節(jié)作用。在大腦中表達(dá)的GPR40 可以控制疼痛的調(diào)節(jié)系統(tǒng),經(jīng)多不飽和脂肪酸作用對(duì)大腦神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響[36-37]。
GPR40 主要在胰腺β 細(xì)胞中表達(dá),并被MCFA 和LCFA 激活[19]。誘導(dǎo)各類腸胃激素分泌來調(diào)節(jié)血糖,對(duì)治療糖尿病代謝紊亂方面有重要作用[38-39]。游離脂肪酸激活GPR40 的信號(hào)通路如圖2 所示。GPR40 除與G-αq 蛋白家族偶聯(lián),引發(fā)PLC 信號(hào)通路外。還可與G-αi 結(jié)合通過腺苷酸環(huán)化酶(Adenylate cyclase,AC)減少環(huán)腺苷酸磷酸(3'-5'-cyclic adenosine monophosphate,cAMP)水平,促進(jìn)胰高血糖素的分泌;或與G-αs 結(jié)合,增 加 cAMP 水 平,刺激腺苷酸(Adenosine monophosphate,AMP)、蛋白激酶A(Proteinkinase A,PKA)和cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(The cAMP responsive element binding protein,CREB)生成,促進(jìn)糖原分解、蛋白質(zhì)合成和食欲調(diào)節(jié)激素等的分泌[40]。與GPR120 相似,GPR40 也可通過β-arrestin2 通路抑制NFκB 的表達(dá)和引起味覺偏好,還可與MAPK 級(jí)聯(lián),促進(jìn)細(xì)胞增殖和免疫。
圖2 游離脂肪酸激活GPR40 的信號(hào)通路Fig.2 Signal pathway of GPR40 activated by free fatty acids
2.2.2 GPR41 游離脂肪酸受體3(Free fatty acid receptor 3,F(xiàn)FAR3)又稱GPR41,能夠被SCFA 激活,通過不同介質(zhì)觸發(fā)下游信號(hào)傳導(dǎo)通路,被認(rèn)為是治療炎癥和代謝疾病的靶點(diǎn)[41]。SCFA的味覺感知與酸味有部分重疊,其刺激及信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制還需進(jìn)一步研究。GPR41 在脂肪感知過程中影響味覺信號(hào),有調(diào)節(jié)脂肪和脂肪酸味覺敏感度的作用,也介導(dǎo)細(xì)胞對(duì)多種NT 和激素的反應(yīng)。GPR41 在脂肪細(xì)胞中表達(dá)最高,其次是單核細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞。GPR41 是SCFA 的低親和力受體,只有當(dāng)SCFA 水平異常升高時(shí)才會(huì)被激活。
SCFA 激活GPR41 發(fā)揮功能的信號(hào)途徑如圖3 所示。GPR40 可與G-αi 偶聯(lián),減少cAMP 水平,促進(jìn)胰高血糖素的分泌[42]。還可與βγ 偶聯(lián),通過PLC 通路激活PKC,促進(jìn)糖原分解和insulin、PYY、5-HT 的釋放。PKC 還可經(jīng)瘦素(Leptin,LEP)作用于外周AMP 蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK),升高丙二酰輔酶脫羧酶(Malonyl-CoA decarboxylase,MCD)水平,降低丙二酰輔酶A(Malonyl-CoA,MA)和乙酰輔酶A 羧化酶(Acetyl CoA carboxylase,ACC)水平,進(jìn)而促進(jìn)脂肪氧化,抑制脂肪合成和泡沫細(xì)胞形成。此外,SCFA 可通過激活小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞的GPR41 來積極響應(yīng)免疫應(yīng)答并激活絲裂素活化蛋白激酶p38(p38MAPK,p38)和ERK1/2 通路,從而介導(dǎo)保護(hù)性免疫反應(yīng)[42]。
圖3 游離脂肪酸激活GPR41 的信號(hào)通路Fig.3 Signal pathway of GPR41 activated by free fatty acids
