鮮味肽與鮮味受體的研究進展

王莉，伍圓明，孫偉峰，車振明，丁文武*

(1.西華大學 食品與生物工程學院，成都 610039；2.衡陽師范學院 生命科學與環境學院， 湖南 衡陽 421008)

鮮味作為五種基本味覺之一，可以給人帶來愉悅感，代表了大部分氨基酸、核苷酸類營養物質的特征風味[1]，是人體必不可少的味覺需求。鮮味肽作為近年來提出的一種新型鮮味物質，可通過與人體味蕾上的鮮味受體發生相互作用而呈現出一定的鮮味特征[2]，且可在不影響食品其他味感的基礎上，通過協同作用或美拉德反應，補充或增強食品的原有風味[3-5]。它不僅能帶來愉悅的味覺感受，還能提供肽及氨基酸類營養成分，在食品調味品領域的應用中具有極大的發展前景。目前，已在鮮味肽提取、序列鑒定、序列特征分析以及鮮味受體呈味機制分析等方面取得了一定的進展[6,7]。本文主要對鮮味肽的來源、序列結構特征、微生物生產和鮮味受體的種類、鮮味信號傳導及其識別機制進行了綜述，并結合當前研究中存在的問題進行分析，以期對鮮味肽的挖掘、改造、應用以及鮮味受體對鮮味肽的具體識別機制等研究提供參考。

1 鮮味肽的序列來源及其結構特征

1.1 鮮味肽的序列來源

鮮味肽作為繼谷氨酸鈉(monosodium glutamate，MSG)、鳥苷酸(guanosine monophosphate，GMP)和肌苷酸(inosine monophosphate，IMP)之后的一種理想的天然鮮味物質，是近年來鮮味調味劑領域的研究焦點。在早期研究中，鮮味肽的呈味描述形式各不相同，在1972年，Arai等[8]首次在大豆蛋白中提取出4條谷氨酰寡肽，被描述為具有肉湯味；在1975年，Noguchi等[9]在魚肉蛋白中提取出一系列呈味多肽，具有類似MSG的味道；在1978年，日本學者Yamasaki又從牛肉的木瓜蛋白酶水解液中分離、提取、純化出一種美味的多肽——牛肉八肽(beefy meaty peptide，BMP)，其氨基酸序列為Lys-Gly-Asp-Glu-Glu-Ser-Leu-Ala[10]，且閾值為1.41 mmol/L，稍低于MSG(1.56 mmol/L)[11]。隨后，逐漸在肉類酶解物、小麥面筋、火腿、花生、水產品等[12-16]富含蛋白質的食物中也提取出一系列具有鮮味的多肽，同時，一些合成的肽也被報道具有鮮味[17]。此外，已有研究表明部分肽組分本身不具有風味，但當與其他鮮味成分共同存在時可引起風味增強效果，如Glu-Glu，Glu-Val，Ala-Asp-Glu，Ala-Glu-Asp，Asp-Glu-Glu和Ser-Pro-Glu等一系列短肽組分均可以使鮮味顯著增強。近年來，對于新型鮮味肽的探索仍在繼續，依次從白腐乳、茶褐牛肝菌和蠶蛹水解物中提取出鮮味肽，并經合成驗證，其中部分鮮味肽還具有鮮味增強作用[18-20]。目前已報道的大部分鮮味肽的序列、來源和呈味信息見表1。

表1 鮮味肽的序列來源和呈味信息Table 1 The sequence source and taste information of umami peptides

