茶黃素生物學(xué)活性研究進展

劉昌偉，張梓瑩，王俊懿，周 方，曾鴻哲，張 盛，黃建安，劉仲華,*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶學(xué)教育部重點實驗室，湖南 長沙 410128；2.國家植物功能成分利用工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128；3.植物功能成分利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128；4.中國人民公安大學(xué)偵查學(xué)院，北京 100008）

紅茶作為世界上消費最多的茶類，其占世界茶葉消費總量80%。在紅茶加工過程中形成的一種金黃色色素——茶黃素，被視為紅茶中的“黃金分子”。茶黃素類物質(zhì)主要是由兒茶素及其衍生物在多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）等的催化作用下氧化縮合而成具有苯駢卓酚酮結(jié)構(gòu)的一類化合物的總稱。茶黃素在紅茶中的質(zhì)量分數(shù)約為0.5%～3.0%，對紅茶品質(zhì)的形成起著關(guān)鍵作用，決定紅茶口感的醇厚度與鮮爽度；茶黃素還被報道具有多種藥理功能與保健功效，如降血壓、降血脂、抗氧化、抗腫瘤、保護骨骼健康等，在某些方面甚至優(yōu)于兒茶素。

茶黃素類物質(zhì)的研究與開發(fā)已成為茶葉研究的熱點之一，其不僅具有重要的理論研究價值，而且在食品保健等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于茶葉中茶黃素含量低、茶多酚類化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)極其相似，直接從紅茶中分離出高純度茶黃素與茶黃素單體物質(zhì)十分困難。同時，茶黃素制備的產(chǎn)業(yè)化工藝技術(shù)尚不成熟，呈現(xiàn)產(chǎn)品純度低、成本高、耗能高、產(chǎn)能低等技術(shù)問題，嚴重陰礙了以茶黃素類物質(zhì)及其單體為原料的天然藥物及功能性食品的研究開發(fā)。同時，茶黃素性質(zhì)不穩(wěn)定、生物利用度低、吸收代謝途徑不清晰等原因，茶黃素的具體功效與應(yīng)用的研究有待深入發(fā)掘?；谝陨蠁栴}，本文以茶黃素的理化特性為出發(fā)點，概述茶黃素的多種生物學(xué)活性最新研究進展，以期為茶黃素的開發(fā)與利用提供借鑒。

1 茶黃素性質(zhì)及形成機理

1.1 茶黃素的理化性質(zhì)

茶黃素于1957年由Roberts發(fā)現(xiàn)。迄今為止已在紅茶中發(fā)現(xiàn)25 種茶黃素組分，其中含量最高的是茶黃素（theaflavin，TF1）、茶黃素-3-沒食子酸酯（theaflavin-3--gallate，TF2a）、茶黃素-3’-沒食子酸酯（theaflavin-3’--gallate，TF2b）和茶黃素雙沒食子酸酯（theaflavin-3,3’-di--gallate，TF3）4 種，其具體化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 4 種主要茶黃素的結(jié)構(gòu)式Fig. 1 Structural formulae of four major theaflavins

茶黃素的結(jié)構(gòu)由前體兒茶素的沒食子酰基的數(shù)量和位置決定，其理化性質(zhì)與兒茶素相似，性質(zhì)均活潑，表現(xiàn)出易氧化、穩(wěn)定性差等特點。研究發(fā)現(xiàn)，茶黃素隨著溫度的升高被氧化的速率加快，當茶黃素水溶液處于100 ℃條件下，其在3 h后幾乎全部被氧化。

1.2 茶黃素形成機理

茶黃素的形成是一個極其復(fù)雜的過程。在茶鮮葉中兒茶素（表兒茶素（epicatechin，EC）、表沒食子兒茶素（epigallocatechin，EGC）、表兒茶素沒食子酸酯（epicatechin gallate，ECG）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）等）B環(huán)上的酚羥基在PPO等的介導(dǎo)下氧化形成茶黃素中間體鄰醌，而鄰醌極易氧化聚合、縮合形成茶黃素類和茶紅素類等物質(zhì)（圖2）。此外，鄰醌還能聚合形成茶褐素。Matsuo等發(fā)現(xiàn)鄰苯三酚型兒茶素與鄰苯二酚型兒茶素可在梨來源PPO的催化條件下氧化形成茶黃素類和雙黃烷醇類。實驗證明只有具有三羥基-B-環(huán)黃烷醇和二羥基-B-環(huán)黃烷醇存在時，酶促氧化反應(yīng)才能產(chǎn)生茶黃素。有證據(jù)表明，鄰苯三酚型兒茶素與鄰苯二酚型兒茶素的不同消耗率導(dǎo)致合成的茶黃素含量和茶紅素含量不同。兒茶素在酶催化作用下可形成多種氧化產(chǎn)物，包括茶黃素。兒茶素的酶促氧化過程復(fù)雜多樣，具有重要的研究意義，然而，目前主要研究的是單一的兒茶素氧化途徑，較少涉及多種途徑的同時分析，茶黃素類物質(zhì)形成的機理有待進一步深入研究。

