安化黑茶的降血糖作用及其机理

林勇，谢思玲，柯菀萍，刘仲华

国家植物功能成分利用工程技术研究中心 湖南农业大学茶学教育部重点实验室，湖南 长沙410128

糖尿病是一种以长期高血糖为主要特征的慢性内分泌代谢性疾病，其以1型糖尿病和2型糖尿病最为常见，持续的高血糖会导致心血管疾病、肾病、眼病等一系列并发症。2019年国际糖尿病联盟发布的最新报告指出，目前全球糖尿病患病率为9.3%，患者人数约4.63亿人，预计到2030年患病率将持续增长至10.2%，患者将达到5.78亿人。同时数据显示，我国糖尿病患病率由1980年的0.67%上升至2017年的11.6%，且仍有上升和年轻化趋势[1]。流行病学调查显示，喝茶能降低患糖尿病的风险。安化黑茶独特的加工原料与工艺，赋予其独特的风味品质和显著的降血糖等健康属性，已有研究也显示，安化黑茶在改善各种代谢疾病尤其是糖脂代谢方面具有显著功效。本文重点介绍糖尿病的发病机制及危害、安化黑茶主要活性物质成分以及降血糖功效与作用机理，从而为安化黑茶广大消费者健康饮茶提供理论依据。

1 糖尿病产生的原因及其危害

1.1 糖尿病的产生原因

糖尿病的发生原因十分复杂，遗传、长期精神紧张、肥胖、饮食不当、不规律作息、病毒感染、药物不良反应等都是糖尿病的潜在促成因素。糖尿病发病机制大致可分为3 种情况[2]：（1）遗传因素，糖尿病患者的易感性与遗传基因异变有关，但遗传基因不影响糖尿病的发生率。（2）体外因素，长期精神紧张等外界因素会刺激肾上腺皮质激素（肾上腺素、皮质醇）的生成，并释放肝脏中储存的葡萄糖从而导致糖尿病的产生；肥胖、饮食不当、不规律作息等诱导的代谢紊乱会刺激胰岛素的异常分泌，阻碍机体对血糖的吸收，造成胰岛素抵抗和胰腺负担；病毒感染、药物不良反应如风疹病毒、铂类抗肿瘤药物，主要损伤胰岛β细胞，导致人体胰岛素分泌减少；手术创伤及术后抗生素/激素药物则导致应激激素的分泌异常增多，抑制器官组织对葡萄糖的非氧化清除率和葡萄糖的摄取率，从而诱发或加重胰岛素抵抗。（3）自身免疫系统缺陷则是在遗传和外界刺激的共同作用下，患者自身免疫系统攻击了胰岛细胞，造成胰岛素分泌异常，从而诱导糖尿病的发生。

1.2 糖尿病的危害

临床上糖尿病患者会出现多尿、烦渴、多饮、多食、消瘦等症状，高血糖状态影响下患者体内器官损伤加重，并且从微血管、神经损伤逐渐发展至大血管、器官损伤，从而导致心脏、皮肤、神经、血管、肝脏、眼部等多种器官受到不同程度的影响，产生糖尿病肾病、糖尿病眼病、糖尿病足溃疡、糖尿病性心脏病等一系列相关性疾病，严重影响患者的身体健康与生活质量，最终导致患者死于复杂的糖尿病并发症[3]。例如：糖尿病视网膜病变是糖尿病最常见的并发症，糖尿病人群视网膜病变发生率为39%[4]，严重时会导致患者失明；糖尿病肾病是糖尿病患者后期最主要和最常见的微血管并发症，同时也是导致终末期肾病的常见诱因；同时研究指出，肿瘤和糖尿病的发生存在密切联系，糖尿病的病程会提高恶性肿瘤和癌症的患病率。

