茶是全世界公认的天然健康饮料，茶与健康一直是国际茶叶科学研究的热点。近年来，随着现代分子生物学、细胞生物学研究手段的快速升级及茶学专家与医学、药学、营养学专家的协同创新，国内外研究者从细胞生物学和分子生物学水平上探究了茶叶主要功能成分的生物活性及其作用机制，揭示了儿茶素、茶黄素、茶氨酸、茶多糖、咖啡碱在延缓衰老、调节糖脂代谢、减肥、调节肠道菌群、调节免疫、抗肿瘤、抗抑郁、抗炎症、抗病毒、抑菌、壮骨骼等方面的作用效果及作用机制。同时，研究者们日益关注儿茶素衍生产物（甲基化儿茶素、聚酯型儿茶素、儿茶素多聚体、儿茶素与茶氨酸缩合物）及苦茶碱等新型茶叶功能成分的健康价值，并取得了一系列新进展。
这些新的研究成果一方面为茶的健康属性赋予了越来越丰富的科学依据，有效驱动了全球范围内的茶叶健康消费；另一方面，为茶叶深加工与功能成分利用提供了新的理论依据，为茶叶产业深加工向大健康产业跨越与延伸提供了重要的科学支撑。
儿茶素属黄烷醇类物质，茶叶、葡萄和可可制品是黄烷醇主要的膳食来源。茶叶中的儿茶素类化合物主要包括儿茶素（C）、表儿茶素（EC）、没食子儿茶素（GC）、表没食子儿茶素（EGC）、儿茶素没食子酸酯（CG）、表儿茶素没食子酸酯（ECG）、没食子儿茶素没食子酸酯（GCG） 及表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）8种单体。
1. 儿茶素的延缓衰老作用
儿茶素可以作为活性氧（ROS）清除剂和金属离子螯合剂直接发挥抗氧化功效，也可通过诱导抗氧化酶，抑制促氧化酶间接体现抗氧化活性，由于剂量效应，儿茶素也表现出促氧化作用。氧化应激与衰老及与衰老相关的疾病有关。EGCG可改善与氧化应激相关的疾病，研究表明EGCG通过降低辐射诱导的ROS水平，提高受致死辐射小鼠的存活时间，减轻肠道损伤。
EGCG 具有减缓衰老、延长寿命的潜在特性，研究表明EGCG可以增加秀丽线虫的平均寿命，剂量响应呈倒U型，并且EGCG作用于成虫早中期时，其抗衰老生物活性为最佳，衰老会降低秀丽线虫对EGCG的响应，并削弱EGCG对延长寿命的有效性。以大鼠为模型的试验表明，EGCG可通过促进脂质代谢、减轻炎症、抵抗氧化损伤以延长高脂饮食大鼠寿命。儿茶素的摄入可抑制小鼠与年龄相关的认知功能障碍，EGCG可通过维护脑神经能量稳态起到神经保护的作用。
2. 儿茶素的抗肿瘤作用
EGCG是一种潜在的有效抗癌化合物，EGCG可诱导癌细胞的凋亡。通过表面等离子共振、核磁共振 和原子模拟等方法研究发现，EGCG潜在的抗癌机制体现在EGCG（微摩级） 能直接与p53的N 末端结构域结合，阻滞MDM2 对p53 的泛素化降解。p53 具有阻止癌细胞生长、激活DNA修复、诱导癌细胞凋亡等作用，p53 的水平会随着与EGCG的直接相互作用而增加，进而促进p53发挥抗癌功能。
3. 儿茶素的抗病毒作用
由病毒引起的传染病严重威胁着人类的健康，有效的抗病毒药物对预防病毒感染引起的疾病至关重要。根据已有报道可知，绿茶中的儿茶素尤其是EGCG表现出抗DNA 和RNA 病毒的活性。Xu 等对绿茶中儿茶素在抗原表达水平上的抗乙型肝炎病毒（HBV）活性研究发现，儿茶素（EGCG、EGC、ECG、EC、C）可抑制HBV抗原表达，且EGCG对HBV抗原活性抑制作用最强，推测可能与EGCG没食子酰基以及羟基相关。Zhao 等研究结果表明，GCG是一种潜在的抑制新型冠状病毒（COVID-19）的天然化合物。