圖2 茶黃素形成機理Fig. 2 Theaflavin formation mechanism

1.3 茶黃素的生物利用度

目前關(guān)于茶黃素生物利用度的研究較少。研究發(fā)現(xiàn)茶黃素的血漿半衰期約為1～3 h，與兒茶素的血漿半衰期相近或略短。相關(guān)志愿者口服700 mg茶黃素后，在血漿和尿液中的峰值水平也僅僅分別為10 μg/L和4.2 μg/L。據(jù)報道，人在攝入茶黃素0～30 h后排出的尿液中未檢測到茶黃素及其II期代謝產(chǎn)物；茶黃素在上消化道或下消化道中均未被檢測到，茶黃素在后小腸中的吸收較差，大部分茶黃素將進入大腸；茶黃素在大腸中被腸道微生物群代謝為小分子化合物，少量被機體吸收利用，口服茶黃素的生物利用度非常低。

在體外糞菌培養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，茶黃素對結(jié)腸細菌的降解具有相對抵抗力，在培養(yǎng)24 h后茶黃素的回收率為67%。茶黃素代謝產(chǎn)生了21 種酚類和芳香族分解代謝物，許多源自沒食子酸和茶黃素的結(jié)腸分解代謝物在體外模型中具有多種潛在的生物學(xué)活性。Chen Huadong等通過液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（liquid chromatograph mass spectrometer，LC-MS）儀檢測到茶黃素極少被人類腸道細胞Caco-2利用，使得茶黃素不易被腸道吸收；茶黃素經(jīng)口服后大部分仍保留在胃腸道的管腔中，經(jīng)腸道微生物吸收代謝后排出體外。Chen Huadong等使用LC-MS測定TF3在雌性C57BL/6J小鼠糞便中的代謝產(chǎn)物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TF3在小鼠體內(nèi)可廣泛代謝，TF3經(jīng)腸道菌群分解代謝后的主要代謝產(chǎn)物有4 種，分別是TF1、TF2a、TF2b和沒食子酸。此外，TF2a、TF2b都能被人體微生物群代謝為TF1、沒食子酸和連苯三酚。其中，植物乳桿菌和枯草芽孢桿菌具有代謝TF3的能力。

生物利用度是評價茶黃素能否在體內(nèi)表現(xiàn)其獨特生物學(xué)活性的關(guān)鍵指標。目前研究表明，茶黃素生物利用度較低，且茶黃素在體內(nèi)的吸收代謝途徑尚未完全清晰，這嚴重陰礙了茶黃素生物學(xué)活性的研究。未來應(yīng)有更多的研究闡明茶黃素在體內(nèi)的吸收代謝機制并結(jié)合納米材料改善茶黃素生物利用度，以實現(xiàn)對茶黃素獨特生物學(xué)活性的充分利用。

2 茶黃素的生物學(xué)活性

茶黃素因其具有多種特殊的生物學(xué)活性而受到消費市場追捧，近年關(guān)于茶黃素的生物學(xué)活性研究也逐步成為熱點。目前，眾多研究表明，茶黃素具有降血脂、抗腫瘤、調(diào)節(jié)血糖、延緩衰老等多種生物學(xué)活性（圖3），并且其作用機制涉及廣泛，包括核因子（nuclear factor，NF）κB、磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase protein kinase B，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）、激活蛋白1（activating protein-1，AP-1）等信號通路，具有多靶點、多環(huán)節(jié)、多效應(yīng)等作用特點。

圖3 茶黃素的生物學(xué)活性Fig. 3 Bioactivity of theaflavins

2.1 抗炎

炎癥是機體對外界不良刺激的一種防御反應(yīng)。炎癥發(fā)生時，炎癥因子如白細胞介素6（interleukin-6，IL-6）等高表達，導(dǎo)致細胞凋亡和組織損傷。NF-κB作為經(jīng)典炎癥通路中的核心分子，其具有炎癥反應(yīng)的“開關(guān)”作用。而茶黃素可以通過降低脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導(dǎo)的IL-6等關(guān)鍵因子的表達水平，抑制細胞內(nèi)NF-κB抑制蛋白（inhibitor of NF-κB，IκB）降解并陰斷NF-κβ信號通路，從而發(fā)揮抑制炎癥的作用。此外，茶黃素還能抑制環(huán)氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX-2）表達，下調(diào)腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）α的誘導(dǎo)作用，陰斷誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，iNOS）、NF-κB的表達，有效預(yù)防炎癥。茶黃素處理可調(diào)節(jié)過氧化物引起的原代小鼠軟骨細胞合成代謝和分解代謝失衡，通過調(diào)節(jié)Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1（Kelch-like epichlorohydrin-associated protein 1，Keap1）/核因子E2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）/血紅素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1），保護軟骨細胞免受衰老和凋亡，改善小鼠骨關(guān)節(jié)炎。

