安化黑茶的降血糖作用及其機理

林勇，謝思玲，柯菀萍，劉仲華

國家植物功能成分利用工程技術研究中心 湖南農業大學茶學教育部重點實驗室，湖南 長沙410128

糖尿病是一種以長期高血糖為主要特征的慢性內分泌代謝性疾病，其以1型糖尿病和2型糖尿病最為常見，持續的高血糖會導致心血管疾病、腎病、眼病等一系列并發癥。2019年國際糖尿病聯盟發布的最新報告指出，目前全球糖尿病患病率為9.3%，患者人數約4.63億人，預計到2030年患病率將持續增長至10.2%，患者將達到5.78億人。同時數據顯示，我國糖尿病患病率由1980年的0.67%上升至2017年的11.6%，且仍有上升和年輕化趨勢[1]。流行病學調查顯示，喝茶能降低患糖尿病的風險。安化黑茶獨特的加工原料與工藝，賦予其獨特的風味品質和顯著的降血糖等健康屬性，已有研究也顯示，安化黑茶在改善各種代謝疾病尤其是糖脂代謝方面具有顯著功效。本文重點介紹糖尿病的發病機制及危害、安化黑茶主要活性物質成分以及降血糖功效與作用機理，從而為安化黑茶廣大消費者健康飲茶提供理論依據。

1 糖尿病產生的原因及其危害

1.1 糖尿病的產生原因

糖尿病的發生原因十分復雜，遺傳、長期精神緊張、肥胖、飲食不當、不規律作息、病毒感染、藥物不良反應等都是糖尿病的潛在促成因素。糖尿病發病機制大致可分為3 種情況[2]：（1）遺傳因素，糖尿病患者的易感性與遺傳基因異變有關，但遺傳基因不影響糖尿病的發生率。（2）體外因素，長期精神緊張等外界因素會刺激腎上腺皮質激素（腎上腺素、皮質醇）的生成，并釋放肝臟中儲存的葡萄糖從而導致糖尿病的產生；肥胖、飲食不當、不規律作息等誘導的代謝紊亂會刺激胰島素的異常分泌，阻礙機體對血糖的吸收，造成胰島素抵抗和胰腺負擔；病毒感染、藥物不良反應如風疹病毒、鉑類抗腫瘤藥物，主要損傷胰島β細胞，導致人體胰島素分泌減少；手術創傷及術后抗生素/激素藥物則導致應激激素的分泌異常增多，抑制器官組織對葡萄糖的非氧化清除率和葡萄糖的攝取率，從而誘發或加重胰島素抵抗。（3）自身免疫系統缺陷則是在遺傳和外界刺激的共同作用下，患者自身免疫系統攻擊了胰島細胞，造成胰島素分泌異常，從而誘導糖尿病的發生。

1.2 糖尿病的危害

臨床上糖尿病患者會出現多尿、煩渴、多飲、多食、消瘦等癥狀，高血糖狀態影響下患者體內器官損傷加重，并且從微血管、神經損傷逐漸發展至大血管、器官損傷，從而導致心臟、皮膚、神經、血管、肝臟、眼部等多種器官受到不同程度的影響，產生糖尿病腎病、糖尿病眼病、糖尿病足潰瘍、糖尿病性心臟病等一系列相關性疾病，嚴重影響患者的身體健康與生活質量，最終導致患者死于復雜的糖尿病并發癥[3]。例如：糖尿病視網膜病變是糖尿病最常見的并發癥，糖尿病人群視網膜病變發生率為39%[4]，嚴重時會導致患者失明；糖尿病腎病是糖尿病患者后期最主要和最常見的微血管并發癥，同時也是導致終末期腎病的常見誘因；同時研究指出，腫瘤和糖尿病的發生存在密切聯系，糖尿病的病程會提高惡性腫瘤和癌癥的患病率。

