用于評(píng)估香料或香料混合物香味性能的方法
【專利說明】用于評(píng)估香料或香料混合物香味性能的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于香味和氣味領(lǐng)域并且涉及一種通過將香料或香料混合物暴露于特定 的嗅覺受體評(píng)估和鑒別其香味性能的方法
【背景技術(shù)】
[0002] 人類的嗅覺系統(tǒng)具有識(shí)別和區(qū)分大量不同化學(xué)成分和氣味分子的優(yōu)異能力。由于 氣味物質(zhì)能夠喚起記憶和情感或者影響我們的情緒，作為化學(xué)傳感器的嗅覺系統(tǒng)有助于社 會(huì)行為和性行為以及生活品質(zhì)。
[0003] 氣味感知始于氣味分子和在嗅神經(jīng)（olfactory sensory neuron，0SN)中表 達(dá)的嗅覺受體之間的化學(xué)相互作用。這些神經(jīng)位于被粘膜層覆蓋的嗅上皮（olfactory epithelium，0E)，該粘膜層為嗅上皮的表面提供富含液體/蛋白質(zhì)的分泌物。人類鼻腔的 大部分由纖毛柱狀呼吸上皮組織構(gòu)成。排布篩板的鼻腔上部由OSN組成。OSN是雙極細(xì) 胞，其具有單一無分枝樹突（dendrite)和穿經(jīng)篩板抵達(dá)大腦嗅球的軸突（axons)。僧帽 細(xì)胞的軸突隨后離開嗅球（OB)抵達(dá)高級(jí)腦區(qū)，包括梨狀皮層（piriform cortex)，海馬體 (hippocampus)和杏仁孔（amygdale)。由每個(gè)OSN的球突伸出約10-25根纖毛，每根約5 μ m 長。每個(gè)OSN僅表達(dá)一類嗅覺受體（OR)蛋白，其為化學(xué)-感覺轉(zhuǎn)導(dǎo)主要過程的第一級(jí)。
[0004] 嗅覺系統(tǒng)作為鼻部分子解碼器的重要組成之一能夠通過嗅覺受體區(qū)分?jǐn)?shù)千種化 學(xué)成分。0R，如視蛋白，苦味和甜味味覺受體（TAS2R1和TAS1R1)以及犁鼻器受體（VIRs， V2Rs和V3Rs)，由大的基因超家族編碼，屬于G-蛋白-偶聯(lián)受體（GPCRs)。它們由一些特 征基序（sequence motifs)識(shí)別并構(gòu)成哺乳動(dòng)物基因組中的最大基因家族。GPCRs具有7 個(gè)α-螺旋跨膜（TM)區(qū)的共同結(jié)構(gòu)特征。它們可根據(jù)序列相似性分為6組，并且OR基因 屬于視紫紅質(zhì)類GPCR超家族中最大的一組。
[0005] 基因超家族編組為18個(gè)基因家族和300個(gè)亞家族并且位于分布在除了 20號(hào)染色 體和Y染色體的所有常染色體上的不同尺寸的多簇上。兩個(gè)最大的OR基因簇位于11號(hào)染 色體，其中Ilq上有38個(gè)功能基因，Ilp上有44個(gè)功能基因?；陬愃瓢被嵝蛄械陌俜?比，OR基因可以被編入特定家族并進(jìn)一步編入亞家族。具有MO %蛋白序列同源性的OR被 認(rèn)為在相同家族中，并且如果它們共有>60%，則屬于相同的亞家族。根據(jù)這一概念，OR基 因由雨果基因命名委員會(huì)（HUGO Gene Nomenclature Committee，HGNC)分類。
[0006] OR平均長度為約310個(gè)氨基酸。OR基因序列顯示出跨膜螺旋3-6旁系同源基因的 巨大多樣性，可能引起配體特異性的高度多樣性。有一些OR特征的功能域（motifs)。一種 這類功能域是"MAYDRYVAIC' "，位于TM3與TM3和TM4之間胞內(nèi)環(huán)（intracellular loop) 的接合點(diǎn)。在該功能域內(nèi)，三個(gè)氨基酸'DRY'（天冬氨酸-精氨酸-絡(luò)氨酸）的彈性，在視 紫紅質(zhì)類GPCRs中高度保留。DRY功能域可能對G-蛋白偶聯(lián)十分重要?？赡茉贠R組庫 (r印ertoire)中，接觸位置表現(xiàn)出旁系之間的顯著變化。隨后的研宄已經(jīng)嘗試基于序列分 析考察嗅覺受體中的氣味結(jié)合殘基。一些方法共同預(yù)測了 22個(gè)位于其模型中TMs 3至7 的假定接觸殘基。在最近的研宄中，通過將動(dòng)態(tài)同源建模與定點(diǎn)突變以及功能分析結(jié)合，提 供了配體結(jié)合位點(diǎn)的分子模型，從而基于計(jì)算信息預(yù)測受體功能。
