茶氨酸抗肿瘤作用及其机制的研究进展
作者：高鹏，胡立勇,孟佩佩，蒋敏丽
【摘要】 茶氨酸又称N-乙基-γ-谷氨酰胺，是茶叶中的特征氨基酸。近年来的研究发现茶氨酸不仅可以作为生物调节剂提高抗肿瘤药物疗效，其本身也具有抗肿瘤作用。文中综述了茶氨酸的吸收与代谢、生物调节作用、抗肿瘤作用及其机制。
【关键词】 茶氨酸;肿瘤;机制
AbstractTheanine is a glutamic acid analog or amino acid derivative commonly found in tea (infusions of Camellia sinensis),and also in the basidiomycete mushroom. Recent studies suggested that theanine could not only be used as a biological modulator enhancing the effectiveness of antineoplastic agents,but also had antineoplastic effects. Absorption and metabolism,biochemical modulation,antineoplastic effects and corresponding mechanism of theanine were reviewed in this paper.
Key words:theanine; cancer; mechanism
茶氨酸是茶叶和部分山茶科植物特有的酰胺类物质,是一种非蛋白质氨基酸，化学式为C7H15N2O3。它最早从绿茶中分离得到，占茶叶游离氨基酸的50%以上，在干茶叶中含量大约为1%～2%[1]。天然存在的茶氨酸为L型，化学合成的茶氨酸是DL构象的混合物。目前一般采取微生物发酵法生产L-茶氨酸，其检测一般采取高效液相色谱法。自从1950年最初发现茶氨酸至今已有半个世纪，而其生物活性到20世纪90年代才得到关注。
1吸收与代谢
经口服茶氨酸通过与谷氨酸共用1个Na离子偶联的协同转运蛋白在小肠刷状缘黏膜被吸收进入血液，对于该蛋白茶氨酸的亲和力比谷氨酸低[2]。被吸收的茶氨酸通过血液循环进入组织器官。在血液，肝脏和脑组织中，茶氨酸浓度在口服1 h内急剧上升，脑组织中茶氨酸浓度在5 h达到最高，然后逐渐下降。24 h后，茶氨酸在这些组织中全部消失[3]。茶氨酸最终被运送到肾脏，一部分被水解为谷氨酸和乙胺，另一部分未被水解。未分解的茶氨酸同谷氨酸，乙胺一起随尿液排出体外[4]。
2生物调节作用
由于目前抗肿瘤药物存在较大的毒副作用，限制了其在癌症治疗中的剂量，从而制约了抗肿瘤药物的治疗效果。如何增强抗肿瘤药物的活性，降低其副作用是重要的研究方向。针对此目前已开发出了多种生物调节剂，如日本静冈大学的Sadzuka等最先选择茶氨酸作为生物调节剂，在茶氨酸增强抗肿瘤药物活性方面进行了研究。研究发现，茶氨酸可以抑制抗肿瘤药物阿霉素(ADR)从埃利希氏腹水癌细胞中流出，使其在肿瘤细胞内保留，并对正常组织没有副作用[5]。
茶氨酸在药物治疗耐药肿瘤中也有生物调节作用。Sadzuka等继续对此进行了研究。研究发现，茶氨酸可以增强ADR对M5076卵巢肉瘤细胞的抗肿瘤活性。数据显示，单独使用ADR对M5076卵巢肉瘤细胞没有抑制作用，茶氨酸-ADR联合使用则可降低肿瘤细胞质量62%[6]。
抑制肿瘤迁移是癌症治疗的关键。M5076卵巢肉瘤细胞具有高度的迁移性。实验发现，茶氨酸联合DOX可增强抑制M5076卵巢肉瘤细胞向肝脏迁移。茶氨酸与DOX联合作用后小鼠肝脏质量的增加为不加药物组的11%[7]，而肝脏质量的增加被认为是M5076细胞迁移的结果。此研究表明，茶氨酸作为生物调节剂不仅可以增强药物对原发性肿瘤的活性，还可以加强其对肿瘤迁移的抑制。
抗肿瘤药物的毒副作用制约了其在癌症治疗中的剂量。茶氨酸在增强抗肿瘤药物活性的同时，还可以降低其毒副作用。茶氨酸使伊达比星(IDA)在P388白血病细胞内的浓度提高了2倍，与IDA单独使用相比显著地降低了肿瘤的质量。同时茶氨酸显著缓解了由于IDA的使用导致的白细胞和骨髓细胞的减少[8]。通常抗肿瘤药物作用的肿瘤细胞与正常组织细胞有区别，两种细胞的性质有所不同，抗肿瘤药物可以较好地区分这两种细胞，杀死肿瘤细胞而不影响正常细胞。而白血病细胞与白细胞及骨髓细胞性质相似，抗肿瘤药物难以区分，抗肿瘤活性与毒副作用并存，增加抗肿瘤药物IDA的剂量就加大了其对白细胞和骨髓细胞的杀伤，减少抗肿瘤药物IDA的剂量可以避免其对白细胞和骨髓细胞的杀伤，但又起不到抗肿瘤作用，形成了矛盾。茶氨酸有利于解决这样的矛盾，它不仅可以增强IDA抗P388的活性，还可以抑制IDA对白细胞和骨髓细胞的毒副作用。在茶氨酸与药物ADR、DOX、THP等的联合使用中，同样发现了茶氨酸的这种缓解药物毒副作用的能力。茶氨酸这种能力的作用机制尚不清楚，但实验的结果还是令人欣喜，它使得茶氨酸作为生物调节剂的作用更加强大，用于癌症治疗的前景更为乐观。
