Смак кофеїну

Анотація

Багато людей жадібно вживають їжу та напої, що містять кофеїн, незважаючи на його гіркий смак. Тут ми розглянемо те, що відомо про кофеїн як подразник гіркого смаку. Теми включають дію кофеїну на канонічний шлях рецепторів гіркого смаку та дію кофеїну на неканонічні рецепторно-залежні та незалежні шляхи у смакових клітинах. Два висновки полягають у тому, що (1) кофеїн є поганим прототиповим стимулом гіркого смаку, оскільки діє на незалежні від рецептора гірким смаком шляхи, а (2) продукти з кофеїном, швидше за все, стимулюють "смакові" рецептори в негоривних клітинах. Цей огляд актуальний для дослідників смаку, виробників продуктів, що містять кофеїн, та споживачів кофеїну.

Вступ

Почуття смаку допомагає визначити, чи буде їжа чи напій потрапляти всередину. Як правило, солодкі смаки мотивують споживання, а гіркі смаки перешкоджають прийому. Однак два найпоширеніші напої - кава та чай 1 - гіркі, що суперечить цьому загальному правилу. Одним із факторів, який, ймовірно, сприяє популярності кави та чаю, є те, що вони містять психоактивний алкалоїд, триметилксантин (кофеїн).

У багатьох оглядах описуються механізми, що підтримують поведінковий, когнітивний та емоційний вплив кофеїну. 2–10 Однак ніхто не оцінював кофеїн як гіркий смак або висвітлював відомості про дію кофеїну в клітинах між язиком та мозком. Ці теми заслуговують на увагу, оскільки (1) кофеїн іноді вважають прототипом гіркого; 11–17 (2) в даний час на ринку є більше кофеїнових продуктів, ніж у минулому, і багато з них містять вищі концентрації кофеїну, ніж кава та чай 18; (3) нові механізми можуть виявитись недавніми відкриттями рецепторів гіркого смаку, що вистилають травний тракт, які повинні контактувати з кофеїном; та (4) нові механізми можуть виявитись недавніми відкриттями, що кофеїн-мішені (наприклад, аденозинові рецептори [ARs], GABA-рецептори, внутрішньоклітинні рецептори тощо) у несмакових клітинах (наприклад, нейрони) можуть модулювати смак у роті. Таким чином, цей огляд зробить особливий акцент на впливі кофеїну на смакові клітини та інші клітини, що реагують на кофеїн, які мешкають поза центральною нервовою системою.

Що таке гіркий смак?

Перш ніж обговорювати гіркоту кофеїну, ми коротко розглянемо гіркий смак загалом. Гіркі хімічні речовини за своєю структурою різноманітні і включають алкалоїди (наприклад, кофеїн, хінін, нікотин і морфін), 19 деякі L-амінокислоти, 20-23 сечовина, 24 фенілтіокарбамід, 24 6-н-пропілтіоурацил, 24 і деякі двовалентні солі 25 ( для більш повного переліку гірких хімічних речовин див. Beckett et al. 26). Існує припущення, що чим гірша сполука, тим вона токсичніша, хоча існує багато винятків. 27 Як і солодкі смаки, більшість гірких смаків, незалежно від їх структури, виявляються рецепторами, пов’язаними з G-білками (GPCR), у смакових клітинах типу 2 (клітини рецепторів смаку [TRC]).

Коли смак (тобто хімічна речовина, що викликає сприйняття смаку) зв'язується з GPCR, вираженим TRC, він активує внутрішньоклітинний сигнальний каскад, що може призвести до вивільнення аденозинтрифосфату (АТФ) та стимуляції периферичних нервових волокон. Чи буде TRC активований смаком чи ні, залежить від рецептора, який він виражає. TRC, що експресують T1R, активуються солодкими смаками або смаками умами, а клітини, що експресують рецептори смаку 2 (T2R), активуються гіркими смаками.

У канонічному каскаді трансдукції гіркого смаку (рис. 1) внутрішньоклітинна сигналізація починається з активації G-білків, таких як α-густдуцин. Це призводить до дисоціації βγ-субодиниць, які активують фосфоліпазу Cβ2 (PLCβ2). Потім PLCβ2 розщеплює фосфатидилінозитол 4,5-біфосфат (PIP2) до інозитол (1,4,5) трифосфату (IP3). IP3 запускає вивільнення кальцію з ендоплазматичного ретикулуму, зв’язуючись з IP3-рецепторами типу 3 (ITPR3). Це вивільнення кальцію активує та відкриває неселективний катіонний канал, транзиторний рецептор потенційного катіонного каналу підсімейства M член 5 (TRPM5), що призводить до припливу катіонів та деполяризації смакової клітини (див. Огляд Kinnamon 28). Ця деполяризація активує натрієві натрієві канали, які запускають вивільнення АТФ через канали CALHM1. 29–31 Потім сигнал, що передається вивільненням АТФ, передається в мозок через периферичні нервові волокна, що експресують пуринергічні рецептори. 32

