茶葉活性成分的化學和藥理作用

林智，呂海鵬，張盛

1.中國農業科學院茶葉研究所，310008；2.長興茶乾坤食品有限公司院士工作站，313100

茶葉作為藥用在中國已有幾千年的歷史，但過去受科學技術水平的限制，人們對茶葉保健功能的認識在很大程度上還是屬于經驗性質的。進入21世紀，隨著分析技術手段的不斷提高，以及細胞生物學、基因組學、代謝組學等研究手段的不斷發展，茶葉活性成分的化學及其藥理作用的研究得到不斷深入，本文著重介紹近年來引起人們普遍關注的茶葉活性成分及其藥理作用。

一、兒茶素類

1.兒茶素 （Catechins）

兒茶素是綠茶、白茶、黃茶、烏龍茶等不發酵茶或發酵程度較輕的茶葉中最主要的活性成分，含量一般占茶葉干重的12%～24%。目前已發現的兒茶素有20多種，其中含量最高的是EGCG（表沒食子兒茶素沒食子酸酯），其次是EGC（表沒食子兒茶素）、EC（表兒茶素）和ECG（表兒茶素沒食子酸酯）。EGCG是茶葉特有的兒茶素，它是2-連苯酚基苯并吡喃與沒食子酸形成的酯，具有酚類抗氧化劑的共性，同時因其結構中有6個鄰位酚羥基，而具有優于其他兒茶素的許多性質。許多研究表明，EGCG抗氧化活性最強，具有清除自由基，抗自由基DNA損害，抗輻射和紫外線，防止油脂過氧化，降低血清中低密度膽固醇、超低密度膽固醇和甘油三酯的含量，干擾癌細胞生存所需的信號傳遞，與腸道、肝臟和肺中的酶或抗氧化物質共同阻止某些致癌物質的活力，抵御污染、日曬和吸煙的影響，防止皮膚老化和起皺等功效。目前發現EGCG對抗腫瘤的作用機制主要有5個途徑：（1）抑制癌細胞的增殖；（2）誘導癌細胞的凋亡；（3）抑制某些與腫瘤有關的酶的活性；（4）提高某些細胞的細胞毒增敏作用；（5）對某些促癌物質的抑制作用[1-3]。

2.甲基化兒茶素（Methylted catechins）

甲基化兒茶素是近年新發現的一類兒茶素類化合物，主要有EGCG3″Me、 EGCG4″Me、ECG3″Me、ECG4″Me等，化學結構式如圖 1 所示。1982年日本學者Saijo首次從紅譽（Benihomare）茶樹鮮葉中分離出 EGCG3″Me；隨后，Sano（1999年）等從臺灣“凍頂烏龍茶”中分離出EGCG3″Me，并發現了EGCG3″Me比EGCG 具有更強的抗過敏作用；2005年我國臺灣學者研究發現，EGCG3″Me比EGCG更能有效抑制巨噬細胞中氧化一氮的產生以及氧化一氮合成酶（iNOS）的表達，并指出紅茶和普洱茶等發酵程度較高的茶葉中不含有甲基化的兒茶素化合物?，F有研究表明，由于甲基化兒茶素含有甲基，整個甲基化兒茶素分子呈脂溶性增加的狀態，因此，人體對它的消化吸收比正常的兒茶素要高，如EGCG3″Me的口服吸收率要比EGCG高9倍；而且它在動物血液中的穩定性明顯高于EGCG。因此，甲基化兒茶素在抗過敏、消炎等方面表現出比EGCG更強的藥理作用。最近還發現甲基化兒茶素EGCG3″Me和EGCG4″Me具有抗氧化、保護肝細胞、降血壓等功能[1,4]。

3.表沒食子兒茶素-3,5-雙沒食子酸酯（Epigallocatechin-3,5-digallate，EGCGG）

表沒食子兒茶素-3,5-雙沒食子酸酯是一個具有2個沒食子酸酯的兒茶素，其化學結構如圖2所示。它只存在于某些茶樹品種的鮮葉中，如日本的紅譽（Benihomare）、印度的阿薩姆（Assam）和我國廣東栽培種、福建八仙茶中，在廣東栽培種中的含量范圍為0.33%～6.62%。EGCGG的藥理作用主要是對胰脂酶有很強的抑制效應，IC50（半抑制濃度）為0.098μmol，抑制效果優于EGCG，因此，該成分具有較好的減肥作用[2-3]。