Ukil等發(fā)現(xiàn)TF3能夠顯著抑制三硝基苯磺酸誘導(dǎo)小鼠結(jié)腸中NF-κB的表達，抑制TNF-α等促炎因子的表達，從而減輕炎癥，保護結(jié)腸組織。有研究表明，茶黃素能通過抑制NF-κB等通路減輕腦出血引起的炎癥反應(yīng)和腦損傷。Anandhan等發(fā)現(xiàn)茶黃素能減輕帕金森病中神經(jīng)炎癥，為神經(jīng)退行性疾病的治療提供寶貴的治療策略。TF3能夠抑制iNOS的表達，陰斷NF-κB的活化，減少IκB和LPS誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子NF-κB p65和p50亞基的積累，從而陰止NF-κB的激活，有效預(yù)防巨噬細胞中炎癥的產(chǎn)生。Hosokawa等發(fā)現(xiàn)TF3能陰止人牙齦成纖維細胞中TNF超家族1介導(dǎo)的IL-6產(chǎn)生。此外，TF3呈劑量依賴性預(yù)防人牙齦成纖維細胞中抑瘤素M介導(dǎo)的CXC趨化因子配體10（CXC chemokine ligand 10，CXCL10）產(chǎn)生，有效預(yù)防牙周炎的產(chǎn)生。茶黃素能夠通過調(diào)節(jié)腸道菌群，維持腸道免疫穩(wěn)態(tài)和屏障功能完整性，從而緩解葡聚糖硫酸鈉鹽誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎。這些研究表明，茶黃素可作為預(yù)防和治療炎癥的補充治療劑，具有潛在的藥用價值。

2.2 抗氧化

茶黃素是紅茶中主要的抗氧化成分，能夠有效清除自由基、螯合金屬離子、抑制促氧化酶活性等，具有優(yōu)異的抗氧化活性。多羥基結(jié)構(gòu)是茶黃素抗氧化作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，其具有很強的提供質(zhì)子能力，能夠有效清除機體產(chǎn)生的自由基，從而達到抗氧化的作用。此外，茶黃素還能激活相關(guān)過氧化酶的活性，從而發(fā)揮抗氧化作用。由于茶黃素羥基的數(shù)目較兒茶素更多，其抗氧化能力較兒茶素更強，能清除活性氧（reactive oxygen species，ROS），并防止羥自由基誘導(dǎo)的體外DNA損傷。其中，TF3在清除過氧化氫和羥自由基方面最為有效。

He Jinting等比較分析了茶黃素單體與EGCG清除羥自由基的能力，發(fā)現(xiàn)茶黃素單體清除羥自由基的能力均強于EGCG，且茶黃素能夠有效保護HPF-1細胞免受自由基損傷。高茶黃素的紅茶提取物可有效改善氧化應(yīng)激以及對急性無氧間歇訓(xùn)練的延遲性肌肉酸痛反應(yīng)，從而提高從事高強度無氧運動運動員的恢復(fù)率，增加運動員的運動頻率。茶黃素可通過增加超氧化物歧化酶和谷胱甘肽水平來減弱乙醇誘導(dǎo)的小鼠胃黏膜上皮細胞的氧化應(yīng)激和凋亡，從而降低ROS和丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平，達到保護胃黏膜的作用。

2.3 抗代謝綜合征

代謝綜合征是指人體的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等物質(zhì)發(fā)生代謝紊亂的病理狀態(tài)，主要呈現(xiàn)肥胖、血脂異常等多種代謝紊亂集于一身的特點。隨著生活水平的提高，代謝綜合征的病例逐年遞增，越來越多的人受到代謝綜合征困擾。因此，找到一種通過膳食方法調(diào)節(jié)/預(yù)防代謝紊亂疾病發(fā)生發(fā)展的膳食補充劑已經(jīng)刻不容緩。

