在茶氨酸作用下的铜介导绿茶EGCG氧化的机制研究

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绿茶多酚提取物是有美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准的植物性处方药,其含量最高且主要的活性物质为表没食子儿茶素没食子酸酯((-)-epigallocatechin-3-gallate,EGCG)。EGCG具有多种益于生物体的效应,如抗氧化,预防癌症、心血管疾病,调节糖脂代谢等作用。研究发现,EGCG的作用发挥与其抗氧化或促氧化性相关,这种特性的表达与剂量及生物环境有关。临床上发现,高剂量口服以EGCG为主的绿茶多酚提取物会出现肝毒性,恶心,腹痛等副作用,而这种副作用归咎于EGCG的自氧化作用。EGCG的自氧化会产生超氧阴离子(superoxide anion,·O2-)、过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)等活性氧(reactive oxygen species,ROS);而变价金属离子,如铜、铁离子,能够促进EGCG的自氧化,并与H2O2发生芬顿反应(Fenton Reaction),产生毒性更强的羟基自由基(hydroxyl radicals,·OH-)。EGCG自氧化会转化为醌,随后攻击蛋白质的半胱氨酸残基上的巯基,并与其共价结合形成醌化蛋白(quinoprotein,QP)。铜是人体第三大微量元素,在肝脏中含量最高,是组成多种辅酶的重要组成部分。铜离子具有氧化还原活力,过多的铜离子会对人体造成损伤,引发机体紊乱,因此游离铜含量是被严格控制在细胞需要的水平,即大约平均每个细胞含有远低于一个铜离子。二硫代氨基甲酸酯(dithiocarbamates,DTC)一族的化合物广泛用于农业,工业及医疗领域,因此在人们日常生活中接触此类化合物几率很高。戒酒硫(disulfiram,DSF)及其代谢产物二乙基二硫代氨基甲酸酯(diethyldithiocarbamate,DEDTC)作为其中的代表,具有强大的金属离子络合能力,能够络合铜离子。DSF或DEDTC进入机体能够络合铜离子,从而显著抑制了含铜酶的活力,如铜/锌-超氧歧化酶(Cu/Zn-superoxide dismutase,SOD),形成铜复合体(Cu(DEDTC)2)。DEDTC具有脂溶性能自由进出细胞膜,因此可作为铜转运体,携带铜于肝脏中富集。本研究发现Cu(DEDTC)2仍具有氧化还原性。EGCG产生自氧化毒性的靶器官是肝脏,当体内具有清除活性氧的SOD被DEDTC削弱,同时在肝脏中富集大量氧化还原铜,会极大地提高了EGCG的毒性。已有研究报道,在EGCG和DEDTC均为药理剂量,同时腹腔注射于小鼠时会造成严重的伤亡现象,其原因是EGCG的氧化得到显著促进,从而毒性增强。本研究则进一步具体去阐释这种损伤的机制:1.DEDTC抑制血中SOD活力,使得EGCG自氧化水平提高,消耗加快,富集于肝中的氧化还原铜促进EGCG氧化消耗;2.增强的EGCG氧化毒性会显著提高肝细胞中炎症与凋亡相关基因及蛋白的表达;3.产生大量醌化蛋白;4.脂质过氧化。茶氨酸(L-theanine,L-T)是茶树(Camellia Sinensis)中特有的也是含量最高的非蛋白质氨基酸,为茶汤滋味提供鲜味。据报道,茶氨酸具有多种有益功能,主要是对大脑的作用,能够镇定舒缓。由于EGCG大量摄入会引发机体氧化逆境,本研究探索在茶氨酸干预下,EGCG的自氧化,及其对生物体的影响。由于茶氨酸能够有效结合铜,因此通过体外实验发现,茶氨酸保护了由铜离子或一种主要含铜的,具有多酚氧化能力的酶,铜蓝蛋白(ceruloplasmin,Cp),介导的EGCG促氧化、DNA损伤及醌化蛋白形成等;而在动物实验上,采用亚急性毒性剂量的EGCG(55 mg/kg)腹腔注射一天一次,共5次,造成了小鼠转氨酶升高,肝脏p53相关基因上调,氧化逆境产生,DNA损伤以及肝脏醌化蛋白含量显著提高;而作为抗氧化系统的Nrf2相关基因显著上调;保护组采用茶氨酸与EGCG同时腹腔注射于小鼠,上述损伤皆被抑制,甚至有的指标与正常对照组水平相当,而Nrf2基因并没有明显上调,由此推断,茶氨酸抑制了EGCG的自氧化。这些结果证明了茶氨酸能有效保护EGCG的自氧化引起的毒性,对于儿茶素健康功能的安全利用有重要意义。综上所述,铜能够促进EGCG的氧化,增强其氧化毒性。而DEDTC可通过抑制SOD活力,与运载氧化还原性铜进入肝细胞并富集两种效果共同促进EGCG的自氧化,增强其毒性,降低EGCG等儿茶素类化合物的安全使用阈值。茶氨酸是与EGCG共同出自茶树,茶氨酸对铜的络合效应较强,能有效抑制氧化还原铜,以及含铜多酚氧化酶—铜蓝蛋白对EGCG的促进作用,从而提高EGCG为代表的儿茶素类化合物的安全利用阈值。
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