2 安化黑茶降血糖作用的主要活性成分

安化黑茶是一種后發酵茶，因其獨特的“發花”工藝和產地微生物群的特殊性，與其他產地（四川、湖北、廣西、云南）的黑茶存在一定的區別。安化茯磚茶是安化黑茶最有代表性的一類茶，由冠突散囊菌為主的微生物發酵精制而成，其具有豐富的“金花”和獨特的“菌花香”，也被證明對許多慢性代謝性疾病，特別是與糖脂代謝相關的疾病具有預防和治療作用[5-6]。安化黑茶的主要功能成分包括兒茶素類化合物及其衍生產物、黃酮、茶多糖、茶色素、生物堿、氨基酸、酚酸等。流行病學調查顯示，喝茶能降低患糖尿病的風險，大量試驗也證明，茶葉中各種活性成分均能獨立或協同作用保護胰臟，調節肝腎等代謝器官的功能，修復胰島細胞損傷，改善胰島素抵抗，提高胰島素活力以及延緩糖類吸收，從而達到緩解糖尿病病情，降低血糖含量的目的[7-9]。

2.1 茶多酚

茶多酚是以兒茶素類為主并且由多種酚類物質組成的羥基酚類化合物。多數研究結果表明，茶多酚的降糖機理主要體現在提高胰島素活性、抑制葡萄糖運轉載體活性、抑制腸道內相關酶類的活性、抗氧化作用，以及下調控制葡萄糖異生作用基因的表達[10]。血糖升高導致的自由基反應增強，引起的氧化應激損傷胰腺β細胞損傷會引起胰島素的分泌功能障礙，表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）的抗氧化活性能有效抑制自由基的產生和清除自由基，從而減少胰腺β 細胞的氧化損傷[11]。同時研究認為，EGCG和表兒茶素沒食子酸酯（ECG）能與腸道內的葡萄糖轉運載體的鈉離子或葡萄糖結合位點結合，從而抑制腸道上皮細胞的葡萄糖轉運載體活性，但其具體機制仍不明確[12]。

胰島素活性與肝臟葡萄糖的生成有關，能直接降低血糖濃度。這可能是通過促進胰島素受體和胰島素受體底物1的絡氨酸磷酸化有關，體外研究發現EGCG、ECG以及單寧酸、茶黃素等都能在一定程度上提高胰島素的活性，從而抑制肝臟糖原的降解并且刺激肝糖原和肌糖原的合成，并且茶多酚能提高胰島中鈣離子的濃度從而促進胰島素分泌[13]。EGCG通過鈣離子調節蛋白激酶激活AMPK通路，抑制肝糖異生和葡萄糖異生作用關鍵酶的表達，從而減少肝糖異生。此外EGCG能增加與糖酵解相關酶的基因表達，能促進葡萄糖的降解從而產生降血糖作用[14]。而兒茶素對大鼠體內α-淀粉酶和蔗糖酶的活性的抑制作用被認為是兒茶素抑制餐后血糖上升的主要機理[15]。

2.2 茶多糖

茶多糖是茶的代表性功能成分之一，已被報道可以增強免疫力、抵抗輻射和腫瘤，特別是降低糖尿病的風險[16-17]，并且它在粗茶中的含量高于其他普通茶[18]。茶多糖在抗氧化、保護胰島細胞、促進胰島素分泌、調節糖代謝相關酶活性方面有顯著作用，提示茶多糖具有降血糖作用。

研究發現，中國六大茶類中提取出來的茶多糖的化學組成、分子量和組成單糖均存在差異，其中，普洱茶多糖的總酚類和蛋白質含量最高，抗氧化和抗糖尿病活性最好。熱圖分析發現茶多糖中總酚含量和蛋白質含量與其抗氧化和抗糖尿病活性呈正相關，說明茶多糖中酚類化合物和蛋白質的存在可能是其生物活性的主要貢獻者[19]。Zhu 等[20]從茯磚茶中提取出6 種多糖組分，并對其理化、結構和生物特性進行了比較和分析，結果表明，6種多糖組分的組成、結構特征和生物學特性均存在差異，并且分別有顯著的抗氧化和降血糖作用。研究也發現，多酚含量較低的茶多糖復合物比多酚含量較高的復合物具有更高的抗氧化活性，且與硒結合可顯著提高茶多糖的抗氧化活性[21]。茶多糖可通過提高機體抗氧化能力和細胞免疫功能保護胰島細胞并且促進胰島β細胞修復，從而促進胰島素分泌，改善糖尿病癥狀[5,22]。

