植物香气化合物产生甜味的受体机制研究取得新突破

为探究植物疏水香气化合物与甜味受体的作用机制，研究人员开展实验，发现新甜味剂并明确其作用差异，意义重大。

　　### 植物香气化合物的甜蜜奥秘：探索甜味新机制
在我们品尝新鲜水果和蔬菜时，那股清甜滋味往往让人陶醉。以往，我们大多认为是其中的糖类带来了甜味，可你是否想过，那些散发着迷人香气的物质，会不会也在甜味的产生中扮演着重要角色呢？事实上，植物中含有大量挥发性疏水小分子，它们不仅赋予食物独特的香气，还可能与甜味有着千丝万缕的联系。但一直以来，这些疏水化合物与甜味受体之间的具体相互作用机制却如同迷雾，困扰着科研人员。为了揭开这层神秘面纱，来自日本国立农业和食品研究组织（National Agriculture and Food Research Organization，NARO）等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

甜味受体在感知甜味的过程中起着关键作用。其中，TAS1R2/TAS1R3 是重要的甜味受体，属于 G 蛋白偶联受体（GPCR）家族。像葡萄糖、蔗糖这类亲水甜味化合物，能够与 TAS1R2/TAS1R3 的配体结合域（LBD）结合，从而让我们感受到甜味。然而，植物中还存在许多疏水化合物，它们的味觉特性和作用机制却鲜为人知。有些疏水化合物是苦味的，比如奎宁和槲皮素；但也有一些被认为可能具有甜味，像茴芹脑、肉桂醛等，可它们对 TAS1R2/TAS1R3 的具体影响以及相关感官特性，此前并未得到广泛研究。而且，不同物种对这些疏水化合物的味觉反应是否存在差异，也是一个未解之谜。正是在这样的背景下，研究人员开启了本次探索之旅。

研究人员采用了多种关键技术方法来开展研究。在细胞实验方面，利用表达人类和小鼠甜味受体 TAS1R2/TAS1R3 的 HEK293 细胞，通过钙离子成像技术，监测细胞对不同化合物的反应，以此来判断化合物是否能激活甜味受体。在动物实验中，对小鼠进行神经记录实验，评估化合物对小鼠味觉神经反应的影响，实验过程严格遵循相关动物实验准则。此外，还运用了分子生物学技术，构建嵌合突变体和点突变体，探究甜味化合物在受体上的结合位点和作用机制。同时，借助对接模拟技术，预测化合物与受体的结合模式，从分子层面深入解析甜味产生的机制。

下面让我们看看研究都有哪些重要发现：

1. 新型甜味植物香气化合物：研究人员通过两种方法筛选新型疏水甜味化合物。一方面聚焦于茴芹脑和肉桂醛的类似物，另一方面关注肉桂醛、紫苏醛及其类似物。实验发现，反式 - 2 - 己烯醛、茴芹脑、紫苏醛和肉桂醛能显著激活人类 TAS1R2/TAS1R3，但对小鼠的该受体却无明显作用。在小鼠实验中，紫苏醛、肉桂醛和肉桂醇还能抑制三氯蔗糖（1 mM）诱导的 TAS1R2/TAS1R3 反应。在人体感官评估实验中，11 名参与者对反式 - 2 - 己烯醛（5 mM）、蔗糖（50 mM）和水的甜度进行评价，结果显示反式 - 2 - 己烯醛的甜度显著高于水，且与蔗糖的甜度无明显差异，这表明反式 - 2 - 己烯醛有望成为一种新型甜味剂。
2. 疏水甜味剂 / 抑制剂在 TAS1R2 中的功能域：研究人员推测疏水甜味化合物可能与 TAS1R2 的跨膜域（TMD）结合。通过构建人鼠 TAS1R2/TAS1R3 细胞的嵌合突变体，发现当将人类 TAS1R2 - TMD 替换为小鼠来源的 TMD 时，化合物不再引发甜味反应；而将小鼠 TAS1R2 - TMD 替换为人类来源的 TMD 时，肉桂醛和紫苏醛能引发甜味反应。这表明人类 TAS1R2 - TMD 是疏水甜味化合物产生甜味反应的关键区域。对接模拟和点突变实验进一步证实，多个氨基酸残基在疏水甜味化合物与 TAS1R2 - TMD 的结合以及甜味产生过程中发挥着重要作用。例如，人类 TAS1R2 - Y769S 突变会消除对肉桂醛和紫苏醛的反应，而人类 TAS1R2 - L728A 突变则会增强对这些化合物的反应。
3. 物种差异与进化分析：研究发现，人类 TAS1R2 - Y769 和小鼠 TAS1R2 - S773 在疏水甜味化合物的结合和反应中起着关键作用。通过对不同物种 TAS1R2 的氨基酸序列分析，发现除了啮齿目动物（如小鼠、松鼠、兔子）中对应位置为丝氨酸外，其他哺乳动物（包括单孔目、有袋目和胎盘目）在该位置大多为酪氨酸，与人类序列相似。这暗示在啮齿目动物进化过程中，TAS1R2 可能朝着抑制甜味的方向发展。

在讨论部分，研究人员总结了本次研究的重要意义。他们成功从植物香气物质中鉴定出新型挥发性疏水甜味化合物，明确了这些化合物与甜味受体的结合位点和作用机制，发现其与亲水甜味化合物存在显著差异。此外，研究还揭示了不同物种甜味受体对疏水化合物反应的差异，为深入理解甜味感知的进化提供了重要线索。不过，研究也存在一定局限性，实验系统的差异导致结果存在一定差异，部分化合物的反应不稳定，无法准确计算相关参数。未来，还需要进一步研究疏水甜味化合物在食品中的实际应用潜力，以及探索甜味受体与其他味觉受体之间的相互作用机制，为味觉研究和食品科学领域开辟新的方向。

总的来说，这项研究为我们理解植物香气化合物产生甜味的机制提供了新的视角，不仅有助于解释日常生活中食物味道的奥秘，还为开发新型甜味剂和改善食品风味奠定了理论基础，在味觉研究和食品科学领域具有重要的价值。