Summary
Denne protokol måler menneskers smag svar og omfatter et kort anatomiske vurdering, en kort smag test og en valideringsmetode, ved hjælp af fagets rapporterede sensation og smag receptor genotype.
Abstract
Den stigende betydning af smag i medicin og biomedicinsk forskning og ny viden om sin genetiske fundament, har motiveret os til at supplere klassisk smag-test metoder på to måder. Først skal forklare vi hvordan man gør en kort vurdering af munden, herunder tungen, at sikre, at smag papiller er til stede og konstatere tegn på sygdommen. Andet, trækker vi på genetik at validere smag testdata ved at sammenligne rapporter opfattede bitterhed intensitet og medfødte receptor genotyper. Uoverensstemmelse mellem objektive foranstaltninger af genotype og subjektive beretninger om smagsoplevelse kan identificere samling datafejl, distraheret emner eller dem, der ikke har forstået eller fulgt instruks. Vores forventning er at hurtigt og gyldig smag test kan overtale forskere og klinikere at vurdere smagen regelmæssigt, gør smag test så almindeligt som test for høring og vision. Endelig fordi mange væv i kroppen express smag receptorer, smag svar kan give en proxy for væv følsomhed andre steder i kroppen, og dermed fungere som en hurtig, punkt af pleje test til at guide diagnose og et forsknings-værktøj til at evaluere smag receptor protein funktion.
Introduction
Foranstaltninger af menneskers smag opfattelse kan være både en del af medicinsk behandling og et mål for biomedicinsk forskning, men smag har fået ringe opmærksomhed sammenlignet med hørelse og syn (tabel 1). Fra den medicinske perspektiv, når klinikere vurdere patienter er klager over smag tab, i de fleste tilfælde det faktiske tab lugten1, som førte til afskedigelse af smag tab som en ualmindeligt og ofte ugyldig præsenterer klage. Smag forvridninger (smagsforstyrrelser) er mere almindelige og ofte opstår som følge af de sekundære virkninger af medicin eller perifere nerve skade2,3, men hverken form har en effektiv behandling (ikke stoppe medicinen). Klinikere har også ignoreret smag tab, fordi det har hidtil haft ringe diagnostisk eller prognostiske værdi på egen hånd. Men selv om måling af smag har været et dødvande, det kan nu ind i mainstream medicin med genoplivning af en historisk forståelse at smag kan være en diagnostisk eller prognostiske værktøj4,5. For eksempel, kan bitterhed opfattelse forudsige immunfunktion6 eller en patient villighed til at tage medicin7. Ikke desto mindre har biomedicinske forskere i høj grad forsømt smag. Denne uopmærksomhed kan delvis afspejler, at tidlig fremskridt i forståelsen af dette sensorisk system har sine rødder i eksperimentel psykologi8, et felt, som dem i medicin kan være relativt ukendte. Desuden har fornyet interesse i smagen indvarslede standardiseret smag metoder9 at bygge videre på tidligere metoder10, som samtidig omfattende er langvarige og upassende for kliniske indstillinger. Endelig, tillid til smag foranstaltninger kan være svag, fordi emner rapport om deres egne erfaringer og validering af deres observationer har hidtil manglet. Vores håb er, at en simpel foranstaltning, som efterforskere eller klinikere kan nemt administrere vil vinde i popularitet med både vælgere. Her beskriver vi en simpel smag eksamen protokol, der består af tre dele: en vurdering af mundhulen, smag-test og en validering trin ved hjælp af medfødte genotype. Først, vi leverer biologisk kontekst for disse procedurer, som går simpel praksis i medicin, sensoriske foranstaltninger fra eksperimentel psykologi og validering af svar ved hjælp af genotype og genetik.
