学术报告厅

The antioxidation of tea
 

韩 驰(中国疾病预防控制中心营养与食品安全所, 北京 100050)
  人体自然衰老与包括肿瘤、心血管病等疾病在内的退行性疾病都有一个共同的发生过程,即细胞受到氧自由基的氧化损害。当机体处于过度氧化负荷下,活性氧形成过多,抗氧化物质耗竭或活性下降。活性氧具有极为活泼的单电子,易与亲核性的DNA分子结合,发生DNA氧化损伤及随之发生修复错误,可导致癌基因的激活或抑癌基因的失活,形成DNA碱基的改变,8-羟基(脱氧)鸟嘌呤(8-OHdG)是最有代表性的DNA氧化损伤产物;氧化损伤可导致酶活性的诱导或抑制、DNA和蛋白质之间的交联,引起遗传特性改变及蛋白质功能丧失或改变;细胞膜蛋白的损伤不仅破坏细胞膜的通透性,引起细胞内外离子浓度的失衡,还可抑制细胞间隙连接通讯(GJIC),使细胞的信息传递通路发生障碍;蛋白质的氧化损伤以及信息通道的改变可直接影响细胞增殖,细胞间的信息传递异常,摆脱正常的调控而异常增生,并通过几个信息通路传递下去,导致基因表达失调、细胞凋亡及细胞增殖紊乱,这种损伤为癌症启动和促进提供了基础。自由基尚有介导致癌物活化的作用。一些致癌物的前体本身并不具有致癌性,需经体内代谢活化成有致癌活性的亲电物,转化成为终致癌物后才能发挥其致癌作用,而自由基则起到促进其转化的作用。实验证明,在心脏疾病过程中都有过量氧自由基产生,氧自由基对不饱和共价键有一种特殊的亲和力,最容易攻击生物膜磷脂中的不饱和脂肪酸引起脂质过氧化反应。另外还可使巯基(-SH)氧化功能失去活性。膜的受损导致膜通道的改变,包括Na-K-ATP酶,从而加重心肌细胞损伤。因此,医学科学家研究认为减少人体所受的“氧负荷”将有助于延缓人体老年化过程及减少人类退行性疾病的发生。利用抗氧化剂捕获自由基,消除或减轻自由基所造成的氧化损伤,是预防和阻断癌症及心血管疾病发展的有效方法。
  近年来国内外科学家对茶的保健作用进行了研究,取得了可喜的成绩,发现茶叶主要是茶多酚(包括4个儿茶素)和茶色素具有抗老延年、抗突变和抗肿瘤、防治心血管病等作用。其主要作用机制之一是茶的抗氧化作用。

1 茶的主要成分及其保健作用

  中国是茶的原产地,世界茶的种植、加工和饮用都直接或间接的来源于中国。我国饮茶至少有3000多年历史,饮用地区广,人数多,被称之为“茶叶的祖国” 。饮茶的保健作用自古以来就有记载,最早的是“神农尝百草,遇七十二毒,得茶而解之”的传说。汉代《神农本草》就记载“茶味苦寒,久服使人安心、益思、少卧、轻身耐劳、明目”,并把茶列入365种药物之中。东汉著名医学家华佗在《食论》中说:“苦茶之食,益思”。唐代陆羽著有《茶经》,认为“茶有解毒、治病、醒酒、兴奋、解渴之功效”。李时珍《本草纲目》中记载:“茶苦而寒,阴中之阳,沉也降也,最能降火,火为百病,火降则上清矣”。全面总结茶的医药知识,辩证地论述了茶的药理功效。
