- 舌頭甜味傳感器的三維圖譜可能帶來抑制糖分渴望的新方法
- 來源：哥倫比亞大學 發(fā)表于 2025/5/12
圖形摘要。來源：《細胞》（2025 年）。DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.021
我們對糖的喜愛已經達到了不健康的程度。如今，美國人平均每年要消耗超過 100 磅的甜食，而在 1800 年，這個數字僅為 18 磅。
哥倫比亞大學的科學家在《細胞》雜志上發(fā)表的一項新研究，朝著解決這一公共健康危機邁出了重要一步。他們首次繪制出了人類甜味傳感器的三維結構圖譜，這種分子機器讓我們能夠品嘗出甜味。這或許能發(fā)現該傳感器的新調節(jié)因子，從而顯著改變我們對糖的喜愛程度和對糖的食欲。
“糖在肥胖問題中所起的主導作用不容忽視，” 該研究的共同第一作者張玨恩博士說道，他是哥倫比亞大學祖克曼研究所和霍華德・休斯醫(yī)學研究所查爾斯・祖克博士實驗室的博士后研究員�！叭缃裎覀冇脕硖娲堑娜斯ぬ鹞秳⒉荒苷嬲淖兾覀儗μ堑目释，F在我們知道了這種傳感器的樣子，或許就能設計出更好的東西。”
我們舌頭上的甜味傳感器能夠檢測到大量不同的甜味化學物質，從常見的食糖（也稱為蔗糖）到雞蛋中的抗菌酶。與其他味覺傳感器（如苦味、酸味或其他味覺的傳感器）不同，我們的甜味傳感器進化得不太敏感。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滿足對甜食的渴望。
確定人類甜味傳感器的結構，是理解它如何幫助我們檢測甜味的關鍵，從根本上推進了我們對味覺感知的理解。20 多年前，祖克博士及其同事發(fā)現了哺乳動物甜味傳感器背后的基因。
這項具有里程碑意義的工作揭示了它的化學配方，但直到現在，還沒有人知道它的確切形狀，這就好比知道了蛋糕的配方，卻無法知道烤好的糕點是什么樣子。
祖克博士表示，如果沒有這方面的知識，理解甜味檢測的分子基礎并合理設計調節(jié)這種關鍵傳感器功能的方法將是一個挑戰(zhàn)，這項新研究正是在他的實驗室里進行的。
人類甜味傳感器（藍色和綠色）與甜味分子（紅色和綠色）結合時改變形狀的冷凍電鏡圖譜。來源：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)現的，要么是基于已知的甜味分子研發(fā)出來的，” 該研究的共同作者布萊恩・王說道，他是祖克實驗室的研究助理。“因此，大多數人工甜味劑都存在缺陷�！�
這項新研究以前所未有的細節(jié)繪制出了人類甜味傳感器的結構圖譜，分辨率高達 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，花了大約三年時間來繪制人類甜味傳感器的結構圖譜，很大程度上是因為在實驗室培養(yǎng)皿中的細胞上培養(yǎng)這種蛋白質非常困難。
“僅僅是獲取我們繪制結構所需的純化蛋白質，就在三年時間里進行了 150 多次不同的制備，” 該研究的共同第一作者盧正元說道，他是祖克實驗室的一名博士生。
然后，科學家們使用冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）來分析人類甜味傳感器。這項技術向溶解狀態(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構。
尤為重要的是，冷凍電鏡揭示了該傳感器的結合口袋：甜味物質附著的腔體，它會觸發(fā)一系列反應，引發(fā)我們對甜食的強烈渴望。
“非常精確地確定這種傳感器的結合口袋，對于理解它的功能至關重要，” 該研究的共同作者安東尼・菲茨帕特里克博士說道，他是哥倫比亞大學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附著在上面，以及如何制造或找到更好的分子來激活該傳感器或調節(jié)其功能，” 菲茨帕特里克博士補充道，他也是哥倫比亞大學瓦格洛斯內科與外科醫(yī)生學院的生物化學與分子生物物理學助理教授。
人類甜味傳感器由兩個主要部分組成。其中一個名為 TAS1R2，擁有結合口袋，這個部分就像捕蠅草一樣。了解這一部分的結構，或許也能幫助我們理解為什么人們對甜食的敏感度存在差異。
科學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）結合時的結構圖譜。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道，這有助于闡明這些部分在與甜味劑結合時各自所起的作用，她是祖克實驗室的一名博士生。
“我們試圖推動科學認知的進步，以便能夠幫助人們，” 該研究的共同作者安德魯・張說道，他是菲茨帕特里克實驗室的一名研究技術員。
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，這種傳感器的新結構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：《人類甜味的結構》，《細胞》（2025 年）。DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.021。www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00456-8
期刊信息：《細胞》
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