Огляд ролі зеленого чаю (Camellia sinensis) в антифотозбереженні, стресостійкості, нейрозахисті та автофагії

Мані Айер Прасант

1 Науково-дослідний підрозділ з питань вікового запалення та дегенерації, кафедра клінічної хімії, факультет суміжних наук про здоров’я, Університет Чулалонгкорн, Бангкок 10330, Таїланд; [email protected]

Бхагаваті Сундарам Сівамаруті

2 Інноваційний центр цілісного здоров’я, нутрицевтиків та косметики, фармацевтичний факультет, Університет Чіангмая, Чіангмай 50200, Таїланд; moc.liamg@enegsavis (B.S.S.); moc.liamg@tavayiahc (C.C.)

Чаяват Чайясут

Тевін Тенкомнао

Анотація

1. Вступ

Чай є одним із найпоширеніших напоїв у всьому світі і є другим за вживанням напоєм після води [1]. Він виробляється з листя, бруньок або ніжних стебел рослин роду Камелія. Найпоширеніший вид рослин для чаю - Camellia sinensis (L.) Kuntze. Найбільшими споживачами чаю є жителі Європи, переважно Великобританія (

540 мл) на день [2]. Однак у середньому серед населення світу людина споживає

120 мл чаю на день [3]. Чай доступний у трьох основних формах - зелений чай, чай улун та чорний чай - залежно від рівня антиоксидантів та ступеня бродіння [1,4]. Згідно з наявною літературою, чай вперше вживався як напій або ліки китайським населенням близько 2737 р. До н. Е. [5]. В даний час чай споживають майже у всіх країнах світу, а Китай, Індія та Кенія є основними виробниками чаю, хоча його культивують на шести континентах [6,7]. Щорічно у світі виробляється та споживається приблизно три мільярди кілограмів чаю [8].

Чай в основному складається з поліфенолів, кофеїну, мінералів та мікроелементів вітамінів, амінокислот та вуглеводів. Тип поліфенолів, що містяться в чаї, буде змінюватися залежно від рівня бродіння, яке він зазнав. Зелений чай в основному складається з катехінів, тоді як чорний чай в основному містить дубильні речовини [3]. Примітно, що зелений чай вважається найбільш переважаючим джерелом катехінів серед усіх дієтичних джерел, випереджаючи шоколад, червоний виноград, вино та яблука [9]. Кофеїн у чайному листі коливається в межах від 2 до 5%, залежно від віку листа, тоді як молодші листя матимуть вищу концентрацію [10]. Відомо, що чай стимулює центральну нервову систему та серцеві функції у людей [3]. Різні мінерали, такі як фтор, марганець, хром, селен, кальцій, магній і цинк, присутні в чайних листках у різних концентраціях, залежно від процесу бродіння, віку та розміру чайного листя [9].

За даними Європейського управління з безпеки харчових продуктів (EFSA), на 100 мл зеленого чаю присутні 126 мг катехінів. Однак, згідно з даними Управління з контролю за продуктами та ліками (FDA), на 100 мл зеленого чаю буде присутній 71 мг епігалокатехінгалату. У випадку з чорним чаєм на 100 мл міститься 200 мг флавоноїдів [11].

Чай вважався ефективним ліками для лікування різних недуг у давньоазіатській народній медицині [3]. Він відомий своєю великою кількістю антиоксидантів. В даний час численні результати досліджень свідчать про роль чаю в опосередкуванні належного функціонування серцево-судинної системи, зменшенні маси тіла і навіть зменшенні ризику раку та нейродегенеративних захворювань [12]. Чай вважається функціональною їжею, оскільки він може надати багато фізіологічних переваг, крім свого поживного вмісту [8]. Його антиоксидантна властивість робить його головним регулятором опосередкування дії вільних радикалів, що значною мірою корисно для охорони здоров’я.

У цьому рукописі оглядаються описані властивості зеленого чаю проти фотостаріння, стійкості до стресу, нейрозахисту та аутофагії. Посилання на цей огляд були зібрані за результатами пошуку PubMed, в якому ключовими словами є зелений чай, фотостаріння, стійкість до стресу, нейропротекція та автофагія, а публікації, що входять до цього огляду, були розділені без урахування обмеження на рік.

