圖片來自Lee et al./Nature 2017

在一項新的研究中，美國哥倫比亞大學的Charles Zuker和同事們通過研究小鼠舌頭上的檢測苦味的細胞和檢測甜味的細胞，梳理出味覺係統如何自我建立連接。這些結果揭示出細胞如何不斷地重新建立連接來保持味覺正常運行，從而允許味道信息從舌頭傳遞到大腦。相關研究結果於2017年8月9日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Rewiring the taste system”。

論文第一作者、Zuker實驗室博士後研究員Hojoon Lee說，檢測甜味、苦味、鹹味、酸味和鮮味(umami)的能力是天生的。他說，“我們生來就討厭酸味或苦味，喜歡甜味。”

盡管可能看起來味覺僅是一種愉悅或輕度惡心的問題，但是這些反應是存活的關鍵，特別是對其他的動物而言。甜味能夠標誌著營養豐富的食物，而苦味能夠標誌著致命的毒藥。

對如此重要的任務而言，味覺係統具有顯著高的細胞周轉率。舌頭上的檢測味道的細胞就像是一串聖誕燈，不斷地死掉和被替換。這些細胞被稱作味覺受體細胞(taste receptor cell)，位於味蕾上，僅存活大約兩周的時間，這意味著幹細胞需要持續地產生新的味覺受體細胞。

Zuker說，這些味覺受體細胞較短的壽命產生一種難題：在如此高的細胞周轉率下，這種味覺係統如何可靠地完成它的任務?要讓這種味覺係統發揮作用，味蕾中的細胞與神經元之間的連接每次必須正確地重新建立。Zuker說，“如果不能夠正確地連接，那麼這將觸發錯誤的行為反應。”但是這種味覺係統如何完成這一壯舉是個謎。

Lee說，“本質上，人們對這種味覺係統的神經連接知之甚少。”利用複雜的遺傳學技術和單細胞功能性成像，Zuker、Lee和同事們通過基因改造，培育出具有混亂的味覺係統的小鼠。隨後，他們觀察了苦味受體細胞與甜味神經元或者甜味受體細胞與苦味神經元之間如何錯誤地建立連接。

每種味覺受體細胞檢測這5種味道中的一種。當一種味覺受體細胞檢測到一種化學味道時，它就立即發揮作用。這種活性就被剛好位於小鼠耳朵後麵的神經節神經元(ganglion neuron)捕捉到。這些神經元將來自舌頭的味道信息發送到大腦中。

為了找出神經節神經元如何發現和重新連接正確的新產生的味覺受體細胞，Zuker、Lee和同事們著重關注苦味和甜味。利用一種被稱作RNA測序(RNA-seq)的方法，他們發揮兩種分子可能作為關鍵性信號發揮功能。檢測苦味的味覺受體細胞(即苦味受體細胞)產生一種被稱作SEMA3A (Semaphorin 3A)的分子，而檢測甜味的味覺受體(即甜味受體細胞)細胞大量地產生一種被稱作SEMA7A (Semaphorin 7A)的分子。已知這兩種分子有助正確地建立神經回路。

接下來，這些研究人員利用突變小鼠開展測試，在這種突變小鼠中，檢測苦味的味覺受體細胞缺乏SEMA3A。大多數神經節神經元通常與檢測苦味的味覺受體細胞建立連接。但是，在缺乏SEMA3A的情形下，之前的苦味神經節神經元擴大它們的技能，與其他類型的味覺受體細胞建立連接。他們發現，將近一半的苦味神經節神經元也對甜味、鮮味和鹹味作出反應。

更多的混亂發生了。當小鼠經過基因改造使得它們的甜味受體細胞和鮮味受體細胞(而不是期待的苦味受體細胞)表達苦味信號SEMA3A時，這些在正常條件下對苦味作出反應的神經節神經元如今也對甜味作出反應。這些小鼠的行為反映了這種混亂。它們很難區分開淡水和添加苦味化學物奎寧的水。

當利用經過基因改造讓檢測苦味的味覺受體細胞表達甜味信號SEMA7A時，這些研究人員也取得類似的結果。通常對甜味作出反應的神經節神經元如今也開始檢測苦味。

這些結果證實新生的味覺受體細胞中的特定化學信號能夠引導合適的神經細胞靠近它們，從而建立導致合適的味覺產生的細胞連接。Zuker說，“當新的味覺受體細胞產生時，它們提供合適的指令來建立合適的連接。”

這些實驗室在小鼠體內開展的，不過鑒於人類和小鼠味覺係統存在著較高的類似性，Lee猜測這些結果可能也適用於人體。通過揭示這種味覺係統如何持續地自我重建，這項研究可能導致人們更加深刻地理解這些味覺是如何組裝和建立連接的，以及它們的信息如何到達大腦。

參考資料：

Hojoon Lee, Lindsey J. Macpherson, Camilo A. Parada et al.Rewiring the taste system.Nature, Published online 09 August 2017, doi:10.1038/nature23299