《食品科学》：渤海大学刘登勇教授等：辣味感觉的产生及其调控机制研究进展

辣椒是世界上最常食用的香料之一，以其辛辣的味感而闻名。辣椒素类物质是辣椒中的主要生物活性化合物，具有多种药理功能，主要包括镇痛、抗氧化、抗炎、抗癌、抗肥胖、心脏保护和代谢调节等，辣椒素类物质在进入人体后会与辣椒素受体结合，释放出一系列的炎症递质，导致组织炎症、红肿以及哮喘、流鼻涕等，并将这些伤害性的感觉传到大脑，产生痛和痒的感受。而辣椒素受体因其复杂的组成与结构，具有广泛的生物学功能。

渤海大学食品科学与工程学院王梓璇，韩天龙*，刘登勇*等人 对辣椒素类物质的种类、化学性质及应用进行概括，阐述辣味的产生，即辣椒素激活辣椒素受体通道的生物学机制，同时探讨辣味与酸味、甜味、苦味、咸味以及鲜味的相互作用，指出目前辣味与味觉相互作用及其潜在影响机制研究方面存在的不足，并展望未来的研究方向，以期为辣味产业的进一步发展提供理论支持。

1 辣椒素类物质的种类、化学性质及应用

1.1 辣椒素类物质的种类

截至目前，在辣椒中发现的辣椒素类似物达30多种，辣椒素是最为常见，也是决定辣椒辣味的主要因子。侧链脂肪烃长度、是否存在双键和分支点及辣度不同是造成辣椒素类物质性质差异的主要原因。在辣椒素类物质中，辣椒素含量最高，随后依次是二氢辣椒素、降二氢辣椒素等其他类似物，部分辣椒素类物质结构如表1所示。然而，最近的研究在辣椒中发现了辣椒素的无味类似物，包括衣壳类、二氢衣壳类、去甲二氢衣壳类、辣椒类和二氢辣椒类，它们的化学结构和生物合成前体不同于辣椒素。

1.2 辣椒素的化学性质及其应用

与其他辣椒素类物质类似，辣椒素（反式-8-甲基-N-香草基-6-王烯酰胺）含有一个香草基（头部）、一个酰胺基（颈部）和一个脂肪酸链（尾部） （图1） ，为无色、无味的晶体状生物碱，辣椒素的相对分子质量为305.4，熔点为65℃，在1.33 Pa下的沸点为210～220℃，升华温度为115℃，微溶于二硫化碳、热水，易溶于乙醇、乙醚、苯和氯仿，属于脂溶性酚类化合物。最新研究表明，辣椒中所含的主要成分辣椒素具有抗癌、抗炎、镇痛、调节血脂和降低胆固醇等作用。但过多地摄入辣椒素会产生致炎、去神经、导致组织坏死、溃疡、致癌等毒副作用，所以在临床应用上受到很大的限制。因此，辣椒长期过量食用或食用不当会对人体健康带来危害。

2 辣椒素激活瞬时受体电位香草酸1通道

2.1 辣椒素受体的结构、表达与功能

在进化过程中，瞬时受体电位香草酸（TRPV）通道已演变成功能多样的通道，在脊椎动物中作为温度、化学和渗透传感器，在线虫中作为化学和机械传感器，在昆虫中作为湿度和机械传感器。TRPV1是TRPV亚家族的第一个成员，它是感觉神经元上的主要痛觉受体之一，TRPV1通道不仅是第一个被克隆的哺乳动物瞬时受体电位（transient receptor potential，TRP）通道，而且也是第一个被解析的TRP通道结构。TRPV1是一种六次跨膜蛋白（S1～S6），该蛋白N末端较长且含有多个锚蛋白重复序列，C末端相对较短 （图2） ，它的离子微孔区位于S5和S6之间，其疏水手柄位于S5和S6之间（孔隙区）。TRPV1两侧是S1～S4电压传感器样域，围绕由S5和S6之间的跨膜段和中间孔环形成的中央离子通路表现出四重对称性。TRPV1除了在外周感觉神经元、背根神经节、三叉神经节和迷走神经节的有中高表达外，在中枢神经系统、平滑肌、骨骼肌、上皮细胞、脂肪细胞和免疫细胞等组织和器官中也都有分布。这表明TRPV1的功能不仅限于温度感觉和疼痛，还具有更广泛的生物学功能。

