兒茶素的生物學活性及其應用前景概述

崔志杰 何 玲 劉仲華 范志勇，* 張石蕊 王超然 易 玉 張云倩

(1.飼料安全與高效利用教育部工程研究中心，長沙 410128;2.國家植物功能成分利用工程技術研究中心，長沙 410128)

兒茶素的生物學活性及其應用前景概述

崔志杰1何 玲1劉仲華2范志勇1，2*張石蕊2王超然1易 玉1張云倩1

(1.飼料安全與高效利用教育部工程研究中心，長沙 410128;2.國家植物功能成分利用工程技術研究中心，長沙 410128)

應激特別是氧化應激損傷會導致機體免疫功能低下、腸道結構損傷和微生態(tài)失衡。茶類提取物中的兒茶素在抗氧化、清除自由基、抗過敏、抗菌消炎、增強免疫功能等方面均具有明顯的效果。通過綜述其在上述領域的研究進展，為減輕機體應激創(chuàng)傷尋求新的營養(yǎng)調(diào)控措施，為尋求抗生素的替代性產(chǎn)品提供參考。

兒茶素;生物學活性;應用前景

應激狀態(tài)下典型生理特征之一就在于機體可以通過氧化還原反應對內(nèi)環(huán)境進行多層次的應激性調(diào)節(jié)和信號轉(zhuǎn)導，修復機體生理和代謝功能，但同時會造成脂質(zhì)大分子過氧化損傷。這種氧化應激現(xiàn)象是機體內(nèi)活性氧化代謝產(chǎn)物與機體抗氧化能力平衡的結果，不僅會改變生理代謝狀態(tài)，而且可以通過機體內(nèi)不飽和脂肪酸共價鍵上一系列自由基反應后產(chǎn)生的誘導作用導致免疫功能低下、腸道結構損傷和微生態(tài)失衡等一些病理過程，嚴重影響了畜禽的健康和良好生長態(tài)勢，對養(yǎng)殖業(yè)造成了較大的經(jīng)濟損失。兒茶素(C)屬黃烷醇類，約占茶葉中多羥基酚類物質(zhì)(TP)總量的70%，主要含表兒茶素(EC)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)、表沒食子兒茶素(EGC)和表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)。其中EGCG占兒茶素總量的70%左右［2］。大量的研究證實，兒茶素具有抗氧化、抗腫瘤、抗動脈粥樣硬化、防輻射、防蛀護齒、抗?jié)儭⒖惯^敏及抑菌抗病毒等多種生物學功能［3－5］。對此開展有針對性的探索與攻關，開發(fā)與研制符合應激生理、消化生理和免疫機能調(diào)控專用的茶類天然提取物添加劑，為研究者在外源飼糧供給條件下緩解應激負面影響提供了新的思路，其學術價值和應用前景十分突出。

1 兒茶素主要理化特性

兒茶素，又稱兒茶精，屬黃烷－3－醇類化合物，最初由中藥孩兒茶中提取得來，廣泛存在于人們的日常飲食中，水果中蘋果、獼猴桃和葡萄中含量較高，飲品中干紅葡萄酒和綠茶中含量較豐富［6－7］。有文獻報道，巧克力中含有豐富的兒茶素，其中黑巧克力兒茶素含量最高，為535 mg/kg，牛奶巧克力含 159 mg/kg［8］。兒茶素為 5，7，3’，4’－4羥基黃烷 －3－醇，分子中有 C-2和 C-3 2個手性碳原子，存在順、反2個幾何異構體，即反式的兒茶素和順式的表兒茶素，每種幾何異構體又各有2種旋光異構體即(+)－兒茶素、(－)－兒茶素、(+)－表兒茶素和(－)－表兒茶素。此外，表兒茶素還存在多種衍生物，如EGC、EGCG等［9］。兒茶素的基本化學結構如圖1所示。

