綠茶多酚對血管內皮細胞功能的影響及其代謝機制的研究進展

張 穎 綜述，劉曉芬審校（成都中醫藥大學公共衛生學院，四川成都611137）

綠茶是指沒有經過發酵的山茶屬小葉茶，其中含有大量的多酚類物質，包括黃烷醇類和黃酮醇類物質。黃烷-3-醇類物質被稱為兒茶素，主要為表兒茶素（EC）、表沒食子兒茶素（EGC）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）和表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）。EGCG水平最高，約占所有兒茶素類物質重量的50%～80%[1-2]。綠茶多酚具有抗氧化功能。大量研究發現，綠茶在降脂、降低糖耐量異常等方面有良好影響，因此可能對2型糖尿病和肥胖有治療效果[3-7]。心血管疾病是目前全球的頭號死因，75%以上的心血管疾病發生在低收入和中等收入國家[8]。而綠茶對心血管疾病的防治作用已被廣泛報道。全球范圍的研究發現，飲用綠茶可以降低冠狀動脈粥樣硬化、急性心肌梗死、冠心病和卒中[9-13]。一項圍繞6個國家和地區的meta分析發現，飲用綠茶可以降低卒中的發生率和由卒中導致的死亡率[9]。一項早期meta分析發現，茶的飲用與心肌梗死、冠心病呈負相關[14]。本研究擬通過綠茶多酚對內皮細胞的保護、細胞信號傳導路徑和生物代謝等方面，探討綠茶多酚對心血管疾病的防治機制。

1 綠茶多酚對血管內皮的保護

氧化應激是胰島素抵抗、糖尿病及心血管疾病的病理生理基礎，氧化應激產物活性氮類和活性氧類（ROS）在心血管疾病的發生、發展中起重要作用。綠茶多酚對血管內皮的保護作用可以表現在調節一氧化氮（NO）的釋放和清除自由基的抗氧化活性2個方面。

NO是機體一種自由擴散的信號分子，又被稱為內皮依賴性舒張因子（EDRF），NO作為氣體分子可以迅速通過細胞膜在胞間傳遞并進入平滑肌細胞，引起平滑肌細胞的松弛。血管內皮能夠通過釋放NO維持血管舒張功能，同時抑制血小板聚集和白細胞黏附。研究發現，血管內皮功能損傷會導致早期的動脈粥樣硬化或增加罹患冠心病的風險[15]。有報道稱綠茶EC可以增加NO的釋放，同時能降低血漿內皮素-1（ET-1）水平。血漿內皮素是血管合成的內皮收縮因子，其與血管舒張因子相互制約，維持血管張力，維護體循環平衡。ET-1水平相對過高會引起血管內皮功能失調，同時促進心血管疾病的發生、發展[16]。早期動物實驗發現，EGCG可明顯改善自發性高血壓大鼠的血管內皮功能，同時降低胰島素抵抗和血壓，其機制可能是EGCG會增加內皮細胞NO的釋放和降低血漿內皮素ET-1的釋放[17-18]。此外，ET-1的過高釋放可能同時導致NO的生物利用度降低[19]。人體血管內皮功能主要通過超聲檢測內皮細胞依賴性血管舒張功能（FMD），通過測定反應性充血后肱動脈內徑的變化率來評價內皮細胞FMD。FMD主要依賴于血管內皮細胞釋放具有血管舒張功能的物質（主要為NO）[20]。一項雙盲對照研究發現，給予冠心病患者EGCG 2 h后，其肱動脈FMD水平較安慰劑組明顯改善；2周后，冠心病患者血漿EGCG恢復到基線水平后FMD水平的改善作用消失。因此認為EGCG可以快速改善冠心病患者的內皮細胞損傷[21]。另外一項針對健康人群的研究發現，和飲用咖啡和水相比，綠茶可以明顯地改善FMD值[22]。吸煙對內皮細胞的損傷具有劑量依賴性，可導致內皮型一氧化氮合成酶（eNOS）不可逆轉的傷害，增加動脈粥樣硬化的風險。NAGAYA等[23]和KIM等[24]的研究發現，綠茶可以明顯保護吸煙者的內皮細胞功能，降低罹患心血管疾病的風險。