2 安化黑茶降血糖作用的主要活性成分

安化黑茶是一种后发酵茶，因其独特的“发花”工艺和产地微生物群的特殊性，与其他产地（四川、湖北、广西、云南）的黑茶存在一定的区别。安化茯砖茶是安化黑茶最有代表性的一类茶，由冠突散囊菌为主的微生物发酵精制而成，其具有丰富的“金花”和独特的“菌花香”，也被证明对许多慢性代谢性疾病，特别是与糖脂代谢相关的疾病具有预防和治疗作用[5-6]。安化黑茶的主要功能成分包括儿茶素类化合物及其衍生产物、黄酮、茶多糖、茶色素、生物碱、氨基酸、酚酸等。流行病学调查显示，喝茶能降低患糖尿病的风险，大量试验也证明，茶叶中各种活性成分均能独立或协同作用保护胰脏，调节肝肾等代谢器官的功能，修复胰岛细胞损伤，改善胰岛素抵抗，提高胰岛素活力以及延缓糖类吸收，从而达到缓解糖尿病病情，降低血糖含量的目的[7-9]。

2.1 茶多酚

茶多酚是以儿茶素类为主并且由多种酚类物质组成的羟基酚类化合物。多数研究结果表明，茶多酚的降糖机理主要体现在提高胰岛素活性、抑制葡萄糖运转载体活性、抑制肠道内相关酶类的活性、抗氧化作用，以及下调控制葡萄糖异生作用基因的表达[10]。血糖升高导致的自由基反应增强，引起的氧化应激损伤胰腺β细胞损伤会引起胰岛素的分泌功能障碍，表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）的抗氧化活性能有效抑制自由基的产生和清除自由基，从而减少胰腺β 细胞的氧化损伤[11]。同时研究认为，EGCG和表儿茶素没食子酸酯（ECG）能与肠道内的葡萄糖转运载体的钠离子或葡萄糖结合位点结合，从而抑制肠道上皮细胞的葡萄糖转运载体活性，但其具体机制仍不明确[12]。

胰岛素活性与肝脏葡萄糖的生成有关，能直接降低血糖浓度。这可能是通过促进胰岛素受体和胰岛素受体底物1的络氨酸磷酸化有关，体外研究发现EGCG、ECG以及单宁酸、茶黄素等都能在一定程度上提高胰岛素的活性，从而抑制肝脏糖原的降解并且刺激肝糖原和肌糖原的合成，并且茶多酚能提高胰岛中钙离子的浓度从而促进胰岛素分泌[13]。EGCG通过钙离子调节蛋白激酶激活AMPK通路，抑制肝糖异生和葡萄糖异生作用关键酶的表达，从而减少肝糖异生。此外EGCG能增加与糖酵解相关酶的基因表达，能促进葡萄糖的降解从而产生降血糖作用[14]。而儿茶素对大鼠体内α-淀粉酶和蔗糖酶的活性的抑制作用被认为是儿茶素抑制餐后血糖上升的主要机理[15]。

2.2 茶多糖

茶多糖是茶的代表性功能成分之一，已被报道可以增强免疫力、抵抗辐射和肿瘤，特别是降低糖尿病的风险[16-17]，并且它在粗茶中的含量高于其他普通茶[18]。茶多糖在抗氧化、保护胰岛细胞、促进胰岛素分泌、调节糖代谢相关酶活性方面有显著作用，提示茶多糖具有降血糖作用。

研究发现，中国六大茶类中提取出来的茶多糖的化学组成、分子量和组成单糖均存在差异，其中，普洱茶多糖的总酚类和蛋白质含量最高，抗氧化和抗糖尿病活性最好。热图分析发现茶多糖中总酚含量和蛋白质含量与其抗氧化和抗糖尿病活性呈正相关，说明茶多糖中酚类化合物和蛋白质的存在可能是其生物活性的主要贡献者[19]。Zhu 等[20]从茯砖茶中提取出6 种多糖组分，并对其理化、结构和生物特性进行了比较和分析，结果表明，6种多糖组分的组成、结构特征和生物学特性均存在差异，并且分别有显著的抗氧化和降血糖作用。研究也发现，多酚含量较低的茶多糖复合物比多酚含量较高的复合物具有更高的抗氧化活性，且与硒结合可显著提高茶多糖的抗氧化活性[21]。茶多糖可通过提高机体抗氧化能力和细胞免疫功能保护胰岛细胞并且促进胰岛β细胞修复，从而促进胰岛素分泌，改善糖尿病症状[5,22]。

