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- 舌頭甜味傳感器的三維圖譜可能帶來(lái)抑制糖分渴望的新方法
- 來(lái)源：哥倫比亞大學(xué) 發(fā)表于 2025/5/12
圖形摘要。來(lái)源：《細(xì)胞》（2025 年）。DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.021
我們對(duì)糖的喜愛(ài)已經(jīng)達(dá)到了不健康的程度。如今，美國(guó)人平均每年要消耗超過(guò) 100 磅的甜食，而在 1800 年，這個(gè)數(shù)字僅為 18 磅。
哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家在《細(xì)胞》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究，朝著解決這一公共健康危機(jī)邁出了重要一步。他們首次繪制出了人類甜味傳感器的三維結(jié)構(gòu)圖譜，這種分子機(jī)器讓我們能夠品嘗出甜味。這或許能發(fā)現(xiàn)該傳感器的新調(diào)節(jié)因子，從而顯著改變我們對(duì)糖的喜愛(ài)程度和對(duì)糖的食欲。
“糖在肥胖問(wèn)題中所起的主導(dǎo)作用不容忽視，” 該研究的共同第一作者張玨恩博士說(shuō)道，他是哥倫比亞大學(xué)祖克曼研究所和霍華德・休斯醫(yī)學(xué)研究所查爾斯・祖克博士實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員�！叭缃裎覀冇脕�(lái)替代糖的人工甜味劑，并不能真正改變我們對(duì)糖的渴望�，F(xiàn)在我們知道了這種傳感器的樣子，或許就能設(shè)計(jì)出更好的東西�！�
我們舌頭上的甜味傳感器能夠檢測(cè)到大量不同的甜味化學(xué)物質(zhì)，從常見(jiàn)的食糖（也稱為蔗糖）到雞蛋中的抗菌酶。與其他味覺(jué)傳感器（如苦味、酸味或其他味覺(jué)的傳感器）不同，我們的甜味傳感器進(jìn)化得不太敏感。這有助于我們專注于富含糖分的食物以獲取能量，也使得我們需要大量的甜食來(lái)滿足對(duì)甜食的渴望。
確定人類甜味傳感器的結(jié)構(gòu)，是理解它如何幫助我們檢測(cè)甜味的關(guān)鍵，從根本上推進(jìn)了我們對(duì)味覺(jué)感知的理解。20 多年前，祖克博士及其同事發(fā)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物甜味傳感器背后的基因。
這項(xiàng)具有里程碑意義的工作揭示了它的化學(xué)配方，但直到現(xiàn)在，還沒(méi)有人知道它的確切形狀，這就好比知道了蛋糕的配方，卻無(wú)法知道烤好的糕點(diǎn)是什么樣子。
祖克博士表示，如果沒(méi)有這方面的知識(shí)，理解甜味檢測(cè)的分子基礎(chǔ)并合理設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)這種關(guān)鍵傳感器功能的方法將是一個(gè)挑戰(zhàn)，這項(xiàng)新研究正是在他的實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行的。
人類甜味傳感器（藍(lán)色和綠色）與甜味分子（紅色和綠色）結(jié)合時(shí)改變形狀的冷凍電鏡圖譜。來(lái)源：J. 張等人
“如今我們使用的所有人工甜味劑，要么是偶然發(fā)現(xiàn)的，要么是基于已知的甜味分子研發(fā)出來(lái)的，” 該研究的共同作者布萊恩・王說(shuō)道，他是祖克實(shí)驗(yàn)室的研究助理�！耙虼�，大多數(shù)人工甜味劑都存在缺陷�！�
這項(xiàng)新研究以前所未有的細(xì)節(jié)繪制出了人類甜味傳感器的結(jié)構(gòu)圖譜，分辨率高達(dá) 2.8 埃。相比之下，最小的原子 —— 氫原子的寬度略大于 1 埃。
研究人員采用了創(chuàng)新方法，花了大約三年時(shí)間來(lái)繪制人類甜味傳感器的結(jié)構(gòu)圖譜，很大程度上是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中的細(xì)胞上培養(yǎng)這種蛋白質(zhì)非常困難。
“僅僅是獲取我們繪制結(jié)構(gòu)所需的純化蛋白質(zhì)，就在三年時(shí)間里進(jìn)行了 150 多次不同的制備，” 該研究的共同第一作者盧正元說(shuō)道，他是祖克實(shí)驗(yàn)室的一名博士生。
然后，科學(xué)家們使用冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）來(lái)分析人類甜味傳感器。這項(xiàng)技術(shù)向溶解狀態(tài)下冷凍的分子發(fā)射電子束，幫助研究人員從不同角度捕捉這些分子的圖像，從而能夠在原子水平上重建它們的三維結(jié)構(gòu)。
尤為重要的是，冷凍電鏡揭示了該傳感器的結(jié)合口袋：甜味物質(zhì)附著的腔體，它會(huì)觸發(fā)一系列反應(yīng)，引發(fā)我們對(duì)甜食的強(qiáng)烈渴望。
“非常精確地確定這種傳感器的結(jié)合口袋，對(duì)于理解它的功能至關(guān)重要，” 該研究的共同作者安東尼・菲茨帕特里克博士說(shuō)道，他是哥倫比亞大學(xué)祖克曼研究所的首席研究員。
“了解了它的確切形狀，我們就能明白甜味劑為什么會(huì)附著在上面，以及如何制造或找到更好的分子來(lái)激活該傳感器或調(diào)節(jié)其功能，” 菲茨帕特里克博士補(bǔ)充道，他也是哥倫比亞大學(xué)瓦格洛斯內(nèi)科與外科醫(yī)生學(xué)院的生物化學(xué)與分子生物物理學(xué)助理教授。
人類甜味傳感器由兩個(gè)主要部分組成。其中一個(gè)名為 TAS1R2，擁有結(jié)合口袋，這個(gè)部分就像捕蠅草一樣。了解這一部分的結(jié)構(gòu)，或許也能幫助我們理解為什么人們對(duì)甜食的敏感度存在差異。
科學(xué)家們繪制出了該傳感器與兩種最常用的人工甜味劑（阿斯巴甜和三氯蔗糖）結(jié)合時(shí)的結(jié)構(gòu)圖譜。這兩種甜味劑的甜度分別是蔗糖的 200 倍和 600 倍。
研究人員隨后系統(tǒng)地改變了該傳感器的微小部分。該研究的共同作者于瑞歡說(shuō)道，這有助于闡明這些部分在與甜味劑結(jié)合時(shí)各自所起的作用，她是祖克實(shí)驗(yàn)室的一名博士生。
“我們?cè)噲D推動(dòng)科學(xué)認(rèn)知的進(jìn)步，以便能夠幫助人們，” 該研究的共同作者安德魯・張說(shuō)道，他是菲茨帕特里克實(shí)驗(yàn)室的一名研究技術(shù)員。
張博士指出，盡管人類甜味傳感器主要存在于口腔的味蕾中，但它也分散在全身各處，可能在胰腺等器官的功能中發(fā)揮作用。
因此，這種傳感器的新結(jié)構(gòu)圖譜或許能為研究我們的新陳代謝以及糖尿病等疾病提供支持。
更多信息：《人類甜味的結(jié)構(gòu)》，《細(xì)胞》（2025 年）。DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.021。www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00456-8
期刊信息：《細(xì)胞》
由哥倫比亞大學(xué)提供
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