圖1 甲基化兒茶素的化學結構式

圖2 表沒食子兒茶素-3,5-雙沒食子酸酯（EGCGG）化學結構式

二、兒茶素聚合物類

1.茶黃素類（Theaflavins，TFs）

茶黃素類是紅茶中的主要成分，它最早是在1957年由Roberts發現的，是茶葉中多酚類物質氧化形成的一類能溶于乙酸乙酯，具有苯并卓酚酮結構的兒茶素聚合物的總稱。茶黃素含量一般占紅茶干物質的1%～5%，對紅茶的色、香、味及品質起著決定性作用，是紅茶湯色“亮”的主要成分，也是紅茶滋味強度和鮮度的重要成分，同時還是形成紅茶茶湯“金圈”的主要物質。目前對茶黃素的化學結構、組成和形成機理等已基本清楚。研究表明，茶黃素是由成對兒茶素經氧化聚合形成的二聚體構成，至今已鑒定出的茶黃素單體有13種，其中最主要的是4種：茶黃素（TF）、茶黃素-3-沒食子酸酯（TF-3-G）、茶黃素-3'-沒食子酸酯（TF-3'-G）和茶黃素雙沒食子酸酯（TF-3,3'-DG）。茶黃素具有抗氧化等多種生理活性作用的結構基礎在于其前體兒茶素A環上的2個酚羥基，苯并卓酚酮結構B環上的3個羥基，以及沒食子酸酯所帶的酚羥基，這些羥基保證了它同樣具有很強的提供質子的能力，隨著茶黃素與沒食子酸酯化度的提高，其生理活性得到明顯增強。關于茶黃素的藥理作用研究報道很多，歸納起來主要有：抗氧化、抗癌、抗炎，預防心血管疾病、肥胖及代謝綜合征、神經退行性疾病如帕金森綜合征和阿爾茲海默癥等[1,5]。

2.茶紅素類（Thearubigins，TRs）

茶紅素類是紅茶中含量最高的一類酚性化合物，占紅茶干物質重的6%～15%，是構成紅茶湯色的主體物質，對茶湯滋味與湯色濃度，以及對人體健康都起著極為重要的作用。茶紅素是紅茶發酵過程中由一種或幾種兒茶素或茶黃素通過不同途徑氧化聚合形成的復合物，它既包含兒茶素酶促氧化聚合（縮合）反應產物，也有兒茶素氧化產物與多糖、蛋白質、核酸和原花色素等產生的非酶促反應產物，因此，在化學組成上極為復雜，至今尚未得到明確的鑒定。最新的研究認為，茶紅素是兒茶素通過氧化級聯反應生成的二聚體至七聚體的混合體，分子量在2 100 Da以下。理論上，茶紅素組分包含近3萬種化合物，目前采用串聯LC-MS證實，茶紅素中至少包括29種羥基化茶黃素（hydroxylated theaflavins）、12種茶黃素單沒食子酸酯（theaflavin mono-gallates）、9種茶黃素雙沒食子酸酯（theaflavin di-gallates）和10種theacitrin單沒食子酸酯（theacitrin mono-gallates），并且在上述每個同源系列中，至少還存在10種單醌或雙醌形式的母體化合物和羥基化衍生物。研究表明，茶紅素與茶黃素在對DNA甲基化轉移酶的抑制上具有相類似的作用，同樣具有抗癌、抗氧化、消炎和抑菌等藥理作用[1-2]。

3.聚酯型兒茶素類（Theasinensins，TSs）

聚酯型兒茶素是在制茶過程中以兒茶素為主體的多酚類物質受酶催化或非酶促氧化而形成的，在茶鮮葉、綠茶、紅茶、烏龍茶中都被檢測到。例如，浙江綠茶中TSs含量為1.57%。目前發現的TSs的單體有8種，分別為Theasinensin A-H（TSA、 TSB、 TSC、 TSD、 TSE、 TSF、 TSG、TSH），后續可能還會有新的單體被發現。目前認為在紅茶加工過程中，TSs與TFs有著競爭性形成的關系，其形成途徑如圖3所示，即兒茶素氧化形成鄰醌后，一部分形成聯苯酚醌，然后進一步氧化聚合形成TFs；一部分形成TSs的前體物質進而還原生成TSs。而對于聯苯酚醌類，一部分自身轉化，一部分氧化為茶黃素，一部分還原為TSs。最后茶黃素和聚酯型兒茶素可以通過偶聯氧化生成茶紅素，因此，鄰醌氧化形成聯苯酚醌和脫氫聚酯型兒茶素（DTSs）的反應條件、聯苯酚醌氧化和還原反應條件是TSs和TFs競爭性形成的關鍵[6]。

