本方案用于测量人类的味觉反应,包括简要的解剖学评估、简短的味觉测试,以及利用受试者报告的感觉和味觉受体基因型进行验证的方法。
方法文章
本方案用于测量人类的味觉反应,包括简要的解剖学评估、简短的味觉测试,以及利用受试者报告的感觉和味觉受体基因型进行验证的方法。
味觉在医学和生物医学研究中的日益重要性,以及对其遗传基础的新认识,促使我们从两方面对经典味觉测试方法进行补充。首先,我们阐述如何对口腔(包括舌部)进行简要评估,以确认味蕾的存在,并记录相关疾病的迹象。其次,我们利用遗传学方法,通过比较个体对苦味强度的主观感知报告与其先天味觉受体基因型,来验证味觉测试数据的可靠性。基因型的客观检测结果与味觉体验的主观报告之间若存在不一致,可帮助识别数据采集错误、注意力不集中的受试者,或未能理解或遵循指示的个体。我们期望,快速且可靠的味觉测试能够促使研究人员和临床医生常规开展味觉评估,使味觉检测变得如同听力和视力检查一样普遍。最后,由于人体多种组织均表达味觉受体,味觉反应可能作为身体其他组织敏感性的间接指标,从而既可作为快速的床旁检测手段以辅助诊断,也可作为研究工具用于评估味觉受体蛋白的功能。
人类味觉感知的测量既可以作为医疗保健的一部分,也可以成为生物医学研究的目标,然而与听觉和视觉相比,味觉受到的关注却少得多(表1)。从医学角度来看,当临床医生评估主诉味觉丧失的患者时,大多数情况下实际丧失的是嗅觉1,这导致人们普遍认为味觉丧失是一种罕见且常常不成立的临床主诉。味觉异常(dysgeusia)更为常见,通常由药物的继发效应或外周神经损伤引起2,3,但目前对这两种情况均缺乏有效的治疗方法(除停用相关药物外)。临床医生之所以长期忽视味觉丧失,还因为其本身迄今缺乏明确的诊断或预后价值。然而,尽管味觉测量过去一直未受重视,但随着人们重新认识到味觉可能具有诊断或预后工具的价值,它或许正逐步进入主流医学领域4,5。例如,对苦味的感知能力可以预测免疫功能6,或预测患者服药的依从性7。尽管如此,生物医学研究人员在整体上仍长期忽视味觉研究。这种忽视部分可能源于一个事实:早期对味觉系统理解的进展主要根植于实验心理学8,而医学领域人员对该学科相对陌生。此外,近年来对味觉兴趣的复苏推动了标准化味觉检测方法的发展9,这些方法在早期方法的基础上建立10,虽然全面但耗时较长,不适合临床环境使用。最后,人们对味觉测量的信心不足,也可能是因为受试者需自我报告其主观体验,而对其报告结果的验证迄今为止仍十分缺乏。我们希望,一种简单且易于由研究人员或临床医生实施的测量方法,能够在这两类使用者中逐渐普及。本文介绍了一种包含三个部分的简易味觉检查方案:口腔检查、味觉测试,以及利用先天基因型进行结果验证的步骤。首先,我们将为这些操作提供生物学背景,该背景融合了医学中的基本实践、实验心理学中的感觉测量方法,以及通过基因型和遗传学对反应结果进行验证的手段。
味觉感知始于口腔,因此有效的味觉检查需要包括对明显的口腔疾病、红肿及其他变色情况进行简要的临床评估。口腔包含七个亚部位:舌、牙龈、口底、颊黏膜、唇黏膜、硬腭和磨牙后三角。以往关于人类味觉的研究主要集中在健康受试者或患有明确疾病的人群,但随着味觉检测在医学检查中逐渐成为常规项目,将口腔状况的记录作为检测流程的一部分显得尤为重要。
舌本身是一个被黏膜包裹的肌肉结构;其背侧表面分布着乳头,这些微小的隆起结构赋予了舌独特的质地,并含有味觉感受细胞。我们根据乳头的形状将其分为:菌状乳头、丝状乳头、叶状乳头和轮廓乳头。菌状乳头(FP)位于舌的前外侧,呈圆形,形状类似蘑菇11。研究人员已发表多种可用于量化菌状乳头的有效方法,建议读者参考这些文献以获取测量方案12,13,14,15,16。叶状乳头形似书页(folia),仅分布于舌后部的侧面表面11。轮廓乳头位于舌根部的界沟处,是较大的圆顶状结构,周围被黏膜壁所环绕(拉丁语 circum, "环绕" + vallum, "墙")11。数量最多的乳头是丝状乳头,其形态细长,不含有味觉感受器。