[0007] 分尚偽基因（分尚偽基因，SPG)
[0008] 人類OR含有大量偽基因，其中多于50%的基因位點(diǎn)（loci)由于框架破壞突變是 無功能的。
[0009] 人類的一部分嗅覺受體可以被分為嗅覺受體的完整形式和偽基因形式。換句話 說，一些嗅覺受體基因同時(shí)表達(dá)功能和非功能等位基因（allels)，其被稱為分離偽基因。它 們被解釋為人類群體中由于單一核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP) 的破壞分為完整基因和偽基因。這種分離突變可以引入終止密碼子，或改變對于蛋白質(zhì)適 當(dāng)功能重要的高度保留的氨基酸。
[0010] 2003 年由 Gilad 和 Lanet 第一次作出的研宄（Mol. Biol. Evol 20 (3)，p. 307-314(2003))顯示了人體中的12個(gè)SPGs。其結(jié)果表明俾格米人（Pygmies， 一種非洲人種）中完整等位基因的發(fā)生率大于高加索人種。同年Menashe等人（Nat. Genet. 34(2)，p. 143-144(2003))推算出分離嗅覺受體偽基因在整個(gè)人類基因組中的數(shù)量 至少為60。他們發(fā)現(xiàn)非洲裔美國人比非非洲裔參與者有更多功能ORs。當(dāng)2012年Lancet 的小組報(bào)道了個(gè)體間OR基因組庫中異常高的遺傳多樣性，并認(rèn)為單個(gè)人類有高度個(gè)人化 的功能嗅覺受體"條形碼"，SPGs的數(shù)量躍升至244。在Olender的研宄中每個(gè)人類個(gè)體都 通過這類SPGs的不同組合而個(gè)性化。最被接受的假設(shè)之一是OR基因的等位基因變異可產(chǎn) 生不同的功能特征，這些特征可在人類群體中導(dǎo)致不同氣味敏感表型（phenotypes)的產(chǎn) 生。一項(xiàng)SPGs和氣味敏感性的相關(guān)性研宄表明0R11H7P基因形式與對異戊酸敏感性之間 的高度相關(guān)性，雜合或純合的0R11H7P完整等位基因比純合的被破壞的等位基因更可能 對異戊酸高滲?？梢蕴岬饺ス聝夯疧Rs的潛在配體通?？捎糜谙嚓P(guān)性研宄，從而確定單個(gè) 嗅覺受體破壞和氣味感覺多樣性之間的詳細(xì)關(guān)系。
[0011] 拷貝數(shù)變異（Copy Number Variation，CNV)
[0012] 由基因組重排引起的CNVs可借助不同的分子機(jī)制，如基因計(jì)量，基因阻斷，基因 融合和位置效應(yīng)或隱性等位基因的解隱藏（unmasking)，產(chǎn)生表型。CNVs與表型之間的一 些相關(guān)性包含于人類疾病之中。最知名的例子是由人類21號(hào)染色體三體化導(dǎo)致的唐氏綜 合癥；另一個(gè)例子是由于阿爾法珠蛋白基因重排導(dǎo)致的地中海貧血癥。
[0013] CNVs已經(jīng)被定義為"lkb或更大的DNA片段并且與參比基因組相比表現(xiàn)出改變的 拷貝數(shù)"。基于功能定義該解釋被改變，并且有人建議我們應(yīng)當(dāng)選擇平均的外顯子尺寸（~ IOObp)作為定義CNV的參數(shù)?？截悢?shù)變異是人類遺傳多樣性的根源。當(dāng)缺失，插入或復(fù)制 的斷點(diǎn)位于功能基因中，它可能阻斷基因，并通過如紅綠視蛋白基因所表達(dá)的基因失活導(dǎo) 致功能缺失和色盲。
