儿茶素的生物学活性及其应用前景概述

崔志杰 何 玲 刘仲华 范志勇，* 张石蕊 王超然 易 玉 张云倩

(1.饲料安全与高效利用教育部工程研究中心，长沙 410128;2.国家植物功能成分利用工程技术研究中心，长沙 410128)

儿茶素的生物学活性及其应用前景概述

崔志杰1何 玲1刘仲华2范志勇1，2*张石蕊2王超然1易 玉1张云倩1

(1.饲料安全与高效利用教育部工程研究中心，长沙 410128;2.国家植物功能成分利用工程技术研究中心，长沙 410128)

应激特别是氧化应激损伤会导致机体免疫功能低下、肠道结构损伤和微生态失衡。茶类提取物中的儿茶素在抗氧化、清除自由基、抗过敏、抗菌消炎、增强免疫功能等方面均具有明显的效果。通过综述其在上述领域的研究进展，为减轻机体应激创伤寻求新的营养调控措施，为寻求抗生素的替代性产品提供参考。

儿茶素;生物学活性;应用前景

应激状态下典型生理特征之一就在于机体可以通过氧化还原反应对内环境进行多层次的应激性调节和信号转导，修复机体生理和代谢功能，但同时会造成脂质大分子过氧化损伤。这种氧化应激现象是机体内活性氧化代谢产物与机体抗氧化能力平衡的结果，不仅会改变生理代谢状态，而且可以通过机体内不饱和脂肪酸共价键上一系列自由基反应后产生的诱导作用导致免疫功能低下、肠道结构损伤和微生态失衡等一些病理过程，严重影响了畜禽的健康和良好生长态势，对养殖业造成了较大的经济损失。儿茶素(C)属黄烷醇类，约占茶叶中多羟基酚类物质(TP)总量的70%，主要含表儿茶素(EC)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)、表没食子儿茶素(EGC)和表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)。其中EGCG占儿茶素总量的70%左右［2］。大量的研究证实，儿茶素具有抗氧化、抗肿瘤、抗动脉粥样硬化、防辐射、防蛀护齿、抗溃疡、抗过敏及抑菌抗病毒等多种生物学功能［3－5］。对此开展有针对性的探索与攻关，开发与研制符合应激生理、消化生理和免疫机能调控专用的茶类天然提取物添加剂，为研究者在外源饲粮供给条件下缓解应激负面影响提供了新的思路，其学术价值和应用前景十分突出。

1 儿茶素主要理化特性

儿茶素，又称儿茶精，属黄烷－3－醇类化合物，最初由中药孩儿茶中提取得来，广泛存在于人们的日常饮食中，水果中苹果、猕猴桃和葡萄中含量较高，饮品中干红葡萄酒和绿茶中含量较丰富［6－7］。有文献报道，巧克力中含有丰富的儿茶素，其中黑巧克力儿茶素含量最高，为535 mg/kg，牛奶巧克力含 159 mg/kg［8］。儿茶素为 5，7，3’，4’－4羟基黄烷 －3－醇，分子中有 C-2和 C-3 2个手性碳原子，存在顺、反2个几何异构体，即反式的儿茶素和顺式的表儿茶素，每种几何异构体又各有2种旋光异构体即(+)－儿茶素、(－)－儿茶素、(+)－表儿茶素和(－)－表儿茶素。此外，表儿茶素还存在多种衍生物，如EGC、EGCG等［9］。儿茶素的基本化学结构如图1所示。

2 儿茶素在动物体内的吸收与代谢

茶叶中的几种主要儿茶素，包括 EC、ECG、EGC和EGCG等，具有较大的分子量(290～458)和数目大于5的羟基基团，这种较大的表观尺寸使得它们被吸收利用的程度相对较低。据报道，用雄性 W istar大鼠分别口服 EC、EGC、ECG和EGCG 5 m in后，取门静脉血液用高效液相色谱分析血液样本的乙酸乙酯萃取层发现，每个萃分中主要化合物仍然是EC、EGC、ECG和EGCG，儿茶素的衍生物数量较少，从而证实儿茶素是可以通过小肠黏膜吸收进入门静脉的［10］。研究发现，给6周龄小鼠饲喂无多酚类的食物l周，再口服EGCG一定时间后，胃、小肠和大肠内容物和排泄物EGCG的测定结果表明，儿茶素进入动物体内后，只有部分在小肠被吸收，从尿液和胆汁中排泄，其余从小肠转移到大肠后会在微生物的作用下被分解排出体外。这说明，EGCG在胃和小肠中较为稳定，而在大肠中则有20% ～25%的EGCG被分解［11］。进一步研究发现，EGCG可通过胃肠道吸收进入血液，但吸收后血液中高峰出现时间及持续时间存在种属差异，人大约2 h，大鼠只需1 h，不过4 h后完全消失，血浆中儿茶素的浓度水平一般不超过1μmol/L，游离与结合态形式的 EGCG、EGC和 EC的总峰浓度在2～3 μmol/L或者更低［12］。