个体间的舌部解剖结构存在差异。尽管这种解剖变异的来源尚不明确,但部分原因与先天遗传变异有关,有研究者报告,异卵双胞胎在舌部解剖结构上的相似性为31%,而同卵双胞胎则达到60%17。乳头密度在不同个体之间也存在差异,尽管极为罕见,但至少有一种遗传性疾病(家族性自主神经功能异常症)会导致味觉乳头先天性缺失18,19,20。因此,在进行心理物理学测试之前,作为简要评估的一部分,确认轮廓乳头(FP)的存在,并记录舌头的相对大小、颜色以及是否存在口腔疾病的迹象,是十分有益的。
味蕾中含有感受细胞,当受到刺激时可引发味觉。人类能够感知至少五类基本味道:咸、酸、苦、甜和鲜。其中,咸味、甜味和鲜味分别提示食物中存在有价值的成分,如氯化钠、葡萄糖和氨基酸;而苦味和酸味则分别提示可能存在由食物细菌分解产生的毒素和酸性物质,从而引发厌恶反应。21咸味和酸味通过激活某些味觉细胞中的离子通道进行转导,尽管目前对咸味转导机制的理解仍在发展,且可能还涉及I型细胞22,23苦味、甜味和鲜味由II型味觉细胞上的G蛋白偶联受体激活产生,每种受体特异性地响应一种特定味道。三种特定受体亚基组成的异源二聚体负责传导甜味和鲜味,而苦味物质则激活一组共25种不同的苦味受体。24这些苦味受体可对多种苦味化合物产生反应,而单一苦味化合物通常可激活多个受体25尽管最近在味觉分子机制方面的知识不断扩展,但新的通路26 以及超越传统五种味觉特性的新发现(例如钙27 或脂肪酸28 感知)可能就在前方。
味觉受体家族至少有两个令人意外的特点:编码这些受体的基因在不同个体间的DNA序列可能存在显著差异,因而其功能也各不相同;此外,人体多个组织均表达这些基因21,29,30,31。这些口腔外的表达部位包括脑、甲状腺、上呼吸道和下呼吸道以及胃肠道等21,29,30,31。尽管这些部位的味觉受体并不参与传统意义上的味觉感知,但它们可能用于感知局部化学环境29,32。例如,上呼吸道的纤毛上皮表达苦味受体T2R38(Bitter Taste Receptor 38),该受体可响应细菌产生的化学物质,并影响先天免疫反应32,例如增强黏膜纤毛清除能力以及提高抗菌肽和一氧化氮的水平。这一发现对慢性鼻-鼻窦炎具有医学意义,该疾病表现为上呼吸道及鼻旁窦的慢性细菌感染与炎症。
与本文所述味觉检测特别相关的是,由T2R38基因编码的苦味味觉受体, TAS2R38 基因表现出遗传变异性,因而导致味觉敏感性的个体差异。对苦味化合物苯硫脲(PTC)的感知差异最早由化学家 Arthur Fox 描述。33;后来该化合物被确定为T2R38受体的激动剂34个体差异源于DNA序列的 TAS2R38 基因,该基因包含三个单核苷酸多态性位点,每个位点导致氨基酸替换(A49P、A262V 和 I296V;A:丙氨酸,P:脯氨酸,V:缬氨酸,I:异亮氨酸)。由此形成两种常见单倍型:PAV 和 AVI,其中 PAV/PAV 个体对苯硫脲(PTC)高度敏感"尝味者"),AVI/AVI 个体相对不敏感("非尝味者",而杂合型AVI/PAV个体的敏感性变异较大35遗传变异影响苦味感知的案例还有很多, 例如,由T2R19基因编码的味道受体T2R19, TAS2R19 基因同样表现出遗传变异性和对苦味化合物奎宁的味觉敏感性差异36同样,变异在 TAS2R31 影响一种高倍甜味剂的感知苦味37,38,39.