脂肪代謝紊亂是代謝綜合征的主要誘因之一，茶黃素可通過以下幾種途徑減少脂肪的生成，從而預(yù)防脂肪肝和肥胖的發(fā)生：1）通過下調(diào)表皮生長因子和受體PI3K/Akt/Sp-1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，陰斷腸上皮細胞中NF-κB的活化，抑制脂肪酸合成酶的表達；2）通過抑制單磷酸腺苷激活蛋白激酶（adenosine 5’-monophosphateactivated protein kinase，AMPK）來抑制乙酰輔酶A羧化酶活性，減少脂質(zhì)積累，通過抑制前脂肪干細胞向脂肪細胞的分化，減少脂肪的產(chǎn)生；3）抑制3T3-L1前脂肪細胞的增殖和分化，并降低細胞內(nèi)甘油三酯的含量。此外，茶黃素通過抑制腸道-葡萄糖苷酶的活性，導(dǎo)致葡萄糖吸收降低，從而有效抑制餐后高血糖的發(fā)生，降低糖尿病發(fā)生的幾率。每日定期攝入紅茶可改善氧化應(yīng)激、炎癥等并降低2型糖尿?。╠iabetes mellitus type 2，T2DM）患者的血清C反應(yīng)蛋白水平。Kumar等發(fā)現(xiàn)紅茶提取物能夠改善糖尿病大鼠血糖并降低蛋白質(zhì)和脂質(zhì)過氧化水平，有助于TD2M和肥胖相關(guān)代謝綜合征風(fēng)險人群的持續(xù)健康。茶黃素可使糖尿病Wistar大鼠血漿胰島素、總血紅蛋白水平和體質(zhì)量降低。同時，糖尿病大鼠在服用茶黃素后體內(nèi)抗氧化酶、糖原合成酶以及糖原磷酸化酶等與糖尿病相關(guān)的關(guān)鍵酶活性改變，從而降低了大鼠血糖水平。

2.4 預(yù)防心血腦管疾病

心腦血管疾病一般是指由高脂血癥、血液黏稠、動脈粥樣硬化、高血壓等心、腦及全身問題引起的缺血性或出血性疾病。這些疾病具有高患病率、高發(fā)病率和高死亡率的特點，嚴重威脅著人類健康，尤其是老年人群。隨著生活水平的日益提高，心腦血管疾病已成為威脅人類健康的非傳染性疾病之一，心腦血管的保護和防治一直是醫(yī)學(xué)研究熱點。研究發(fā)現(xiàn)茶黃素具有優(yōu)異的預(yù)防心腦血管疾病的活性。茶黃素通過多種機制發(fā)揮其有益作用，如抗增殖、抗炎和抗血栓形成，以及維持血管內(nèi)皮功能和血壓穩(wěn)定。

研究發(fā)現(xiàn)茶黃素能夠顯著提高血管內(nèi)皮細胞活力，降低乳酸脫氫酶釋放量，維持NO水平，降低胞內(nèi)ROS水平及MDA的產(chǎn)生，提高抗氧化酶活力，并抑制細胞凋亡，同時茶黃素能夠激活Nrf2/HO-1通路，有效抑制HO誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細胞氧化應(yīng)激損傷。一項動物研究證實了茶黃素可有效預(yù)防高脂飲食Wistar大鼠肥胖，茶黃素能夠有效降低大鼠體內(nèi)膽固醇、低密度脂蛋白和甘油三酯的積累。此外，茶黃素通過抑制氧化酶活性和超氧化物的產(chǎn)生，改善線粒體氧化應(yīng)激，減少ROS的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)各種血管舒張因子和血管收縮因子水平，維持血管張力，從而有效預(yù)防動脈粥樣硬化。越來越多的證據(jù)表明，茶黃素有助于血管健康。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，TF3能顯著降低人HepG2肝癌細胞中的脂滴堆積，并抑制血漿中激肽釋放酶的激活，進一步證明了其能激活A(yù)MPK及其下游靶點，有效預(yù)防非酒精性脂肪肝。在一項研究中，對24 名健康志愿者進行體內(nèi)驗證實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)500 mg兒茶素和500 mg茶黃素能夠改善血管功能，逆轉(zhuǎn)冠心病患者的內(nèi)皮血管舒縮功能障礙，降低心血管疾病的發(fā)生率。人體在6 個月內(nèi)連續(xù)攝入富含多酚的紅茶會導(dǎo)致收縮壓和舒張壓降低。Hodgson等發(fā)現(xiàn)人體1 d內(nèi)飲用3 杯含有429 mg紅茶多酚的茶，收縮壓降低0.2 mmHg。一項隨機雙盲對照實驗發(fā)現(xiàn)，長期飲用紅茶可降低收縮壓和舒張壓。在敲除基因的小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，攝入茶黃素可提高NO利用度，修復(fù)受損動脈細胞，降低血液黏稠度，從而緩解動脈粥樣硬化。

雖然茶黃素預(yù)防心腦血管疾病的功效已得到充分證實，但其確切作用機制仍有待闡明。因此，需要更多的研究來解釋茶黃素預(yù)防和治療心血管疾病的作用機制，并指導(dǎo)以茶黃素為原料的功能食品及藥物的開發(fā)。

