茶氨酸的生理活性及药理作用研究进展.doc

茶氨酸的生理活性及药理作用研究进展刘婉如 综述 徐海滨 审校(中国疾病预防控制中心营养与食品安全所，北京 100021)摘要：茶氨酸是茶叶中一种独特的氨基酸，由于它是谷氨酸的一种衍生物，因此可以调节细胞中有谷氨酸受体参与的多种代谢反应。本文拟就近年来国内外学者对茶氨酸在神经、心脑血管、肿瘤、免疫等方面的诸多生理及药理作用的研究进展进行综述，并重点阐述茶氨酸在神经保护、抗焦虑及药物代谢方面的作用。关键词：茶氨酸；药理作用；谷氨酸受体中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1001-1226（2006）05早在1949年，L-茶氨酸就作为绿茶中的一种独特成分而被首次报道，并于1964年在日本被批准为食品添加剂1，用以提升茶的风味。但是，由于茶氨酸在茶叶中含量较低，不易提纯，所以多年来人们对它的研究甚少，直至上世纪末，随着茶氨酸人工合成技术的日益成熟，茶氨酸的多种生理功能及药理活性才逐渐引起学者们的重视。L-茶氨酸又名N-乙基-L-谷氨酰胺（-ethylamino-L-glutamic acid）2，与L-谷氨酸具有相似的化学结构。和大多数氨基酸一样，茶氨酸也含有手性碳原子，有左旋体和右旋体之分，天然存在的茶氨酸以L型为主3。据分析，L-茶氨酸含量占茶叶干重的1%2%，占茶叶中氨基酸总量的50%，而且仅以游离的形式存在2。茶氨酸为水溶性氨基酸，经口摄入后在小肠粘膜刷状缘经钠离子依赖的转运体转运入血4。吸收后的茶氨酸被运输到身体的多个器官，并可以通过亮氨酸转运系统跨过血脑屏障进入脑部5。大鼠经口摄入茶氨酸1h后血浆浓度达到最高，5h之后脑部浓度达到最高，然后逐渐降低6。茶氨酸在肾脏被谷氨酰胺酶分解为谷氨酸和乙胺而排出体外，24h后在体内完全消失6,7。1 茶氨酸对神经系统的作用1.1 茶氨酸对脑内神经递质的影响茶氨酸经肠道吸收以后，越过血脑屏障，可以影响脑中多种神经递质的释放与消除：（1）抑制神经细胞对谷氨酸的再摄取8；（2）增加脑内-氨基丁酸（GABA）的浓度8；（3）增加大鼠纹状体多巴胺的释放量5；（4）增加脑内5-羟色胺的浓度，尤其在纹状体、海马及下丘脑等部。进一步研究发现，向大鼠纹状体微注射茶氨酸可以引起纹状体多巴胺释放量增加，并呈剂量-反应关系。经研究，茶氨酸对纹状体多巴胺释放量的影响可能与N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体及钙离子的参与有关，其具体作用机制还有待阐明5。由于受茶氨酸影响较大的5-羟色胺及多巴胺均与动物的学习记忆能力有关，因此有学者对茶氨酸在学习记忆方面的作用进行了研究。结果显示茶氨酸可以提高大鼠在操作性条件反射实验及回避反射实验中的正确表现率2；也可以缩短正常小鼠在复杂水迷宫内抵达终点的时间，延长记忆获得障碍小鼠在跳台中首次错误的出现时间，减少错误次数9。说明茶氨酸具有提高学习和记忆能力的功能。1.2 茶氨酸的神经保护作用临床研究发现,谷氨酸的兴奋性毒性在缺血再灌注损伤的过程中具有重要意义10，而茶氨酸与谷氨酸具有类似的化学结构，因此它可能以与谷氨酸竞争性结合谷氨酸受体的方式来拮抗谷氨酸的兴奋性毒性，从而发挥神经保护作用。1.2.1 体外实验Nagasawa等11向原代培养的大鼠皮层细胞中加入100mol/L谷氨酸可使细胞存活率明显下降，而在加入谷氨酸的同时给予8mol/L的茶氨酸即可使细胞存活率恢复至空白对照水平。说明茶氨酸可以直接拮抗谷氨酸对培养的神经细胞的兴奋性毒性。1.2.2 体内实验Kakuda等12研究了缺血再灌注损伤后茶氨酸对沙鼠海马部神经细胞迟发性死亡的保护作用。研究发现，缺血前30min侧脑室微注射茶氨酸500mol/L可以明显增加损伤后完整存活的CA1神经元的数量，并且呈剂量-反应关系。此后，又有学者用腹腔注射的方式给予小鼠茶氨酸，进一步研究了在系统给药的情况下茶氨酸对脑梗死的神经保护作用。结果发现，茶氨酸可以明显减小缺血再灌注之后的脑梗死面积，但同时脑部血流状况、温度、血液pH值、氧分压、二氧化碳分压和血球容积等指标没有变化13。