摘要：作为茶树中特有的一种水溶性非蛋白质氨基酸，茶氨酸对茶树生长过程中的氮代谢具有重要调控作用，也对生产茶叶的品质具有重要影响，同时对人体还具有多种的保健和医疗作用。本文就茶氨酸的理化性质与合成代谢、健康功能等方面进行了综述。
关键词：茶氨酸；理化性质；合成代谢；健康功能
Abstract: As a water-soluble non-protein amino acid, the theanine plays an important role in the regulation of nitrogen metabolism during the growth of tea plants. It also has important impact on the quality of tea production, and has various effect in health and medical for human. In this paper, the physical and chemical properties, anabolism, health function and other aspects of theanine were reviewed.
Keywords: Theanine; Physicochemical properties; Anabolism; Health function
茶树所含的六种非蛋白质氨基酸中[1]，茶氨酸(Theanine)的含量是最高的，并且是茶树的特征性非蛋白氨基酸，主要以游离的形式存在于芽、叶和根中，其中根中的表达量是最高的（6.2~13.7mg/g）。茶氨酸占茶树中总氨基酸含量大于二分之一，鲜茶中含量为1.2~6.2mg/g，干茶中约为10~20mg/g[2-4]。茶氨酸除了在茶树中被检测出外，也在茶梅（Camellia sasanqua Thunb.）、山茶（Camellia japonica L.）、油茶（Camellia oleifera Abel.）和蕈（Xerocomus badins）等四种植物中被检测到[5]。近年来，茶氨酸的性质与代谢、健康功效等方面的研究已有不少，本文对其进行了综述。
1.茶氨酸理化性质
二十世纪五十年代,日本科学家酒户弥二郎（T.Ajiro）首次从玉露茶新梢中分离出一种绿茶风味物质，并发现其不参与蛋白质的合成，随后被命名为茶氨酸。茶树及其他四种植物中存在的茶氨酸均为左旋型（即L型），它属于酰胺类化合物，又名谷氨酰乙胺（glutamylethylamide），化学命名：N-乙基-γ-L-谷氨酰胺，晶体呈白色针状，略有甜味，熔点高于200℃，比旋光度[α]20D= +7.0°，极易溶于水，水溶液显微酸性（pH=5.0~6.5），但不溶于无水酒精、无水乙醚等溶剂 [6]。由于茶树品种，环境和器官的不同，其所含的茶氨酸的量也有所不同。另外制茶工艺也会对茶氨酸含量有所影响，如发酵会减少茶氨酸的含量[7]。茶氨酸的化学性质比较稳定，在高温及强酸下不易分解，可在25℃条件下贮存一年且含量不变[8]。依据茶氨酸的理化性质，其检测方法主要有：传统的阴离子交换树脂层析法、纸层析法-色斑洗脱比色法、高效液相色谱法、毛细管色谱法、气相色谱法、薄层色谱法、茚三酮显色法、碱式碳酸铜沉淀法等[6]。
2.茶氨酸在茶树体内的合成途径
日本科学家小西茂毅(S.Konishi)以及佐佐冈启（Sasoka Kai）等人探明了茶树中茶氨酸的合成途径：L-谷氨酸（L-Glutamate）与乙胺（Ethylamine）在茶氨酸合成酶（Theanine synthase）催化下在根部合成。佐佐冈启等人用同位素标记法证明了L-谷氨酸是茶树体内合成茶氨酸的先质：GDH 途径和GS/GOGAT途径。（1）GDH（谷氨酸脱氢酶，Glutamate dehydrogenase）途径是茶树体内合成茶氨酸的主要途径：GDH催化下，同时在钙离子和镁离子等金属离子存在的条件下，α-酮戊二酸（α-Ketoglutaric acid）和氨态氮（NH4+）发生还原氨基化反应生成谷氨酸，这一反应发生在茶树根部。（2）GS/GOGAT 途径（谷氨酰胺合成酶/谷酰胺-α-酮戊二酸氨基转移酶，Glutamine synthetase /Glutamyl-alpha-ketoglutarate aminotransferase），GS催化L-谷氨酸与NH4+生成的谷氨酰胺与α-酮戊二酸在GOGAT催化下生成2分子L-谷氨酸。乙胺是茶氨酸生物合成的前导物。在L-丙氨酸脱羧酶的催化下，L-丙氨酸经脱羧反应可以生成乙胺。
