殼聚糖生物活性的研究進(jìn)展

孫海舒，田偉

(1．沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)2010級(jí)臨床1班，遼寧 沈陽(yáng) 110034；2．解剖教研室)

殼聚糖(chitosan)是一種高分子量的多聚糖，是由幾丁質(zhì)(chitin)脫乙?；脕?lái)的衍生物，它具有較好的組織相容性，廣泛的生物活性，良好的生物降解性。而且無(wú)毒，無(wú)抗原性，機(jī)械強(qiáng)度好。因此殼聚糖被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、生物工程、食品、化工、環(huán)保等領(lǐng)域?，F(xiàn)就殼聚糖的幾點(diǎn)生物活性做一綜述。

1 抗癌特性

殼聚糖的抗癌作用被研究人員們反復(fù)證實(shí)。吳季霖[1]將殼聚糖應(yīng)用于黑色素瘤小鼠模型，結(jié)果顯示殼聚糖并不直接殺傷腫瘤細(xì)胞，而是明顯地抑制朝向腫瘤生長(zhǎng)的血管的生成。淋巴細(xì)胞殺死癌細(xì)胞的作用在pH7.4左右最為活躍，而癌細(xì)胞周?chē)话闶莾A向酸性，使淋巴細(xì)胞不容易活躍。殼聚糖利用其分子的胺基可以使體內(nèi)pH值傾向于堿性，因此創(chuàng)造了一個(gè)適合淋巴細(xì)胞殺死癌細(xì)胞的環(huán)境。殼聚糖使自然殺傷細(xì)胞活性約提高4～5倍，也使淋巴因子激活的殺傷細(xì)胞十分活躍 。其在腫瘤細(xì)胞外的作用機(jī)理大致總結(jié)為：抑制腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞的生成，使腫瘤毛細(xì)血管不能加長(zhǎng)，使腫瘤不能向周?chē)M織浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移；活化能殺死癌細(xì)胞的淋巴細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、攻擊腫瘤細(xì)胞、B細(xì)胞、T細(xì)胞)，增強(qiáng)機(jī)體免疫調(diào)控，消除體內(nèi)有毒有害因子，緩解因放化療產(chǎn)生的毒副作用；對(duì)于腫瘤細(xì)胞來(lái)說(shuō)殼聚糖表面的正電荷與腫瘤表面負(fù)電荷中和，直接抑制癌細(xì)胞的活性。它還能改變腫瘤細(xì)胞膜的生長(zhǎng)特性、細(xì)胞膜流動(dòng)性及細(xì)胞膜泵的活性，從而影響腫瘤細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑；而且還可以通過(guò)抑制丙酮酸激酶進(jìn)而抑制糖酵解途徑，減少細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取和ATP水平，從而發(fā)揮抑制腫瘤作用。

2 對(duì)膽固醇代謝的作用

殼聚糖可明顯降低血脂、血膽固醇水平，這可能與提高載脂蛋白AI(apolipoprotein AI，ApoAI)作用密切相關(guān)[2-3]。其機(jī)理主要在于殼聚糖與膽酸結(jié)合并使其排出體外，阻斷了膽酸的腸肝循環(huán)，從而減少了脂質(zhì)的吸收。另一方面降低血清總膽固醇(total cholesterol，TC)、甘油三酯(triglyceride，TG)、低密度脂蛋白膽固醇(low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)含量，降低肝臟系數(shù)及肝組織TC含量，提高肝抗氧化能力，增強(qiáng)脂肪代謝能力，保護(hù)肝功能[4]。同時(shí)降低與動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病有正相關(guān)的血脂成分，抗脂質(zhì)過(guò)氧化作用顯著，減少平滑肌細(xì)胞增生，從而阻止或延緩了動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程[5-6]。臨床上將肝素固定于殼聚糖載體上作為低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)的選擇性吸附劑，可高效地去除LDL及纖維蛋白原，從而降低治療過(guò)程中出血情況的發(fā)生率。