茶黄素（TFs）是茶叶加工发酵过程中形成的一类儿茶素二聚体，在红茶茶汤中鲜亮的颜色和浓烈的口感方面，起到了一定的作用，是红茶的一个重要质量指标，被称为茶叶中的“软黄金”。研究表明，茶黄素在抵抗机体炎症与氧化应激、抗肿瘤、调节糖脂代谢等方面均具有显著的功效。
1. 茶黄素的抗炎症作用
炎症的发生会导致细胞凋亡和组织损伤，茶黄素能有效缓解不良因素所引起的炎症反应。茶黄素通过调节肠道菌群，维持肠道免疫稳态和屏障功能完整性，来缓解葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎。研究发现，茶黄素TF-3-G单体能够延缓丘脑神经干细胞的衰老，并改善相关病理。通过调节Keap1/Nrf2/HO-1轴，茶黄素可以改善小鼠软骨细胞代谢平衡，保护软骨细胞免受凋亡和衰老，改善小鼠骨关节炎。
2. 茶黄素的延缓衰老作用
茶黄素还能调节免疫缺损（Imd）蛋白表达，调节肠道稳态，从而延缓衰老。此外，茶黄素能够改善全身电离辐射诱导的造血损伤，抵抗辐照导致的机体氧化应激与衰老。同时，茶黄素TFDG单体能抑制钛颗粒诱导的骨溶解并防止骨破坏，从而保护骨骼健康。研究发现，茶黄素可作为一种潜在的天然骨骼肌膳食保护剂，它能够诱导成肌因子的释放，加速成肌分化，提升肌细胞的融合指数、成熟肌管数量和肌管发育程度，延缓肌肉衰老。同时，茶黄素能够特异性引起肌管钙离子内流、激活骨骼肌相关通路，从而调节骨骼肌的糖吸收，促进骨骼肌线粒体丰度与慢肌纤维形成。
3. 茶黄素的调节糖脂代谢作用
在动物研究中发现，茶黄素通过降低大鼠体内的胆固醇、低密度脂肪和甘油三酯的积累，从而有效预防高脂饮食大鼠肥胖；在细胞研究中，TFDG单体可减少肝细胞中的脂滴积累，减轻肝脏脂质沉积，降低脂肪肝的风险，TFDG还能改变3T3-L1 脂肪细胞中能量代谢，增加脂肪消耗，降低脂肪积累。茶黄素可显著降低糖尿病大鼠的氧化应激水平，抑制糖代谢关键酶活性，使大鼠血糖趋于正常水平，具有潜在的抗糖尿病作用。
4. 茶黄素的预防心脑血管疾病作用
茶黄素可有效预防心脑血管疾病，并通过多种机制发挥作用。茶黄素能够显著提高血管内皮细胞活力，降低胞内活性氧自由基（ROS）水平，提高酶活，有效抑制H2O2诱导的血管内皮细胞氧化应激损伤。茶黄素还能降低心肌自噬蛋白的表达，抑制心肌自噬，保护心肌细胞免受由高葡萄糖所引起的脂毒性和再灌注损伤。
5. 茶黄素的抗病毒作用
茶黄素还具有抑菌、抗病毒和抗癌等活性，可以抑制链球菌生物膜的产生，抑制变异链球菌繁殖，具有较好的抗龋能力。计算机分子对接发现，TFDG具有能够与COVID-19 结合的靶标对接位点，可抑制SARS-CoV-2病毒活性，存在潜在预防和治疗新冠肺炎的可能。此外，茶黄素能够抑制斑马鱼中的黑色素瘤A375细胞增殖并诱导其凋亡。
茶氨酸的神经保护作用，特别是在提升认知水平、缓解焦虑、提高睡眠质量、改善抑郁症状等“精神健康”方面，逐渐得到证实。因此，茶氨酸被部分学者称作“幸福氨基酸”。