Smag opfattelse begynder i munden, så en effektiv smag eksamen skal indeholde en kort klinisk vurdering for indlysende oral sygdomme, rødme, hævelse og misfarvning. Mundhulen indeholder syv underordnede websteder: tungen, gingiva, gulvet i munden, buccale slimhinde, labial slimhinden, hårde gane og retromolar trigone. Tidligere undersøgelser af menneskers smag fokuseret på raske deltagere eller personer med veldefinerede sygdomme, men som smag test bliver rutine i medicinsk eksamen, er det vigtigt at registrere tilstanden af mundhulen som led i proceduren.
Tungen, selv er en muskuløs struktur indkapslet i slimhinden; øremærkninger sin dorsale overflade er papiller, de lille hævet strukturer, der giver tungen sin unikke konsistens og indeholder smag receptor celler. Vi klassificere papiller form: fungiform, filiform, foliate, og circumvallate. Fungiform papillae (FP) er placeret anterolaterally på tungen og er runde, med en champignon figur11. Efterforskere har udgivet flere nyttige metoder til at kvantificere FP og vi direkte læsere til disse kilder for måling protokoller12,13,14,15,16. Foliate papillae, formet som siderne i en bog (folia), findes udelukkende på den laterale posterior tungen overflade11. Circumvallate papillae, fundet i sulcus terminalis af tungen basen, er store kuppelformede strukturer omgivet af slimhinde vægge (Latin omstændig, “surround” + vallum, “væg”)11. De mest talrige papiller, filiform, er lange og tynde og indeholder ikke smag receptorer.
Mennesker er forskellige i tungen anatomi. Mens kilderne til denne anatomiske variationer er ukendt, er det bestemt i del af medfødte genetisk variation, med efterforskere rapportering 31% konkordans af tungen anatomi blandt toæggede tvillinger og 60% konkordans blandt enæggede tvillinger17. Papillær tæthed adskiller sig også blandt folk, og selv om sjældne, mindst en genetisk sygdom (familiær dysautonomia) resulterer i en medfødt mangel på smag papiller18,19,20. Før udførelse af psykofysiske test, er det således nyttigt at bekræfte tilstedeværelsen af FP som en del af den korte vurdering og Bemærk den relative størrelse og farve af tungen og beviser af oral sygdom.
Smag papiller indeholder de sensoriske celler, når stimuleret indlede smagsoplevelsen. Mennesker er i stand til at sensing mindst fem klasser af smag: salt, sur, bitter, sød og umami. Mens salte, signal søde, og umami smag signal tilstedeværelsen af værdifuld mad kilder der indeholder natriumchlorid, glucose og amino syre, henholdsvis, bitterhed og surhed tilstedeværelse af potentielle toksiner og syrer fra bakteriel nedbrydning af mad, henholdsvis, og fremkalde afskrækningsmiddel adfærd21. Salt og Sure smag er transduced gennem aktivering af Ionkanaler fundet i nogle typer af smag celler, om forståelsen af salt transduktion udvikler sig og det kan kræve type jeg celler samt22,23. Bitter, sød og umami skyldes aktivering af G-protein-koblede receptorer på type II smag celler, hver tilpasset en bestemt smag. Heterodimers af underenheder af tre særlige receptorer transduce søde og umami mens bitter forbindelser aktivere en gruppe af 25 forskellige bitter receptorer24. Disse bitter receptorer kan reagere på flere bitre forbindelser, og en enkelt bitter sammensatte stimulerer ofte mere end én receptor25. På trods af den seneste udvidelse af viden om det molekylære grundlag af smag, kan roman veje26 og nye opdagelser ud over de traditionelle fem smag kvaliteter (fx, calcium27 eller fedtsyre28 perception) ligge forude.
Der er mindst to overraskende aspekter af smag familier af receptorer: gener, der til disse receptorer kan afvige markant i DNA-sekvens og dermed fungere blandt folk, og mange væv i kroppen udtrykke disse gener21,29 kode , 30 , 31. disse extraoral websteder omfatter hjernen, skjoldbruskkirtel, øvre og nedre luftveje og mavetarmkanalen, blandt mange andre21,29,30,31. Mens smag receptorer på disse steder ikke deltager i smag opfattelse i traditionel forstand, fornemme de sandsynligvis lokale kemiske miljø29,32. For eksempel ciliated epitel af de øvre luftveje udtrykker den bitre receptor T2R38 (Bitter smag Receptor 38), som reagerer på kemiske stoffer produceres af bakterier og påvirker de medfødte immunrespons32, som stigende mucociliary clearance og niveauer af antimikrobielle peptider og nitrogenoxid. Denne konstatering har medicinske konsekvenser for kronisk rhinosinusitis, en sygdom af kronisk bakteriel infektion og betændelse i de øvre luftveje og paranasalis bihuler.