1.2.3 茶氨酸神经保护作用机制的研究由于茶氨酸是谷氨酸的天然衍生物，因此人们认为茶氨酸的神经保护作用很可能与谷氨酸受体有关。为了研究茶氨酸与谷氨酸受体3种亚型-氨基羟甲基恶唑丙酸(AMPA)受体、海藻酸受体和NMDA受体的亲和性，人们比较了茶氨酸对3种受体与其配体亲和力的抑制作用，结果发现茶氨酸对3种配体与受体的结合均有竞争性抑制作用，但是其IC50值仅为谷氨酸的1/300001/80。其中，茶氨酸对NMDA受体的拮抗作用最低，仅为谷氨酸效力的1/30000 14，因此，茶氨酸对谷氨酸受体3种亚型的竞争性拮抗作用是相当微弱及温和的。然而，虽然茶氨酸与3种受体亚型的亲和力都比谷氨酸低得多，但它们的有效结合浓度在药理学上还是有意义的，而且许多实验证明，茶氨酸的神经保护作用可被这些受体的拮抗剂或配体所影响。比如，前述茶氨酸可以促进纹状体多巴胺的释放，但是如果同时注射NMDA受体的选择性拮抗剂AP-5，茶氨酸的作用就会消失5。因此，茶氨酸的神经保护作用是与谷氨酸受体3种亚型均相关的，但是，茶氨酸竞争性占据谷氨酸受体的位点只可能是其神经保护机制的一部分，由于突触间隙过多的谷氨酸是通过谷氨酸转运体清除代谢的，所以茶氨酸可能还影响了谷氨酸的代谢过程。随后，Nagasawa 等11又对茶氨酸与代谢性谷氨酸受体(mGluR)的关系进行了研究。实验者对培养的大鼠原代大脑皮层细胞施加谷氨酸，发现细胞存活率降低，而8mol/L的茶氨酸就可以使细胞存活率恢复正常；与之相似的是ImGluR兴奋剂3,4-二羟苯乙醇(DHPG)也具有与茶氨酸同样的作用。然后，在培养细胞中施加茶氨酸和谷氨酸的同时分别施加mGluR、 mGluR1和 mGluR5的拮抗剂,结果茶氨酸的神经保护作用均被拮抗。但是单独给予这3种拮抗剂都不会造成神经细胞的死亡。以上结果表明，mGluR也与茶氨酸的神经保护作用有关。综上所述，茶氨酸被吸收进入大脑以后，既影响了阳离子通道门控的离子型谷氨酸受体也影响了G-蛋白耦联的谷氨酸代谢型受体。但是其中还存在很多相互矛盾的问题，比如过量的谷氨酸与NMDA受体结合引起钙离子大量内流而引发细胞内源酶激活而造成的神经细胞死亡在缺血再灌注损伤中具有重要意义，但NMDA受体和茶氨酸的亲和力很低，而与钙离子关系不大的AMPA受体却与茶氨酸具有相对较高的亲和力。因此，茶氨酸神经保护作用的具体机制还有待深入研究和证实。1.3 茶氨酸的放松作用一般来说，人和动物的大脑皮层都会产生很微弱的脑电波，并根据其频率不同而分为4种：分别为、脑电波。每种脑电波都与个人的情绪状况有关，代表清醒状态的放松、则代表紧张兴奋、代表睡眠、代表瞌睡。一项志愿者参与的实验证实,给予茶氨酸约40min以后可以在人的大脑皮层检测到明显的脑电波，并且在1h的测量过程中，脑电波的强度与茶氨酸的体内浓度成正比 2。另外，Kakuda 等15还用大鼠脑电波研究了茶氨酸对咖啡因兴奋作用的拮抗效应。实验者给大鼠尾静脉注射不同剂量的咖啡因，发现5mol/kg的咖啡因可以使大鼠大脑皮层、海马部的波减弱，而波增强。若10min之后再尾静脉注射不同剂量的茶氨酸，发现10mol/kg的茶氨酸可以逆转咖啡因的兴奋作用，即出现大鼠大脑皮层、海马部的波增强而波减弱。这说明，茶氨酸具有一定的放松神经及抗焦虑作用，但是当前的研究多局限于对脑电波的观察，而脑电波在药理学上是一个比较模糊的、间接的指标8，所以，尚需寻找生理学、行为学等方面的更客观的指标来进一步确认茶氨酸的这一作用。2 茶氨酸对药物代谢的影响由于茶氨酸与谷氨酸具有类似的化学结构，因此它有可能对体内的药物代谢系统（尤其是谷氨酸转运体）有影响，从而作为一种生物调节剂调节药物代谢，影响其疗效。近年来人们以化疗药物为主对茶氨酸进行了一些研究，发现它可以提高化疗药物的抗肿瘤效果并降低其副作用。2.1 茶氨酸促进化疗药物的抗肿瘤作用及其机制给接种了M5076卵巢肉瘤的小鼠间日注射茶氨酸与阿霉素（DOX），30天后观察肿瘤的体积、重量以及肝脏的重量，发现茶氨酸联用组的肿瘤重量比DOX组下降了30%，说明茶氨酸可以增强DOX的抗肿瘤活性16。