  茶叶含有500多种化学成分,有机物约有450多种,构成这些化合物或以无机盐形式存在的基本元素有30多种,占自然界存在的72种元素的41.6%。茶叶晒干物中糖类约占20%~25%;蛋白质约占20%~30%;脂肪和脂类物质在茶叶干物质中占的比重较少,约为10%左右。茶叶中还含有与人类健康有关的主要是它的二级代谢产物,其中多酚类占20%~35%;嘌呤碱占3%~5%,其中含咖啡碱2%~5%,可可碱占0.05%,茶叶碱占0.002%。其它还有芳香物质和色素。茶汤的色、香、味主要取决于茶叶的二级代谢产物。主要成分为黄烷醇类、花白素类、花色苷类、黄酮醇类和黄酮类。由于这些化合物都具有2-苯基并吡喃的基本结构,故统称类黄酮类物质。此外,茶叶中还有绿原酸、鸡钠酸、咖啡酸等酚酸类化合物。市场上的茶一般有绿茶、红茶、乌龙茶和花茶等。这主要是根据制作过程中茶多酚的酶促氧化程度(俗称发酵)决定的。绿茶不经发酵过程,保持茶多酚的原来化学结构。红茶是发酵茶,茶多酚经过氧化后形成茶色素,其单体为茶红素(含量为红茶干物质总量的10%~20%)、茶黄素(含量为红茶干物质总量的1%~2%)和茶褐素。乌龙茶则属半发酵茶。花茶只是绿茶经过各种花型进行数次的熏蒸而成的。茶多酚是绿茶的主要成分,其中儿茶素占茶多酚含量的80%左右,儿茶素又有4个异构体即表儿茶素(EC)、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)、表没食子儿茶素(EGC)。茶色素是红茶的主要成分。茶多酚和茶色素对人类健康具有重要作用,是茶叶中的主要生物活性成分,也是茶的主要抗氧化成分。

2 茶的抗氧化作用与癌症化学预防

  茶叶防癌方面的抗氧化作用机制包括:诱导体内抗氧化酶活性;调节Ⅰ、Ⅱ相解毒酶;抑制致癌物的代谢活化;减少DNA加合物的形成;活性氧自由基特别是OH· 还可直接引发DNA链的损伤,如DNA断裂、DNA之间的交换、染色体畸变等。抑癌基因的激活,减少癌基因的复制,阻断癌的启动,可改变活性氧所诱发的生长有关的基因表达,直接影响转录因子活性,以消除氧化损伤所带来的信息通路上的障碍;抑制肿瘤的异常增生。
2.1 体外试验
  茶多酚对特丁基过氧化氢引起的大鼠红细胞溶血和丙二醛(MDA)生成增加,以及促癌剂TPA引起的大鼠多形核白细胞(PMNs)过氧化氢(H2O2)生成均有明显抑制作用,并呈剂量-反应关系。用2mg/L茶多酚、茶色素处理HepG2肝肿瘤细胞24h后可引起谷胱甘肽硫转移酶(GST)和醌还原酶(QR)活性分别升高35.8%和58.8% 茶多酚处理48h可使GST活性升高64.6%,同样浓度的茶色素处理48h后,GST活性增加84.3%。其单体茶红素和茶黄素对HepG2肝肿瘤细胞中QR活性亦有增高作用,浓度为10 mg/L时酶活性分别增高30.3%和18.5%。体外对HepG2细胞作用的研究结果提示茶多酚、茶色素可能通过诱导II相代谢酶活性,加速致癌剂的结合反应,促进对致癌物活性代谢产物的排泄,从而进一步降低对DNA、蛋白质等生物大分子的毒性作用。
2.2 体内试验
  用促癌剂TPA涂抹小鼠皮肤,并涂抹绿茶多酚(GPT),结果表明GPT可明显抑制TPA诱导的表皮细胞鸟氨酸脱羧酶(ODC)活性增高,对某些抗氧化酶 如过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽硫转移酶(GST)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的“耗竭”有预防作用。研究茶叶对N-甲基苄基亚硝胺(MNBzA)诱发大鼠食道肿瘤的影响发现,饮茶可明显地抑制MNBzA的致癌作用,同时发现MNBzA可致大鼠肝脏和红细胞的SOD、CAT活性降低;血浆和肝脏中的MDA生成量增加;食道上皮NMBzA与DNA生成DNA加合物O6-甲基鸟嘌呤(O6-MeG)。