Чувствительность к горькому вкусу
Краткое описание
Горечь — это вкусовое ощущение, которое возникает при контакте некоторых молекул с рецепторами, находящимися в языке [1]. Горький вкус — самый сложный из основных вкусов: обнаружено 25 различных рецепторов, отвечающих за его восприятие. Все эти рецепторы существуют для того, чтобы человек или животное испытывали отвращение к разнообразным токсическим веществам, содержащимся, например, в растениях, и таким образом были защищены от отравления [2, 3]. Рецепторы горького вкуса принадлежат к группе TAS2R. Например, салицин из коры ивы активирует TAS2R16, а фенилтиокарбамид (PTC) и пропилтиоурацил (PROP) взаимодействуют только с TAS2R38. Хинин (экстракт коры хинного дерева) активирует девять подтипов рецептора (TAS2R4, 7, 10, 14, 39, 40, 43, 44, 46), а бензоат денатония — восемь (TAS2R4, 8, 10, 13, 39, 43, 46, 47). Рецепторы TAS2R присутствуют не только в полости рта, но и на энтероэндокринных клетках всего желудочно-кишечного тракта [4, 5].
Изменения в последовательности генов (однонуклеотидные полиморфизмы или SNP) приводят к тому, что молекулы неодинаково активируют рецепторы горького у разных людей и горькая пища может казаться нам более или менее неприятной.
Историческая справка
История представлений о вкусе восходит к работам греческого врача Алкмеона (середина VI в. до н. э.), который считал, что язык впитывает вещества с различными вкусами в «сенсориум» через очень мелкие поры. Аристотель описал семь основных вкусов: сладкий, горький, кислый, соленый, вяжущий, острый, терпкий [7]. Римский медик Гален (180–200 гг. н. э.) детально исследовал иннервацию языка и точно описал различные функции трех основных нервов (язычный, языкоглоточный и подъязычный нервы), продемонстрировав, что они выходят из основания мозга [8].
В XVII–XVIII вв. описано множество новых вкусовых качеств, некоторые исследователи даже пришли к выводу о существовании неограниченного числа вкусов. Однако в 1825 г. немецкий ученый В. Хорн (W. Horn) предложил выделять лишь пять вкусов: сладкий, кислый, соленый, горький и щелочной. Хорн также выступил против выделения безвкусного (пресного) вкуса [7].
В XIX в. были открыты вкусовые рецепторы. В то время преобладала теория о том, что каждому ощущению соответствует свой особый нерв, способный формировать лишь одно ощущение, независимо от вида стимулирования. В XX в. активно развивалась нейрофизиология, в итоге показавшая, что нет отдельных нервных волокон для каждого вкуса, есть лишь отдельные вкусовые сосочки на языке человека, которые соответствуют четырем основным вкусам [7].
В 1930-х гг. А. Л. Фокс (A. L. Fox) заявил, что некоторые люди (их называют «дегустаторы») ощущают очень горький вкус PTC, а другие («недегустаторы») этой горечи не чувствуют. С тех пор многие исследования показали, что неспособность ощущать вкус PTC наследуется рецессивно в соответствии с законами Менделя [1, 9].
В 1999–2001 гг. были открыты рецепторы из семейства GPCR, сопряженные с G-белками. G-белки находятся внутри клетки, возбуждаются при взаимодействии с активными рецепторами и запускают все последующие реакции. Примерно в это же время был идентифицирован ген TAS2R38 из семейства рецепторов горького вкуса TAS2R [2, 10].
Молекулярные механизмы
Рецепторы горького вкуса имеют семь трансмембранных доменов и локализуются на поверхности нейроэпителиальных вкусовых клеток. Они осуществляют трансдукцию сигналов через G-белок густдуцин, состоящий из трех субъединиц (α, Gnat3 и βγ). После активации рецептора α-субъединица активирует вкусовую фосфодиэстеразу и снижает уровень циклических нуклеотидов. Дальнейшие шаги в пути трансдукции до сих пор до конца не изучены. βγ-субъединица густдуцина также опосредует восприятие горького вкуса, активируя IP3 (инозитолтрифосфат) и DAG (диацилглицерол). Эти вторичные мессенджеры могут открывать закрытые ионные каналы или вызывать высвобождение внутриклеточного кальция [11], что впоследствии приводит к притоку натрия через каналы. В результате происходит деполяризация клетки и высвобождение нейромедиатора АТФ через ионные каналы. Высвобожденный АТФ активирует рецепторы, в результате чего полученный импульс передается в центр вкуса в центральной нервной системе, где происходит обработка сенсорной информации [12].
Гены и мутации
У человека идентифицировано 25 функциональных генов TAS2R, а также 11 псевдогенов [13]. Гены TAS2R, связанные с пищевой реакцией на горькие соединения, имеют необычайно высокие уровни аллельной изменчивости [14]. Известным примером является ген TAS2R38 [15]. Этот ген вносит основной вклад в индивидуальные различия в восприятии горького вкуса PROP или PTC [16, 17]. Три однонуклеотидных полиморфизма в гене TAS2R38 (rs1726866, rs10246939, rs713598) приводят к трем аминокислотным заменам, составляющим два основных гаплотипа — AVI и PAV, которые определяют различия в способности ощущать вкус PTC и PROP [17, 18].
