L-茶氨酸改善肝损伤功效及其作用机制研究进展

袁懿炜，张一帆，龚明秀，叶江成，赵 进*，葛 建

1.中国计量大学 生命科学学院 食品营养与质量安全研究所，浙江 杭州 310018；2.特色农产品品质与危害物控制技术浙江省重点实验室，浙江 杭州 310018

肝损伤作为人类肝脏疾病发生初级阶段，持续炎症以及相应的再生反应会对机体造成损伤进而将可能发展成脂肪肝、肝纤维化、肝硬化甚至肝细胞癌[1]。近年来，肝损伤给全球公共卫生带来新的挑战[2]，肝损伤的预防与治疗的重要性和有效性已引起越来越多研究者关注[3]。

茶叶是世界三大饮料之一。L-茶氨酸（N-乙基-L-谷氨酰胺）是一种特殊的非编码氨基酸，约占茶叶游离氨基酸总量的一半[4]。茶叶中的L-茶氨酸可以产生焦糖味和诱人的香气，在口感上有助于缓解茶水中茶多酚的涩味和咖啡因的苦味[5]。茶叶及其相关功能成分具有抗炎[6]、保护神经[7]、抗凋亡[8]、降脂减肥[9]、免疫调节[10]及抗氧化[11]等多种功能。

L-茶氨酸具有很高的生物利用度。研究表明，L-茶氨酸通过Na非依赖性中性氨基酸系统L转运途径快速转运[12]并在肠道吸收，然后在肠道和肝脏中分解为谷氨酸和乙胺，最后随尿液排泄[13]。已有报道L-茶氨酸口服给药后约30 min在血浆中达到最高浓度，然后在给药后8 h其含量逐渐消除[14]。研究结果表明口服L-茶氨酸对试验动物的行为、食物摄入、体重、死亡率、发病率、血液学指标、尿液参数和组织病理学特征无不良影响[15]。

1 肝损伤的产生因素及其代谢特征标志物

肝损伤的主要原因是外源性物质（如酒精、药物、生物代谢产物）的持续影响，这些物质会诱发肝脏氧化应激与炎症，导致一系列肝脏疾病的产生[16]。

1.1 氧化应激

氧化应激是指机体内活性氧（ROS）与抗氧化能力失衡。活性氧是细胞正常代谢的中间产物，在细胞信号传导中扮演重要角色[17]。当细胞中增加的ROS击破机体防御系统会引起氧化应激，进而刺激炎症因子的释放，导致疾病发展[18]。肝脏是负责机体代谢内稳态、解毒和清除ROS的主要器官[19]，肝细胞线粒体和内质网是各种形式的肝病中ROS产生的主要部位[20]。Sugimoto等[21]研究表明，急性与慢性乙醇将通过改变肝细胞细胞膜和线粒体的氧化还原状态、增加细胞色素P450（CYP）2E1蛋白的表达等多种机制提高细胞内ROS的含量，进而导致肝损伤。部分药物在代谢过程中也不可避免地引起ROS的升高，进而导致肝损伤[22-23]。

研究表明肝损伤可抑制肝脏抗氧化酶活性[24]。酒精的代谢物乙醛能直接与谷胱甘肽（GSH）结合，降低谷胱甘肽的活性，进而影响谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）与谷胱甘肽还原酶（GR）的活性，导致ROS不能被及时清除，进而发生氧化应激[25]。由脂肪过度累积引起胰岛素抵抗将导致肝脂肪变性，肝脂肪生成增加，而游离脂肪酸降解受损，脂肪堆积使肝脏敏感，从而引起ROS、过氧化脂质（LPO）、丙二醛（MDA）的升高以及一系列抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）与过氧化氢酶（CAT）等活性降低[26-28]，进而导致肝损伤。Li等[29]试验表明L-茶氨酸能预防小鼠酒精性肝损伤，包括SOD、CAT、GR活性和GSH水平。Li等[30]研究表明，L-茶氨酸可上调半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3酶原（ProCaspase-3）的表达，抑制裂解聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）的通路表达，从而缓解H2O2诱导的H9C2细胞的凋亡。

1.2 炎症反应

炎症是形成肝脏疾病的重要因素。炎症是免疫反应的重要组成部分，表现为炎症细胞浸润到肝脏[31]，一旦炎症细胞持续或压倒性地存在，将会导致细胞损伤和脂质积累，进而导致肝损伤[32]。炎症主要通过细胞中转录因子核因子κB（NF-κB）的激活机制刺激Kupffer细胞产生促炎细胞因子，包括诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、环氧合酶-2（COX-2）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素1-α（IL-1α）、白细胞介素1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）、干扰素-γ（IFN-γ）、组织生长因子-β（TGF-β）和结缔组织生长因子（CTGF）[33-35]。TNF-α可能作为肝脏毒性、炎症和非酒精性脂肪肝（NAFLD）发展的媒介，TNF-α会提高活化的肝星状细胞中基质金属蛋白酶抑制剂1（TIMP1）的mRNA表达水平，并激活相关信号通路产生一系列炎症因子（IL-1α、iNOS等），进而促进肝细胞的损伤过程[36]。而当肝脏慢性炎症持续发展至纤维化后，将激活TGF-β、CTGF等促纤维化因子，进一步加重肝损伤[37]。这些促炎细胞因子促进肝脏和全身炎症，从而改变肝脏微环境，进而导致纤维化和异常肝细胞再生[38]。