Af særlig relevans for smagen eksamen vi beskrive her er der T2R38 bitter smag receptor, kodet af genet TAS2R38 , udstiller genetisk variation og derfor variabelt smag følsomhed. Perceptuelle forskelle for de bitre sammensatte phenylthiocarbamide (PTC) blev første gang beskrevet af kemiker Arthur Fox33; Denne sammensatte blev senere identificeret som en agonist for T2R38 receptor34. Individuelle forskelle opstår fra DNA-sekvensen af TAS2R38 -gen, som har tre enkelt-nukleotid polymorfier, hver højtydende aminosyre udskiftninger (A49P, A262V og I296V; A: alanin, P: prolin, V: valin, I: isoleucin). To fælles haplotypes resultat, PAV og AVI, med PAV/PAV individer er meget følsomme over for PTC (“smagere”), AVI/AVI individer er relativt ufølsomme (“ikke-smagsdommere”) og heterozygous AVI/PAV enkeltpersoner bliver mere variable i deres følsomhed 35. der er flere eksempler på genetiske variation påvirker bitter opfattelse, fx, smag receptor T2R19, kodet af genet TAS2R19 ligeledes udviser genetisk variation og forskellig smag følsomhed til den bitre sammensatte kinin36. Ligeledes, variation i TAS2R31 påvirker den opfattede bitterhed af en high-potens sødestoffer37,38,39.
Her beskriver vi en hurtig metode til at karakterisere en patientens følelse af smag, der trækker på højtydende protokoller i klinisk medicin, eksperimentel psykologi og genetik.
Protocol
Representative Results
Discussion
Betydningen af denne metode er, at det bruger en tværfaglig tilgang med funktioner fra medicin (den mundtlige eksamen), eksperimentel psykologi (smag-test) og Genetik (en valideringstrinnet). Smag oplysninger er tilbøjelige til at udvikle som en diagnostiske og prognostiske værktøj, fordi smag giver et vindue ind i funktionen af proteiner andetsteds i kroppen. Fra en eksperimentel psykologi synspunkt, kan tilsætning af en simpel eksamen identificere emner, der ikke er relevante for undersøgelsen af normative smag f…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Priser fra National Institutes of Health støttet denne forskning (R01DC013588 til NAC, R21DC013886 NAC og DRR og NIDCD Administrative forskning Supplement til at fremme fremkomsten af kliniker-forskere i Chemosensory forskning til JED). Vi indsamlede genotype data fra udstyr købes delvist med NIH midler fra OD018125.
Materials
| Disposable diagnostic penlight | Primacare | DL-9223 | |
| UltraLite Pro headlight | Integra LifeSciences | AX2100BIF | |
| Millipore Q-Gard 2 water purification system | EMB Millipore | QGARD00D2 | |
| Denatonium benzoate | Sigma Aldrich | D5765 | |
| Phenylthiocarbamide | Sigma Aldrich | P7629 | |
| Quinine hydrochloride dihydrate | Sigma Aldrich | Q1125 | |
| Sodium Chloride | Sigma Aldrich | S1679 | |
| Sucrose | Sigma Aldrich | S0389 | |
| Glass scintillation vials | Thomas Scientific | 1230L59 | Same as Wheaton catalog no. 986580 |
| Oragene Discover OGR-500 DNA collection kit | DNA Genotek | OGR-500 | |
| prepIT L2P Protocol reagents | DNA Genotek | PT-L2P-5 | |
| rs713598 TaqMan SNP genotyping assay | ThermoFisher Scientific | C___8876467_10 | |
| rs1726866 TaqMan SNP genotyping assay | ThermoFisher Scientific | C___9506827_10 | |
| rs10246939 TaqMan SNP genotyping assay | ThermoFisher Scientific | C___9506826_10 | |
| rs10772420 TaqMan SNP genotyping assay | ThermoFisher Scientific | C___1317426_10 |
References
- Cowart, B. J., Young, I. M., Feldman, R. S., Lowry, L. D. Clinical disorders of smell and taste. Occupational Medicine. 12 (3), 465-483 (1997).