續 表

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1.2 鮮味肽構效關系

1.2.1 鮮味肽的肽鏈長度對其呈鮮效果的影響

肽鏈的長度與鮮味肽的鮮味密切相關。研究表明，引起鮮味的肽組分通常是小分子量肽[40]，鮮味肽氨基酸骨架一般結構式為-O)(C)n(O-，n介于3～9之間，且當n取值為4～6之間時鮮味最強，這意味著鮮味肽通常為具有3～9個碳原子的脂鏈，C原子可以被替換為O，N，S，P[41]。王麗華等在谷朊粉鮮味肽的呈味規律研究中發現，分子量<1000 u的肽鮮味較強[42]；Ogasawara等[43]通過水解大豆蛋白發現，相對分子質量在1000～5000 u之間的肽段經美拉德反應后具有鮮味或鮮味增強的呈味特性。此外，Rhyu等[44]對韓國豆醬水提物的分級研究也表明，分子質量在500～1000 u的短肽鮮味最強，對增強豆醬的風味起決定性作用?？傮w而言，鮮味肽的肽鏈長度在一定程度上影響著其鮮味強度。

1.2.2 鮮味肽的氨基酸組成對其呈鮮效果的影響

鮮味肽的氨基酸組成直接影響著其呈味效果。據報道，鮮味肽序列中通常含有Glu和Asn酸性基團的1種或2種[45]，或是含有一定的親水性氨基酸殘基Tyr，Gly，Thr，Phe，Asp等[46]，且在堿性氨基酸和酸性氨基酸共同存在的情況下鮮味肽方可呈現出鮮味。此外，部分疏水性基團對鮮味肽的呈味效果也具有一定的影響，Yamasaki等[47]對BMP的序列結構分析發現，Lys-Gly-Asp-Glu-Glu-Ser-Leu-Ala中的疏水性基團-Ser-Leu-Ala呈苦味，而BMP整體呈現鮮味，這可能是肽鏈向N端增長降低了疏水基團的疏水性；另一項相關研究也表明鮮味肽中存在的部分疏水氨基酸對其呈鮮具有重要貢獻[48]。

1.2.3 鮮味肽的氨基酸排列位置對其呈鮮效果的影響

各氨基酸的排列位置也會直接影響鮮味肽的呈味，但不同肽鏈長度的鮮味肽，其呈味結構特征存在一定的差異。對于鮮味二肽，Tamura等關于酸性基團和堿性基團的位置對鮮味的影響研究發現，N-端為酸性氨基酸、C-端為堿性氨基酸的二肽具有呈味特性，而相反的結構則不具有呈味特性，如Glu-Lys呈現鮮味而Lys-Glu無鮮味。Arai等對12種含有谷氨酸殘基的合成二肽的研究也證實了上述觀點，N端為谷氨酸，C端為疏水性較小的氨基酸時具有肉湯鮮味，如Glu-Asp，Glu-Thr，Glu-Ser和Glu-Glu。而對主鏈較長的鮮味多肽而言，呈現出相悖的規律。從Yamasaki等對BMP的結構分析發現，其N-端為帶正電的堿性基團Lys-Gly-，帶負電的酸性基團-Asp-Glu-Glu-緊鄰其C-端位置，而疏水性基團-Ser-Leu-Ala位于C端，它們的協同作用使得牛肉辛肽產生了鮮味?？傮w而言，鮮味肽分子必須具有帶正電、帶負電和疏水性基團，且3種分子團能分別置于鮮味受體的相應位置并被識別，才能令人感受到較強烈的鮮味。

2 鮮味肽的微生物生產

在探索新型鮮味肽序列的同時，其生產應用研究也取得了一定的進展。鮮味肽可以通過酶解提取、化學合成和微生物表達獲得，在這3種獲得方式中，微生物表達無疑是最具工業應用前景的一種鮮味肽生產方式。早在2010年，王艷萍等學者就在畢赤酵母中以串聯的方式成功表達了多拷貝BMP，并探索了其發酵控制條件，最終BMP產量達到142.42 mg/L[49,50]。隨后，錢偉也在大腸桿菌中同樣采用串聯策略成功表達了3種鮮味二肽[51]。為了探索適合于鮮味肽單體的表達方式，張崟實驗室近年來研究了在BMP的C-端引入硫氧還蛋白于微生物大腸桿菌中表達后再將硫氧還蛋白去除獲得BMP的表達方式，最后成功表達帶標簽的BMP融合蛋白，并在該融合蛋白的斷裂純化技術上取得了一定的進展，最終獲得BMP單體的純度最高達到98%[52-54]。上述關于鮮味肽微生物表達的探索對鮮味肽及其他呈味肽的工業化生產奠定了一定基礎。

