茶資源在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用

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1茶的主要成分

多酚物質(zhì)是一類具有三元黃烷環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物，廣泛存在于多種植物的果、籽、皮和葉中，發(fā)揮著重要的生物功能并調(diào)控自然生態(tài)系統(tǒng)中植物-凋落物-土壤循環(huán)過程的交互作用。由于這些從植物中提取的物質(zhì)，早期廣泛用于將動物皮轉(zhuǎn)變?yōu)槠じ锏闹聘锕に囍校视置参飭螌?。多酚化合物可進一步分為兒茶素（黃烷醇類）、黃酮、黃酮醇、花青素及酚醛等，它們?yōu)槿祟愂秤没蝻嬘玫牟?、咖啡、水果汁、葡萄酒和蔬菜等提供芳香和澀感等風味，其所產(chǎn)生的對人類健康的多種積極有益效應與多酚的化學結(jié)構(gòu)和化學活性緊密相關(guān)，這反應在各種多酚化合物清除自由基或與Fe3+、Cu2+、Zn2+、Cr3+等金屬的絡合以避免產(chǎn)生自由基的抗氧化性研究上，但多酚苯環(huán)上相鄰2個或3個羥基的化學活性也使多酚類物質(zhì)易于發(fā)生氧化作用，從而增加了多酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)的復雜性。茶葉中的多酚類物質(zhì)（簡稱茶多酚）含量豐富，可達茶葉干重的30%。兒茶素類（Catechins）是茶多酚的主體，其組成包括表兒茶素（Epicatechin,EC），沒食子兒茶素（Gallatecatechin,GC），表兒茶素沒食子酸酯（Epicatechingallate,ECG）,表沒食子兒茶素沒食子酸酯（Epigallocatechingallate,EGCG），表沒食子兒茶素（Epigallocatechin,EGC）和沒食子兒茶素沒食子酸酯（Gallocatechingallate,GCG）等多酚化合物。鑒于其存在幾何和旋光異構(gòu)體以及易氧化和制茶的發(fā)酵過程中的復雜反應性，茶多酚實際是一類組成非常復雜、具有不同分子量和極性與結(jié)構(gòu)差異很大的多元酚的混合物，在茶葉加工過程中氧化形成具有苯并卓酚酮結(jié)構(gòu)的茶黃素類化合物以及結(jié)構(gòu)更為復雜的茶紅素類化合物。由于兒茶素類物質(zhì)結(jié)構(gòu)的復雜性和多酚的反應活性，其分離、純化和結(jié)構(gòu)的確認一直是國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者持續(xù)關(guān)注的研究課題；而對茶多酚化合物的生物活性相關(guān)的抗氧化性、細胞分子生物學以及基于腫瘤動物模型開展的抑制癌癥發(fā)生等方面的研究，更為茶的多種健康有益效應提供了科學依據(jù)。

2茶的健康有益效應

作為一種歷史悠久的飲品，茶的健康有益效應受到廣泛的關(guān)注，并逐漸被賦予科學的內(nèi)涵。事實上，已有研究揭示，食用茶多酚或飲用茶水后，在血液和尿液中可檢測到與攝取量關(guān)聯(lián)的多酚或代謝物的濃度。目前，國內(nèi)外已開展了大量的流行病調(diào)查統(tǒng)計研究，豐富的資料顯示飲茶具有多種健康有益效應，這些健康有益效應不僅吸引了廣泛的基礎(chǔ)生物醫(yī)學研究，而且相關(guān)基于茶水或其主要健康有益組分開展的細胞和動物實驗為進一步認識茶的健康有益效應提供了科學依據(jù)，并推動了茶資源在生物醫(yī)學上的應用研究。