葡萄糖激酶活性主要存在于成熟肝实质细胞和胰岛β细胞，催化葡萄糖转变为磷酸葡萄糖，在肝脏糖代谢中起着重要作用，其活性受胰岛素调节，不受葡萄糖浓度的影响。因此茶多糖降血糖的机制可能与增强肝葡萄糖激酶活性有关[23]。许多体内和体外试验结果表明，茶多糖可以抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶活性，改善胰岛素抵抗，改善糖耐量，降低血糖水平[24-25]。

2.3 茶色素

茶褐素是黑茶中一类分子量不均一、水溶性的复杂天然高聚物，在一定程度上参与黑茶茶汤的色泽和耐泡性等品质特征。普洱茶茶褐素的形成既包含微生物“呼吸热”和湿热作用下内源酶、微生物分泌酶的酶促反应机制，同时也与酶褐变机制及其反应物与成分间的偶联氧化、聚合有关。此外，茶褐素的形成过程常伴有多糖蛋白的络合物与茶褐素络合形成复杂的高聚混合物[26]。

大量研究表明，茶褐素具有降糖效果，能够增加葡萄糖激酶和丙酮酸激酶的生物活性水平和减少瘦素及硬脂酰辅酶A脱氢酶的产生，促进体内胰岛素敏感性和胰岛β细胞的功能[27]。通过增强胰岛素受体数目和敏感，茶褐素能调节机体血糖代谢，改善血糖水平，缓解血糖代谢紊乱对胰腺造成的负担，同时对PI3K/Akt 蛋白信号通路的调节，促进肝脏、脂肪等组织增加对葡萄糖的摄取、胞内糖原的合成及减少肝脏葡萄糖异生，最终起到降低血糖的效果[28]。也有研究表明茶褐素是一种很好的α-葡萄糖苷酶活性抑制剂，能与α-葡萄糖苷酶活性中心结合，降低小肠对麦芽糖、淀粉、蔗糖的分解和吸收，减少血糖对胰腺的刺激，从而维持餐后血糖平稳[29]。

3 安化黑茶降血糖功效

3.1 安化黑茶水提物的降血糖作用

茯砖茶是安化黑茶最有代表性的一个品类，已有研究探讨了茯砖茶水提物对高脂高糖饲料联合链脲佐菌素（Streptozotocin,STZ）诱导的2型糖尿病小鼠模型的降血糖效果。结果表明茯砖茶水提取物的干预能显著改善糖尿病小鼠“多食、多饮、多尿、消瘦，三多一少”典型症状，修复糖尿病小鼠的胰岛细胞损伤并且降低血糖浓度。胰岛属于胰腺的内分泌腺部分，是分散在胰腺中的不规则的细胞群。胰岛细胞紧靠在毛细血管上，所分泌的激素，通过毛细血管壁渗入血液内，有调节糖代谢的作用。组织病理学观察发现，相比模型组，中剂量和高剂量茯砖茶组小鼠胰岛形状有初步好转，呈一定规则图形，且胰腺细胞分布较为均匀紧密，说明茯砖茶水提取物在一定程度上修复了高糖导致的胰岛细胞损伤。同时，茯砖茶3个剂量组均能显著抑制2型糖尿病小鼠耐糖量试验AUC 值升高，呈一定的剂量依赖关系，也显示了茯砖茶具有一定的协助机体调控血糖的功能[8]。进一步试验表明，茯砖茶水提物通过增强PPAR-α、GLUT2和GLUT4基因表达，促进葡萄糖转运、肝脏内脂质代谢，促进胰岛素释放，提高胰岛素敏感性，从而改善糖尿病小鼠体内糖代谢紊乱[30]。