3 鮮味受體

鮮味是由鮮味物質和位于味蕾中的鮮味受體之間的相互作用引起的，并且通過受體細胞的次級信使觸發的級聯信號傳遞而被大腦感知[55]，因此，鮮味受體是感知鮮味的關鍵。目前確定了2種主要的候選鮮味受體：異源二聚體T1R1/T1R3(taste receptor type 1 member 1/3)與味型代謝性谷氨酸受體mGluR4(taste-metabotropic glutamate receptor 4)，兩者都是C型G-蛋白偶聯受體(G-protein coupled receptors，GPCR)，由N末端捕蠅草結構域(VFTD)、胞外富含半胱氨酸的結構域(CRD)和七跨膜結構域(TMD)組成，其中VFTD主要負責與鮮味配體識別。

3.1 異源二聚體T1R1/T1R3

隨著苦味受體T2Rs和甜味受體異源二聚體T1R2/T1R3相繼被鑒定[56，57]，異源二聚體T1R1/T1R3(見圖1中A)被鑒定為氨基酸受體，能對20種標準氨基酸中的大部分產生響應[58]。Grace等人在添加鈉離子通道阻滯劑阿米洛利以去除鈉離子影響的前提下，分別敲除T1R1，T1R2，T1R3亞基，發現亞基T1R1和T1R3同時存在時才能對谷氨酸鈉、絲氨酸、L-AP4等多種鮮味物質的刺激產生響應，并且在核苷酸的存在下鮮味響應顯著增強，因此，T1R1/T1R3被確定為鮮味受體的最佳候選[59]。

3.2 味型mGluR4

mGluR4最初發現于大腦中(腦型mGluR4)，隨后的研究表明mGluR4在舌的輪廓乳頭和葉狀乳頭的味覺受體細胞中也有表達(味型mGluR4)[60]，但味型mGluR4是腦型mGluR4的截斷形式，其胞外N末端氨基酸序列長度比腦型的短約50%(見圖1中B)[61]。味型mGluR4主要由MSG及其某些類似物激活，未報道對核苷酸敏感。Nirupa等人通過RT-PCR、原位雜交等手段發現味型mGluR4能響應MSG類似物L-AP4的刺激，并將其作為鮮味受體的候選之一。目前關于味型mGluR4的生理作用究竟是識別鮮味物質還是參與鮮味信號傳導還未達成共識[62]，因此，還需更多證據來闡述味型mGluR4在鮮味感知中的具體功能。

圖1 鮮味受體及鮮味信號傳導示意圖Fig.1 Schematic diagram of umami receptor and umami signal transduction

4 T1R1/T1R3受體的鮮味識別機制

鮮味肽與鮮味受體相互作用是研究鮮味肽呈味特征、總結其呈味規律的有效途徑，但對于鮮味肽的具體識別機制當前并沒有定論，且目前關于鮮味配體與鮮味受體T1R1/T1R3相互作用的研究主要基于小分子鮮味物質。

5 鮮味信號傳導途徑

鮮味受體T1R1/T1R3能感知大多數鮮味物質，包括氨基酸、肽和核苷酸等[68]，其鮮味傳導主要由Gβγ介導(見圖1中C)。鮮味物質與受體結合激活Gβ3γ13，導致磷脂酶Cβ2(PLCβ2)被活化并將膜脂PIP2轉化為二?；视?DAG)和1,4,5-肌醇三磷酸(IP3)，IP3與III型IP3受體(IP3R3)結合，使Ca2+從離子庫中釋放到細胞內，從而激活Ca2+依賴性陽離子通道TRPM5，而激活的TRPM5會使味覺細胞去極化，進一步激活電壓門控Na+通道并通過鈣穩態調節蛋白1(CALHM1)[69,70]釋放ATP至味覺細胞外，隨后ATP信號傳入味覺神經纖維上的離子型嘌呤受體，并通過級聯信號傳遞被大腦感知味覺[71]。值得注意的是，在蕈狀味蕾和腭味蕾中T1R1/T1R3的鮮味信號傳導由Gα介導[72]。