饮茶后大鼠肝脏和红细胞的SOD、CAT活性增加;血浆和肝脏中的MDA生成量降低;食道上皮DNA加合物O6-MeG生成量降低;结果表明给大鼠NMBzA 同时饮茶可使体内 SOD 和CAT 活性增高,MDA生成量降低,抑制大鼠食道上皮NMBzA与DNA生成O6-MeG,茶可提高动物体内的抗氧化能力。用二乙基亚硝胺(DEN)和部分肝切除+CCl4诱发大鼠肝癌癌前期病变的实验中发现,饮绿茶水和混合茶均可显著减少肝γ-GT灶,同时发现大鼠肝微粒体多种脂质过氧化物及其小分子产物 如MDA、乙醛(ACT)、丙酮(ACON)、戊醛(PP)的生成明显减少;并见到多种抗氧化酶如SOD、CAT和Ⅱ相代谢酶如QR、GST活性的增高。从GST各亚型Western blotting结果看,茶多酚、茶色素对GST 1-1、GST1-2、GST3-3均有诱导作用。茶多酚和茶色素对GST1-1具有相同强度的作用,对GST1-2的诱导作用以茶多酚为主,茶色素对GST3-3有较强的诱导作用。GST1-1、GST1-2都属于GSTα,GST3-3则属GSTμ。GSTα主要对氢过氧化物有较高的亲和力,其特征性的反应为GSH-Px(不含Se)活性,因此它对于清除过氧化产物有重要意义;另外,GSTα可作为结合蛋白,还具有结合、运输功能,与一些活性亲电物结合可使其失活或抑制;而GSTμ主要参与GSH与DMBA(二甲基苯并蒽)的环氧化物的结合解毒过程,它的另一作用是参与DEN代谢过程的去硝基反应,对DEN的代谢解毒和排出有重要意义。因此,茶多酚能清除脂质过氧化产物,对抗脂质过氧化损伤;而茶色素则对致癌剂具有解毒作用。以上结果表明,绿茶和混合茶对DEN诱发大鼠肝癌的发生均有显著的保护作用,而这种保护作用很可能与茶的抗氧化有密切关系。
2.3 人群干预试验
  当机体处于过度氧化负荷下,活性氧形成过多,抗氧化物质耗竭或活性下降,平衡被破坏,过度的活性氧自由基攻击靶器官造成组织器官和生物大分子如DNA、RNA、蛋白质、脂肪的损伤。活性氧自由基特别是OH·还可直接引发DNA链的损伤,如DNA断裂、DNA之间的交换、染色体畸变等。这种损伤为癌症启动和促进提供了基础。
  口腔癌发生率占世界恶性肿瘤发生率的第六位,在我国占全部恶性肿瘤发病率的3%。口腔粘膜白斑是世界卫生组织认定的口腔癌的癌前病变。因此,阻断口腔粘膜白斑的发展和恶变是预防口腔癌的重要措施。在动物试验的基础上,用混合茶(绿茶水冻干物、茶多酚和茶色素的混合物,口服胶囊,3g/d,同时局部涂抹患处)作为受试物,以口腔癌癌前病变口腔粘膜白斑患者为研究对象(干预组29人,对照组30人),以反映DNA氧化损伤的指标——口腔粘膜细胞微核形成为中间标志物,进行饮茶对口腔癌前病变的随机双盲干预试验,观察期为半年。结果提示,饮茶对人口腔粘膜上皮细胞的DNA损伤有保护作用。因此,口腔粘膜微核细胞率的降低以及病损区的缩小,很可能与茶对口腔粘膜组织DNA损伤的保护作用有关。
