舌が味覚を脳に伝える仕組みがついに判明

なぜキャンディーは甘く、コーヒーは苦く感じられ、その逆は成り立たないのでしょうか? 今週Nature 誌に発表された研究で、研究者たちは私たちの味覚を際立たせている秘密の成分を特定しました。

味覚の方程式の 2 つの要素は、すでにわかっていました。舌の味覚受容細胞 (実際に食べ物と相互作用します) と、脳に味覚を伝えるニューロンです。味覚受容細胞はそれぞれ 1 つの味 (甘味、苦味、酸味、塩味、うま味) にしか反応できず、ニューロンも同様に特定の味覚を持っています。脳は各ニューロン グループからの信号を異なる味として解釈します。しかし、科学者は、アイスクリームを食べるときに甘味受容細胞が「甘味ニューロン」を選択的に活性化する仕組みを解明できませんでした。

これは難しい質問です。味覚受容体細胞は 5 ～ 20 日ごとに入れ替わるからです。したがって、細胞とニューロンを結び付けるものは、体が新しい味覚受容体細胞を生成する 1 ～ 2 週間ごとに再接続できる程度に的を絞る必要があります。

「舌の上でこれほどダイナミックに変化するものが、どのようにしてその都度正しくつながりを確立できるほどに具体的になるのかを理解しようとしている」と、研究の筆頭著者でコロンビア大学の博士研究員であるホジュン・リー氏は言う。

味覚はもともと健康を維持するために発達しました。砂糖を多く含む食品が甘く感じられるのは、その高エネルギー含有量が（おそらく）私たちにとって有益であるためです。苦味は何かが有毒である可能性を示唆します（コーヒーを飲むのをやめるようにと伝えています）。甘いものと苦いものを区別することは、かつては生死を分けるものだったかもしれません。

この新しい研究によると、舌と脳はセマフォリンと呼ばれる分子を介して通信していることが判明しました。旗をベースとした通信という同名のシステムと同様に、セマフォリンはシグナル伝達に重要です。セマフォリンが細胞から細胞へと伝達されると、ニューロンを特定の方向に成長させることができます。セマフォリンはゾウからウイルスまであらゆるものに見られ、8つの異なるクラスに分類されます。セマフォリンの存在は以前から知られており、人間には約20種類のセマフォリンが含まれていますが、数種類のセマフォリンが味覚と関連しているという事実は、この研究でようやく確立されました。

研究者たちは、苦味受容体と甘味受容体を持つマウスの細胞にはそれぞれ特有のセマフォリンが濃縮されていることに気づきました。苦味細胞にはセマフォリン 3A が多く含まれ、甘味細胞にはセマフォリン 7A が多く含まれていました。

セマフォリンが完全に除去されると、ニューロンは間違った味や複数の味を報告する可能性が高くなりましたが、味覚受容体細胞は最終的に正しいニューロンを活性化することができました。これは味覚感覚システムがいかに重要であるかを示しています、とリー氏は言います。1 つの分子が除去されても、誤配線を防ぐための他の分子がそこにあります。

では、甘味受容細胞にセマフォリン 3A を入れたり、苦味受容細胞にセマフォリン 7A を入れたらどうなるでしょうか。研究者たちは遺伝子工学の力を借りて、まさにそれを実現することができました。研究者たちは、2 種類のマウスを、それぞれ別の種類の味覚受容細胞にセマフォリンの 1 つを入れた状態で遺伝子操作しました。これにより、細胞の機能が入れ替わり、甘味細胞にセマフォリン 3A があると苦味ニューロンが活性化し、苦味細胞にセマフォリン 7A があると甘味ニューロンが活性化しました。科学者たちは、この再配線の効果を観察できました。マウスの苦味細胞が甘味シグナル伝達セマフォリンを生成するように改変されると、マウスは味を苦いと解釈できなくなったからです。マウスは、通常は飲まないような苦い水を進んで飲みました。

ペンシルベニア大学医療センターの耳鼻咽喉科教授で嗅覚・味覚センター所長のリチャード・ドティ氏は、この研究には関わっていない。同氏は、この研究は、甘味などの特定の味覚の知覚が受容体から来るのか、それとも受容体が神経とつながっている方法から来るのかを理解する上で大きな進歩だと語る。また、この研究は味覚障害を理解するための新しい方法を提供する可能性もあると語る。

ドティ氏によると、味覚障害を訴える患者が彼のクリニックに来ることは稀だが、実際に起きているという。フロリダ大学嗅覚味覚センター所長で薬理学・治療学教授のスティーブン・マンガー氏も、この研究には関わっていないが、味覚障害は、頭部や頸部のがんに対する放射線療法などの外傷や病気によって起こることがある、と述べている。マンガー氏は、こうした味覚障害の場合、味覚システムが通常どのように再配線されるかをより深く理解することが、正常な味覚機能の回復を助ける新しい治療法を開発する上で極めて重要だと付け加えている。

この研究は甘味と苦味に焦点を当てた。なぜなら、この 2 つの味は「正反対」の味であるにもかかわらず、簡単に比較できる受容体によって感知されるからだ。リー氏は今後、残りの味覚、つまり塩味、酸味、うま味に注目し、味覚受容体細胞をニューロンに結び付けている分子は何なのか、ニューロン側で何が起こっているのかを理解したいと考えている。しかし、味覚信号を脳にたどっていくと、ますます複雑になるだろうと彼は考えている。

「これは、情報がどのように配線によって伝達されるかを実際に観察できる最初の事例の 1 つだと思います」と Lee 氏は言います。「もちろん、情報が脳に到達するまでに多くの段階があるため、配線がうまくいかない箇所は数多くありますが、この事例により、味覚感覚システムを確立する接続についてある程度の洞察が得られます。」