本文系Food Science and Human Wellness原创编译，欢迎分享，转载请授权。
Introduction
肥胖是慢性疾病的“发动机”。据《中国居民营养与慢性病状况报告（2020年）》显示，我国超重肥胖人口高居全球第一，有超过50%的成年人超重或肥胖。线粒体解偶联蛋白1（UCP1）是特异性表达于棕色脂肪中的产热调控蛋白，增加脂肪组织中UCP1的表达促进白色脂肪棕色化和棕色脂肪产热是一种非中枢依赖的抗肥胖策略。但目前为止仍未有基于此机制的抗肥胖药物上市。
“神农尝百草，一日遇七十二毒，得茶而解”。茶是重要的药食同源物质，茶鲜叶经全发酵可获得红茶。发酵过程中茶多酚含量降低，茶黄素、茶褐素等茶色素含量增加，造就红茶香气浓郁，口感醇厚的特点，为众多饮茶爱好者所钟爱，已有研究报道红茶具有一定的代谢调节作用。对红茶抗肥胖作用及具体机制进行研究将为肥胖的防治提供物质基础和理论依据。
中国医学科学院北京协和医学院药物研究所的马鹏、杜冠华研究员、强桂芬研究员与中粮营养健康研究院营养健康与食品安全北京市重点实验室团队针对标准化提取工艺获得的红茶提取物，从体内体外两个角度对红茶提取物开展抗肥胖和代谢改善作用的评价，采用网络药理学结合分子对接预测其抗肥胖靶点，并在白色脂肪和棕色脂肪细胞系中进行靶点确证。这一研究证实红茶提取物具有促产热抗肥胖作用且伴随代谢获益；同时明确了红茶提取物的抗肥胖关键靶点，为未来抗肥胖药物的开发提供了新的潜在靶点。
Results and Discussion
红茶提取物特征性成分含量测定
系统分析法显示，红茶提取物中茶黄素含量5.7%，茶红素含量32.8%，茶褐素含量41.4%，HPLC检测表明除咖啡碱和EGCG外，茶黄素类化合物、咖啡碱、没食子酸等成分都显著高于普通红茶。奠定了本研究所用红茶提取物的物质基础，为阐明其药理学活性提供依据。
图1 红茶发酵提取过程及特征性物质鉴定
红茶提取物促进白色脂肪细胞和棕色脂肪细胞产热
细胞产热是组织产热的基础，使用红茶提取物处理3T3-L1白色脂肪细胞系和WT1棕色脂肪细胞24 h后，脂肪细胞以UCP1为代表的产热基因和蛋白表达出现上调，初步表明红茶提取物可能具有促进白色脂肪棕色化和棕色脂肪产热的活性。
图2 红茶提取物上调3T3-L1和WT1细胞产热基因和蛋白
红茶提取物促进正常C57小鼠白色脂肪棕色化和棕色脂肪产热
在证实细胞活性的基础上，正常饮食喂养的C57小鼠给予红茶提取物给药后表现出体质量下降、葡萄糖负荷后血糖水平降低，脂肪含量减少等体质量和代谢调节效应，同时不影响摄食摄水量。此外，红茶提取物能够上调正常饮食C57小鼠皮下脂肪（SAT）、内脏脂肪（VAT）和棕色脂肪（BAT）中以UCP1为代表的产热相关基因和蛋白，减少脂肪细胞面积，增加多房细胞的数量，在动物水平表现出促进白色脂肪棕色化和棕色脂肪产热的活性。
图3 红茶提取物调节正常C57小鼠体质量和糖代谢并促进脂肪产热
红茶提取物改善饮食诱导肥胖（DIO）小鼠肥胖
DIO小鼠因其发病机制和病程与人类肥胖基本一致，故常用于抗肥胖药效学评价。红茶提取物给药15周显著抑制小鼠体质量增长，减少体内脂肪含量，降低脂水比，且不影响摄食摄水量。中枢食欲抑制剂曾是抗肥胖药物研发的重要方向，但因多款中枢食欲抑制剂先后因致癌、致抑郁和导致自杀倾向等严重不良反应撤市，中枢食欲抑制剂渐渐淡出市场。但本研究证实红茶提取物具有抗肥胖作用，且与中枢摄食抑制无关。
图4 红茶提取物抑制DIO小鼠体质量增长和脂肪生成
红茶提取物改善饮食诱导肥胖（DIO）小鼠糖代谢紊乱
肥胖往往伴随糖代谢紊乱。体内脂肪，尤其是内脏脂肪的堆积是胰岛素抵抗和2型糖尿病的重要病因。红茶提取物在改善肥胖的同时，能够显著降低非禁食血糖、禁食血糖、血浆胰岛素和胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）。综合葡萄糖耐量试验（GTT）和胰岛素耐受试验（ITT）证实红茶提取物能够显著改善DIO小鼠糖代谢紊乱。
图5 红茶提取物改善DIO小鼠糖代谢
红茶提取物促进DIO小鼠白色脂肪棕色化和棕色脂肪产热
在前述结果的基础上，采用红外热成像仪对DIO小鼠背部热量耗散进行检测，结果表明红茶提取物能够剂量依赖性增加小鼠背部热量耗散，提示红茶提取物的抗肥胖作用可能与促产热效应有关。检测产热相关基因和蛋白后证实，红茶提取物能够上调DIO小鼠SAT、VAT和BAT中UCP1等产热基因和蛋白，脂肪组织HE染色同样表现出细胞面积减少和多房细胞增加等促产热组织学表现，证实红茶提取物通过促进DIO小鼠白色脂肪棕色化和棕色脂肪产热发挥抗肥胖作用。
图6 红茶提取物促进DIO小鼠白色脂肪棕色化和棕色脂肪产热
生物信息学预测红茶提取物抗肥胖靶点
网络药理学是一种适用于多靶点疾病和多组分药物的药理学研究方法，采用红茶特征性成分及其衍生物和肥胖相关靶点进行预测，并经AutoDock分子对接验证，显示红茶提取物抗肥胖靶点可能在氮代谢通路中，进一步的细胞和组织实验发现，碳酸酐酶2（CA2）基因的表达出现一致上调，提示CA2可能是红茶提取物的抗肥胖关键靶点。
图7 CA2是红茶提取物促产热抗肥胖的潜在关键靶点
红茶提取物抗肥胖靶点确证
PKA和AKT（又称PKB）是细胞内重要的能量代谢信号通路，实验证实红茶提取物能够激活细胞内的上述两条通路，此外，在3T3-L1和WT1脂肪细胞中，慢病毒转染ShRNA敲低CA2基因后，红茶提取物上调UCP1活性被阻断。继而分别采用PKA和AKT通路特异性抑制剂联合慢病毒转染敲低CA2表明红茶提取物的促产热抗肥胖作用依赖于CA-AKT-UCP1轴。