十两茶是湖南安化黑茶的一种，因其外表的篾篓包装成花格状，故又名花卷茶。已有研究探讨了十两茶水提物对高血糖的影响及其作用机理。结果指出，中高剂量十两茶水提物给药能显著降低db/db糖尿病小鼠空腹血糖水平，并改善其对葡萄糖的耐受能力，其作用效果与胰岛素增敏剂罗格列酮（5 mg/kg）作用相当，但起效较慢。同时，高剂量十两茶水提物能显著降低db/db糖尿病小鼠血清胰岛素水平，增加胰岛素敏感性。这表明，十两茶水提物通过调节糖尿病小鼠的耐糖功能和胰岛素抵抗，能有效改善糖尿病引起的胰岛素分泌紊乱和代谢异常[9]。

此外，体内降血糖活性试验提出茯砖茶（FBT）、青砖茶（QBT）、普洱茶（PET）和六堡茶（LBT）4 种黑茶水提物针对2 型糖尿病均呈现显著抗糖的效果，并且4种黑茶的降血糖活性大小顺序为：LBT＞PET＞FBT＞QBT。体外细胞试验结果呈现一致性。这可能与原材料的来源有关，试验中LBT 原料最粗老，据相关研究证明粗老茶的降血糖活性高于优质茶。不同黑茶水提物改善HepG2 细胞胰岛素抵抗的试验中，发现在持续高浓度的胰岛素状态下细胞对葡萄糖的利用下降，细胞的葡萄糖消耗量仅为0.80 μmol，说明持续高浓度的胰岛素导致HepG2 细胞出现胰岛素抵抗，而细胞与4种黑茶水提物共同孵育36 h后葡萄糖消耗量都呈现显著增加，并且细胞对葡萄糖吸收量相对提高，这表明黑茶水提物的干预能缓解HepG2细胞胰岛素抵抗效果[31]。

3.2 安化黑茶组分的降血糖作用

安化黑茶中含有丰富的功能成分和生物活性物质，已有研究也探讨了黑毛尖（用于加工高档天尖的原料）、茯砖茶、黑砖茶、千两茶4 种黑茶的粗蛋白提取物和酶解产物对3种血糖生成关键酶α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和二肽基肽酶的抑制活性。结果显示，4种黑茶粗蛋白对α-淀粉酶均有一定的抑制作用，其中千两茶组的IC50为（1.271 0±0.172 5）mg/mL，是4种黑茶中抑制活性最大的一组。黑茶粗蛋白经过胰蛋白酶和碱性蛋白质酶酶解后，对α-淀粉酶都无明显抑制作用，只有茯砖茶的酶解组分表现出10%～30%的抑制率。针对α-葡萄糖苷酶和二肽基肽酶的抑制效果试验结果表明，黑毛尖和千两茶的酶解组分IC50为（0.094 2±0.026 7）mg/mL 和（0.010 3±0.054 5）mg/mL，是4种黑茶粗蛋白中抑制效果最好的两组；茯砖茶酶解组分对二肽基肽酶的抑制作用最强，IC50为（0.101 1±0.025 6）mg/mL。

此外，黑毛尖粗蛋白提取物在体内试验中也表现出显著的抗糖效果。经过2 周的黑茶蛋白灌胃，正常小鼠的血糖无显著性变化，糖尿病小鼠的血糖显著降低至正常血糖水平。这说明黑茶蛋白的摄入有助于糖尿病小鼠糖耐量的调控，进一步的试验则发现，黑茶蛋白起作用的通路主要与多糖的生物合成与代谢、能量代谢、核苷酸代谢有关[32]。这提示黑茶粗蛋白提取物改善糖尿病的功效以及黑茶粗蛋白主要是通过调节机体的糖代谢来抑制糖尿病的病程。

