動物腸道甜味受體和糖類營養感應

楊晶晶，李 菁，王玉輝，李小英

（西藏職業技術學院 850030）

味覺是動物的一種基本生理感覺，現在普遍認為有甜、鮮、苦、酸、咸這五種基本味覺組合。過去人們一直認為動物的味覺感受只存在于口腔中，但最近的研究表明，腸道不僅具有消化吸收功能，同時也是味覺感受器官，其內壁黏膜上分布味覺感受器。味覺中的甜味主要影響飼料的適口性和動物的采食量，進而影響其生長發育和生產性能。黏膜甜味受體也存在于腸道化學感受系統中[1]。因此本文就腸道甜味受體的感應機制進行綜述，為動物腸道的糖類營養感應研究提供參考。

1 甜味受體的定位和結構

目前發現的味覺受體分為1型味覺受體（Taste receptor family 1 member，T1Rs）和2型味覺受體（Taste receptor family 2 member，T2Rs）。T1R主要有T1R1、T1R2、T1R3三個亞基，其中T1R2和T1R3組成甜味受體，T1R1和T1R3組成鮮味受體；T2R是苦味受體。最近的研究發現，甜味受體不僅存在于腸道黏膜上，還存在于機體的很多器官（心、腦、腎臟、B淋巴細胞等）中。甜味受體在口腔中主要起到甜味識別的作用，而在外周組織（胃腸道、胰腺等）中的作用可能與其特定部位的味覺感知和能量代謝平衡相關，但它們中大多數的功能尚不完全清楚，有待深入研究。

甜味受體能識別糖類、人工甜味劑、氨基酸、甜味蛋白和二肽等甜味物質，但不同物種甜味受體的結構和序列存在變異，因此對甜味劑的識別也不同。豬識別不了一些人工甜味劑如阿斯巴甜、新橙皮苷二氫查耳酮等(neohesperidin dihydrochalcone,NHDC)，貓識別不了所有的甜味劑，因為它的T1R2基因已進化成假基因，不表達T1R2受體。

1.1 甜味受體的結構

甜味受體屬于G蛋白耦聯受體( G protein coupled receptors,GPCRs)家族C亞型成員，是一類具有典型結構的GPCR，它們擁有大的細胞外結構域，包括捕蟲草結構域(venus flytrap module, VFTM)、半胱氨酸富集結構域(cysteine rich domain, CRD ) 和七次螺旋跨膜結構域(transmembrane domain, TMD)。甜味受體由T1R2和T1R3以異源二聚體的形式結合發揮作用，將T1R2或T1R3單個基因敲除的小鼠保留對高濃度糖的殘存反應，而雙基因T1R2/T1R3同時敲除小鼠的這種反應消失；T1R3在舌及腭某些上皮組織味覺受體細胞中以同型二聚體的形式單獨表達，可作為低親和力的糖受體；表明T1R2和T1R3單個受體可能起到低親和力糖受體作用[2]。T1R2和T1R3亞基的三個結構域存在多個結合位點，不同類型的甜味物質與甜味受體結合位點各不相同。

1.2 甜味受體激活機制

蔗糖、阿斯巴甜、D-色氨酸、三氯蔗糖和紐甜等作用于T1R2受體的VFTM結構域，而NHDC、甜蜜素以及甜味抑制劑lactisole作用于T1R3受體的跨膜區域TMD，以代謝型谷氨酸受體(mGluR)的胞外區域為模板，對甜味受體同源建模，發現小分子甜味劑如阿斯巴甜、蔗糖等進入到甜味受體胞外VFTM結構域的兩個肺葉型結構中間的“結合口袋”，與“結合口袋”周圍的特定氨基酸互作，使兩個肺葉型結構“合攏”，形成受體配體結合型的穩定分子結構[3]。上述胞外結構域的構象變化可導致跨膜與胞內結構域的構象改變，或使T1R2與T1R3二聚體之間的界面接近，并最終導致受體的激活。另外，研究人員依賴于分子模擬提出的甜味蛋白激活受體的“楔形物模型”(wedge model)，即甜味蛋白質的楔形表面結合于受體胞外VFTM結構域上兩個肺葉型結構組成的口袋的外側凹面，引起“長距離”信號轉導，從而激活受體[4]。