2.1癌癥的預防

迄今為止，相關(guān)的細胞和動物實驗都證實：茶葉及其提取物均具有防癌抗癌的功效。癌癥需要蛋白水解酶以侵入細胞并形成轉(zhuǎn)移，而這些酶中最關(guān)鍵的就是尿激酶（Urokinase,uPA），uPA能降解細胞外基質(zhì)，激活多種基質(zhì)金屬蛋白酶，引發(fā)腫瘤細胞的侵襲、擴散和轉(zhuǎn)移,在惡性腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著極其重要的作用。一般而言，uPA在多種惡性腫瘤中均呈高表達。小鼠動物實驗的研究揭示,抑制uPA的表達可以減少癌癥小鼠的腫瘤尺寸，乃至使癌癥小鼠完全痊愈，如阿米洛利就是一種尿激酶的有效抑制劑，但其使用伴隨有毒副作用；對比的實驗數(shù)據(jù)也證明，茶多酚尤其是茶多酚中的EGCG能通過抑制酶的活性和阻斷信號傳導通路，可有效阻止腫瘤細胞的增殖，促進其凋亡，進而可抑制腫瘤細胞的侵襲、血管化發(fā)展和轉(zhuǎn)移，因此，雖然EGCG相比阿米洛利對uPA的抑制作用要低，但其無毒副作用，加大其用量或提升其生物利用度，有望產(chǎn)生積極的預防或治療效果。目前，茶資源在口腔癌癥的預防上已取得積極的進展，Tsao等的研究揭示,綠茶提取物可通過阻止血管生成，產(chǎn)生抑制口腔癌前病變的效果,并且這一效應具有與綠茶提取物使用劑量呈依賴關(guān)系。

2.2心血管疾病的預防

除了具有防癌抗癌的功效之外，茶中的有效成分還具有預防心血管疾病的功效。2013年美國營養(yǎng)學會《美國臨床營養(yǎng)》雜志發(fā)表了“飲茶與心血管疾病風險”的文獻分析文章，這篇涉及57篇文獻的分析結(jié)果表明飲茶有助于降低中風等心血管疾病的發(fā)生。綠茶中的主要多酚化合物兒茶素，是通過多種機制來發(fā)揮血管的保護作用，主要包括抗氧化、抗高血壓、抗炎、抗增殖、抗血栓以及降脂作用。有研究表明每天喝1~2杯紅茶可抑制由銅離子誘發(fā)的低密度脂蛋白（LDL）的氧化，而飲用綠茶可以增加生育酚和β胡蘿卜素的濃度，從而抑制巨噬細胞介導的LDL的氧化，均可降低患動脈粥樣硬化的危險性。Raederstorff等采用高脂飲食喂養(yǎng)Wistar大鼠，研究了EGCG對大鼠血脂水平的影響，結(jié)果表明用含1％EGCG的飲食喂養(yǎng)的大鼠，其TC和LDL水平顯著降低，而血漿中甘油三酯以及高密度脂蛋白（HDL）水平卻沒有顯著性改變。Inami等在40名健康志愿者的身上就兒茶素對血漿中氧化修飾的LDL的影響進行了研究，4周后發(fā)現(xiàn)兒茶素組中氧化修飾的LDL水平明顯降低。馮磊光等對100例高血脂癥及血液流變學異常的患者進行了研究，患者服用茶色素1個月后，其血液的血漿黏度、低切黏度和纖維蛋白原都明顯降低。同時，兒茶素可以抑制二磷酸腺苷、提高卵磷脂膽固醇脂?；D(zhuǎn)移酶（LCAT）的活性和HDL水平，調(diào)節(jié)脂蛋白和載脂蛋白水平，加速膽固醇代謝以及促進膽固醇排泄來調(diào)節(jié)總膽固醇代謝等，同時可以降血脂。這些研究結(jié)果都表明茶及其有效成分對血管功能有著廣泛的健康有益效應。