4 安化黑茶降血糖作用机理

4.1 抗氧化应激

糖尿病的高血糖状态会导致机体的氧自由基清除系统被破坏，根据以往的研究，茶多糖可以通过清除自由基来阻断活性氧（ROS）诱导的氧化损伤[33]，通过提高机体抗氧化能力和细胞免疫功能保护胰岛细胞并且修复胰岛β细胞，促进胰岛素分泌，改善糖尿病症状[5,22]。据报道，青砖茶具有良好的自由基清除和吸收能力和铁还原活性[34]，因此青砖茶保护谷氨酸钠诱导的肥胖小鼠代谢综合征的主要途径与骨骼肌中的Nrf2 抗氧化通路有关，通过提高抗氧化酶的含量改善小鼠的胰岛素抵抗和葡萄糖不耐受，降低脂质水平[35]。此外，在秀丽隐杆线虫高糖毒性的模型试验中，发现茯砖茶主要依赖DAF-16/IIS 途径和SKN-1/p38 MAPK 途径延长了线虫寿命，降低了AGEs（晚期糖基化终末产物）和ROS 产生，限制了高糖（葡萄糖、蔗糖、半乳糖和果糖）饮食的寿命缩短效应[36]。

4.2 抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶

膳食补充α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制剂是一种公认的控制餐后血糖升高的临床方法，茶含有多种天然产物，对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶有明显的抑制作用，能抑制淀粉的吸收和消化从而阻止血糖的升高，降低血浆葡萄糖、脂质代谢物和蛋白尿水平。青砖茶水提取物良好的抗氧化活性，充分发挥了α-淀粉酶抑制作用，阻止一定数量的淀粉或蔗糖的消化，最终降低体内血糖水平，并且EGCG 和ECG 是调节α-淀粉酶活性的重要物质[37]。在茯砖茶中分离得到的新型酰基糖苷黄酮对α-葡萄糖苷酶也有较强的抑制活性、黑茶蛋白和多肽对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和二肽基肽酶均有抑制活性，并且黑茶水提取物增强了HepG2 细胞对葡萄糖的摄取[38-40]。也有研究表明茶褐素是一种很好的α-葡萄糖苷酶活性抑制剂，能与α-葡萄糖苷酶活性中心结合，降低小肠对麦芽糖、淀粉、蔗糖的分解和吸收，减少血糖对胰腺的刺激，从而维持餐后血糖平稳[29]。

4.3 抑制胰岛素抵抗

胰岛素能诱导PI3K 磷酸化，从而促进氧自由基清除。在胰岛素抵抗的糖尿病小鼠体内，茶及其功能成分能替代胰岛素的作用，促进骨骼肌中FOⅩO1 的表达，促进脂肪细胞代谢并增加胰岛素受体（IR）敏感性，从而降低胰岛素抵抗[41]。茶多酚对胰岛素抵抗的抑制效果主要与AMPK 信号通路有关，通过该通路，茶多酚削弱了胰岛素信号通路的阻断。茶多糖治疗缓解糖尿病小鼠的胰岛素抵抗，降低血糖，可能是通过调控PI3K/Akt 信号通路，通过上调PI3Kp85/p-Akt/glut4信号通路的表达来实现的[42]。在高脂饮食诱导的肥胖大鼠中，茯砖茶水提取物通过刺激胰岛素信号Akt/GLUT4、FoxO1 和mTOR/S6K1 通路，抑制骨骼肌中信号调节蛋白α（SIRP-α）的表达来减弱胰岛素抵抗[43]。这与十两茶对糖尿病小鼠的干预试验结论一致，十两茶水提取物显著增强了糖尿病小鼠的耐糖功能和胰岛素抵抗，使葡萄糖刺激性胰岛素分泌反应恢复正常。同样青砖茶水提取物通过刺激AKT 信号通路，上调谷氨酸单钠诱导的肥胖小鼠骨骼肌中葡萄糖转运体4（GLUT4）的蛋白水平，促进胰岛素信号传导，从而起到抗糖尿病作用[35]。普洱黑茶则是通过调节IL-6/STAT3信号通路从而降低糖异生相关基因的表达，促进转录激活因子STAT3 的磷酸化，并且改善肥胖小鼠的葡萄糖耐受性和胰岛素抵抗[44]。