葡萄糖激酶活性主要存在于成熟肝實質細胞和胰島β細胞，催化葡萄糖轉變為磷酸葡萄糖，在肝臟糖代謝中起著重要作用，其活性受胰島素調節，不受葡萄糖濃度的影響。因此茶多糖降血糖的機制可能與增強肝葡萄糖激酶活性有關[23]。許多體內和體外試驗結果表明，茶多糖可以抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶活性，改善胰島素抵抗，改善糖耐量，降低血糖水平[24-25]。

2.3 茶色素

茶褐素是黑茶中一類分子量不均一、水溶性的復雜天然高聚物，在一定程度上參與黑茶茶湯的色澤和耐泡性等品質特征。普洱茶茶褐素的形成既包含微生物“呼吸熱”和濕熱作用下內源酶、微生物分泌酶的酶促反應機制，同時也與酶褐變機制及其反應物與成分間的偶聯氧化、聚合有關。此外，茶褐素的形成過程常伴有多糖蛋白的絡合物與茶褐素絡合形成復雜的高聚混合物[26]。

大量研究表明，茶褐素具有降糖效果，能夠增加葡萄糖激酶和丙酮酸激酶的生物活性水平和減少瘦素及硬脂酰輔酶A脫氫酶的產生，促進體內胰島素敏感性和胰島β細胞的功能[27]。通過增強胰島素受體數目和敏感，茶褐素能調節機體血糖代謝，改善血糖水平，緩解血糖代謝紊亂對胰腺造成的負擔，同時對PI3K/Akt 蛋白信號通路的調節，促進肝臟、脂肪等組織增加對葡萄糖的攝取、胞內糖原的合成及減少肝臟葡萄糖異生，最終起到降低血糖的效果[28]。也有研究表明茶褐素是一種很好的α-葡萄糖苷酶活性抑制劑，能與α-葡萄糖苷酶活性中心結合，降低小腸對麥芽糖、淀粉、蔗糖的分解和吸收，減少血糖對胰腺的刺激，從而維持餐后血糖平穩[29]。

3 安化黑茶降血糖功效

3.1 安化黑茶水提物的降血糖作用

茯磚茶是安化黑茶最有代表性的一個品類，已有研究探討了茯磚茶水提物對高脂高糖飼料聯合鏈脲佐菌素（Streptozotocin,STZ）誘導的2型糖尿病小鼠模型的降血糖效果。結果表明茯磚茶水提取物的干預能顯著改善糖尿病小鼠“多食、多飲、多尿、消瘦，三多一少”典型癥狀，修復糖尿病小鼠的胰島細胞損傷并且降低血糖濃度。胰島屬于胰腺的內分泌腺部分，是分散在胰腺中的不規則的細胞群。胰島細胞緊靠在毛細血管上，所分泌的激素，通過毛細血管壁滲入血液內，有調節糖代謝的作用。組織病理學觀察發現，相比模型組，中劑量和高劑量茯磚茶組小鼠胰島形狀有初步好轉，呈一定規則圖形，且胰腺細胞分布較為均勻緊密，說明茯磚茶水提取物在一定程度上修復了高糖導致的胰島細胞損傷。同時，茯磚茶3個劑量組均能顯著抑制2型糖尿病小鼠耐糖量試驗AUC 值升高，呈一定的劑量依賴關系，也顯示了茯磚茶具有一定的協助機體調控血糖的功能[8]。進一步試驗表明，茯磚茶水提物通過增強PPAR-α、GLUT2和GLUT4基因表達，促進葡萄糖轉運、肝臟內脂質代謝，促進胰島素釋放，提高胰島素敏感性，從而改善糖尿病小鼠體內糖代謝紊亂[30]。