2 L-茶氨酸改善肝损伤的途径

2.1 细胞试验

人体正常肝细胞（L02、HL7702等）与人类肝癌细胞（HepG2、HHC等）是研究肝损伤及其相关疾病的常用细胞。李桂兰等[39]研究发现L-茶氨酸能提高过氧化氢（H2O2）损伤的L02细胞存活率，减少乳酸脱氢酶（LDH）的渗漏，从而缓解肝细胞凋亡。Xin等[40]研究证实L-茶氨酸能通过细胞凋亡诱导HepG2细胞死亡，并且在急性谷氨酰胺限制或剥夺的情况下这种作用明显增强。Zhang 等[41]研究表明，L-茶氨酸及其衍生物能显著抑制SMMC7721和HepG2细胞的体外迁移和体外培养，并能显著增强抗癌药物阿霉素（DOX）对SMMC7721和HepG2细胞的生长抑制作用，且L-茶氨酸还可诱导损伤SMMC7721细胞的凋亡。Sun等[42]研究发现，L-茶氨酸通过机制下调肝组织和正常肝细胞中磷酸化的NF-κB、TNF-α和IκB激酶α（IKKα）进而降低iNOS、IL-1β和IL-6的分泌。Deng等[43]研究表明，L-茶氨酸能恢复锰超氧化物歧化酶（MnSOD）的mRNA水平来降低肠毒素大肠杆菌（ETEC）感染的小鼠氧化参数。Liang等[44]用L-茶氨酸处理经油酸诱导的HepG2与AML12细胞发现，L-茶氨酸通过AMP活化蛋白激酶（AMPK）增加过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）和肉碱棕榈酰转移酶-1A（CPT1A）的表达，从而增强脂肪酸β氧化。

2.2 动物试验

由于与人体基因组的高度同源性，大鼠和小鼠在肝损伤的研究中得到广泛应用。研究表明，在热应激下L-茶氨酸可显著预防热应激诱导的炎性和急性期反应的影响[45]。Jiang等[46]研究发现L-茶氨酸剂量依赖性地下调CYP2E1，抑制四氯化碳（CCl4）的代谢激活，从而抑制小鼠血清中谷丙转氨酶（ALT）与谷草转氨酶（AST）活性、胆红素水平、GSH含量及抗氧化酶活性的升高，缓解CCl4诱导的脂质过氧化以及肝脏组织病理改变。Wang等[47]发现，经L-茶氨酸处理的脂多糖（LPS）诱导的炎症小鼠的ALT与AST浓度、MDA以及肝脏总超氧化物歧化酶（T-SOD）水平明显降低，且显著抑制多种炎症因子（包括IL-1β、TNF-α和IL-6）的表达，并增加肝组织中IL-10与IFN-γ含量的比例，证明茶氨酸对于肝损伤具有治疗作用。另有研究表明[48]，L-茶氨酸可抑制肝组织中NF-κB的表达，下调促炎细胞因子IL-1和IL-6的表达和促肝纤维化细胞因子（TGF-β和CTGF）。Zeng等[49]研究发现，L-茶氨酸抑制晚期糖基化终末产物（AGEs）的产生，逆转D-半乳糖诱导的氧化应激和炎症反应的失衡，以此改善肝脏老化。Chen等[50]用L-茶氨酸处理的脂肪源性间充质干细胞（ADSCs）注射到用N-亚硝基二乙胺（DEN）诱导的大鼠肝损伤模型，发现L-茶氨酸预处理的ADSC中HGF的旁分泌量、对DEN诱导的肝纤维化以及抑制细胞凋亡的肝损伤的保护作用均优于仅注射ADSCs的干预效果。