茶氨酸对阿霉素族药物的这种调节作用，不仅对药物敏感性肿瘤有效，而且对耐药性肿瘤也有作用。例如，P338白血病属于对DOX不敏感的肿瘤，但是DOX与茶氨酸联用会使肿瘤重量明显减轻17。再如，阿霉素（ADR）单独使用时对M5076肿瘤无效，但是相同浓度的ADR与茶氨酸联用可以出现明显的抗肿瘤效果18。另外，茶氨酸与DOX联用，不仅可以促进DOX抗原发性肿瘤的效果，还可以促进其抗转移性肿瘤的效果16。以上结果说明茶氨酸可以有效地促进阿霉素族化疗药物抗肿瘤的作用。在对其机制的研究中人们发现，当茶氨酸与DOX联合作用于体外培养的M5076卵巢肉瘤细胞时，肿瘤细胞中DOX的浓度会明显升高。经研究，这是由于肿瘤细胞中谷氨酸的摄取以及阿霉素的外流减少造成的16。进一步研究发现，茶氨酸是通过作用于肿瘤细胞膜上特殊的谷氨酸-天冬氨酸转运体（GLAST）和谷氨酸转运体1（GLT-1）而减少肿瘤细胞对谷氨酸的摄取。由于谷氨酸是谷胱甘肽（GSH）合成的底物之一，因此谷氨酸的减少必然伴随着GSH浓度的降低。而外源性化学物阿霉素等是通过与GSH发生结合后以GS-X的形式通过多耐药相关蛋白/谷胱甘肽-S-共轭物(MPR/GS-X)泵转运出细胞的，而MPR/GS-X泵的作用与细胞内GSH的代谢密切相关。因此,茶氨酸就是通过抑制肿瘤细胞表面特殊的谷氨酸转运体亚型，从而降低细胞内GSH浓度，并影响MPR/GS-X泵而减少化疗药物外流,从而提高其抗肿瘤效果19。 2.2 茶氨酸降低化疗药物的副作用及其机制近年来，临床上对化疗药物生物调节剂的研究很多，也发现了不少可以促进化疗药物疗效的物质，比如一些受体抑制剂等。但是，它们在提升化疗药物药效的同时会对正常组织造成更严重的损伤。然而，茶氨酸在发挥其提升药效作用的同时反而会减低化疗药物的副作用。例如，茶氨酸与ADR联用，可以减少ADR造成的脂质过氧化物增多，并使GSH过氧化物酶活性降低的现象恢复正常20。伊达比星（IDA）在抗P388白血病的同时，会造成骨髓生长受抑，白细胞减少等副作用，茶氨酸可以明显改善这些现象21。对于茶氨酸的这一特殊作用，人们研究发现这是由于谷氨酸转运体有5种亚型：GLAST、GLT-1、兴奋性氨基酸载体1（EAAC1）、兴奋性氨基酸载体4（EAAT4）和兴奋性氨基酸载体5（EAAT5）。而这5种亚型的组织分布不同，GLAST和GLT-1主要分布在脑部和肿瘤组织22，而EAAC1和EAAT4主要分布在正常组织23。研究发现茶氨酸主要影响GLAST和GLT-1的功能，而对EAAC1, EAAT4和EAAT5的作用不明显，所以茶氨酸在提升肿瘤细胞中化疗药物浓度的同时并不会提升正常组织中该药物的浓度。而且，由于化疗药物阿霉素等不会通过血脑屏障，所以茶氨酸对GLAST和GLT-1的抑制作用也不会对脑组织造成损伤。另外，对于茶氨酸还可以降低药物副作用的原因，Sugiyama等24对联合给药之后正常组织中谷氨酸、GSH的水平进行了测试，结果表明，由于正常组织与肿瘤组织表达的谷氨酸受体不同，茶氨酸在正常组织中可以代谢产生谷氨酸（尤其在肝脏），因此提高了细胞中谷氨酸、GSH的浓度，进而增加了正常组织细胞对化疗药物的泵出，并可以加速细胞内氧化自由基的清除，从而减低了化疗药物的副作用。3 茶氨酸对血压的影响由于中枢及外周神经系统中儿茶酚胺能神经元和5-羟色胺能神经元对血压的调节具有重要的影响，而茶氨酸又可以影响脑中多巴胺、5-羟色胺等神经递质的水平，所以人们对于茶氨酸在血压方面的作用也进行了研究。给原发性高血压大鼠注射1500或2000mg/kg的茶氨酸会引起血压显著降低，其舒张压、收缩压以及平均血压都下降，而且降低程度与剂量有关。但是，茶氨酸对血压正常的大鼠没有降压作用2。茶氨酸的这种降压作用并不伴随心率等指标的改变，反而在脑中可观察到色胺和5-羟吲哚乙酸的减少和色氨酸的增加，说明茶氨酸可能是通过调节脑中神经递质的浓度来发挥降血压作用的。对于茶氨酸是否对人体也有降压作用至今还未见报道。4 其它近年来，茶氨酸又有一些新的作用被发现。美国Kamath等25发现茶氨酸代谢后分解产生的乙胺，可以刺激血液中的免疫细胞-T细胞作出免疫反应，当机体再次接触致病菌时，机体产生的IFN-等会有所增加，从而增强人体免疫力。