十兩茶是湖南安化黑茶的一種，因其外表的篾簍包裝成花格狀，故又名花卷茶。已有研究探討了十兩茶水提物對高血糖的影響及其作用機理。結果指出，中高劑量十兩茶水提物給藥能顯著降低db/db糖尿病小鼠空腹血糖水平，并改善其對葡萄糖的耐受能力，其作用效果與胰島素增敏劑羅格列酮（5 mg/kg）作用相當，但起效較慢。同時，高劑量十兩茶水提物能顯著降低db/db糖尿病小鼠血清胰島素水平，增加胰島素敏感性。這表明，十兩茶水提物通過調節糖尿病小鼠的耐糖功能和胰島素抵抗，能有效改善糖尿病引起的胰島素分泌紊亂和代謝異常[9]。

此外，體內降血糖活性試驗提出茯磚茶（FBT）、青磚茶（QBT）、普洱茶（PET）和六堡茶（LBT）4 種黑茶水提物針對2 型糖尿病均呈現顯著抗糖的效果，并且4種黑茶的降血糖活性大小順序為：LBT＞PET＞FBT＞QBT。體外細胞試驗結果呈現一致性。這可能與原材料的來源有關，試驗中LBT 原料最粗老，據相關研究證明粗老茶的降血糖活性高于優質茶。不同黑茶水提物改善HepG2 細胞胰島素抵抗的試驗中，發現在持續高濃度的胰島素狀態下細胞對葡萄糖的利用下降，細胞的葡萄糖消耗量僅為0.80 μmol，說明持續高濃度的胰島素導致HepG2 細胞出現胰島素抵抗，而細胞與4種黑茶水提物共同孵育36 h后葡萄糖消耗量都呈現顯著增加，并且細胞對葡萄糖吸收量相對提高，這表明黑茶水提物的干預能緩解HepG2細胞胰島素抵抗效果[31]。

3.2 安化黑茶組分的降血糖作用

安化黑茶中含有豐富的功能成分和生物活性物質，已有研究也探討了黑毛尖（用于加工高檔天尖的原料）、茯磚茶、黑磚茶、千兩茶4 種黑茶的粗蛋白提取物和酶解產物對3種血糖生成關鍵酶α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和二肽基肽酶的抑制活性。結果顯示，4種黑茶粗蛋白對α-淀粉酶均有一定的抑制作用，其中千兩茶組的IC50為（1.271 0±0.172 5）mg/mL，是4種黑茶中抑制活性最大的一組。黑茶粗蛋白經過胰蛋白酶和堿性蛋白質酶酶解后，對α-淀粉酶都無明顯抑制作用，只有茯磚茶的酶解組分表現出10%～30%的抑制率。針對α-葡萄糖苷酶和二肽基肽酶的抑制效果試驗結果表明，黑毛尖和千兩茶的酶解組分IC50為（0.094 2±0.026 7）mg/mL 和（0.010 3±0.054 5）mg/mL，是4種黑茶粗蛋白中抑制效果最好的兩組；茯磚茶酶解組分對二肽基肽酶的抑制作用最強，IC50為（0.101 1±0.025 6）mg/mL。

此外，黑毛尖粗蛋白提取物在體內試驗中也表現出顯著的抗糖效果。經過2 周的黑茶蛋白灌胃，正常小鼠的血糖無顯著性變化，糖尿病小鼠的血糖顯著降低至正常血糖水平。這說明黑茶蛋白的攝入有助于糖尿病小鼠糖耐量的調控，進一步的試驗則發現，黑茶蛋白起作用的通路主要與多糖的生物合成與代謝、能量代謝、核苷酸代謝有關[32]。這提示黑茶粗蛋白提取物改善糖尿病的功效以及黑茶粗蛋白主要是通過調節機體的糖代謝來抑制糖尿病的病程。

