Green tea and obesity: Effects of catechins on the energetic metabolism

Otyłość jest przewlekłą chorobą niezakaźną, którą Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) definiuje jako nadmierne nagromadzenie tkanki tłuszczowej, mające niekorzystny wpływ na zdrowie. W ostatnich latach liczba osób otyłych drastycznie wzrosła, dlatego schorzenie jest określane epidemią XXI wieku [27]. Nadmierna masa ciała przyczynia się do rozwoju chorób towarzyszących, m.in. cukrzycy typu 2 i negatywnych zmian w układzie sercowo-naczyniowym, a także zaburzeń w funkcjonowaniu układu ruchu i niektórych nowotworów, takich jak rak przełyku, jelita grubego, nerki, piersi, macicy oraz prostaty – wielokrotnie wykazywano, że zapadalność na te choroby jest związana z nadmierną masą ciała [5].

Obecnie uwaga naukowców coraz częściej skupia się na substancjach naturalnych, mogących mieć zastosowanie zarówno w prewencji, jak i w zwalczaniu wielu chorób. W centrum zainteresowań znalazły się aktywne biologicznie związki, mogące włączać się w metabolizm człowieka i działać prozdrowotnie – nutraceutyki. Do tej grupy zalicza się katechiny – bezbarwne, rozpuszczalne w wodzie związki fenolowe, występujące przede wszystkim w herbacie i kakao [1]. Katechiny obecne w kakao, ciemnej czekoladzie czy czerwonym winie mają przede wszystkim działanie kardioprotekcyjne, natomiast katechiny obecne w zielonej herbacie mają duży wpływ na metabolizm lipidów i węglowodanów, dzięki czemu związki te są uważane za potencjalny środek wspomagający zarówno prewencję, jak i terapię nadwagi i otyłości [1].

Napar z herbaty zielonej – niefermentowanych liści krzewu Camellia sinensis – jest szczególnie bogatym źródłem katechin. Najbardziej aktywnym związkiem z tej grupy, jednocześnie występującym w herbacie w największej ilości (27,16 mg/100 ml), jest galusan epigallokatechiny (EGCG). Inne, występujące w mniejszym stężeniu, to epigalokatechina (EGC), epikatechina (EC), galusan epikatechiny (ECG), galokatechina (GC), katechina (C) i galusan gallokatechiny (GCG) [9]. Związki te charakteryzują się dużą biodostępnością, a liczne badania sugerują, że spożywanie naparu lub ekstraktu z zielonej herbaty może chronić przed przerostem tkanki tłuszczowej i nadmierną masą ciała, a także wspomagać proces jej redukcji.

W badaniu przekrojowym przeprowadzonym wśród mieszkańców Tajwanu wykazano, że u osób wypijających kilkaset mililitrów herbaty zielonej lub oolong codziennie przez 10 lat zawartość tkanki tłuszczowej w organizmie była mniejsza niż w grupie kontrolnej, którą były osoby niespożywające regularnie naparu herbacianego, tj. przynajmniej jeden raz w tygodniu przez minimum pół roku. W grupie badanej zaobserwowano również mniejszy obwód pasa i mniejszy stosunek obwodu pasa do obwodu bioder (WHR) w porównaniu z grupą kontrolną [38]. Od tamtej pory wpływ picia herbaty na ilość zgromadzonych w organizmie lipidów analizowano w licznych badaniach klinicznych. W doświadczeniu z podwójną ślepą próbą zdrowych mężczyzn podzielono na dwie grupy – badaną, do której zaliczono osoby spożywające herbatę oolong wzbogaconą ekstraktem z zielonej herbaty oraz grupą kontrolną, którą tworzyli mężczyźni pijący ten sam napar, ale zawierający jedynie 3% dawki ekstraktu grupy badanej. Po upływie 12 tygodniu u mężczyzn z grupy badanej zaobserwowano obniżenie masy ciała, wskaźnika masy ciała (BMI), obwodu pasa oraz ilości tkanki tłuszczowej [25]. Podobny eksperyment przeprowadzili Maki i wsp. [23]. W randomizowanym badaniu z podwójną ślepą próbą udział wzięły osoby, u których zdiagnozowano nadwagę lub otyłość. Przez 12 tygodni połowa uczestników otrzymywała napój kontrolny, zawierający kofeinę, natomiast druga grupa – napój wzbogacony w katechiny (około 625 mg). Po upływie tego czasu u wszystkich uczestników zaobserwowano redukcję całkowitej i podskórnej brzusznej tkanki tłuszczowej, jednak w grupie badanej była ona istotnie większa. Nowsze badania potwierdzają te obserwacje. Osoby otyłe, u których stwierdzono zespół metaboliczny, podzielono na 3 grupy:

kontrolną (4 szklanki wody/dzień),

W każdej z grup badanych ilość przyjmowanego EGCG była taka sama. Po upływie 8 tygodni zanotowano obniżenie masy ciała oraz BMI u osób z obu grup badanych [2]. W tym samym roku przeprowadzono badanie z udziałem kilkudziesięciu osób w podeszłym wieku ze zdiagnozowanym zespołem metabolicznym, które podzielono na dwie grupy – grupa badana miała spożywać napar z 1 g zielonej herbaty trzy razy dziennie (łącznie 3 g) przez 60 dni. Po tym czasie zanotowano istotną statystycznie redukcję masy ciała, BMI oraz obwodu talii w porównaniu z grupą kontrolną [36]. Podobne wyniki uzyskano w doświadczeniu, w którym udział wzięły kobiety z otyłością brzuszną. Codzienne przyjmowanie dużej dawki ekstraktu z zielonej herbaty (856,8 mg) przez 12 tygodni obniżyło u nich masę ciała oraz obwód pasa [4]. Niedawno przeprowadzono metaanalizę, obejmującą kilka badań klinicznych z grupą kontrolną, analizujących wpływ spożycia zielonej herbaty w różnej postaci na wartość parametrów związanych z ilością tkanki tłuszczowej i masą ciała. W badaniach wzięły udział kobiety w różnym wieku, u których stwierdzono nadwagę lub otyłość. Istotne statystycznie obniżenie BMI i masy ciała zaobserwowano zarówno w grupach badanych, jak i placebo, jednak tylko w grupach badanych stwierdzono obniżenie obwodu pasa i ilości tkanki tłuszczowej [20].

Badania in vitro sugerują, że katechiny zielonej herbaty mogą obniżać wchłanianie tłuszczów w enterocytach – wykazano ich hamujący wpływ na aktywność lipazy trzustkowej, enzymu rozkładającego triacyloglicerole do wolnych kwasów tłuszczowych i monoacylogliceroli w dwunastnicy [11]. U podłoża tego zjawiska leży prawdopodobnie zdolność katechin (EGC, EGCG) do obniżania aktywności lipazy trzustkowej w wyniku inhibicji kompetycyjnej [28]. Ponadto związki te upośledzają emulsyfikację lipidów w treści jelitowej, a zbyt duża średnica kropli lipidowych znacznie utrudnia działanie lipazy [30]. Ograniczenie wchłaniania lipidów w przewodzie pokarmowym pod wpływem zielonej herbaty potwierdzają badania na zwierzętach. U myszy z otyłością indukowaną dietą bogatotłuszczową kilkunastotygodniowa suplementacja EGCG istotnie obniżyła masę ciała w porównaniu z grupą kontrolną, a zaobserwowana zmiana była skorelowana z większą zawartością lipidów w kale myszy [3]. Podobny wynik otrzymali Grove i wsp. [10] – po kilku tygodniach suplementacji EGCG masa ciała otyłych myszy zmniejszyła się; jednocześnie obserwowano zwiększenie zawartości tłuszczów w kale zwierząt w porównaniu z grupą kontrolną.

