茶葉多糖的藥理活性研究進展

楊軍國,王麗麗,陳 林

(福建省農業科學院茶葉研究所,福建福安 355015)

植物多糖,又稱植物多聚糖,是一類由大量單糖通過糖苷鍵連接而成的天然大分子活性物質,因其來源廣泛、生物學功能多樣和無毒副作用,成為當今食品、醫藥和功能保健品發展的新方向。茶葉(Camelliasinensis)為山茶目雙子葉植物,藥用價值歷史悠久,富含茶多酚、茶多糖、茶色素、茶氨酸等多種藥理活性成分。茶葉多糖具有多種保健功效,如降血糖、抗氧化、免疫調節、抗腫瘤、抗凝血、抗疲勞、抑菌殺毒、減肥等,尤以降血糖和防治糖尿病成為眾多學者關注的焦點[12]。本文結合近年來茶葉多糖研究的相關文獻報道,主要對其藥理活性的研究進展進行綜述。

1 降血糖作用

糖尿病本質是血糖來源與去路間動態平衡被打破,從而引起血糖濃度過高乃至糖尿。我國及日本民間常用粗老茶防治糖尿病,備受學者關注。自清水岑夫研究揭示茶多糖為主要的降血糖活性成分以來,許多學者以動物實驗為基礎,先后報道了茶葉多糖具有降血糖,防治及延緩糖尿病進展的功效[36]。茶葉多糖與茶多酚的協同防治糖尿病及化學修飾后降血糖活性的表達方面,也有深入的研究。李星亞等[7]研究表明,茶多糖與茶多酚,尤其是表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG),能更好的協同保護胰島細胞的DNA和線粒體功能,起到防治糖尿病的作用。Wang等[8]用茶多糖和硫酸酯化茶多糖同時灌胃糖尿病小鼠,發現硫酸酯化茶多糖降血糖效果更明顯,且藥效持續時間更長久,這與茶多糖改性后引入了硫酸基、水溶性提高有關。目前,有關茶多糖的降血糖機制,已從不同水平、不同方面進行了探討。分析總結認為,茶多糖主要通過三條路徑實現降血糖活性的表達(見圖1)。

圖1 糖尿病的發生發展及茶葉多糖介導Fig.1 Initiation and promotion of diabetes mellitus and regulation by tea polysaccharides

1.1 胰島β細胞功能保護

胰島β細胞屬胰島細胞的一種,可通過分泌胰島素調節機體的血糖含量,在T淋巴細胞介導的1型糖尿病發病機制中扮演著重要的角色。王莉英等[9]研究表明,給予4周齡雌性非肥胖糖尿病小鼠(nonobese diabetic,NOD)口服灌胃茶葉多糖,可明顯延緩發病時間,且90%的小鼠不會發展為糖尿病。通過茶葉多糖預免疫組與生理鹽水組比較發現,茶葉多糖預免疫組血清C肽水平顯著增高,胰島炎癥程度減輕,CD8T細胞亞群顯著增高及CD4/CD8比例顯著下降,從而改善了機體免疫失調時細胞的免疫功能,修復了胰島β細胞的損傷。陳建國等[10]研究發現,茶多糖可明顯促進四氧嘧啶糖尿病小鼠胰島β細胞內質網、線粒體等結構損傷的修復,使酶原顆粒明顯增多,細胞分泌胰島素功能明顯改善和恢復。機體免疫失調時,胰島β細胞易受到自由基的特殊破壞,從而中止分泌胰島素引發糖尿病。茶葉多糖能增強機體免疫力和清除多種自由基[12,11],揭示茶葉多糖可減弱自由基對胰島β細胞的損傷或改善受損傷β細胞的功能,從而促成了降血糖的功效。Chen等[4]研究也表明了水提和堿提茶葉多糖能有效的預防NOD小鼠1型糖尿病的發生。綜上所述,茶多糖能夠通過增強機體免疫力和清除自由基活性,防治胰島β細胞受損,從而起到預防或延緩1型糖尿病發生發展的功效。

