L-茶氨酸改善睡眠作用研究进展

张 颖，王 鑫，刘雅娟，马姗婕,3, ，杨月欣

（1.北京市营养源研究所，北京 100069；2.吉林大学公共卫生学院，吉林长春 130021；3.北京中科邦尼国际科技有限责任公司，北京 100069；4.中国疾病预防控制中心营养与健康所，北京 100050）

睡眠障碍包括夜间入睡困难、睡眠质量差、早醒、昼夜节律睡眠障碍等。通常会导致白天疲惫，给学习、工作等涉及记忆的劳动带来严重影响[1]。睡眠对一个人的心理与身体健康至关重要。据国外流行病学调查结果显示，全世界大约10%～15%的人患有失眠，大约25%～35%的人患有短暂性或偶发性失眠[2]。睡眠障碍还给社会经济和医疗系统带来沉重负担[3−4]。

随着社会对睡眠障碍的关注增加，针对各种类型睡眠障碍的治疗方法也越来越多，目前主要分为非药物治疗和药物治疗两种。当前有效的治疗和改善睡眠的办法多数是使用化学药物，例如苯二氮卓类药物、唑吡坦和多塞平，尽管其具有药效发挥快、疗效明确等优点，但也存在成瘾性以及较强的耐药性等不良反应，长期使用还可能导致肌肉松弛、健忘症、认知障碍等不良后果，使其在使用上受到限制[5]。因此，有必要开发出功效与催眠药相似，但副作用较小的天然来源的新型生物活性物质。

目前研究较多的改善睡眠物质大多为成分较为复杂的中草药，天然来源成分单一的生物活性物质研究较少。绿茶作为一种广受欢迎的饮料，通常具有镇静放松作用。L-茶氨酸(L-Theanine)是首先在绿茶叶子中发现的天然氨基酸，占干茶叶重量的1%～2%，是诱导绿茶镇静作用的活性成分[6]。L-茶氨酸是通过酶促发酵过程产生的，在口服后30 min内会通过产生α波来诱导松弛，使人处于放松状态但又不会引起嗜睡。除此之外，茶氨酸还具有多种生理功能。研究显示，L-茶氨酸具有改善认知[7]、增强免疫[8]、减轻心理压力[9]、调节葡萄糖、脂质、蛋白质代谢[10]和改善睡眠[11−13]等作用。由于其具有鲜美的味道和多种健康益处，近年来L-茶氨酸在保健食品、膳食补充剂和食品添加剂中的需求不断增加，其中一部分用于放松和改善睡眠保健食品的开发。为促进L-茶氨酸的进一步开发利用，本文综述了L-茶氨酸的改善睡眠作用及其研究进展，为进一步研究L-茶氨酸和相关改善睡眠保健食品的开发利用提供参考。

1 L-茶氨酸的结构

L-茶氨酸是一种水溶性的非蛋白氨基酸，分子量为174.20，是茶叶的特征氨基酸，也是茶叶中甜味和鲜爽味的主要来源。L-茶氨酸在酸性条件下稳定，但在碱性条件下水解成谷氨酸和乙胺。在自然界中，茶氨酸主要以L-茶氨酸对映异构体形式存在，而合成的茶氨酸是L型和D型混合物，其中前者在体内的生物活性远高于后者[14]。L-茶氨酸具有与谷氨酸和谷氨酰胺类似的化学结构（图1），口服后经小肠吸收，可以直接穿过血脑屏障在脑部发挥作用，对部分神经递质的释放与结合产生影响，进而发挥一定的生理作用[15]。

图1 L-茶氨酸、L-谷氨酸和L-谷氨酰胺的化学结构式Fig.1 Chemical structural formulasof L-theanine,L-glutamic acid and L-glutamine

2 L-茶氨酸的代谢

在动物实验研究中发现，L-茶氨酸经口服后可被位于肠道刷状缘膜内的Na+偶联共转运蛋白吸收[15]。此外，还有研究发现L-茶氨酸通过L-氨基酸转运载体（LAT）运输途径中的LAT1和LAT2转运吸收[16]。经肠道吸收的L-茶氨酸通过血液运输到身体的主要器官，并可通过血脑屏障转运到大脑[17]。Unno等[18]研究表明，当给大鼠口服200 mg茶氨酸时，其血浆浓度分别在给药后0.5和2 h达到最高水平，L-茶氨酸既可以通过尿液直接排出，也可以通过肾脏中的水解作用分解为谷氨酸和乙胺，再通过尿液排出体外[19]。