2.2.3 GPR43 游離脂肪酸受體2(Free fatty acid receptor 2,F(xiàn)FAR2)又稱GPR43,與GPR41屬于同源家族,也是SCFA 受體。GPR43 在免疫細(xì)胞中表達(dá)最高,其次為脂肪組織、腸內(nèi)分泌細(xì)胞,參與胃腸運(yùn)動(dòng)、胃腸肽分泌、脂代謝、肌肉代謝、食欲調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)等活動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn),GPR43 在人的真菌狀乳頭及味蕾組織中也有表達(dá),與脂肪攝入量有關(guān)[31]。SCFA 激活GPR43 發(fā)揮功能的信號(hào)途徑如圖4 所示。GPR43 與G-αi 結(jié)合時(shí),可抑制cAMP 信號(hào)通路;與G-αq 結(jié)合時(shí),可誘導(dǎo)PLC 通路的激活,促進(jìn)Ca2+的動(dòng)員和PKC、外周AMPK 通路的激活。G-αi 和G-αq 通過提高蛋白激酶B(Protein kinase B,PKB/AKt/Rac)和ERK 水平,激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(Signal transducer and activator of transcription,STAT3)和維甲酸相關(guān)核孤兒受體γt(Retinoid-related orphan receptor γt,RORγt),進(jìn)而促進(jìn)白細(xì)胞介素-22(Interleukin-22,IL-22)釋放。GPR43 還可經(jīng)β-arrestin2 通路促進(jìn)NFkB 抑制蛋白(Inhibitor of nuclear factor NFkB,I-κBα)、抑制核因子-kB(Nuclear factor-kappa B,NFkB),參與機(jī)體炎癥反應(yīng)[43]。另外,GPR43 可通過提高活性氧(Reactive oxygen species,ROS)水平,激活NLRP3 炎癥小體,促進(jìn)IL-1 釋放[44]。
圖4 游離脂肪酸激活GPR43 的信號(hào)通路Fig.4 Signal pathway of GPR43 activated by free fatty acids
2.2.4 GPR84 GPR84 的激活與脂肪酸代謝和免疫系統(tǒng)有關(guān),多存在于脂肪細(xì)胞。GPR84 作為MCFA 的受體,在口腔味蕾細(xì)胞中未檢測(cè)出表達(dá),對(duì)于該受體的研究著重于糖脂代謝引起的疾病方面[45]。人體內(nèi)GPR84 主要在骨髓、外周白細(xì)胞和肺表達(dá),其它組織器官中表達(dá)量較低,若機(jī)體發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí),會(huì)誘導(dǎo)其高表達(dá)[46]。MCFA 激活GPR84發(fā)揮功能的信號(hào)途徑如圖5 所示。GPR84 與G-αi結(jié)合時(shí),抑制cAMP 信號(hào)通路,激活A(yù)KT。與Gα15 結(jié)合時(shí),激活PLC 通路和ERK,并可經(jīng)ERK誘導(dǎo)ROS 通路和NFκB 通路。GPR84 還可經(jīng)白細(xì)胞介素12-p40(Interleukin 12-p40,IL-12p40)和單核細(xì)胞趨化蛋白-1(Monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)提高腫瘤壞死因子α(Tumour necrosis factor-α,TNFα)水平,參與炎癥反應(yīng);或經(jīng)脂聯(lián)素(Adiponectin,ADPN)提高過氧化物酶體增殖物激活受體(Peroxisome proliferators-activated receptor,PPAR)和AMPK 水平,參與機(jī)體抗炎反應(yīng)[45]。