动物实验结果显示，茶氨酸可触发抑郁小鼠的抗抑郁和抗氧化活性效应。通过双盲、随机对照研究发现，L-茶氨酸能有效影响50 ~ 69 岁参试者的认知功能；通过对30名健康个体的随机对照实验发现，服用L-茶氨酸（200 mg/d）4 周后能够通过抗焦虑作用来改善睡眠质量问题。相比单独摄入茶氨酸，“茶氨酸复合配方”尤其是茶氨酸和咖啡碱的协同作用，在促进“精神健康”方面更为显著。在对27 名受试者进行茶氨酸（100 mg） 和咖啡碱（50 mg）联合干预实验发现，受试者的认知水平显著提升。
茶氨酸对人脑α波的影响
在抗衰老模式生物秀丽线虫中，茶氨酸从成虫期干预可以使其平均寿命和最大寿命分别延长约3.6%和3.2%。在热应激和氧化应激条件下，茶氨酸（100 mg/mL） 显著提高了线虫的平均寿命，2 种条件下分别提高了12.8%和21.3%。茶氨酸可降低空间隔离状态下雄性小鼠大脑皮层氧化损伤水平，提高其存活率。在强制活动空间环境下，茶氨酸（6 mg/kg）可有效改善速衰小鼠的脑萎缩程度，并维持正常衰老小鼠的脑容积。因此，茶氨酸对延缓衰老及预防老年性疾病也具有积极的作用。
据《美国科学院学报》报道，茶氨酸具有提高机体免疫功能和抗感染能力。火东晓等发现L-茶氨酸抑制细胞因子调节免疫细胞，缓解炎症反应。适宜剂量L-茶氨酸（200 mg/kg）可通过改善肠道发育和健康来调节免疫作用，对肉仔鸡的生长性能产生有益影响。服用茶氨酸复合制剂可增强人（23.3 mg/kg，口服）和小鼠（120 ~ 700 mg/kg，灌胃） 细胞免疫和体液免疫功能。在SD雄性大鼠干预实验发现，L-茶氨酸（600 mg/(kg·d)）能够促进肠道绒毛增长，隐窝加深，缓解肠毒素大肠杆菌（E44813）对肠道应激影响。在体外研究发现，茶氨酸可通过提高免疫能力抑制小鼠肝癌细胞增殖。
茶氨酸在动物和人体中还具有显著的抗应激和调节代谢作用。灌胃干预2 周后，L-茶氨酸（50 mg/kg）可以通过下调大鼠小肠中相关基因的表达，抑制葡萄糖、氮的吸收和胰岛素的分泌，改善葡萄糖耐量和胰岛素敏感性，降低乙胺水平和Ⅱ型糖尿病的发病风险。此外，茶氨酸还能通过增强谷胱甘肽（GSH）及其相关酶抗氧化系统提高对阿霉素（DOX）致大鼠肾毒性的保护作用。茶氨酸（200 ~ 500 μmol/L）能够有效缓解高剂量EGCG （1 000 μmol/L）对秀丽线虫寿命的健康损害。
近年来，儿茶素衍生物作为一种新型茶叶功能成分，其生物活性越发受到研究者们的关注，相关研究主要聚焦在聚酯型儿茶素、儿茶素氧化多聚体（线粒体激活因子）、甲基化儿茶素、儿茶素与茶氨酸的缩合产物的健康作用等方面。
聚酯型儿茶素（TSs）是茶叶鲜叶中的儿茶素类组分在发酵过程中氧化聚合生成的一类儿茶素二聚体，TSs在抗氧化、抗菌、抗病毒、抗癌、降脂减肥等方面均表现出与TFs 相似的功能。同时，有研究发现TSs对α-葡萄糖苷酶的活性有显著的抑制作用，表明TSs可能会在一定程度上影响机体的糖类代谢从而达到降低血糖的功效。另有研究表明，TSs可在减少细胞中黑色素生成的同时抑制色素沉淀，这类功能的发现使TSs与TFs一样可作为天然的添加剂用于开发新型护肤品。目前，新冠肺炎疫情备受关注，最新体外实验研究表明，TSs对SARS-CoV-2病毒有明显的抑制效果，因此，经常饮用含有TSs的发酵茶类可能对预防新冠肺炎有帮助。
