2016, Vol. 31
引用本文 | doi: 10.7501/j.issn.1674-5515.2016.06.044 |
2. 中国医科大学附属第一医院 内分泌科, 辽宁 沈阳 110022
2. Department of Endocrinology, the First Hospital of China Medical University, Shenyang 110022, China
生物分子的氧化应激损伤被认为与许多慢性疾病的病理过程相关，如心血管疾病、肿瘤和神经系统退行性疾病。而近年来，许多证据表明茶尤其是其中富含的茶多酚具有抗氧化作用[1]，而表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）被认为是茶多酚中抗氧化的主要生物活性物质[2]。研究表明，EGCG具有特殊的分子结构，可提供相关中子或质子与自由基进行反应直接清除自由基，并通过结合金属离子螯合剂、调节氧化和抗氧化酶系间接清除自由基达到抗氧化目的。另外，许多细胞信号转导途径如NF-κB途径、激活蛋白-1（AP-1）途径等被认为与氧化应激损伤相关，EGCG可通过抑制上述两种途径达到抗氧化目的。总之，EGCG的抗氧化作用机制非常复杂，本文主要从清除自由基、金属螯合、抑制细胞信号转导通路、调节氧化和抗氧化酶系等方面对EGCG抗氧化作用机制的研究进展进行综述。
1 直接清除自由基自由基是外层电子轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称，化学性质极其活泼，易于失去电子或夺取电子，特别是氧化作用强，具有强烈的引发脂质过氧化作用。自由基清除剂的能力在一定程度上与单电子还原电势大小有关，同时单电子还原电势也是衡量抗氧化剂作为供氢或供电子体活性大小的标准[3]，较低的还原电势表明抗氧化剂作为供氢或供电子体时需要的能量也较低。茶多酚被证实是有效的自由基清除剂，其中EGCG的还原电势较低，抗氧化能力较强[4]。抗氧化剂的有效性还取决于其与自由基反应的速度及自身被氧化形成的抗氧化自由基的稳定性，茶多酚与羟基自由基、超氧阴离子和叠氮化自由基的反应活性高于黄酮醇类[5]。
利用电子自旋共振技术发现茶多酚能够有效清除单线态氧、羟基自由基，超氧阴离子和过氧化氢自由基[6-8]，而大多数研究提示EGCG活性更强。EGCG在清除稳定自由基如甲基丙烯酸乙酯磺酸钠（ATBS）自由基正离子方面也显示出了较强的活性[4]。
许多慢性疾病的病理过程是慢性炎症反应，一氧化氮自由基与超氧阴离子反应生成的过氧亚硝基是一种具有细胞毒性的氧化剂，能够改变蛋白质的功能，导致慢性炎症反应[9]，EGCG能够有效地清除一氧化氮自由基、超氧阴离子和过氧亚硝基。
多酚类物质清除自由基的确切机制尚未明确，但其分子结构中的电子离域可能与多酚复合物的抗氧化活性相关[10]。所有多酚类物质的B环中至少存在1个邻二羟基参与电子离域及自由基的稳定[11]。EGCG作为电子供体及自由基清除剂的活性高于其他多酚类物质，因为其B环结构中含有三羟基（3',4,'5'-三羟基），并且在C环含有没食子酸酯基[3-4]。
2 金属螯合作用儿茶素的抗氧化活性也由于其具有螯合金属离子的能力。金属的体内平衡障碍导致氧化应激的产生，进一步导致许多慢性疾病如糖尿病、心血管疾病和动脉粥样硬化[12]。研究显示EGCG可以螯合金属如铁（Fe）[13]、铜（Cu）[14-15]、铬（Cr）[16]和镉（Cd）[17-18]。B环中的酚基主要与此金属螯合作用有关[11]。目前认为EGCG的金属螯合作用在抗氧化机制中的地位仅次于自由基清除作用[18-19]。茶多酚B环结构中的三羟基可能是其金属结合部位[20]。然而也有研究显示儿茶素中的没食子酸酯基也是金属的结合部位[21]，并且在2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)诱导的脂质过氧化反应中，结合Cu2+能够提高EGCG的抗氧化活性，而结合Fe2+则抑制其抗氧化活性。
3 抑制细胞信号转导通路研究发现EGCG发挥抗氧化作用的机制与细胞内信号转导通路相关，大量的体内及体外实验表明，EGCG可调控多种细胞信号转导通路，其中与抗氧化作用机制相关的主要有以下两种。
