eLife | 果蝇幼虫初级味觉中枢的味觉感受和糖检测机制
2021年12月3号，韩国成均馆大学和瑞士弗里堡大学在eLife合作发文题为Taste sensing and sugar detection mechanisms in Drosophila larval primary taste center，阐明果蝇幼虫在味觉器官水平上显示出组合式的味觉感受，因为它们在感受糖类时采用了外部和内部味觉互补的方式。
Abstract
尽管味觉神经元的数量不多，但果蝇幼虫能够感觉到广泛的化学物质。虽然在单个神经元中已经提供了味觉多模式的证据，但对外周的味觉反应的研究很少，因此作者探索外周味觉中心的全器官钙成像。发现神经元可以被不同的味觉模式组合激活，包括相反的味觉形式，并确定不同的动态反应时间。尽管到目前为止，甜味感受在幼虫外周味觉器官中还没有被充分了解，但作者通过记录了由糖引起的反应。确定幼虫对糖的感觉依赖于咽部的Gr43a受体，但问题是外周神经元是否对这种味觉的感受有贡献。作者推测外部和内部的味觉在糖的感受中使用不同的和互补的机制，并确定了外周蔗糖感觉神经元。
Introduction
味觉感受在动物中提供了一种先天的能力，以避免有毒或有害的食物，并选择有营养的食物。尽管果蝇的外周只有少数化学感觉神经元，但果蝇幼虫却能够感觉到广泛的化学物质，但一个小的神经元群体是如何编码一个大的感觉空间还是未知的。它们对不同的味觉物质表现出行为反应，对苦味化合物排斥，这可能是有毒食物的信号，而被甜味、某些氨基酸或核糖核苷吸引，这是营养丰富的饮食指标。对于果蝇幼虫，一种在5天内身体大小增加200-250倍的动物，并花大部分时间寻找食物，最重要的营养来源是糖，如发酵水果中的蔗糖和果糖--是它们的天然食物，以及蛋白质和脂肪酸，从生长在这种基质上的酵母中摄取。作为幼虫饮食中最重要的宏观营养素之一，糖与生存的高营养价值和代谢过程的正常功能有关。然而，到目前为止，幼虫的外周味觉神经元还没有与糖的味觉偏好的作用产生关联性。
在果蝇中，有吸引力的和厌恶的味觉是通过不同的细胞群检测的。因此，味觉受体（GRs）家族的特定成员介导甜味或苦味感受，即表达Gr5a、Gr61a或Gr64a-f的细胞检测糖类，而不与表达Gr66a或Gr33a的苦味细胞重叠。额外的味觉形式，如盐、脂肪酸、碳酸、多胺或氨基酸，通过附加的表达离子型受体（IRs）或 pickpocket receptors (Ppk)，部分重叠到这些形式上，但在独立的细胞群中保持一个分离的吸引/厌恶的感受。与成虫味觉感受相反，在果蝇幼虫中，相反的味觉形式可以重叠，糖和苦味化合物可以激活单一的味觉感受器神经元（GRN），从而表明幼虫比成虫用于更高水平的味觉整合能力。
在这项研究中，通过全器官体内钙成像的方法来探测TOG（terminal organ ganglion）味觉神经元的反应曲线，并随后继续研究幼虫的糖外周感受。此实验方法允许评估幼虫味觉神经元的一般调谐和识别不同的反应动态，同时揭示了对蔗糖的高比例的钙离子反应。通过测试幼虫的行为，并通过分离外周味觉和内部味觉来解决所描述的Gr43a受体在糖味感受中的中心作用。并探讨了单个TOG神经元在糖味中的贡献，并确定C2是参与幼虫外周蔗糖检测的一个神经元。此研究揭示了果蝇幼虫外周味觉神经元水平上味觉反应的高度复杂性，提出不同的神经元被用于糖类的感受，这取决于取食的基质。
A：幼虫外周化学感受器官将树突延伸到外周，主要有嗅觉功能--DOG（背侧器官神经节），或味觉功能--TOG（末端器官神经节）和VOG（腹侧器官神经节）。内部背侧、腹侧和咽后感觉器官（DPS、VPS和PPS）的树突与咽部形成神经连接，因此在摄取食物时参与味觉感受。所有化学感觉神经元的轴突都投射到大脑的咽下神经节（SOG）--初级味觉整合中枢，或投射到触角叶（AL）进行嗅觉中枢处理。
B：TOG中C1-C7，GSN（味觉感受神经元）。
A：在外周感觉神经元水平上检测到的苦味化合物（奎宁）的是C3神经元中，苦味化合物（地那铵）是由C7和C1两个神经元感受，苦味化合物（咖啡因）是通过DP1咽部神经元感受的。糖的味道似乎也是在不同的检测水平上分离的--脑部Gr43a受体神经元检测血淋巴中的糖，Gr43a在咽部器官（DP4神经元）的表达是感知摄入的糖的关键，而C2和C5等神经元在外周水平上有助于蔗糖偏好，特别是当食物摄入较少时。作为食物评价的第一道门槛，重要的是要注意TOG神经元的能力，即在同一神经元内整合作用相反的味觉物质，如C7。或者通过共同激活糖感受和苦味感受的神经元，如C2和C1。
B：当不能轻易取食时，幼虫利用C2和/或其他TOG神经元，通过C2/TOG途径引导糖的偏好。Gr43a是主要的内部营养感受器，在咽部味觉神经元、肠道和大脑中表达。虽然缺乏取食阻止了咽部表达的Gr43a神经元对即时糖分偏好的贡献，但内部代谢状态信号可能改变行为输出。取食后，内部感受机制接管了与糖有关的偏好，特别是对果糖的偏好，外部神经元（C2/TOG）的作用减弱。
Reference
eLife 2021;10:e67844 DOI: 10.7554/eLife.67844