  香烟中含有大量的自由基,每口烟雾中约含104~106个自由基,如烷基自由基和多聚苯氧自由基等,进入体内后,为清除这些自由基,必然动用体内的抗氧化防御系统,加快体内的氧化和过氧化过程,加剧体内氧化自由基反应和脂质过氧化反应,使得吸烟者体内抗氧化维生素减少,抗氧化酶如SOD活性降低,氧化性损伤增加。流行病学研究表明,吸烟与1/4至1/3的人类肿瘤有关,尤其是肺癌。香烟中含有多种致癌物、促癌物和大量的自由基,是人体接触的主要致癌物之一。以经常吸烟者为对象,分别饮绿茶、红茶和混合茶,以及茶多酚片作为干预措施,以反映DNA损伤和氧化损伤的一系列生物学指标作为终点,观察饮茶对吸烟引起人体DNA损伤的保护作用。在干预后1和7天的主要试验结果为:绿茶组、红茶组及茶多酚片组吸烟者尿中8-OhdG、MDA均有明显降低。绿茶组、混合茶组尿中总自由基(23-DHBA)明显降低。吸烟可以明显升高口腔粘膜微核细胞率(6倍)和外周血淋巴细胞染色体畸变率(7.5倍),而饮用各种茶均可降低吸烟所致的这两种遗传损伤的增加。其中饮混合茶对口腔粘膜微核细胞和外周淋巴细胞染色体畸变发生的保护作用均具显著意义。在试验中还首次探讨了茶多酚在人体内的代谢动力学,发现摄入茶多酚的量与体内抗氧化能力呈正相关。饮不同茶的受试者第2天、第7天的血、尿样品中儿茶素单体色谱分析结果表明,饮混合茶组血、尿样中儿茶素单体EGC、EC、EGCG含量均最高,同时血浆总抗氧化性最强,抗氧化延迟时间也最长。可见,血浆抗氧化性与其儿茶素,特别是EGC、EGCG的水平密切相关,从另一侧面证实了茶多酚是茶中的主要抗氧化成分。综合以上结果,可以认为绿茶水、红茶水、混合茶水和茶多酚均能保护吸烟所致的氧化损伤和DNA损伤。 在对经常吸烟者的干预试验中见到各饮茶组试验对象血浆总抗氧化作用增强,尿中MDA和尿中8-OHdG以及阿斯匹林代谢物总自由基(23-DHBA)排出减少;进一步支持了茶叶防癌的抗氧化作用机制。

3 茶的抗氧化作用与心血管疾病预防

  冠心病的发生主要是由于冠状动脉的粥样硬化,而自由基、脂质过氧化和低密度脂蛋白(LDL)氧化性改变参与动脉粥样硬化的启动。显然,在引起泡沫细胞——动脉粥样硬化发生发展的一种最早阶段之前, LDL必须经过氧化性改变,吸收了氧化LDL的巨噬细胞转化成荷脂泡沫细胞,可引起内皮细胞层损伤和平滑肌细胞破坏。以泡沫细胞在动脉内皮下积聚为特点的脂肪酸以及脂质过氧化物在血液和主动脉中积聚形成斑块,使动脉壁管腔狭窄和血液中发生一系列变化,如血粘稠度和血小板积聚度增加,以致在动脉中容易形成血栓。而血胆固醇、甘油三酯等血脂的升高,则是冠心病发生的重要危险因素。
  LDL的氧化可加速动脉粥样硬化(AS)的形成,血液中LDL的氧化可被Cu2+、Fe2+等氧化金属所促进形成Ox-LDL(氧化修饰低密度脂蛋白),对血管内皮细胞、平滑肌细胞有毒作用,导致细胞坏死堆积形成斑块及引起管腔狭窄。因此增强体内抗氧化能力,阻断脂质过氧化反应,防止对LDL及血管内皮细胞的氧化损伤是一条对AS的重要预防策略。
3.1 体外试验
  在体外实验中发现茶色素(TP)可明显抑制由Cu2+和Fe2+诱导的LDL氧化,(Cu2+、Fe2+)氧化修饰后产生的一系列毒性物质对内皮细胞具有毒性作用。在培养液中加入Ox-LDL培养24h后,HUVEC(人脐静脉内皮细胞)出现明显的收缩、变圆、变性坏死等一系列损伤变化。如同时在培养液中加入不同浓度的茶色素,可明显减轻内皮细胞(EC)的损伤,细胞存活率明显高于Ox-LDL组。茶色素对Cu2+氧化修饰抑制率为64.9%,对Fe2+抑制率为74.6%(80mg/L TP);使血管内皮细胞存活率增加95%;对Ox-LDL诱导的内皮细胞的血管细胞粘附(ICIM)表达具有明显抑制作用。细胞外乳酸脱氢酶含量的多少可间接反应细胞损伤的程度,可作为EC受损伤时的定量指标,在茶色素作用下,LDH释放百分比呈不同程度的降低。绿茶提取物具有良好的抗血凝、促纤维蛋白原溶解和显著抑制血小板聚集,从而抑制主动脉及冠状动脉内壁粥样硬化斑块的形成,达到防治心血管疾病的目的。
