绿茶多酚对血管内皮细胞功能的影响及其代谢机制的研究进展

张 颖 综述，刘晓芬审校（成都中医药大学公共卫生学院，四川成都611137）

绿茶是指没有经过发酵的山茶属小叶茶，其中含有大量的多酚类物质，包括黄烷醇类和黄酮醇类物质。黄烷-3-醇类物质被称为儿茶素，主要为表儿茶素（EC）、表没食子儿茶素（EGC）、表儿茶素没食子酸酯（ECG）和表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）。EGCG水平最高，约占所有儿茶素类物质重量的50%～80%[1-2]。绿茶多酚具有抗氧化功能。大量研究发现，绿茶在降脂、降低糖耐量异常等方面有良好影响，因此可能对2型糖尿病和肥胖有治疗效果[3-7]。心血管疾病是目前全球的头号死因，75%以上的心血管疾病发生在低收入和中等收入国家[8]。而绿茶对心血管疾病的防治作用已被广泛报道。全球范围的研究发现，饮用绿茶可以降低冠状动脉粥样硬化、急性心肌梗死、冠心病和卒中[9-13]。一项围绕6个国家和地区的meta分析发现，饮用绿茶可以降低卒中的发生率和由卒中导致的死亡率[9]。一项早期meta分析发现，茶的饮用与心肌梗死、冠心病呈负相关[14]。本研究拟通过绿茶多酚对内皮细胞的保护、细胞信号传导路径和生物代谢等方面，探讨绿茶多酚对心血管疾病的防治机制。

1 绿茶多酚对血管内皮的保护

氧化应激是胰岛素抵抗、糖尿病及心血管疾病的病理生理基础，氧化应激产物活性氮类和活性氧类（ROS）在心血管疾病的发生、发展中起重要作用。绿茶多酚对血管内皮的保护作用可以表现在调节一氧化氮（NO）的释放和清除自由基的抗氧化活性2个方面。

NO是机体一种自由扩散的信号分子，又被称为内皮依赖性舒张因子（EDRF），NO作为气体分子可以迅速通过细胞膜在胞间传递并进入平滑肌细胞，引起平滑肌细胞的松弛。血管内皮能够通过释放NO维持血管舒张功能，同时抑制血小板聚集和白细胞黏附。研究发现，血管内皮功能损伤会导致早期的动脉粥样硬化或增加罹患冠心病的风险[15]。有报道称绿茶EC可以增加NO的释放，同时能降低血浆内皮素-1（ET-1）水平。血浆内皮素是血管合成的内皮收缩因子，其与血管舒张因子相互制约，维持血管张力，维护体循环平衡。ET-1水平相对过高会引起血管内皮功能失调，同时促进心血管疾病的发生、发展[16]。早期动物实验发现，EGCG可明显改善自发性高血压大鼠的血管内皮功能，同时降低胰岛素抵抗和血压，其机制可能是EGCG会增加内皮细胞NO的释放和降低血浆内皮素ET-1的释放[17-18]。此外，ET-1的过高释放可能同时导致NO的生物利用度降低[19]。人体血管内皮功能主要通过超声检测内皮细胞依赖性血管舒张功能（FMD），通过测定反应性充血后肱动脉内径的变化率来评价内皮细胞FMD。FMD主要依赖于血管内皮细胞释放具有血管舒张功能的物质（主要为NO）[20]。一项双盲对照研究发现，给予冠心病患者EGCG 2 h后，其肱动脉FMD水平较安慰剂组明显改善；2周后，冠心病患者血浆EGCG恢复到基线水平后FMD水平的改善作用消失。因此认为EGCG可以快速改善冠心病患者的内皮细胞损伤[21]。另外一项针对健康人群的研究发现，和饮用咖啡和水相比，绿茶可以明显地改善FMD值[22]。吸烟对内皮细胞的损伤具有剂量依赖性，可导致内皮型一氧化氮合成酶（eNOS）不可逆转的伤害，增加动脉粥样硬化的风险。NAGAYA等[23]和KIM等[24]的研究发现，绿茶可以明显保护吸烟者的内皮细胞功能，降低罹患心血管疾病的风险。