左氧化應激作用下，低密度脂蛋白LDL在血管壁被氧化生成氧化型低密度脂蛋白（oxLDL），oxLDL導致過氧化物酶、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶等ROS產物酶被激活。內皮細胞內oxLDL可引起NADPH氧化酶被激活，導致細胞內如過氧化氫（H2O2）等活性氧類的生成，抑制NO的合成和釋放，同時促進內皮細胞生成ET-1，引起內皮損傷。綠茶多酚有抗氧化、抗動脈粥樣硬化和抗炎等作用，尤其是EGCG被證實可以有效降低oxLDL引起的NADPH氧化酶激活，抑制血凝集素樣oxLDL受體（LOX-1）的表達，從而降低oxLDL的活性，保護血管內皮[25]。

2 綠茶多酚對血管內皮eNOS和ET?1釋放的影響

內皮細胞損傷與動脈粥樣硬化、高血壓、冠心病等心血管疾病的發生明顯相關。胰島素抵抗被報道與內皮細胞的損傷有相關性，主要表現在胰島素介導的細胞信號通路。胰島素除了可以調節血糖代謝，還可刺激NO的釋放，發揮血管內皮功能。圖1為血管內皮細胞胰島素介導的信號通路，胰島素與其受體結合后分為2條平行的信號轉導路徑[26]。磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）途徑中，PI3K激活Akt進而使內皮型eNOS激活位點磷酸化并促進NO的生成和釋放，引起血管舒張，增加血流速度，同時可以影響葡萄糖轉運蛋白（GLUT4）遷移，增加骨骼肌對血糖的攝取。eNOS活性受多種因素的影響，研究較多的是eNOS多位點磷酸化和脫磷酸化，如 Ser615、Ser633、Ser1177和 Ser1179的磷酸化可激活eNOS，而Thr495的磷酸化會降低eNOS的活性[27]。eNOS作為合成NO的限速酶，除磷酸化外，乙酰化、谷胱甘肽化途徑對其活性也有影響，其與高血壓、動脈粥樣硬化、心肌梗死等心血管疾病的病理生理過程有關，這為今后的治療提供了思路[28]。裂原活化蛋白激酶（MAP-kinase）路徑可刺激血漿內皮素ET-1的釋放，導致血管收縮，降低血管流速。胰島素抵抗會導致2條平行通路的失衡，增加ET-1的釋放，促進血管內皮細胞的功能損傷。有研究發現，綠茶多酚可以模擬胰島素的內皮細胞功能，對該信號通路有相同的調節作用，能維持血管功能[29]。不僅如此，綠茶多酚中抗氧化性能最強的EGCG，被報道可翻轉由于oxLDL所導致的ET-1釋放增加和eNOS低表達，起到降低內皮細胞損傷的作用[25]。

圖1 胰島素介導的信號通路[26]

研究顯示，綠茶多酚不僅僅促進NO的合成和釋放，同時還對ET-1的表達有抑制，起到降低ET-1釋放的作用，其主要機制可能為綠茶多酚對叉頭轉錄因子（FKHR）的調控。叉頭盒 O1（FoxO1），是叉頭轉錄因子家族成員之一，FoxO1被報道與ET-1的釋放相關。在PI3K/Akt通路中，Akt介導 FoxO1 在 Thr24、Ser256、Ser319位點的磷酸化，磷酸化的FoxO1蛋白功能被抑制，同時由核內遷移到細胞質，使其不能夠與ET-1的啟動子相結合，不能活化ET-1啟動子，導致ET-1的表達被抑制[30]。研究發現，綠茶EGCG有類胰島素作用，可以促進FoxO1的磷酸化[29]，因而可能抑制ET-1的釋放和表達。研究人員證實，EGCG可以抑制小牛和人主動脈內皮細胞60%的ET-1表達，不僅表現在細胞ET-1蛋白減少，培養液中ET-1釋放也同樣降低。研究還發現，EGCG明顯降低了人ET-1啟動子（hET-1 promoter）的活性，因而進一步降低了ET-1 mRNA和蛋白的表達。EGCG可以使內皮細胞中Akt和AMPK快速活化，導致其共同的下游產物FoxO1被磷酸化。為進一步探尋EGCG對ET-1表達抑制的作用機制，在使用AMPK抑制劑Compound C后發現，EGCG促使FoxO1遷移到細胞質的作用被阻斷；同時，通過采用特殊的siRNA寡核苷酸降低Akt的表達發現，ET-1釋放基線升高。因此認為，綠茶EGCG對ET-1的抑制作用可能是Akt和AMPK通路磷酸化FoxO1，使ET-1的mRNA和蛋白表達被抑制[31]。

