味觉感受器,从胃到皮肤

文章作者:管理一号 | 2019-01-15
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小肠绒毛横截面的染色切片。来历:GRACE BURGIN, NOGA ROGEL和MOSHE BITON。小肠绒毛横截面的染色切片。来历:GRACE BURGIN, NOGA ROGEL和MOSHE BITON。

来历:环球科学ScientificAmerican

科学家在胃肠道和许多其他内脏器官中发现了与舌和上颚味蕾相同的味觉感受器,一起他们还发现这些新找到的感受器能够感知食物中的养分成分,而且调控着整个消化进程。它们会操控咱们吃什么、吃多少,还能够指挥免疫体系抵御病原体和寄生虫。

澳大利亚阿德莱德大学的生理养分学家Richard Young这样描绘道:“消化道并不是单纯的管道体系,实际上包含了许多有意思的反响进程。”了解消化道将有助于找到医治糖尿病、肥壮及过敏性肠炎等疾病的新方法。

味觉感受器,从胃到皮肤

酸、甜、苦、咸、鲜(比方鸡汁、蘑菇、熏肉和谷氨酸钠的味道)是为人熟知的五味,它们帮助咱们区分食物是否值得一试。从生物化学的角度看,味道代表了食物所含的养分分子:土豆的甜味意味着碳水化合物、鸡肉的美味意味着蛋白质、咸肉汁意味着电解质;有的味道则蕴含着危险信号:孢子甘蓝的苦味意味着潜在毒素、酸味意味着或许呈现腐败变质,比方在冰箱里放了太久的剩饭。

生物学家一向以为,在食物被吞咽的一刻,味觉感受器的作业就全部完成了。直到本世纪初,利物浦大学的生理学家Soraya Shirazi-Beechey团队获得了重大发现:消化道上存在葡萄糖感受器。他们的研讨首要调查肠道吸收葡萄糖的进程,研讨结果显现消化道上必定存在葡萄糖感受器,该感受器与口腔中的甜味受体实质上是相同的。

在Shirazi-Beechey的开创性研讨成果之后,又有许多研讨发现了存在于消化道及身体其他部位中的糖、脂肪、氨基酸和苦味化学物感受器。“咱们在胃、肠道、胰腺、肺、中枢体系、睾丸和皮肤中都发现了这些味觉感受器。”Robert Margolskee说。Robert是费城Monell化学感觉中心的主任,早年领导了许多科研项目。

科学家正在研讨其他安排中味觉感受器的效果,如肺、睾丸和神经细胞。图源:NICOLLE R。 FULLER/ SAYOSTUDIO科学家正在研讨其他安排中味觉感受器的效果,如肺、睾丸和神经细胞。图源:NICOLLE R。 FULLER/ SAYOSTUDIO

当然,即便这些感受器或许与口腔中的味蕾相同,它们的传导方法也会有所不同:当肠道中的甜味感受器被葡萄糖分子触发后,大脑并不会发生甜的感觉。因而,不管它们的效果是什么,许多科学家都会尽量避免在口腔之外的器官中运用“味觉感受器”,他们喜欢运用一个更笼统的词:养分感受器。

糖尿病的新头绪

淀粉食物进入消化道后,其要立马决议需转运多少分解产品(葡萄糖)进入血液。转运的葡萄糖太少,会影响机体功能;转运得太多,则会导致心脏病,危害肾脏和神经等。为了保持适度的平衡,养分感受器会让消化道激活特定数量的葡萄糖转运分子并调控激素排泄。

有越来越多的依据显现,II型糖尿病患者的这套调控体系存在功能障碍,这种失调在过度肥壮的成年人比较常见。在摄入丰富的碳水化合物后,消化道中的甜味感受器能够感受到糖的存在。此时小鼠体内名为SGLT-1的钠-葡萄糖协同转运蛋白水平会敏捷升高,以此来操控葡萄糖水平,而人体内或许也存在相同的机制。葡萄糖从消化道转移到血液后,甜味感受器的激活水平会下降,然后使该反响也会削减。Young说:“这是避免摄入过量养分分子的安全机制。”

三角代表甜味感受器,星号代表苦味感受器,圆形代表美味感受器,方形代表脂肪感受器。图源:NICOLLE R。 FULLER / SAYOSTUDIO三角代表甜味感受器,星号代表苦味感受器,圆形代表美味感受器,方形代表脂肪感受器。图源:NICOLLE R。 FULLER / SAYOSTUDIO

Young的研讨显现,II型糖尿病患者的这套安全机制受到了损坏。甜味感受器持续处于高激活水平,令消化道不断向血液运送葡萄糖。

现在还不清楚一切调控糖转运的感受器。不过,Shirazi-Beechey的研讨已标明,甜味感受器是其中之一,也有研讨标明SGLT-1在转运葡萄糖的一起它也有感知葡萄糖的能力,SGLT-1的这种功能对整个反响而言或许更为重要。Young正在做一个临床试验,首要研讨阻断甜味感受器能否影响SGLT-1的增高,然后按捺血糖浓度上升。假如结果显现按捺了血糖上升,那么这个发现就能够给II型糖尿病带来新的医治思路。

