L-茶氨酸抗氧化作用的研究進(jìn)展

李成艦, 羅 樂, 黃春花

(1.永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)系,湖南永州 425100;2.湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)藥技術(shù)學(xué)院,湖南衡陽 421005)

茶氨酸是源自茶葉中的一種特有的非蛋白氨基酸,化學(xué)名為 N-乙基-γ-谷氨酰胺(N-ethyl-γ-L-glutamine),極易溶于水,在體內(nèi)降解為谷氨酸和乙胺。茶葉中的茶氨酸均為L型,而合成的茶氨酸大部分為L型和D型的混合物,其中前者在體內(nèi)的生物活性遠(yuǎn)高于后者[1]。L-茶氨酸是茶葉中的主要功能成分之一,而且還具有抗氧化[2]、抗衰老[3]、增強機體免疫[4-5]、松弛神經(jīng)緊張[6]等生理活性功能。

亞急性和慢性毒性試驗研究表明,L-茶氨酸在每天4 000 mg/kg劑量范圍未出現(xiàn)任何不良反應(yīng)和毒副作用[7],其急性、亞急性、亞慢性、慢性、遺傳毒性與誘變性的相關(guān)研究結(jié)果也顯示安全[8-9],L-茶氨酸作為食品添加劑在日本和歐美發(fā)達(dá)國家等已得到廣泛應(yīng)用,中國國家衛(wèi)生和計劃生育委員會2014年發(fā)布公告(2014年第15號)批準(zhǔn)茶葉茶氨酸(L-茶氨酸)作為新食品原料使用。為促進(jìn)L-茶氨酸進(jìn)一步開發(fā)利用,本文就L-茶氨酸抗氧化作用及其機理的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,以期為L-茶氨酸的進(jìn)一步研究和功能產(chǎn)品的開發(fā)利用提供參考。

1 L-茶氨酸的生物學(xué)作用

1.1 抗氧化作用

1.1.1 提高內(nèi)臟組織和細(xì)胞的抗氧化能力

L-茶氨酸能提高內(nèi)臟組織和細(xì)胞的抗氧化能力,減輕氧化應(yīng)激所致的損傷。郭晨等[10]研究表明,在熱應(yīng)激條件下,灌喂L-茶氨酸(300 mg/kg)提高了雄性小鼠(8周齡)肝臟超氧化物歧化酶(super oxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽過氧物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)、過氧化氫酶(catalase,CAT)活性,降低丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量,從而減輕肝臟氧化損傷。研究表明,L-茶氨酸經(jīng)口服,提高雌性大鼠(7～8周齡)肝臟MnSOD和Gpx1的活性,減少肝臟活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)的產(chǎn)生,減緩腸毒素大腸埃希桿菌(enterotoxic Escherichia coli,ETEC)誘導(dǎo)肝臟氧化損傷[11]。據(jù)報道,經(jīng)L-茶氨酸(8 mg/kg)處理后,減少CCl4(0.4 g/kg)誘導(dǎo)大鼠(3周齡)肝臟脂質(zhì)過氧化物(lipid peroxide,LPO)和自由基含量,降低白介素(interleukins,IL)-1、IL-6、P65及肝臟中β型轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factors,tgf-β)和結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor,CTGF)的表達(dá),降低肝損傷和預(yù)防肝硬化[12]。據(jù)報道,L-茶氨酸抑制CCl4引起小鼠肝臟谷胱甘肽(glutathione,GSH)水平的下降和 SOD、CAT、谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase,GR)活性的降低,降低肝臟LPO,從而減輕了肝臟氧化損傷[13]。研究表明,腹腔注射L-茶氨酸(10 mg/kg)能使小鼠肝臟中GSH增加從而降低酒精引起的肝臟氧化損傷[14]。還有研究結(jié)果顯示L-茶氨酸(1 mmol/L)處理提高ICR小鼠肝(18～22 g)細(xì)胞GSH含量和 SOD活性,恢復(fù)被乙醇(200 mmol/L)導(dǎo)致的肝細(xì)胞抗氧化能力的降低[15]。

