茶氨酸合成及生理作用研究进展

茶氨酸合成及生理作用研究进展目前，人们在茶叶中已经发现26种氨基酸，其中，蛋白质氨基酸20种，非蛋白质氨基酸6种。而茶氨酸是茶叶中的特征氨基酸，它不参与蛋白质的合成,以游离形式存在,占茶叶中游离氨基酸总量的40%～70%。到目前为止，除了在茶梅、山茶、油茶、蕈等四种天然植物中检测出极其微量存在外，其他植物中尚未发现。大多数学者认为，在近年对茶叶的保健成分研究中，被称为“天然镇静剂”的茶氨酸已成为近几年国际市场上最热销的天然保健产品“新宠”之一，成了研究的重要课题。一、茶氨酸的基本性质自然存在的茶氨酸均为L型，而合成类茶氨酸大部分为D型和L型的混合物。由于构型不同，D-茶氨酸在机体内代谢生物活性很低，而L-型生物活性很高。L-茶氨酸（L-theanine）是1950年日本学者酒户弥二郎首次从绿茶中分离并命名的，它属酰胺类化合物，化学命名：N-乙基-γ-L-谷氨酰胺（N-ethyl-γ-L-glutamine），结构式为CH3-CH2-NH-CO（CH2）2-CH（NH2）-COOH，纯品为白色针状结晶，熔点217~218℃，比旋光度[α]20D=0.7°，极易溶于水，水解度呈微酸性有焦糖香及类似味精的鲜爽味,研究证明它的含量与绿茶的品质密切相关,相关系数为0.787～0.876。茶氨酸含量因茶的品种、部位而不同,一般来说，茶氨酸含量约为鲜叶的1～2%左右，其含量随发酵过程减少。茶氨酸在化学构造上与脑内活性物质谷酰胺、谷氨酸相似，是茶叶中生津润甜的主要成份。二、茶氨酸在茶树体内的合成途径茶氨酸是L–谷氨酸与乙胺在茶氨酸合成酶作用下直接合成的。其中，茶氨酸生物合成的先质：L–谷氨酸在茶树体内的合成途径有两种，也就导致了茶氨酸在茶树体内合成途径的多样化。其中一条为GDH途径，即α-酮戊二酸与氨在谷氨酸脱氢酶的作用下生成谷氨酸。其二为GS/GOGAT途径，即L-谷氨酸与氨在谷氨酰胺合成酶的作用下生成谷氨酰胺，谷氨酰胺再与α-酮戊二酸在谷氨酸合成酶的作用下生成两分子L-谷氨酸。三、茶氨酸的制备合成（一）茶叶中提取纯化茶氨酸茶树幼嫩组织或成品茶叶都含有较丰富的茶氨酸。茶叶中茶氨酸提取分离纯化的方法是：先将干茶样研碎，在索氏提取器内，用乙酸乙酯在热水浴上抽去色素及多酚类等物质，直至茶叶残渣呈白色或灰白色。除去茶渣中乙酸乙酯后，用去离子水提取，经过滤、浓缩和干燥，得到茶氨酸粗制品。林智[9]将粗制品用离子交换树脂柱层进行纯化。即将茶氨酸粗制品溶液过H+型强酸性离子交换树脂柱，除杂后，用1.5mol/L的NH3·H2O洗脱，洗脱液在160℃水浴中蒸干，再用少量水溶解，再过微晶纤维素柱层析，展层剂为正丁醇：冰醋酸：水（4:1:5），可分离出茶氨酸制品，再用无水乙醇重结晶法得到茶氨酸纯品。茶氨酸粗品的纯化方法有多种，如离子交换柱层析法、微晶纤维素柱层析法等。按上面所述方法制得的茶氨酸粗品，经适当浓缩后即可上离子交换树脂进行纯化。用离子交换树脂法纯化茶氨酸，操作简便，易于工业化生产放大。陈瑛[10]选用国产732阳离子交换树脂经常规方法处理后，转成H+型装柱，用pH2.2柠檬酸钠缓冲液平衡，即可上样。上样液的浓度在5.60mg/mL左右，此浓度下树脂完全饱和时吸茶氨酸的量约包总交换量的3%。用pH9.18、2/15M磷酸缓冲液洗脱，控制流速在0.78BV/h左右（BV为柱床体积），可得到浓度高而纯的茶氨酸洗脱液。峰尾部分洗脱液可重新上柱分离，洗脱液各组分的检测用氨基酸自动分析仪。另外，林德昌[11]用无机沸石分子筛作为茶氨酸的吸附剂，对含有茶氨酸的茶溶液进行吸附分离，浓缩后加入3～5倍量的无水乙醇进行结晶，茶氨酸含量大于90%。（二）组织（细胞）培养法天然茶氨酸是在茶树根部由乙胺与L—谷氨酸生物合成的，这是采用组织(细胞)培养法生产茶氨酸的理论基础。早在1992年，日本学者Matsuura与日本三菱重工业公司的Sasaki就开展了利用茶树茎尖等外植体培养产生愈伤组织，用愈伤组织生产茶氨酸的研究。