郜秋艳 尹杰 张金玉 陈猛 刘建军

摘要：茶叶中γ-氨基丁酸（GABA）是一种非蛋白质氨基酸，具有抗抑郁、降血压、增强记忆力、抗癌等功效，因此受到较多学者的关注。文章对近年来茶树中GABA的代谢机理、富集技术和GABA对人体健康作用等方面进行综述与展望，以期为系统研究茶叶中GABA和GABA茶产品开发提供理论依据。

关键词：茶叶;γ-氨基丁酸;代谢机理;富集技术;生理功能

Research Progress on the

γ-Aminobutyric Acid in Tea

GAO Qiuyan， YIN Jie， ZHANG Jinyu， CHEN Meng， LIU Jianjun*

College of Tea Science， Guizhou University， Guiyang 550025， China

Abstract： γ-Aminobutyric acid， non-protein amino acid in tea， has multiple health benefits， such as anti-depression， hypotensive action， improving memory and anti-cancer. The benefits of GABA， metabolic mechanism of GABA in tea plants and enrichment technology of GABA were reviewed in this paper. The aim of this article is provided theoretical basis for the systematic study of GABA and its application.

Keywords： tea， γ-aminobutyric acid （GABA）， metabolic mechanism， accumulation， physiological role

茶（Camellia sinensis），山茶科山茶属植物，是山茶属植物中栽培面积最广和经济效益最高的一个栽培种。茶是世界上最受欢迎的无酒精饮料之一，是非常重要的经济作物[1]，起源于我国西南地区，有文字记载的人工栽培历史已有3 000多年[2]。根据国家统计局数据，2019年我国茶园面积近307万hm2，采摘面积246万hm2，茶叶产量达280万t，干毛茶总产值达2 396亿元[3]。茶叶中茶多酚、氨基酸、咖啡碱、茶多糖、茶黄素和γ-氨基丁酸（GABA）等成分[4]，具有降血压、抗癌、抗氧化、提高免疫力、增强记忆力等功能[5]，深受广大消费者喜爱。

茶叶中GABA，是一种四碳非蛋白质氨基酸，属于谷氨酸衍生物，以自由态广泛存在于真核生物和原核生物中[6]。它是茶叶的重要生物活性成分，对哺乳动物有多重积极生理作用[7]。GABA广泛存在于多种植物中，如豆类[8]、南瓜[9]、辣椒[10]、番茄[11]、马铃薯[12]等植物的种子、根茎和组织液中;在动物体内一般多存在于神经组织中，是中枢神经系统中主要的抑制性神经递质之一[13]。前人研究表明GABA具有促进睡眠[14]、降血压[15]、促进乙醇代谢[16]、抗焦虑[17]、抗抑郁[18]、抗癌[19]和增强肝功能[20]等生理功效。GABA对癫痫[21]和帕金森病[22]等多种精神疾病也具有一定的疗效。随着我国经济高速发展，人们对美好生活需求、对身心健康追求的同时，GABA的保健作用一直备受重视，这些都推动着GABA茶产品的研究开发与利用。本文综述了茶叶中GABA的代谢机理和药理功能，以及茶叶中GABA富集技术等方面的研究内容，以期为系统研究茶叶中GABA及其应用提供理论依据。

一、茶树中GABA形成机理

前人研究已表明GABA不仅仅是植物中的一种代谢产物，也是一种应激诱导细胞间信号分子[23]，参与维持细胞溶质pH值、渗透调节和碳氮代谢[24]等。茶叶中GABA含量较低[25]，日本津志田藤二郎[26]在1987年发现茶树鲜叶经过一定时间的厌氧处理，其GABA含量增加了8.9倍，更多研究表明茶树中GABA在生物和非生物胁迫下会快速积累，如厌氧胁迫[27]、干旱胁迫[28]、盐胁迫[29]、酸胁迫[30]以及低温胁迫[31]等。

研究发现茶树中GABA的产生主要是谷氨酸（Glu）在谷氨酸脱羧酶（GAD）的催化作用下脱羧形成，该途径称为GABA支路，其次是多胺降解途径[32-33]。Wu等[27]以福云6号、福鼎大白茶、龙井43和平阳特早4种茶树鲜叶为试验材料，在厌氧和好氧连续处理条件下，进一步探究了GABA支路和多胺（PAs）降解途径对新鲜茶叶GABA积累的贡献率，结果表明GABA的富集主要来源于第一次厌氧处理时GABA支路途径，37%～47%的GABA来自第二次厌氧处理过程中PAs降解。

