УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2015, том 135, № 3, с. 234-251
УДК 576.75:591.3
ВКУСОВЫЕ РЕЦЕПТОРЫ
© 2015 г. В. А. Мглинец
Медико-генетический научный центр РАМН, Москва E-mail: mglinetz@mail.ru
Вкусовые ощущения воспринимаются вкусовыми почками, состоящими приблизительно из 50-100 веретеновидных клеток, которые трансдуцируют вкусовые стимулы в электрохимические сигналы. Клетки вкусовой почки представлены гетерогенной популяцией, большинство из них отвечают на один определенный вкусовой сигнал посредством специфических генных рецепторов. Рецепторы или ионные каналы вкусовых клеток избирательно связывают молекулы, растворенные в слюне, переходят в активное состояние, и затем пресинаптические клетки интегрируют сигналы, генерируемые рецепторными клетками и высвобождают нейротрансмиттеры - молекулы, стимулирующие вкусовой нерв. Затем по нервным волокнам в мозг передаются электрические импульсы, содержащие информацию о качестве и интенсивности вкусового сигнала.
Ключевые слова: вкусовые ощущения, вкусовые почки, воспринимающие вкус клетки, вкусовые рецепторы кислого, сладкого, соленого, горького, гены рецепторов, нарушения вкуса.
ВВЕДЕНИЕ
Язык человека содержит более 5000 вкусовых сосочков разной формы. Грибовидные сосочки занимают в основном две передние трети языка и рассеяны по всей поверхности; желобовидные (окруженные валиком) сосочки расположены у корня языка, они большие, их легко увидеть; листовидные сосочки расположены на боковой части языка. Каждый из сосочков содержит вкусовые почки. Существующие нитевидные сосочки языка являются механическими, а не вкусовыми. Значительное количество вкусовых сосочков расположено на нёбе, ротовой части глотки, гортани, надгортаннике и верхней части пищевода, но в основном они, конечно, сосредоточены на языке (Miller, 1995). Клетки вкусовых почек имеют свой специфический набор вкусовых рецепторов. Хотя концепция "карты языка" не была подтверждена, все же существуют определенные региональные различия в чувствительности. Так, на кончике языка больше рецепторов к сладкому, края языка лучше ощущают кислое и соленое, а его основание - горькое. Экспрессия мРНК BDNF (brain-derived neurotrophic factor) в клетках-предшественниках вкусовых почек может быть самым ранним маркером (6.5-7 недель беременности у человека) и предшествует иннервации и экспрессии цитокератина СК20, характерного для вкусовых почек (8 недель беременности). Как и
у грызунов, у человека BDNF может быть связан с вкусовой иннервацией, а NT-3 (neurotrophin) -с соматосенсорной иннервацией языка. Однако они могут действовать совместно и поддерживать вкусовую и соматосенсорную иннервацию (Nosrat et al., 2010).
В общей сложности во рту примерно 10 000 вкусовых почек, сигналы от которых передаются в головной мозг посредством веточек трех краниальных нервов, VII, IX и X. Одна веточка от VII нерва, chorda tympani, посылает волокна в переднюю часть языка, включая грибовидные сосочки и, возможно, в передние листовидные сосочки. Другая ветвь нерва VII, greater petrosal, посылает волокна к вкусовым рецепторам на мягком нёбе. Аксоны языкоглоточного (IX) нерва иннервируют окруженные валиком и листовидные сосочки, а возможно и вкусовые почки на глотке. Аксоны блуждающего (X) нерва иннервируют вкусовые почки корня языка, надгортанника, гортани и верхней части пищевода. Эти ганглионарные нейроны первого порядка располагаются в ростральной части чувствительного ядра (nucleus terminalis) в продолговатом мозге. Проекции нейронов высшего порядка включают парабрахиальное ядро, таламическую вкусовую область, первичную вкусовую часть коры, каудально-латеральную орбито-фронтальную (вторичную) кортикальную вкусовую область, мозжечковую миндалину (amygdala), гипоталамус и базальные ганглии.
Такая широкая представленность вкусовой информации в головном мозге, по-видимому, служит для ее интеграции с интроцептивными (голод, сытость, аппетит) и экстрацептивными (зрение, обоняние, текстура) сигналами.
Человеку и приматам вкус сладкого (сахаров, приносящих организму энергию) приятен, а горький вкус вредных веществ (алкалоиды, танин) - противен. Распознавание соленого вкуса -физиологическая необходимость. Ионы натрия принципиально важны для жизнедеятельности клеток и не могут быть заменены никакими другими, а теряются они постоянно. Вкус кислого, вероятно, эволюционировал как индикатор спелости: созрел ли фрукт, и можно ли его есть. Кроме того, кислотность - показатель ферментации, то есть процесса, который обеспечивает первичную переработку пищи в природе и увеличивает ее питательные свойства.
Вкус умами (от японского слова "умай" - вкусный, приятный) может служить интегральным показателем содержания белков в пище. У человека это вкусовое ощущение прежде всего ассоциируется с присутствием глутаматов, то есть солей глутаминовой кислоты - одной из самых распространенных в природе аминокислот. Ее много в продуктах с высоким содержанием белков. Вкус умами существенно усиливается в присутствии некоторых других веществ.