1.3 甜味受體在腸道的定位

在對腸道甜味受體的研究中，J.Dyer等用反轉錄PCR、實時PCR和WB從mRNA和蛋白質水平均印證了甜味受體存在于小腸黏膜上。在CD-1品系小鼠的小腸黏膜上有T1R2和TIR3的二聚體共表達，表達水平空腸段明顯高于其他的小腸段，甜味受體的表達水平不僅在小腸縱軸方向上存在差異，在同一腸絨毛軸上的表達也不同，絨毛處表達水平明顯高于腺窩處。另外，在小鼠腸道內分泌細胞系STC1中也檢測到T1Rs受體家族的表達。

對豬小腸黏膜的甜味受體進行免疫熒光檢測定位，發現所有的T1R3-表達細胞均能表達甜味受體信號因子Gαgust，許多的T1R3-表達細胞有T1R2的表達，少量T1R3亞基也在其他細胞表達。T1R2和Gαgust都與嗜鉻粒蛋白A共表達，這些能表達T1Rs和Ggust的細胞呈現三角形或盤狀形狀，表明這些細胞屬于腸內分泌譜系，從而證明甜味味覺受體只在內分泌細胞中表達。

1.4 甜味受體在口腔和腸道的區別

味覺感受系統在腸道與口腔的表現既有相似又有不同，如腸道和口腔的甜味受體均可感受出甜度的變化，且T1R2對甜度的變化更敏感；而T1R3在腸道與口腔隨甜度變化的表達趨勢是不一致的，另外，腸道味覺感受系統具有其特定功能如調解葡萄糖轉運體等。

口腔中味覺的感受主要是通過味蕾，味蕾由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型細胞組成，其中Ⅰ型細胞包圍在Ⅱ、Ⅲ型細胞周圍，防止味覺信號的過度擴散；甜味受體主要位于Ⅱ型細胞上，能感受甜味物質的刺激，但沒有突觸不能直接傳遞給傳入神經；而是將甜味刺激通過具有突觸結構的Ⅲ型細胞傳遞給味覺傳入神經從而傳達到神經中樞系統（CNS）[5]。而在腸道黏膜傳感營養成分是通過上皮間接釋放信號給神經，腸道中位于內分泌細胞上的甜味受體感受腸腔內容物的甜味刺激后釋放腸激素（如GLP1），腸激素擴散進入血液然后作用其他靶位點，或者與附近的來自迷走神經、脊椎神經、腸肌間神經的傳入神經終端進行交互，將甜味信號傳達給神經中樞系統。

2 腸道甜味受體的功能及營養感受

腸道甜味受體感應腸腔內糖類營養物質的濃度變化并介導糖類轉運體的表達，促進腸道糖類的感應吸收。研究發現野生型小鼠在飼喂高含量蔗糖飼糧時的腸道轉運載體表達顯著高于低碳水化合物水平處理組，但敲除Gαgust和T1R3基因的小鼠該現象消失；而低蔗糖+甜味劑組相較于單一的低蔗糖組也會產生類似情況，并且A.W.Moran的一系列試驗也證明了腸道甜味受體與腸道糖類轉運載體的關系。

研究還發現，腸道甜味受體與腸激素存在腸內分泌細胞的共表達，并通過熒光檢測定位得到了證明，而通過進一步試驗證明甜味受體感應甜味物質并介導腸激素的釋放，甜味抑制劑能顯著抑制腸激素的釋放，這表明腸道甜味受體對腸激素的介導效應。腸道甜味受體感受腸腔糖類物質變化，與甜味物質結合后激活Gαgust通過信號轉導通路來介導相關腸激素的釋放，介導腸激素針對腸道糖類物質的效應作用。

3 腸道甜味受體信號傳導機制

3.1 甜味受體信號傳導的關鍵信號分子

α-味導素（α-gustducin）是一種味覺特異G蛋白，屬Gi亞種, 編碼354個氨基酸殘基序列，分子量在60～50 kD。在哺乳動物的口腔味覺細胞里都有表達，α-味導素與3種味覺受體T1R2+T1R3(甜）、T1R1+TIR3（鮮）、T2Rs（苦）均存在部分共表達，表明味導素參與甜、苦、鮮這三種味覺的信號傳導。α-味導素基因敲除小鼠對甜味物質（蔗糖、脯氨酸、色氨酸、人工合成的糖精）的識別能力明顯降低，也表明α-味導素參與甜味覺轉導并發揮重要作用，并且α-味導素只是某一個或幾個信號轉導途徑中的一種調控因子[6]。