2.2.5 GPR120 游離脂肪酸受體4(Free fatty acid receptor 4,F(xiàn)FAR4)又稱GPR120,是一種游離脂肪酸受體,它能夠傳遞過量脂肪酸的信號(hào)[22-23]。GPR120 刺激味覺細(xì)胞信號(hào)傳遞,從傳入神經(jīng)至中樞神經(jīng)系統(tǒng),在Ⅱ型細(xì)胞中表達(dá)并被LCFA 激活。GPR120 是舌上皮中真正的味覺受體細(xì)胞,主要功能為增強(qiáng)脂肪酸的感知能力,即放大感知信號(hào)。與CD36 傳導(dǎo)機(jī)制互補(bǔ),還可能在下游或者脂肪入口后的相關(guān)途徑中發(fā)揮作用[47]。GPR120 對(duì)于脂肪偏好的影響較小,可通過促食欲功能抑制神經(jīng)元表達(dá)并緩解下丘腦炎癥。研究發(fā)現(xiàn),通過周期性脂肪干預(yù)能夠影響脂肪敏感性。CD36 在餐前的高度表達(dá)影響膳食脂肪的短期反應(yīng),而GPR120 參與影響膳食脂肪的長(zhǎng)期反應(yīng)[48]。
對(duì)大鼠的研究表明,GPR120 不僅對(duì)LCFA 有反應(yīng),還能與MCFA 和SCFA 相互作用[49-50]。TUG891 是一種新型的GPR120 激動(dòng)劑,可與舌側(cè)GPR120 結(jié)合,激活小鼠舌-腦-腸軸并調(diào)節(jié)脂肪偏好[51-52]。各類脂肪酸激活GPR120 發(fā)揮功能的信號(hào)途徑如圖6 所示。GPR120 與G-αq 蛋白家族偶聯(lián),通過PLC 信號(hào)通路,促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放和DAG 生成。Ca2+通過刺激GLP-1 和PKC,促進(jìn)胰島素分泌、糖原分解和細(xì)胞增殖;DAG 除了作用于PKC 外,還可通過ERK1/2 抑制NFkB 的表達(dá),進(jìn)而調(diào)節(jié)炎性因子的分泌。GPR120 可通過βγ 基團(tuán)刺激磷脂酰肌醇-3-激酶(Phosphatidylin-ositol-3-kinase,PI-3K)、PKB 表達(dá)和K+外流,促進(jìn)細(xì)胞增殖,抑制細(xì)胞凋亡。在G 蛋白偶聯(lián)受體激酶(G protein-coupled receptor kinases,GRKs)的作用下,β-arrestin2 可作為支架蛋白將GPR120 與結(jié)合蛋白1(Binding protein 1,TAB1)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子激活激酶1(Transforming growth factor activated kinase 1,TAK1)信號(hào)通路級(jí)聯(lián),通過MAPK 激酶(MAP kinase kinase,MKK)抑制c-Jun N 端激酶(c-Jun N-terminal kinase JNK)的表達(dá),通過κB 抑制因子激酶(Inhibitor of kappa B kinase,IKK)抑制NFκB 的表達(dá),從而抑制下游炎性信號(hào)傳導(dǎo)[53]。此外,GPR120 還可經(jīng)β-arrestin2 途徑引起味覺偏好。
圖6 游離脂肪酸激活GPR120 的信號(hào)通路Fig.6 Signal pathway of GPR120 activated by free fatty acids
內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)(Endocannabinoid system,ECs)通過控制食物攝入及能量消耗達(dá)到對(duì)食欲的調(diào)節(jié),主要機(jī)制是內(nèi)源性大麻素激活相關(guān)受體反應(yīng)并通過神經(jīng)傳導(dǎo)得到反饋[54-55],如N-花生四烯酸乙醇胺(Anandamide,AEA)和2-花生四烯酸甘油(2-Arachidonoylglycerol,2-AG),二者都有通過激活內(nèi)源性大麻素1 型受體(Cannabinoid receptor 1,CB1)來增強(qiáng)食欲,增加食物攝入的特性[56]。內(nèi)源性大麻素受體存在于CNS 及外周系統(tǒng),對(duì)神經(jīng)信號(hào)等進(jìn)行調(diào)節(jié)[57]。研究發(fā)現(xiàn),口腔中脂肪的攝入與唾液中內(nèi)源性大麻素水平的變化相關(guān),脂肪以此來調(diào)節(jié)從神經(jīng)傳出至腦干的味覺信號(hào),在大腦相應(yīng)區(qū)域促進(jìn)食欲相關(guān)激素的產(chǎn)生[58-59]。