目前关于L-茶氨酸的人体动力学研究较少，在一项关于绿茶和L-茶氨酸胶囊的代谢研究中显示，L-茶氨酸在给药后0.8 h血浆浓度达到最高水平。经肠道吸收的L-茶氨酸，有一部分保留在红细胞中，余下大部分水解成谷氨酸和乙胺排出体外，剩余小部分以L-茶氨酸形式直接排出体外[20]。Pijl等[21]研究了从浓茶中提取的L-茶氨酸和生物合成L-茶氨酸在不同剂量（25～100 mg）下的吸收情况。两种类型的L-茶氨酸的滞后时间均为10 min，且50 min后达到最大血浆浓度（1.0～4.4 mg/L）。根据这些人体试验可得知，口服L-茶氨酸后30～50 min之间，在血液中达到最大浓度，且口服5 h后在中枢神经系统达到最高水平，浓度在24 h逐渐下降[19,21]。了解有关L-茶氨酸药代动力学的信息，将有助于进一步研究其对健康的影响。

3 L-茶氨酸对不同人群的睡眠改善效果

3.1 对精神障碍人群的改善睡眠作用

患有慢性失眠症的人往往精神类疾病的易感性增强，包括重度抑郁症（MDD）、广泛焦虑症（GAD）、注意力缺陷/多动症（ADHD）和精神分裂等。表现出睡眠障碍易感性的人的交感神经系统过度活跃，情绪亢进，对压力事件的反应更加强烈[22]。在一项失眠与精神疾病之间关系的研究中，有40%的失眠患者患有精神类疾病，最常见的是焦虑症（24%）和抑郁症（14%），约90%的MDD患者报告难以入睡[23−24]。因此，对于L-茶氨酸是否对此类人群睡眠障碍起到改善作用进行了多种研究（如表1所示）。

表1 L-茶氨酸的改善睡眠作用研究Table 1 Summary of studies on sleep improvement effect of L-theanine

Lyon等[25]对ADHD儿童进行了随机、双盲、安慰剂对照的临床试验。这项研究由93位经ADHD诊断的男性组成，年龄在8～12岁之间，其中46位口服可咀嚼的L-茶氨酸片，每日剂量为400 mg（早晨200 mg，下午200 mg），剩余47位给予安慰剂。通过肌电描记法观察到，与基线水平相比，L-茶氨酸组睡眠潜伏期或总睡眠时间无明显差异，但是睡眠效率显著提高，夜间活动减少。此外，入睡后清醒时间（WASO）与基线水平无显著差异，使用L-茶氨酸组WASO减少，但是减少趋势不显著。

在一项使用L-茶氨酸治疗GAD患者的研究中，尽管相比安慰剂组，茶氨酸组并未显示出对焦虑，情绪或认知的任何改善作用，但L-茶氨酸组GAD患者自我评价的睡眠满意度显著高于安慰剂组，且部分GAD患者的失眠症状得到了改善，因此，Sarris等人认为茶氨酸对于轻度失眠症状患者的睡眠方面具有改善的作用[26]。Hidese等[27]的一项开放性临床研究显示20名患有MDD的受试者在口服L-茶氨酸（250 mg/d）一个月后匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）相比基线水平显著降低。另有一项针对17位精神分裂症患者的研究表明，补充L-茶氨酸（250 mg/d）8周后，主观睡眠质量（根据PSQI）有所改善[28]。陈玲夫[29]的一项临床研究显示，茶氨酸胶囊可有效干预老年失眠症。经临床疗效和匹兹堡睡眠质量指数表评定，治疗组总有效率明显高于对照组，PSQI评分比治疗前降低且与对照组相比具有统计学意义。此外，有研究表明L-茶氨酸在大鼠模型中部分逆转了咖啡因诱导的睡眠障碍，为L-茶氨酸改善睡眠障碍作用提供了进一步的证据。