3.1 NF-κB途径NF-κB是重要的核转录因子，在许多外界刺激介导的细胞信息的转录调控中起重要作用，参与多种基因的表达和调控。在未受刺激时，NF-κB以与其抑制蛋白IΚB结合的形式存在于细胞质内，多种刺激因素如紫外线、炎症因子、内毒素等都可以使IΚB被IΚB激酶降解，从而释放和激活NF-κB，激活的NF-κB进入细胞核，与DNA结合，诱导特异mRNA产生，最后转录产生和释放各种细胞因子。许多刺激因素激活NF-κB的同时能诱导氧化应激，一些证据表明活性氧（ROS）可以激活NF-κB，而一些抗氧化剂能够抑制NF-κB的活化[22]。
研究证明，绿茶中的儿茶素尤其是EGCG能够抑制ROS的产生，达到抗氧化目的，并能抑制NF-κB的活化。EGCG能够抑制IΚB的磷酸化，阻止NF-κB转位至细胞核与DNA结合[23-24]，并且在绿茶儿茶素中EGCG是最有效的IΚB激酶抑制剂[25]。
3.2 AP-1途径AP-1是近年来发现的重要的核转录因子，能够诱导炎症因子释放，引起血管内皮细胞损伤[26]，导致动脉粥样硬化、高血压等疾病，有研究显示，AP-1在老年高血压患者中升高[27]，这可能与氧化应激相关[28]。AP-1作为Jun/Fos二聚体家族而存在，包含多种Jun蛋白（c-Jun、Jun B和JunD）和Fos蛋白（c-Fos、Fos B、Fra-1、Fra-2和FosB2）。AP-1的活化通过3种丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径实现，包括细胞外信号调节蛋白激酶（Erk）、c-Jun氨基末端激酶/应激活化蛋白激酶（JNKs/SAPKs）和p38激酶[29]。中波紫外线光谱与年龄相关的黄斑退行性改变（AMD）相关，而视网膜色素上皮ARPE19细胞的氧化损伤也在AMD的发病过程中起关键作用。中波紫外线光谱辐射能够增加ARPE19细胞中的ROS，诱导ARPE19细胞凋亡并抑制细胞中JNK的磷酸化水平。应用EGCG处理后，ARPE19细胞凋亡数目减少，细胞中的ROS水平降低，而且JNK的磷酸化水平增强[30]。JNK信号通路参与了抗氧化过程，EGCG衰减中波紫外线光谱辐射诱导的细胞凋亡与其阻断紫外线辐射对JNK磷酸化的抑制作用有关。在皮肤细胞中，EGCG通过抑制JNK和Erks激酶来抑制AP-1的活性[31]。
4 调节氧化和抗氧化酶系生物体内的自由基处于生物生成和生物防护体系的平衡之中，这种平衡由氧化和抗氧化酶调控。
4.1 抑制氧化酶一氧化氮自由基是短暂存活的自由基，在一氧化氮合酶（NOS）作用下由L-精氨酸合成，作为信号分子参与病理生理过程。诱生型一氧化氮合酶（iNOS）在许多细胞中被发现，如巨噬细胞。这些细胞在受到内毒素或细胞因子的刺激后诱导iNOS的表达，产生大量的一氧化氮自由基，这些一氧化氮自由基又迅速与超氧阴离子反应生成过氧亚硝基及其他氧化剂，最终导致DNA及蛋白质损伤[32]。EGCG能够抑制巨噬细胞内内毒素诱导的iNOS的基因表达及iNOS激酶的活性[33-37]。
脂氧合酶和环氧合酶是前列腺素合成的关键限速酶，能够催化花生四烯酸生成前列环素和白三烯等，能够增加组织内的氧化应激损伤，EGCG能够抑制这两种酶的活性。茶多酚抑制环氧合酶和脂氧合酶活性的确切机制尚不明确，但有研究显示可能是通过NF-κB途径实现[32]。
黄嘌呤氧化酶催化次黄嘌呤转变为黄嘌呤，进而催化黄嘌呤转变为尿酸，在这两步反应中都同时以分子氧为电子受体产生大量的超氧阴离子、过氧化氢和羟基等自由基及ROS。茶多酚被发现能够抑制黄嘌呤氧化酶活性，而以EGCG的抑制效应最强[38]。
4.2 激活抗氧化酶系抗氧化酶系如谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）的激活间接参与了EGCG的抗氧化机制[39]。经EGCG预处理后可提高肾组织内GPX、CAT、SOD的活性，减轻氧化应激所致的缺血再灌注损伤[40]。
5 结语EGCG通过清除自由基、金属螯合、抑制细胞信号转导通路、参与氧化和抗氧化酶体系来发挥强大的抗氧化作用。近年来越来越多的研究表明氧化应激损伤与衰老、肿瘤、糖尿病、动脉粥样硬化等疾病密切相关，因此EGCG作为一种天然的抗氧化剂应该被进一步开发，并投入临床应用，力求达到与动物实验一样的预期效果。对EGCG抗氧化机制的研究将有利于发现或制备出相同或相似机制的药物投入临床应用，为疾病的治疗开辟新的途径。
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