2.3結(jié)石的預防

結(jié)石是人體病理性礦化導致的一種常見疾病，飲茶對結(jié)石的預防具有積極的效果。1998年發(fā)表在《AnnalsofinternalMedicine》的研究報道稱，在81093個年齡40~86歲的女士自愿者中，每天飲用一杯茶水，得結(jié)石病的風險下降了8%；而男士得結(jié)石病的幾率更下降到14%。2006年在《JournalofEndourology》雜志發(fā)表了題為“綠茶對尿道結(jié)石形成的影響：體內(nèi)和體外實驗研究”，分別采用NRK-52E細胞培養(yǎng)和小鼠動物實驗評價了草酸鹽的毒性以及不同濃度茶主要健康有益組分EGCG的抗草酸毒性和飲用綠茶對小鼠形成腎結(jié)石的影響。研究結(jié)果表明，茶的EGCG可抑制草酸鹽產(chǎn)生的細胞毒性，小鼠喂食綠茶后，可抑制草酸引發(fā)產(chǎn)生自由基，降低尿中草酸的排泄以及γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶和N-乙酰氨基的活性，產(chǎn)生抑制尿道結(jié)石的效果。人體結(jié)石是一種病理性礦化形成的鈣鹽，其礦物質(zhì)相中70％～80％的組成為草酸鈣鹽，其中能聚集長大形成結(jié)石的草酸鈣主要是一水草酸鈣。二水草酸鈣與細胞上皮組織的粘附性差，常隨排尿而排出體外。由于茶葉含有草酸，故一般認為茶為結(jié)石患者的禁忌物，但上述流行病學調(diào)查結(jié)果以及細胞和動物實驗結(jié)果均表明，飲茶具有抑制結(jié)石形成的功效。2010年發(fā)表的綠茶提取物調(diào)控草酸鈣結(jié)晶的研究論文，從結(jié)晶學的角度闡述了綠茶抑制人體結(jié)石形成的原因，受到了學界和社會的廣泛關(guān)注。

2.4茶的其他有益效應

Wang等研究綠茶中的兒茶素對身體多部位的影響，其研究結(jié)果表明：每天飲用低咖啡因、高兒茶素含量的綠茶（500~900毫克綠茶兒茶素），堅持90天可產(chǎn)生積極的減肥效果。文獻報道茶的健康有益效應非常廣泛，如茶多酚可以降低心臟疾病的發(fā)生。除此之外，茶黃素等有效成分還具有抗菌消炎等作用，在口腔保健以及預防骨質(zhì)疏松等方面也有很大的價值。

3茶資源的應用

基于茶的健康有益效應和多酚類物質(zhì)的化學活性，在茶深加工的基礎(chǔ)上，全價值利用茶資源受到了廣泛的關(guān)注。當前，茶資源在傳統(tǒng)輕化工領(lǐng)域的應用正不斷得以拓展，而其在健康、生物醫(yī)學和新材料等領(lǐng)域的研究將有望革命性地提升茶資源的價值，相關(guān)方向主要包括：基于茶健康有效成分的各類保健品、藥物、輔助增強高效藥物智能載體、組織修復用生物材料、生物傳感器以及納米功能材料和環(huán)境凈化新材料等。

3.1輕化工和健康領(lǐng)域

茶的深加工促進了茶產(chǎn)品的多樣化發(fā)展，目前已經(jīng)形成了包括固態(tài)速溶茶、濃縮茶汁、茶糖果和茶糕點等產(chǎn)品。拓展茶資源在輕化工和健康領(lǐng)域的應用，涉及對茶功能成分的提取，如茶多酚、茶黃素、茶褐素、茶氨酸和茶多糖等，形成相應的精加工產(chǎn)品體系，以推動茶資源在食品抗氧化劑、食品功能助推劑和化妝品等方面的應用。其中，茶多酚有抗氧化、抑制和殺滅細菌等作用，在傳統(tǒng)輕化工領(lǐng)域的應用較為廣泛，如可將其用于水果和蔬菜保鮮，飲料、糕點及乳制品的生產(chǎn)，防止化妝品變質(zhì)，延長使用時間，解除重金屬毒害等；形成的茶保健產(chǎn)品包括茶多酚膠囊、減肥膠囊、解酒膠囊等。針對茶多酚如EGCG抗氧化劑雖有優(yōu)異的抗氧化能力，但存在脂溶性較差、生物利用度低的不足，相關(guān)的改性修飾及應用研究正發(fā)展成為利用茶資源的一個重要方向。如馮博文等對比研究了EGCG脂質(zhì)體與目前食用油脂中常用的叔丁基對苯二酚（TBHQ）合成氧化劑對葵花籽油氧化穩(wěn)定性的影響，氧化穩(wěn)定指數(shù)法評價結(jié)果顯示，加入EGCG脂質(zhì)體在一定程度上可提升葵花籽油的氧化穩(wěn)定性，在葵花籽油中加入含量為200mg/kgEGCG的脂質(zhì)體可獲得加入100mg/kgTBHQ的抗氧化效果。該研究表明，采用天然的茶多酚抗氧化劑，可增強葵花籽油的抗氧化性能，延長其貨架期和儲藏時間。