结果表明：愈伤组织在60mmol/L硝酸盐和25mmol/L乙胺的条件下茶氨酸含量可达干重的22.3%(223mg/g)，其中Mg2+和K+对其影响较大[12]，添加激素4mg/L细胞分裂素6-苄基腺嘿吟(BA)和2mg/L乙哚丁酸(IBA)可以促进茶树愈伤组织的增长，但如果再添加2，4一二氯苯氧乙酸(2,4–D)会被强烈抑制[13]。余继红[14]对茶叶愈伤组织悬浮培养，并对茶叶细胞大规模悬浮培养，在培养过程中，细胞收获量和茶氨酸积累量峰值出现时间为培养的第19～22d。在NH4+/N03–1.0/60.0mmol/L，K+100.0mol/L，Mg2+3.0mmol/L，H2P04–3.0mmol/L，蔗糖30.0g/L，水解酪蛋白2.0g/L条件下，茶叶细胞生长量和茶氨酸积累量分别可达到163.3g/L和33.5g/L(干重205.57mg/g)。陈瑛[15]等通过实验，认为在MS培养基中添加2mg/LIAA（生长素）和4mg/L6-BA（6-苄基腺嘌呤）或MS培养基中添加1.5mg/LIAA和3mg/L6-BA及2mg/LTA（三十烷醇）时对茶氨酸累积最有利。增加糖浓度也有利于次生代谢物茶氨酸的累积，茶氨酸愈伤组织培养的最适温度和其茶氨酸累积的最适温度都是25℃。暗培养比有光培养更有利于茶氨酸的累积，并且茶氨酸的累积曲线和愈伤组织生长曲线密切相关。总之，组织(细胞)培养具有次生物质生产的可控性、产物易于提取等优点，但缺点也较突出，如植物细胞生长缓慢，培养周期长、培养细胞遗传稳定性差，次生代谢物含量较低而导致成本高等，这也是目前利用组织(细胞)培养生产天然茶氨酸难以实现产业化的主要原因。2（三）微生物酶促合成法近年来，随着生物技术的发展和应用，利用微生物发酵来生产的酶的提取物来进行目的物的生产越来越被广泛的应用。1993年日本报道了用K-甲叉菜胶固定一种硝酸还原假单胞Z细菌IF012694（Psecedomonasnitroreducens）大规模生产茶氨酸。实际上是利用细菌中的谷氨酰胺合成酶提取物在特殊条件下（高乙胺浓度和特定的pH值）进行的合成反应。具体方法是先将一种硝基还原假单胞细菌培养物悬浮在0.9%NaCl溶液中，然后将4.5%K-甲叉菜胶在80℃下溶解、冷却至45℃时与细菌悬浮液混匀，使细菌固定，加入乙胺和谷氨酸，置于反应器中，反应120d，再用离子交换柱层折就可分离出茶氨酸，制率可达所消耗谷氨酸的95%左右。而该酶在通常情况下对氨的亲和力比乙胺大得多。之所以未能从茶树中提取能以更高效率合成茶氨酸的酶，是因为该酶太易失活，而且在生物体内合成需ATP水解成ADP提供能量。张玥[17]采用TLC薄层色谱法和HPLC高效液相色谱法对经过菌种驯化和目的菌株的筛选，得到能够利用甲胺的甲基营养型微生物菌株42株产L-茶氨酸菌株进行鉴定与筛选，产量达2.454g/L。（四）化学合成制取法目前，茶氨酸的化学合成法主要是谷氨酸—乙胺合成法：将谷氨酸在室温下脱水转化为环状内酰胺结构，然后控制一定的条件，使乙胺与转化成环状结构的谷氨酸结合形成茶氨酸。1942年以色列人Lichtenstein首次在实验室中用乙胺和吡咯烷酮在水溶液中（金属催化剂：37℃，20d）反应得到茶氨酸。1951年，日本的桥爪斌用L-吡咯烷酮与纯乙胺混合放置，可以提高茶氨酸产率。1961年Y.Yamda等曾用将L-吡咯烷酮先形成酮盐，再与纯乙胺反应的方法合成茶氨酸。四、茶氨酸的生理功能（一）神经保护作用茶含有具有兴奋作用的咖啡因，然而，茶氨酸是咖啡因的拮抗物，可用于抑制咖啡因引起的兴奋作用。EgashiraN以大脑中动脉堵塞模型的小鼠进行实验表明：腹腔内注射茶氨酸(1mg/kg)1天后，可以使脑梗塞体积显著缩小，但脑血流、脑温度，血氧分压(pO2)、二氧化碳分压(pCO2)和血球密度不受影响。（二）镇静、提高记忆力的作用茶氨酸具有促进脑波中α波产生的功能，从而引起轻松、愉快的感觉。