3.2 对健康人群的改善睡眠作用

日本国立精神卫生研究所和国家神经病学和精神病学中心的一项研究，使用睡眠呼吸暂停（OSA）问卷和睡眠监测记录仪评估了男性睡前1 h摄入200 mg L-茶氨酸后的睡眠改善情况[30]。OSA结果显示，L-茶氨酸可以通过减少多梦和噩梦来改善睡眠质量，且觉醒后的清爽感和疲惫恢复相比安慰剂组有明显改善。睡眠监测记录仪结果显示与安慰剂组相比，L-茶氨酸组WASO减少且睡眠比例显著增加。另一项纳入20名绝经后妇女的OSA-MA（中老年版本）问卷显示，睡眠质量和觉醒后的疲劳恢复均得到了改善。且L-茶氨酸在睡眠期间显著抑制交感神经系统的兴奋，并明显增强副交感神经系统的活性[31]。因此Rao等[32]认为L-茶氨酸改善睡眠质量不是通过镇静作用，而是通过抗焦虑作用来实现的。还有一项30名健康个体的随机对照实验显示，服用L-茶氨酸（200 mg/d）4周后，与安慰剂组相比，L-茶氨酸组的睡眠质量问题（睡眠潜伏期的干扰，睡眠障碍和睡眠药物的使用）得到了改善[33]（如表1所示）。

4 L-茶氨酸改善睡眠的可能机制

4.1 L-茶氨酸对神经递质的影响

γ-氨基丁酸（GABA）是哺乳动物中枢神经系统中的主要抑制性神经递质。GABA主要通过GABAA和GABAB两种类型的GABA受体起到诱导和维持睡眠的作用[35]。其中最重要的受体是GABAA受体。当GABA与GABAA受体结合时，它会触发氯离子进入神经元细胞，进而导致膜电位变化，从而抑制动作电位激发。GABA通过激活GABAA受体来降低脑细胞的活性。相关研究表明，由于L-茶氨酸与谷氨酸在结构上的非常相似，因此L-茶氨酸可以作用于谷氨酸GABA受体，调节包括多巴胺、血清素、甘氨酸和GABA在内的一些神经递质的浓度[36]。且L-茶氨酸还可以通过调节谷氨酸-谷氨酰胺循环，抑制大脑海马、下丘脑和纹状体中的谷氨酸受体的结合来抑制谷氨酸的摄取，进而调节多巴胺和GABA浓度的增加，同时降低去甲肾上腺素水平[9,37]。另有研究显示在小鼠腹腔内注射L-茶氨酸可抑制咖啡因引起的惊厥作用并增加小鼠脑内GABA水平[11]。

谷氨酸（Glu）是一种主要的兴奋性神经递质，广泛分布于中枢神经系统。它主要作用于大脑皮层、海马、小脑和丘脑，以调节认知功能，例如学习和记忆以及自主神经活动。过量的Glu释放可使神经元处于兴奋状态，导致神经毒性和神经损伤[38]。脑组织中Glu的含量非常高，但是大部分Glu是中间代谢产物，只有其中的一部分具有神经递质的功能[39]。在结构上，L-茶氨酸与Glu类似，因此可竞争性抑制大脑中Glu与离子型谷氨酸受体亚型（例如NMDA受体、AMPA受体和Ka受体）的结合，进而影响大脑皮层神经元兴奋[40]。而Kakuda等[41]认为L-茶氨酸可以抑制细胞外谷氨酰胺（Gln）进入神经元，进而抑制Gln通过谷氨酰胺酶转化为突触小泡所需的Glu。确切的机制尚未完全清楚，但目前研究认为L-茶氨酸可能是通过竞争Na+-依赖性中性氨基酸受体（ASCT2受体）来抑制Gln进入突触前神经元细胞（图2）[9]。另有研究发现，随着茶氨酸使用时间的延长，神经元细胞外Glu水平呈现下降趋势[42]。

图2 L-茶氨酸影响谷氨酸的可能机制Fig.2 Possible mechanism of L-theanine affecting glutamic acid

由于Glu的含量在很大程度上受人体代谢水平的影响，Glu的含量一般不用于判断神经功能的兴奋或抑制状态。谷氨酸脱羧酶可催化Glu的脱羧生成脑内GABA[39]。脑睡眠调节功能基于兴奋性和抑制性神经递质之间的精妙平衡，当这两种氨基酸神经递质的活性平衡倾向于GABA传递时，就可以诱发镇静作用。因此Glu/GABA的比例通常被用作一个客观指标，许多改善睡眠资源都是通过下调Glu/GABA的两种神经递质的含量及比值来调节兴奋和抑制中枢神经系统的功能[43−44]。Inoue等[45]研究显示，连续食用2周茶氨酸的小鼠的海马中GABA的水平增加，相反Glu水平显著降低，所以茶氨酸可以通过调节GABA和Glu之间的平衡，进而起到改善睡眠的作用。