GABA在茶树中有2条合成途径：GABA支路和PAs降解（图1）。

1. GABA支路

茶树中GABA的合成主要是GABA支路：GAD将Glu催化脱羧形成GABA。代谢途径如下：三羧酸循环（TCA）中的α-酮戊二酸经谷氨酸脱氢酶（GDH）催化转氨生成Glu，Glu在GAD的作用下生成GABA[34]。然后GABA和α-酮戊二酸在γ-氨基丁酸转氨酶（GABA-T）的催化作用下，发生转氨反应，可逆生成Glu和琥珀酸半醛（SSA），SSA在琥珀酸半醛脱氢酶（SSADH）的作用下形成琥珀酸（SA），SA又进入三羧酸循环，上述反应和α-酮戊二酸氧化成SA的反应一起构成GABA支路[32，35]。部分SSA会在γ-羟丁酸脱氢酶（GHBDH）催化下形成γ-羟基丁酸（GHB）[36]。研究发现GABA支路中的3种关键酶分别为GAD、GABA-T和SSADH，其中GAD最适pH为5.8，GABA-T活性最适pH在8.6～9.0之间，SSADH最适pH在9.0～9.5之间[26，37]。Mei等[38]证实了茶叶中的3种GAD亚型，只有CsGAD1和CsGAD2具有催化活性，该研究团队后续实验进一步揭示了CsGAD亚型的特性以及受胁迫時在茶叶中的表达量。从机理角度出发，茶叶在偏酸性条件下，GABA富集效果更优。

2. 多胺降解

多胺降解途径在GABA支路产生GABA含量较低时作为辅助途径参与GABA的合成，其贡献率在30%左右。多胺降解途径是指二胺或多胺（PAs）分别经二胺氧化酶（DAO）和多胺氧化酶（PAO）催化产生γ-氨基丁醛，再经γ-氨基丁醛脱氢酶（AMADH）脱氢生成GABA的过程，最终与GABA支路交汇后参与TCA循环代谢[39]。多胺（PAs）包括腐胺（Put）、精胺（Spm）和亚精胺（Spd），其中以腐胺作为多胺生物代谢的中心物质[40-41]，DAO和PAO是分别催化生物体内腐胺、亚精胺和精胺降解的关键酶[42]。Chen等[43]研究揭示了厌氧胁迫可诱导多胺合成的关键性酶活性的提高，促进多胺的积累，同时多胺氧化酶活性也随之提高，通过多胺降解途径促进了GABA的合成与积累。目前对于多胺降解途径的研究多集中在豆类等双子叶植物上，有关茶树中多胺降解途径分子机理，尚有待进一步深入研究。

二、茶叶中GABA富集技术

1. 种植技术

金孝芳等[44]研究揭示了6种高氨基酸茶树品种（系）谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸、茶氨酸和氨基酸总量显著高于对照品种鄂茶1号，谷氨酸是生成GABA的前体物质，使得选择高氨基酸茶树品种生产高GABA茶具有现实意义。施加氨基酸叶面肥能够增产提质，张定等[45]研究比较了谷氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、苯丙胺酸、丙氨酸和甘氨酸等6种游离氨基酸不同浓度喷施茶树叶面肥，发现喷施0.5%谷氨酸5 d，鲜叶真空厌氧处理8 h是提高茶样中GABA含量的最优方法。邵文韵[46]进一步研究揭示了喷施叶面肥对茶叶GABA含量的影响。采用外源氨基酸叶面喷施和真空处理技术相结合的方式，比较了谷氨酸和谷氨酸钠溶液处理对提高茶叶中GABA含量的效果，发现相同浓度下，两者贡献值差异不显著。谷氨酸钠远高于谷氨酸在水中的溶解度，试验结果表明喷施10%谷氨酸钠溶液，真空处理12 h，其速溶茶粉中GABA含量可达3.8 mg/g。

2. 加工技术

已有研究表明，茶树在高浓度CO2条件下生长，茶叶中的总氨基酸含量增加[47]。厌氧能显著增加茶叶中GABA含量[48]。茶鲜叶浸泡后，GABA同样能够得到积累[49]。Sawai等[50]研究表明厌氧-好氧间歇处理的GABA富集效果优于连续厌氧处理。沈强等[51]进一步研究了厌氧-好氧间歇技术对茶叶富集GABA含量的影响。采用真空充氮和除氮充氧处理，经过微波杀青，茶叶中GABA含量达到1.86 mg/g，结合感官审评分析表明，随着GABA含量的提高，感官品质随之下降，以滋味下降最为显著。王芳等[52]以水仙驻芽三四叶为原料，摇青3次，在每次摇青后真空厌氧1 h，通过高效液相测定茶样中GABA含量，结果显示武夷岩茶GABA含量高达3.179 mg/g，该研究进一步表明不同茶树品种加工成不同茶类，GABA含量富集结果差异较大。