图1 儿茶素的基本化学结构Fig.1 The basic chem ical structure of catechin

儿茶素被吸收进入人体后，在各器官或组织中的分布对其作用的发挥也有着极为重要的影响。小鼠灌胃［3H］-EGCG后的组织定位试验表明，儿茶素可以进入各种测试器官的细胞，但进入不同器官中的速率并不相同，其放射性活度在脑、肺、心、肝、肾、脾、胰腺、子宫、乳腺、睾丸、膀胱、骨及皮肤中都有分布，且在所有的器官中放射性活度都随时间延长而增加，在24 h内达到最大［13］。儿茶素(EC、ECG、EGC和EGCG)在生物体内所发生的主要代谢过程包括葡萄糖醛酸化、硫酸化、甲基化、裂环代谢等生理活动，最主要的代谢产物是 4’-O-甲基 EGC(4’-O-MeEGC)。研究证实，血浆中4’-O-MeEGC的水平，在饮茶后的2 h即可达到最大值，其浓度比EGC高出4～6倍，血液中半衰期为(4.39 ±1.14)h，高于 EGC 的(91.02 ±0.07)h的半衰期［14］。与EGC 和 EC 相比，EGCG大多以游离形式存在，而EGC和EC主要以结合态存在，但EGC甲基化的比例要比ECG和EGCG高，且多数以硫酸酯型为主［15－16］。

3 儿茶素的生物学活性

3.1 抗氧化作用

儿茶素的抗氧化作用主要表现在清除自由基和增加抗氧化酶及其活性2个方面。儿茶素抗氧化力是2－丁基－4－羟基甲苯(BHT)和丁基羟基茴香醚(BHA)的4～6倍，是维生素E的6～7倍、维生素 C的 5～10倍，具有效果好、用量少(0.01% ～0.03%)、无潜在毒副作用的独特优势，是一种纯天然、安全、高效的抗氧化剂。研究发现，EGCG有一定的疏水性，在DNA分子附近可能有一个较高的聚积，可以更好地捕获羟自由基(·OH)，达到保护DNA的作用［17］。利用电子自旋共振技术结合免疫分析技术发现，儿茶素还能清除脂质自由基，降低脂质过氧化，实现对生物膜结构的保护;同时，儿茶素通过上调体内一些抗氧化酶如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)等的表达和活性来降低氧化损伤［18］。Leenen 等［19］使 21 名(10名男性和11名女性)健康的志愿者接受单剂量的红茶和绿茶(每30 m L水中含2 g茶)后，通过铁离子还原法(FRAP)分析血浆中总儿茶素的含量及抗氧化活性发现，单剂量的红茶和绿茶都能显著提高志愿者体内的抗氧化活性，同时他们体内总儿茶素的浓度也显著提高。Kimura等［17］发现持续每天摄取茶儿茶素会影响血浆中内生(endogenous)的抗氧化剂的浓度，并且儿茶素有维持总抗氧剂活性的潜力。儿茶素是天然优质的自由基清除剂，可消除体内自由基，抑制脂类的过氧化过程，保护细胞膜的结构，提高人体代谢功能与免疫功能，降低血压与血糖，预防肝脏及冠状动脉硬化，增加微血管韧性，延缓人体衰老过程。

儿茶素的抗氧化机制在于自身被氧化成醌型结构时，能提供3H+使电位值比儿茶素高的已氧化物质还原，从而起到抗氧化作用。因此儿茶素类化合物的抗氧化能力是随其分子上羟基数目的多寡而定的(图2)。杨贤强等［20］采用电子自旋共振(ESR)技术和化学发光法考察体外黄嘌呤(X)/黄嘌呤氧化酶(XO)及促癌剂(PMA)刺激人多形核白细胞(PMN)呼吸爆发等产生活性氧自由基的研究表明，茶多酚复合体及主要儿茶素单体清除自由基的反应活性位于A、B和D环上，对活细胞产生的氧自由基的综合清除效果明显，效率可达98%以上，呈显著的量效关系，优于传统的抗氧化剂维生素E和维生素C。进一步比较茶多酚单体EGCG、EGC和EC及其相应立体异构体没食子儿茶素没食子酸酯(GCG)、没食子儿茶素(GC)和儿茶素的自由基清除能力时发现，带有没食子酸基团的EGCG和GCG对超氧阴离子自由基、单线态氧、烷类自由基和二苯基苦基苯肼(DPPH)自由基的清除能力强于不带没食子酸基团的EGC、GC、EC和(+)-C［21］。在较低的浓度时，儿茶素空间结构对其清除自由基的能力会产生一定的影响。与清除小分子超氧阴离子自由基和单线态氧相比，空间结构差异对GCG、GC和(+)-C立体异构体EGCG、EGC和EC在清除较大分子的自由基的影响更显著，尤其是空间位阻较大的GCG和EGCG［22］。

图2 儿茶素清除脂质自由基的可能机制Fig.2 Themechanism of catechin on scavenging lipid free radical