另外，日本的一项研究表明，茶氨酸还可以作为一种药效成分被用于改善经前期和绝经期综合征，其相关机制还需进一步研究，可能与茶氨酸缓解焦虑的作用有关。综上所述，茶氨酸在神经、心脑血管、肿瘤、免疫等方面都有诸多生理及药理作用。但其中还有很多机制未明或缺乏证据，有些仅仅是单方面的动物实验的数据，缺乏人体或临床资料。尤其是神经保护及抗焦虑作用方面，还有许多实验报道之间存在矛盾，下一步的研究应以两类谷氨酸受体为切入点，将谷氨酸的合成、释放、再摄取及代谢结合起来，进一步确认茶氨酸在药理学方面的多种作用机制。参考文献:1 Eschenauer G, Sweet BV. Pharmacology and therapeutic uses of theanine J.Am J health-syst Pharm , 2006, 63(1): 26-30.2 Juneja LR, Chu DC, Okubo T, et al. L-theanine a unique amino acid of green tea and its relaxation effect in humans J.Trends Food Sci Technol, 1999, 10: 199-204.3 Desai MJ, Gill MS, Hsu WH, et al. Pharmacokinetics of theanine enantiomers in rats J.Chirality, 2005, 17(3): 154-162.4 Kitaoka S, Hayashi H, Yokogoshi H, et al. Transmural potential changes associated with the in vitro absorption of theanine in the guinea pig intestine J.Biosci Biotechnol Biochem, 1996, 60(11): 1768-1771.5 Yokogoshi H, Kobayashi M, Mochizuki M, et al. Effect of theanine, r-glutamylethylamide, on brain monoamines and striatal dopamine release in conscious rats J.Neurochen Res, 1998, 23: 667-673.6 Terashima T, Takido J, Yokogoshi H, et al. Time-dependent changes of amino acids in the serum, liver,brain and urine of rats administered with theanine J.Biosci Biotechnol Biochem,1999, 63(4): 615-618.7 Tsyge H, Sano S, Hayakawa T, et al. Theanine, gamma-glutamylethylamide, is metabolized by renal phosphate-independent glutaminase J.Biochim Biophys Acta, 2003, 1620: 47-53.8 Lu K, Gray MA, Oliver C, et al. The acute effects of L-theanine in comparison with alprazolam on anticipatory anxiety in humans J.Hum Psychopharmacol, 2004, 19: 457-465.9 林雪玲,程朝辉, 黄才欢,等. 茶氨酸对小鼠学习记忆能力的影响 J.