王雪，劉陽(yáng)，王金丹，張金友，張瑩，劉勝軍

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，大慶 163319）

味覺(jué)是人體重要的生理感覺(jué)之一，并很大程度上決定了我們的飲食習(xí)慣。味覺(jué)的感受主要由味蕾上的味覺(jué)細(xì)胞所介導(dǎo)并涉及到一系列復(fù)雜的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程。一般認(rèn)為，具有酸、甜、苦、咸、鮮、脂等六種基本味覺(jué)感知，分別由各自受體感受細(xì)胞和不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來(lái)識(shí)別的[1-4]。酸、咸味是通過(guò)專門的膜通道直接激活來(lái)調(diào)節(jié)味覺(jué)受體細(xì)胞功能[5-6]。然而，甜、苦和鮮味的轉(zhuǎn)導(dǎo)是由G 蛋白偶聯(lián)受體（G Protein-Coupled Receptors，GPCR）家族中兩類受體，即味覺(jué)受體1 型（Taste 1 Receptor，T1R）和味覺(jué)受體2型（Taste 2 Receptor，T2R）介導(dǎo)的[7-8]。脂味是由脂味受體及其下游信號(hào)通路CD36 參與的長(zhǎng)鏈脂肪酸的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程[9]。呈味物質(zhì)刺激口腔內(nèi)的味覺(jué)感受體，然后通過(guò)一個(gè)收集和傳遞信息的神經(jīng)感覺(jué)系統(tǒng)傳導(dǎo)到大腦的味覺(jué)中樞，最后通過(guò)大腦的綜合神經(jīng)中樞系統(tǒng)的分析，從而產(chǎn)生味覺(jué)。我們一直認(rèn)為味覺(jué)僅存在口腔（味蕾）中，越來(lái)越多的研究揭示了味覺(jué)受體及其信號(hào)級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)導(dǎo)在非味覺(jué)組織中表達(dá)[10]，如包括呼吸系統(tǒng)[11]、消化[12]系統(tǒng)、大腦[13]、以及睪丸[14-18]和卵巢[19]等器官。盡管非味覺(jué)組織的味覺(jué)受體功能作用尚未明確，人們已經(jīng)開(kāi)始假設(shè)舌以外組織中味覺(jué)受體的生理作用。越來(lái)越多的研究都聚焦在腸道和氣道上的味覺(jué)功能，T1R 在腸道上廣泛分布，因此假定甜味與葡萄糖感應(yīng)、進(jìn)食和肥胖有關(guān)[20]。此外，已報(bào)道T2R 在腸道[21]、肺[22]和大腦中廣泛表達(dá)[23]，由此相信這些苦味受體的表達(dá)似乎可幫助機(jī)體避免攝入有毒有害物質(zhì)，如豬傳染性胃腸炎病毒導(dǎo)致的腹瀉[24]，T2R是否能夠識(shí)別這些危險(xiǎn)的毒素仍需進(jìn)一步探索。然而，T1R 和T2R 在包括大腦和睪丸在內(nèi)的其他組織中的表達(dá)進(jìn)一步表明，除了味覺(jué)受體以外，味覺(jué)感受器可能也具有不尋常的生理功能和味覺(jué)生物學(xué)功能。

生殖系統(tǒng)一直被認(rèn)為是胚胎發(fā)育和生殖生理調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而對(duì)生殖系統(tǒng)的化學(xué)感知，即睪丸如何感知化合物來(lái)調(diào)控精子發(fā)生過(guò)程的研究知之甚少。近幾年的研究[14-18]揭示了雄性和雌性的生殖系統(tǒng)均表達(dá)相應(yīng)的味覺(jué)受體，可感知到味覺(jué)。同時(shí)睪丸也是一種“味覺(jué)”感受器官，精子中也存在味覺(jué)感受器—味覺(jué)受體細(xì)胞（taste receptor cells）。已觀察到味覺(jué)受體及其耦合的味覺(jué)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)也在小鼠和人類精子發(fā)生的不同階段和成熟精子中表達(dá)，猜測(cè)精子可利用味覺(jué)受體檢測(cè)雌性生殖道內(nèi)環(huán)境，在雌性生殖道細(xì)菌分泌的毒素識(shí)別中發(fā)揮重要的作用，以及在精子—卵子結(jié)合的過(guò)程中味覺(jué)受體可能參與化學(xué)感知。近年來(lái)，有關(guān)味覺(jué)研究的學(xué)者們主要從分子和蛋白水平，從舌切入到睪丸味覺(jué)的相關(guān)研究取得了突破性成果[14-18]。在這篇綜述中，主要介紹味覺(jué)受體家族和信號(hào)分子，睪丸味覺(jué)受體的分布及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，以及苦味受體介導(dǎo)的睪丸苦味感知等研究進(jìn)展。以期對(duì)精子發(fā)生過(guò)程的化學(xué)感知機(jī)制引起關(guān)注，同時(shí)為研究精卵相互作用的調(diào)控機(jī)理，以及睪丸的生殖毒理方向研究提供新的突破口。