4 安化黑茶降血糖作用機理

4.1 抗氧化應激

糖尿病的高血糖狀態會導致機體的氧自由基清除系統被破壞，根據以往的研究，茶多糖可以通過清除自由基來阻斷活性氧（ROS）誘導的氧化損傷[33]，通過提高機體抗氧化能力和細胞免疫功能保護胰島細胞并且修復胰島β細胞，促進胰島素分泌，改善糖尿病癥狀[5,22]。據報道，青磚茶具有良好的自由基清除和吸收能力和鐵還原活性[34]，因此青磚茶保護谷氨酸鈉誘導的肥胖小鼠代謝綜合征的主要途徑與骨骼肌中的Nrf2 抗氧化通路有關，通過提高抗氧化酶的含量改善小鼠的胰島素抵抗和葡萄糖不耐受，降低脂質水平[35]。此外，在秀麗隱桿線蟲高糖毒性的模型試驗中，發現茯磚茶主要依賴DAF-16/IIS 途徑和SKN-1/p38 MAPK 途徑延長了線蟲壽命，降低了AGEs（晚期糖基化終末產物）和ROS 產生，限制了高糖（葡萄糖、蔗糖、半乳糖和果糖）飲食的壽命縮短效應[36]。

4.2 抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶

膳食補充α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制劑是一種公認的控制餐后血糖升高的臨床方法，茶含有多種天然產物，對α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶有明顯的抑制作用，能抑制淀粉的吸收和消化從而阻止血糖的升高，降低血漿葡萄糖、脂質代謝物和蛋白尿水平。青磚茶水提取物良好的抗氧化活性，充分發揮了α-淀粉酶抑制作用，阻止一定數量的淀粉或蔗糖的消化，最終降低體內血糖水平，并且EGCG 和ECG 是調節α-淀粉酶活性的重要物質[37]。在茯磚茶中分離得到的新型酰基糖苷黃酮對α-葡萄糖苷酶也有較強的抑制活性、黑茶蛋白和多肽對α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和二肽基肽酶均有抑制活性，并且黑茶水提取物增強了HepG2 細胞對葡萄糖的攝取[38-40]。也有研究表明茶褐素是一種很好的α-葡萄糖苷酶活性抑制劑，能與α-葡萄糖苷酶活性中心結合，降低小腸對麥芽糖、淀粉、蔗糖的分解和吸收，減少血糖對胰腺的刺激，從而維持餐后血糖平穩[29]。

4.3 抑制胰島素抵抗

胰島素能誘導PI3K 磷酸化，從而促進氧自由基清除。在胰島素抵抗的糖尿病小鼠體內，茶及其功能成分能替代胰島素的作用，促進骨骼肌中FOⅩO1 的表達，促進脂肪細胞代謝并增加胰島素受體（IR）敏感性，從而降低胰島素抵抗[41]。茶多酚對胰島素抵抗的抑制效果主要與AMPK 信號通路有關，通過該通路，茶多酚削弱了胰島素信號通路的阻斷。茶多糖治療緩解糖尿病小鼠的胰島素抵抗，降低血糖，可能是通過調控PI3K/Akt 信號通路，通過上調PI3Kp85/p-Akt/glut4信號通路的表達來實現的[42]。在高脂飲食誘導的肥胖大鼠中，茯磚茶水提取物通過刺激胰島素信號Akt/GLUT4、FoxO1 和mTOR/S6K1 通路，抑制骨骼肌中信號調節蛋白α（SIRP-α）的表達來減弱胰島素抵抗[43]。這與十兩茶對糖尿病小鼠的干預試驗結論一致，十兩茶水提取物顯著增強了糖尿病小鼠的耐糖功能和胰島素抵抗，使葡萄糖刺激性胰島素分泌反應恢復正常。同樣青磚茶水提取物通過刺激AKT 信號通路，上調谷氨酸單鈉誘導的肥胖小鼠骨骼肌中葡萄糖轉運體4（GLUT4）的蛋白水平，促進胰島素信號傳導，從而起到抗糖尿病作用[35]。普洱黑茶則是通過調節IL-6/STAT3信號通路從而降低糖異生相關基因的表達，促進轉錄激活因子STAT3 的磷酸化，并且改善肥胖小鼠的葡萄糖耐受性和胰島素抵抗[44]。