Przeprowadzono wiele badań na zwierzętach poświęconych wpływowi aktywnych składników zielonej herbaty na biosyntezę i akumulację lipidów w komórkach. U szczurów otrzymujących bogatotłuszczową paszę podawanie przez 4 tygodnie EGCG obniżało przyrost masy ciała oraz tkanki tłuszczowej. Zwiększenie dawki z 40 do 160 mg/dzień oraz podawanie z kofeiną (20 mg) spowodowało obniżenie masy ciała do poziomu niższego niż u szczurów z grupy kontrolnej, których dieta była standardowa [40]. Również u myszy, u których zastosowano dietę bogatotłuszczową, suplementacja EGCG obniżała masę tkanki tłuszczowej, a także wątroby, w której stwierdzono mniejszą zawartość triacylogliceroli (TAG) [3]. Liczne badania in vitro i in vivo wykazały, że pod wpływem EGCG obniżona zostaje akumulacja lipidów w mysich adipocytach. Mechanizm tego zjawiska obejmuje hamujący wpływ EGCG na ekspresję genów kodujących białka zaangażowane w adipogenezę. Najważniejszym z nich jest receptor jądrowy PPAR-γ, będący czynnikiem transkrypcyjnym pobudzającym różnicowanie i dojrzewanie adipocytów. Inkubacja mysich komórek tłuszczowych z EGCG istotnie obniżała ekspresję genu kodującego to białko [19, 24]. Obserwację potwierdzono in vivo – w szczurzym modelu otyłości indukowanej bogatotłuszczową dietą, wzbogacenie paszy w katechiny zielonej herbaty obniżało nie tylko ilość mRNA PPAR-γ, ale też zwiększało fosforylację tego czynnika transkrypcyjnego, co obniżało ilość aktywnych cząsteczek białka w trzewnej tkance tłuszczowej [33]. Hamowaniu różnicowania izolowanych adipocytów pod wpływem EGCG towarzyszyło obniżenie aktywności dehydrogenazy glicerolo-3-fosforanowej (GPDH), enzymu katalizującego przekształcenie fosfodihydroksyacetonu w glicerolo-3-fosforan, będący substratem w biosyntezie TAG [24].

Oprócz PPAR-γ czynnikiem regulującym proces adipogenezy, przez wpływ na ekspresję genów kodujących enzymy lipogenne, jest białko wiążące sekwencję odpowiedzi na sterole 1c (SREBP-1c). U myszy otrzymujących bogatotłuszczową paszę, włączenie do diety EGCG istotnie obniżało ekspresję genu kodującego ten czynnik transkrypcyjny i genów będących pod kontrolą SREBP-1c, przede wszystkim syntazy kwasów tłuszczowych (FAS), głównego enzymu lipogennego, katalizującego przekształcenie acetylo-CoA i malonylo-CoA w kwas palmitynowy [7, 18]. Podobną obserwację zanotowano u szczurów po owariektomii żywionych bogatofruktozową karmą, u których suplementowano mieszankę katechin w postaci proszku [31]. U myszy z otyłością indukowaną bogatotłuszczową dietą, u których po suplementacji EGCG zaobserwowano obniżenie masy wątroby oraz zawartości TAG w tym narządzie, stwierdzono obniżenie ekspresji genów kodujących inne enzymy lipogenne, również będące genami docelowymi SREBP-1c: karboksylazę acetylo-CoA (ACC), katalizującą przekształcanie reszty acetylowej w malonylową, będącą bezpośrednim substratem w biosyntezie kwasów tłuszczowych, oraz desaturazę stearoilo-CoA 1 (SCD 1), katalizyjącą wprowadzanie wiązań podwójnych do cząsteczki kwasu tłuszczowego [7].

Wykazano, że katechiny obecne w zielonej herbacie obniżają również dostępność substratów do lipogenezy. W mysim modelu otyłości EGCG obniżał ekspresję genu kodującego lipazę lipoproteinową (LPL), katalizującą uwalnianie kwasów tłuszczowych z lipoprotein, co zmniejszało napływ substratów do biosyntezy triacylogliceroli w adipocytach [18]. W innym badaniu myszy z mutacją w genie kodującym leptynę (ob/ob) podzielono na dwie grupy: część osobników otrzymywała dietę bogatotłuszczową, a część tę samą dietę wzbogaconą ekstraktem z zielonej herbaty. W grupie z suplementacją zaobserwowano mniejszą zawartość TAG w wątrobie i w białej tkance tłuszczowej, a także obniżoną aktywność enzymów zaangażowanych w biosyntezę kwasów tłuszczowych: dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej (G6PD) i enzymu jabłczanowego (ME), biorących udział w wytwarzaniu NADPH (ryc. 1) [16, 17].