1 味覺(jué)受體家族和信號(hào)分子

1.1 味覺(jué)受體

目前研究得較為清楚的人和哺乳動(dòng)物味覺(jué)受體是由G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）第3 亞型介導(dǎo)的，主要包括兩個(gè)家族：T1Rs（T1R1、T1R2 和T1R3）和T2Rs家族。T1Rs 家族編碼甜味和鮮味受體蛋白，而T2Rs編碼苦味受體識(shí)別苦味質(zhì)[6-7]。T2Rs 由多亞型成員組成，具有物種特異性，包括人類約25 種和嚙齒動(dòng)物約35 種苦味受體基因，負(fù)責(zé)識(shí)別苦味 物 質(zhì)[7，21，25]。T2Rs 受體激活后引發(fā)一種先天的厭惡反應(yīng)，避免攝入一些潛在的毒性物質(zhì)。人口腔中的苦味細(xì)胞并不都表達(dá)所有25 種苦味受體基因，其在不同個(gè)體具有T2Rs 亞型的不同表達(dá)譜[26]。單個(gè)味覺(jué)細(xì)胞可表達(dá)多種T2Rs 受體[1]，提示一個(gè)味覺(jué)細(xì)胞可表達(dá)多種T2Rs，同時(shí)也解釋了人類無(wú)法辨別結(jié)構(gòu)不同的苦味質(zhì)的觀點(diǎn)。但一個(gè)味覺(jué)細(xì)胞究竟可以感知多種還是只可以感知一種苦味質(zhì)，目前尚有分歧[27]。qPCR 分析進(jìn)一步表明，小鼠的35 個(gè)苦味基因在睪丸中均存在表達(dá)[17]。研究結(jié)果顯示小鼠苦味受體基因T2R135、T2R143在小鼠睪丸支持細(xì)胞表達(dá)（數(shù)據(jù)未顯示）。不僅苦味受體在生殖系統(tǒng)中被發(fā)現(xiàn)，生殖系統(tǒng)中同時(shí)還存在甜味和鮮味受體。研究報(bào)道指出T1Rs（T1R1、T1R2和T1R3）在睪丸中都有表達(dá)[16，28-29]。此外，研究表明T1Rs 的沉默或減少會(huì)顯著影響精子的產(chǎn)生，從而影響生育能力[30-33]。免疫組化Anti-T1R3 染色顯示，T1R3在部分精母細(xì)胞、圓形精子和睪丸間質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)[16]。對(duì)T1R1 基因敲除小鼠的研究表明，味覺(jué)受體可以通過(guò)調(diào)節(jié)精子內(nèi)部cAMP 水平來(lái)調(diào)控頂體自發(fā)性反應(yīng)[16]。T1R2 在T1R2-LacZ 基因敲除鼠的初級(jí)精母細(xì)胞和精原細(xì)胞中表達(dá)[29]。

1.2 味覺(jué)信號(hào)分子

苦味受體屬于GPCR，其G 蛋白也有α、β、γ 三個(gè)亞單位組成。其α 亞單位，即α-味導(dǎo)素（α-gustducin）是一種味覺(jué)特異性G 蛋白，屬于Gi 亞種。1992年，McLaughlin 等[34]從味蕾中首次鑒定出G 蛋白α亞基：α-gustducin。隨后大量的體外實(shí)驗(yàn)及在αgustducin 基因敲除小鼠上的研究表明，α-gustducin確實(shí)參與甜味、鮮味和苦味的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程，α-gustducin 基因敲除小鼠的單個(gè)味蕾中苦味細(xì)胞的數(shù)量和敏感性都明顯降低[35]。與此同時(shí)，T2Rs 選擇性地在α-gustducin 陽(yáng)性細(xì)胞中表達(dá)，但不是所有的α-gustducin 陽(yáng)性細(xì)胞都表達(dá)T2Rs。α-gustducin 除在味蕾中表達(dá)外，在胃、胰臟、十二指腸、睪丸和成熟精子味細(xì)胞樣化學(xué)感受細(xì)胞中也有表達(dá)[36]。從此揭開(kāi)了睪丸味蛋白研究的新篇章。在此基礎(chǔ)上的研究表明，αgustducin 廣泛分布在睪丸的基底室和管腔室[14]，并且Gγ13 在小鼠卵巢、子宮和輸卵管中存在表達(dá)[19]。