1.2 抑制外源碳水化合物的吸收

α葡萄糖苷酶和α淀粉酶是食物中碳水化合物水解消化的關鍵酶類,其受抑制能夠延緩碳水化合物的消化吸收,進而拮抗餐后血糖過高。離體實驗及動物實驗表明,茶葉多糖可通過抑制α葡萄糖苷酶和α淀粉酶的活性,使進入機體的碳水化合物減少,從而起到降低餐后血糖的作用[1216]。然而,茶葉多糖對該類酶活性的抑制作用受諸多因素影響,如提取原料、加工工藝。Xiao等[17]以市場購得惠州綠茶、茶聞天下、安溪鐵觀音和西湖龍井為原料提取茶葉多糖,研究發現西湖龍井茶葉多糖具有更強抑制α葡萄糖苷酶和α淀粉酶的活性,抑制率分別達64.35%和82.24%。Xu等[18]分別比較了1年陳普洱、3年陳普洱和5年陳普洱茶多糖的制得率和活性,表明隨著普洱茶陳放年份的延長,茶葉多糖制得率提高,且抑制α葡萄糖苷酶活性更強,可超出抗糖尿病藥阿卡波糖3倍以上。其他文獻來看,分析比較熱水浸提法、微波輔助浸提法和超聲波輔助浸提法等不同提取方式的影響發現,熱水浸提制得的茶葉多糖具有更高的抑制活性[19];與冷凍干燥、噴霧干燥、微波真空干燥方式相比,真空干燥可使制備的茶葉多糖抑制α葡萄糖苷酶和α淀粉酶活性顯著增強[20]。綜上所述,不同茶葉產地、種類及制備工藝得到的茶葉多糖對α葡萄糖苷酶和α淀粉酶的抑制活性調控不一,這揭示了不同學者對茶葉多糖抑制α葡萄糖苷酶和α淀粉酶存有異議[2122]。

1.3 內源因素的調控

糖尿病的發生發展過程中常伴隨有糖代謝酶類、胰島素等內源因素的異常表達,這被視為防治糖尿病的作用靶標。葡萄糖激酶(Glucokinase,GK)是己糖激酶的一種異構酶,主要存在于肝細胞和胰島β細胞,是肝細胞內糖酵解和糖原合成第1步反應的限速酶。研究表明,茶葉多糖能顯著增加糖尿病小鼠的肝糖原累積[2324]。進一步研究發現,茶多糖可顯著活化GK,催化葡萄糖磷酸化生成6磷酸葡萄糖和6磷酸果糖，參加后續糖酵解反應,生成乳酸或進入三羧酸循環或轉化為1磷酸葡萄糖而促進肝糖原合成及貯存,從而降低糖尿病小鼠的血糖水平[21,2526]。

2型糖尿病常伴隨有氧化應激的發生,導致胰島素進一步受損和抵抗的發生。KKAy小鼠是一種毛色基因突變型糖尿病小鼠,與人類2型糖尿病表現極為相似,為胰島素抵抗的典型模型。芮莉莉等[27]以茶葉多糖連續灌胃KKAy小鼠8周,研究發現4周末時高劑量組小鼠的葡萄糖耐量得到顯著改善,至第8周時,中、高劑量組血糖、血清胰島素均較對照組顯著降低。Ren等[28]研究也發現,富硒茶葉多糖可顯著改善小鼠高血糖水平誘導的胰島素抵抗的發生,可歸因于使糖尿病小鼠肝腎超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSHPx)活性顯著提高,脂質過氧化產物丙二醛(MDA)明顯下降,從而減輕糖尿病小鼠的氧化應激對胰島組織的損傷[5,29]。研究還發現,茶葉多糖可進一步通過介導胰島素表達的信號路徑過氧化物增殖體激活型受體γ(PPARγ)[30]、cAMPPKA信號通路[31]和PI3K/Akt信號通路[32],從而改善了糖尿病小鼠的胰島素敏感性。