Ryc. 1

Innym mechanizmem, przez który katechiny obecne w zielonej herbacie wspomagają utratę tkanki tłuszczowej, może być regulacja ekspresji genu MEST. Ekspresja tego genu nasila się w miarę rozrostu tkanki tłuszczowej, dlatego też jest uważany za jeden z markerów otyłości [13, 37]. W badaniu El Sebaei i wsp. [6] dieta bogatotłuszczowa indukowała znaczny wzrost stężenia mRNA MEST w tkance tłuszczowej szczurów. Włączenie do diety ekstraktu z zielonej herbaty lub EGCG obniżało ekspresję genu MEST do poziomu obserwowanego u zwierząt otrzymujących standardową paszę, u których masa ciała pozostawała w normie.

Badania przeprowadzane na zwierzętach sugerują, że obecne w herbacie katechiny wpływają pobudzająco na procesy lipolizy i utleniania kwasów tłuszczowych. Inkubacja mysich adipocytów z EGCG nasilała lipolizę przez zwiększenie ekspresji genu kodującego lipazę zależną od hormonów (HSL); zaobserwowano również nasilone uwalnianie glicerolu z badanych komórek [19]. Ci sami autorzy przeprowadzili doświadczenie in vivo, podając myszom na diecie bogatotłuszczowej EGCG – w białej tkance tłuszczowej zwierząt zaobserwowano wzrost ilości mRNA HSL i swoistej dla adipocytów lipazy triacyloglicerolowej (ATGL) [18]. Stwierdzono również nasilenie ekspresji genu kodującego palmitoilotransferazę karnitynową 1 (CPT-1), enzym uczestniczący w transporcie średnio- i długołańcuchowych kwasów tłuszczowych z cytozolu do mitochondriów. Podawanie myszom na diecie bogatotłuszczowej EGCG nasilało także β-oksydację w mięśniach szkieletowych, przez zwiększenie ekspresji genu kodującego dehydrogenazę acylo-CoA o średniej długości łańcucha (MCAD), podstawowego mitochondrialnego enzymu uczestniczącego w utlenianiu kwasów tłuszczowych [29].

Katechiny pochodzące z zielonej herbaty wpływają na wydatek energetyczny. Główną rolę w regulacji termogenezy odgrywa współczulny układ nerwowy, który jest pobudzany przede wszystkim przez noradrenalinę. Wykazano, że katechiny działają hamująco na O-metylotransferazę katecholową (COMT), enzym odpowiedzialny za rozkład noradrenaliny, dzięki czemu czas działania tego neuroprzekaźnika ulega wydłużeniu, co zwiększa ilość wydatkowanej energii [22]. EGCG nasila termogenezę wpływając również na wzrost ilości mRNA UCP-2, białka rozprzęgającego transport protonów w wewnętrznej błonie mitochondrium, bezpośrednio zaangażowanego w wytwarzanie ciepła. W mysim modelu otyłości suplementacja EGCG zwiększała ekspresję genu kodującego to białko w wątrobie [17]. U ludzi również zaobserwowano wpływ katechin na wydatek energetyczny – badania przeprowadzone z udziałem zdrowych mężczyzn wykazały, że przyjmowanie katechin z zielonej herbaty w postaci ekstraktu bądź napoju nasila proces utleniania kwasów tłuszczowych zarówno w czasie spoczynku, jak i wysiłku fizycznego [26, 35]. Metaanaliza badań klinicznych przeprowadzona w 2017 r. potwierdziła, że spożycie EGCG istotnie zwiększa wydatek energetyczny u ludzi, choć wpływ tego nutraceutyku na tempo utleniania kwasów tłuszczowych nie był istotny statystycznie [15]. Sugerowana przez autorów dawka to około 300 mg/dzień – wyższe dawki (600 i 800 mg/dzień) nie wywoływały istotnych zmian [15].