图8 红茶提取物促产热抗肥胖作用依赖CA2-AKT-UCP1轴
红茶提取物改善DIO小鼠肠道菌群协同促产热和代谢改善作用
代谢性疾病的发生发展往往与肠道菌群密切相关。通过对DIO小鼠肠道菌群进行16S rDNA测序发现红茶提取物给药能够改善小鼠菌群多样性，且与代谢改善作用明显相关。PICRUSt 2菌群功能预测显示，红茶提取物菌群改善作用可能与α-葡萄糖苷酶相关，α-葡萄糖苷酶受抑制后，未消化的短链脂肪酸堆积在肠道内被分解为丙酮酸，丙酮酸在肠道内可分解为H2S或CO2，但红茶提取物给药抑制Helicobacter, Desulfovibrio 和Clostridium等产H2S菌，因此增加作为CA2底物的CO2产生，进而协同促产热效应。
图9 红茶提取物改善肠道菌群且与代谢改善及促产热效应正相关
Conclusion
本研究证实红茶提取物是一种具有抗肥胖作用的产热激活剂，并具有代谢改善作用，其促产热作用依赖于CA2-AKT-UCP1轴，此外，肠道菌群的调节对红茶提取物的促产热抗肥胖和代谢改善作用具有协同效应，有助于红茶提取物作为药食同源物质的开发。同时，本研究初步表明CA2是潜在的抗肥胖新靶点，有助于基于新靶点的抗肥胖药物研发。
图10 红茶提取物促产热抗肥胖作用模式图
第一作者
马鹏， 男，中国医学科学院北京协和医学院药物研究所博士在读。主要研究方向为代谢性疾病药理学及新药发现。发表SCI文章13篇，其中第一或共同第一作者7篇，申请国家发明专利4项，PCT专利1项，参与国家自然科学基金面上项目1项。
通信作者
强桂芬，博士，研究员，博士生导师。2012~2016年先后在美国艾默里大学和伊利诺伊大学从事肥胖与糖尿病基础与新药研发等相关领域的博士后研究工作。2016年10月回国作为引进人才到中国医学科学院药物研究所工作。迄今在Nat Commun, Diabetes, Cell Metab等期刊发表论文50余篇，现为J Mol Cell Biol，Biomed Pharmacother，J Diabetes，Int J Endocrinol，中国药理学通报，国际内分泌代谢杂志等专业杂志审稿人。获得授权专利6项。获天津市科学技术进步奖三等奖1项。目前主持国家自然科学基金面上项目2项，中国医学科学院药物所引进人才科研基金等多项科研项目 。
杜冠华，博士，国际欧亚科学院院士，长聘教授，研究员，博士生导师。现任中国医学科学院、北京协和医学院药物研究院副院长，国家药物筛选中心主任。中华人民共和国国务院政府特殊津贴专家。兼任中国药理学会党委书记、国际基础与临床药理学联合会（IUPHAR）执行委员会委员、亚太药理学家联盟（APFP）执行委员会委员、中国晶体学会药物晶体学专业委员会名誉主任委员、国家科技重大专项“重大新药创制”总体专家组专家、中国药典委员会委员、中华医学会中华医学科技奖评审委员等职务。担任《Pharmacological Research -Modern Chinese Medicine》杂志主编，以及《Pharmacology & Therapeutics》、《中国药理学报》、《医药导报》、《中国药理学通报》等杂志副主编，《药学学报》《中国临床药理学与治疗学》、《国际药学研究》、《过程工程学报》、《中国药理学与毒理学杂志》、《中国药学杂志》、《Marine Drugs》、《基础医学与临床》、《生物信息学》等杂志编委。长期从事药学科研教学工作，发表论文数百篇，主编主译专著数十（册）部，国际国内专利授权50余件。
Carbonic anhydrase 2 mediates anti-obesity effects of black tea as thermogenic activator
Peng Maa, Jie Xiaob, Biyu Houa, Ping Hec, Xinyu Yangd, Yisa Wanga,e, Zijing Wanga, Tianshu Xua, Xiuying Yanga, Xuan Zhuf, Shasha Xiangf, Song Lig, Guanhua Dua,*, Jian Yingb,h,*, Guifen Qianga,*
a State Key Laboratory of Bioactive Substance and Function of Natural Medicines, Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College and Beijing Key Laboratory of Drug Target and Screening Research, Beijing 100050, China
b COFCO Nutrition and Health Research Institute, Beijing 102209, China
c School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China
d Faculty of Biology, Medicine and Health Sciences, The University of Manchester, Manchester M13 9PL, United Kingdom