瞬時(shí)受體勢(shì)離子通道M5（transient receptorpotential ion channel M5，TRPM5）是一個(gè)分布于II 型味覺(jué)細(xì)胞中的電壓敏感型離子通道。早期研究證實(shí)TRPM5 對(duì)甜味，苦味以及鮮味的感受起到了關(guān)鍵作用。此外，近期研究也表明TRPM5 與T2R 受體共存，并且證明TRPM5 可以被味覺(jué)受體通過(guò)磷脂酶C（Phospholipases C，PLC）所激活。TRPM5 基因敲除的小鼠表現(xiàn)出苦味味覺(jué)缺失[37]。磷脂酶Cβ2（phospholipase Cβ2，PLCβ2）是由G 蛋白βγ 亞基調(diào)控的。研究證實(shí)，與α-gustducin 形成異聚體的β3γ13 調(diào)控該效應(yīng)酶。在PLCβ2 基因敲除的小鼠中，苦味味覺(jué)喪失[37]。與苦、甜、鮮味轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)的信號(hào)分子PLCβ2 和TRPM5 在人睪丸和精子中也得到表達(dá)[18]。IP3（三磷酸肌醇）和PDE（磷酸二酯酶）是苦味信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)下游重要的效應(yīng)分子。IP3 是一種水溶性小分子物質(zhì)，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的特異Ca2+離子通道結(jié)合后，使貯存于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+釋放至胞漿，引起細(xì)胞膜的超極化[17]。

2 睪丸味覺(jué)受體的分布及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

睪丸內(nèi)的兩種體細(xì)胞，即間質(zhì)細(xì)胞和支持細(xì)胞，協(xié)同介導(dǎo)精子發(fā)生過(guò)程。支持細(xì)胞為生殖細(xì)胞發(fā)育和成熟提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，吞噬生精后的殘?bào)w，以及協(xié)助成熟精子遷入管腔。間質(zhì)細(xì)胞在黃體生成素（LH）刺激時(shí)產(chǎn)生睪酮，與支持細(xì)胞在促卵泡激素（FSH）刺激下產(chǎn)生的雌激素共同參與下丘腦-垂體-性腺（HPG）軸的精準(zhǔn)調(diào)控。此外，由于生殖細(xì)胞不具備FSH 和睪酮受體，支持細(xì)胞是主要的細(xì)胞靶點(diǎn)，用于激素信號(hào)傳導(dǎo)，因此激素對(duì)生殖細(xì)胞發(fā)育的影響是間接的。最近研究揭示的成果表明[1，14，16，18，38]：首先，味覺(jué)感受器，包括苦味感受器、甜味感受器和鮮味感受器，在精原細(xì)胞到精子細(xì)胞，甚至成熟精子的多個(gè)階段都被檢測(cè)到。其次，味覺(jué)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)包括味覺(jué)轉(zhuǎn)導(dǎo)素（αgustducin）、PLCβ2 和Gγ13，在從精原細(xì)胞到精子細(xì)胞的多個(gè)精子發(fā)生階段中觀察到。第三，味覺(jué)受體（T1Rs 和T2Rs）和味覺(jué)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)（α-gustducin 和Gγ13）已在睪丸中發(fā)現(xiàn)，包括生殖細(xì)胞，睪丸間質(zhì)細(xì)胞和支持細(xì)胞。最后，在前腦區(qū)域，包括下丘腦、海馬、韁核和皮質(zhì)中也報(bào)道了味覺(jué)受體和味覺(jué)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)基因的表達(dá)。有趣的是，研究結(jié)果顯示味覺(jué)受體基因（T1R1、T1R2 和T1R3）及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（α-gustducin）在大腦嗅球中表達(dá)（數(shù)據(jù)未發(fā)表），而對(duì)于味覺(jué)受體是否也在垂體中表達(dá)仍需進(jìn)一步探索。