磷脂酶PLC-β2選擇性的表達于各味覺組織中，是味覺受體細胞的顯著標志。研究發現，PLC-β2基因敲除的小鼠仍能識別甜、鮮和苦味，只是敏感程度嚴重下降，表明PLC-β2在甜、鮮和苦味的信號轉導中發揮重要作用。

瞬時受體電位 M 亞型 5(Transient receptor potential cation channel subfamily M member 5, TRPM5)是哺乳動物瞬時受體通道家族的一員，是一種陽離子通道，當甜味物質和甜味受體結合時TRPM5就會打開，Ca2+離子內流。TRPM5在味覺組織中表達水平很高，它與味覺信號轉導分子α-味導素、磷脂酶PLC-β2、肌醇 1, 4, 5-三磷酸肌醇(IP3)受體IP3R3共表達在味覺細胞中，與T1Rs、Gαgus共表達在人的腸道內分泌細胞系中。

3.2 甜味感應信號通路

不同的甜味刺激物利用不同的途徑轉導甜味反應。有研究表明，味覺細胞可能存在兩種不同但又相互依賴的甜味信號轉導模式，以蔗糖為代表的天然糖類利用的是環腺苷酸( cAMP )途徑，而合成的人工甜味劑利用的是IP3和二酯酰甘油(DAG)途徑。

4 腸道糖類營養感應

1964年N.Mclntyre等發現提高血漿胰島素水平口服葡萄糖比靜脈注射更有效，從而證實消化道在感應和傳導糖類營養信號中的積極作用。腸道甜味受體作為腸道糖類等甜味物質的味覺感受器，在腸道的營養化學感應中發揮著重要的作用。

動物飼糧中的碳水化合物首先由唾液和胰液淀粉酶消化并降解，然后由刷狀緣系統的酶將其降解為單糖。腸道分泌細胞上的甜味受體可以感應腸腔中葡萄糖和單糖的濃度，并能夠將適當的信號轉導到轉運載體，從而來調節腸腔中單糖的吸收。單糖的吸收是通過腸刷狀緣頂膜上單糖轉運蛋白包括鈉/葡萄糖共轉運載體（sodium-coupled glucose transporter, SGLT)和葡萄糖協助擴散轉運載體（facilitative glucose transporter , GLUT)(如GLUT2）對葡萄糖的轉運和GLUT5對果糖的轉運[7]。

SGLT1和GLUT2為腸道中所存在的兩種主要葡萄糖運載體，當葡萄糖的濃度較低時SGLT1發揮主要作用，SGLT1靠基底側Na+/ K+- ATP 酶所產生的 Na+濃度梯度驅動葡萄糖吸收，細胞內的葡萄糖接著再通過協同運載體GLUT2跨過基底側膜傳遞，最后葡萄糖進入腸下毛細血管供機體利用。而當葡萄糖濃度較高時處于基底膜上的GLUT2會暫時性插入頂膜促進葡萄糖吸收，增強葡萄糖轉運能力[8]。

腸道葡萄糖濃度達到閾值水平后，會激活甜味受體所在的內分泌感應細胞以及其信號轉導通路，導致GLP-1、GIP和其他內分泌激素的釋放。釋放的一種或多種腸激素可以與周圍的靶細胞結合增強SGLT-1的上調表達和促進頂端暫時性的GLUT2插入，也可能這些腸分泌細胞釋放的化學激素將信號傳遞到附近的來自迷走神經、脊椎神經、腸肌間神經的傳入神經終端進行交互，這些神經元會釋放細胞因子，直接或間接地增強SGLT1在腸上皮細胞上的表達，從而影響腸道葡萄糖的吸收。

5 總結

腸道甜味受體可以直接參與腸道糖類物質的營養化學感應，通過腸道甜味受體信號通路感應腸道的糖類等甜味物質變化，介導相關的腸激素分泌，影響葡萄糖轉運體表達，并且分泌的腸激素還能通過迷走神經和血液循環將信號傳遞到下丘腦影響采食，甜味劑對腸道甜味受體的作用可以提高動物生產的采食量和飼料轉化率，但是相關的機理還有待進一步探究。