食品科学, 2004, 25(5): 171-173.10 Kakuda T. Neuroprotective effects of the green tea components theanines and catechins J.Biol Pharm Bull, 2002, 25(12): 1513-1518.11 Nagasawa K, Aoki H, Yasuda E, et al. Possible involvement of group I mGluRs in neuroprotective effect of theanine J.Biochem Biophys Res Commun, 2004, 320(1): 116-122.12 Kakuda T, Yanase H, Utsunomiya K, et al. Protective effect of gamma-glutamylethylamide (theanine) on ischemic delayed neuronal death in gerbils J.Neurosci Lett, 2000, 289(3): 189-192.13 Egashira N,Hayakawa K, Mishima K, et al. Neuroprotective effect of gamma-glutamylethylamide (theanine) on cerebral infarction in mice J.Neurosci Lett, 2004, 363(1): 58-61.14 Kakuda T,Nozawa A, Sugimoto A, et al. Inhibition by theanine of binding of 3HAMPA, 3Hkainate, and 3HMDL 105,519 to glutamate receptors J.Biosci Biotechnol Biochem, 2002, 62(12): 2683-2686.15 Kakuda T, Nozawa A, Unno T, et al. Inhibiting effects of theanine on caffeine stimulation evaluated by EEG in the rat J.Biosci Biotechnol Biochem, 2000, 64(2): 287-293.16 Sugiyama T, Sadzuka Y. Combination of theanine with doxorubicin inhibits hepatic metastasis of M5076 ovarian sarcoma J.Clin Cancer Res, 1999, 5(2): 413-416.17 Sadzuka Y, Sugiyama T, Sonobe T. Efficacies of tea components on doxorubicin induced antitumor activity and reversal of multidrug resistance J.Toxicol Lett, 2000, 114: 155-162.18 Sugiyama T, Sadzuka Y. Enhancing effects of green tea components on the antitumor activity of adriamycin against M5076 ovarian sarcoma J.Cancer Lett, 1998, 133: 19-26.19 Sugiyama T, Sadzuka Y, Tanaka K, et al. Enhancement of the activity of doxorubicin by inhibition of glutamate transporter J.Toxico Lett, 2001, 123:159-167.20 Sadzuka Y, Sugiyama T, Miyagishima A, et al. The effects of theanine, as a novel biochemical modulator, on the antitumor activity