2.3 L-茶氨酸与其他物质的协同调控作用

作为谷氨酰胺的类似物，Lai等[51]研究发现L-茶氨酸与L-谷氨酰胺联合使用显著提高E44813（产肠毒素大肠杆菌）应激大鼠体内SOD与GSH-Px活性，降低了MDA含量和炎症因子表达。有研究表明[52]，同时给予L-茶氨酸与L-胱氨酸，将显著抑制肝脏GSH水平的下降并增强特异性IgG的产生。Jia等[53]研究表明，L-茶氨酸可以防止表没食子酸儿茶素没食子酸酯（EGCG）氧化并共同降低肝损伤。Nagai等[54]研究发现，L-茶氨酸与DOX联用时L-茶氨酸能缓解DOX诱导的GSH和SOD含量下降并抑制LPO产生，从而缓解DOX引起的不良反应。汪丽伟等[55]研究表明，饲喂含L-茶氨酸与茶多酚的饲料能显著提高仔鸡CAT的活性并降低MDA含量。Xia等[56]研究发现，儿茶素通过水溶液中氢键自发地与L-茶氨酸结合并在一定程度上具有缓慢释放抗氧化能力。L-茶氨酸和可可碱单独或组合通过下调Akt/mTOR和JAK2/STAT3通路以及增加Smad2肿瘤抑制因子来抑制肿瘤发生[57]。Yu等[58]研究发现，L-茶氨酸和士的宁相互作用增强了戊巴比妥钠对士的宁的毒性和抗惊厥作用。

3 L-茶氨酸改善肝损伤的作用机理

3.1 减少机体氧化应激损伤

ROS作为氧气代谢的自然副产物，在生理条件下ROS维持在一个稳定的水平[59]以促进生理氧化还原信号的传递。正常水平的ROS通过转录因子和表观遗传途径的调节，作为信号分子参与细胞新陈代谢、生长、免疫防御、增殖和分化[60]。然而，在氧化应激的情况下，过量的ROS会触发病理性的氧化还原信号[61]并由其特殊的化学性质引起脂质过氧化[62]，破坏抗氧化系统引起细胞大分子（DNA、脂类、蛋白质等）的氧化修饰[63]，进而导致肝脏损伤[64]。研究表明[65]，ROS促进慢性肝病的机制与不加区别的氧化生物分子损伤和氧化还原信号紊乱有密不可分的关系。在哺乳动物中，ROS被抗氧化酶（SOD和CAT）和抗氧化物质（维生素、GSH、GSH-Px和GR等）合作清除[66]。

L-茶氨酸能调控体内抗氧化物质的水平。作为谷氨酰胺的类似物，L-茶氨酸从茶树根部合成后在嫩叶中水解成谷氨酸和乙胺[67]。Altınkaynak等[68]试验表明，L-茶氨酸可增加细胞内谷氨酸或谷氨酰胺水平，而谷氨酰胺类化合物如茶氨酸是合成GSH所必需的[69]。在DOX引起的心脏毒性试验结果显示，L-谷氨酰胺可提高GSH水平，抑制血浆和心脏组织的脂质过氧化[70]。研究表明[71]，谷氨酸可通过α-酮戊二酸再生三羧酸（TCA）循环中间代谢物并通过氧化磷酸化减轻氧化损伤。L-茶氨酸的另一水解物乙胺也可能导致GSH-Px的升高，乙胺将抑制异戊烯基焦磷酸盐积累诱导的甲羟戊酸途径，异戊烯基焦磷酸盐可增加GSH-Px等硒蛋白的合成[72]；试验表明L-茶氨酸给药对肝脏具有重要的保护作用，导致GSH-Px活性水平增加[73]。L-茶氨酸也能通过调节抗氧化酶的活性减少氧化应激损伤。有研究表明[74]，L-茶氨酸能显著提高抗氧化酶水平进而改善肝缺血再灌输大鼠的急性肝损伤。Malkoç等[75]研究发现，L-茶氨酸通过降低MDA水平以及增加谷胱甘肽巯基转移酶（GST）和GSH水平表现出抗氧化作用进而抑制盲肠结扎穿刺致脓毒症诱导的肝肾组织损伤。Sadzuka等[76]研究表明，L-茶氨酸能抑制LPO的水平。

3.2 下调机体炎症因子的表达

肝脏炎症是肝病的常见诱因，被认为是肝组织损伤的主要驱动因素，引发从非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）进展为严重纤维化，最后为肝细胞癌（HCC）[77]。由于肝损伤和肝脏炎症，炎症细胞和肝细胞本身释放细胞因子如TNF-α和ROS。这些介质可引起血浆和线粒体膜的过氧化，从而导致坏死或细胞凋亡进而引起细胞死亡[78-79]。在生理条件下，肝脏会产生基础量的TNF-α，而一旦出现肝损伤TNF-α会明显增加[80]。TNF-α与其受体结合后可通过激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）诱导肝细胞凋亡[81]，它还能激活NF-κB信号通路并引发IL-1β、IL-6、iNOS、COX等炎症因子的分泌引起细胞凋亡，从而进一步加重肝脏炎症[82]。Bai等[83]研究发现，L-茶氨酸在体内外均降低促炎症因子的表达，包括COX-2、前列腺素E2（PGE-2）、iNOS和一氧化氮（NO）。有研究表明[84]，L-茶氨酸可显著降低单核细胞化学引诱蛋白-1（MCP-1）、IL-4、IL-5、IL-13、TNF-α和IFN-γ的产生，并减弱ROS的产生以及NF-κB和基质金属蛋白酶-9的活化，进而减轻卵清蛋白诱导的炎症反应。Liu等[85]研究发现，在E44813应激大鼠中L-茶氨酸通过抑制大麻素受体1的活性、促进p-ERK1/2的核易位并通过COX2-Pdcd4-NFκB-IL10和TNFα途径降低促炎症因子TNF-α的表达。