3.2 抗菌作用

儿茶素具有广谱的抑菌作用，对多种引起人体致病的细菌(如肉毒杆菌)均有抑制的作用，但对肠内有益的细菌(如乳酸菌)的繁衍无明显影响，具有较好的整肠功能［4］。研究表明，儿茶素对致病菌如金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、肺炎支原体、沙眼衣原体、肉毒梭状芽孢杆菌为代表的2个革兰氏阳性和7个革兰氏阴性属的100多种致病菌有明显的杀菌或抑菌作用，有效抑制浓度多数为10～50μg/m L，少数菌株有效浓度还低至5 μg/m L［3，5］。进一步的动物试验证实，儿茶素的抑菌消炎作用在体内同样有效，对绝大多数微生物而言，EGCG和ECG等酯型儿茶素的抑制或杀灭微生物的作用都明显高于简单儿茶素和常用抗菌素［23］。业已证明，EGCG和ECG等儿茶素类能抑制葡萄糖基转移酶，减少葡聚糖的生成量，干扰细菌体之间的糖粘连，对伤寒杆菌、鼠伤寒杆菌、黄色溶血性葡萄球菌、金黄色链球菌和痢疾等病原菌具有明显的抑制作用，效果和抗菌谱均强于黄芩素［24］。研究证实，EGCG逆转金黄色葡萄球菌对四环素的抗药性主要与其对细胞膜上的tet(K)或tet(B)四环素外排泵和细菌黏肽活性的抑制有关，而ECG则是通过没食子基插入细胞膜间接影响细胞壁物质合成实现的［22］。由此推测儿茶素的作用机制可能是通过阻断NF-κB(对氧敏感的核转录因子)活性使TNF-β(肿瘤坏死因子β)基因表达降低而达到的。

3.3 免疫调节作用

李春美［25］以小鼠迟发性变态反应、腹腔巨噬细胞吞噬功能及NK细胞活力为检测指标，观察了儿茶素氧化聚合物对小鼠免疫功能的影响。结果显示，儿茶素氧化聚合物能显著增强小鼠迟发性过敏反应、NK细胞活力、腹腔巨噬细胞吞噬功能，并呈显著的剂量效应关系。据研究，儿茶素可以使仔猪免疫器官的重量增加，对促进免疫器官生长有一定的作用，但效果介于对照组与半乳甘露寡糖组之间，说明儿茶素的效果不如半乳甘露寡糖明显［26］。研究证实，儿茶素可促使小鼠骨髓进入增殖周期，加速造血干/祖细胞增殖和分化，进而影响脾脏内造血生长因子IL-6和GM-CSF基因mRNA的表达，从而对动物白细胞数目产生影响，但在实际生长代谢试验中并不表现为免疫器官重量的显著增加［27］。可见，儿茶素主要通过抑菌和消除自由基损伤改善肠道内环境和血液脂质代谢，促进动物生长，对白细胞的影响不能简单判定为对免疫机能的影响。

4小结

应激导致的机体免疫水平低下、肠道结构损伤及微生态平衡被破坏等现象都与机体抗氧化作用、清除自由基效果以及促进抗氧化关键酶活性密切相关。而目前多数在畜牧业方面的应用主要集中在茶类粗提物如茶多酚上，涉及不同儿茶素单体生物学活性及其机制的研究较为缺乏，今后研究的重点就在于如何针对畜禽生理特点和儿茶素生物活性优势，同时结合氨基丁酸、茶氨酸和茶黄素等其他茶类天然活性物质进行畜禽复合保健添加剂研发，以期通过有针对性的外源营养调控手段改善肠道结构与功能，特别是修复黏膜应激创伤中的氧化损伤和肠道微生物区系紊乱导致的肠屏障损伤，实现氧化应激损伤与肠道健康的新调控，在学术价值和实际应用上都具有重要的意义。

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*Corresponding author，associate professor，E-mail:fzyong04@163.com

(编辑 何丽霞)

Catechin:Biological Activity and App lication Potential

CUIZhijie1HE Ling1LIU Zhonghua2FAN Zhiyong1，2*ZHANG Shirui2
WANG Chaoran1YIYu1ZHANG Yunqian1
(1.Engineering Research Center for Feed Safe and Efficient Utilization Ministry of Education，Changsha410128，China;2.National Research Center of Engineering Technology for Utilization of Functional Ingredients from Botanicals，Changsha410128，China)

Stress，especially oxidative stress injury can cause immune dysfunction，intestinal structural damage and m icro-ecological imbalance.Catechin in the tea extracts had some effects on anti-oxidant，scavenging free radical，anti-anaphylaxis，antisepticize，dephlogisticate and enhancing immune function.Those biological roles were reviewed in this paper in order to provide some references for finding new nutritional regulation measures and seeking the antibiotic substitutes.［Chinese Journal of Animal Nutrition，2011，23(10):1664-1668］

catechin;biological activity;application prospect

S816.7

A

1006-267X(2011)10-1664-05

10.3969/j.issn.1006-267x.2011.10.004

2011－04－25

国家植物功能成分利用工程技术研究中心开放课题;湖南省高校科技创新团队资助计划;湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目(SCX1111)

崔志杰(1989—)，男，河南商丘人，硕士研究生，研究方向为饲料资源开发与利用。E-mail:1013513928@qq.com

*通讯作者:范志勇，副教授，E-mail:fzyong04@163.com