Обнаружена связь между генами рецепторов горького вкуса и предпочтениями в отношении горьких напитков. Так, существует корреляция между вариациями гена TAS2R19 и чувствительностью к горечи в грейпфрутовом соке [14], а также между полиморфизмами гена TAS2R43 и пристрастием к кофе [19].
Ссылки
- Smail H.O. (2019). The roles of genes in the bitter taste. AIMS Genet., 6(4), 88–97. https://doi.org/10.3934/genet.2019.4.88
- Chandrashekar J., Mueller K.L., Hoon M.A., et al. (2000). T2Rs function as bitter taste receptors. Cell, 100(6), 703-711. https://doi.org/10.1016/s0092-8674(00)80706-0
- Behrens M., Meyerhof W.J. (2018). Vertebrate Bitter Taste Receptors: Keys for Survival in Changing Environments. Agric Food Chem., 66(10), 2204–2213. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6b04835
- Meyerhof W., Batram C., Kuhn C., et al. (2010). The molecular receptive ranges of human TAS2R bitter taste receptors. Chem Senses., 35(2), 157–170. https://doi.org/10.1093/chemse/bjp092
- Ahmad R., Dalziel J.E. (2020). G Protein-Coupled Receptors in Taste Physiology and Pharmacology. Front Pharmacol., 11, 587664. https://doi.org/10.3389/fphar.2020.587664
- Rezaie P., Bitarafan V., Horowitz M., et al. (2021). Effects of Bitter Substances on GI Function, Energy Intake and Glycaemia-Do Preclinical Findings Translate to Outcomes in Humans? Nutrients, 13(4), 1317. https://doi.org/10.3390/nu13041317
- Захарова И.Н., Дмитриев Ю.А., Мачнева Е.Б., Цуцаева А.Н. (2020). Вкусовые ощущения: история изучения, эволюционная целесообразность и стратегии формирования правильных вкусовых предпочтений у детей. Медицинский совет, 10, 65–73.
- Witt M. (2019). Anatomy and development of the human taste system. Handb Clin Neurol., 164, 147–171. https://doi.org/10.1016/b978-0-444-63855-7.00010-1
- Risso D., Behrens M., Sainz E., et al. (2017). Probing the Evolutionary History of Human Bitter Taste Receptor Pseudogenes by Restoring Their Function. Mol Biol Evol., 34(7), 1587–1595. https://doi.org/10.1093/molbev/msx097
- Adler E., Hoon M.A., Mueller K.L., et al. (2000). A novel family of mammalian taste receptors. Cell, 100(6), 693–702. https://doi.org/10.1016/s0092-8674(00)80705-9
- Margolskee R.F. (2002). Molecular mechanisms of bitter and sweet taste transduction. The Journal of Biological Chemistry. 277 (1), 1–4. https://doi.org/10.1074/jbc.r100054200
- Lu P., Zhang C.H., Lifshitz L.M., Zhu Ge R. (2017). Extraoral bitter taste receptors in health and disease. J Gen Physiol., 149(2), 181–197. https://doi.org/10.1085/jgp.201611637
- Risso D.S., Mezzavilla M., Pagani L., et al. (2016). Global diversity in the TAS2R38 bitter taste receptor: revisiting a classic evolutionary PROPosal. Sci Rep., 6, 25506. https://doi.org/10.1038/srep25506
- Hayes J.E., Wallace M.R., Knopik V.S., et al. (2011). Allelic Variation in TAS2R Bitter Receptor Genes Associates with Variation in Sensations from and Ingestive Behaviors toward Common Bitter Beverages in Adults. Chemical Senses, 36 (3), 311–319, https://doi.org/10.1093/chemse/bjq132
- Bachmanov A.A., Bosak N.P., Lin C., et al. (2014). Genetics of taste receptors. Curr Pharm Des., 20(16), 2669–2683. https://doi.org/10.2174/13816128113199990566
- Robino A., Concas, M.P., Catamo, E., Gasparini P. (2019). A Brief Review of Genetic Approaches to the Study of Food Preferences: Current Knowledge and Future Directions. Nutrients, 11, 1735. https://doi.org/10.3390/nu11081735
- Melis M., Errigo A., Crnjar R., et. al. (2019). TAS2R38 bitter taste receptor and attainment of exceptional longevity. Sci Rep., 9(1), 18047. https://doi.org/10.1038/s41598-019-54604-1
- Duffy V.B., Davidson A.C., Kidd J.R., et al. (2004). Bitter receptor gene (TAS2R38), 6-n-propylthiouracil (PROP) bitterness and alcohol intake. Alcohol Clin Exp Res., 28(11), 1629–1637. https://doi.org/10.1097/01.alc.0000145789.55183.d4
- Pirastu N., Kooyman M., Traglia M., et al. (2014). Association analysis of bitter receptor genes in five isolated populations identifies a significant correlation between TAS2R43 variants and coffee liking. PLoS One, 9(3), e92065. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0092065.