2 兒茶素在動物體內(nèi)的吸收與代謝

茶葉中的幾種主要兒茶素，包括 EC、ECG、EGC和EGCG等，具有較大的分子量(290～458)和數(shù)目大于5的羥基基團，這種較大的表觀尺寸使得它們被吸收利用的程度相對較低。據(jù)報道，用雄性 W istar大鼠分別口服 EC、EGC、ECG和EGCG 5 m in后，取門靜脈血液用高效液相色譜分析血液樣本的乙酸乙酯萃取層發(fā)現(xiàn)，每個萃分中主要化合物仍然是EC、EGC、ECG和EGCG，兒茶素的衍生物數(shù)量較少，從而證實兒茶素是可以通過小腸黏膜吸收進入門靜脈的［10］。研究發(fā)現(xiàn)，給6周齡小鼠飼喂無多酚類的食物l周，再口服EGCG一定時間后，胃、小腸和大腸內(nèi)容物和排泄物EGCG的測定結果表明，兒茶素進入動物體內(nèi)后，只有部分在小腸被吸收，從尿液和膽汁中排泄，其余從小腸轉(zhuǎn)移到大腸后會在微生物的作用下被分解排出體外。這說明，EGCG在胃和小腸中較為穩(wěn)定，而在大腸中則有20% ～25%的EGCG被分解［11］。進一步研究發(fā)現(xiàn)，EGCG可通過胃腸道吸收進入血液，但吸收后血液中高峰出現(xiàn)時間及持續(xù)時間存在種屬差異，人大約2 h，大鼠只需1 h，不過4 h后完全消失，血漿中兒茶素的濃度水平一般不超過1μmol/L，游離與結合態(tài)形式的 EGCG、EGC和 EC的總峰濃度在2～3 μmol/L或者更低［12］。

圖1 兒茶素的基本化學結構Fig.1 The basic chem ical structure of catechin

兒茶素被吸收進入人體后，在各器官或組織中的分布對其作用的發(fā)揮也有著極為重要的影響。小鼠灌胃［3H］-EGCG后的組織定位試驗表明，兒茶素可以進入各種測試器官的細胞，但進入不同器官中的速率并不相同，其放射性活度在腦、肺、心、肝、腎、脾、胰腺、子宮、乳腺、睪丸、膀胱、骨及皮膚中都有分布，且在所有的器官中放射性活度都隨時間延長而增加，在24 h內(nèi)達到最大［13］。兒茶素(EC、ECG、EGC和EGCG)在生物體內(nèi)所發(fā)生的主要代謝過程包括葡萄糖醛酸化、硫酸化、甲基化、裂環(huán)代謝等生理活動，最主要的代謝產(chǎn)物是 4’-O-甲基 EGC(4’-O-MeEGC)。研究證實，血漿中4’-O-MeEGC的水平，在飲茶后的2 h即可達到最大值，其濃度比EGC高出4～6倍，血液中半衰期為(4.39 ±1.14)h，高于 EGC 的(91.02 ±0.07)h的半衰期［14］。與EGC 和 EC 相比，EGCG大多以游離形式存在，而EGC和EC主要以結合態(tài)存在，但EGC甲基化的比例要比ECG和EGCG高，且多數(shù)以硫酸酯型為主［15－16］。

3 兒茶素的生物學活性

3.1 抗氧化作用

兒茶素的抗氧化作用主要表現(xiàn)在清除自由基和增加抗氧化酶及其活性2個方面。兒茶素抗氧化力是2－丁基－4－羥基甲苯(BHT)和丁基羥基茴香醚(BHA)的4～6倍，是維生素E的6～7倍、維生素 C的 5～10倍，具有效果好、用量少(0.01% ～0.03%)、無潛在毒副作用的獨特優(yōu)勢，是一種純天然、安全、高效的抗氧化劑。研究發(fā)現(xiàn)，EGCG有一定的疏水性，在DNA分子附近可能有一個較高的聚積，可以更好地捕獲羥自由基(·OH)，達到保護DNA的作用［17］。利用電子自旋共振技術結合免疫分析技術發(fā)現(xiàn)，兒茶素還能清除脂質(zhì)自由基，降低脂質(zhì)過氧化，實現(xiàn)對生物膜結構的保護;同時，兒茶素通過上調(diào)體內(nèi)一些抗氧化酶如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、過氧化氫酶(CAT)等的表達和活性來降低氧化損傷［18］。Leenen 等［19］使 21 名(10名男性和11名女性)健康的志愿者接受單劑量的紅茶和綠茶(每30 m L水中含2 g茶)后，通過鐵離子還原法(FRAP)分析血漿中總兒茶素的含量及抗氧化活性發(fā)現(xiàn)，單劑量的紅茶和綠茶都能顯著提高志愿者體內(nèi)的抗氧化活性，同時他們體內(nèi)總兒茶素的濃度也顯著提高。Kimura等［17］發(fā)現(xiàn)持續(xù)每天攝取茶兒茶素會影響血漿中內(nèi)生(endogenous)的抗氧化劑的濃度，并且兒茶素有維持總抗氧劑活性的潛力。兒茶素是天然優(yōu)質(zhì)的自由基清除劑，可消除體內(nèi)自由基，抑制脂類的過氧化過程，保護細胞膜的結構，提高人體代謝功能與免疫功能，降低血壓與血糖，預防肝臟及冠狀動脈硬化，增加微血管韌性，延緩人體衰老過程。