Spożywanie zielonej herbaty wpływa również na metabolizm węglowodanów. W retrospektywnym badaniu wykazano, że osoby spożywające ponad 6 filiżanek zielonej herbaty dziennie są mniej narażone na rozwinięcie cukrzycy typu 2 w porównaniu z osobami wypijającymi mniej niż 1 filiżankę [12]. Katechiny pozyskiwane z liści herbaty prawdopodobnie mogą obniżać również stężenie hemoglobiny glikowanej (HbA1c). Takie działanie zaobserwowano u osób suplementujących ekstrakt z zielonej herbaty przez 2 miesiące, u których wcześniej zdiagnozowano stan przedcukrzycowy [8]. Natomiast metaanaliza, do której włączono 22 randomizowane badania kontrolne, o łącznej próbie liczącej 1584 osoby, wykazała, że wprawdzie katechiny zielonej herbaty istotnie obniżają glikemię na czczo, nie mają jednak wpływu na stężenie hemoglobiny glikowanej i insuliny [43]. Inna metaanaliza z tego samego roku, w której również analizowano randomizowane badania kontrolne (1133 badanych) wykazała wpływ spożywania zarówno naparu herbacianego, jak i ekstraktu z zielonej herbaty na obniżenie stężenia glukozy oraz HbA1c i insuliny [21]. U zdrowych młodych osób obu płci, Takahashi i wsp. [32] zaobserwowali, że spożywanie zielonej herbaty obniża także poposiłkową hiperglikemię. Stężenie glukozy w osoczu po spożyciu posiłku było istotnie niższe niż u osób, które codziennie wieczorem wypijały 350 ml naparu herbacianego, zawierającego głównie EGCG (135 mg), EGC (127 mg) i GC (120 mg), w porównaniu z osobami, które spożywały napój kontrolny, pozbawiony katechin.

Trwają badania nad molekularnym mechanizmem tego zjawiska. Dotychczasowe obserwacje in vitro sugerują wpływ katechin zielonej herbaty na wchłanianie glukozy w jelicie. Odbywa się to najprawdopodobniej przez obniżenie aktywności głównych enzymów zaangażowanych w trawienie skrobi – α-amylazy i α-glukozydazy [14, 41]. Dowiedziono, że α-amylaza ślinowa jest hamowana niekompetycyjnie – dane pochodzące z dichroizmu kołowego i spektroskopii fluorescencyjnej ujawniają zdolność EGCG do indukowania zmian w strukturze drugorzędowej tego enzymu. Ponadto związek ten tworzy z cząsteczkami enzymu rozpuszczalne kompleksy [42]. Również hamowanie aktywności α-glukozydazy odbywa się prawdopodobnie na drodze inhibicji niekompetycyjnej [39]. Wiadomo też, że katechiny obecne w herbacie mają wpływ na transport glukozy do komórek docelowych. Jak wykazały badania na zwierzętach, spożywanie zielonej herbaty nasila pobieranie tego cukru przez miocyty, zmniejszając jednocześnie jego wychwyt w adipocytach, przez pobudzenie bądź osłabienie translokacji insulinozależnego transportera glukozy – obecnego w miocytach i adipocytach GLUT4 – w obrębie komórki i jego fuzji z błoną komórkową [34].

Doświadczenia przeprowadzone na liniach komórkowych i modelach zwierzęcych ujawniły wiele mechanizmów, poprzez które katechiny obecne w zielonej herbacie mogą wpływać na obniżanie masy tkanki tłuszczowej i masy ciała (ryc. 2). Niezbędne jest jednak kontynuowanie badań potwierdzających aktywność biologiczną tych związków w organizmie człowieka – zarówno zdolność katechin pochodzących z zielonej herbaty do obniżania wchłaniania lipidów i węglowodanów w przewodzie pokarmowym, jak i do indukowania zmian w metabolizmie energetycznym, przez wpływ na ekspresję genów i aktywność enzymów. Należy również ustalić minimalną dawkę katechin, niezbędną do wywołania istotnych zmian w procesach biochemicznych kluczowych z punktu widzenia zarówno terapii, jak i prewencji nadwagi i otyłości.

Ryc. 2