Канонічний шлях трансдукції смаку. Кофеїн та інші хімічні речовини, що викликають гіркі смакові відчуття, активують GPCR типу T2R. GPCR мають сім доменів, які охоплюють плазматичну мембрану. Коли хімічні речовини гіркого смаку зв'язуються з T2R, це викликає внутрішньоклітинний сигнальний каскад, який починається з активації G-білків (наприклад, α-густдуцину). Активація Gα викликає дисоціацію βγ-субодиниць, які потім активують фермент PLCβ2. Потім PLCβ2 розщеплює PIP2 в IP3. IP3 запускає вивільнення кальцію з ендоплазматичного ретикулуму, зв'язуючись з ITPR3. Це вивільнення кальцію активує і відкриває TRPM5, що призводить до припливу натрію та деполяризації смакової клітини. Ця деполяризація активує натрієві натрієві канали (VGNC) 182, посилюючи деполяризацію, спричинену TRPM5, яка запускає вивільнення АТФ через канали CALHM1. Потім сигнал, що передається вивільненням АТФ, передається в мозок через периферичні нервові волокна, що експресують пуринергічні рецептори. АТФ, аденозинтрифосфат; T2R, рецептор смаку 2; TRPM5, тимчасовий рецептор потенційного катіонного каналу підсімейства M член 5.

Інформація про смак з периферичних нервових волокон спочатку надсилається на ретрансляційну станцію в стовбурі мозку, ядро одиночного тракту, яке контролює ковтання, слиновиділення та автоматичну поведінку, пов’язану з відхиленням або прийняттям смаку. 33–35 Після цього інформація про смак надсилається через безліч синаптичних зв’язків у вищі ділянки мозку, де формується сприйняття якості смаку. Хоча існують суперечки щодо точного шляху, яким слідує інформація про смак (див. Де Бріто Санчес та Джурфа 36 для обговорення), такі якості, як гіркота та солодкість, можуть бути породжені стимулюванням гірких та солодких коркових полів лише у смаковій корі, 37 що забезпечує міцну підтримку, яку сприймає смакова кора кори.

Смакові сполуки активізують рецептори смаку, що знаходяться не тільки в мові 38,39, але і в шлунково-кишковому тракті, 38–44 підшлунковій залозі, 45 інших залозах внутрішньої секреції, 46,47 епітелії дихальних шляхів, 38,48–52 та мозку. 38,53–57 Повсюдна експресія смакових рецепторів підвищує ймовірність того, що дегустовані хімічні речовини також мають ряд інших функціональних наслідків. Уже є дані, що смакові подразники впливають на функцію клітин, що беруть участь у поглинанні поживних речовин, 40,53,58–61 ситості, 62 фертильності, 47,63 диханні, 64 та метаболізмі. 65 Гіркі рецептори смаку були причетні до кількох несмачних функцій, починаючи від вродженого імунітету 52 і закінчуючи виростанням невритів. 54

Дія кофеїну на канонічному шляху гіркого смаку

Специфічна для тканин експресія T2R, що реагує на кофеїн. Ідентифікатори генів для TAS2R7, TAS2R10, TAS2R14, TAS2R43 і TAS2R46 були введені в GENEVESTIGATOR ® та вибрано набір даних Agilent Human Gene Expression 8x60K Microarray. У цьому наборі даних TAS2R14 показав найвищу експресію у більшості тканин, включаючи порожнину рота. Однак експресія TAS2R43 була високою щодо TAS2R7, 10, 14 та 46 у підшлунковій залозі та тимусі. Незалежно від того, кофеїн модулює функцію тканин у шлунково-кишковому, кровоносному, покривному, ендокринному, імунному, опорно-руховому, нервовому, репродуктивному, дихальному та сечовидільному системах, впливаючи на T2R, що реагують на кофеїн, є відносно невивченою сферою досліджень.

Смак кофеїну неприємний як для хребетних, так і для безхребетних, а GPCR, що реагують на гіркий стан, принаймні частково відповідають за неприємні реакції на кофеїн. 76 Однак рецептори гіркого смаку не зберігаються у видів 77, а отже, і механізми, що відповідають за смак кофеїну. Наприклад, недавнє дослідження показало, що кофеїн активував лише одну мишу T2R: Tas2R121, яка кодується геном Tas2r121, 14, ортологом людської TAS2r13. Поліморфізм у hTAS2R13 був пов’язаний із перевагою етанолу 78 та споживанням у людей 79, але hTAS2R13 не реагує на кофеїн. 66

Таким чином, рецептори гіркого смаку, ймовірно, є основним механізмом, що відповідає за гіркоту кофеїну у всіх видів. Однак є вагомі підстави вважати, що кофеїн діє на шляхи, які не залучають рецептори гіркого смаку. Є кілька рядків доказів, які підтверджують це твердження: По-перше, навіть після повної абляції гіркотливих нейронів у личинок дрозофіли деяка кількість уникнення прийому кофеїну залишається недоторканою. По-друге, деякі види не узагальнюють кофеїн та інші гіркі смаки, припускаючи, що кофеїн може не викликати чисто гіркого смаку. Нарешті, як буде розглянуто в наступному розділі, відомо, що кофеїн діє на ряд молекулярних шляхів, які не включають рецептори гіркого смаку.

Незалежні від T2R механізми смаку кофеїну

Незалежні від T2R механізми дії кофеїну на смакові клітини опосередковуються трьома типами механізмів: (1) не-T2R-рецептори на TRC (рис. 3A), (2) іонні канали плазматичної мембрани на нервові волокна (рис. 3B) і (3) внутрішньоклітинний (як рецептор-залежний, так і незалежний) (рис. 4). Ми обговорюємо кожен по черзі.