左氧化应激作用下，低密度脂蛋白LDL在血管壁被氧化生成氧化型低密度脂蛋白（oxLDL），oxLDL导致过氧化物酶、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶等ROS产物酶被激活。内皮细胞内oxLDL可引起NADPH氧化酶被激活，导致细胞内如过氧化氢（H2O2）等活性氧类的生成，抑制NO的合成和释放，同时促进内皮细胞生成ET-1，引起内皮损伤。绿茶多酚有抗氧化、抗动脉粥样硬化和抗炎等作用，尤其是EGCG被证实可以有效降低oxLDL引起的NADPH氧化酶激活，抑制血凝集素样oxLDL受体（LOX-1）的表达，从而降低oxLDL的活性，保护血管内皮[25]。

2 绿茶多酚对血管内皮eNOS和ET⁃1释放的影响

内皮细胞损伤与动脉粥样硬化、高血压、冠心病等心血管疾病的发生明显相关。胰岛素抵抗被报道与内皮细胞的损伤有相关性，主要表现在胰岛素介导的细胞信号通路。胰岛素除了可以调节血糖代谢，还可刺激NO的释放，发挥血管内皮功能。图1为血管内皮细胞胰岛素介导的信号通路，胰岛素与其受体结合后分为2条平行的信号转导路径[26]。磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）途径中，PI3K激活Akt进而使内皮型eNOS激活位点磷酸化并促进NO的生成和释放，引起血管舒张，增加血流速度，同时可以影响葡萄糖转运蛋白（GLUT4）迁移，增加骨骼肌对血糖的摄取。eNOS活性受多种因素的影响，研究较多的是eNOS多位点磷酸化和脱磷酸化，如 Ser615、Ser633、Ser1177和 Ser1179的磷酸化可激活eNOS，而Thr495的磷酸化会降低eNOS的活性[27]。eNOS作为合成NO的限速酶，除磷酸化外，乙酰化、谷胱甘肽化途径对其活性也有影响，其与高血压、动脉粥样硬化、心肌梗死等心血管疾病的病理生理过程有关，这为今后的治疗提供了思路[28]。裂原活化蛋白激酶（MAP-kinase）路径可刺激血浆内皮素ET-1的释放，导致血管收缩，降低血管流速。胰岛素抵抗会导致2条平行通路的失衡，增加ET-1的释放，促进血管内皮细胞的功能损伤。有研究发现，绿茶多酚可以模拟胰岛素的内皮细胞功能，对该信号通路有相同的调节作用，能维持血管功能[29]。不仅如此，绿茶多酚中抗氧化性能最强的EGCG，被报道可翻转由于oxLDL所导致的ET-1释放增加和eNOS低表达，起到降低内皮细胞损伤的作用[25]。

图1 胰岛素介导的信号通路[26]

研究显示，绿茶多酚不仅仅促进NO的合成和释放，同时还对ET-1的表达有抑制，起到降低ET-1释放的作用，其主要机制可能为绿茶多酚对叉头转录因子（FKHR）的调控。叉头盒 O1（FoxO1），是叉头转录因子家族成员之一，FoxO1被报道与ET-1的释放相关。在PI3K/Akt通路中，Akt介导 FoxO1 在 Thr24、Ser256、Ser319位点的磷酸化，磷酸化的FoxO1蛋白功能被抑制，同时由核内迁移到细胞质，使其不能够与ET-1的启动子相结合，不能活化ET-1启动子，导致ET-1的表达被抑制[30]。研究发现，绿茶EGCG有类胰岛素作用，可以促进FoxO1的磷酸化[29]，因而可能抑制ET-1的释放和表达。研究人员证实，EGCG可以抑制小牛和人主动脉内皮细胞60%的ET-1表达，不仅表现在细胞ET-1蛋白减少，培养液中ET-1释放也同样降低。研究还发现，EGCG明显降低了人ET-1启动子（hET-1 promoter）的活性，因而进一步降低了ET-1 mRNA和蛋白的表达。EGCG可以使内皮细胞中Akt和AMPK快速活化，导致其共同的下游产物FoxO1被磷酸化。为进一步探寻EGCG对ET-1表达抑制的作用机制，在使用AMPK抑制剂Compound C后发现，EGCG促使FoxO1迁移到细胞质的作用被阻断；同时，通过采用特殊的siRNA寡核苷酸降低Akt的表达发现，ET-1释放基线升高。因此认为，绿茶EGCG对ET-1的抑制作用可能是Akt和AMPK通路磷酸化FoxO1，使ET-1的mRNA和蛋白表达被抑制[31]。