味覺(jué)受體和味質(zhì)（tastants）結(jié)合后，可引起換能級(jí)聯(lián)反應(yīng)（transduction cascades），激活突觸并產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)。通過(guò)與細(xì)胞表面受體相互作用后啟動(dòng)下游信號(hào)級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)導(dǎo)的化學(xué)配體結(jié)合的能量和離子通量導(dǎo)致膜電位的變化，最后感覺(jué)神經(jīng)末梢將味覺(jué)細(xì)胞的興奮傳入大腦中樞，產(chǎn)生味覺(jué)感受。在睪丸中存在著苦、甜、鮮3 種味覺(jué)受體及其相關(guān)的味覺(jué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，由α-gustducin、Gβ3 和γ13 亞基以及依賴Ca2+參與的信號(hào)通路。味覺(jué)受體廣泛分布于精原細(xì)胞和精子中引發(fā)推測(cè)，味覺(jué)受體可能在生殖生理中發(fā)揮主要作用，并且睪丸下丘腦-垂體-性腺反饋回路中可能存在味覺(jué)受體及其味覺(jué)信號(hào)級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分布（見(jiàn)圖1）?？傊壳暗臄?shù)據(jù)表明，T2Rs 和T1Rs 可參與精子發(fā)生的調(diào)控，并參與頂體和鞭毛的形成[7，14，16，38]，但是關(guān)于睪丸味覺(jué)受體T2Rs 和T1Rs 及其味覺(jué)相關(guān)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子α-gustducin、Gγ13、PLCβ2 和TRPM5 是如何協(xié)調(diào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的還需進(jìn)一步研究。

圖1 睪丸下丘腦-垂體-性腺反饋回路中味覺(jué)受體及其味覺(jué)信號(hào)級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)導(dǎo)可能分布情況Fig.1 The possible distribution of taste receptors and their taste signaling cascades in testis hypothalamuspituitary-gonad feedback loops

3 苦味受體介導(dǎo)的睪丸苦味感知

哺乳動(dòng)物精子是在睪丸的精曲精管中產(chǎn)生的。精子發(fā)生和精子成熟易受內(nèi)外多因素的影響。數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的精子必須經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的旅程才能到達(dá)雌性生殖道深處的目的地。為此，哺乳動(dòng)物精子應(yīng)該具有獨(dú)特的化學(xué)感應(yīng)能力，可以感知所在環(huán)境或與卵細(xì)胞的動(dòng)態(tài)接觸中發(fā)揮味覺(jué)感知功能[39]。然而，雄性生殖細(xì)胞如何與包括那些潛在有毒物質(zhì)在內(nèi)的這些元素相互作用并做出反應(yīng)，目前還知之甚少。以前的研究表明，精子發(fā)生過(guò)程易受許多內(nèi)部和外部因素的影響，包括環(huán)境因素、藥物、飲食選擇和生活方式等因素[40]。然而，對(duì)于這些因素如何改變雄性生殖細(xì)胞的發(fā)育和功能，或者在某些情況下，如何導(dǎo)致跨代表觀遺傳改變的機(jī)制知之甚少[41]。最近，一些研究揭示了味覺(jué)受體及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)在睪丸和精子中表達(dá)[15，16，18]，表明味覺(jué)受體可能參與調(diào)節(jié)精子發(fā)生和精子-卵母細(xì)胞受精的過(guò)程。奇怪的是，單個(gè)精子細(xì)胞和單個(gè)附睪精子細(xì)胞對(duì)苦味化合物的反應(yīng)不同，這表明T2Rs在精子細(xì)胞和精子中的分布不同[17]。如果單個(gè)精子細(xì)胞和精子具有特殊的T2Rs，則可以推測(cè)出精子通過(guò)感知局部環(huán)境的動(dòng)態(tài)，可能為睪丸中的精子發(fā)生、雌性生殖道精子運(yùn)輸和受精提供重要信息，也說(shuō)明了T2Rs 可能參與了哺乳動(dòng)物雄性生殖細(xì)胞與環(huán)境激活劑和毒物相互作用的新機(jī)制。