3抗癌作用
继Sadzuka等发现了茶氨酸有辅助抗癌活性之后，Zhang等[9]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。
Friedman等[10]发现400 μg/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。Liu等[11]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125 μg/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。
4作用机制
4.1生物调节作用机制
在茶氨酸转运机制方面，Sugiyama等[12]发现，茶氨酸能够通过改变某些肿瘤细胞(M5076卵巢肉瘤细胞)的细胞膜通透性，提高抗肿瘤药物吡柔比星(THP)和多柔比星(DOX)在胞内的浓度，达到增强药物抗肿瘤活性的作用。数据显示，茶氨酸使THP在M5076卵巢肉瘤细胞中浓度提高了1.3倍，治疗效果增强了1.7倍。研究还发现茶氨酸能够抑制THP和DOX从肿瘤细胞内流出，但是不能增强THP和DOX向肿瘤细胞内流入。茶氨酸在辅助治疗癌症、抑制肿瘤迁移中的作用也可以得到解释。茶氨酸通过抑制药物从胞内流出，提高药物在胞内的浓度，增强了药物抗肿瘤活性，使得转移的肿瘤细胞在血管内循环，到达目标组织之前就被高浓度的抗肿瘤药物杀死，从而起到了抑制肿瘤迁移的作用[8]。通过对P388白血病细胞的研究发现，茶氨酸可以作用于耐药与不耐药两种P388细胞共同的膜转运系统，抑制药物流出细胞[13]。
那么茶氨酸是如何提高药物在肿瘤细胞内浓度的呢?考虑到茶氨酸与谷氨酸盐结构类似，有学者对谷氨酸盐载体在茶氨酸生物活性中的作用进行了研究[14]。在M5076卵巢肉瘤细胞中，谷氨酸盐载体抑制剂dihydrokainate(DHK)，L-α-aminoadipate(AAD)，D,L-threo-β-hydroxyaspartate(THA)，能够抑制DOX的流出，但不能影响DOX的流入，这与茶氨酸的作用相似，表明茶氨酸能够作用于谷氨酸盐载体。通过RT-PCR和蛋白免疫印迹分析技术发现，M5076细胞膜上存在2个高亲和力的亚型谷氨酸盐载体GLAST和GLT-1，茶氨酸极有可能通过这两个亚型谷氨酸盐载体发挥作用。而GLAST和GLT-1在心脏和肝脏中不存在，虽然在脑组织中有表达，但DOX不能通过脑屏障，因此茶氨酸在心脏、肝脏及脑组织中不增强DOX的毒副作用。谷氨酸盐载体可以把谷氨酸盐转运进入细胞，谷氨酸盐在细胞内的浓度，与DOX的流出有关。因此茶氨酸可能是通过作用于亚型谷氨酸盐载体GLAST和/或GLT-1，竞争性抑制M5076细胞对谷氨酸盐的吸收，使谷氨酸盐在肿瘤细胞内浓度下降，从而抑制DOX流出。
谷氨酸盐在细胞内的浓度降低可抑制DOX流出。ATP依赖的谷胱甘肽-S-结合物(GS-X)输出泵与谷胱甘肽-DOX结合物(GS-DOX)有高度的亲和力，可将GS-DOX泵到胞外。GS-DOX由谷胱甘肽与DOX经谷胱甘肽-S-转移酶催化生成。谷氨酸盐是生成谷胱甘肽的底物，谷氨酸盐在细胞内的浓度降低，谷胱甘肽的合成就相应减少，DOX与谷胱甘肽结合的数量也相应减少，DOX不能形成GS-DOX复合物被泵到体外，这样就在肿瘤细胞内得到保留[15]。
综上所述，茶氨酸的生物调节作用机制是通过抑制细胞对谷氨酸盐的吸收，降低细胞内谷胱甘肽的生物合成，使GS-DOX生成量减少，DOX不能被泵出细胞，在胞内积累，从而增强了DOX的抗癌效果。
4.2抗癌作用机制
Calle等通过流行病学调查发现，癌症的发生与肥胖相关[16]，虽然相关机制目前尚不清楚。脂肪酸合成酶(FAS)和胆固醇都是导致肥胖的因素。Chiang等[17]人发现普洱茶中的成份儿茶素、咖啡因和茶氨酸可以抑制FAS的表达，此外Zhang等还发现茶氨酸对减少体内胆固醇有效[18],茶氨酸可能通过抑制FAS表达，降低胆固醇含量，发挥抗癌作用。