內(nèi)源性大麻素是脂肪酸衍生物,通過相應(yīng)受體調(diào)節(jié)進(jìn)食行為。與脂肪酸感知相關(guān)的受體主要有內(nèi)源性大麻素受體CB1 和CB2[41]。CB1 在小鼠舌頭的菌狀乳頭及外周乳頭細(xì)胞中的表達(dá)得到證實(shí),被激活后引發(fā)神經(jīng)傳導(dǎo),起到調(diào)節(jié)甜味、脂肪味的作用,同時(shí)影響大腦控制食物攝入[60]。小鼠偏好研究表明,CB1 通過調(diào)節(jié)鈣信號(hào)來影響脂肪味覺感知。LCFA 的口腔味覺感知與舌GLP-1 分泌有關(guān),CB1激活刺激GLP-1 的產(chǎn)生,從而調(diào)節(jié)LCFA 的感知閾值,改變食物的適口性[61]。
內(nèi)源性大麻素激活受體發(fā)揮功能的信號(hào)途徑如圖7 所示。2-AG 和AEA 激活突觸前膜CB1/2受體,受體通過G-αi 抑制cAMP 信號(hào)通路,減少基因表達(dá)和NT 分泌。被激活的CB1/2 受體還可促進(jìn)K+外流,抑制Ca2+內(nèi)流和MAPK 通路,同時(shí)通過這些途徑抑制NT 分泌和信號(hào)傳導(dǎo)[62]。NT 激活突觸后膜相應(yīng)受體,通過PLC 途徑增加胞內(nèi)Ca2+和DAG 水平,從而引發(fā)動(dòng)作電位和信息傳遞。2-AG 和AEA 進(jìn)入細(xì)胞后可被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的脂肪酸酰胺水解酶(Fatty acid amide hydrolase,F(xiàn)AAH)、含α-β 水解酶結(jié)構(gòu)域6(Alpha-beta hydrolase domain-containing,ABHD6)和單?;视椭舅崦福∕onoacylglycerol lipase,MAGL)等酶水解為花生四烯酸(Arachidnic acid,AA)和乙醇 胺(Ethanolamine,EA),或被p21 蛋白激活激酶1(p21-actived kinase 1,PAK1)激活的環(huán)氧合酶2(Cyclooxygenase 2,COX2)氧化[63]。
圖7 內(nèi)源性大麻素激活CB1/2 的信號(hào)通路Fig.7 Signal pathway of CB1/2 activated by endocannabinoids
脂肪酸味覺傳導(dǎo)是化學(xué)感受的一種,它觸發(fā)受體或離子通道,使味蕾細(xì)胞去極化,細(xì)胞質(zhì)鈣濃度增加,引起的細(xì)胞信號(hào)級(jí)聯(lián)對(duì)健康有重要影響[19]。脂肪酸溶液的味覺誘發(fā)電位(Gustatory evoked potential,GEP)試驗(yàn),描述了GEP 對(duì)脂肪酸的反應(yīng),并證明口腔中脂肪酸的存在會(huì)觸發(fā)味覺皮層的激活。鈉、鈣與人體營(yíng)養(yǎng)及食物攝入密不可分,因此需要研究感知過程中的鈉離子與鈣離子的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制,達(dá)到調(diào)節(jié)飲食的目的。
脂肪攝入過度會(huì)引發(fā)一些代謝性疾病。脂質(zhì)組學(xué)、生物學(xué)功能等研究在對(duì)抗代謝疾病的新治療方法領(lǐng)域有很大發(fā)展?jié)摿ΑV緮z入對(duì)食欲影響的深入研究,也離不開神經(jīng)相關(guān)通路的作用。有研究證明,脂肪在體內(nèi)進(jìn)行代謝時(shí),大腦所擁有和傳遞的信息至關(guān)重要。大腦的小膠質(zhì)細(xì)胞,富含多種脂肪酸,能夠作為免疫細(xì)胞抵抗肥胖所引起的慢性炎癥[64-65]。
延遲整流鉀離子通道(Delayed-rectifier K+channel,DRK)與大鼠的脂肪味覺感知相關(guān)[4]。DRK 通道嵌入舌味蕾細(xì)胞的頂膜部分,允許鉀離子流入細(xì)胞外空間[31]。正常細(xì)胞中電壓門控型鉀通道shaker 亞族成員5(Voltage-gated potassium channel shaker -related subfamily member 5,KCNA5)即Kvl.5 受到激活打開,細(xì)胞內(nèi)鉀離子外流形成電流,味覺細(xì)胞接受脂肪酸后被改變。如LCFA 與CD36 結(jié)合并改變其活性,使得Kvl.5 離子通道關(guān)閉,鉀離子無法外流,使得味覺細(xì)胞發(fā)生去極化現(xiàn)象,伴有神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。Kvl.5 是在大鼠菌狀乳頭TBC 中發(fā)現(xiàn)的主要通道,且有3 個(gè)主要亞型KCNA、KCNB 和KCNC。目前DRK 通道在人類味蕾中的表達(dá)與具體作用機(jī)制尚未確定[66]。