- Ackerman, B. H., Kasbekar, N. Disturbances of taste and smell induced by drugs. Pharmacotherapy. 17 (3), 482-496 (1997).
- Kveton, J. F., Bartoshuk, L. M. The effect of unilateral chorda tympani damage on taste. Laryngoscope. 104, 25-29 (1994).
- Fischer, R. A., Griffin, F. Pharmacogenetic aspects of gustation. Drug Research. 14 (14), 673-686 (1964).
- Joyce, C. R., Pan, L., Varonos, D. D. Taste sensitivity may be used to predict pharmacological effects. Life Science. 7 (9), 533-537 (1968).
- Adappa, N. D., et al. Genetics of the taste receptor T2R38 correlates with chronic rhinosinusitis necessitating surgical intervention. International Forum of Allergy & Rhinology. , (2013).
- Lipchock, S. V., Reed, D. R., Mennella, J. A. Relationship between bitter-taste receptor genotype and solid medication formulation usage among young children: a retrospective analysis. Clinical Therapeutics. 34 (3), 728-733 (2012).
- Bartoshuk, L. M., Carterette, E. C., Friedman, M. P. . Handbook of perception: Tasting and smelling. , 2-18 (1978).
- Coldwell, S. E., et al. Gustation assessment using the NIH Toolbox. Neurology. 80 (11 Suppl 3), S20-S24 (2013).
- Mueller, C., et al. Quantitative assessment of gustatory function in a clinical context using impregnated "taste strips". Rhinology. 41 (1), 2-6 (2003).
- Reed, D. R., Tanaka, T., McDaniel, A. H. Diverse tastes: Genetics of sweet and bitter perception. Physiological Behavior. 88 (3), 215-226 (2006).
- Miller, I. J., Reedy, F. E. Variations in human taste bud density and taste intensity perception. Physiological Behavior. 47 (6), 1213-1219 (1990).
- Shahbake, M., Hutchinson, I., Laing, D. G., Jinks, A. L. Rapid quantitative assessment of fungiform papillae density in the human tongue. Brain Research. 1052 (2), 196-201 (2005).
- Spielman, A. I., Pepino, M. Y., Feldman, R., Brand, J. G. Technique to collect fungiform (taste) papillae from human tongue. Journal of Visualized Experiments. 18 (42), 2201 (2010).
- Nuessle, T. M., Garneau, N. L., Sloan, M. M., Santorico, S. A. Denver papillae protocol for objective analysis of fungiform papillae. Journal of Visualized Experiments. (100), e52860 (2015).
- Sanyal, S., O’Brien, S. M., Hayes, J. E., Feeney, E. L. TongueSim: development of an automated method for rapid assessment of fungiform papillae density for taste research. Chemical Senses. 41 (4), 357-365 (2016).
- Spielman, A. I., Brand, J. G., Buischi, Y., Bretz, W. A. Resemblance of tongue anatomy in twins. Twin Research and Human Genetics. 14 (3), 277-282 (2011).
- Kalmus, H., Smith, S. M. The antimode and lines of optimal separation in a genetically determined bimodal distribution, with particular reference to phenylthiocarbamide sensitivity. Annals of Human Genetics. 29 (2), 127-138 (1965).
- Pearson, J., Finegold, M. J., Budzilovich, G. The tongue and taste in familial dysautonomia. Pediatrics. 45 (5), 739-745 (1970).