3.2生物醫(yī)用領(lǐng)域

茶資源在生物醫(yī)用領(lǐng)域有著廣泛的應用前景，尤其是近年來，基于茶多酚的生物醫(yī)學研究呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢，其相關(guān)方向具體涉及深化對茶健康有益功效的認識、茶功能組分的高純提取以及對茶組分的有效功能應用和通過綠色加工技術(shù)獲得的高技術(shù)生物醫(yī)用制品等。茶多酚的藥用尤其是抑癌和抗癌受到持續(xù)的關(guān)注。2009年有關(guān)綠茶提取物預防口腔癌癥的研究表明，綠茶提取物（GTE）可以有效的預防口腔癌癥，而以綠茶提取物作為抗癌前藥的藥物研發(fā)已進入II期臨床試驗階段，并取得了積極的效果。2014年最新發(fā)表的論文報道了采用茶多酚提取物輔助增強抗癌藥物的研究工作，將EGCG與抗乳腺癌的蛋白類藥物赫賽?。℉erceptin）復合，再經(jīng)聚乙二醇修飾，形成納米載藥膠束。細胞實驗和動物實驗結(jié)果表明，相比單純的蛋白抗癌藥物，由EGCG構(gòu)建的納米載藥膠束具有更好的抗癌效果，在上述采用EGCG與Herceptin組裝形成載藥膠束的過程中，EGCG實際上是一種EGCG的寡聚物。事實上，在2013年就已有研究論文報道，借助茶多酚的氧化偶聯(lián)自聚，組裝形成表面孔結(jié)構(gòu)豐富的環(huán)境響應性功能球，形成的中空球可廣泛用于生物染料和抗癌藥物等客體分子的智能輸送等。在這些抗癌藥物載體的研究中，茶多酚自身的抗癌前藥功效，都受到了相應的重視?？梢灶A料這些前沿的研究，將進一步推動茶資源在生物制藥和靶向抗癌載體方面的應用。隨著社會進入老年化時代，骨質(zhì)疏松癥將會是影響人類生活質(zhì)量的一種常見疾病。正常狀態(tài)下，人體骨骼中的成骨細胞和破骨細胞的活動處于平衡狀態(tài)，進入老年后，破骨細胞的功能趨于活躍，這將導致骨骼變脆、骨骼量減少，引發(fā)骨質(zhì)疏松癥。2015年最新發(fā)表的采用骨質(zhì)疏松癥動物模型的研究揭示，茶黃素具有抑制破骨細胞的功能，可有效改善動物的骨質(zhì)疏松癥狀。此外，調(diào)控人體結(jié)石的主要成份草酸鈣的體外結(jié)晶學研究也揭示，茶多酚可抑制一水草酸鈣的形成，所以茶具有預防結(jié)石形成的功效。以上涉及骨質(zhì)疏松癥和結(jié)石形成的研究將有望利用茶資源開發(fā)出相關(guān)的健康用品和治療藥物，獲得預防乃至治療人體病理性礦化關(guān)聯(lián)的疾病效果。針對茶的功能組分，構(gòu)建適宜的載體材料，以提高茶多酚的生物利用度，對于實現(xiàn)茶組分的功能效應具有重要的價值。這類茶多酚載體材料一般采用具有良好生物相容性的醫(yī)用高分子和無機材料來構(gòu)建，如2008年發(fā)表的論文就報道了一類茶多酚鈣基無機載體材料的制備，該研究采用雙噴嘴技術(shù)，對鈣鹽溶液和含有茶提取物的碳酸鹽或磷酸鹽溶液進行混合成粒，形成載有茶多酚的載體材料，實現(xiàn)了對多類茶多酚單體較高的包封率。此外，當前發(fā)展新型的生物功能材料的研究，也是利用茶資源的另一個熱點方向。Fei等利用茶多酚組裝獲得具有核殼結(jié)構(gòu)的納米材料，通過選擇采用不同的金屬元素，可獲得不同波段的自發(fā)光功能，可應用于生物影像和輸送客體物質(zhì)等；2012年發(fā)表的研究報道了一種尺寸可控的、在低pH值下穩(wěn)定性極佳的EGCG納米金顆粒，這些納米粒子作為抗癌藥物載體可增強藥物的抗腫瘤活性，尤其適合應用于胃腸環(huán)境。