基因和蛋白表達(dá)結(jié)果分析表明,CD36、GPR43、GPR84、GPR120 和某些 類型的DRK 通道,如KCNA2,存在于人真菌狀乳頭樣本中。進(jìn)一步定量分析表明,各種脂肪酸受體之間具有相關(guān)性,它們?cè)诟兄舅岬倪^程中發(fā)揮著不同的作用。與嚙齒動(dòng)物相比,人類的脂肪味覺受體表達(dá)有所不同,在大鼠中主要的離子通道是KCNA5,而人是KCNA2[31]。
鈣信號(hào)是區(qū)分Ⅱ型和Ⅲ型味覺細(xì)胞的關(guān)鍵特征,脂肪酸與CD36 或GPR120 結(jié)合,激活PLC 通路,使得細(xì)胞器膜上的Ca2+通道打開,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度上升,同時(shí)引起Na+通過瞬時(shí)電位M 亞型5 通 道(Transient receptor potential melastatin channels 5,TRPM5)流入細(xì)胞內(nèi),導(dǎo)致味覺細(xì)胞去極化和神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[67]。在小鼠味蕾細(xì)胞中,發(fā)現(xiàn)由LCFA 激活的鈣池調(diào)控離子通道(Storeoperated channels,SOC)由Orai1 和Orai1/3 蛋白組成[19]。TRPM5 是Ca2+觸發(fā)的單價(jià)非選擇性陽離子可滲透通道,在TRC 中充分表達(dá),對(duì)于苦味、鮮味和甜味的傳導(dǎo)至關(guān)重要,也可能是脂肪味道信號(hào)的一個(gè)關(guān)鍵通道[19]。有研究發(fā)現(xiàn),Cav3.2 是一種t 型低電壓激活的鈣通道,在神經(jīng)元的興奮性和各種生理功能中至關(guān)重要。通過研究下丘腦神經(jīng)元的表達(dá)在小鼠食物攝入量和體重調(diào)節(jié)中的作用,表明Cav3.2 是治療肥胖和糖尿病的一個(gè)靶點(diǎn)[68]。對(duì)缺陷及野生小鼠實(shí)驗(yàn)表明,TRPM5 在脂質(zhì)味道感知中有重要作用,TRPM5 小鼠會(huì)在脂肪作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈偏好,而敲除后小鼠的脂肪偏好消除[69-70]。此外發(fā)現(xiàn),TRPM5 在下丘腦和腦干的表達(dá)情況會(huì)因?yàn)榉逝侄档蚚71-72]。
化學(xué)感覺基于觸覺,由三叉神經(jīng)感知。化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入口腔時(shí),位于口腔表面的味覺細(xì)胞中的味覺感受器被激活,向大腦皮層發(fā)送信號(hào)。脂肪也通過三叉神經(jīng)被感知,三叉神經(jīng)向大腦發(fā)送在口腔中產(chǎn)生的信號(hào)。從分支到達(dá)眼睛、鼻子、牙齒和舌頭,負(fù)責(zé)下一步的感知刺激,同時(shí)有疼痛和溫度的影響。然而,因味道和質(zhì)地比較難區(qū)分,故在具體位置品嘗或感覺到脂肪的問題仍未明確。從Ⅱ型細(xì)胞到神經(jīng)系統(tǒng)之間的具體機(jī)制還不夠明確[66]。味蕾細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)的改變促進(jìn)了神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,許多神經(jīng)遞質(zhì)被用于TRC 和初級(jí)感覺傳入神經(jīng)之間的突觸,其中包括去甲腎上腺素、乙酰膽堿、多巴胺、5-HT、降鈣素基因相關(guān)肽和氨基酸(GABA 和谷氨酸),而5-HT 是關(guān)鍵的味蕾神經(jīng)遞質(zhì)。從穩(wěn)態(tài)及享樂系統(tǒng)的內(nèi)部調(diào)節(jié),包括饑餓誘導(dǎo)的味覺修飾,相關(guān)促食欲神經(jīng)元的表達(dá)等,在調(diào)節(jié)食欲與味覺感知中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[73-74]。
