В детстве у меня была научно-популярная книга В. Демидова — «Как мы видим то, что видим». Сказать по правде, я никогда не мог дочитать даже до конца первой части: автор «популярно» углублялся в такие дебри, что я, школьник, терял нить рассказа ещё в самом начале. Но всё равно эта книга дала мне очень многое — одно её заглавие зажгло во мне искорку интереса к вопросам восприятия окружающего мира на всю жизнь.

Проблема познания мира — это вопрос не только философии и психологии, но и молекулярной биологии. Недаром Нобелевская премия по медицине, присужденная Ричарду Акселю (Richard Axel) и Линде Бак (Linda Buck) в 2004 году, была выдана «за исследования обонятельных рецепторов и устройства обонятельной системы». Исследования молекулярных основ обоняния показали даже, что, благодаря генетическому разнообразию, не все люди чувствуют одни и те же запахи одинаково [1].

С точки зрения нейрофизиологии, особенный интерес вызывает феномен пластичности мозга, определяющий сенсорное замещение. Может показаться невероятным, но это факт: воспринимать мир мы можем не только с помощью «штатных» органов чувств. Например, оказывается, что слепых можно научить видеть с помощью языка.

Удивительно, но число разновидностей рецепторов обоняния на два порядка (в сто раз!) больше, чем рецепторов вкуса: всю гастрономическую гамму мы ощущаем благодаря комбинации лишь пяти типов рецепторов (рис. 1). Каждая комбинация узнает лишь один вкус: сладкий, соленый, кислый, горький и «вкус мясного», или умами (umami — англ. калька с японского 旨味 — «хороший вкус»). Кроме того, работа этих пяти рецепторов дополняется деятельностью невкусовых сенсоров, — например, «рецептора газировки» [2] и детекторов острых компонентов пряностей (жгучий перец) [3] и «холодящих» добавок (ментол) [4]. Ну и конечно, ощущения гурманов были бы неполными, если бы общую картину не дополняли механическое чувство и обоняние.

Расположенные в смежных зонах языка, рецепторы вкуса представляют собой гомо- и гетеродимеры G-белоксопряжённых рецепторов (семейство GPCR, к которым относятся также фоторецептор родопсин [5], β-адренорецепторы [6] и многие другие важнейшие сенсорные молекулы). Зоны языка, содержащие рецепторы различных вкусов, расположены довольно логично: рецепторы горького вкуса, например, подобно шлагбауму перекрывают всё основание языка — чтобы случайно не проглотить что-нибудь горькое и, скорее всего, ядовитое. Сладкий же вкус — особенность высококалорийной пищи, богатой углеводами, поэтому соответствующая языковая зона находится на кончике языка. Все логично и понятно — и нет никакой интриги, в отличие, например, от обонятельных рецепторов.

Однако не так давно интрига все-таки появилась.

Эта история началась несколько лет назад, когда ученые из Мериленда под руководством Стефана Лиггетта (Stephen B. Liggett) случайно обнаружили в клетках гладких мышц бронхов... рецепторы горького вкуса (!) [7]. В лаборатории Лиггетта уже давно изучают особенности работы и генетики β₂-адренорецепторов в тканях легкого. Основной механизм купирования приступов астмы — экстренное расширение бронхов, к чему адренорецепторы имеют самое непосредственное отношение (см. врезку).

Учёные исследовали экспрессию различных изоформ рецептора на поверхности клеток гладких мышц бронхов. Но, анализируя результаты поиска, они неожиданно нашли то, чего в тканях легких по определению не должно было быть — рецепторы горького вкуса (TAS2Rs) [8]! Открытие поставило их в тупик — ведь мы же не ощущаем вкуса вдыхаемого воздуха прямо легкими! Или ощущаем? И вообще, как различить ощущения вкуса и запаха?

Сначала возникло предположение, что эти рецепторы дублируют предупреждающую функцию языка: при вдыхании «горьких» (потенциально опасных) молекул было бы логично сужать просветы бронхов, уменьшая вентиляцию и перекрывая дорогу отравленному воздуху.

Но более детальные исследования показали, что сигналы от этих рецепторов никак не связаны с мозгом! Другими словами, рецепторы хоть и функциональны, но не «подключены» к «вкусовым зонам» мозга, в отличие от таких же рецепторов на языке. Значит, можно быть спокойными: активация «легочных» рецепторов TAS2Rs, к счастью, не вызывает привкуса горечи в лёгких, хотя внутриклеточный уровень Ca²⁺ исправно повышается, как и должно быть при работе вкусовых рецепторов. А активируются они всё теми же «горькими» лигандами: хлорохином, денатониумом и сахарином (все знают, что после его сладости остается горьковатое послевкусие — результат минорной активации рецепторов горького вкуса на языке).

Эксперименты на мышах показали, что эффект стимуляции «легочных» рецепторов горького вкуса — это релаксация мышц бронхов. «В противоположность нашим первым догадкам, горькие вещества не сужают, а, наоборот, расширяют просвет бронхов, — говорит Лиггетт. — Причем они открывают бронхи более эффективно, чем любое из известных на сегодня лекарств, которым мы лечим астму или хроническую обструктивную болезнь лёгких» [9].

Неожиданной оказалась и роль ионов кальция: здесь они отвечают за релаксацию мышц, хотя до сих пор кальцию приписывали способность только сокращать мышечные волокна.

Перспективы этого открытия огромны. Если испытания на людях подтвердят, что горькие субстанции могут заместить современные β₂-адреномиметики, — на горизонте появятся новые эффективные средства для купирования приступов астмы. Пока как перспективные рассматриваются два возможных кандидата — хинин и хлорохин — которые, если оправдают надежды, станут отправной точкой для «драг-дизайна» [10], чтобы оптимизировать лекарственные свойства этих молекул. А данная работа еще раз подчеркнула принцип разумной бережливости природы — когда одни и те же молекулярные механизмы в различных случаях выполняют абсолютно разные функции. И, возможно, горький ветер, как и в одноименном романе, будет нести облегчение страждущим людям.

Литература

1. Загадка мужественного запаха;
2. В основе вкуса газировки;
3. Жгучий перец облегчит боль;
4. «Мятный холодок»: почему ментол создаёт ощущение прохлады во рту;
5. Зрительный родопсин — рецептор, реагирующий на свет;
6. Новый рубеж: получена пространственная структура β2-адренорецептора;
7. Richard Einstein, Heather Jordan, Weiyin Zhou, Michael Brenner, Esther G. Moses, Stephen B. Liggett. (2008). Alternative splicing of the G protein-coupled receptor superfamily in human airway smooth muscle diversifies the complement of receptors. PNAS. 105, 5230-5235;
8. Deepak A Deshpande, Wayne C H Wang, Elizabeth L McIlmoyle, Kathryn S Robinett, Rachel M Schillinger, et. al.. (2010). Bitter taste receptors on airway smooth muscle bronchodilate by localized calcium signaling and reverse obstruction. Nat Med. 16, 1299-1304;
9. Discovery of taste receptors in the lungs could help people with asthma breathe easier. (2010). ScienceDaily;
10. Драг-дизайн: как в современном мире создаются новые лекарства.