進(jìn)一步研究顯示,小鼠(6～8周齡)口服L-茶氨酸(10 mg/kg)能抑制印多新(消炎藥,18 mg/kg)造成的胃潰瘍,降低胃組織MDA和羰基蛋白含量,促進(jìn)胃潰瘍的修復(fù)[16]。劉遵瑩等[17]研究中,L-茶氨酸(100～500 mg/kg)提高小鼠回腸組織中GSH-Px和CAT活性,減少MDA含量和降低iNOS活性,降低血清中腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF-α)、IL-1β 和細(xì)胞間黏附分子 1(intercellular adhesion molecules-1,ICAM-1)的表達(dá),減少ETEC引起的小鼠腸道組織氧化損傷及其介導(dǎo)的炎癥。Tsai等[18]的研究顯示,L-茶氨酸灌胃(15 mg/kg)能夠清除 P物質(zhì)(substance P,SP,60μg/kg)引起大鼠(220～250 g)膀胱活性氧(reactive oxygen species,ROS)、H2O2及次氯酸(HOCl)含量增加,有效地減輕SP引起的雌性大鼠膀胱氧化損傷。此外,L-茶氨酸(100 mg/kg)可顯著減少支氣管肺泡的ROS,降低免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)、白介素、干擾素等水平,從而減輕卵蛋白素激發(fā)的雌性ICR小鼠(6周齡)過敏性哮喘[19]。筆者近期研究表明,灌服L-茶氨酸兩周增加了大鼠心臟總SOD與CAT活性,減少了一氧化氮含量,從而對心臟起到保護(hù)作用[20]。李寧等[21]實驗表明,在育肥豬日糧中添L-茶氨酸(1 000 mg/kg),可提高育肥豬血液中GSH-Px,增加育肥豬機體抗氧化能力。

1.1.2 提高腦組織的抗氧化能力

L-茶氨酸能提高腦組織的抗氧化能力,減輕氧化應(yīng)激所致的神經(jīng)細(xì)胞損傷。王慶利等[22]研究表明,L-茶氨酸能顯著提高大鼠血清、腦組織SOD活性,降低 MDA含量,從而減少了大鼠腦缺血氧化損傷。劉顯明等[3]認(rèn)為,L-茶氨酸能夠顯著提高D-半乳糖誘導(dǎo)的亞急性衰老小鼠機體組織的SOD活性和乙酰膽堿酯酶活性,降低MDA含量,從而減輕脂質(zhì)過氧化程度,增強中樞膽堿能系統(tǒng)的功能,從而提高記憶力。研究表明,用L-茶氨酸(4 mg/kg)預(yù)處理,可使認(rèn)知障礙模型小鼠大腦以及血清中抗氧化因子SOD、GSH、CAT恢復(fù)正常水平,預(yù)防CRS引起的小鼠認(rèn)知障礙和腦組織氧化損傷[23]。

茶氨酸可通過增加 PLC-β1、PLC-γ1 的表達(dá),保護(hù)大鼠皮層神經(jīng)細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞免于氧化應(yīng)激損傷[24]。彭彬等[25]的研究顯示,灌服L-茶氨酸(100 mg/kg)的抑郁大鼠血清與大腦皮層中SOD活力與GSH-Px含量顯著上升,減輕抑郁大鼠腦組織氧化損傷,達(dá)到抗抑郁的作用。還有研究表明,口服L-茶氨酸(200 mg/kg),明顯降低鋁化物(AlCl3,4.2 mg/kg)所致的大鼠(200～250 g)大腦、小腦、海馬區(qū)LPO含量升高,提高了腦組織抗氧化酶GSH、SOD、GSH-Px、GR含量,改善腦神經(jīng)損傷,恢復(fù)腦功能結(jié)構(gòu)[26]。進(jìn)一步研究表明,L-茶氨酸(200 mg/kg,口服)預(yù)處理,降低多氯聯(lián)苯(Aroclor 1254,2 mg/kg)誘導(dǎo)的蛋白羰基、LPO的含量、使腦組織 CAT、GSH、SOD 的含量、GSH-Px、GR、乙酰膽堿酯酶活性的活性恢復(fù)至正常水平,減緩多氯聯(lián)苯所致腦組織氧化損傷和神經(jīng)毒性,使大鼠學(xué)習(xí)與認(rèn)知功能趨于正常[27]。此外,L-茶氨酸還通過恢復(fù)細(xì)胞抗氧化物質(zhì)的含量和抗氧化酶的活性而減少神經(jīng)毒劑(魚藤酮和狄氏劑)所致的多巴胺能細(xì)胞(SH-SY5Y)毒性損傷[28]。