3.2 体内实验
  给大鼠饮乌龙茶提取液可明显降低血中胆固醇浓度和有效地抑制中性脂肪浓度上升。给家兔高脂饲料8周后血清胆固醇明显高于对照组,甘油三酯水平高于实验前,给茶色素后,血浆内皮素水平明显降低,GSH-Px明显上升主动脉斑块面积显著低于对照组,可能与茶色素增加GSH-Px活性有关。GSH-Px在体内可清除脂类氢过氧化物,减少氧化损伤。结合茶色素对实验家兔主动脉内皮细胞扫描电镜结果,表明茶色素对Ox-LDL所致的内皮细胞损伤具有保护作用,其机制与茶色素抑制LDL氧化、减少Ox-LDL、增加GSH-Px活性有关。同样研究结果表明,家兔喂高脂饲料形成高脂血症和动脉粥样硬化斑块,饮用乌龙茶的家兔,主动脉内膜质脂斑块少、面积小,占主动脉面积的19%,同时较为分散。不饮茶单纯喂高脂饲料的家兔,动脉内膜质脂斑块融合成片,占主动脉面积的43.8%,甚至遍及整个主动脉斑块。乌龙茶提取物能显著降低高脂动物的胆固醇和甘油三酯,升高高密度脂蛋白的水平,增加红细胞膜的弹性,体外血栓形成长度、重量均低于高脂组,而且降低了纤维蛋白原的含量。对大耳白兔造成动脉粥样硬化模型后喂饲茶的提取物75d,结果表明茶的提取物有明显降血脂和脂蛋白的作用,并明显缩小主动脉斑块面积。家兔试验结果表明,茶色素有显著的抗凝、促进纤溶、防止血小板粘附和聚集,以及防止家兔试验性动脉粥样硬化的作用。
3.3 临床干预试验
  对1299名男性进行流行病学调查,发现饮绿茶者血胆固醇低密度脂蛋白明显低于不饮茶者,结果提示饮茶对心血管病有一定预防作用。53例冠心病患者和22例高血压患者,年龄在40~76岁,连服30d绿茶多酚,结果表明冠心病患者自觉症状、微循环流态和心电图等得到改善,血胆固醇显著降低,高密度脂蛋白胆固醇明显增加;收缩压及舒张压均低于试验前。对32名心脑血管病人进行了观察,结果发现乌龙茶可降低毛细血管脆性,增加其抗力;防止红细胞聚集、降低血液黏度、降低红细胞沉积等作用 乌龙茶改善血液流变学,防止血栓形成,具有活血化淤的良好作用。临床研究也证明茶叶提取物能抗凝、促纤溶、抑制血小板聚集、降低血脂,从而改善冠状动脉血流量,具有抗动脉硬化、活血化淤、防治心血管疾病等作用。对120例高血脂症伴纤维蛋白原增多的患者进行临床观察,68例服茶色素75 mg,52例服茶色素150mg,两个月为一疗程。结果总有效率分别为85%和92.3%(以纤维蛋白原下降20mg以上者为有效)。用茶的提取物治疗高血脂病人38例,经测定血甘油三酯显著降低,高密度脂蛋白胆固醇明显升高,血浆纤维蛋白降低。
以上体外试验、动物实验及临床干预试验研究结果表明,茶对心血管疾病的预防可能与其抗氧化作用能中断或阻止脂质过氧化、清除超氧化物自由基和羟自由基的功效有关。

参考文献:

  1 Halliwell B Gutteridge JM Cross CE. Free radicals and antioxidants and human disease where are we now﹖ J Lab Clin Med19921196598-620.