3. 微生物技术

微生物发酵法一般以谷氨酸或谷氨酸钠为底物，在谷氨酸脱羧酶的作用下发生特异性脱羧反应生成GABA[53-54]。目前研究中，用来生产GABA的高安全性微生物多数为乳酸菌[55]、酵母菌[56]和短乳杆菌[57]等。李亚莉等[56]研究发现近平滑假丝酵母GPT-5-11以液态形式接种到普洱茶中，能够显著提高茶样中GABA含量。结果表明，接种GPT-5-11菌株的普洱茶样品GABA含量在0.305 2～1.533 5 mg/g，在37 ℃定期翻堆接种液态菌条件下，茶样GABA含量最高达1.533 5 mg/g，达到了GABA茶的标准。Ma等[57]采用单因素试验和响应面法优化了短乳杆菌TCCC13007用于发酵生产GABA的条件。研究结果显示，以干燥剂麦芽糊精含量30%，进风温度130 ℃，进料速度600 mL/h，喷雾压力0.35 Mpa，固相质量分数4.5%，撞针间隔时间和撞针执行时间均以3 s为最佳。该研究结果具有较高的统计意义，为绿色发酵工业化生产γ-氨基丁酸奠定了基础。微生物技术制备GABA具有反应条件温和、对环境污染小、产量高和安全性能高等优点[58]，随着生物科技的高速发展，该技术有着十分广阔的前景。

4. 其他技术

林智等[59]研究发明了生产GABA茶的关键设备——6CY-4.0型茶鲜叶真空处理机。该设备操作简单方便，可进行批量生产，所产GABA茶的GABA含量为2.48～6.62 mg/g，其品质优于日本同类产品。针对云南大叶种茶的特点，郝强等[60]研发了设备机电一体化和PLC自动控制真空处理机，实现了GABA茶的清洁化规模生产，该设备处理量大，操作简单，成本低，能够适应云南茶叶生产的环境条件。GABA茶关键设备均是从GABA茶的加工原理和符合实际生产出发，多与真空厌氧处理相结合，对推动GABA茶的工业化生产具有积极作用。

三、茶叶中GABA药理功能

1. 缓解焦虑

神经生理医学研究证明GABA是中枢神经系统的抑制性神经递质之一，可以在痛觉调制通路中抑制痛信号的传递[61]。欧阳俊彦等[62]研究表明GABA能够有效缓解雄性SD大鼠焦虑情绪。通过饲喂雄性大鼠GABA，结果表明GABA能够增加焦虑大鼠在开放臂的停留时间以及进入开放臂的次数，同时还能明显改善焦虑大鼠的血脂代谢，缓解大鼠的焦虑状态。研究进一步揭示了GABA与L-茶氨酸联合干预对CUMS诱发大鼠的抑郁症具有一定的改善作用。周月等[63]通过CUMS法建立抑郁症大鼠模型，高剂量组大鼠的体重、糖水偏好程度、旷场试验的运动距离和站立次数均显著高于低剂量组和模型组，说明高剂量组GABA联合L-茶氨酸缓解焦虑及抗抑郁作用显著。He等[64]研究了口服GABA对情绪应激所致焦虑行为的影响。通过测定SD大鼠额叶皮质和血浆中NO代谢物含量，结果表明短时间内反复口服GABA可显著缓解应激引起的焦虑反應，同时还呈现出剂量依赖性，这一结果与周月等[63]的研究有着相通之处。