1.1.3 與其他物質(zhì)合用增強抗氧化功能

1.1.3.1 與胱氨酸合用增強機體抗氧化能力

L-茶氨酸與胱氨酸合用,能增強機體抗氧化能力。機體的GSH水平與谷氨酰半胱氨酸合成酶的基因表達(dá)隨著機體衰老而減少。L-茶氨酸在體內(nèi)的主要代謝產(chǎn)物L(fēng)-谷氨酸與半胱氨酸及甘氨酸共同合成GSH,L-茶氨酸與胱氨酸單用或聯(lián)用能增加細(xì)胞中GSH合成,增強抗氧化能力[29-30]。給老齡(24個月)小鼠口服胱氨酸和茶氨酸能通過增加細(xì)胞內(nèi)GSH合成,從而增強老齡動物的抗氧化能力[31]。

1.1.3.2 與化療藥物合用減輕化療藥物的毒副作用

L-茶氨酸與化療藥物合用,能減輕化療藥物的毒副作用?？鼓[瘤藥物阿霉素產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)氧化作用,導(dǎo)致小鼠內(nèi)臟(心、肝)中GSH的耗竭,L-茶氨酸的處理增加了心臟與肝臟中谷氨酸的濃度,抑制阿霉素引起的GSH減少[32],使心、肝中抗氧化物質(zhì)恢復(fù)至正常水平從而減少了阿霉素引起的不良反應(yīng)[33-34]。L-茶氨酸通過增加磷脂酶 C-β1、磷脂酶C-γ1 mRNA表達(dá)而減少了3-硝基苯酸所致的紋狀體神經(jīng)細(xì)胞毒性[35],保護(hù)大腦皮層神經(jīng)細(xì)胞[24]。還可以增加小鼠骨髓細(xì)胞中抗氧化物質(zhì)的含量而減少伊立替康誘導(dǎo)的DNA氧化損傷和基因毒性[36]。

1.1.3.3 與茶葉中其他物質(zhì)合用增強機體的抗氧化能力

L-茶氨酸與茶葉中其他物質(zhì)合用,能增強機體的抗氧化能力。汪麗偉等[37]研究發(fā)現(xiàn),在熱應(yīng)激條件下,飼喂含有 L-茶氨酸(200 mg/kg)和茶多酚(200 mg/kg)的飼料,可顯著增強仔雞(1日齡)肝臟CAT的活性,降低MDA含量。茶氨酸(1 mg/kg)與咖啡因(10 mg/kg)聯(lián)用,提高腦組織抗氧化因子(SOD、GSH、GSH-Px等)水平,同時降低MDA含量,明顯減輕大鼠缺血再灌注引起的腦梗塞與腦水腫,修復(fù)腦缺血再灌注損傷[38]。劉曉慧等[39]研究表明,沒食子兒茶素沒食子酸醋(EGCG)和茶氨酸可協(xié)同降低細(xì)胞小鼠巨噬細(xì)胞(RAW264.7)內(nèi)活性氧自由基及LPO水平,提高GSH-Px的活性,提高細(xì)胞抗氧化能力。