茶葉多糖的降血糖及防治糖尿病活性尤為突出,這成為了眾多學者的關注焦點。如圖1所示,茶葉多糖可通過保護胰島β細胞、抑制外源碳水化合物的吸收和調控內源因素(糖代謝酶類和胰島素)等三條路徑來實現降血糖活性的表達。綜合來看,內源因素的調控被認為茶葉多糖降血糖及防治糖尿病機制中最具說服力的一種。氧化應激與糖尿病發展相互促進,形成互助效應。茶葉多糖防治糖尿病的內源因素調控,由抑制氧化應激開始,防治機體胰島組織的受損,然后進一步啟動糖代謝酶類和胰島素表達信號,改善胰島素的敏感性,降低糖尿病患者機體的血糖水平。現如今,隨著人們生活方式和飲食結構的不斷變更,我國糖尿病人群一直處于高發態勢,茶葉多糖的降血糖及防治糖尿病功效由此在功能食品、醫藥保健品等領域具有廣闊的應用前景。

2 抗氧化活性

氧化應激是指機體在遭受內外環境有害刺激時,組織或細胞內蓄積活性氧簇和活性氮簇而引起的生理、病理反應,與腫瘤、腎炎、動脈粥樣硬化、糖尿病等多種疾病的發生發展密切相關。茶葉多糖具有抗氧化活性,眾多學者已從動物實驗、人體實驗和體外實驗方面開展了廣泛的研究。與高脂模型和CCl4誘導肝損傷小鼠模型對照組相比,茶葉多糖處理組血清中總膽固醇(TC)、低密度脂蛋白(LDLC)、甘油三酯、天冬氨酸轉氨酶、丙氨酸轉氨酶等毒性評價指標均實現不同程度的降低,同時心臟、肝臟、血清等組織中SOD、GSHPx和過氧化氫酶(CAT)的活力則明顯上升,肝臟脂質過氧化產物15F2t特異前列腺素和MDA顯著下降,從而改善了機體的抗氧化活性,抑制脂質過氧化對肝臟的損害[3336]。茶葉多糖亦可通過增強抗氧化能力,對中國式摔跤女運動員賽前訓練自由基代謝和無氧運動能力展現出積極的效果。孫紅梅選取20名優秀中國摔跤女運動員為研究對象,4周賽前訓練后,茶多糖組血漿中SOD、GSHPx、CAT、谷胱甘肽(GSH)和谷胱甘肽還原酶(GR)均顯著提高,MDA極顯著降低,進一步研究發現茶葉多糖干預可促進賽前訓練期紅細胞和血紅蛋白合成,從而減輕氧化應激導致的骨骼肌、心肌和肝臟損傷[3738]。

茶葉多糖體外抗氧化實驗多以活性氧簇、活性氮簇、1,1二苯基2三硝基苯肼(DPPH)和還原力變化為評價指標,研究表明能清除超氧陰離子、羥基、NO2-、2,2聯氮二(3乙基苯并噻唑6磺酸)二銨鹽(ABTS)、DPPH等在內的多種自由基[12,3940]。然而,針對茶葉多糖的清除自由基活性,結果不一。Wang等[41]分析比較了粗茶葉多糖和純化茶多糖片段(NTPS、ATPS1、ATPS2和ATPS3)的清除自由基能力,發現25～400 μg/mL的濃度范圍內粗茶葉多糖的DPPH自由基清除率為36.58%～86.88%,且呈濃度依賴效應,而同樣濃度范圍內的純化茶葉多糖片段對DPPH和羥基自由基清除率極低,且基本無變化。王黎明等[21]通過測定不同純度的茶葉多糖對羥基自由基和超氧陰離子自由基的清除效果,發現純度越高的茶葉多糖片段清除能力越弱。由此,本課題組前期研究評價了乙醇法沉淀分級制備粗茶葉多糖的清除自由基能力變化,結果表明粗茶葉多糖中的茶多酚/兒茶素類、茶多糖、總黃酮皆與其DPPH清除活性表達呈正相關,茶葉多糖的清除自由基活性弱于茶多酚/兒茶素類,分析認為粗茶葉多糖的清除自由基活性表達更多源于多酚類化合物[4243]。

