动物肠道甜味受体和糖类营养感应

杨晶晶，李 菁，王玉辉，李小英

（西藏职业技术学院 850030）

味觉是动物的一种基本生理感觉，现在普遍认为有甜、鲜、苦、酸、咸这五种基本味觉组合。过去人们一直认为动物的味觉感受只存在于口腔中，但最近的研究表明，肠道不仅具有消化吸收功能，同时也是味觉感受器官，其内壁黏膜上分布味觉感受器。味觉中的甜味主要影响饲料的适口性和动物的采食量，进而影响其生长发育和生产性能。黏膜甜味受体也存在于肠道化学感受系统中[1]。因此本文就肠道甜味受体的感应机制进行综述，为动物肠道的糖类营养感应研究提供参考。

1 甜味受体的定位和结构

目前发现的味觉受体分为1型味觉受体（Taste receptor family 1 member，T1Rs）和2型味觉受体（Taste receptor family 2 member，T2Rs）。T1R主要有T1R1、T1R2、T1R3三个亚基，其中T1R2和T1R3组成甜味受体，T1R1和T1R3组成鲜味受体；T2R是苦味受体。最近的研究发现，甜味受体不仅存在于肠道黏膜上，还存在于机体的很多器官（心、脑、肾脏、B淋巴细胞等）中。甜味受体在口腔中主要起到甜味识别的作用，而在外周组织（胃肠道、胰腺等）中的作用可能与其特定部位的味觉感知和能量代谢平衡相关，但它们中大多数的功能尚不完全清楚，有待深入研究。

甜味受体能识别糖类、人工甜味剂、氨基酸、甜味蛋白和二肽等甜味物质，但不同物种甜味受体的结构和序列存在变异，因此对甜味剂的识别也不同。猪识别不了一些人工甜味剂如阿斯巴甜、新橙皮苷二氢查耳酮等(neohesperidin dihydrochalcone,NHDC)，猫识别不了所有的甜味剂，因为它的T1R2基因已进化成假基因，不表达T1R2受体。

1.1 甜味受体的结构

甜味受体属于G蛋白耦联受体( G protein coupled receptors,GPCRs)家族C亚型成员，是一类具有典型结构的GPCR，它们拥有大的细胞外结构域，包括捕虫草结构域(venus flytrap module, VFTM)、半胱氨酸富集结构域(cysteine rich domain, CRD ) 和七次螺旋跨膜结构域(transmembrane domain, TMD)。甜味受体由T1R2和T1R3以异源二聚体的形式结合发挥作用，将T1R2或T1R3单个基因敲除的小鼠保留对高浓度糖的残存反应，而双基因T1R2/T1R3同时敲除小鼠的这种反应消失；T1R3在舌及腭某些上皮组织味觉受体细胞中以同型二聚体的形式单独表达，可作为低亲和力的糖受体；表明T1R2和T1R3单个受体可能起到低亲和力糖受体作用[2]。T1R2和T1R3亚基的三个结构域存在多个结合位点，不同类型的甜味物质与甜味受体结合位点各不相同。

1.2 甜味受体激活机制

蔗糖、阿斯巴甜、D-色氨酸、三氯蔗糖和纽甜等作用于T1R2受体的VFTM结构域，而NHDC、甜蜜素以及甜味抑制剂lactisole作用于T1R3受体的跨膜区域TMD，以代谢型谷氨酸受体(mGluR)的胞外区域为模板，对甜味受体同源建模，发现小分子甜味剂如阿斯巴甜、蔗糖等进入到甜味受体胞外VFTM结构域的两个肺叶型结构中间的“结合口袋”，与“结合口袋”周围的特定氨基酸互作，使两个肺叶型结构“合拢”，形成受体配体结合型的稳定分子结构[3]。上述胞外结构域的构象变化可导致跨膜与胞内结构域的构象改变，或使T1R2与T1R3二聚体之间的界面接近，并最终导致受体的激活。另外，研究人员依赖于分子模拟提出的甜味蛋白激活受体的“楔形物模型”(wedge model)，即甜味蛋白质的楔形表面结合于受体胞外VFTM结构域上两个肺叶型结构组成的口袋的外侧凹面，引起“长距离”信号转导，从而激活受体[4]。