Finger 等[42]一直在研究獨(dú)立的化學(xué)感受細(xì)胞（solitary chemoreceptor cells，SCCs），2003 年研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠和小鼠的鼻腔存在SCCs，在人鼻腔的SCCs發(fā)現(xiàn)了味覺(jué)受體的表達(dá)。嚙齒動(dòng)物的SCCs 包括T2Rs（苦味受體）和及其舌上的苦味細(xì)胞中的所有細(xì)胞機(jī)制。2010 年，Tizzano 等[43]報(bào)道說(shuō)苦味化合物能促使味覺(jué)受體自動(dòng)引發(fā)呼吸暫?！巴Ｖ购粑⒖人院痛驀娞纭?。當(dāng)味覺(jué)受體與暴露在空氣中的有害物質(zhì)以及通過(guò)鼻腔中細(xì)菌滋生產(chǎn)生的有害化合物接觸時(shí)，會(huì)發(fā)送信號(hào)到三叉神經(jīng)，暫時(shí)抑制呼吸。這種反應(yīng)可能是阻止刺激物被吸入到肺部深處?？紤]到味覺(jué)受體在呼吸道的分布，細(xì)菌代謝產(chǎn)物和苦味分子激活鼻腔和肺的孤立化學(xué)感覺(jué)細(xì)胞，它們作為一種防御機(jī)制抵制刺激物吸入。因此，這些苦味受體可能在清除潛在有害物質(zhì)和啟動(dòng)保護(hù)性反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，能夠避免呼吸道吸入有毒害物質(zhì)。同理認(rèn)為，在哺乳動(dòng)物雄性生殖細(xì)胞中表達(dá)的T2Rs 檢測(cè)苦味化合物，可能具有呼吸系統(tǒng)中相似的功能。大量天然存在的或合成的苦味物質(zhì)可以很容易地穿過(guò)細(xì)胞膜，能夠進(jìn)入雄性和雌性生殖道并激活精子上的這些受體。已經(jīng)確定了小鼠睪丸中所有35 個(gè)T2Rs 基因的表達(dá)，特別是在減數(shù)分裂后的生殖細(xì)胞中。鈣信號(hào)通路在從精子發(fā)生到受精過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[44]。T2Rs介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)鈣濃度增加可能會(huì)影響DNA 改變、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、精子活力和受精。據(jù)報(bào)道，Gustducin 在精子細(xì)胞中表達(dá)[36]，如果敲除α-gustducin基因就會(huì)消除精子對(duì)幾種苦味劑的鈣反應(yīng)，表明睪丸T2Rs 利用類似的口腔苦味受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[17]，即利用由α-gustducin、Gβ3 和γ13 亞基以及PLCβ2和IP3R3 組成的異源G 蛋白三聚體，以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+參與的信號(hào)通路。但需要進(jìn)一步的研究來(lái)描述T2R 介導(dǎo)的鈣信號(hào)通路及其在睪丸中的調(diào)節(jié)機(jī)制。

綜上所述，苦味受體廣泛分布于生精細(xì)胞和精子中，精子可利用味覺(jué)受體檢測(cè)雌性生殖道內(nèi)的毒素，在精-卵結(jié)合的過(guò)程中參與化學(xué)感知。

4 展望

睪丸味覺(jué)受體細(xì)胞受到味質(zhì)刺激后，經(jīng)過(guò)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)后激活睪丸間質(zhì)細(xì)胞釋放睪酮和雌激素激活味覺(jué)受體，將味覺(jué)信號(hào)傳入神經(jīng)中樞進(jìn)行加工處理，最后把信息反饋到睪丸細(xì)胞，進(jìn)而調(diào)控生殖系統(tǒng)生理功能，如參與精子發(fā)生的調(diào)控，頂體和鞭毛的形成，生殖細(xì)胞的增殖、分化的調(diào)控。味覺(jué)受體廣泛分布于睪丸中，味覺(jué)受體可能在中草藥及毒素的抗生育作用中發(fā)揮主要作用，并且睪丸中味覺(jué)受體及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)受下丘腦—垂體—性腺反饋回路的調(diào)控，以及在精—卵結(jié)合的過(guò)程中，味覺(jué)受體可能參與化學(xué)感知，但具體的信號(hào)傳遞途徑還有待進(jìn)一步研究。

從發(fā)育生物學(xué)角度，味覺(jué)感受作為一類化學(xué)感覺(jué)，從舌頭一直延伸到睪丸，應(yīng)該是從原始的趨化性中演化形成的，生物體為了適應(yīng)外部環(huán)境與體內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜化與精密的代謝調(diào)控，從原始的化學(xué)感覺(jué)細(xì)胞分化出舌面味蕾細(xì)胞及睪丸味細(xì)胞來(lái)執(zhí)行不同的功能。睪丸味覺(jué)感受器、口腔味覺(jué)感受器和感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)共同組成人類和哺乳動(dòng)物的味覺(jué)系統(tǒng)。然而，口腔和睪丸中味覺(jué)相關(guān)因子表達(dá)之間的關(guān)聯(lián)性及兩者的信息如何在神經(jīng)中樞進(jìn)行加工整合，還知之甚少，將成為味覺(jué)生物學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。