Abstract

Mulți oameni consumă cu pasiune alimente și băuturi care conțin cofeină, în ciuda gustului său amar. Aici, trecem în revistă ceea ce se știe despre cofeină ca stimul al gustului amar. Subiectele includ acțiunea cofeinei asupra căii canonice a receptorilor gustului amar și acțiunea cofeinei asupra căilor dependente și independente de receptorul canonic în celulele gustative. Două concluzii sunt că (1) cofeina este un stimul slab prototip al gustului amar, deoarece acționează asupra căilor independente de receptorul gustului amar și (2) produsele cu cofeină stimulează cel mai probabil receptorii „gustului” din celulele nongustatorii. Această revizuire este relevantă pentru cercetătorii gustativi, producătorii de produse cu cofeină și consumatorii de cofeină.

Introducere

Simțul gustului ajută la determinarea dacă va fi sau nu ingerată o mâncare sau o băutură. De obicei, gusturile dulci motivează consumul și gusturile amare descurajează consumul. Cu toate acestea, două dintre băuturile cele mai ingerate - cafeaua și ceaiul 1 - sunt amare, ceea ce contrazice această regulă generală. Un factor care contribuie probabil la popularitatea cafelei și a ceaiului este că acestea conțin alcaloidul psihoactiv, trimetilxantina (cofeina).

Multe recenzii descriu mecanismele care susțin efectele comportamentale, cognitive și emoționale ale cofeinei. 2-10 Cu toate acestea, niciunul nu a evaluat cofeina ca un gust amar sau nu a acoperit ceea ce se știe despre acțiunea cofeinei în celulele dintre limbă și creier. Aceste subiecte merită atenție deoarece (1) cofeina este uneori considerată o amărăciune prototipică; 11-17 (2) există în prezent mai multe produse pe bază de cofeină pe piață decât în ​​trecut și multe conțin concentrații mai mari de cofeină decât cafeaua și ceaiul 18; (3) noi mecanisme pot fi expuse prin descoperirile recente ale receptorilor gustului amar care acoperă tractul digestiv, care trebuie să intre în contact cu cofeina; și (4) noi mecanisme pot fi expuse prin descoperirile recente că țintele cofeinei (de exemplu, receptorii adenozinici [ARs], receptorii GABA, receptorii intracelulari și așa mai departe) în celulele nedorite (de exemplu, neuronii) pot modula gustul din gură. Astfel, această revizuire va pune un accent deosebit pe efectele cofeinei asupra celulelor gustative și a altor celule receptive la cofeină care se află în afara sistemului nervos central.

Ce este un gust amar?

Înainte de a discuta despre amărăciunea cofeinei, vom revizui pe scurt gustul amar în general. Substanțele chimice amare sunt diverse din punct de vedere structural și includ alcaloizi (de exemplu, cafeină, chinină, nicotină și morfină), 19 unii L-aminoacizi, 20-23 uree, 24 feniltiocarbamidă, 24 6-n-propiltiouracil, 24 și unele săruri divalente 25 ( pentru o listă mai cuprinzătoare a substanțelor chimice amare, vezi Beckett și colab. 26). S-a sugerat că cu cât un compus este mai amar, cu atât este mai toxic, deși există multe excepții. 27 La fel ca gusturile dulci, cele mai amare gusturi, indiferent de structura lor, sunt detectate de receptorii cuplați la proteina G (GPCR) în celulele gustative de tip 2 (celulele receptorilor gustului [TRC]).

Când un gust (adică o substanță chimică care provoacă un gust gust) se leagă de un GPCR exprimat printr-un TRC, activează o cascadă de semnalizare intracelulară care poate duce la eliberarea de adenozin trifosfat (ATP) și stimularea fibrelor nervoase periferice. Dacă un TRC este activat sau nu de un gust depinde de receptorul pe care îl exprimă. TRC-urile care exprimă T1R sunt activate de gusturile dulci sau umami, iar celulele care exprimă receptorii de gust 2 (T2R) sunt activate de gusturile amare.

În cascada de transducție a gustului amar canonic (Fig. 1), semnalizarea intracelulară începe cu activarea proteinelor G, cum ar fi α-gustducina. Acest lucru are ca rezultat disocierea subunităților βγ, care activează fosfolipaza Cβ2 (PLCβ2). PLCβ2 scinde apoi fosfatidilinozitol 4,5-bifosfat (PIP2) în inozitol (1,4,5) trifosfat (IP3). IP3 declanșează eliberarea de calciu din reticulul endoplasmatic prin legarea la receptorii IP3 de tip 3 (ITPR3). Această eliberare de calciu activează și deschide canalul cationic neselectiv, receptorul tranzitoriu al canalului cationic al subfamiliei M membru 5 (TRPM5), ducând la influxul de cationi și la depolarizarea celulei gustative (vezi Kinnamon 28 pentru o revizuire). Această depolarizare activează canalele de sodiu cu tensiune, care declanșează eliberarea de ATP prin canalele CALHM1. 29–31 Semnalul, transmis prin eliberare de ATP, este apoi transmis către creier prin intermediul fibrelor nervoase periferice care exprimă receptorii purinergici. 32