1.3 甜味受体在肠道的定位

在对肠道甜味受体的研究中，J.Dyer等用反转录PCR、实时PCR和WB从mRNA和蛋白质水平均印证了甜味受体存在于小肠黏膜上。在CD-1品系小鼠的小肠黏膜上有T1R2和TIR3的二聚体共表达，表达水平空肠段明显高于其他的小肠段，甜味受体的表达水平不仅在小肠纵轴方向上存在差异，在同一肠绒毛轴上的表达也不同，绒毛处表达水平明显高于腺窝处。另外，在小鼠肠道内分泌细胞系STC1中也检测到T1Rs受体家族的表达。

对猪小肠黏膜的甜味受体进行免疫荧光检测定位，发现所有的T1R3-表达细胞均能表达甜味受体信号因子Gαgust，许多的T1R3-表达细胞有T1R2的表达，少量T1R3亚基也在其他细胞表达。T1R2和Gαgust都与嗜铬粒蛋白A共表达，这些能表达T1Rs和Ggust的细胞呈现三角形或盘状形状，表明这些细胞属于肠内分泌谱系，从而证明甜味味觉受体只在内分泌细胞中表达。

1.4 甜味受体在口腔和肠道的区别

味觉感受系统在肠道与口腔的表现既有相似又有不同，如肠道和口腔的甜味受体均可感受出甜度的变化，且T1R2对甜度的变化更敏感；而T1R3在肠道与口腔随甜度变化的表达趋势是不一致的，另外，肠道味觉感受系统具有其特定功能如调解葡萄糖转运体等。

口腔中味觉的感受主要是通过味蕾，味蕾由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型细胞组成，其中Ⅰ型细胞包围在Ⅱ、Ⅲ型细胞周围，防止味觉信号的过度扩散；甜味受体主要位于Ⅱ型细胞上，能感受甜味物质的刺激，但没有突触不能直接传递给传入神经；而是将甜味刺激通过具有突触结构的Ⅲ型细胞传递给味觉传入神经从而传达到神经中枢系统（CNS）[5]。而在肠道黏膜传感营养成分是通过上皮间接释放信号给神经，肠道中位于内分泌细胞上的甜味受体感受肠腔内容物的甜味刺激后释放肠激素（如GLP1），肠激素扩散进入血液然后作用其他靶位点，或者与附近的来自迷走神经、脊椎神经、肠肌间神经的传入神经终端进行交互，将甜味信号传达给神经中枢系统。

2 肠道甜味受体的功能及营养感受

肠道甜味受体感应肠腔内糖类营养物质的浓度变化并介导糖类转运体的表达，促进肠道糖类的感应吸收。研究发现野生型小鼠在饲喂高含量蔗糖饲粮时的肠道转运载体表达显著高于低碳水化合物水平处理组，但敲除Gαgust和T1R3基因的小鼠该现象消失；而低蔗糖+甜味剂组相较于单一的低蔗糖组也会产生类似情况，并且A.W.Moran的一系列试验也证明了肠道甜味受体与肠道糖类转运载体的关系。

研究还发现，肠道甜味受体与肠激素存在肠内分泌细胞的共表达，并通过荧光检测定位得到了证明，而通过进一步试验证明甜味受体感应甜味物质并介导肠激素的释放，甜味抑制剂能显著抑制肠激素的释放，这表明肠道甜味受体对肠激素的介导效应。肠道甜味受体感受肠腔糖类物质变化，与甜味物质结合后激活Gαgust通过信号转导通路来介导相关肠激素的释放，介导肠激素针对肠道糖类物质的效应作用。

3 肠道甜味受体信号传导机制

3.1 甜味受体信号传导的关键信号分子

α-味导素（α-gustducin）是一种味觉特异G蛋白，属Gi亚种, 编码354个氨基酸残基序列，分子量在60～50 kD。在哺乳动物的口腔味觉细胞里都有表达，α-味导素与3种味觉受体T1R2+T1R3(甜）、T1R1+TIR3（鲜）、T2Rs（苦）均存在部分共表达，表明味导素参与甜、苦、鲜这三种味觉的信号传导。α-味导素基因敲除小鼠对甜味物质（蔗糖、脯氨酸、色氨酸、人工合成的糖精）的识别能力明显降低，也表明α-味导素参与甜味觉转导并发挥重要作用，并且α-味导素只是某一个或几个信号转导途径中的一种调控因子[6]。

