“酸”，竟然和内耳感知平衡能力有关？

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“酸”，竟然和内耳感知平衡能力有关？

2018 年 1 月 29 日 中国生物技术网

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这酸爽！图像来源：网络

美国南加州大学（USC）Dornsife文理艺术学院的科学家们发现了一条全新的离子通道。这些通道让质子（H +离子）进入细胞，对于内耳感知平衡非常重要。它们存在于感知酸味的味觉细胞中。这项研究于1月25日发表在《Science》上。

质子控制溶液的酸碱性，即所谓的pH值。它们无法穿过细胞膜，必须通过离子通道等特殊蛋白质跨膜运输。

尽管研究人员已经确定编码离子通道的基因可以使质子离开细胞，但是形成使质子进入细胞的离子通道是否需要一个或若干个基因仍然不明确。现在，这项关于酸味的研究发现了otopetrin（耳蝶呤）族基因，该基因能够编码传导质子的离子通道。

这个基因最初被发现是因为它对平衡非常重要：otopetrin1 (Otop1)基因突变的小鼠被称为“倾斜的”，因为它们无法保持平衡。编码蛋白质的功能以及基因突变导致前庭缺陷的原因尚不清楚。但是，这项关于味觉感知的研究发现，Otop1编码一个质子通道，这可以解释otopetrin1基因为何会影响内耳功能和平衡。这项研究由USC Dornsife生物科学教授Emily Liman领导。

因为酸味是酸性物质的味道，而酸性物质含有高浓度的质子。Liman预测酸味细胞具有响应或传输质子的离子通道。事实上，8年前，她的实验室就利用生物物理学方法表明，质子利用细胞膜中一种特殊的质子通道进入味觉细胞，而编码这个通道的基因和质子通道的结构特征在当时并不为人所知。

舌头背面的味觉细胞。红色的细胞能够感知酸味，绿色细胞能够检测苦味、甜味、鲜味。细胞核呈蓝色。

Liman的实验室利用名为RNAseq的分子遗传学技术确定了哪些基因只在酸味感知细胞中特异性表达，而不是其他类型的味觉细胞。研究生Yu-Hsiang Tu对候选基因逐个进行了测试，直到他发现了一个基因，当该基因被引入到没有任何质子传导通道的细胞中时，它能够产生一种传导质子的蛋白质。

在Yu-Hsiang完成了对几十种候选基因的测试之后，Liman几乎要放弃了。她说：“当Yu-Hsiang把我叫到实验室并展示了otopetrin的数据时，我无法相信我们最终发现它了。我们已经花费了好多年的时间来寻找它。”

除了Otop1之外，脊椎动物体内还有两种相关的基因(Otop2 和Otop3)，这个基因族在黑腹果蝇上被表现出来。Otopetrin在结构上与其它的离子通道不同，而所有的otopetrin基因都能够形成质子通道，这表明这些质子传导通道在进化上是保守的。每一种otopetrin在很多组织中都有独特的分布，包括舌头、耳朵、眼睛、神经、生殖器官和消化道。

在前庭系统中，Otop1对于一种名为耳石的结构形成和功能是必须的，耳石是一种碳酸钙晶体，它能感知重力和加速度。研究人员推测，otopetrin能够使pH值维持在适合形成耳石的值，而在研究中无法保持平衡的小鼠是因为pH值的调节出现异常。

在味觉系统中，otopetrin参与到了感知酸味的过程中。这些质子通道在其他组织中的功能尚不明确。

Liman说：“我们从未考虑过会出现这样的情况，我们在味觉细胞中寻找的分子也存在于前庭系统中。这表明了基础研究的重要性。”

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