2. Реактивні види кисню, окислювальний стрес та антиоксиданти

Будь-який зсув рівноваги, який може статися через зменшення антиоксидантів всередині системи або через збільшення АФК в результаті імунних процесів, призведе до окисного стресу [33,34]. Тривалий стрес і старіння можуть зіграти головну роль у зниженні ефективності ендогенних антиоксидантів проти окисного стресу [23]. АФК сприяють перекисному окисненню ліпідів у клітинних мембранах, поряд із зміною структури та функції різних ферментів та сприяють окисленню вуглеводів [18]. Усередині мозку це може призвести до неврологічних, вікових захворювань, таких як хвороба Паркінсона (PD) та хвороба Альцгеймера (AD) [35,36]. У зв'язку з цим екзогенні антиоксиданти можуть краще регулювати надлишковий рівень АФК всередині хазяїна. Визначення природних джерел антиоксидантів, переважно рослинного походження, може мати кілька переваг перед зосередженням уваги на хімічних сполуках. Природними джерелами можуть бути харчові добавки, які можуть перешкоджати ланцюговій реакції окислення, тим самим пригнічуючи процес окислення [20].

Відомо, що споживання багатих антиоксидантами (таких як поліфенольні та флавоноїдні речовини) фруктів та овочів [37] зменшує вплив різних вікових захворювань, включаючи ішемічну хворобу серця та рак [38,39]. Поліфеноли - це хімічні сполуки з однією або кількома фенольними групами на молекулу [18]. Вони можуть інгібувати індуковане АФК пошкодження ДНК, білків та ліпідів, а також виробляти запальні цитокіни поряд з активацією декількох шляхів передачі сигналу [40]. До різних типів поліфенолів належать флавоноїди (катехіни, ізофлавони та антоціани) та нефлавоноїди (фенольна кислота, бензойна кислота, ресвератрол тощо), і вони багато містяться у фруктах, овочах, чаї та інших природних джерелах [18 ]. Люди споживають у своєму раціоні різні сполуки з антиоксидантними властивостями, такі як вітамін С, токофероли, каротиноїди та флавоноїди. Вони можуть мати структурні та функціональні варіації, але їх комбінована дія допомагає знизити рівень АФК [20].

Аскорбінова кислота (вітамін С) вважається одним з найпотужніших, водорозчинних, природних антиоксидантів, з дуже малою кількістю токсинів, пов’язаних з нею, і який присутній у багатьох дієтичних продуктах харчування або рослинах [41]. Показано, що він позитивно впливає на аніон радикалу супероксиду, H2O2, гідроксильний радикал та синглетний кисневий радикал. Він також може нейтралізувати РНС у водних розчинах. Аскорбінова кислота рясно міститься в цитрусових, ківі, вишні, дині та помідорах, а також в таких листових овочах, як брокколі, цвітна капуста та капуста. Токофероли (вітамін Е) є найбільш широко використовуваними антиоксидантами і в основному присутні в горіхах, насінні та рослинних оліях [20].

Флавоноїди - найпоширеніші антиоксидантні компоненти, що містяться в рослинних джерелах. Флавоноїди є основними антиоксидантами в дієті, і, як відомо, вони захищають від серцево-судинних захворювань, зменшуючи рівень окислення ліпопротеїдів низької щільності. Апігенін, хризин, лютеолін, датисцетин, кверцетин, мірицетин, морин та кемпферол - одні з найбільш часто зустрічаються флавоноїдів [20]. Крім того, відомо, що фенольні кислоти також протидіють захворюванням, опосередкованим окислювальними пошкодженнями, таких як ішемічна хвороба серця, інсульт та рак [42]. Каротиноїди, які знаходяться переважно як харчові мікроелементи в раціоні людини [43], мають значні антиоксидантні властивості у рослинах [44] та людях. Вони можуть очищати синглетні молекулярні кисневі та пероксильні радикали [20,44]. Ці антиоксиданти з природних джерел широко прийняті як корисні, головним чином, через їх широкий спектр дії проти майже всіх видів окисників, поряд з дуже обмеженими побічними ефектами [20]. Екстракт зеленого чаю, зокрема, може також мати значний вплив на АФК та РНС [45], про що буде детально розказано в наступних розділах.