甜味剂的真相

Young的研讨结果还道出了一个不幸的事实:曩昔,人们以为人工甜味剂只激活了口腔中的甜味味蕾,在激起愉悦味觉体会的一起并不会给机体带来额定的热量,但近期的一些人体试验发现,甜味剂或许并不是彻底无害的。假如消化道中的甜味感受器在调理消化和血糖浓度中扮演了重要的人物,那么人工甜味剂或许和真糖相同也会触发甜味感受器,然后搅扰到这些关键环节。

在一项未发表的研讨中,Young让27名志愿者每日服用三次胶囊。其中半数志愿者每天会摄入适当于一升半健怡可乐所含的甜味剂,而另一半志愿者所服用的胶囊中则放置安慰剂。两周后,Young发现,与安慰剂组相比,试验组在摄入葡萄糖后血糖浓度反响动摇更大。Young的研讨团队现在正在II型糖尿病患者中重复该试验,他以为在这个试验中,甜味剂将表现出更强的搅扰效果。

糖精之类的人工甜味剂,或许不只仅能激活口腔的甜味味蕾,它们或许还能够搅扰消化道中的甜味感受器,然后影响机体生理活动。图源:STEFAN EBERHARD糖精之类的人工甜味剂,或许不只仅能激活口腔的甜味味蕾,它们或许还能够搅扰消化道中的甜味感受器,然后影响机体生理活动。图源:STEFAN EBERHARD

出乎大多数学者预料的是,苦味感受器也参加到了葡萄糖转运进程中。这些感受器位于消化道外表,或许至少——存在于一些与葡萄糖激素调理有关肠道细胞中。有少数研讨发现,某些苦味感受器的基因变异与糖尿病罹患危险升高相关,但详细原因尚不清楚。近年研讨发现,一种从啤酒花中提取出的苦味化合物能够改进糖尿病小鼠的葡萄糖调控力。

我需求更多的热量!

消化道中的养分感受器不只仅能够调理消化进程。它们在决议摄入食物的品种和数量上也起着关键效果。对人类及任何其他动物来说,进食需求保证机体功能正常的情况下避免长胖。

20世纪70年代有一个经典试验,得到养分液补剂的猕猴在下一餐中会削减食物的摄入,而削减部分所含的热量恰好与补剂的热量适当。由于每支补剂(不管所含热量怎么)都是被融入到了等量水中,经过胃管注入体内的,因而猕猴不会经过吞咽感受到补剂的味道。这就说明消化道一定能够直接感受热量含量。Harvey Grill是宾夕法尼亚大学糖尿病、肥壮与代谢疾病学会的肥壮部主任,他说:“不管是脂肪热量、氨基酸热量仍是碳水化合物热量,这个体系都感知得到,该体系的实质是一个热量侦测设备,它不会对热量来历的性质加以区分。”

当葡萄糖与肠道细胞上的甜味感受器结合时,感受器会经过像GLP-1这类的中介物G蛋白(Gustducin)触发激素开释,然后正向调理如SGLT-1这种的葡萄糖转运分子,使葡萄糖进入血液。GLP-1还会效果于神经细胞,引起饱腹感,进而宣布中止进食的信号。图源:NICOLLE R。 FULLER / SAYOSTUDIO当葡萄糖与肠道细胞上的甜味感受器结合时,感受器会经过像GLP-1这类的中介物G蛋白(Gustducin)触发激素开释,然后正向调理如SGLT-1这种的葡萄糖转运分子,使葡萄糖进入血液。GLP-1还会效果于神经细胞,引起饱腹感,进而宣布中止进食的信号。图源:NICOLLE R。 FULLER / SAYOSTUDIO

饱腹感不止能够操控咱们的进食行为。对于人类这种食谱广泛的杂食性动物来说,常常会面对这样的挑选:是吃更大份的带配料传统火鸡好呢,仍是腾点肚子给四季豆好呢?再来一个派怎么?这些挑选题的背后都潜藏着一个第二驱动力,科学家叫它:胃口。它会唆使咱们吃下超出身体所需的食物。

在胃口的唆使之下,养分感受器能够经过判断分析来决议吃什么。一切动物,包含人类,都会倾向于挑选热量更高的食物。这也就是为什么人们会考虑再来一份土豆或许火鸡,而不是再来一份西芹杆。

为了证明人们喜欢一种食物的原因除了好吃还有热量高,布鲁克林大学Anthony Sclafani的研讨团队进行了另一个经典试验。试验中,他们为小鼠提供了两瓶裝满零热量的调味水。当老鼠饮用樱桃味的水时,他们会经过胃管将糖溶液注入老鼠体内;当老鼠饮用葡萄味的水时,他们经过胃管向老鼠体内注入清水。结果显现,尽管老鼠没有经过口腔尝过甜味的糖溶液,它们消化道也知道哪瓶溶液更好,而且很快学会了挑选饮用樱桃味的水。