圖3 TSs、TFs和TRs的形成途徑

研究表明，TSs能夠很快地被腸上皮細胞吸收，并且吸收速度顯著大于兒茶素單體（EGCG）；TSs具有與EGCG相同或更高的鰲合鐵及抗氧化功能，較易被吸收且在血液中能夠維持較長的時間。目前發現TSs的藥理作用主要有以下幾個方面。

（1）抗氧化作用

如TSs的抗氧化性能（AOA）不低于EGCG；TSA抗脂質氧化能力和EGCG差異不大，而且TSA、TSB、TSC、TSD、TSE之間抗氧化能力差異很小。

（2）抗腫瘤作用

如TSs可誘導HL-60細胞凋亡、抑制人肝癌細胞的生長、對小鼠移植瘤有明顯抑制作用等。

（3）增強免疫力

如TSs對正常及免疫功能低下小鼠的細胞免疫和體液免疫均具有增強作用等。

（4）消炎、殺菌、抗病毒作用

如TSA可調節相關趨化因子（一類具有化學趨化活性的細胞因子，在炎癥反應中起重要作用），如白細胞介素、干擾素發揮其抗炎作用；TSA有殺菌能力和輔助抗生素殺菌能力。

（5）降血糖、降膽固醇、減肥作用

如TSA能顯著加速糞便中的中性類固醇的排泄，從而降低老鼠體內類固醇的含量；TSs對α-葡萄糖苷酶的活性有抑制作用，能夠防止血液中膳食脂肪分解為甘油三酯而使血液中甘油三酯含量升高，同時TSs也能抑制碳水化合物，如糖類的吸收[6]。

4.烏龍茶聚合多酚及烏龍雙烷醇二聚物A和B

烏龍茶加工過程中，多酚類化合物在多酚氧化酶和熱的作用下聚合成高分子量化合物，稱作烏龍茶聚合多酚（OTPP）。OTPP是烏龍茶的特征化合物，在烏龍茶中含量可達到114 mg/g。研究發現，OTPP能抑制小鼠餐后高甘油三酯血癥，在試驗劑量為20 mg/頭時，可延遲淋巴甘油三酸酯的吸收，效果好于等量的EGCG。此外，1989年日本科學家還從烏龍茶中分離鑒定出了兩種新的成分：烏龍雙烷醇二聚物A和B（Oolonghomobis-flavans A和B）。這兩個化合物的主要生理功能為具有抑制胰脂酶的活性，IC50分別為0.048μmol和0.108μmol，抑制能力優于EGCG，提示烏龍茶具有很好的減肥作用[2-3]。

5.茶褐素類（Theabrownins，TBs）

茶褐素是普洱茶中重要的生物活性成分之一。很多研究認為，普洱茶降脂減肥、降血糖的功效與該成分有關。普洱茶中茶褐素的含量范圍為10%～14%，平均含量為12%，茶褐素不僅是決定普洱茶獨特湯色和滋味的關鍵因素，也是衡量普洱茶品質的關鍵因子。普洱茶中茶黃素、茶紅素以及茶褐素3種茶色素的含量分別為0.16%～0.29%、0～0.99%和8.33%～13.65%。盡管普洱茶和紅茶表面上看起來很相似，茶褐素的性質特征也很接近，但采用CP-Py-GC/MS分析表明，普洱茶和紅茶的化學成分存在很大的差異，普洱茶茶湯與紅茶茶湯的區別主要在于前者缺少茶黃素和theaflavic acids等成分，而正是這些成分對茶葉的收斂性和苦澀味有較大的貢獻[1]。

