趙 磊 高 民 馬燕芬

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，呼和浩特010018；2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院動物營養(yǎng)研究所，呼和浩特010031)

茶多酚的抗氧化作用及其機制

趙 磊1,2高 民2*馬燕芬2*

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，呼和浩特010018；2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院動物營養(yǎng)研究所，呼和浩特010031)

茶多酚(TP)是一種從綠茶和紅茶中提取的純天然復合物，具有清除自由基、防止DNA受損、調(diào)節(jié)細胞內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)及抗癌等生物學功能。本文系統(tǒng)地對TP的組成成分、抗氧化作用、對絲裂原活化蛋白激酶-核因子酶2相關因子2-抗氧化反應原件(MAPK-Nrf2-ARE)信號轉導通路的調(diào)控及其相關機制進行綜述。

茶多酚；抗氧化作用；氧化應激；絲裂原活化蛋白激酶-核因子酶2相關因子2-抗氧化反應原件信號通路

隨著我國奶牛養(yǎng)殖水平的提高和養(yǎng)殖密度的加大，奶牛產(chǎn)奶量也在遞增，這同時也加大了奶牛的代謝強度，導致機體代謝過程中產(chǎn)生大量的自由基。處于圍產(chǎn)期和泌乳高峰期的代謝需要的增加均可促進奶牛體內(nèi)活性氧(reactive oxygen species,ROS)的生成。正常情況下，機體內(nèi)的ROS處于動態(tài)平衡狀態(tài)，維持體內(nèi)正常的新陳代謝與免疫功能。但是當ROS生成量超出機體的清除限度，就會引起機體發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應，使奶牛處于氧化應激狀態(tài)[1]，進而改變細胞膜的結構與功能，導致生產(chǎn)性能、炎癥應答能力與機體免疫功能下降。此時，機體極易感染上疾病，如乳房炎、胎衣滯留、子宮炎、酮病、真胃變位、脂肪肝等[2]。因此，如何提高動物機體抗氧化能力已成為當前奶牛生產(chǎn)中一個亟待解決的問題。

目前天然抗氧化劑種類繁多，功能大同小異。如維生素E、β-胡蘿卜素、維生素C、姜黃色素、茶多酚(tea polyphenols，TP)等都具有保護細胞膜、清除胞內(nèi)自由基等作用[3-4]，使機體避免多種疾病的發(fā)生，提高機體免疫力。TP不僅是生物機體很有效的ROS清除劑，還可作為一種強還原劑與生物機體發(fā)生氧化還原反應清除氧自由基和脂質(zhì)類自由基，具有避免引起脂質(zhì)過氧化、保護DNA分子免受損傷、抑制腫瘤發(fā)生、延緩衰老等作用[5]。目前研究表明，當動物機體受到細胞外環(huán)境刺激時，TP一方面通過激活核轉錄因子活化蛋白1(activating protein 1，AP-1)、核轉錄因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)等為主的信號轉導途徑抑制磷酸化來調(diào)節(jié)核轉錄因子的活性[6]；另一方面主要通過調(diào)控絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)-核因子酶2相關因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2)-抗氧化反應原件(antioxidant response element，ARE)信號轉導通路來達到影響細胞凋亡的相關基因表達及蛋白表達的作用[7]。本文主要闡述了TP的抗氧化作用以及對MAPK-Nrf2-ARE信號通路的調(diào)控機理，旨在為保證奶牛健康養(yǎng)殖、減緩氧化應激損傷和免受疾病影響等方面提供理論依據(jù)。

1 氧化應激

氧化應激是生物機體內(nèi)由于氧自由基比例失衡，導致機體出現(xiàn)生理變化甚至發(fā)生疾病的過程[8]。機體內(nèi)ROS的生成量過多會損傷DNA分子，引起細胞脂質(zhì)過氧化，致使大量細胞死亡。ROS還可通過與NF-κB相互作用共同調(diào)節(jié)細胞的信號轉導通路。NF-κB在許多細胞刺激介導的細胞信息的轉錄調(diào)控中起核心作用，參與多種基因的表達與調(diào)控，是細胞激活的標志[9]。NF-κB功能失調(diào)會導致生物機體發(fā)生多種疾病。奶牛乳房炎是眾多奶牛疾病中最為常見的。奶牛在泌乳期間新陳代謝旺盛，極易產(chǎn)生氧化應激，產(chǎn)生大量氧自由基及部分脂質(zhì)過氧化物，這些過量的氧自由基蓄積于細胞內(nèi)如果不能及時清除，則會導致細胞老化、凋亡，進而引起乳腺組織的氧化損傷和抗氧化機能降低，乳腺分泌的乳汁容易出現(xiàn)異常，影響乳品質(zhì)[10]。因此，在提高乳腺組織的抗氧化功能、減少其細胞損傷的過程中需要抗氧化酶如超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)等和一些天然抗氧化劑如維生素E、維生素C、TP等來調(diào)節(jié)核轉錄因子的活性，減緩機體由ROS引起的氧化應激而造成的氧化損傷。這些抗氧化物質(zhì)在清除機體有害自由基，防止機體各種炎癥損傷、疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[11]。