尽管TRPV1在正常体温下不活跃，但体内的许多炎症介质，如缓激肽、花生四烯酸代谢物（白三烯B4和前列腺素）和腺苷可以显著降低TRPV1的激活阈值。TRPV1也是引起疼痛的最重要的炎症介质之一。此外，TRPV1还有一个独特的特性，即尽管被激活后会暂时引起剧烈疼痛，但它可以抑制后续的疼痛，因此，TRPV1抑制剂和强刺激剂可以被开发成镇痛剂，例如，局部注射树胶脂毒素超强辣椒素类似物后，它可以选择性地杀死引起疼痛的神经，中断疼痛信号的传递，并显著抑制癌性疼痛。对TRPV的研究有助于理解感官与外界环境之间复杂的相互作用，并能深入了解生理功能，为阐明疼痛的分子机制及药物开发开辟新的方向。

2.2 辣味传导机制

TRPV1可被一些化学物质、热刺激、酸等激活，如辣椒素和43 ℃以上温度可直接激活TRPV1，阳离子（主要是Ca 2+ ）从胞外进入胞内，触发神经末梢释放神经肽类并产生兴奋性，最终引起大脑皮层痛觉形成。由此可以看出，当人们食用辣椒等辛辣食物时，食物中所含辣椒素物质通过与口腔和体内的受体相互作用，使人产生疼痛，即辣味。在辣椒中的主要刺激性成分中，辣椒素为最突出的TRPV1激动剂，通过冷冻电子显微镜下可以观察到辣椒素结合袋的位置，辣椒素结合袋由膜内的S3、S4和S4-S5接头形成 （图3A、B） 。

为了进一步探索辣椒素与TRPV1的结合结构以及它们之间的相互作用，一种迭代地将计算对接和功能研究结合起来的方法被开发出来。由于可以通过冷冻电子显微镜的观察结果很好地描述辣椒素结合口袋，即辣椒素首先通过计算对接到该口袋中。结合袋内的化学环境是独特的，因为它在细胞膜内，其中定义原子相互作用的能量函数与水环境中的能量函数不同。因此，可使用Rosetta软件套件中定义的膜能量函数进行对接。事实上，如果不使用膜特定的能量函数，对接过程将错过关键的氢键，因此在预测中不会产生良好的收敛。相反，在适当的膜能量函数下，对接结果很好地收敛，辣椒素的头部和颈部与观察到的辣椒素电子密度很好地重叠。据预测，辣椒素在结合口袋内以“尾向上，头向下”形式存在，其尾部非常灵活，可以形成多种固定构象，这解释了在冷冻电子显微镜数据中没有明确的尾部电子密度的原因。经过仔细观察，这种结合构型是由范德华相互作用和氢键两种类型的原子相互作用稳定的。此外，为了验证和完善计算预测，选取的最佳方法是基于对该机制的预测进行实验测试，测试结果有力地支持了目前的辣椒素激活模式。

3 辣味与味觉相互作用

口腔三叉神经介导的感觉（包括机械、热、化学和痛觉）可以影响味觉，因此食物摄入引起的三叉神经刺激可能会影响味觉。研究最多的三叉神经刺激物是辣椒素，它是辣椒中主要的三叉神经活性物质。辣椒素会产生刺激性感觉，如发痒、刺痛、灼热、发热或疼痛。已有研究描述了辣椒素对人类甜、苦、咸和鲜味强度的抑制作用，随着研究的不断深入，发现在食品中添加低浓度的辣椒素可能是一种潜在的提高味觉敏感度和食品适口性的方法。

3.1 辣味与酸味相互作用

三叉神经痛（TN）是一种以单侧、复发、短暂、休克疼痛、突然发作和停止为特征的疾病，该疼痛分布于三叉神经的一个或多个部位，其可能会自发发作，也可能是对无害刺激的反应，主要是机械刺激，例如轻触、刷牙或冷空气。TN的主要特征之一是其疼痛是由非疼痛性机械刺激引起的，其他刺激（如味觉）很少使TN患者产生疼痛。研究表明，高pH值能激活辣椒素受体TRPV1通道，暴露于氨（如嗅盐）等碱性化学物质会通过未知机制引发剧烈疼痛和炎症。氨是一种有毒的挥发性化学物质，常见于家用清洁剂、人造肥料、工业污染物以及人类和动物排泄物中。接触氨后会在鼻子和气道中产生独特的刺激感，引起急性的黏膜刺激和肺炎，以及慢性支气管炎。

3.2 辣味与甜味相互作用

内酯是目前用于食品和饮料的代表性风味成分，研究发现甜味内酯可以激活TRPV1；此外，其还证明了激活TRPV1可诱导能量消耗增加和产热，抑制小鼠内脏脂肪的积累并防止非酒精性脂肪肝病，其潜在机制是甜味内酯引起HEK293T细胞内Ca 2＋ 浓度的变化进而激活TRPV1。因此，作为TRPV1激动剂起作用的甜味内酯被认为具有降低代谢综合征风险的潜力。此外，研究表明三氯蔗糖和蔗糖均可以相近的量降低人口腔对辣椒素的辛辣度感知。尽管这两种甜味剂激活的第二信使系统不同，但两种刺激都会导致钙流入受体细胞。甜味剂对辣椒素感知的抑制 （图4） 可能来自口腔中受体细胞之间的相互作用，或者甜味信号被整合到中枢神经系统（CNS），通过刺激特定的大脑区域而起到镇痛作用。

