人類喜歡吃甜的東西，這是一種寫在基因里的本能。感受到甜味，會(huì)讓我們產(chǎn)生食欲，還會(huì)獲得愉悅感和滿足感。但對(duì)甜味的偏愛(ài)也讓現(xiàn)代人類攝入的糖越來(lái)越多。以美國(guó)為例，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，人均一年攝入的糖已經(jīng)超過(guò)100斤，而這個(gè)數(shù)據(jù)在200多年前不到10斤。

過(guò)量攝入糖分，為肥胖、2型糖尿病等健康問(wèn)題的流行推波助瀾。為了同時(shí)滿足人們對(duì)甜味的渴望和對(duì)健康的追求，各種人造甜味劑應(yīng)運(yùn)而生，被廣泛用于食品飲料，比如阿斯巴甜、三氯蔗糖等。當(dāng)這些人造甜味劑分子粘附在我們的味蕾上，它們可以和天然的糖分子（比如蔗糖、葡萄糖）一樣激活味蕾上的甜味感受器——甜味受體，讓大腦感知到甜味，并且很多人造甜味劑的甜度比真正的糖要高出幾百倍。

圖片來(lái)源：123RF

然而，科學(xué)家很快發(fā)現(xiàn)，已有的人造甜味劑并沒(méi)有成功“欺騙”我們。從口味上，很多人會(huì)在甜味劑和真正的糖之間選擇糖——甚至實(shí)驗(yàn)室里的小鼠也能吃出兩者的差別并“嫌棄”甜味劑。隨著研究的深入，現(xiàn)在還發(fā)現(xiàn)我們的代謝系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等似乎也都能區(qū)別出攝入人造甜味劑和天然糖的差異。

美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的Charles Zuker教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)對(duì)味覺(jué)開展了幾十年的研究。2003年，他和同事們結(jié)合遺傳學(xué)、細(xì)胞檢測(cè)和小鼠基因敲除等方法，首次克隆出哺乳動(dòng)物編碼甜味受體的基因，為理解人類如何從天然糖、人造甜味劑以及某些蛋白質(zhì)中吃出甜味奠定了基礎(chǔ)。

通過(guò)這項(xiàng)具有里程碑意義的工作，人們了解到甜味受體為G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR），并且是由Tas1R家族兩個(gè)成員（Tas1R2和Tas1R3）組成的異源二聚體。盡管如此，甜味受體的精確結(jié)構(gòu)始終蒙著面紗。在研究者看來(lái)，如果不能確定人類甜味受體的結(jié)構(gòu)，很難從根本上推進(jìn)對(duì)味覺(jué)感知的理解。

就在最近，Zuker教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)終于讓我們對(duì)甜味的理解再次獲得突破。他們發(fā)表在《細(xì)胞》期刊上的研究論文以前所未有的細(xì)節(jié)繪制了人類甜味受體的三維結(jié)構(gòu)，分辨率高達(dá)2.8埃。

作為跨膜蛋白，GPCR很難以常規(guī)的結(jié)晶方法制備出純化蛋白質(zhì)樣品，過(guò)去一直是結(jié)構(gòu)生物學(xué)的研究難點(diǎn)。味覺(jué)受體同樣如此。好在隨著單顆粒冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）技術(shù)的發(fā)展，研究人員有了破解蛋白結(jié)構(gòu)的新方法。

在論文中，研究人員繪制出人類甜味受體異源二聚體的確切形狀，包括甜味受體與兩種最常用的人造甜味劑——阿斯巴甜和三氯蔗糖相結(jié)合的情況。

▲研究示意圖（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

這一結(jié)構(gòu)中尤其引人注目的是Tas1R2亞基上的受體結(jié)合口袋，也就是甜味受體與甜味劑分子相結(jié)合的空腔。研究者指出，了解這一部分的確切結(jié)構(gòu)有助于我們理解為什么會(huì)對(duì)不同甜味分子的敏感程度不同，也將有助于設(shè)計(jì)和制造出新一代激活甜味受體或調(diào)節(jié)受體功能的分子。過(guò)去研究發(fā)現(xiàn)，不同動(dòng)物對(duì)某些人造甜味劑有不同的反應(yīng)。比如阿斯巴甜，人類和獼猴能嘗出甜味，小鼠和新世界猴卻沒(méi)有反應(yīng)?，F(xiàn)在有了甜味受體的確切結(jié)構(gòu)后，研究人員推測(cè)可以從TAS1R2亞基的氨基酸來(lái)進(jìn)一步做出解釋。

▲人類甜味受體在與甜味分子結(jié)合時(shí)會(huì)改變形狀（視頻來(lái)源：參考資料[1]）

有意思的是，人類甜味分子實(shí)際上不只存在于舌頭的味蕾上，也出現(xiàn)在全身各處，例如腎臟、胰腺、胃腸道等內(nèi)臟器官中，并發(fā)揮多種功能，因此研究作者推測(cè)，甜味受體結(jié)構(gòu)的破解，或許還能為今后研究糖尿病等代謝疾病帶來(lái)新的啟發(fā)。

參考資料：

[1] Zhang Juen et al., The structure of human sweetness. Cell (2025) DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.021

[2] Grace Q. Zhao et al., The Receptors for Mammalian Sweet and Umami Taste. Cell (2003) DOI: 10.1016/S0092-8674(03)00844-4

[3] Scientists Map Tongue’s Sweet Sensor, May Lead to New Ways to Curb Sugar Cravings. Retrieved May 13, 2025 from https://zuckermaninstitute.columbia.edu/scientists-map-tongue-s-sweet-sensor-may-lead-new-ways-curb-sugar-cravings

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