Однак слід дотримуватися належної обережності, щоб уникнути надмірного вживання антиоксидантів, оскільки це може завдати шкоди. Вітаміни A, E, C та β-каротин у високих дозах не виявляють користі для здоров’я, а навпаки, призводять до гіпервітамінозу та інтоксикації [46]. У США повідомлялося про тематичні дослідження щодо токсичних реакцій після споживання вітаміну А в дозі приблизно 100 000 МО/добу. Подібні результати також були повідомлені щодо вітаміну Е (3200 мг/день) та аскорбінової кислоти (4 г/день) [47].

3. Фотостаріння

Шкіра є найбільшим органом людського тіла і створює ефективний зовнішній бар'єр проти шкідливого впливу середовища та ксенобіотичних агентів, таких як куріння, забруднення у повітрі та воді, надмірна кількість олій та жирів, наркотиків та важких металів, які індукують зовнішнє старіння [48]. Це перша лінія захисту, яка захищає внутрішні органи тіла і підтримує гомеостаз за допомогою різноманітних механізмів [49]. Старіння шкіри - це складний процес, опосередкований внутрішнім процесом старіння та зовнішніми пошкодженнями, спричиненими зовнішніми факторами, такими як хронічне вплив УФ-опромінення - процес, відомий як фотостаріння [50,51] - що може призвести до еритеми, набряків, сонячних опіків, гіперплазії, передчасне старіння та розвиток немеланомного та меланомного раку шкіри [52]. УФ може спричинити пошкодження шкіри як безпосередньо, через поглинання енергії біомолекулами, так і побічно, через збільшення виробництва АФК [53].

Каскад змін відбувається на шкірі під впливом УФ-випромінювання, що призводить до фотостаріння. Фотостаріння шкіри багато в чому залежить від присутності в клітинах меланіну, який діє як перший рівень захисту від УФ-випромінювання. Однак надмірне вироблення меланіну може призвести до таких пошкоджень, як мелазма, веснянки та старече лентіго. Під час впливу УФ-випромінювання активується тирозиназа, що підсилює вироблення меланіну в клітинах [54]. Згодом УФ погіршує колагенові та еластинові волокна в шкірі, що призводить до утворення зморшок [55] разом із підвищенням рівня АФК та матричних металопротеаз, що пошкоджує колагенові волокна [56] і тим самим індукує фотостаріння. Паралельно з цим УФ-вплив індукує імуносупресію в клітинах шкіри, блокуючи тим самим нормальну функцію захисту від інфекції та видалення пошкоджених клітин. Імунодепресія опосередковується різними механізмами, такими як придушення контактної гіперчутливості (СНС), інфільтрація лейкоцитів, пошкодження ДНК та ослаблення антигенпрезентаційної здатності [51].

Виснаження озонового шару дозволяє легше проникати в землю УФ-випромінювання, що згодом підвищує рівень раку шкіри серед людей. Сонцезахисні креми широко використовуються для захисту шкіри від ультрафіолету. Його можна використовувати для розсіювання, відбиття або поглинання випромінювання. Однак такі сполуки, як діоксид титану та оксид цинку, у комерційних сонцезахисних кремах можуть створювати непрозорий шар на шкірі, що може пошкодити належне функціонування та живлення клітин шкіри [57]. Натуральні продукти з антиоксидантною активністю, які можуть підвищити ендогенну здатність шкіри та допомогти нейтралізувати АФК [53], слід розглядати як ефективну альтернативу цим хімічним агентам.

4. Camellia Sinensis (зелений чай)

Чай (Camellia sinensis) є одним з найпопулярніших антиоксидантів і найпоширенішим напоєм після води [1]. Зелений чай, улун і чорний чай є трьома основними формами чаю, і їх класифікують на основі рівня антиоксидантів та ступеня бродіння [1,4]. Листя чаю готують на пару при високій температурі після збору, щоб інактивувати поліфенольні окислювальні ферменти, які захищають більшість вітамінів, що містяться в чаї [4]. Таким чином, зелений чай має високий рівень антиоксидантів і використовується для його протистаріння [58] та нейропротекторних ефектів [58,59], поряд з лікуванням або профілактикою деяких захворювань, таких як рак [60], серцево-судинні захворювання [61,62], ожиріння [ 63] тощо.