2007 年，Kikuchi 等从发酵茶类（红茶、乌龙茶） 中分离出了一类多酚物质，因其可以提高线粒体膜电位而将其命名为线粒体激活因子（MAFs）。后续研究表明，MAFs也是一类儿茶素氧化聚合产物，可能由茶黄素或聚酯型儿茶素进一步氧化聚合生成。MAFs是首个被报道的可以激活细胞线粒体呼吸的化合物，可以根据参与运动的种类不同表达不同的功能，对小鼠骨骼肌能量代谢产生不同的影响。研究人员发现，MAFs的摄入与耐力训练相结合可以提高小鼠耐力训练的效果， 增强小鼠骨骼肌的运动耐力。另一项研究表明，摄入富含MAFs的红茶提取物的小鼠在抗阻力训练中的训练效果也有所增加，相同的肌肉负荷下，MAFs可以促进小鼠肌肉组织的增大，达到更好的增肌效果。
甲基化儿茶素是一类儿茶素类化合物，主要有EGCG3"Me、EGCG"Me、ECG3"Me、ECG4"Me等。前期的临床和细胞试验均表明，甲基化儿茶素可有效提高儿茶素的稳定性和生物利用率，具有比母本化合物更强的生物活性。甲基化儿茶素生物活性主要包括抗过敏、抗氧化、抗炎、降脂减肥、降血压及预防心血管疾病等。根据体内外实验研究证明，甲基化儿茶素抗过敏效果显著，其作用机制主要包括3 个方面： 阻隔产生过敏反应的主要受体免疫球蛋白E （IgE）；抑制IgE受体FcεRI 的表达，从而抑制嗜碱细胞释放组织胺，与抗过敏药物药效相同，EGCG3"Me在各种儿茶素及衍生物中抗过敏作用最好；抑制多种肥大细胞蛋白激酶的活性。
茶叶中发现的N-乙基-2-吡咯烷酮取代的化合物（EPSF）成分是一类在儿茶素的C-8位或者C-6位进行N-乙基-2-吡咯烷酮取代的化合物，由茶叶中的儿茶素成分（EGCG、ECG、EGC、EC、C、GC等）与茶氨酸等游离氨基酸反应生成。最早是在黑茶中发现了8 种EPSF 类化合物，其对过氧化氢诱导的人微血管内皮细胞损伤具有良好的保护作用，活性优于EGCG等儿茶素成分。之后在不同年份白茶中也发现了EPSF 类成分。EPSF对乙酰胆碱酯酶和中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白有强抑制作用，可以改善阿尔茨海默症患者的胆碱功能，并缓解神经性紊乱症状， 抑制细胞凋亡诱导血管生成。
白茶中发现的EPSF类物质
目前，已发现的含咖啡碱的植物中，茶树嫩枝叶中咖啡碱含量最高，占干重的2% ~ 4%。咖啡碱的生物合成核心途径是以黄嘌呤核苷作为起始底物，并经过3 步甲基化和1步核苷降解反应而最终合成。
大量研究指出，咖啡碱对人体具有诸多生理功效。咖啡碱能刺激神经系统，增强学习和识别能力，提高瞬时记忆力，降低患神经退行性疾病的危险。咖啡碱刺激中枢神经系统主要作用于大脑皮层和海马。咖啡碱也是呼吸系统的刺激药物，是治疗早产婴儿呼吸暂停的常用药物之一。单独摄入咖啡碱和结合运动都可降低大鼠血浆中炎症标志物含量，显示咖啡碱具有抗炎作用。咖啡碱还能够预防心血管疾病、降脂减肥、改善高血压及胰岛素敏感性。此外，咖啡碱还具有利尿、增加肌肉耐力、抗疲劳、缓解雄激素性脱发等功效。但是，长期摄入过量的咖啡碱也会对人体产生一定的副作用，如依赖性、烦躁、失眠、头疼等。