2. 降低血压

GABAA受体对心血管系统具有调控作用[65]。林智等[66]揭示了GABA能通过中枢神经系统的调节有效促进血管扩张，减少去甲肾上腺素的释放量，从而使血压降低;GABA还能较强抑制血管紧张素转换酶（ACE）的活性，减少血管紧张素Ⅱ的合成，进而使血压降低。Minoo等[67]通过对雄性Wistar大鼠注射（500、1 500和2 500 pmoL/100nL）GABAA受体激动剂，通过t检验比较分析病例组与对照组大鼠平均动脉压和心率变化，首次证明腹侧被盖区（VTA）的GABA系统是通过激活GABAA受体而不是GABAB受体来控制心血管系统。富含GABA的茶叶能使血压降低，谭俊峰等[15]在实验中设置低、中、高（0.83、1.67、5.00 g/kg）3个剂量组，分别相当于人体推荐剂量的5、10、30倍;同时设置高血压模型对照组和正常动物高剂量对照组;给白鼠灌胃茶湯30 d，该研究结果显示高剂量组（5.00 g/kg）具有显著性的降血压效果，同时对大鼠的血压及心率均无影响。该研究表明γ-氨基丁酸超微绿茶粉对高血压动物具有一定的降血压功能。目前关于GABA茶降血压研究虽然比较多，但是关于人体GABA摄入量的降压标准及范围研究仍然较少，可作为新的方向进行后续拓展研究。

3. 治疗癫痫

研究已证明癫痫是多种原因导致的脑部神经元高度同步化异常放电的神经系统综合征，主要特征是反复自发性发作[68]。许多研究证实GABA的缺乏会引发癫痫的发生，GABAA受体可介导抑制性突触后电流从而对癫痫发作产生抑制作用，GABAB受体可调节神经元突触神经递质的释放和迟发性抑制性突触后电位，在控制癫痫的兴奋性方面起重要作用[69]。Hou等[70]通过临床治疗研究证实普洱茶及其GABA对患有不同程度癫痫病人均有一定的疗效;对儿童、青少年患者及轻症患者疗效明显，对重症与难治性病痛患者可减轻症状，结合GABA使用，可减少抗癫痫药物的用量，进而降低药物的副作用等。彭海峰等[71]探究了癫痫患者智能状况与脑脊液GABA（CSF-GABA）含量的关系，发现癫痫患者智能障碍组脑脊液中GABA的浓度极显著低于智能正常组，说明脑脊液中GABA的含量能在一定程度上反映癫痫患者的智力水平，该研究可以为癫痫的临床判断、预防和治疗提供依据。

4. 抗癌功能

GABA抑制性作用是通过与其受体相结合使之激活，进而抑制肿瘤细胞增殖。GABA受体有3种类型即GABAA、GABAB和GABAC，其中GABAA和GABAC是离子型受体，GABAB是代谢型受体[72]。胰腺癌是十分具有致命性的恶性肿瘤之一，Zhu等[73]研究结果显示GABAB受体的表达受到抑制时会加剧胰腺癌疼痛级别，抑制microRNA-330的表达可恢复GABAB受体的表达，减轻胰腺癌的疼痛，这可为胰腺癌的预后提供新的治疗靶点。Shu等[74]进一步揭示了GABA受体对癌症起到抑制作用，其研究结果显示，GABA受体激活后能够显著抑制结肠直肠肿瘤细胞HT29的增殖。在茶叶中，Wang等[75]研究发现GABA茶提取物比常规茶叶中主要儿茶素成分表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）更具有遗传毒性和促氧化性，GABA茶提取物与铜离子协同促使脱氧核糖核酸裂解，说明GABA茶提取物具有潜在抗癌的可能。Chuang等[76]进一步研究发现在GABA茶提取物中锌离子可作为助氧化剂来增强调制DNA裂解，GABA茶具有氧化和抗氧化双重特性。这些研究和发现给预防和治疗癌症提供了新的途径，为未来高含量GABA茶产品开发及功能研究提供了新的途径和方向。

5. 提高记忆力

在动物大脑中，GABAA是GABA最重要的受体，GABAergic突触传递大多都由GABAA介导[77]。Dashniani等[78]研究分析了MS-GABAergic 损伤引起海马谷氨酸能（Gluergic）和GABAergic受体表达的显著变化，大鼠在训练后3 d内表现出记忆滞留缺陷，明确了GABA对长期空间记忆具有正面影响作用。Engin等[79]研究表明Glu与GABA的代谢调节对学习记忆有着重要作用，在一定范围内，Glu与GABA的比值升高对学习记忆有促进作用，但比值过高时则有抑制作用。

