面对微酸性的食物，比如柠檬汁，我们表现出偏好，因为这可能表明其中存在营养。面对高酸性的食物，我们则表现出厌恶，因为这会导致消化道组织损伤。引起食物表现出酸味的分子基础取决于其中氢离子（H+）的浓度，这一点可以用pH值去衡量，pH值越低，则表明食物越酸。
然而，关于动物如何感知pH值范围的另一端，即碱味，我们还知之甚少。一个正确的pH值对于许多生物过程，如分解食物和酶促反应，都十分重要，而极端的pH值则可能损害生物体的健康。比如，给果蝇喂食pH值高的食物，会降低它们生长速度和缩短寿命。而人在食用了pH值过高的食物后，则可能引起肌肉痉挛、恶心和麻木。
过去的研究表明，昆虫、猫和人类都可因高pH值的食物触发独特的味觉反应，即可感知碱味。不过，负责监测碱味的味觉受体和细胞的分子特性尚不清楚。为此，宾夕法尼亚大学Monell化学感官中心首席研究员Yali Zhang博士领导研究小组以果蝇为模式生物进行了研究，相关成果以“Alkaline taste sensation through the alkaliphile chloride channel in Drosophila”为题，于3月20日发表于Nature Metabolism，并被Nature列为研究热点（Highlights）进行了报道。
图1 研究成果（图源：[1]）
研究人员通过双选喂养试验对一系列的果蝇突变体进行筛选，这些果蝇突变体在许多受体或离子通道上，比如味觉受体、离子型谷氨酸受体、瞬时受体电位阳离子通道等，存在缺陷。根据筛选结果，大多数的果蝇突变体都拒绝摄入碱性食物，然而在CG12344基因上发生突变的这种果蝇，则显示出对碱性食物厌恶程度的减少。
CG12344基因的生理功能尚不清楚，但生物信息学的分析表明，CG12344编码的蛋白质与甘氨酸受体有远缘关系，并且属于果蝇的配体门控氯离子通道（ligand-gated chloride channel，LGCC）家族。
研究人员敲除了果蝇表达各种LGCC成员的基因后发现，只有选择性敲低CG12344会引起果蝇在拒绝碱性食物上出现缺陷。因此，研究人员将CG12344基因命名为alka。
通过广泛地电生理分析，研究人员发现Alka蛋白形成了一个氯离子（Cl-）通道，该通道可被氢氧根（OH-）特异性激活。Alka在果蝇的味觉感受器神经元（gustatory receptor neurons，GRNs）中表达，这相当于哺乳动物的舌头。
与哺乳动物的嗅觉感觉神经元一样，果蝇GRN 内的氯离子浓度通常高于胞外。Zhang提出，当暴露于高pH值刺激时，Alka通道打开，导致带氯离子从果蝇GRN的内部流向外部。这种氯离子的流出会激活GRN，最终向果蝇大脑发出信号，表明食物是碱性的，应该避免食用。“我们的工作表明，长期以来一直被忽视的氯离子通道在向大脑发送味觉信号方面起着重要的作用。”Zhang表示。
图2 Alka通道的表达情况和激活机制（图源：[1]）
Zhang的研究团队还使用光遗传学方法操纵果蝇神经元的活动，以研究表达alka的GRN的功能。结果发现，当研究人员关闭该GRN时，果蝇失去了对碱性pH值的敏感性。但当研究人员使用红光激活该GRN时，相当于虚构出外界的高pH值刺激，这时，果蝇对于原本喜爱的蔗糖溶液也会表现出拒绝食用，即果蝇对高pH值的厌恶超过了它对甜食的偏好。
图3 激活碱性GRN使得果蝇面对蔗糖溶液也表现出厌恶（图源：[1]）
该研究工作明确了Alka蛋白形成的氯离子通道是一种针对碱性食物的味觉受体，并解答了多年以来关于动物如何感知食物中碱性pH值的疑问。接下来，研究团队将探索哺乳动物中是否存在类似的高pH值检测器，这对于了解动物和人类的饮食习惯，以及制定改善营养的进食策略具有重要意义。Zhang表示：“我们的工作终结了关于碱性食物是否有味道的争论，答案是肯定的。”
题图来源：Monell化学感官中心，仅用于学术交流
参考资料：
[1]Mi, T., Mack, J.O., Koolmees, W. et al. Alkaline taste sensation through the alkaliphile chloride channel in Drosophila. Nat Metab (2023). https://doi.org/10.1038/s42255-023-00765-3
[2]https://monell.org/monell-center-team-discovers-molecular-basis-for-alkaline-taste/