2 TP的組成與結構

TP是茶葉中酚類及其衍生物的總稱，是茶葉的一種活性成分，通常其含量占茶葉制品干重的30%左右[12]。TP的化學成分主要包括黃烷醇類(兒茶素類)、花色苷類、黃酮及黃酮醇類、酚酸及縮酚酸類等化合物的復合體，其中以兒茶素類物質(zhì)最為重要。主要的4種兒茶素是表兒茶素(epicatichin，EC)、表沒食子兒茶素(epigallocatichin，EGC)、表兒茶素沒食子酸酯(epicatichin gallate，ECG)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatichin gallate，EGCG)，其中以EGCG的抗氧化活性最高，占兒茶素的50%左右[13]。TP是以α-苯基苯丙吡喃為結構基礎的類黃酮化合物，其中羥基取代基作為質(zhì)子的供體，使其具有特殊的生理功能，主要表現(xiàn)在抗衰老、抗輻射、抗腫瘤、抗菌等方面[14]。TP的這些作用與其清除自由基的抗氧化效果有密切聯(lián)系。圖1為TP的化學結構。

表兒茶素 EC：R1=H，R2=H；表沒食子兒茶素 EGC：R1=H，R2=OH；表兒茶素沒食子酸酯 ECG：R1=X，R2=H；表沒食子兒茶素沒食子酸酯EGCG：R1=X，R2=OH。

圖1 茶多酚的化學結構

Fig.1 The chemical structure of tea polyphenols[15]

3 TP的抗氧化作用及機制

3.1 清除氧自由基

TP是一種還原劑，有很低的氧化還原電位，能夠?qū)⒀踝杂苫€原成相對穩(wěn)定的化合物，而TP本身結構中的酚羥基提供氫后發(fā)生氧化反應，形成具有穩(wěn)定性較高的含有鄰苯二酚結構的自由基，達到清除機體內(nèi)大量的有害自由基的目的[16]。TP通過清除機體內(nèi)的ROS，顯著降低乳腺上皮細胞丙二醛(MDA)含量和乳酸脫氫酶(LDH)活性，顯著升高SOD活性，減緩細胞凋亡的程度，降低脂質(zhì)過氧化反應，從而減輕ROS介導的細胞膜結構與功能損傷，進而達到保護產(chǎn)生氧化應激的奶牛乳腺上皮細胞的功能作用[17]。此外，TP與維生素E在抑制時間、增殖率、動力學鏈長和化學計量系數(shù)方面表現(xiàn)出同樣的特性，并和維生素E具有協(xié)同作用，能夠增強清除自由基的能力，提高機體抗氧化水平[18]。

3.2 調(diào)節(jié)細胞內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)

細胞內(nèi)存在抗氧化防御系統(tǒng)，能夠直接清除自由基，使自由基處于動態(tài)平衡。TP會協(xié)同和自由基有關的物質(zhì)[SOD、CAT、GSH-Px、維生素E、維生素C、谷胱甘肽(GSH)等]更好地發(fā)揮防御系統(tǒng)的作用，使機體免受氧化損傷[19]；而對環(huán)氧酶(COX)、脂氧化酶(LOX)、黃嘌呤氧化酶系(XOG)等氧化酶有抑制作用。TP可顯著上調(diào)細胞中SOD、CAT、GSH-Px的mRNA表達水平及其蛋白的合成量，使培養(yǎng)基中SOD、CAT、GSH-Px活性升高，從而有效地清除自由基，減輕線粒體受到氧化應激帶來的損傷[20]。TP還可以通過調(diào)控轉錄因子的基因表達來影響機體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)。正常生理狀態(tài)下，TP并不顯著影響機體中的NF-κB、Jun和Fos的表達，但當處于氧化應激狀態(tài)時，機體就會顯著上調(diào)NF-κB、Jun和Fos的表達，而TP則能夠顯著下調(diào)NF-κB、Jun和Fos表達。此外，AP-1的活性也是通過抑制Jun和Fos表達來調(diào)節(jié)的，說明TP可以通過調(diào)節(jié)NF-κB、AP-1信號轉導途徑使動物機體免受氧化應激損傷帶來的不良影響[21]。