[0014] 在全基因組研宄中，檢測了大量OR基因或基因簇的CNVs。在之前的研宄中，系統(tǒng) 研宄了 OR基因的個(gè)體CNVs。在大約50個(gè)人類個(gè)體的小組中確定了 18個(gè)ORs的拷貝數(shù)變 異。除了參比基因數(shù)據(jù)沒有一個(gè)個(gè)體具有全部數(shù)量的功能OR基因并且?guī)缀趺總€(gè)個(gè)體都有 ORs功能缺失和獲得的獨(dú)特組合，因此說明CNVs產(chǎn)生了 OR基因的個(gè)體模式。在Waszak進(jìn) 行的研宄（PLos. Comput. Biol. 6 (ll)pp e100 0988 (2010))中報(bào)道了包括 CNVs 和 SNPs 的有 害變異分別影響了 15%和20%的人類OR基因組庫。他們揭示了 OR基因位點(diǎn)在個(gè)體中通 過OR基因位點(diǎn)中0至9次拷貝表現(xiàn)出大范圍的位點(diǎn)拷貝數(shù)。Olender在2012年的研宄表 明完整基因位點(diǎn)的CNVs數(shù)量增加至66%。他們報(bào)道了在851個(gè)人類基因組OR基因位點(diǎn) 中，438個(gè)具有顯然固定于整個(gè)人類群體中的框架破壞偽基因。剩下的413個(gè)基因位點(diǎn)中， 271個(gè)（66% )在完整開放的閱讀框架上含有至少一個(gè)等位基因缺失，包括框架破壞和CNV 等位基因缺失。
[0015] 這些拷貝數(shù)變異的出現(xiàn)可以通過基因復(fù)制或外顯子改組，導(dǎo)致特定基因家族中以 及在全基因組范圍上的基因組結(jié)構(gòu)變異。因此，CNVs可能是人類個(gè)體間嗅覺能力顯著差異 的原因之一。然而，CNV與氣味感知之間的關(guān)系仍未評(píng)估。
[0016] 嗅覺信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑
[0017] 在哺乳動(dòng)物OSN中信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的經(jīng)典途徑由作為變量成分的OR和四個(gè)常量成分組 成：含G a olf的異三聚體G蛋白；腺苷酸環(huán)化酶，其產(chǎn)生第二信使cAMP ;環(huán)核苷酸門控陽離 子通道和鈣激活氯通道。嗅神經(jīng)通過被稱為Gaolf的特定亞基表達(dá)G-蛋白。Gaolf通過激 動(dòng)子結(jié)合至OR激活嗅覺特異腺苷酸環(huán)化酶，其導(dǎo)致cAMP的活化。該級(jí)聯(lián)（cascade)后通 過提高cAMP水平打開環(huán)核苷酸門控通道。鈍性O(shè)SNs通常在其質(zhì)膜上保持約-65mV的靜息 電位（內(nèi)部相對于外部）。通道開孔通過鈉離子（Na+)和鈣離子（Ca2+)流入使神經(jīng)元膜去 離子化。Ca2+_流也使Ca2+_依賴-Cl-通道打開，其增強(qiáng)了細(xì)胞膜的去離子化并產(chǎn)生沿著 感覺軸突的作用電位，使信號(hào)傳輸至嗅球。
[0018] 腺苷酸環(huán)化酶（AC) /cAMP途徑對脊椎動(dòng)物的嗅覺反應(yīng)至關(guān)重要。然而氣味物激活 了多余一個(gè)的轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)；IP3也被證明是有效的第二信使。多嗅覺信號(hào)途徑這一概念出現(xiàn) 的關(guān)鍵是在生化分析中觀察到一些氣味沒有引起cAMP的增多。該"非-cAMP氣味"反而在 嗅覺細(xì)胞中引起磷酸肌醇信號(hào)。對于不同物種已經(jīng)報(bào)道1，4, 5-三磷酸肌醇（InsP3)也可能 參與嗅覺。2005年這一問題得到解釋，不同人群中磷酸酰肌醇相關(guān)信號(hào)蛋白，包括磷脂酶C beta 2(PLC b2)，InsP3-II