對于味型mGluR4，其鮮味主要由Gα介導(見圖1中C)。L-谷氨酸與受體結合激活Gα，進而活化磷酸二酯酶(PDE)，使胞質內cAMP濃度降低，從而解除了環核苷酸(cNMP)對Ca2+離子通道的抑制作用，使Ca2+從離子庫中順利釋放到胞內，進一步導致味覺細胞膜去極化和神經遞質釋放[73]，后續的信號傳導與T1R1/T1R3的一致。

在Gβγ介導的信號傳導途徑中，多項研究已證明由TRPM5通道引起的神經遞質ATP的釋放與味覺刺激引起的動作電位的頻率成比例[74,75]，因此該信號傳導途徑受到大部分學者認可，也一定程度證明了T1R1/T1R3是鮮味受體的最佳候選。在Gα介導的信號傳導途徑中，cAMP在該信號傳導中的具體作用尚不清楚，并且其解除cNMP對離子通道的抑制作用也只是一種假設[76]。另外兩項在其他組織中關于PLCβ2和IP3R3生理功能的研究表明兩者通過cAMP依賴性磷酸化可降低胞內Ca2+的釋放[77，78]，因此，Sue認為在Gα介導的鮮味信號傳導中cAMP的功能更可能調節Ca2+信號的釋放，而不是激活Ca2+的釋放。Clapp則詳細地指出cAMP通過調節cAMP依賴性蛋白激酶A的活性可增強或抑制Ca2+的釋放[79]?？偟膩碚f，對鮮味信號傳導還需進一步的研究以加深對鮮味受體多樣性及鮮味信號感知的理解。

6 展望

最近幾年，為了加速鮮味肽的應用研究，學者們逐步對鮮味肽復合基料的酶解工藝及其美拉德反應等應用方面進行了一定的探索。鮮味通常與其他味感之間具有協同作用，故鮮味肽的應用并不需執著于提取單個鮮味肽，而可利用酶水解法制作復合的鮮味肽基料，直接作為鮮味調味料應用于食品中[80,81]。如劉通訊等直接將大豆復合呈味肽應用于醬油中的研究，提升了醬油的鮮味協調性[82]；周超等人也直接研究了茶褐牛肝菌的酶解工藝，制作獲得了鮮味突出，并含豐富呈味肽的復合基料[83]。這些研究為鮮味肽的具體應用提供了一定的參考，鮮味肽與其他呈味劑之間的復配應用可能是今后研究的主體方向。

當前，關于鮮味肽一級氨基酸序列的探究仍在繼續，但新型鮮味肽的研究進度受到了限制，利用鮮味受體制備生物傳感器檢測鮮味物質的發展為鮮味肽的識別鑒定提供了一個高效快速的檢測方式[84-86]。同時，在鮮味肽的結構特征方面，目前的研究側重于其氨基酸性質和二級序列的初步分析上，對于鮮味肽三級結構上的呈味特征尚未完全定論。此外，對于鮮味肽與鮮味受體分子水平上的相互作用分析等研究也較少，且鮮味受體對不同鮮味物質的識別位點也各不相同，例如，鮮味受體識別L-Glu的關鍵殘基為：Thr-149，Ser-172，Asp-192，Tyr-220和Glu-301，而識別IMP的關鍵殘基為：His-71，Arg-277，Ser-306和His-308[87]。因此，需結合鮮味受體和鮮味肽的相互作用關鍵位點的分析，加深受體對鮮味肽識別機制的理解，并在此基礎上有目的地改造、設計或合成新型鮮味肽，以期獲得呈鮮效果更好的鮮味肽序列。