6. 缓解肝细胞凋亡

脂多糖/D-半乳糖胺诱发的急性肝衰竭（ALF）具有较高的死亡率。Hata等[80]通过给予ALF模型C57BL/6NHsd小鼠GABA预处理，对小鼠血液和肝组织中蛋白进行分析，结果表明GABA处理组小鼠脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记阳性肝细胞和肝细胞坏死显著减弱，caspase-3、H2AX和p38 MAPK蛋白水平降低，Jak2、STAT3、Bcl-2和Mn-SOD表达增加。GABA通过其介导的STAT3信号通路保护小鼠免于急性肝衰竭。该研究推测预先给予GABA可能是移植前优化边缘供体肝脏的有效方法。Shilpa等[81]进一步研究发现GABAB受体和5-羟色胺2A受体（5-hydroxy tryptamine 2A receptors）偶联信号元件在GABA和5-羟色胺（5-HT）壳聚糖纳米粒诱导肝细胞增殖中起重要作用，改善了肝再生过程中的细胞信号机制， 促进肝细胞快速增殖并减少损伤。Liu等[82]发现抑制甜菜碱/γ-氨基丁酸转运蛋白-1（BGT-1）的表达，可减少小鼠肝脏中的细胞凋亡，BGT-1是预防和治疗肝细胞凋亡相关疾病（例如ALF）有希望的候选药物靶标。这些研究均表明GABA对于治疗肝脏疾病具有重要意义。

7. 治疗糖尿病

糖尿病的发病率在世界范围内急剧上升，现在被认为是人类健康的主要威胁之一，其特征是胰腺细胞功能失调，胰岛素分泌或作用缺陷，从而导致慢性高血糖。γ-氨基丁酸对糖尿病的治疗作用已得到广泛研究。Tian等[83]研究发现，γ-氨基丁酸可以作为早期Ⅰ型糖尿病治疗剂，抑制Ⅰ型糖尿病的炎症反应。Wang等[84]证明了GABA可以减缓应激诱导的胰岛β细胞凋亡，对胰岛炎症和全身炎症具有抑制作用。Abdelazez等[85]认为短乳杆菌LAB菌株产生的GABA可应用于食品和药物，实验结果表明能够显著降低小鼠血糖和胰岛素水平，可用于降低Ⅰ型糖尿病的发病率。Cherng等[86]的研究再次证明了GABA茶能显著降低大鼠血糖水平，抑制链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠大脑皮质细胞凋亡和自噬，缓解慢性炎症。

8. 其他功能

除了上述生理功能外，Kanehira等[87]研究发现饮用GABA饮料，可有效缓解疲劳，提高工作效率。GABA红茶[88]和GABA毛叶茶[89]均能提高睡眠质量。GABA还具有镇痛作用[90]、抗氧化[91]、抗衰老[92]、调控生殖[93]和治疗哮喘[94]等多种生理功能。目前，GABA的保健功能越来越受研究学者的重视，与之相关的研究越来越多，但是大多数试验仍然是建立在模型动物上。

四、茶叶中GABA的开发展望

目前GABA在植物中的形成机理已比较明确，但有关茶树中GABA形成机理尚未有较为系统的研究，综合基因组学、代谢组学和遗传学等多种学科，深入探讨GABA在茶叶中形成机制应该是将来的一个重要研究方向。

GABA对人体健康和保健具有积极作用，市面上已经有富含GABA的绿茶[95]、普洱茶、红茶以及乌龙茶[96]在生產销售，其产品受到了一些消费者特别是高血压患者的青睐。

近几年关于GABA茶的抗抑郁、抗癌和抗糖尿病等其他功能相继被发现，GABA与其相关药物配合使用，不仅能够扩大药物治疗功效的同时，还能有效降低药物的使用量，减轻其副作用，为预防和治疗癌症、糖尿病等疾病提供了新途径，可作为未来的研究方向。开发GABA茶的特有功能，如果能够得到更大限度的产品转化，在GABA的众多功能研究的基础上，挖掘GABA茶的功能性，开发天然功能性产品，符合当今保健行业的发展趋势，具有广阔的市场发展前景，同时也对人类健康具有更加重大的意义。

在生产技术上，经厌氧、浸泡等处理加工而成的GABA茶容易产生不愉快的气味以及产生红梗、红叶，影响成品茶品质，所以提升GABA茶的感官品质，工艺改进、生产设备研发，是值得以后探索研究的创新课题。

目前我国许多产茶区主要采摘春茶，夏秋茶利用率较低，而安吉白茶、黄金芽等高氨基酸茶树品种，不仅春茶氨基酸含量较高、内含成分丰富，其夏秋茶品质也十分出色。如若能充分利用夏秋茶资源，采用合适的GABA富集方法，开发富含GABA天然功能性的茶产品，不仅可以提高我国夏秋茶产品的附加值，延长茶产业链，开发茶产业新的经济增长点，还可以促进我国茶产业的可持续发展，具有重大的经济价值和社会意义。

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