刘显明[22]等认为，L–茶氨酸能够显著提高D–半乳糖诱导的亚急性衰老小鼠机体组织的SOD活性和乙酰3胆碱酯酶(Acetylcholinesterase，AchE)活性，降低MDA含量，从而降低脂质过氧化，促进中枢胆碱能系统的功能，达到提高记忆力，延缓衰老的目的。动物实验表明：茶氨酸对记忆力和学习能力产生正面的影响。YokogoshiH.发现老鼠服用茶氨酸3～4个月后，学习能力提高，能在较短时间内掌握要领，对危险环境的记忆力比对照群强。提高学习能力茶氨酸可以明显的影响神经递质如多巴胺和5－羟色胺的释放或减少，这些神经递质与记忆和学习能力密切相关，因此可以考察茶氨酸对记忆力和学习能力的影响。经期综合症(PMS)是女性在月经前3～10日中出现的精神及身体上不舒适症状，Juneja等发现让24名女性每日服用茶氨酸200mg两个月后，PMS症状如头痛、腰痛、胸部胀痛、无力、易疲劳、精神无法集中、烦躁等症状得到改善。其机理尚需进一步研究，可能与茶氨酸镇静作用有关。茶氨酸能影响人体大脑的功能，因为茶氨酸能够影响与学习、记忆有关的脑内中枢神经递质5-羟色胺的活性，目前很多研究证明茶氨酸的这种提高学习和记忆能力的作用是来自活化中枢神经递质的结果。（三）降血压作用茶氨酸可通过调节脑中神经递质浓度来发挥降血压作用。降低血压的调节主要依靠儿茶酚胺和5－羟色胺，茶氨酸可以降低5－羟色胺的含量。YokogoshiH以自发性高血压大鼠试验表明：注射谷氨酸(2.0g/kg)对血压没有明显影响，但注射谷酰胺甲胺和茶氨酸（谷酰胺乙胺）则有明显的降低血压作用。将L-茶氨酸溶解在生理盐水中，投饲给高血压鼠群，一小时后可见对高血压鼠群有明显降低作用，对正常血压鼠群无影响。实验也证明：茶氨酸对大脑血清素的合成和分解也能产生影响，能降低血清素的合成及增加其分解，或抑制其释放，服用茶氨酸后，大脑中的血清素含量明显降低。有人认为，茶氨酸的降压机理是通过影响末梢神经或血管系统而起作用。（四）抗肿瘤作用L-茶氨酸被广泛用于抗肿瘤作用，它能提高多种抗肿瘤药物疗效。继Sadzuka等发现了茶氨酸有辅助抗癌活性之后，张燕辉等研究表明：L-茶氨酸可明显抑制大鼠局灶性脑缺血损伤后脑组织中肿瘤坏死因子-α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α）、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、细胞间细胞黏附分子1（intercellularcelladhesionmolecule-1，ICAM-1）、单核细胞趋化蛋白-1(monocytechemotacticProtein-1，MCP-1)等炎性细胞因子的表达，L-茶氨酸能够提高树突状细胞(dendriccell，DC)刺激T淋巴细胞增殖的能力。王玉芬等通过实验证明茶氨酸还具有直接抗癌活性。茶氨酸可以显著抑制肝细胞瘤性腹水细胞系中AH109A细胞侵入小鼠单层肠系膜间皮细胞（M-cell）的能力，但是茶氨酸并不能抑制AH109A细胞增殖。4Friedman[25]等发现400μg/mL浓度的茶氨酸可以使58.8%的肝癌细胞HepG2死亡，65.1%的乳房癌细胞MCF-7死亡，77.1%的结肠癌细胞HT29死亡以及89.3%的前列腺癌细胞PC-3死亡。王庆利[32]等发现茶氨酸在体外和体内都能显著的抑制肺癌细胞A549和白血病细胞K562的生长，并且125μg/mL茶氨酸可以抑制A549细胞浸润55%，抑制A549细胞迁移67%。以上实验说明茶氨酸不仅可以抑制肝癌细胞的浸润，对其他癌细胞同样也具有抑制浸润的作用。茶氨酸的直接抗癌活性使得它在癌症治疗中的应用更加广泛。（五）抗疲劳作用李敏等人发现茶氨酸具有延缓运动性疲劳作用，其机制可能与茶氨酸增加脑组织中DA含量，抑制5-HT的合成和释放等效应有关。丁王采用给小鼠口服L-茶氨酸(4.2～16.6mg/kg)30天后进行负重游泳实验。以茶氨酸5.6mg/kg/D(低剂量)、8.4mg/kg/D(中剂量)和12.6mg/kg/D(高剂量)连续灌胃3