这种热量至上的挑选足以盖过口腔味觉偏好。在另一试验中,Sclafani为小鼠提供加了甜味剂的溶液和不甜溶液。但在小鼠饮用不甜溶液的一起,研讨员会经过胃管向小鼠体内注入糖。小鼠最开始倾向于饮用含甜味剂的溶液,可是最后小鼠挑选了喝不甜的水,而且饮用量是甜味剂水的四倍。“这说明口味会影响饮食,可是当超越24小时,消化道的感受器被激活后,其发生的影响将更为持久。”John Glendinning表明,他是纽约巴纳德学院的感觉生理学家,与Sclafani合作进行研讨。他说,这种对摄入高热量食物的渴求会超越饱腹感,这也就解说了为什么现在有数目巨大的肥壮人群和高热量饮食。

切除胃部带走了感受器?

大多数与胃口和饱腹感有关的试验都是在小鼠身上完成的,不过许多专家以为相同的机制在人体内也相同存在。这里最有力的依据就是肥壮医治术中的胃分流术,在胃分流术中,医生会切除或分流胃大部、小肠上半段和十二指肠。分流手术能够让许多患者敏捷减掉大部分剩余体重,并保持健康水平。

孢子甘蓝这类蔬菜中含有能够激活苦味感受器的化学成分,在胃、肠道以及口腔中都有苦味感受器的存在。图源:AETAYLOR / PIXABAY孢子甘蓝这类蔬菜中含有能够激活苦味感受器的化学成分,在胃、肠道以及口腔中都有苦味感受器的存在。图源:AETAYLOR / PIXABAY

为什么胃分流术的效果如此之好呢?胃分流术切除了十二指肠,而十二指肠中含有许多的养分感受细胞。Sclafani以为,十二指肠的切除阻滞了胃口相关的通路,然后让人不再想进食。另一方面,Gribble以为,胃引流术最重要的一点是增强了饱腹感。由于,现在最新的手术形式是袖状胃切除术,即只缩小胃容积,而不切除或分流十二指肠。”她以为,经过袖状胃切除术,食物能够快速经过胃部抵达肠道,而肠道靠后的部分有更多能够排泄饱腹感激素的细胞。当食物抵达此处时,饱腹感激素水平将会升高,因而袖状胃切除术后,食物提早进入这部分肠道,能够让饱腹感来得更快。

消化道也是监察官

有时,消化道需求处理消化食物以外的问题。许多毒素、细菌和其他病原体都会与苦味感受器结合,当在胃中呈现这一反响时,胃就会阻挠这些物质,减缓它们进入肠道的速度。当这些物质被运送到肠道中后,苦味感受器又能够影响粘液排泄,引起腹泻,然后使有毒物质快速排出体外。这两个反响都是为了削减有害物质在小肠内贮留的时刻,避免其被身体吸收。

近期研讨显现,消化道中的感受器还能够提示免疫体系进犯寄生虫。一般,免疫体系存在两种免疫反响的平衡:第一种免疫反响叫做I型炎症应对,是对病毒和细菌做出的免疫反响;第二种反响叫做II型反响,是对寄生虫等大型病原体做出的免疫反响。小鼠肠道味觉感受器激活后,肠道细胞便能作出相应反响,可是研讨人员将细胞的这种功能抑后,这些小鼠的II型免疫反响便呈现了障碍,而I型免疫反响则呈现亢进。Hong Wang是Monell化学感觉中心的分子生物学家,也是该试验的负责人,他说,现代发达国家的寄生虫相对较少,因而消化道中的这些感受器的激活程度也较低,这也就解说了现在某些肠炎疾病盛行的原因。

但详细是哪些感受器从中发挥效果咱们还不得而知,由于在细胞接收信号后,甜味、美味和苦味感受器(以及其他的感受器都采用了相同的激活机制。苦味感受器是最有或许参加其中的,由于除了养分素以外,它能感受到的物质品种是最广泛的。琥珀酸盐是细菌和原生生物的代谢产品,因而另一个或许的参加者就是琥珀酸盐感受器。严格来说,它不是味觉感受器,不过据Wang在Monell研讨中心的同事Peihua Jiang讲,琥珀酸盐感受器的激活机制与其它的味觉感受器是相同的。

显然,还有许多有关味觉感受器和其它消化道感受器的秘密等候科学家去发现。纽约威尔康奈尔医学院的生物医学研讨员Sandra Steensels说,有些学者现在正把目光投向嗅觉——气味感受器。现在,只要一件事情是肯定的:不管是狼吞虎咽仍是细嚼慢咽,你品尝食物的时刻都远比幻想的更久。

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