兒茶素的抗氧化機制在于自身被氧化成醌型結構時，能提供3H+使電位值比兒茶素高的已氧化物質(zhì)還原，從而起到抗氧化作用。因此兒茶素類化合物的抗氧化能力是隨其分子上羥基數(shù)目的多寡而定的(圖2)。楊賢強等［20］采用電子自旋共振(ESR)技術和化學發(fā)光法考察體外黃嘌呤(X)/黃嘌呤氧化酶(XO)及促癌劑(PMA)刺激人多形核白細胞(PMN)呼吸爆發(fā)等產(chǎn)生活性氧自由基的研究表明，茶多酚復合體及主要兒茶素單體清除自由基的反應活性位于A、B和D環(huán)上，對活細胞產(chǎn)生的氧自由基的綜合清除效果明顯，效率可達98%以上，呈顯著的量效關系，優(yōu)于傳統(tǒng)的抗氧化劑維生素E和維生素C。進一步比較茶多酚單體EGCG、EGC和EC及其相應立體異構體沒食子兒茶素沒食子酸酯(GCG)、沒食子兒茶素(GC)和兒茶素的自由基清除能力時發(fā)現(xiàn)，帶有沒食子酸基團的EGCG和GCG對超氧陰離子自由基、單線態(tài)氧、烷類自由基和二苯基苦基苯肼(DPPH)自由基的清除能力強于不帶沒食子酸基團的EGC、GC、EC和(+)-C［21］。在較低的濃度時，兒茶素空間結構對其清除自由基的能力會產(chǎn)生一定的影響。與清除小分子超氧陰離子自由基和單線態(tài)氧相比，空間結構差異對GCG、GC和(+)-C立體異構體EGCG、EGC和EC在清除較大分子的自由基的影響更顯著，尤其是空間位阻較大的GCG和EGCG［22］。

圖2 兒茶素清除脂質(zhì)自由基的可能機制Fig.2 Themechanism of catechin on scavenging lipid free radical

3.2 抗菌作用

兒茶素具有廣譜的抑菌作用，對多種引起人體致病的細菌(如肉毒桿菌)均有抑制的作用，但對腸內(nèi)有益的細菌(如乳酸菌)的繁衍無明顯影響，具有較好的整腸功能［4］。研究表明，兒茶素對致病菌如金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、肺炎支原體、沙眼衣原體、肉毒梭狀芽孢桿菌為代表的2個革蘭氏陽性和7個革蘭氏陰性屬的100多種致病菌有明顯的殺菌或抑菌作用，有效抑制濃度多數(shù)為10～50μg/m L，少數(shù)菌株有效濃度還低至5 μg/m L［3，5］。進一步的動物試驗證實，兒茶素的抑菌消炎作用在體內(nèi)同樣有效，對絕大多數(shù)微生物而言，EGCG和ECG等酯型兒茶素的抑制或殺滅微生物的作用都明顯高于簡單兒茶素和常用抗菌素［23］。業(yè)已證明，EGCG和ECG等兒茶素類能抑制葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，減少葡聚糖的生成量，干擾細菌體之間的糖粘連，對傷寒桿菌、鼠傷寒桿菌、黃色溶血性葡萄球菌、金黃色鏈球菌和痢疾等病原菌具有明顯的抑制作用，效果和抗菌譜均強于黃芩素［24］。研究證實，EGCG逆轉(zhuǎn)金黃色葡萄球菌對四環(huán)素的抗藥性主要與其對細胞膜上的tet(K)或tet(B)四環(huán)素外排泵和細菌黏肽活性的抑制有關，而ECG則是通過沒食子基插入細胞膜間接影響細胞壁物質(zhì)合成實現(xiàn)的［22］。由此推測兒茶素的作用機制可能是通過阻斷NF-κB(對氧敏感的核轉(zhuǎn)錄因子)活性使TNF-β(腫瘤壞死因子β)基因表達降低而達到的。