3.3 對DNA損傷保護作用

TP能夠通過提高機體內(nèi)抗氧化酶的活性，改變蛋白質(zhì)的結構與功能，達到間接清除機體內(nèi)產(chǎn)生的過多的氧自由基的目的。當機體處于氧化應激狀態(tài)時，機體內(nèi)產(chǎn)生的過多的ROS主要攻擊細胞中的DNA，進而誘發(fā)基因突變并產(chǎn)生癌變[22]。銅離子(Cu2+)和過氧化氫可誘導DNA產(chǎn)生損傷，而TP能夠直接參與競爭損傷后的能量或與損傷產(chǎn)物作用，有效降低損傷的DNA單鏈斷裂，也可以在一定時間內(nèi)，通過與靶細胞分子作用來發(fā)揮對DNA損傷的保護作用[23]。

3.4 抗癌作用

腫瘤的形成是多因素、多步驟、多基因突變的過程。目前TP主要通過清除自由基、抑制體內(nèi)代謝轉化、抑制具有促癌作用酶的代謝過程、改變線粒體通透性、斷裂腫瘤細胞DNA雙鏈、對腫瘤細胞發(fā)揮多藥耐藥性(multidrug resistance，MDR)的逆轉作用等多種作用途徑發(fā)揮抗癌作用[24]。此外，TP還可通過激活內(nèi)部線粒體途徑促進腫瘤細胞凋亡，在細胞凋亡信號轉導途徑中半半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3)發(fā)揮重要作用，正常以酶原的形式存在于胞漿中；在細胞凋亡早期被激活，裂解出相應的胞漿胞核底物，導致細胞凋亡，從而起到抗癌作用[25]。

4 TP對細胞內(nèi)信號轉導通路的調(diào)控機制

動物機體一般通過調(diào)控自身抗氧化防御系統(tǒng)，抵御氧化應激對機體造成的損傷，維持自由基的產(chǎn)生速率與消除速率的平衡狀態(tài)。細胞外的刺激主要是通過各種細胞信號通路來完成信號轉移的，而機體對于刺激的反應也往往是通過各種信號轉導通路來完成的[26]。因此，抗氧化作用并不是TP對細胞發(fā)揮保護作用的唯一機制。TP還能夠通過影響MAPK、蛋白激酶C(protein kinase，PKC)和磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K)等細胞內(nèi)信號轉導通路而發(fā)揮有效的促進細胞生長、保護細胞免受氧化損傷的作用[27]。

MAPK-Nrf2-ARE通路是動物機體調(diào)節(jié)自身氧化還原狀態(tài)和TP調(diào)控細胞內(nèi)信號轉導機制、應對外來刺激的一條重要防御性信號轉導通路[28]。Nrf2的激活是Nrf2-ARE信號途徑啟動的前提條件。細胞在正常狀態(tài)下，Nrf2與胞漿蛋白(Kelch-like ECH-associated protein-1，Keap1)結合處于相對抑制的狀態(tài)；受到外界刺激后，Keap1上的2個半胱氨酸位點c273和c288被同時修飾，Nrf2與Keap1解偶聯(lián)后轉移到細胞核內(nèi)與ARE結合，啟動下游基因轉錄，使TP對Nrf2-ARE信號通路調(diào)控的相關基因得以表達，減緩細胞受到氧化應激損傷[29-30]。磷酸化則是Nrf2發(fā)揮抗氧化應激作用的主要機制。機體在正常生理狀態(tài)下，Nrf2與Keap1結合后成為蛋白激酶的作用目標，處于降解狀態(tài)；在氧化應激狀態(tài)下，Nrf2磷酸化，構象發(fā)生改變，致使蛋白激酶對Nrf2的識別能力下降，增加Nrf2含量和穩(wěn)定性，促進Nrf2進入細胞核內(nèi)并啟動下游基因的轉錄[31]。MAPK信號通路也在調(diào)節(jié)著Nrf2-ARE通路的激活及依賴性的基因表達過程。TP通過調(diào)控MAPK信號通路中起主要作用的4條信號通路即細胞外信號激酶1/2(extracellular signal-regulated kinases1/2，ERK1/2)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases，JNK)、p38絲裂原激活蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinases，p38MAPK)、細胞外信號激酶5(extracellular signal-regulated kinases 5，ERK5)調(diào)節(jié)著機體的動態(tài)平衡，維持機體自身需要的抗氧化防御系統(tǒng)[32]。TP主要通過促進Nrf2介導的血紅素氧合酶1(HO-1)的表達來調(diào)節(jié)p38MAPK和ERK1/2信號通路的活性，減少ROS的生成量，減緩細胞受到氧化應激造成的損傷，進而降低由氧化應激造成的疾病的發(fā)生率[33]。