3.茶氨酸在茶树体内的分解代谢
在茶树体内，茶氨酸的降解首先是酰胺键的酶促水解，而不是马上脱氨或脱羧，这是非常独特的。在光照射下，茶氨酸会被降解生成乙胺和谷氨酸[9]。随后谷氨酸做为茶树生长的氮源参与到茶树的生长代谢中，而乙胺会在胺氧化酶的催化下被氧化成乙醛，乙醛一般可氧化变成乙酸或参与到三羧酸循环中，进而参与到儿茶素的合成[10]。因此在夏季对茶树进行遮阴处理，可以降低氨基酸的降解和抑制儿茶素的合成，促进了茶氨酸的积累，可以显著提高茶叶品质。
4.茶氨酸的保健功能
4.1镇静
咖啡因在医学中常常被用作兴奋剂, 研究表明茶氨酸可以对咖啡因引起的兴奋作用产生拮抗。茶叶中咖啡因的含量高达2%~4%, 而咖啡豆中的含量为0.8%~4%,。但是饮茶却可以使人们享受到身心旷怡和平静，这与咖啡引起的亢奋存在显著的不同。研究表明，茶叶中咖啡因可以与多酚类物质发生络合反应, 而人体对络合物的吸收很慢,但是，茶氨酸的镇静功能起着主要作用。茶氨酸可以使正常人的脑波处于更加松弛的状态。[11] 虞希冲等人研究了茶氨酸对小鼠镇静催眠的作用，小剂量的茶氨酸能够抑制小鼠的自发活动行为，同时还能增强戊巴比妥钠对小鼠的镇静催眠作用。[12] 对正常小鼠灌喂不同浓度的茶氨酸后，观察小鼠中枢系统的兴奋情况时发现：小鼠的自主活动行为（如走动次数、举前肢数）受到了明显的抑制，且行为指标所受影响程度随茶氨酸剂量增加呈现出剂量效应。[13]
4.2降血压
血压主要受到中枢和末梢神经递质儿茶酚胺(catecholamine)以及5-羟色胺（5-hydroxytryptamine）浓度的调节，而茶氨酸可以降低5-羟色胺其代谢产物5-羟基吲哚醋酸（5-hydroxyindole acetic acid）的的含量[14]。茶氨酸能够显著地降低大鼠的自发性高血压：注射谷氨酸后，高血压大鼠的血压无明显变化，而注射茶氨酸后，大鼠血压却发生了显著的降低，且降低程度与注射剂量成正比[15, 16]。随后，为了对茶氨酸的降压机理进行深入的研究：对高血压鼠群和正常鼠群同时饲喂溶有茶氨酸的生理盐水后，比较了两者血压的变化情况。实验发现前者的血压发生了显著的降低，但是后者的血压却无明显变化，这与前期的茶氨酸注射的实验结果是一致的。进一步研究发现：服用茶氨酸后，大脑中的5-羟色胺浓度明显降低。这说明，茶氨酸能够对大脑中5-羟色胺的合成和释放具有抑制作用，而对其分解具有促进作用。目前还不清楚茶氨酸对人类血压是否也具有降低作用。
4.3抗运动疲劳
中枢疲劳（又名心理性疲劳）和外周疲劳（又名躯体性疲劳）统称为运动疲劳（sports fatigue），它们是依据疲劳所的发生部位划分的。中枢疲劳指运动过程中，运动神经的疲劳或紊乱，主要与一些神经递质（如γ-氨基丁酸，多巴胺）的含量变化有关。外周疲劳指与运动相关的躯体组织（主要指肌肉）在运动过程中出现运动能力下降，其产生主要与运动过程中能源物质（主要指的是一些多糖）的耗竭以及代谢环境（如pH值）的改变等有关[17-19]。大量研究表明茶氨酸可以显著缓解机体由运动产生的疲劳。通过对小鼠长达一个月的不同浓度的茶氨酸喂食，发现其游泳时间（负重条件下）和体力得到了显著的延长和增强；并且小鼠肝糖原的消耗也得到了极大地减少；随后再对小鼠游泳后血液中的物质进行检测，发现血液中尿素氮和乳酸的浓度都得到了抑制[20]。在大脑中，5-羟色胺与多巴胺的是相互拮抗的，前者对中枢神经系统具有有效的抑制作用，而后者则具有刺激神经系统兴奋的功能，二者共同调控大脑神经系统的兴奋。研究表明茶氨酸对5-羟色胺的分泌具有抑制作用，同时也对多巴胺的分泌具有促进作用[20]。