本文介绍一种快速评估患者味觉功能的方法,该方法借鉴了临床医学、实验心理学和遗传学中的高效研究方案。
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宾夕法尼亚大学机构审查委员会已批准本方案。如果受试者年龄小于18岁或处于妊娠状态,则被排除在外。
1. 口腔评估:疾病评估与乳头识别
2. 心理物理学味觉测试
注意:以下心理物理学味觉测试的相关资源和说明也可从以下网页获取:https://osf.io/hn87s/。

图 1:味觉测试套件。 受试者使用该套件对各种颜色编码的呈味物质的味道强度和品质进行评分。A 盒包含样品 1–6,B 盒包含样品 7–12。请点击此处查看此图的放大版本。

图 2:味觉问卷条目,包含用于强度评分的类别量表和用于味质识别的强制选择回答。 味觉问卷将为每种颜色编码的测试呈味物质提供一个条目。请点击此处查看该图的放大版本。
3. 基因型
4. 基因型-表型验证
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所有受试者(n = 840)的味觉测试结果已合并,并按基因型分组呈现。TAS2R38 和 TAS2R19 基因型以及每种呈味物质的完整数据集可通过 https://carayata.shinyapps.io/TasteBoxplots/ 获取。结果证实,按 TAS2R38 受体基因型分组的受试者在苯硫脲(PTC)的味觉感知上存在差异(图3)。不同 TAS2R38 基因型对 PTC 强度的评分具有显著差异(AVI/AVI:0.86;AVI/PAV:6.95;PAV/PAV:8.18;单因素方差分析, p <0.0001)。不同 TAS2R19 基因型对奎宁强度的评分也具有显著差异(A:A:3.77;A:G:3.08;G:G:2.26;单因素方差分析, p <0.0001)。
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该方法的重要意义在于采用了多学科交叉的方法,融合了医学(口腔检查)、实验心理学(味觉测试)和遗传学(验证步骤)的特点。味觉信息有望发展成为一种诊断和预后工具,因为味觉能够反映体内其他部位蛋白质的功能状态。从实验心理学的角度来看,增加一项简单的检查可以识别出不适合进行正常味觉功能研究的受试者。从遗传学的角度来看,这些步骤为研究易于重复的基因型-表型关系提供了简便的方法。
测量人类味觉具有若干关键但无形的特征,这些特征至关重要,包括帮助受试者感到放松并明确任务要求,尤其是在医疗环境中,应尽量缩短操作流程,以避免受试者注意力分散。若受试者表现出不适,应及时干预并解决其疑虑,例如关于测试刺激物性质的问题。当受试者了解到大多数测试刺激物均存在于日常食物中时,通常会感到安心。 例如、盐和糖。该方法虽然简单,但存在显著局限性。尽管口腔检查对于受过医学培训的研究人员而言是常规操作,但对于具有实验心理学或遗传学背景的研究人员来说,可能较难准确识别口腔疾病。另一个局限性在于所采用的评分量表,尽管未经培训的受试者也能轻松理解,但可能掩盖个体之间或群体之间的差异。
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NAC 和 DRR 是一项正在审查中的专利(呼吸道感染的治疗与诊断 61/697,652,WO2013112865)的共同发明人。
本研究获得了美国国立卫生研究院(NIH)的资助(NAC 获得 R01DC013588 项目资助,NAC 和 DRR 获得 R21DC013886 项目资助,JED 获得国家耳聋及其他沟通障碍研究所行政研究补充项目资助,以促进临床科学家在化学感官研究领域的成长)。我们所收集的基因型数据使用了部分由 NIH OD018125 项目资金资助购置的设备。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 一次性诊断笔式手电筒 | Primacare | DL-9223 | |
| UltraLite Pro 头戴式照明灯 | Integra LifeSciences | AX2100BIF | |
| Millipore Q-Gard 2 水纯化系统 | EMB Millipore | QGARD00D2 | |
| 苯甲地那铵 | Sigma Aldrich | D5765 | |
| 苯硫脲 | Sigma Aldrich | P7629 | |
| 盐酸奎宁二水合物 | Sigma Aldrich | Q1125 | |
| 氯化钠 | Sigma Aldrich | S1679 | |
| 蔗糖 | Sigma Aldrich | S0389 | |
| 玻璃闪烁小瓶 | Thomas Scientific | 1230L59 | 与 Wheaton 目录号 986580 相同 |
| Oragene Discover OGR-500 DNA 采集试剂盒 | DNA Genotek | OGR-500 | |
| prepIT L2P 协议试剂 | DNA Genotek | PT-L2P-5 | |
| rs713598 TaqMan SNP 基因分型检测 | ThermoFisher Scientific | C___8876467_10 | |
| rs1726866 TaqMan SNP 基因分型检测 | ThermoFisher Scientific | C___9506827_10 | |
| rs10246939 TaqMan SNP 基因分型检测 | ThermoFisher Scientific | C___9506826_10 | |
| rs10772420 TaqMan SNP 基因分型检测 | ThermoFisher Scientific | C___1317426_10 |
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