  2 Poulsen HE Prieme H Loft S. Role of oxidative DNA damage in cancer Initiation and promotion. Eur J Cancer Prev 199871:9-16.
  3 Folyd RA. 8-Hydroxy-2-deoxyguanosine in carcinogenesis.Carcinogenesis 1990111447-1450.
  4 Thollon C Iliou JP Cambarrat C et al. Nature of the cardiomyocyte injury induced by lipid hydroperoxides. Cardiovase Res 1995 305648-655.
  5 Susin SA Zamzami N Castedo M et al. Bcl-2 inhibits the mitochondrial release of an apoptogenic protease. J Exp Med 199618441331-1341.
  6 Sabri A Byron KL Samarel AM et al. Hydrogen peroxide activates mitogen-activated protein kinases and Na+-H+ exchange in neonatal rat cardiac myocytes. Circulation Res 199882 1053-1062.
  7 祁禄,韩驰. 茶叶防癌有效组分对NADPH-醌还原酶的诱导作用.卫生研究 1998 275323-325.
  8祁禄,韩驰. 茶多酚抑制促癌物TPA促癌作用抗氧化机制研究.卫生研究 1998271:50-52.
  9 Han C,Xu Y. The Effect of Chinese Tea on the Occurrence of EsophagealTumor Caused by N-Nitroso-methylbenzylamine in Rats. Biomed Environ Sci 1990335-42.
  10 朱家琦,肖颖,刘泽钦 等. 茶叶对N-甲基苄基亚硝胺致DNA烷基化的影响. 卫生研究 1993195:22-25.
  11 祁禄,韩驰. 绿茶及混合茶抑制二乙基亚硝胺诱发大鼠肝癌前期病变的抗氧化机理研究. 卫生研究 1997266:382-386.
  12 Gong YY Han C Chen JS. Effect of tea polyphenols and tea pigments on the inhibition of precancerous liver lesions in rats. Nutr And Cancer 200038181-86.
  13 Li N Han C Chen JS. The chemopreventive effects of tea on human oral precancerous mucosa lesions. Proc Soc Exp Bio Med  19992204 249-254.
  14 Klaunig JE Xu Y Han C. The effect of tea consumption on oxidative stress in smokers and nonsmokers. Proc Soc Exp Bio Med  19992204 218-224.
  15 伭万里. 茶色素对动物实验性动脉粥样硬化的预防效果及其机制的研究.博士生论文,2000,7月
  16 方允中,由运果,陈国鸣,等.茶多酚复方产品(绿维多)对预防冠心病、高血压及Ⅱ型糖尿病保健效果的临床观察. 上海茶与抗癌学术研讨会论文集,1998:40- 42.
  17 阮景绰,汪培清,冯亚,等.乌龙茶对心血管疾病血液流变学影响的临床观察.上海茶与抗癌学术研讨会论文集,1998:78-79.
  18 楼福庆,张美芳,张晓岗,等.茶色素对家兔实验性动脉粥样硬化和人纤维蛋白原增多症的作用.中华医学杂志,198363(10):632-634.