三、氨基酸類

1.茶氨酸（L-Theanine）

茶氨酸，又名L-谷氨酸γ-乙基酰胺，是茶葉中特有的游離氨基酸。茶氨酸易溶于水，具有甜味和鮮爽味。茶氨酸是茶葉中含量最高的游離氨基酸，一般占干茶重量的0.5%～3.0%。在白化茶樹品種（如白葉1號等）或黃化茶樹品種（如中黃1號等）鮮葉中茶氨酸含量尤其高（春季一芽二葉新梢中茶氨酸含量可高達3%以上）。茶氨酸在化學構造上與腦內活性物質谷酰胺、谷氨酸相似。研究證明，L-茶氨酸可以很容易地穿過血腦屏障在大腦中產生作用，對缺血性腦損傷和谷氨酸誘導的神經元細胞死亡具有保護作用。此外，還發現茶氨酸在緩解壓力、促進睡眠、抗焦慮、抗抑郁、提高學習能力和記憶力，預防阿爾茨海默病（AD）、帕金森氏綜合征（PD）、腦中風等神經性退行疾病方面都有良好的藥理作用[1-2,7]。

2.γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）

γ-氨基丁酸，又名4-氨基丁酸，是茶葉中另一個引人關注的非蛋白質氨基酸。GABA是目前研究較為深入的一種重要抑制性神經遞質，它參與人體多種代謝活動，具有很強的生理活性。GABA能夠起到鎮靜神經、抗焦慮、降血壓、促進乙醇代謝，治療阿爾茨海默?。ˋD）、帕金森氏綜合征（PD）及腦中風等神經性退行疾病的作用。最新的研究表明，GABA還具有防止皮膚老化、消除體臭、改善脂質代謝、防止動脈硬化、高效減肥等功能。但是，按照常規加工工藝制造的茶葉中γ-氨基丁酸含量一般都較低，在微量至0.05 mg/g之間。如果將茶鮮葉通過一定時間的厭氧處理后，會使鮮葉中γ-氨基丁酸含量提高20～30倍。在日本，將GABA含量在1.5 mg/g以上的茶葉命名為Gabaron茶，即γ-氨基丁酸茶。目前我國已開發出GABA含量在2.0 mg/g以上的γ-氨基丁酸綠茶、紅茶、烏龍茶和白茶等產品，并實現產業化生產，動物實驗和臨床試驗也證實了該茶具有明顯的降血壓作用，目前正在開展預防神經性退行疾病的研究，未來市場前景廣闊[1-2]。

四、生物堿類（咖啡堿Caffeine）

茶樹是自然界中咖啡堿含量最高的植物，茶樹葉片中的咖啡堿含量一般在2%～4%（最高5.5%），高于咖啡豆（1%～2%）、可可豆（0.3%～2.0%）、可樂果（1%～2%）等。咖啡堿，又名三甲基黃嘌呤，其分子量為194.19，純品為白色針狀或粉狀固體，無嗅，熔點237℃，易溶于熱水，苦味閾值為0.7 mmol/L，因此，咖啡堿是茶湯中呈苦味的最主要物質?？Х葔A的藥理作用主要是興奮中樞神經、提高思維效率、利尿等。最新的研究發現，咖啡堿有多種協同作用，例如在減肥和抑制腎癌、皮膚癌細胞試驗中，咖啡堿與兒茶素聯用比兒茶素、咖啡堿單獨使用效果要好；在人體試驗中，咖啡堿與茶氨酸聯用，可以改變大腦內GABA、5-羥色胺和多巴胺含量，增加大腦α波活動，從而達到一種放松狀態；咖啡堿（150 mg）和L-茶氨酸（250 mg）的混合物可以使人反應更敏捷，數字記憶反應時間更短，句子表達更精確；在命中率和目標實驗中，咖啡堿（50 mg）和L-茶氨酸（100 mg）的混合物相對安慰劑和單一組分可顯著提高注意力；在認知能力試驗中，L-茶氨酸（97 mg）和咖啡堿（40 mg）混合物能顯著改善任務切換時的注意力[1-2]。