3.3其他材料領(lǐng)域

利用茶多酚的化學特性，發(fā)展綠色的化學合成方法制備功能材料，進一步展示了對茶資源的全價值應用。Nadagouda等報道了在室溫下用茶提取物高效合成貴金屬納米粒子的研究，所得到的銀和鈀等納米粒子的粒徑僅為20~60nm，該技術(shù)不涉及使用表面活性劑、封端劑或有機模板等化學物質(zhì)，方法簡單、環(huán)保、高效，也適宜于制備其他如金和鉑等貴重金屬納米粒子。上述方法是利用多酚物質(zhì)的還原特性來高效合成金屬納米粒子，而利用其抗氧化性還可以獲得新型的高效傳感器，如結(jié)合茶EGCG的抗氧化性和單壁碳納米管（SWNT）獨特的電響應特性，就可構(gòu)建出具有對活性氧響應的SWNT/EGCG復合材料，該類復合材料可潛在用作化學和生物傳感器。此外，由茶提取物組裝構(gòu)建的多酚球，表面孔結(jié)構(gòu)豐富，預計在環(huán)境治理、空氣凈化以及作為化工填料方面均有著良好的應用前景。

4展望

茶是一種人類長期飲用的健康飲品，茶的兒茶素類多酚物質(zhì)的生物學效應以及對人體產(chǎn)生的積極有益效應已經(jīng)過幾千年飲用歷史的驗證，非當前研發(fā)一種生物材料或藥物短短幾年或幾十年涉及基礎(chǔ)、臨床前和臨床使用的時間可比擬。國內(nèi)眾多專注茶業(yè)的研究機構(gòu)在提升我國茶質(zhì)量、推動茶這一健康飲品的使用、深入研究茶多酚及其各類氧化衍生物并揭示其基礎(chǔ)生物醫(yī)學效應、乃至純化和應用茶多酚等方面都做了長期和系統(tǒng)的工作，在茶多酚純化、衍生物結(jié)構(gòu)確認和流行病理學研究上所取得的成就受到國際學術(shù)界的廣泛認可。隨著當前對兒茶素類植物多酚研究的深入、現(xiàn)代分離純化分析水平的進步以及人工合成多酚化合物的發(fā)展，可以預見在不久的將來，基于兒茶素類植物多酚化合物的健康品、生物藥物和生物醫(yī)學材料的研究會取得突破性的進展。茶是一種再生植物，我國是茶的發(fā)源地、消費大國，也是提取茶多酚原料的出口大國，因此，利用天然可再生的茶多酚開展健康關(guān)聯(lián)保健品、藥物和生物材料的研究，具有重要的意義和價值。

作者：張懷英 任肖湘 馬曉敏 李旭東 單位：國家生物醫(yī)學材料工程技術(shù)研究中心 四川大學生物材料工程研究中心