3.3 调节线粒体活性

细胞凋亡是一种高度调节的细胞死亡形式，在胚胎发育、组织稳态和疾病进展中起重要作用[86]。Bax或Bcl-2可以控制线粒体的通透性并促进细胞色素C的通过[87]。因此，Bax与Bcl-2含量的比例决定许多细胞的命运[88]。Bax和Bcl-2蛋白的不平衡可能导致细胞色素C的释放，从而引发Caspase-3的激活，导致细胞凋亡[89]。Ben等[90]研究发现，L-茶氨酸可以降低氯化镉刺激的神经元肿瘤细胞的Bax与Bcl-2含量的比例以及裂解的Caspase-9、Caspase-3和聚（ADP-核糖）聚合酶的水平。Nagai等[91]研究表明L-茶氨酸显著抑制Bax蛋白水平，并抑制Caspase-3的激活从而减缓DOX引起的细胞损伤。另有研究表明[92]L-茶氨酸选择性地抑制谷氨酸离子型受体和I型代谢受体的结合，减少由于谷氨酸受体过度激活而导致的钙离子流入，进而缓解细胞色素C释放和Caspase激活诱导的细胞死亡。Chen等[93]发现L-茶氨酸处理可降低鱼藤酮诱导的一氧化氮水平升高和脂质过氧化的产生并增加线粒体复合物I、II、IV和V的活性。Wu等[94]试验表明，L-茶氨酸可显著逆转叠氮化钠诱导的Caspase-3/9和细胞色素C蛋白表达水平升高并能稳定SH-SY5Y细胞线粒体膜电位，减少线粒体损伤。

3.4 调节MAPK信号通路

MAPK（丝裂原活化蛋白激酶级联）是一种将细胞外信号传递到细胞核的机制[95]，在真核细胞中MAPK信号通路是一种常见且较为保守的调节机制[96]。MAPK信号通路通过外部环境（如生长因子、有丝分裂原、细胞因子和压力）的诱导进而影响细胞的增殖、分化、凋亡、炎症和代谢，从而通过各种信号传导途径调节细胞的生物学行为[97]。Gong等[98]研究发现，L-茶氨酸预处理组ERK1/2和JNK1/2MAPK磷酸化水平下降，茶氨酸预处理组Caspase-3蛋白表达量显著降低，说明其抑制ETEC诱导的肝损伤。Liu等[99]研究发现L-茶氨酸调节p38MAPK、NF-κB通路和HSP27热休克蛋白，减轻热应激引起的机体炎症反应和免疫功能损伤。L-茶氨酸具有剂量依赖抑制促炎蛋白激酶C（PKC）、ERK、NF-κB、IL-33等信号传导，进而改善P物质诱导氧化应激、细胞凋亡和自噬所引起的膀胱多动症[100]。Ma等[101]试验表明，L-茶氨酸以剂量依赖性方式显著减少1,2-二甲基肼（DMN）诱导的结直肠癌小鼠的肿瘤标志物，并以剂量依赖性方式显著抑制p38MAPK、p-53以及Caspase-3/8/9的表达。Fan等[102]发现，L-茶氨酸通过明显抑制ERK/NF-κB信号通路表现出对转移性前列腺癌具有治疗潜力。

4 展望

L-茶氨酸可以有效调控机体肝损伤，其作用机理主要包括减少氧化应激损伤、下调炎症因子的表达以及调节细胞信号通路等方面。L-茶氨酸已表现出改善肝损伤的良好效果，但目前对L-茶氨酸的衍生产品及其产业化仍需继续加强研究及开发应用。

一是剂量安全性。目前鲜有报道L-茶氨酸的安全性问题，美国食品药品监督管理局（FDA）建议每日茶氨酸摄入量不应超过1200 mg[103]。

二是L-茶氨酸衍生产品技术创新不足。L-茶氨酸是一种新型的食品添加剂，目前已在日本与欧美等发达国家中得到广泛应用。2014年我国公布了L-茶氨酸可作为新的食品原料，但作为茶叶生产大国，我国开发茶氨酸及其衍生产品的创新和推广力度仍远远不足，应大力开发L-茶氨酸为基础的高值化产品进而提高L-茶氨酸的经济和社会效益。