1.2 抗衰老作用

氧化應(yīng)激是導(dǎo)致細(xì)胞損傷、凋亡和衰老的重要原因,衰老過程中,機體脂質(zhì)過氧化程度加重,同時抗氧化防御系統(tǒng)機能下降,體內(nèi)GSH不足以清除過多的自由基,自由基濃度升高導(dǎo)致體內(nèi)蛋白質(zhì)變性、酶活性降低、DNA損傷,造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的損傷進(jìn)而導(dǎo)致機體衰老[40]。L-茶氨酸可在體內(nèi)被代謝為L-谷氨酸和乙胺,谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸共同合成GSH,GSH是機體抗氧化防御系統(tǒng)的重要因素,能清除超氧負(fù)離子、羥自由基和LPO等,從而增強機體的抗氧化能力,降低細(xì)胞損傷和凋亡率[41],起到抗凋亡和抗衰老作用[3]。研究顯示,茶氨酸(100 mg/mL)通過上調(diào)熱休克蛋白的表達(dá)而顯著增加了熱應(yīng)激和氧化應(yīng)激下的線蟲壽命[42]。L-茶氨酸還能增加與百草枯接觸的線蟲的存活率,并促進(jìn)線蟲對百草枯的抵抗力,延長線蟲壽命[43]。此外還有研究表明,給亞急性衰老小鼠灌胃茶氨酸,能夠顯著提高動物腦組織中SOD活性,降低MDA含量,延長生存時間,延緩衰老[3]。

2 L-茶氨酸的作用機理

2.1 下調(diào)炎癥因子的表達(dá)減少氧化應(yīng)激損傷

L-茶氨酸下調(diào)炎癥因子的表達(dá),減少氧化應(yīng)激損傷。 ROS等促炎因子(如 TNF-a、IL-10、IL-6、IL-1等)可激活核轉(zhuǎn)錄因子(NF-Kb)與細(xì)胞核結(jié)合,促進(jìn)炎癥因子轉(zhuǎn)錄,產(chǎn)生炎癥過敏反應(yīng),ROS(超氧負(fù)離子、過氧化氫、氫二氧自由基、羥基等)能穿過細(xì)胞膜,氧化不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)、DNA等,產(chǎn)生過氧化產(chǎn)物(如MDA)破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能,激活凋亡通路,導(dǎo)致抗氧化酶的耗竭或失活,最終造成細(xì)胞衰老或凋亡[44]。據(jù)報道,L-茶氨酸減少大鼠肝臟產(chǎn)生的ROS、TNF-α和白介素對NF-kB信號激活,降低CCL4誘導(dǎo)大鼠肝損傷[12-13]。研究表明,L-茶氨酸抑制ETEC氧化應(yīng)激產(chǎn)生ROS、對NF-KB,細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulating kinase,ERK),p38 MAPK信號通路的激活,減少肝細(xì)胞炎癥反應(yīng),降低肝細(xì)胞損傷[11]。研究發(fā)現(xiàn),L-茶氨酸減少小鼠支氣管肺泡ROS、抑制ROS、TNF-α對NFKB信號的激活,減少支氣管肺泡炎癥,從而減輕卵蛋白誘導(dǎo)的小鼠過敏性哮喘[19]。Tsai等[18]研究顯示L-茶氨酸能減少 ROS對 PKC、ERK、IL-33以及NF-kB、ICAM-1信號的激活,進(jìn)而抑制LC3 II介導(dǎo)的細(xì)胞自噬以及caspase-3、PARP介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,降低P物質(zhì)引起的大鼠膀胱損傷。

2.2 調(diào)控線粒體凋亡通路減少細(xì)胞凋亡

L-茶氨酸調(diào)控線粒體凋亡通路,減少細(xì)胞凋亡。線粒體調(diào)控體系中,Bax/Bcl-2比值變化反應(yīng)細(xì)胞受損程度,Bax被激活后,從細(xì)胞漿轉(zhuǎn)移到線粒體膜,改變線粒體膜滲透性,使釋放出來的Apaf-1與細(xì)胞色素C結(jié)合,激活caspase-3[45];caspase-3的活化使PARP裂解,進(jìn)而阻礙PARP(DNA修復(fù)酶)識別、翻譯、修復(fù)結(jié)構(gòu)受損的DNA片段,同時裂解相應(yīng)的胞漿以及胞核底物,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[46]。李桂蘭等[47]研究表明,L-茶氨酸能夠抑制由H2O2引起的caspase-3活化和PARP的切割,降低Bax/Bcl-2比值,降低肝細(xì)胞凋亡率,減少H2O2氧化應(yīng)激所致的L02肝細(xì)胞的損傷。還有研究結(jié)果顯示,L-茶氨酸減少細(xì)胞色素C釋放,阻止細(xì)胞色素C結(jié)合體對Caspase-3的激活,抑制PARP的裂解,上調(diào)Bcl-2的表達(dá),抑制ERK以及JNK信號通路的激活,降低細(xì)胞的凋亡,減緩鎘引起PC12神經(jīng)細(xì)胞的毒性[48]。