綜上所述,動物實驗體系明確證實,茶葉多糖可顯著提高SOD、GSHPx、CAT等抗氧化指標,降低MDA、TC、LDLC等過氧化指標,機體水平上體現出較強的抗氧化活性。然而,針對體外清除自由基實驗,結果不一,尚存有爭議,粗的茶葉多糖清除自由基活性強于純茶葉多糖。等同茶葉粗多糖水平,不同提取方法、原料、自由基種類等因素作用下茶葉多糖清除自由基活性表達也不相同[4445]。茶葉多糖加工制備的進程中,已導致其結構與生物學活性發生改變。因此,以生物學活性來評價茶葉多糖的提取純化,也應納入進一步的研究評價。

3 免疫調節與抗腫瘤

免疫系統是機體執行免疫應答及免疫功能的重要系統,主要由免疫器官、免疫細胞和免疫分子組成。研究表明,茶葉多糖能夠激活T/B淋巴細胞、巨噬細胞和自然殺傷細胞(NK),進而對免疫系統發揮調節性的作用[11,4649]。多糖的免疫調節活性與其作用的受體是密不可分的,其首先與細胞表面的受體結合,從而激活細胞內的信號通路,活化免疫細胞,促進細胞因子的分泌表達。Toll樣受體(TLR)是近年來發現的一類信號傳導跨膜受體,可以識別、結合病原體相關分子模式(PAMP),在固有免疫和適應性免疫中發揮著舉足輕重的作用。TLR7是茶葉多糖作用于巨噬細胞的靶點,進而激活T/B淋巴細胞、巨噬細胞和NK細胞,提高淋巴細胞CD4+/CD8+的比值,促進免疫球蛋白IgG、腫瘤壞死因子TNFα、白介素IL6、Nrf2(NFE2related factor 2)等細胞因子的分泌表達,對免疫系統發揮調節性的作用[11,4649]。然而,茶葉多糖對機體的免疫調控活性表達不一,茶樹嫩葉多糖[4647]、酶法修飾多糖[48]及與火棘多糖協同作用[49],可使機體的免疫活性顯著增強。

機體的免疫功能與腫瘤的發生、發展密切相關,茶葉多糖通過促進免疫細胞因子的分泌表達,進而起到抗腫瘤的療效。研究發現,茶葉多糖能顯著抑制BABL/c小鼠U2 OS接種瘤、S180小鼠實體瘤和小鼠H22肝癌移植瘤的生長,且使免疫細胞吞噬能力顯著提高[5052]。進一步以胃癌小鼠模型為研究對象,結果表明茶葉多糖促進血清中白介素IL2、IL4、IL10及免疫球蛋白IgM、IgG和IgA的分泌,降低白介素IL6、腫瘤壞死因子TNFα和MDA,從而起到抗腫瘤作用[53]。同時,也有學者從細胞水平上就茶葉多糖的抗腫瘤作用給與了證實。體外MTT法測定茶籽多糖對人白血病細胞株K562的抑制活性,結果表明茶葉多糖可顯著抑制細胞株K562增殖,劑量為50 μg/mL時抑制率達38.44%[54]。He等[55]研究也表明,富硒茶葉多糖可顯著抑制人乳腺癌細胞株MCF7增殖,IC50值為140.1 μg/mL。進一步研究發現,富硒茶葉多糖造成癌細胞分裂從G2期向M期受阻,并伴隨有腫瘤抑制基因p53的高表達,從而引起癌細胞凋亡的發生;此外,茶葉多糖可提高Bax/Bcl2比例,進而激活半胱氨酸蛋白酶Caspase3和Caspase9,介導了線粒體凋亡路徑的發生。