- Fukutake, T., et al. Late-onset hereditary ataxia with global thermoanalgesia and absence of fungiform papillae on the tongue in a Japanese family. Brain. 119 (Pt 3), 1011-1021 (1996).
- Kinnamon, S. C. Taste receptor signalling – from tongues to lungs. Acta physiologica. 204 (2), 158-168 (2012).
- Lewandowski, B. C., Sukumaran, S. K., Margolskee, R. F., Bachmanov, A. A. Amiloride-insensitive salt taste is mediated by two populations of type iii taste cells with distinct transduction mechanisms. Journal of Neuroscience. 36 (6), 1942-1953 (2016).
- Vandenbeuch, A., Clapp, T. R., Kinnamon, S. C. Amiloride-sensitive channels in type I fungiform taste cells in mouse. BMC Neuroscience. 9, 1 (2008).
- Margolskee, R. F. The biochemistry and molecular biology of taste transduction. Current Opinions in Neurobiology. 3 (4), 526-531 (1993).
- Meyerhof, W., et al. The molecular receptive ranges of human TAS2R bitter taste receptors. Chemical Senses. 35 (2), 157-170 (2010).
- Yee, K. K., Sukumaran, S. K., Kotha, R., Gilbertson, T. A., Margolskee, R. F. Glucose transporters and ATP-gated K+ (KATP) metabolic sensors are present in type 1 taste receptor 3 (T1r3)-expressing taste cells. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. , (2011).
- Tordoff, M. G. Calcium: taste, intake and appetite. Physiological Review. 81, 1567-1597 (2001).
- Reed, D. R., Xia, M. B. Recent advances in fatty acid perception and genetics. Advances in Nutrition. 6 (3), 353S-360S (2015).
- Blekhman, R., et al. Host genetic variation impacts microbiome composition across human body sites. Genome Biology. 16, 191 (2015).
- Hoon, M. A., et al. Putative mammalian taste receptors: a class of taste-specific GPCRs with distinct topographic selectivity. Cell. 96 (4), 541-551 (1999).
- Laffitte, A., Neiers, F., Briand, L. Functional roles of the sweet taste receptor in oral and extraoral tissues. Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic. 17 (4), 379-385 (2014).
- An, S. S., et al. Tas2r activation promotes airway smooth muscle relaxation despite beta2-adrenergic receptor tachyphylaxis. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular. , (2012).
- Fox, A. L. The relationship between chemical composition and taste. Science. 74, 607 (1931).
- Fox, A. L. The relationship between chemical constitution and taste. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 18, 115-120 (1932).
- Bufe, B., et al. The molecular basis of individual differences in phenylthiocarbamide and propylthiouracil bitterness perception. Current Biol.ogy. 15 (4), 322-327 (2005).
- Reed, D. R., et al. The perception of quinine taste intensity is associated with common genetic variants in a bitter receptor cluster on chromosome 12. Human Molecular Genetics. 19 (21), 4278-4285 (2010).
- Bobowski, N., Reed, D. R., Mennella, J. A. Variation in the TAS2R31 bitter taste receptor gene relates to liking for the nonnutritive sweetener Acesulfame-K among children and adults. Science Reports. 6, 39135 (2016).
- Allen, A. L., McGeary, J. E., Knopik, V. S., Hayes, J. E. Bitterness of the non-nutritive sweetener acesulfame potassium varies with polymorphisms in TAS2R9 and TAS2R31. Chemical Senses. 38 (5), 379-389 (2013).
- Roudnitzky, N., et al. Genomic, genetic, and functional dissection of bitter taste responses to artificial sweeteners. Human Molecular Genetics. 20 (17), 3437-3449 (2011).
- Guo, S. W., Reed, D. R. The genetics of phenylthiocarbamide perception. Annals in Human Biology. 28 (2), 111-142 (2001).
- Bartoshuk, L. M., et al. Labeled scales (e.g., category, Likert, VAS) and invalid across-group comparisons: what we have learned from genetic variation in taste. Food Quality Prefererences. 14 (2), 125-138 (2003).