Зелений чай в основному складається з поліфенолів (

7%), теанін, проантоціанідини та кофеїн (

3%). Серед різних поліфенолів основними складовими є катехіни та флавоноли (мірицетин, кемферол, кверцетин, хлорогенова кислота, кумариновая кислота та теогаллін). Катехін (C), епікатехін (EC), галлокатехін (GC), епігалокатехін (EGC), епікатехін галлат (ЕКГ), епігалокатехін галлат (EGCG) і галлокатехін галлат (GCG) є основними катехінами, присутніми в зеленому чаї [4,36 ]. Серед них EGCG, ЕКГ та EGC складають 80% від загальної кількості катехінів [64]. Якість зеленого чаю головним чином залежить від часу збирання та віку листя. Кількість теаніну, теоброміну, кофеїну, катехіну та GCG зменшувалась у наступних урожаях. Однак кількість ЕК, ЕГКГ та ЕГК зросла в тих самих умовах [64]. Так само було виявлено, що молоді листки (до 7-го листка) містять більшу кількість кофеїну, EGCG, ЕКГ та інших катехінів порівняно зі старими листками [65,66]. Вважається, що це відбувається через процес в’янення [66]. EGCG - найпоширеніший катехін, який становить 50–80% від загальної кількості катехінів у зеленому чаї. Він також вважається головним фактором, що сприяє різним перевагам зеленого чаю для здоров'я [36,67].

Листя свіжого чаю містять у середньому 30% катехінів від сухої маси, що становить флавонольну групу поліфенолів. Окрім цього, чай також містить хлорогенову кислоту та кумарилкуолінову кислоту, а також теогалін (3-галоїлхінову кислоту) та теанін (5-N-етилглютамін), які є унікальними для чаю. Кофеїн також присутній у чаї, поряд із незначними кількостями інших поширених метилксантинів, теоброміну та теофіліну. Чай також може накопичувати алюміній і марганець. Під час виготовлення чорного чаю спочатку структура листя порушується, що дозволяє аеробне окислення катехінів. Це опосередковується поліфенол-оксидазою, яка присутня в листі чаю разом з іншими ферментами. Ряд сполук, таких як бісфлаваноли, теафлавіни, епітефлавінові кислоти та терубігензасоби, утворюються в процесі конденсації різних хінінів. Відомо, що вони надають характерні смакові та кольорові властивості чорного чаю [1].

Оптимальне споживання зеленого чаю з антиоксидантами приносить багато переваг для здоров'я, таких як профілактика раку [60] та серцево-судинних захворювань [61,62], регулювання рівня холестерину [68], опосередкування втрати ваги [69,70,71], регулювання старіння, зменшення запальної реакції та контролю нейродегенеративних захворювань [72]. Також спостерігалося, що поліфеноли зеленого чаю виявляють потенційні ефекти у пригніченні карієсу та зниженні артеріального тиску, поряд з антибактеріальними, антиоксидантними та протипухлинними властивостями [9,73,74,75,76]. Помічено, що EGCG відіграє роль у хіміопрофілактиці раку [77]. Після споживання катехіни зеленого чаю піддаються метаболізму фази II, і було показано, що вони присутні у кон’югованій та некон’югованій формах у плазмі [78]. Хоча він і не є загальновизнаним, багато дослідників вважають, що зелений чай може чинити позитивний вплив на діабет [79,80]. Зелений чай знижує рівень окисного стресу [81] та інгібує засвоєння глюкози шляхом інсуліну [82].

5. Захисні ефекти зеленого чаю

5.1. Властивості антивікового старіння зеленого чаю

Поліфеноли, присутні в зеленому чаї, мають хорошу активність щодо знешкодження АФК, що робить його потенційним кандидатом у терапії проти старіння (Рисунок 1, Таблиця 1 і Таблиця 2). В недавньому дослідженні чайними поліфенолами годували мишей, які пройшли процес фотостаріння, опосередкований УФ. Значне збільшення вмісту гідроксипроліну спостерігалось in vitro, а активність каталази зростала разом із зменшенням вмісту білка карбонілу [83]. Встановлено, що водний екстракт зеленого чаю покращує шкіру мишей, уражених фотостарінням. Встановлено, що він підвищує рівень колагенових та еластинових волокон та зменшує експресію ферментів, що руйнують колаген ММР-3, демонструючи тим самим потенційні ефекти проти зморшок [84].