4.2 L-茶氨酸对脑电波的影响

脑电波可分为四种类型：α、β、θ和δ波。目前普遍认为α波可以使人处于清醒、敏感、机体和精神放松的状态，而L-茶氨酸可以促进大脑α波的产生[46−47]。相关研究显示，口服L-茶氨酸（50～200 mg）40 min后，在大脑的枕叶和顶叶区域会产生α波[48]。Kim等研究发现焦虑症患者服用200 mg L-茶氨酸40 min后额叶和枕叶的α波增加[49]。Kim等[34]研究显示，在戊巴比妥钠诱导的动物模型中，与对照组相比较，单独使用L-茶氨酸实验组和GABA/L-茶氨酸混合物实验组会检测到θ波增加。此外，与对照组相比，使用GABA/L-茶氨酸混合物（100/20 mg/kg）可增加θ波和δ波振荡（非眼球快速运动睡眠（NREM）时的脑电波主要由θ和δ波组成）。随着给药时间的延长，δ波逐渐增加。因此，GABA/L-茶氨酸混合物的给药时间越长，睡眠质量越好，诱导的睡眠时间越长。

4.3 L-茶氨酸与戊巴比妥类催眠药物有协同作用

戊巴比妥钠诱导的睡眠实验是评估改善睡眠作用的经典实验，戊巴比妥钠可通过干扰脑干系统的多突触传递（延长慢波睡眠）来增强中枢神经系统药物的抑制作用和缩短快波睡眠[44]。在李靓等[12]的研究中发现，中剂量组L-茶氨酸（100 mg/kg）不仅能延长戊巴比妥钠诱导下小鼠的睡眠时间，增加巴比妥钠阈下剂量作用下小鼠的入睡只数，还能缩短巴比妥钠催眠下小鼠的睡眠潜伏期。Kim等[34]研究也显示L-茶氨酸（20 mg/kg）可以延长戊巴比妥钠诱导下的小鼠睡眠潜伏期和睡眠时间。

5 L-茶氨酸的安全性

睡眠不足会增加各种疾病的风险，并导致生活质量的降低和社会经济负担加重。上述研究已证实，L-茶氨酸对于睡眠有一定的改善效果，而白天使用L-茶氨酸是否安全也是需要重点关注的问题。研究表明，L-茶氨酸并不能直接诱导睡眠，而是可以使身体和精神放松地进入睡眠状态，并且可以改善睡眠质量[47]。因此，与通常会在1 h引起嗜睡或睡眠从而导致白天嗜睡的镇静剂不同，L-茶氨酸在30～40 min内可在大脑中达到最大吸收量，但不会引起受试者睡眠或嗜睡[17,50]。

对于L-茶氨酸的安全使用范围，已进行了多种毒理学研究。遗传测定表明它不是遗传毒性致癌物[51]。对小鼠进行为期78周的长期研究，没有发现其具有致癌性的证据。在一项为期13周的亚慢性饮食研究中，每天给大鼠服用1500、3000或4000 mg·kg−1的L-茶氨酸均未发现毒性，其无明显损害作用水平（NOAEL）是每日4000 mg·kg−1[52]。日本厚生劳动省早在1964年就允许将茶氨酸作为一个普遍的食品添加剂使用（婴儿除外）；在美国，L-茶氨酸被视为公认安全和无毒的化合物且可以作为膳食补充剂出售。在我国，国家卫健委于2014年根据《中华人民共和国食品安全法》和《新食品原料安全性审查管理办法》的规定，批准茶叶茶氨酸为新食品原料，但不得用于婴幼儿食品，且成人食用剂量不得大于400 mg/d[53]。

6 总结

L-茶氨酸改善睡眠作用机制与传统的睡眠诱导剂不同，L-茶氨酸不是镇静剂，而是促进放松进而促进良好的睡眠质量，不会引起嗜睡。目前为止，对L-茶氨酸改善睡眠作用机制的研究内容较少，其在体内对神经递质的调节作用以及代谢规律均未清晰明确。关于L-茶氨酸改善睡眠的具体机制和剂量效应关系还有待更多的研究。

我国作为茶叶生产大国，L-茶氨酸的原料合成和生产工艺日趋成熟，产量也形成了一定规模，但主要出口给日本、美国等国家。在我国，通过审批的茶氨酸相关保健食品寥寥无几，在L-茶氨酸相关保健食品应用开发方面的研究仍处于起步状态。据《2020喜临门中国睡眠指数报告》指出，失眠占比由2018年的24.9%增长为36.1%，且趋向于年轻化，且年轻人更倾向与购买网红助眠产品来改善睡眠。如果开发L-茶氨酸为新型助眠保健食品，将会具有较大的经济效益和社会价值。