Вкусовые почки (луковицы)
У мыши язык формируется из билатеральных парных языковых выростов, сливающихся по средней линии на эмбриональный день Е11.0-11.25. На стадии развития Е12.5 формируются серии фокальных эпителиальных утолщений или плакод в два билатеральных ряда, предваряющих локализацию грибовидных сосочков взрослых (Thirumangalathu, Barlow, 2009; Thirumangalathu et al., 2009). Плакодные клетки экспрессируют как мРНК, так и белок SHH (Sonic hedgehog) и PTCH1 (patched homolog 1). Ранее предполагалось, что эмбриональные Shh-экспрессирующие вкусовые предшественники должны персисти-ровать у взрослых мышей в качестве стволовых клеток вкусовых почек. Однако, это оказалось не так. По-видимому, клетки вкусовых почек, происходящие из Shh-экспрессирующих плакод, постепенно теряются в постнатальный период и полностью отсутствуют уже спустя 4 месяца после рождения. Было предположено, что Shh-экспрессирующие клетки плакод функционируют в качестве сигнальных центров, и под их влия-
нием возникают вкусовые почки из локального эпителия языка. По крайней мере, некоторые клетки-предшественники являются общими для вкусовых почек и окружающего многослойного несенсорного эпителия (Okubo et al., 2009). Следовательно, клетки-предшественники вкусовых почек рекрутируются извне сигнальных центров, а у взрослых мышей перенимают функцию непрерывного пополнения клетками зрелых вкусовых почек (Stone et al., 2002). Идентификация множественных членов семейств SOX (SRY related HMG-box)- и HOX (НотеоЬох)-генов (HOXA3, A10, B2, B3 и SOX1, 2, 4, 5, 21) указывает на то, что обновление вкусовых почек использует те же пути, которые активны и при их закладке. Вкусовые клетки постоянно погибают и замещаются каждые 10 дней. Предполагается, что для устранения старых вкусовых клеток используются факторы р53, Вах и каспаза-2.
Каждая вкусовая почка содержит базальные клетки и 50-100 вкусовых клеток. Собственно, сама почка не достигает поверхности слизистой языка - в полость рта открыта только вкусовая пора. Растворенные в слюне вещества попадают через пору в наполненное жидкостью пространство над вкусовой почкой, и там они соприкасаются с ресничками кончиков вкусовых клеток (Chaudhari, Roper, 2010). Вкусовые клетки представляют собой вытянутые поляризованные нейроэпителиальные клетки, имеющие похожий на шпильку кончик, проецирующийся в просвет вкусовой поры. Апикальные кончики вкусовых клеток соединены с помощью плотных соединений в комплексы. В них обнаруживаются типичные компоненты плотных соединений, такие как claudins и ZO-1 (zonula occludens-1) (Michlig et al., 2007). Это затрудняет проникновение воды и некоторых растворов, и все же некоторые ионы и неполярные соединения просачиваются посредством ионных каналов. Вкусовые клетки обеспечивают распознавание, усиление и преобразование вкусовых сигналов, отслеживают постоянно флюктуации тонических и осмотических свойств слюны и присутствие потенциально вредных соединений. Несколько генов хемокинов класса СХС, включая CXCL14 и CXCL8, экспресси-руются на высоком уровне во вкусовых почках. CXCL14, по-видимому, секретируется через апикальную мембрану клеток вкусовой почки, чтобы стать компонентом слюны. Он может привлекать иммунные клетки слюны к вкусовой поре. С помощью морфометрического анализа (т.е. определения электронной плотности цитоплазмы, формы ядра, длины и толщины микроворсинок и присутствия специализированных химических
синапсов) было продемонстрировано, что клетки вкусовых почек представлены разными типами клеток (Murray, 1993; Yee et al., 2001). Вкусовые почки содержат клетки, обозначенные как тип I, II и III, и базальные, неполяризованные, преимущественно недифференцированные клетки, иногда обозначаемые как тип IV. В генерации разных типов вкусовых клеток участвуют многочисленные генетические факторы: SHH, PTCH1, DISP1 (dispatched homolog 1), BDNF, BMPR1B, NOTCH4, FZD (Frizzled) 1, 3 и 4, NDP (Norrie disease pseudoglioma), WNT5A, WNT5B, WNT11 (Hevezi et al., 2009). Так, рецептор KIT (tyrosine kinase receptor) может модулировать дифферен-цировку и развитие клеток, воспринимающих вкус умами (тип II), а ген IKBKAP (inhibitor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells, kinase complex-associated protein) - развитие клеток типа III.
Вкусовые клетки типа I. Наиболее многочисленные клетки во вкусовых почках (~50%) действуют как поддерживающие клетки. Они характеризуются удлиненными цитоплазматическими ламеллами, которые охватывают другие клетки. Эти клетки экспрессируют транспортер глютама-та GLAST, указывая тем самым, что они участвуют в поглощении глютамата (Lawton et al., 2000). Они также экспрессируют NTPDase2, связанную с плазматической мембраной, нуклеотидазу, которая гидролизует внеклеточный АТФ (Bartel et al., 200б). Молекула АТФ служит в качестве ней-ротрансмиттера во вкусовых почках (Finger et al., 2005), глютамат также является кандидатом на роль нейротрансмиттера. Таким образом, клетки типа I, по-видимому, участвуют и в завершении синаптической передачи, и в ограничении распростра
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.