磷脂酶PLC-β2选择性的表达于各味觉组织中，是味觉受体细胞的显著标志。研究发现，PLC-β2基因敲除的小鼠仍能识别甜、鲜和苦味，只是敏感程度严重下降，表明PLC-β2在甜、鲜和苦味的信号转导中发挥重要作用。

瞬时受体电位 M 亚型 5(Transient receptor potential cation channel subfamily M member 5, TRPM5)是哺乳动物瞬时受体通道家族的一员，是一种阳离子通道，当甜味物质和甜味受体结合时TRPM5就会打开，Ca2+离子内流。TRPM5在味觉组织中表达水平很高，它与味觉信号转导分子α-味导素、磷脂酶PLC-β2、肌醇 1, 4, 5-三磷酸肌醇(IP3)受体IP3R3共表达在味觉细胞中，与T1Rs、Gαgus共表达在人的肠道内分泌细胞系中。

3.2 甜味感应信号通路

不同的甜味刺激物利用不同的途径转导甜味反应。有研究表明，味觉细胞可能存在两种不同但又相互依赖的甜味信号转导模式，以蔗糖为代表的天然糖类利用的是环腺苷酸( cAMP )途径，而合成的人工甜味剂利用的是IP3和二酯酰甘油(DAG)途径。

4 肠道糖类营养感应

1964年N.Mclntyre等发现提高血浆胰岛素水平口服葡萄糖比静脉注射更有效，从而证实消化道在感应和传导糖类营养信号中的积极作用。肠道甜味受体作为肠道糖类等甜味物质的味觉感受器，在肠道的营养化学感应中发挥着重要的作用。

动物饲粮中的碳水化合物首先由唾液和胰液淀粉酶消化并降解，然后由刷状缘系统的酶将其降解为单糖。肠道分泌细胞上的甜味受体可以感应肠腔中葡萄糖和单糖的浓度，并能够将适当的信号转导到转运载体，从而来调节肠腔中单糖的吸收。单糖的吸收是通过肠刷状缘顶膜上单糖转运蛋白包括钠/葡萄糖共转运载体（sodium-coupled glucose transporter, SGLT)和葡萄糖协助扩散转运载体（facilitative glucose transporter , GLUT)(如GLUT2）对葡萄糖的转运和GLUT5对果糖的转运[7]。

SGLT1和GLUT2为肠道中所存在的两种主要葡萄糖运载体，当葡萄糖的浓度较低时SGLT1发挥主要作用，SGLT1靠基底侧Na+/ K+- ATP 酶所产生的 Na+浓度梯度驱动葡萄糖吸收，细胞内的葡萄糖接着再通过协同运载体GLUT2跨过基底侧膜传递，最后葡萄糖进入肠下毛细血管供机体利用。而当葡萄糖浓度较高时处于基底膜上的GLUT2会暂时性插入顶膜促进葡萄糖吸收，增强葡萄糖转运能力[8]。

肠道葡萄糖浓度达到阈值水平后，会激活甜味受体所在的内分泌感应细胞以及其信号转导通路，导致GLP-1、GIP和其他内分泌激素的释放。释放的一种或多种肠激素可以与周围的靶细胞结合增强SGLT-1的上调表达和促进顶端暂时性的GLUT2插入，也可能这些肠分泌细胞释放的化学激素将信号传递到附近的来自迷走神经、脊椎神经、肠肌间神经的传入神经终端进行交互，这些神经元会释放细胞因子，直接或间接地增强SGLT1在肠上皮细胞上的表达，从而影响肠道葡萄糖的吸收。

5 总结

肠道甜味受体可以直接参与肠道糖类物质的营养化学感应，通过肠道甜味受体信号通路感应肠道的糖类等甜味物质变化，介导相关的肠激素分泌，影响葡萄糖转运体表达，并且分泌的肠激素还能通过迷走神经和血液循环将信号传递到下丘脑影响采食，甜味剂对肠道甜味受体的作用可以提高动物生产的采食量和饲料转化率，但是相关的机理还有待进一步探究。