2.5 抗腫瘤

惡性腫瘤導(dǎo)致的高死亡率一直是全世界公共衛(wèi)生體系面臨的重大挑戰(zhàn)。如何控制惡性腫瘤的發(fā)生，并尋找治愈方法一直是全世界科學(xué)家共同關(guān)注的重大科學(xué)問題。諸多研究表明茶黃素具有抗癌功效，可作為一種潛在的抗癌藥物。茶黃素通過預(yù)防腫瘤的產(chǎn)生、誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡等多種方式來預(yù)防、減輕乃至治療腫瘤，其機制如圖4所示。凋亡是細胞內(nèi)一種清除機體內(nèi)異?；蚴軗p細胞的自我保護性機制。1）茶黃素通過改變調(diào)亡蛋白受體，調(diào)節(jié)促凋亡蛋白Bax和抗凋亡蛋白Bcl-2的比例并且調(diào)節(jié)p53和p21的表達來抑制NF-κB活性，誘導(dǎo)DNA損傷，染色質(zhì)固縮，從而促進癌細胞凋亡。2）茶黃素激活p53、ROS等介導(dǎo)的Bax途徑使線粒體跨膜電位喪失，從而釋放細胞色素C（cytochrome C，Cyt C）進而激活凋亡級聯(lián)反應(yīng)來誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡。3）茶黃素抑制癌細胞中COX-2、TNF-α，iNOS和NF-κB表達，表現(xiàn)出抗炎活性，預(yù)防癌癥的發(fā)生。4）茶黃素（10～50 μmol/L）能夠抑制癌細胞基因及周期蛋白等表達，從而抑制結(jié)腸癌細胞的生長，并在一定程度上抑制COX-2和iNOS合成酶活性，抑制NO的產(chǎn)生，降低IκB激酶（IκB kinase，IKK）活性，陰斷NF-κB的核易位，誘導(dǎo)癌細胞凋亡；茶黃素還能減少細胞中的ROS，降低氧化應(yīng)激，有效預(yù)防癌癥的發(fā)生。

圖4 茶黃素抗癌機制Fig. 4 Anticancer mechanism of theaflavins

在乳腺癌患者中，茶黃素誘導(dǎo)突變，激活JNK，啟動細胞死亡程序，損壞線粒體膜電位，促進Cyt C釋放和活化Caspase-9，誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡。茶黃素誘導(dǎo)Wnt/Hh途徑中-連環(huán)蛋白/Gli1靶基因如、，表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）等表達下調(diào)和E-鈣黏蛋白表達上調(diào)，有效降低肝癌的發(fā)生率。此外，茶黃素以劑量依賴性方式抑制蛋白酶體的胰凝乳蛋白酶樣和20S蛋白酶體活性，抑制人多發(fā)性骨髓瘤細胞的增殖。茶黃素（50 μg/mL）和EGCG（20 μg/mL）以較低劑量協(xié)同作用抑制細胞周期蛋白表達誘導(dǎo)HeLa細胞細胞周期停滯于G2/M期，并有效誘導(dǎo)線粒體凋亡信號，引起細胞線粒體膜電位損失，最終以協(xié)同方式導(dǎo)致HeLa細胞凋亡。TF3通過降低COX-2和iNOS的表達導(dǎo)致HCT116細胞周期停滯于G2期，降低癌癥蛋白Bcl-xL表達，增加Bax表達，促進腫瘤細胞凋亡。同時，TF3還可以有效減輕抗癌藥物對正常細胞的毒性。

腫瘤細胞轉(zhuǎn)移是癌癥患者死亡的主要原因，腫瘤細胞轉(zhuǎn)移由眾多基因所調(diào)控，其中包括等。茶黃素能夠通過抑制轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）磷酸化，下調(diào)STAT3下游蛋白的表達，抑制腫瘤細胞的侵襲及轉(zhuǎn)移。在人前列腺癌細胞異植模型中，茶黃素通過抑制血管內(nèi)皮生長因子表達，抑制血管生成。在人表皮鱗狀細胞癌A431細胞中，TF3抑制EGFR等自磷酸化，實現(xiàn)對腫瘤細胞轉(zhuǎn)移和毛細血管形成的抑制。

眾多研究表明茶黃素具有優(yōu)異的抗癌活性。但目前茶黃素作為抗癌抑制劑應(yīng)用到臨床還有諸多挑戰(zhàn)，如茶黃素抗癌機制尚未完善，茶黃素穩(wěn)定性差，潛在毒性尚未清晰?？傊椟S素作為抗癌藥物還需要更多研究去證明。

2.6 保護肌肉健康

肌肉占人體質(zhì)量的70%左右，不僅為人體的生命活動提供能量，還是機體糖脂代謝與胰島素作用的主要器官，保障肌肉健康是維持人體生命質(zhì)量、抵抗慢性疾病的重要手段。劇烈運動、衰老和疾?。ㄐ牧λソ?、慢性陰塞性肺疾病、癌癥等）均可提高ROS水平，導(dǎo)致骨骼肌收縮功能障礙，加劇疲勞的發(fā)生，嚴重者還可引發(fā)肌肉萎縮。細胞自身抗氧化能力難以陰止氧化應(yīng)激的不斷發(fā)生時，即需外源抗氧化劑作為膳食營養(yǎng)補充促使機體重新恢復(fù)平衡。茶黃素作為一種純天然、安全高效的抗氧化劑具有效果顯著、用量少、無潛在毒副作用的優(yōu)勢，能夠通過清除自由基和提高抗氧化酶活性來發(fā)揮抗氧化性能。