3.3 免疫調(diào)節(jié)作用

李春美［25］以小鼠遲發(fā)性變態(tài)反應、腹腔巨噬細胞吞噬功能及NK細胞活力為檢測指標，觀察了兒茶素氧化聚合物對小鼠免疫功能的影響。結果顯示，兒茶素氧化聚合物能顯著增強小鼠遲發(fā)性過敏反應、NK細胞活力、腹腔巨噬細胞吞噬功能，并呈顯著的劑量效應關系。據(jù)研究，兒茶素可以使仔豬免疫器官的重量增加，對促進免疫器官生長有一定的作用，但效果介于對照組與半乳甘露寡糖組之間，說明兒茶素的效果不如半乳甘露寡糖明顯［26］。研究證實，兒茶素可促使小鼠骨髓進入增殖周期，加速造血干/祖細胞增殖和分化，進而影響脾臟內(nèi)造血生長因子IL-6和GM-CSF基因mRNA的表達，從而對動物白細胞數(shù)目產(chǎn)生影響，但在實際生長代謝試驗中并不表現(xiàn)為免疫器官重量的顯著增加［27］?？梢?，兒茶素主要通過抑菌和消除自由基損傷改善腸道內(nèi)環(huán)境和血液脂質(zhì)代謝，促進動物生長，對白細胞的影響不能簡單判定為對免疫機能的影響。

4小結

應激導致的機體免疫水平低下、腸道結構損傷及微生態(tài)平衡被破壞等現(xiàn)象都與機體抗氧化作用、清除自由基效果以及促進抗氧化關鍵酶活性密切相關。而目前多數(shù)在畜牧業(yè)方面的應用主要集中在茶類粗提物如茶多酚上，涉及不同兒茶素單體生物學活性及其機制的研究較為缺乏，今后研究的重點就在于如何針對畜禽生理特點和兒茶素生物活性優(yōu)勢，同時結合氨基丁酸、茶氨酸和茶黃素等其他茶類天然活性物質(zhì)進行畜禽復合保健添加劑研發(fā)，以期通過有針對性的外源營養(yǎng)調(diào)控手段改善腸道結構與功能，特別是修復黏膜應激創(chuàng)傷中的氧化損傷和腸道微生物區(qū)系紊亂導致的腸屏障損傷，實現(xiàn)氧化應激損傷與腸道健康的新調(diào)控，在學術價值和實際應用上都具有重要的意義。

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*Corresponding author，associate professor，E-mail:fzyong04@163.com

(編輯 何麗霞)

Catechin:Biological Activity and App lication Potential

CUIZhijie1HE Ling1LIU Zhonghua2FAN Zhiyong1，2*ZHANG Shirui2
WANG Chaoran1YIYu1ZHANG Yunqian1
(1.Engineering Research Center for Feed Safe and Efficient Utilization Ministry of Education，Changsha410128，China;2.National Research Center of Engineering Technology for Utilization of Functional Ingredients from Botanicals，Changsha410128，China)

Stress，especially oxidative stress injury can cause immune dysfunction，intestinal structural damage and m icro-ecological imbalance.Catechin in the tea extracts had some effects on anti-oxidant，scavenging free radical，anti-anaphylaxis，antisepticize，dephlogisticate and enhancing immune function.Those biological roles were reviewed in this paper in order to provide some references for finding new nutritional regulation measures and seeking the antibiotic substitutes.［Chinese Journal of Animal Nutrition，2011，23(10):1664-1668］

catechin;biological activity;application prospect

S816.7

A

1006-267X(2011)10-1664-05

10.3969/j.issn.1006-267x.2011.10.004

2011－04－25

國家植物功能成分利用工程技術研究中心開放課題;湖南省高?？萍紕?chuàng)新團隊資助計劃;湖南省大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目(SCX1111)

崔志杰(1989—)，男，河南商丘人，碩士研究生，研究方向為飼料資源開發(fā)與利用。E-mail:1013513928@qq.com

*通訊作者:范志勇，副教授，E-mail:fzyong04@163.com