e Changchun University of Chinese Medicine, Changchun 130117, China
f School of Food Science and Biotechnology, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China
g China Tea Technology (Beijing) Co., Ltd., Beijing 102209, China
h Beijing Key Laboratory of Nutrition, Health and Food Safety, Beijing 102209, China
*Corresponding author.
Abstract
Obesity is a metabolic disorder due to over-accumulation of adipose tissue and ultimately becomes a “disease”. Brown adipose tissue (BAT) thermogenesis and white adipose tissue (WAT) browning emerge as a potential strategy of anti-obesity by dissipating energy as heat. However, drugs based on adipose tissue thermogenesis have not been successfully approved yet. In current study, we found that black tea extract (BTE) obtained by patent-authorized manufacturing process prevented body weight gain as novel thermogenic activator with reduction of adiposity, improvement of adipose distribution, and glucose metabolism improvement in diet-induced obesity mice. Mechanismly, anti-obesity effect of BTE depends on promoting BAT thermogenesis and WAT browning with upregulation of uncoupling protein 1 (UCP1), especially visceral adipose tissue (VAT) with browning resistance. Specifically, utilizing in silico approach of network pharmacology and molecular docking, we identified carbonic anhydrase 2 (CA2) in nitrogen metabolism as anti-obesity target of BTE and further elucidated that protein kinase B (AKT) signaling pathway linked CA2 and UCP1. Meanwhile gut microbiota regulation may prompt the CA2-dependent thermogenesis activation. Our findings demonstrated anti-obesity effect of BTE as thermogenic activator through CA2-mediated BAT thermogenesis and WAT browning via CA2-AKT-UCP1 signaling pathway, which could be developed as promising anti-obesity agent with good safety and efficacy.
Reference:
MA P, XIAO J, HOU B Y, et al. Carbonic anhydrase 2 mediates anti-obesity effects of black tea as thermogenic activator[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(5): 2917-2936. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250236.
本文编译内容由作者提供
编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇
封面图片来源：图虫创意
为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。
长按或微信扫码进行注册
会议招商招展
联系人：杨红；电话：010-83152138；手机：13522179918（微信同号）