Basu等研究發(fā)現(xiàn)茶黃素可通過對骨骼肌中Ca和iNOS的調(diào)控增強骨骼肌收縮作用，而茶紅素無此影響。進一步研究表明，茶黃素在增強骨骼肌性能上具有與(-)-表兒茶素相似的效應(yīng)，其可通過激活NO信號誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長因子水平升高來促進組織血管形成，還可增加線粒體數(shù)量和線粒體生物合成的信號，從而增強肌肉需氧代謝的能力，延緩肌肉疲勞，增強小鼠運動耐力。此外，茶黃素還能激活PI3K和AMPK的磷酸化，誘導(dǎo)糖原合成酶激酶3β失活，誘導(dǎo)肌管細胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白易位和糖原積累，促進葡萄糖吸收，為骨骼肌生長發(fā)育提供充足的能量。Qu Zhihao等研究了4 種茶黃素單體對骨骼肌C2C12細胞生物學(xué)活性的影響，發(fā)現(xiàn)TF1（20 μmol/L）能顯著提高肌細胞的融合指數(shù)、成熟肌管數(shù)量和肌管發(fā)育程度（圖5）；進一步驗證發(fā)現(xiàn)TF1能夠調(diào)節(jié)肌細胞退出細胞周期，誘導(dǎo)成肌細胞因子（生肌決定因子（myogenic differentiation，MyoD）、肌細胞生成素（myogenin，MyoG）、肌球蛋白重鏈（myosin heavy chain，MyHC））的釋放，加速成肌細胞分化，并且調(diào)節(jié)肌細胞的黏附力和成熟肌管的機械性能，促進肌細胞的遷移、融合和發(fā)育，從而調(diào)節(jié)肌管力學(xué)性能，延緩肌肉衰老。

圖5 TF1延緩肌肉衰老的機制[95]Fig. 5 Mechanism by which TF1 delays muscle aging[95]

在一項隨機雙盲安慰劑對照實驗中，30 名日本健康男性和女性受試者接受茶黃素（50 mg/d或100 mg/d）或兒茶素（400 mg/d），10 周后，與安慰劑相比，茶黃素給藥顯著改善了體脂率、皮下脂肪占比和骨骼肌占比，口服茶黃素可顯著提升健康個體的肌肉質(zhì)量。Kudo等發(fā)現(xiàn)口服茶黃素后小鼠能量消耗增加，同時激活棕色脂肪組織和腓腸肌中解偶聯(lián)蛋白和過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）共激活因子-1α（PPARγ co-activator 1α，PGC-1α）mRNA表達和AMPK磷酸化，促進脂肪酸氧化和脂肪分解，有效增強小鼠肌肉性能。大鼠灌胃茶黃素后能夠促進p38 MAPK的磷酸化，上調(diào)PGC-1α等與線粒體生成相關(guān)標志蛋白的含量，并進一步刺激肌細胞增強因子2A、細胞內(nèi)皮因子分泌量的增加，促進線粒體與毛細血管的產(chǎn)生，增強了大鼠的抗疲勞能力。肌肉蛋白的合成主要由PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）等能量代謝通路介導(dǎo)。灌胃含有茶黃素的營養(yǎng)素能夠緩解小鼠線粒體功能障礙，有效逆轉(zhuǎn)半乳糖誘導(dǎo)的肌肉損傷。

Arent等研究發(fā)現(xiàn)運動員在連續(xù)9 d補充含700 mg茶黃素的紅茶提取物后，高強度無氧運動后引發(fā)的肌肉酸痛、氧化應(yīng)激和炎癥得到有效改善。但該實驗沒有評估恢復(fù)后肌肉酸痛強度和皮質(zhì)醇水平。研究發(fā)現(xiàn)，志愿者連續(xù)28 d補充含有茶黃素的混合多酚后，激烈運動所引起的骨骼肌中外源性（caspase 8）和內(nèi)源性（JNK、Bcl-2）凋亡信號蛋白的表達量降低，從而改善了肌肉損傷，加速肌肉恢復(fù)。茶黃素能夠?qū)剐∈箅跎窠?jīng)膈膜制備中蛇毒所誘導(dǎo)的不可逆神經(jīng)肌肉陰滯，在質(zhì)量濃度5 μg/mL蛇毒液條件下，茶黃素可維持部分肌肉活動，保護肌肉免受毒液的損傷。TF3能夠抑制新生大鼠心肌細胞中Akt、細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular signalregulated protein kinases，Erk）1/2和p38 MAPK激活，顯著降低ROS在細胞內(nèi)的水平，抑制炎癥的產(chǎn)生，有效保護心臟肌肉組織。TF3以劑量和時間依賴性的方式激活磷酸化AMPK表達，抑制縫隙連接蛋白Cx43和相關(guān)自噬蛋白的表達，抑制心肌細胞自噬，保護心肌細胞免受高糖條件所引起的脂毒性和再灌注損傷。

