在一項(xiàng)新的研究中，美國哥倫比亞大學(xué)的Charles Zuker和同事們通過研究小鼠舌頭上的檢測苦味的細(xì)胞和檢測甜味的細(xì)胞，梳理出味覺系統(tǒng)如何自我建立連接。這些結(jié)果揭示出細(xì)胞如何不斷地重新建立連接來保持味覺正常運(yùn)行，從而允許味道信息從舌頭傳遞到大腦。相關(guān)研究結(jié)果于2017年8月9日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Rewiring the taste system”。

論文**作者、Zuker實(shí)驗(yàn)室博士后研究員Hojoon Lee說，檢測甜味、苦味、咸味、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?！?/span>

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(yīng)是存活的關(guān)鍵，特別是對其他的動物而言。甜味能夠標(biāo)志著營養(yǎng)豐富的食物，而苦味能夠標(biāo)志著致命的毒藥。

對如此重要的任務(wù)而言，味覺系統(tǒng)具有顯著高的細(xì)胞周轉(zhuǎn)率。舌頭上的檢測味道的細(xì)胞就像是一串圣誕燈，不斷地死掉和被替換。這些細(xì)胞被稱作味覺受體細(xì)胞（taste receptor cell），位于味蕾上，僅存活大約兩周的時間，這意味著干細(xì)胞需要持續(xù)地產(chǎn)生新的味覺受體細(xì)胞。

Zuker說，這些味覺受體細(xì)胞較短的壽命產(chǎn)生一種難題：在如此高的細(xì)胞周轉(zhuǎn)率下，這種味覺系統(tǒng)如何可靠地完成它的任務(wù)？要讓這種味覺系統(tǒng)發(fā)揮作用，味蕾中的細(xì)胞與神經(jīng)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，那么這將觸發(fā)錯誤的行為反應(yīng)?！钡沁@種味覺系統(tǒng)如何完成這一壯舉是個謎。

Lee說，“本質(zhì)上，人們對這種味覺系統(tǒng)的神經(jīng)連接知之甚少?！崩脧?fù)雜的遺傳學(xué)技術(shù)和單細(xì)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系統(tǒng)的小鼠。隨后，他們觀察了苦味受體細(xì)胞與甜味神經(jīng)元或者甜味受體細(xì)胞與苦味神經(jīng)元之間如何錯誤地建立連接。

每種味覺受體細(xì)胞檢測這5種味道中的一種。當(dāng)一種味覺受體細(xì)胞檢測到一種化學(xué)味道時，它就立即發(fā)揮作用。這種活性就被剛好位于小鼠耳朵后面的神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元（ganglion neuron）捕捉到。這些神經(jīng)元將來自舌頭的味道信息發(fā)送到大腦中。

為了找出神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元如何發(fā)現(xiàn)和重新連接正確的新產(chǎn)生的味覺受體細(xì)胞，Zuker、Lee和同事們著重關(guān)注苦味和甜味。利用一種被稱作RNA測序（RNA-seq）的方法，他們發(fā)揮兩種分子可能作為關(guān)鍵性信號發(fā)揮功能。檢測苦味的味覺受體細(xì)胞（即苦味受體細(xì)胞）產(chǎn)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(xì)胞）細(xì)胞大量地產(chǎn)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(jīng)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(xì)胞缺乏SEMA3A。大多數(shù)神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元通常與檢測苦味的味覺受體細(xì)胞建立連接。但是，在缺乏SEMA3A的情形下，之前的苦味神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元擴(kuò)大它們的技能，與其他類型的味覺受體細(xì)胞建立連接。他們發(fā)現(xiàn)，將近一半的苦味神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元也對甜味、鮮味和咸味作出反應(yīng)。

更多的混亂發(fā)生了。當(dāng)小鼠經(jīng)過基因改造使得它們的甜味受體細(xì)胞和鮮味受體細(xì)胞（而不是期待的苦味受體細(xì)胞）表達(dá)苦味信號SEMA3A時，這些在正常條件下對苦味作出反應(yīng)的神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元如今也對甜味作出反應(yīng)。這些小鼠的行為反映了這種混亂。它們很難區(qū)分開淡水和添加苦味化學(xué)物奎寧的水。

當(dāng)利用經(jīng)過基因改造讓檢測苦味的味覺受體細(xì)胞表達(dá)甜味信號SEMA7A時，這些研究人員也取得類似的結(jié)果。通常對甜味作出反應(yīng)的神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元如今也開始檢測苦味。

這些結(jié)果證實(shí)新生的味覺受體細(xì)胞中的特定化學(xué)信號能夠引導(dǎo)合適的神經(jīng)細(xì)胞靠近它們，從而建立導(dǎo)致合適的味覺產(chǎn)生的細(xì)胞連接。Zuker說，“當(dāng)新的味覺受體細(xì)胞產(chǎn)生時，它們提供合適的指令來建立合適的連接。”

這些實(shí)驗(yàn)室在小鼠體內(nèi)開展的，不過鑒于人類和小鼠味覺系統(tǒng)存在著較高的類似性，Lee猜測這些結(jié)果可能也適用于人體。通過揭示這種味覺系統(tǒng)如何持續(xù)地自我重建，這項(xiàng)研究可能導(dǎo)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(dá)大腦。