gustul

Calea de transducție a gustului canonic. Cofeina și alte substanțe chimice care provoacă senzații de gust amar, activează GPCR-uri de tip T2R. GPCR-urile au șapte domenii care se întind pe membrana plasmatică. Când substanțele chimice cu gust amar se leagă de T2Rs, acest lucru provoacă o cascadă de semnalizare intracelulară care începe cu activarea proteinelor G (de exemplu, α-gustducin). Activarea Gα determină disocierea subunităților βγ, care apoi activează enzima PLCβ2. PLCβ2 clivează apoi PIP2 în IP3. IP3 declanșează eliberarea de calciu din reticulul endoplasmatic prin legarea la ITPR3. Această eliberare de calciu activează și deschide TRPM5 ducând la influxul de sodiu și la depolarizarea celulei gustative. Această depolarizare activează canalele de sodiu cu tensiune (VGNC) 182 stimulând depolarizarea declanșată de TRPM5, care declanșează eliberarea ATP prin canalele CALHM1. Semnalul, transmis prin eliberarea ATP, este apoi transmis către creier prin intermediul fibrelor nervoase periferice care exprimă receptorii purinergici. ATP, adenozin trifosfat; T2R, receptor gust 2; TRPM5, subfamilia M a canalului cationic potențial al receptorului tranzitoriu 5.

Informațiile despre gust din fibrele nervoase periferice sunt trimise mai întâi către o stație de releu din trunchiul cerebral, nucleul tractului solitar, care controlează înghițirea, salivația și comportamentele automate legate de respingerea sau acceptarea gustului. 33–35 Ulterior, informațiile despre gust sunt trimise prin multiple conexiuni sinaptice către zone cerebrale superioare unde sunt generate percepții privind calitatea gustului. Deși există o anumită dezbatere cu privire la ruta exactă pe care o urmează informațiile gustative (a se vedea de Brito Sanchez și Giurfa 36 pentru o discuție), calități precum amărăciunea și dulceața pot fi generate prin stimularea câmpurilor corticale amare și dulci doar în cortexul gustativ, 37 care oferă un sprijin puternic pe care cortexul gustativ îl percepe gustul.

Compușii gustativi activează receptori gustativi găsiți nu numai în limbă 38,39, ci și în tractul digestiv, 38-44 pancreas, 45 alte glande endocrine, 46,47 epiteliul căilor respiratorii, 38,48-52 și creier. 38,53–57 Expresia omniprezentă a receptorilor gustativi crește posibilitatea ca substanțele chimice care sunt degustate să exercite și o serie de alte consecințe funcționale. Există deja dovezi că stimulii gustativi influențează funcția celulelor implicate în absorbția nutrienților, 40,53,58-61 sațietate, 62 fertilitate, 47,63 respirație, 64 și metabolism. 65 Receptorii gustului amar au fost implicați în mod specific în mai multe funcții nongustive, variind de la imunitatea înnăscută 52 până la creșterea neuritei. 54

Acțiunea cafeinei pe calea gustului canonic amar

Expresia specifică țesutului T2R-urilor receptive la cofeină. ID-urile genelor pentru TAS2R7, TAS2R10, TAS2R14, TAS2R43 și TAS2R46 au fost introduse în GENEVESTIGATOR ® și a fost selectat setul de date Agilent Human Gene Expression 8x60K Microarray. În acest set de date, TAS2R14 a arătat cea mai mare expresie în majoritatea țesuturilor, inclusiv în cavitatea bucală. Cu toate acestea, expresia TAS2R43 a fost ridicată în raport cu TAS2R7, 10, 14 și 46 în pancreas și timus. Faptul că cofeina modulează sau nu funcția țesuturilor în sistemele digestiv, circulator, tegumentar, endocrin, imunitar, musculo-scheletic, nervos, reproductiv, respirator și urinar, acționând asupra T2R-urilor care răspund la cofeină este un domeniu de cercetare relativ neexplorat.

Gustul de cafeină este aversiv atât pentru vertebrate, cât și pentru nevertebrate, iar GPCR-urile cu reacție amară sunt cel puțin parțial responsabile de răspunsurile aversive la cafeină. 76 Cu toate acestea, receptorii gustului amar nu sunt conservați la toate speciile 77 și, prin urmare, nici mecanismele nu sunt responsabile pentru gustul cofeinei. De exemplu, un studiu recent a constatat că cofeina a activat doar un singur șoarece T2R: Tas2R121, care este codificat de genă, Tas2r121, 14 un ortolog al TAS2r13 uman. Polimorfismele din hTAS2R13 au fost asociate cu preferința etanolului 78 și cu aportul la oameni 79, dar hTAS2R13 nu răspunde la cofeină. 66

Pe scurt, receptorii gustului amar sunt probabil principalul mecanism responsabil de amărăciunea cofeinei între specii. Cu toate acestea, există un motiv întemeiat să credem că cofeina acționează pe căi care nu implică receptori gustativi amari. Există mai multe linii de dovezi care susțin această afirmație: În primul rând, chiar și după ablația totală a neuronilor responsivi amari în larvele de drosophila, o anumită evitare a cofeinei rămâne intactă. 13 În al doilea rând, unele specii nu se generalizează între cofeină și alte gusturi amare, sugerând că cofeina nu poate provoca un gust pur amar. În cele din urmă, așa cum se va discuta în secțiunea următoare, se știe că cofeina acționează pe o serie de căi moleculare care nu implică receptori ai gustului amar.

Mecanisme independente T2R ale gustului de cafeină

Mecanismele independente de T2R ale acțiunii cofeinei asupra celulelor gustative sunt mediate de trei tipuri de mecanisme: (1) receptori non-T2R pe TRC (Fig. 3A), (2) canale ionice cu membrană plasmatică pe fibrele nervoase (Fig. 3B) și (3) intracelulare (atât dependente de receptor cât și independente) (Fig. 4). Discutăm fiecare pe rând.