MAPK 級(jí)聯(lián)通路的激活通過ERK1/2 信號(hào)通路響應(yīng)脂肪酸味覺檢測(cè)。研究表明,CALHM1 離子通道發(fā)生變化,調(diào)節(jié)人與小鼠味蕾細(xì)胞中ERK1/2-MAPK 的激活和5-HT 的釋放[21]。MAPK 通路和CALHM1 通道是LCFA 口腔味覺感知所需的額外參與者,通過CD36 來觸發(fā)MAPK 的磷酸化,與味蕾細(xì)胞中Fyn 進(jìn)行磷酸化偶聯(lián)。表明脂肪酸誘導(dǎo)的Ca2+信號(hào)通路,需要激活CD36 以及味蕾細(xì)胞中的Fyn 激酶[35]。膳食脂肪酸通過鈣通道調(diào)節(jié)味蕾細(xì)胞的激活,與CD36 結(jié)合在脂質(zhì)筏,誘導(dǎo)Fyn 磷酸化,產(chǎn)生IP3 使Ca2+外排,通過開放的SOC 通道進(jìn)入細(xì)胞,產(chǎn)生電信號(hào)經(jīng)神經(jīng)傳導(dǎo)至細(xì)胞外[21]。將基因缺陷型小鼠維持在高脂肪飲食的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中,進(jìn)一步探討ERK1/2 信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)肥胖的影響,發(fā)現(xiàn)二者發(fā)揮不同的作用,并且在缺乏ERK1 的情況下,ERK2 與飲食誘導(dǎo)的肥胖癥中的胰島素抵抗和高血糖有關(guān)[35]?;蚯贸龑?shí)驗(yàn)證實(shí)了細(xì)胞中脂肪酸誘發(fā)的Ca2+信號(hào)和ERK1/2 磷酸化水平均降低。ERK1/2-MAPK 級(jí)聯(lián)通過味蕾細(xì)胞中CALHM1 通道打開,而關(guān)于該通路在肥胖患者體內(nèi)的作用還需進(jìn)一步考證。
脂肪的味覺感知涉及多個(gè)受體結(jié)合以及離子通道的作用,還有多重味道之間的串?dāng)_模型,是一個(gè)非常復(fù)雜的感知傳導(dǎo)系統(tǒng)。目前,關(guān)于CD36 和GPR120 等舌脂傳感器耦合的第二信使級(jí)聯(lián)已被廣泛研究,而其具體機(jī)制仍未完全明確。在脂肪味覺感知過程中是否有其它脂肪酸受體的參與,以及脂肪味從口腔到大腦的傳導(dǎo)途徑等還需進(jìn)一步研究證實(shí)。GPR41、GPR43、GPR84 等受體對(duì)游離脂肪酸有高親和力及增強(qiáng)感知的作用,然而它們?cè)谖独偌?xì)胞上的表達(dá)和定位仍不清楚。脂肪味的神經(jīng)傳導(dǎo)可能還涉及大腦的相關(guān)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制、能量感知系統(tǒng)以及食物攝入調(diào)節(jié)系統(tǒng)等調(diào)節(jié)。對(duì)于脂肪味覺感知機(jī)制,還應(yīng)注重神經(jīng)內(nèi)分泌學(xué)的研究,因脂肪味覺感知不僅是一種中樞調(diào)節(jié)反應(yīng),還涉及激素分泌影響。味蕾分泌的激素可能與脂肪酸味受體一起放大或降低味覺信號(hào),然后傳入中樞神經(jīng)。因此,脂肪口腔感知的自分泌/旁分泌信號(hào)對(duì)于進(jìn)一步明確脂肪酸感知和傳導(dǎo)機(jī)制也是十分必要的。對(duì)于脂肪味覺信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制及其在健康和疾病中的生理相關(guān)調(diào)控,還有很長(zhǎng)的路要走。脂肪酸及其代謝物和衍生物分布于機(jī)體各部位,與相應(yīng)受體結(jié)合后參與細(xì)胞增殖、免疫應(yīng)答、糖脂代謝和機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)等生理活動(dòng)。脂肪酸受體及其介導(dǎo)的信號(hào)途徑和功能研究,對(duì)指導(dǎo)健康飲食,改善肥胖和糖尿病等代謝性疾病具有重要意義。