2.7 保護骨骼健康

低骨密度或骨質(zhì)疏松癥是老年人骨折的最重要危險因素。骨質(zhì)穩(wěn)態(tài)中不可缺少的破骨細胞在骨質(zhì)疏松癥中起著關(guān)鍵作用。茶黃素能降低破骨細胞在機體內(nèi)的活性，促使其凋亡并可通過下調(diào)原癌基因蛋白c-Fos表達、抑制NF-κB信號傳導(dǎo)來抑制破骨細胞的生成，通過調(diào)節(jié)成骨細胞介導(dǎo)的骨形成與破骨細胞介導(dǎo)的骨吸收，建立骨量動態(tài)平衡能夠有效抑制骨質(zhì)疏松的發(fā)生。茶黃素還能通過陰斷NF-κB和MAPK信號通路抑制LPS誘導(dǎo)的IL-6、MCP-1在骨髓巨噬細胞中的表達，抑制炎癥的發(fā)生，減少骨質(zhì)丟失，有效保護骨骼健康。紅茶中的TF3通過抑制破骨細胞中基質(zhì)金屬蛋白酶2（matrix metalloprotein 2，MMP-2）mRNA的表達，抑制MMP-2和MMP-9活性，誘導(dǎo)破骨細胞和肌動蛋白環(huán)的數(shù)量減少，從而預(yù)防骨質(zhì)疏松癥和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎。一項研究發(fā)現(xiàn)，紅茶提取物能夠減少破骨細胞活性和數(shù)量，增加骨礦物含量和強度，從而修復(fù)雌性大鼠因切除卵巢引發(fā)的骨丟失，有效保護骨骼健康。Karmakar等發(fā)現(xiàn)紅茶提取物能夠緩解由非酒精性脂肪性肝炎引發(fā)的骨代謝異常，避免大鼠骨骼損傷。過量的ROS積累可導(dǎo)致軟骨穩(wěn)態(tài)紊亂。茶黃素能夠降低MMP-13、IL-1和軟骨糖蛋白的表達，抑制軟骨退化過程中ROS的產(chǎn)生，從而抑制氧化應(yīng)激所引起的細胞凋亡和DNA損傷。此外，茶黃素還能增強谷胱甘肽過氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性，降低磷酸化Akt和基因的表達水平，陰止軟骨退化。因此，茶黃素有可能成為預(yù)防骨質(zhì)疏松、保護骨骼健康的候選藥物。

2.8 抑菌、抗病毒

流行病學(xué)研究表明，茶黃素的抗菌抗病毒活性優(yōu)異。研究發(fā)現(xiàn)，茶黃素能夠通過抑制細菌中1-脫氧--木酮糖-5-磷酸還原異構(gòu)酶活性，從而達到抑菌的目的，其中TF3的抑菌效果最優(yōu)。TF3通過抑制烯醇化酶、乳酸脫氫酶、F型ATP酶等活性來抑制鏈球菌生物膜的產(chǎn)生，從而預(yù)防齲齒的產(chǎn)生。紅茶提取物能夠顯著抑制由變形鏈球菌和嗜酸乳桿菌引起口腔疾病。茶黃素類物質(zhì)抗病毒效果顯著，能夠顯著抑制輪狀病毒和冠狀病毒活性。茶黃素衍生物能夠有效抑制人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）活性，預(yù)防HIV傳播。Ohba等對2 080 種化合物進行抗病毒活性篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TF2a、TF2b和TF3對貓杯狀病毒、小鼠諾如病毒和豬沙波病毒表現(xiàn)出較強的抗病毒活性。茶黃素還能能降低病毒顆粒感染性，抑制流感病毒的傳播，其中茶黃素對乙型流感病毒的抑制效果強于兒茶素。

新型冠狀病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19）（后簡稱為新冠肺炎）是由一種新型的陽性單鏈核糖核酸冠狀病毒-非典型肺炎冠狀病毒引起的傳染病。已知這種病毒性疾病會感染呼吸系統(tǒng)，最終導(dǎo)致肺炎。新冠肺炎目前已成為危害人類健康的大流行病，尋找預(yù)防及治療新冠的方法至關(guān)重要。Mhatre等使用EGCG和TF3對可能與SARS冠狀病毒2型（SARSCoV-2）結(jié)合的34 個靶標結(jié)合位點進行了分子對接并評分發(fā)現(xiàn)，它們具有能夠與SARS-CoV-2結(jié)合的靶標對接位點，可抑制病毒活性，這為茶黃素預(yù)防和治療新冠肺炎提供了一些可能。冠狀病毒中的蛋白需要經(jīng)3CL蛋白酶切割后才能發(fā)揮功能。Jang等發(fā)現(xiàn)EGCG和茶黃素能夠以劑量依賴性的方式抑制SARS-CoV-2中3CL蛋白酶的活性，從而抑制SARS-CoV-2增殖；其中EGCG對SARS-CoV-2的半抑制質(zhì)量濃度為7.58 μg/ mL，茶黃素為8.44 μg/ mL。由此可見，EGCG和茶黃素對預(yù)防及治療新冠肺炎可能具有一定作用。