茶葉多糖與其他成分對抗腫瘤的協同作用,也有相關研究。魏楠等[56]研究表明,阿霉素可誘導肺癌細胞A549凋亡,茶多糖與阿霉素聯用可減少阿霉素的使用劑量,并增強阿霉素對肺癌A549細胞的抑制效果。Wang等[57]進一步探討了烏龍茶葉多糖與多酚對肝癌細胞的協同效應,結果表明烏龍茶葉多糖與多酚對SMMC7721細胞具有極強的協同作用,協同指數CI(combination index)<0.2,抑制肝癌腫瘤增殖和生長的CI指數分別為0.34和0.39,揭示茶葉多糖與茶多酚對肝癌腫瘤具有極強的協同作用。

4 抗凝血作用

血栓栓塞型疾病嚴重威脅人類健康,開發具有抗凝血作用的藥物及保健食品顯得尤為重要。梁進等[58]研究發現,茶葉多糖能顯著改變人體血漿的活化部分凝血活酶時間(APTT),而對凝血酶原時間(TT)、凝血酶時間(PT)值均無明顯影響,從而表明茶葉多糖主要通過內源性凝血系統起到抗凝血的作用,且經硫酸化、乙酰化和羧甲基化修飾后,抗凝血活性進一步增強。謝亮亮等[59]純化制得TPS1、TPS2、TPS3和TPS4均可延長APTT時間，而對PT基本無影響,其中TPS4可以顯著增加APTT和TT時間,揭示其通過內源性途徑以及將纖維蛋白原轉化為纖維蛋白來影響凝血過程。目前,臨床應用的抗凝血藥物多為肝素類,有誘發血小板減少癥等副作用。因此,茶葉多糖作為非肝素類藥物及保健食品,抗凝血活性的表達有著十分重要的意義。

5 抑菌殺毒

近年來,人們更加注重綠色安全,新型植物源天然抑菌殺毒劑的研究也愈加重視。Lee等[60]研究表明茶葉多糖可顯著抑制金黃色葡萄球菌、痤瘡丙酸桿菌、幽門螺桿菌等病原菌引起的血液凝集,其最小抑菌濃度(MIC)值為0.01～0.1 mg/L。同時研究發現,茶葉多糖可選擇性的阻斷金黃色葡萄球菌和痤瘡丙酸桿菌對成纖維細胞株NIH 3T3的黏附作用,或幽門螺桿菌對腺胃上皮細胞AGS的黏附作用,而對益生菌和普通菌類如表皮葡萄球菌、大腸桿菌、嗜酸乳桿菌則沒有影響,表明茶葉多糖作為抑菌藥劑具有廣闊的應用前景。Scoparo等[61]研究發現,與對照組相比,綠茶多糖與紅茶多糖處理后可分別降低膿毒癥小鼠致死率為40%和25%,并顯著減少肺部和組織損傷中嗜中性粒細胞的回流,究其作用機制可能與其糖醛酸含量多少相關。這為開展茶多糖的進一步應用提供了新的思路。茶多糖具有抑菌殺毒效果,而對益生菌和普通菌類無毒副作用,作為食品及化妝品添加劑抗菌殺毒的同時更加確保產品的安全性。

6 抗疲勞作用

運動性疲勞是運動引起的肌肉最大收縮或最大輸出功率暫時性下降的生理現象,力竭時間、血乳酸(BLA)、血清尿素氮(BUN)是反映機體有氧代謝能力和疲勞程度的重要指標。研究表明,茶葉多糖可顯著減少小鼠力竭即刻BLA的堆積和BUN的含量,延長其力竭游泳時間。同時,小鼠力竭訓練過程中,茶葉多糖可顯著提高機體組織的SOD、GSHPx和CAT活性,并降低組織中的MDA水平,從而抑制了運動型疲勞導致的氧化應激損傷[6265]。