總之，MAPK-Nrf2-ARE信號轉導系統(tǒng)是TP對細胞內(nèi)生理生化反應的重要調(diào)節(jié)途徑，在多種生物中都發(fā)揮著重要作用，MAPK-Nrf2-ARE信號通路中存在相應的底物與蛋白激酶，能夠接受到外界以及來自于自身的信號刺激，引起不同的細胞反應，這些信息之間的傳達能夠編織成一個信號網(wǎng)。細胞內(nèi)的信號轉導是一個復雜的網(wǎng)絡系統(tǒng)，不同的信號傳遞途徑之間有著普遍性、獨立性和特異性[34]。TP通過各信號通路之間的相互作用(協(xié)同或拮抗)來決定細胞氧化應激后所表現(xiàn)的抗氧化作用。

5 小 結

TP可通過調(diào)節(jié)機體內(nèi)的抗氧化酶活性以及蛋白激酶相關基因的表達來減緩氧化應激所造成的損傷，在提高機體抗氧化功能和免疫功能方面具有顯著作用。但目前的研究主要集中于人類醫(yī)學方面，有關TP在氧化應激所致反芻動物損傷方面以及相關的抗氧化機制方面鮮見報道。因此，從基因和蛋白質(zhì)表達水平上系統(tǒng)探究TP對KEAP1-Nrf2-ARE信號通路的調(diào)控作用，研究TP對奶牛乳腺組織的抗氧化功能，可為奶牛養(yǎng)殖生產(chǎn)中科學補加TP，保障奶牛乳腺健康，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)乳等提供理論依據(jù)。

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*Corresponding authors: GAO Min, professor, E-mail: gmym1588@126.com; MA Yanfen, professor, E-mail: ma2999@163.com

(責任編輯 王智航)

Anti-Oxidation Functions of Tea Polyphenols and Their Mechanisms

ZHAO Lei1,2GAO Min2*MA Yanfen2*

(1.CollegeofAnimalScience,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010018,China; 2.InstituteofAnimalNutritionandFeed,InnerMongoliaAcademyofAgricultural&AnimalHusbandryScience,Hohhot010031,China)

Tea polyphenols is a pure natural compound extracted from green tea and black tea. Tea polyphenols can not only scavenge free radicals and protect DNA from damage, but also regulate intracellular antioxidant defense system and stand up to cancer. The components, anti-oxidation functions, and the regulation effects on mitogen-activated protein kinases (MAPK)-nuclear factor erythroid-2-related factor 2 (Nrf2)-antioxidant response element (ARE) signal transduction pathway of tea polyphenols and relevant mechanisms were reviewed in this paper.[ChineseJournalofAnimalNutrition, 2017, 29(6)：1861-1865]

tea polyphenols; anti-oxidation functions; oxidative stress; MAPK-Nrf2-ARE signal transduction pathway

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.06.006

2016-12-01

國家自然科學基金(31460616，31601975)；內(nèi)蒙古自然科學基金(2014BS0348)；內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院青年創(chuàng)新基金(2015QNJJM07)；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(奶牛)產(chǎn)業(yè)技術體系項目(CARS-37)

趙 磊(1994—)，女，吉林松源人，碩士研究生，研究方向為反芻動物營養(yǎng)調(diào)控。E-mail: 18626618560@163.com

*通信作者:高 民，研究員，碩士生導師，E-mail: gmyh1588@126.com；馬燕芬，研究員，E-mail: ma2999@163.com

S816.7

A

1006-267X(2017)06-1861-05