目前，茶黃素的抑菌、抗病毒機制尚不清楚，不同茶黃素單體抑菌、抗病毒效果如何仍不明確。茶黃素作為殺菌、抗病毒藥物使用（特別是預(yù)防、抵御新冠病毒），仍需進一步深入研究。

2.9 其他潛在的生理活性

在年輕小鼠下丘腦神經(jīng)干細胞中一種長的非編碼RNA Hnscr表達豐富，但在中年小鼠中表達量明顯減少，Hnscr的耗竭使得小鼠下丘腦神經(jīng)干細胞呈現(xiàn)衰老和衰老樣表型。Xiao Yuzhong等通過分子對接，發(fā)現(xiàn)TF2a能夠模擬Hnscr的作用，使用TF2a治療衰老小鼠，可以緩解下丘腦神經(jīng)干細胞衰老，并改善衰老相關(guān)的病征。

茶黃素能夠激活Caco-2細胞中AMPK通路，增加腸道上皮細胞中緊密連接相關(guān)蛋白的表達，增強腸屏障功能，從而更好地抵御抗原入侵。體內(nèi)、體外實驗研究表明，茶黃素能夠改善小鼠體內(nèi)胃腸道轉(zhuǎn)運，在小鼠回腸中，茶黃素降低了電場刺激的大鼠胃部的非腎上腺素能、非膽堿能釋放，進而增強了小鼠回腸對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)。因此，茶黃素可作為一種潛在的腸道疾病治療藥物。

茶黃素還具有保肝護肝的功能。研究發(fā)現(xiàn)，口服質(zhì)量分數(shù)40%的茶黃素能夠顯著改善小鼠肝星狀細胞的纖維化狀態(tài)和活化，茶黃素通過轉(zhuǎn)化生長因子等重要蛋白的表達，抑制肝臟纖維化，從而達到護肝作用。此外，茶黃素能呈劑量依賴抑制前帕金森病神經(jīng)毒素的自氧化，防止SH-SY5Y細胞活力喪失，降低線粒體膜電位，抑制細胞凋亡，從而有效抑制帕金森病的發(fā)生。茶黃素還能防輻射，有效保護人體皮膚。研究發(fā)現(xiàn)，紅茶提取物通過抑制紫外線波段B（ultraviolet radiation B，UVB）誘導(dǎo)的EGFR磷酸化，促進和基因的表達，減少c-Fos和p53蛋白的積累，從而有效預(yù)防UVB光誘導(dǎo)的小鼠皮膚癌變。

3 結(jié) 語

茶黃素在紅茶中含量低且茶黃素各單體間結(jié)構(gòu)極相似，難以直接從紅茶中分離得到高純度茶黃素和茶黃素單體，未能滿足醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域研究的需求。在未來茶黃素的開發(fā)中，可從微生物中尋找酶制備茶黃素。利用基因剪切技術(shù)將催化合成茶黃素的酶基因轉(zhuǎn)移到微生物體內(nèi)，利用微生物繁殖能力強、代謝產(chǎn)物多的特點，使微生物生產(chǎn)酶制劑并制備成固定化酶，能夠有效增強生物酶的催化效率和循環(huán)使用次數(shù)。同時，充分利用各優(yōu)勢同工酶組分，發(fā)展多菌株、多菌種、多酶源，利用混合發(fā)酵與生物傳感器以及現(xiàn)代分離純化技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)大規(guī)模現(xiàn)代化工廠制備茶黃素，為高含量茶黃素及單體的生物學(xué)活性研究提供可能。

此外，茶黃素在人體內(nèi)的吸收代謝與毒副作用還未可知。關(guān)于茶黃素生物學(xué)活性的研究目前僅局限于細胞及動物實驗層面，極少進行臨床試驗，相關(guān)機制尚未完善，這些機制包括與許多細胞信號通路的相互作用，有效發(fā)揮茶黃素的生物學(xué)活性。然而，對于茶黃素與細胞相互作用、其細胞靶點和確切作用機制等仍有待建立。這些重要信息有助于闡明茶黃素生物學(xué)活性的作用機理，為茶黃素類物質(zhì)開發(fā)的開發(fā)提供理論依據(jù)。