同时，FoxO1的磷酸化路径除了上游Akt和AMPK外，环磷酸腺苷依赖型蛋白激酶（PKA）也被认为其能够使FoxO1磷酸化，进而影响ET-1的表达，但并没有通过绿茶多酚的体外实验进行验证[32-33]。

因此，作者认为，绿茶多酚可通过FoxO1调控内皮细胞ET-1的表达，产生保护内皮细胞功能的作用，其可能的信号通路包括Akt、AMPK和PKA引起的磷酸化作用。见图2。同时，有研究发现，绿茶多酚EGCG引起的内皮舒张功能可能与PI3K上游Fyn活化引起NO的快速释放有关[34]。另一方面，BARTHOLOME等[35]研究发现，低水平 EGCG（1 μmol/L）并不能引起 Akt的磷酸化，在这种水平下FoxO1的DNA结合能力提高，而不是出现胰岛素类似的FoxO1磷酸化作用，这使得不同水平下绿茶多酚产生的作用差异受到广泛关注。

图2 FoxO1与ET-1的相关信号通路

3 绿茶多酚的代谢与COMT基因多态性

食物中黄酮类物质被人体吸收后的代谢途径为儿茶素-O-甲基转移酶（COMT）调控的甲基化作用，COMT能够将S-腺苷甲硫氨酸的甲基转移到儿茶酚类化合物3位羟基上，同时使L-甲硫氨酸转化为同型半胱氨酸。因此，食物中的多酚可能引起血浆中同型半胱氨酸水平升高[36]。COMT的基因多态性可能引起黄酮类物质的生物学利用度不同，使COMT活性在不同人体中的差异多达3倍。人类COMT编码基因存在一个多态性位点，使位于158/108编码的氨基酸由缬氨酸变为L-甲硫氨酸，导致酶活性降低。因此，将COMT的基因型分为高活性GG基因型、中等活性GA基因型和低活性AA基因型[37]。目前，关于COMT基因多态性研究主要围绕肿瘤、神经及精神类疾病[38-39]。体内试验发现，COMT活性抑制剂可以明显增加能量消耗和脂肪氧化[40]。但是，通过检测不同COMT基因型肥胖绝经女性饮用绿茶后的代谢情况，并没有发现能量消耗和脂肪氧化水平的升高，仅仅发现高COMT活性基因型女性血浆胰岛素较高[41]。

研究发现，相对于低活性AA基因，高活性GG基因型能快速代谢食物中的黄酮类物质，降低其对血管内皮细胞保护作用的生物利用度，因此，低活性COMT基因有心血管保护作用，可以降低罹患冠心病、高血压和心肌梗死的风险[42-43]。不仅如此，无论是饮用绿茶或者红茶，与GG、GA基因型相比，AA基因型人群有更好的胰岛素敏感性和内皮细胞依赖性血管舒张功能，食物中的EC被较少甲基化对提高内皮细胞功能有明显的作用[44-46]。体外试验中发现，EGCG可能抑制COMT酶活性，从而提高黄酮类物质的生物利用度。但LORENZ等[47]研究发现，摄入高剂量的 EGCG（750 mg）并不会破坏COMT的活性。因此，关于COMT基因多态性及绿茶多酚的代谢程度还需要更多的研究来证实。

4 小结与展望

绿茶多酚在现代医学中已经被证实具有抗氧化、调节脂肪代谢、调节血糖和胰岛素功能、抗肿瘤等作用，但由于人体代谢的差异，仍然存在某些与预期结果相悖的研究结果[48-49]。绿茶多酚一直以来被推荐用于心血管疾病的预防，也有大量研究证实绿茶中EC对心血管的保护作用[13，20-21]。血管内皮功能是维持体循环和供氧的关键，血管内皮的损伤与心血管疾病的发生和发展有关。目前，关于绿茶对血管内皮细胞保护的研究主要围绕改善人体内皮细胞FMD、体外试验中血管内皮细胞对NO释放的影响来探讨，对内皮细胞信号通路中蛋白表达影响的研究较少，而大部分关于绿茶多酚对信号通路影响的研究主要与肿瘤细胞及抗肿瘤机制有关[50]。不同个体对绿茶多酚的代谢不同，可能对其生理作用产生不同的影响，高活性COMT基因型人群可能不会从饮用绿茶中获益，因此绿茶的辅助治疗或疾病预防作用会存在明显差异。然而，对不同COMT基因人群饮用绿茶的体内或体外研究非常少，在这方面还需要更多的工作，为今后更加精准的营养提供理论基础。