3.3 辣味与苦味相互作用

研究发现，超阈值的辣椒素水平可以引起苦味或咸味感觉。辣椒素被视为一种纯粹的化学刺激物质，可选择性地刺激体感系统。辣椒素能够刺激对苦味物质做出反应的味觉神经元子集，可能是通过受体门控离子通道，但有些人无法感知辣椒素的苦味，这说明对辣椒素敏感的味觉神经元作用在人与人之间以及味觉神经之间都有所不同。在未来的研究中，应该研究其他苦味化合物与辣椒素苦味的可能关联，并确定预先暴露于辣椒素是否会改变这些化合物的苦味。

3.4 辣味与咸味相互作用

肥胖和高盐摄入量是高血压和心脏代谢性疾病的主要危险因素，肥胖的人通常摄入更多的食盐。研究发现，受试者对辛辣的偏好越高，对咸味的感知就越敏感，对盐的耐受性就越低。与不喜欢辛辣食物的受试者相比，高辛辣偏好受试者的盐摄入量和血压较低。此外，盐偏好参与者脑岛和眶额叶皮质中大脑活动增加。辣椒素会促进脑岛和眶额叶皮质对高盐刺激的应激，这可能会逆转在这些大脑区域中发现的由咸味刺激引起的强度依赖性活动的差异。辣椒素可以通过激活参与盐享乐反应的大脑区域来改变对NaCl的神经反应。频繁食用辛辣食物与对辣椒素和咸味的敏感性降低有关。习惯性摄入辛辣食物对酸味或鼻内三叉神经敏感性没有影响，在习惯性食用辛辣食物的受试者中，添加平均识别阈值浓度的辣椒素可降低阈值以上的氯化钠咸味强度。组间比较结果揭示了三叉神经长期刺激（辣椒素）对化学感觉系统可塑性的影响。低浓度的辣椒素通过降低识别阈值来提高味觉敏感度，可能机制是三叉神经细胞释放P物质和降钙素基因相关肽（CGRP），或调节上皮细胞钠离子通道（ENaC）表达的下游效应器的细胞内钙离子的继发性变化（图6）。在食物中添加辛辣物质可能是减少老年人盐摄入量的有效替代方法。

3.5 辣味与鲜味相互作用

有关辣味与味觉相互作用方面的研究仍然具有局限性。首先，部分被试者由于无法识别最高浓度的味觉溶液，限制了味觉测试的灵敏程度。其次，辣椒素的使用浓度范围应考虑全面，这有助于进一步明晰辣椒素知觉感知在味觉敏感性中的重要作用。最后，参与者的年龄范围很广，在未来的大样本研究中应针对不同的年龄组进行验证分析相关的结果。总之，当辣椒素出现在味觉溶液中时，阈值附近或以上浓度的辣椒素对味觉的敏感性产生了一定的影响，这些发现表明味觉——三叉神经二元混合物的口腔感知的复杂性。

结语

在全民食辣的浪潮下，辣味产业链发展潜力巨大，必将在食品产业升级的新一轮市场浪潮中占据重要地位。目前，对辣椒素的应用、辣椒素激活辣椒素受体通道机制和辣味与味觉相互作用及其机制仍存在争议，未来关于辣味的研究应该从以下方面展开。首先，在辣椒素生理作用方面，有必要从细胞、生理学、生物化学、分子生物学和遗传学进行深入研究，进一步评估其临床安全性。此外，辣椒素激活TRPV1的机制仍不明确，未来需要更多的工作来充分了解辣椒素激活TRPV1的机制。最后，有关辣味与咸味相互作用及机制研究较多，而辣味与酸味、甜味、苦味以及鲜味的相互作用及机制研究较少、分散且不够系统，尽管辣味与味觉敏感性的关联研究取得了一定的进展，但因辣椒素受体组成与结构的复杂性，使得辣味与味觉相互作用机制仍不明确，有待深入研究，从而为改善食品风味或疾病预防等方面提供理论基础。

本文《辣味感觉的产生及其调控机制研究进展》来源于《食品科学》2023年44卷第9期367-373页，作者：王梓璇，王童童，王 敏，韩天龙，刘登勇。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220220-149。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑；云南农业大学食品科学技术学院 李曦明；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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