2.3 抑制MAPK信號通路降低促凋亡信號引起的凋亡

L-茶氨酸抑制MAPK信號通路,降低促凋亡信號引起的凋亡。促分裂原蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)家族由細(xì)胞的增殖、凋亡、分化和生長相關(guān)的多種酶組成,包括凋亡和抗凋亡蛋白,這些蛋白激活JNK和p38激酶信號通路,進(jìn)而影響凋亡蛋白caspase-3的激活,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[49]。當(dāng)處于各種應(yīng)激和促凋亡信號(如TNF-α、H2O2、化學(xué)療法、生長因子剝奪)的環(huán)境,JNK和p38 MAPK被優(yōu)先激活,匯集了胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)、c-Jun氨基端激酶(JNK)以及 p38 MAPK的促分離原蛋白激酶MAPK級聯(lián)反應(yīng),誘導(dǎo)細(xì)胞損傷和凋亡[50]。據(jù)報道,L茶氨酸阻止細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)的磷酸化,同時抑制神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)的下調(diào),減輕帕金森綜合征(Parkinson's disease,PD)所致的神經(jīng)損害[28]。研究表明,L-茶氨酸通過抑制ERK/p38激酶和NF-jB通路的信號傳導(dǎo),減少神經(jīng)細(xì)胞蛋白質(zhì)與脂質(zhì)的氧化性損害,從而減輕了大分子(β-淀粉蛋白)誘導(dǎo)的認(rèn)知障礙和神經(jīng)毒性[51]。進(jìn)一步研究表明,L-茶氨酸通過抑制 H2O2所致 L02細(xì)胞中 JNK與 p38 MAPK的激活,進(jìn)而抑制Caspase-3的激活和PARP的裂解,減少人正常肝細(xì)胞(L02細(xì)胞)凋亡[2]。還有研究證實,茶氨酸通過抑制JNK信號通路的激活,上調(diào)DNA修復(fù)蛋白XRCC1,加強DNA修復(fù)功能,進(jìn)而保護(hù)腦缺血再灌注造成的神經(jīng)損傷[52]。

3 結(jié)束語

抗氧化作用是對L-茶氨酸作用機制研究的一大熱點,L-茶氨酸抗氧化生理活性的發(fā)現(xiàn)及其機制的闡明,為氧化應(yīng)激所致的各種疾病的臨床治療奠定基礎(chǔ)?，F(xiàn)尚未見有關(guān)于L-茶氨酸與藥物具有相互作用和降低藥物療效報道,且至今中國市上沒有該類產(chǎn)品出現(xiàn),因此可以開發(fā)L-茶氨酸為無毒副作用治療輔助類制劑或保健品,既可降低藥物副作用增強藥物療效,又提高機體抗氧化能力,開發(fā)該類產(chǎn)品能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會價值。

但其中有些問題還需要進(jìn)一步的研究：1)藥物動力學(xué)的進(jìn)一步研究,如用法用量等;2)與化療藥物的聯(lián)合用藥(如：伊立替康、阿霉素等),降低藥物毒副作用的同時,作用機理是否協(xié)調(diào)(是否與藥物具有相互作用,降低藥物療效)有待進(jìn)一步研究;3)與其他生物活性物質(zhì)(如胱氨酸等)聯(lián)合應(yīng)用等的協(xié)調(diào)效果需要進(jìn)一步研究;4)開發(fā)為飼料添加劑的應(yīng)用研究。由于L-茶氨酸的效價強度相對較弱,可以通過調(diào)整劑量,進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾等方法達(dá)到目的。