五、黃酮醇及其糖苷類

黃酮醇（Flavonols）及其糖苷類物質是近年引起較多關注的一類活性成分。茶葉中的黃酮醇多數以糖苷類形態存在，是茶湯中水溶性黃色素的主體，占茶葉干重的3%～4%。茶葉中的黃酮醇糖苷主要有單糖苷、雙糖苷和三糖苷3種類型，其糖基有葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、蕓香糖等。至今從茶鮮葉和綠茶中已分離鑒定出20多種黃酮醇及其糖苷，其中含量較多的有：槲皮素（2.72～4.83 mg/g）、山奈酚 （1.42～3.24 mg/g）、楊梅素 （0.73～2.00 mg/g）、槲皮苷 （0.2%～0.5%）、山奈苷（0.16%～0.35%）和蕓香苷（0.05%～0.15%）等。紅茶由于經過發酵，黃酮醇類含量相對較低，如祁紅和滇紅工夫紅茶中，槲皮素含量為0.46～3.51 mg/g、山奈酚為1.26～2.96 mg/g、楊梅素為0～0.21 mg/g等。目前在烏龍茶中還發現了一些特殊的黃酮糖苷類成分，如黃酮糖苷Chafurosides A和B，以及8種酰化的黃酮糖苷類AFTG。

黃酮醇及其糖苷類化合物具有抗炎、抑菌、降血糖、抗氧化、抗輻射、抗癌、抗腫瘤、抗艾滋病，以及增強免疫能力等許多藥理作用，是重要的抗氧化劑，臨床應用非常廣泛，能防治心腦血管和呼吸系統的疾病。如今有一些新觀點認為，黃酮及其糖苷類化合物還可以作為細胞信號傳導物質，對人體正常生理功能進行調控[1-2]。

六、原花色素和花青素類

原花色素（Proanthocyanidins）是植物中普遍存在的天然抗氧化物質，它是由不同數量的兒茶素或表兒茶素結合而成。最簡單的原花色素是兒茶素或表兒茶素形成的二聚體，此外還有三聚體、四聚體等直至十聚體。按聚合度的大小，通常將二聚體至五聚體稱為低聚體（簡稱OPC），將五聚體以上的稱為高聚體（PPC）。一般低聚體較高聚體具有更強的抗氧化和清除自由基的能力。迄今在茶鮮葉和綠茶中已發現20多種原花色素，它們在綠茶中的含量可達到干物重的2%～3%[1]。

花青素（Anthocyanidins）是近年引起關注的又一類茶葉活性成分?；ㄇ嗨?，又稱花色素，是自然界一類廣泛存在于植物中的水溶性天然色素，在植物細胞液泡不同的pH值條件下，花青素使花瓣或葉片呈現五彩繽紛的顏色。目前已確定的花青素有20種，在植物中常見的有6種，即天竺葵色素（Pg）、矢車菊色素（Cy）、飛燕草色素（Dp）、芍藥色素（Pn）、牽?；ㄉ兀≒t）和錦葵色素（Mv）。一般來說茶樹正常綠色芽梢中花青素含量很低，僅占干物重的0.01%（0.1 mg/g）左右，但在紫芽種中則可高達1.0%～3.0%。如“紫娟”品種一芽二葉新梢中花青素含量可達2.7%～3.6%，其花青素組分主要為天竺葵素-3,5-二葡萄糖苷（227 μg/g）、矢車菊-3-O-半乳糖苷（83.5 μg/g）、錦葵色素（70.5μg/g），以及天竺葵色素（46.3μg/g）等?；ㄇ嗨刈钪饕纳砉δ苁蔷哂锌寡趸芰妥杂苫宄芰?。研究證明：花青素是當今人類發現最有效的抗氧化劑，也是最強效的自由基清除劑，花青素的抗氧化性能比VE高50倍，比VC高20倍。此外，花青素還具有抗突變、保護視力、預防糖尿病和心血管疾病等多種藥理功能[1,8]。

綜上可知，茶葉活性成分的化學及其藥理作用的研究已取得了長足進展，為飲茶有益于人體健康提供了很多的科學依據，但由于目前關于人體對這些茶葉活性成分的吸收、代謝、利用及其作用機理的研究還不夠深入，特別是關于不同活性成分的協同作用、對人體的有效濃度等研究還很缺乏，導致還有很多關于茶葉保健功效的民間經驗或傳說無法解釋，如“冷水泡茶可治療糖尿病”“老白茶清熱降火，功效同犀角”等，相信隨著科學技術的不斷進步，通過科學家們的努力，茶葉中新的活性成分及新的保健功能將會不斷被發現，茶葉對人類健康也將會作出更大的貢獻。