7 減肥作用

肥胖已成為全球成年人發生率最高的慢性疾病,且發生率逐年提高,使減肥成為市場熱點。Xu等[66]研究表明綠茶提取物具有減肥作用,其主要的作用成分為茶多酚和茶葉多糖,二者可有效抑制血清中瘦素(LP)表達減少脂肪酸的吸收,并降低白介素IL6和腫瘤壞死因子TNFα水平,協同增強綠茶提取物的減肥行為。Wu等[67]研究發現,雄性SD肥胖大鼠灌胃紅茶多糖處理后,大鼠體重、肥胖Lee’s指數、內臟脂肪重量及脂肪細胞體積均顯著降低,血生化得到顯著改善,糞便脂肪酸含量增加,其主要的作用機理為脂肪代謝路徑的介導,包括甘油酯及甘油磷脂代謝、脂肪酸降解、糖酵解和糖異生、胰島素信號路徑和類固醇激素分泌,從而抑制體內脂肪的形成及堆積,促進脂肪降解,起到減肥的效果。

8 其他作用

茶葉多糖也展現了一些其他的生物學活性。Zhao等[68]探討茶葉多糖對草甘膦誘導的小鼠睪丸支持細胞(Sertoli細胞)損傷的影響發現,草甘膦可抑制小鼠睪丸Sertoli細胞增殖,增加MDA、LDH的釋放并降低SOD活性,小鼠睪丸Sertoli細胞出現凋亡和壞死;草甘膦染毒組小鼠經茶葉多糖處理后,小鼠睪丸Sertoli細胞存活率明顯提高,MDA、LDH水平下降且SOD活性提高,Sertoli細胞凋亡率下降,表明茶葉多糖能保護由草甘膦誘導的小鼠睪丸Sertoli細胞損傷。Lu等[69]以紫陽富硒綠茶為原料制得多糖Se-ZGTPⅠ,研究發現SeZGTPⅠ能提高瘢痕疙瘩(良性腫塊)成纖維細胞的Bax/Bcl2比例,激活半胱氨酸蛋白酶Caspase3,通過線粒體路徑誘導細胞凋亡的發生,并且抑制轉化生長因子TGFβ1誘導的成纖維細胞生長,從而起到干預及防治瘢痕疙瘩的發生發展。

9 小結

茶葉多糖以粗老茶葉居多,其生物學活性研究及應用對茶產業化的發展,尤其是中低檔茶葉的利用,具有十分重要的意義。茶葉多糖具有多種藥理功效使其在新藥、功能性食品、保健品等領域具有廣闊的應用前景。然而,仍有諸多問題需要進一步研究:

茶葉多糖生物學活性表達不一。目前來看,茶葉多糖為對α葡萄糖苷酶、α淀粉酶等酶類的表達調控及體外自由基的清除活性,尚存有爭議。研究表明,原料、提取方式、干燥方式等因素,皆可影響茶葉多糖對消化酶類及自由基的作用,因此,以茶葉多糖生物學活性為評價指標,對其提取工藝參數的優選應作為今后研究的方向。

茶葉多糖的生物學活性優化。茶葉多糖經酶法、硫酸化、乙酰化和羧甲基化處理后,生物學活性表達進一步增強,表明對其化學修飾可拓展應用空間。與其他活性成分的協同作用也可增強茶葉多糖的生物學活性表達,這為其相關產品的開發提供了思路。

茶葉多糖的制構效關系。茶葉多糖糖鏈龐大,因其分子量、連接位置、糖苷鍵構型和糖環類型的不同,以及聚糖體與配體蛋白之間的N糖肽鍵或O糖肽鍵鏈接,導致茶葉多糖構象繁雜,但茶葉多糖的高級結構對其生物學活性的影響最大。茶葉多糖生物學活性的改變,必然導致結構的變化。因此,茶葉多糖的制備結構活性必將是今后的研究熱點與難點。以制備為基礎,探討結構進而生物學活性表達,確立茶葉多糖的生物學活性中心,高活性或專一活性茶葉多糖結構及其相應的制備方式,必將為茶葉多糖的應用開展奠定重要的理論基礎。

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