苦茶碱则是咖啡碱在氧化酶、甲基转移酶的作用下进一步转化形成。虽然苦茶碱与咖啡碱结构相似，但不同于咖啡碱引起中枢神经兴奋，苦茶碱具有镇静安眠的作用，苦茶碱通过激活脂质代谢相关酶通路减少游离脂肪酸的合成和甘油三酯积累改善高脂饮食引起小鼠的肝损伤，还能通过提高抗氧化酶的活性及基因表达水平，清除自由基和增强抗氧化能力，改善束缚应激诱导的肝损伤。此外，苦茶碱能通过逆转上皮细胞向间充质转变 过程来抑制乳腺癌细胞转移。
茶多糖是茶叶中一类非常重要的生物活性大分子，主要以糖缀合物的形式存在，即与各种不同的单糖聚合后，又与蛋白质、糖醛酸等结合形成的复合物质。近年来发现， 茶花中也富含多糖， 即为茶花多糖，且茶花多糖与茶多糖结构类似。相比于茶叶中多酚、儿茶素、茶氨酸、咖啡碱等小分子物质，茶多糖的健康功能研究较为滞后。
日本的清水岑夫于1987 年发现茶多糖是粗老茶治疗糖尿病的主要功能成分后，茶多糖的功能研究才开始兴起。近年来，肠道菌群的研究热潮，带动作为肠道菌群主要营养来源的多糖成为研究的热点和重点，这极大地推动了茶多糖的研究。大量研究表明，茶多糖具有降血糖、降脂减肥、调节免疫、改善肠道菌群等多种生物活性。
降血糖活性作为茶多糖最重要的功效之一，目前研究得最多。茶多糖可通过抑制淀粉水解成葡萄糖，延迟其吸收和转运，从而降低体内血糖。茶多糖对淀粉消化酶活性的抑制，不仅通过抑制底物-酶复合物的解离，还通过与底物竞争酶的活性位点或产生空间位阻，从而防止底物与酶结合。动物研究表明，茶多糖可缓解机体胰岛素抵抗，改善胰岛素分泌和敏感性。
降脂减肥也是茶多糖的主要功效之一，近年来对茶多糖的降脂减肥功效及其机理进行了一些研究。研究表明，茯砖茶多糖能显著抑制饮食诱导的肥胖小鼠的体重增长，改善机体脂质代谢紊乱。乌龙茶多糖可通过调控脂质代谢通路促进肥胖大鼠减肥。机理研究表明，多糖可能通过减少食物摄取、抑制脂肪吸收与脂肪生成、抗氧化和抗炎等途径发挥减肥功效。
免疫调节活性是天然多糖的主要功能之一，同时也是茶多糖的主要功能之一。茯砖茶多糖可增强小鼠巨噬细胞的吞噬作用，促进TNF-α、IL-1β、IL-6等炎症因子以及NO的分泌，从而增强小鼠的免疫功能。
研究表明，茶多糖不能在胃和小肠中被消化和吸收，但能作为底物和碳源被大肠中的肠道微生物分解和利用。体外厌氧发酵试验发现茶多糖可改善肠道菌群的组成和结构，并增加短链脂肪酸的含量。动物试验表明，茶多糖可改善肥胖大鼠紊乱的肠道菌群。茶多糖的降血糖、降脂减肥、调节免疫等功效可能均与其肠道菌群调节功效以及增加肠道菌群代谢物——短链脂肪酸有关。
随着现代分析技术进步和生命科学研究手段提升，未来将会有越来越多的新型茶叶功能成分被分离鉴定出来，对于同一茶叶活性成分也将有更多的新功能被发掘。同时，随着基因组学、蛋白质组学、代谢组学与化学物质组学等多组学研究方法的多维度应用，必将更清晰地揭示茶叶功能成分之间的多通路、多靶点协同或拮抗作用机制。这些研究成果将为饮茶保健和科学饮茶提供更丰富的理论依据，也将为茶叶功能成分在大健康产品研发中的合理利用提供科学依据。 |