4.4抗癌/肿瘤
世界许多地区的癌症发病率是一个主要的公共卫生问题，仅在美国，四分之一的死亡与癌症相关，分别来自前列腺癌和乳腺癌。目前，已有超过2000篇论文报道茶和/或茶成分对癌症的影响。然而，有限的临床证据支持纯茶氨酸在癌症抑制或治疗中的使用。通常，在正常细胞中，谷氨酰胺的代谢水平很低，而肿瘤细胞中却很高。研究发现茶氨酸可以通过对细胞中的谷氨酰胺代谢产生干扰进而对癌细胞的生长产生抑制作用，其作用机制是：作为谷氨酰胺的衍生物,茶氨酸与谷氨酰胺的结构类似，因此在代谢反应中，茶氨酸可以与谷氨酰胺发生竞争，从而抑制了肿瘤细胞中的谷氨酰胺的代谢。研究证明茶氨酸通过作用于M5076细胞中的谷氨酸转运蛋白来抑制对谷氨酸摄取，从而说明茶氨酸具有辅助抗癌功能[21]。通过给患有肝癌的白鼠喂食含有0.1%茶氨酸和/或2%绿茶粉末的酪蛋白食物两星期后发现，随着喂食时间的不断增加，癌细胞的体积在不断地减小，同时重量也在不断地变轻，所以茶氨酸对癌细胞具有直接抵抗的作用[22, 23]。越来越多的研究发现，茶氨酸可以使癌细胞对一些抗癌药物的耐药性发生逆转[24]。如：茶氨酸与吡柔比星(Pirarubicin/Therarubicin，THP)或多柔比星（Doxorubicin，DOX）结合后，不仅极大地提高了药物在肿瘤细胞中的浓度，增强了治疗效果，同时通过竞争而使癌细胞对谷氨酸的摄取发生了降低[25]。此外，茶氨酸能够加强一些抗肿瘤药物（如依达比量）对肿瘤的抗性，同时还降低了对正常细胞的毒副作用[26]。目前，茶氨酸的衍生物，如茶氨酸溴香酰胺（Theanine Bromoamide，TBrC）等也正在被用于对各种癌症的治疗研究中。TBrC 对多种癌细胞（包括肝癌细胞、肺癌细胞以及乳腺癌细胞）的生长具有抑制作用，这为未来癌症治疗和开发新型抗癌药物提供了新的思路[27-29]。
4.5提高学习记忆能力
对小鼠饲喂不同剂量(分别为100、 300、 900 mg/kg)的茶氨酸，然后进行水迷宫实验和跳台实验[30]。结果发现这几种剂量的茶氨酸都可以提高学习记忆能力。这种提高主要表现在：（1）正常小鼠：游完水迷宫的时间的缩短和进入盲端的次数的减少，（2）记忆获得障碍小鼠：首次出现错误的时间的延长以及触电次数的减少。总之，在一定剂量范围内，茶氨酸剂量越高，小鼠学习记忆能力的增强效果越明显[30]。另一项研究发现摄入的茶氨酸（47.5mg）可以抑制细胞外谷氨酰胺掺入神经元，表明茶氨酸可以改善老年人的认知功能障碍[31]。由此证明茶氨酸对于大脑记忆能力是有一定提升作用的。
4.6保护神经
许多文章中已经强调了茶氨酸对于大脑神经的保护作用[32]，茶氨酸主要是通过与谷氨酸的结合对神经进行保护。茶氨酸可以通过血脑屏障，对大脑缺血性神经元损伤起到保护作用[19, 25]。体外培养的小鼠神经细胞在谷氨酸溶液中会发生二分之一的死亡，加入一定剂量的茶氨酸后，死亡率会大大下降。活体试验中，证明了茶氨酸对小鼠中脑动脉闭塞模型缺血性脑损伤的神经具有保护作用，并且茶氨酸不影响脑血流量，脑温度和生理变量（pH，pCO2，pO2和血细胞比容）。所以，茶氨酸可以被用来预防由于缺血而造成的脑死亡[33]。
5.展望
自然科学蓬勃发展的今天，虽然植物中的许多功能成分已被研究和利用了起来，但仍有大量是未知的。茶氨酸是一种性质稳定且具有保健和医疗功能的茶树特有氨基酸，有着光明的应用前景。现在，对于茶氨酸的基础研究已有很多，并且也得到了广泛的应用。由于对于茶氨酸的机制主要集中在动物研究上，且机制不是很明确，因此对其机理研究还有待加深和突破。因此有必要进一步研究开发茶氨酸作为功能性食品添加剂，并探讨其在疾病预防和健康促进中的作用，这会促进茶叶深加工产业和茶氨酸功能保健产业的进一步发展。同时，需要深入明确茶叶中各类功能成分（如多酚、多糖、植物碱等）的健康功效与量效关系，促进我国现代化茶产业的发展和升级。
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