在當今社會，人類對甜食的鐘愛已演變成一種普遍的“甜蜜負擔”。據統計，美國人均每年攝入的甜食量已飆升至超過100磅，而在1800年，這一數字僅為18磅。
為了應對這一日益嚴峻的公共健康挑戰，哥倫比亞大學的研究人員取得了突破性進展。他們首次成功繪製出人類甜味受體的三維結構圖，這項發表在《Cell》雜誌上的研究成果，有望引領我們邁向一個全新的時代，設計出能夠有效調節人類對糖渴望的新型甜味受體調節劑。
“糖在肥胖症中扮演的角色不容忽視。目前，我們使用的人工甜味劑雖可替代糖，但無法有效改變我們對糖的強烈渴望。”論文共同第一作者、哥倫比亞大學祖克曼研究所Charles Zuker博士實驗室博士後研究員Juen Zhang博士指出。我們的舌頭上的甜味受體能夠敏銳地檢測到從普通砂糖（蔗糖）到雞蛋中的抗菌酶等多種甜味化學物質。與其他苦味、酸味受體不同，甜味受體的進化目的並非追求高靈敏度，而是促使我們偏愛富含糖分的食物以獲取能量，這也解釋了為何我們需要大量甜食才能滿足對甜味的嚮往。
確定人類甜味受體的精確結構，是深入理解其如何幫助我們感知甜味的關鍵所在，它將從根本上推動我們對味覺感知的認知。20多年前，Zuker博士及其團隊發現了哺乳動物甜味受體背後的基因，這項具有里程碑意義的研究揭示了人類甜味受體的化學式。然而，此前我們對其精確形狀仍一無所知，恰似知曉蛋糕的配方卻無法預見成品蛋糕的外觀。
在缺乏這一關鍵知識的情況下，深入瞭解甜味感知的分子基礎併合理設計調節該重要受體功能的方法一直是科學界的難題。Zuker博士表示：“我們今天使用的人造甜味劑，無一不是偶然發現或基於已知甜味分子設計的，因此大多數都存在明顯缺陷。”這項新研究以前所未有的2.8埃（埃，長度單位，1埃等於0.1奈米）的高解析度繪製了人類甜味受體的結構圖。相比之下，最小的原子——氫原子的直徑也僅略大於1埃。
研究人員透過創新的方法，歷經約三年時間的努力，克服了這種蛋白在實驗室細胞培養中的重重困難，最終成功繪製出人類甜味受體的結構圖。論文共同第一作者、Zuker實驗室博士生Zhengyuan Lu指出：“單是獲得用於繪製結構圖的純化蛋白，就耗費了我們三年時間，嘗試了150多種不同的製備方法。”隨後，團隊利用低溫電鏡（cryo-EM）技術對人類甜味受體進行了分析。該技術透過向凍結在溶液中的分子發射電子束，從不同角度捕捉分子的快照，從而在原子水平上重建其三維結構。
尤為重要的是，低溫電鏡揭示了人類甜味受體的結合口袋——甜味物質正是粘附在這個空腔中，並引發一系列促使我們對甜食產生強烈食慾的反應。哥倫比亞大學祖克曼研究所Zuker實驗室研究員Anthony Fitzpatrick博士強調：“非常準確地確定這種受體的結合口袋，對了解其功能至關重要。通過了解它的確切形狀，我們可以揭示甜味劑為何會附著其上，以及如何製造或尋找更好的分子來啟用或調節這種受體的功能。”
人類甜味受體由兩個主要部分組成，其中之一的TAS1R2部分擁有結合口袋。瞭解這部分的結構有助於我們理解人們對甜食敏感程度的差異。研究人員不僅繪製了人類甜味受體與兩種常用人造甜味劑——阿斯巴甜（aspartame）和三氯蔗糖（sucralose）結合時的結構圖，還發現這兩種甜味劑的甜度分別是蔗糖的200倍和600倍。緊接著，透過系統地改變人類甜味受體的微小部分，研究人員揭示了這些部分在與甜味劑結合時所發揮的作用。
儘管人類甜味受體主要分佈於口腔的味蕾上，但Zhang博士指出，它們也分散於全身各處，可能在胰腺等器官的功能中發揮作用。因此，這種受體結構的新圖譜不僅可能推動我們對味覺感知的理解，還有望為研究人體代謝以及糖尿病等疾病提供新的視角。隨著這項研究的深入，我們有望迎來一個既能滿足對甜味的渴望，又無需擔心健康問題的新時代。
參考資料：
Zhang Juen et al, The Structure of Human Sweetness, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.021.
本文僅用於學術分享，轉載請註明出處。若有侵權，請聯絡微信：bioonSir 刪除或修改！
點選下方「閱讀原文」，前往生物谷官網查詢更多生物相關資訊~