同時，FoxO1的磷酸化路徑除了上游Akt和AMPK外，環磷酸腺苷依賴型蛋白激酶（PKA）也被認為其能夠使FoxO1磷酸化，進而影響ET-1的表達，但并沒有通過綠茶多酚的體外實驗進行驗證[32-33]。

因此，作者認為，綠茶多酚可通過FoxO1調控內皮細胞ET-1的表達，產生保護內皮細胞功能的作用，其可能的信號通路包括Akt、AMPK和PKA引起的磷酸化作用。見圖2。同時，有研究發現，綠茶多酚EGCG引起的內皮舒張功能可能與PI3K上游Fyn活化引起NO的快速釋放有關[34]。另一方面，BARTHOLOME等[35]研究發現，低水平 EGCG（1 μmol/L）并不能引起 Akt的磷酸化，在這種水平下FoxO1的DNA結合能力提高，而不是出現胰島素類似的FoxO1磷酸化作用，這使得不同水平下綠茶多酚產生的作用差異受到廣泛關注。

圖2 FoxO1與ET-1的相關信號通路

3 綠茶多酚的代謝與COMT基因多態性

食物中黃酮類物質被人體吸收后的代謝途徑為兒茶素-O-甲基轉移酶（COMT）調控的甲基化作用，COMT能夠將S-腺苷甲硫氨酸的甲基轉移到兒茶酚類化合物3位羥基上，同時使L-甲硫氨酸轉化為同型半胱氨酸。因此，食物中的多酚可能引起血漿中同型半胱氨酸水平升高[36]。COMT的基因多態性可能引起黃酮類物質的生物學利用度不同，使COMT活性在不同人體中的差異多達3倍。人類COMT編碼基因存在一個多態性位點，使位于158/108編碼的氨基酸由纈氨酸變為L-甲硫氨酸，導致酶活性降低。因此，將COMT的基因型分為高活性GG基因型、中等活性GA基因型和低活性AA基因型[37]。目前，關于COMT基因多態性研究主要圍繞腫瘤、神經及精神類疾病[38-39]。體內試驗發現，COMT活性抑制劑可以明顯增加能量消耗和脂肪氧化[40]。但是，通過檢測不同COMT基因型肥胖絕經女性飲用綠茶后的代謝情況，并沒有發現能量消耗和脂肪氧化水平的升高，僅僅發現高COMT活性基因型女性血漿胰島素較高[41]。

研究發現，相對于低活性AA基因，高活性GG基因型能快速代謝食物中的黃酮類物質，降低其對血管內皮細胞保護作用的生物利用度，因此，低活性COMT基因有心血管保護作用，可以降低罹患冠心病、高血壓和心肌梗死的風險[42-43]。不僅如此，無論是飲用綠茶或者紅茶，與GG、GA基因型相比，AA基因型人群有更好的胰島素敏感性和內皮細胞依賴性血管舒張功能，食物中的EC被較少甲基化對提高內皮細胞功能有明顯的作用[44-46]。體外試驗中發現，EGCG可能抑制COMT酶活性，從而提高黃酮類物質的生物利用度。但LORENZ等[47]研究發現，攝入高劑量的 EGCG（750 mg）并不會破壞COMT的活性。因此，關于COMT基因多態性及綠茶多酚的代謝程度還需要更多的研究來證實。

4 小結與展望

綠茶多酚在現代醫學中已經被證實具有抗氧化、調節脂肪代謝、調節血糖和胰島素功能、抗腫瘤等作用，但由于人體代謝的差異，仍然存在某些與預期結果相悖的研究結果[48-49]。綠茶多酚一直以來被推薦用于心血管疾病的預防，也有大量研究證實綠茶中EC對心血管的保護作用[13，20-21]。血管內皮功能是維持體循環和供氧的關鍵，血管內皮的損傷與心血管疾病的發生和發展有關。目前，關于綠茶對血管內皮細胞保護的研究主要圍繞改善人體內皮細胞FMD、體外試驗中血管內皮細胞對NO釋放的影響來探討，對內皮細胞信號通路中蛋白表達影響的研究較少，而大部分關于綠茶多酚對信號通路影響的研究主要與腫瘤細胞及抗腫瘤機制有關[50]。不同個體對綠茶多酚的代謝不同，可能對其生理作用產生不同的影響，高活性COMT基因型人群可能不會從飲用綠茶中獲益，因此綠茶的輔助治療或疾病預防作用會存在明顯差異。然而，對不同COMT基因人群飲用綠茶的體內或體外研究非常少，在這方面還需要更多的工作，為今后更加精準的營養提供理論基礎。