3 對(duì)血糖的調(diào)節(jié)作用

糖尿病(diabetes mellitus，DM)患者由于長(zhǎng)期的碳水化合物、脂肪以及蛋白質(zhì)代謝紊亂，使得血中酸性代謝物生成過(guò)多，導(dǎo)致體液呈酸性甚至發(fā)生酸中毒，最終可導(dǎo)致多組織慢性進(jìn)行性病變、功能減退甚至器官衰竭。殼聚糖與酸反應(yīng)生成鹽類(lèi)，在人體內(nèi)可中和多余的酸而改善酸性體質(zhì)，進(jìn)而創(chuàng)造一個(gè)不易生病的內(nèi)環(huán)境[7]。機(jī)制可能有以下三點(diǎn)：(1)殼聚糖分子中含有堿性基團(tuán)，進(jìn)入人體后能使體液酸堿度向堿性方向移動(dòng)，提高了胰島素的利用率，緩解了DM患者的癥狀。(2)殼聚糖的分解產(chǎn)物可直接活化細(xì)胞，誘導(dǎo)細(xì)胞，修復(fù)水腫、變性、纖維化的受傷細(xì)胞，使胰島組織得到修復(fù)，提高胰島B細(xì)胞的數(shù)量和功能，提高機(jī)體對(duì)胰島素的敏感性，改善肝臟糖原合成酶活性，使糖原合成和儲(chǔ)備增加[8]。(3)殼聚糖的分解產(chǎn)物可刺激肝臟的迷走神經(jīng)，通過(guò)一系列復(fù)雜的反應(yīng)，最終引起全身副交感神經(jīng)興奮，微細(xì)動(dòng)脈擴(kuò)張，血流加快，使細(xì)胞的氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)增加，減少了無(wú)氧分解，進(jìn)一步改善了體液的酸堿平衡。由于殼聚糖在降血糖的同時(shí)不產(chǎn)生毒副作用，可起到保肝、腎的功效，為治療DM開(kāi)辟了途徑。另外，殼聚糖-EDTA接合物包覆胰島素亦具有生物黏附性，在水及堿性水溶液中更易水合，具有較強(qiáng)的酶抑制作用，有助于胰島素的吸收。

4 抑菌作用

殼聚糖對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌、枯草桿菌芽胞、白假絲酵母菌、白色念珠菌均有明顯的抑制作用。對(duì)革蘭陽(yáng)性菌的抑制作用強(qiáng)于革蘭陰性菌及酵母菌[9]。同時(shí)其抗菌機(jī)理也因菌種的差異而大不相同。對(duì)于革蘭陽(yáng)性菌的作用主要是在菌體表面形成膜狀物，阻止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)向細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸，或吸附在細(xì)胞膜表面，改變膜的選擇透過(guò)性，使細(xì)胞中的物質(zhì)流失，細(xì)胞質(zhì)壁分離，而達(dá)到抑菌作用。而對(duì)革蘭陰性菌主要通過(guò)滲透進(jìn)入到細(xì)菌體內(nèi)，吸附細(xì)胞內(nèi)帶負(fù)電荷的物質(zhì)，發(fā)生絮凝作用，擾亂細(xì)胞正常的生理活動(dòng)，或阻斷細(xì)菌體內(nèi)DNA的轉(zhuǎn)錄，抑制細(xì)菌的繁殖。影響殼聚糖抑菌活性的因素大致可概括為以下五點(diǎn)：(1)殼聚糖其抑菌活性與其分子量和濃度有關(guān)，總體趨勢(shì)表現(xiàn)為低分子量殼聚糖的抑菌活性強(qiáng)于高分子量的殼聚糖。無(wú)論是低分子量殼聚糖還是高分子量殼聚糖，隨著濃度的不斷增加，其抑菌活性逐漸增大。原因歸結(jié)為其分子中-NH2的存在，隨著殼聚糖濃度的不斷增加，溶液中-NH2的濃度也將增加，從而抑菌效果也增強(qiáng)。(2)有研究者發(fā)現(xiàn)殼聚糖的抑菌活性會(huì)隨脫乙酰度的提高而增強(qiáng)。原因是親脂性基團(tuán)-NHCOCH，逐漸被親水基團(tuán)-NH2取代[10]。(3)殼聚糖的抑菌活性與其所處環(huán)境的pH值的高低也息息相關(guān)，它在酸性條件下能更好地發(fā)揮抗菌作用。特別要提出的是由于殼聚糖分子中大量的-NH2為堿性功能基，可中和胃酸，起抗酸作用，在此基礎(chǔ)上對(duì)于胃內(nèi)幽門(mén)螺桿菌抑制作用較為顯著[18]。(4)殼聚糖的抑菌活性還與其種類(lèi)有關(guān)，未被修飾的殼聚糖的抑菌活性優(yōu)于羧甲基殼聚糖[11]，差異有顯著性。這可能與不同殼聚糖含有官能團(tuán)的種類(lèi)和數(shù)目不同有關(guān)。(5)環(huán)境中的金屬離子對(duì)殼聚糖抑菌作用的影響也不可忽視。加入鈉、鎂離子后，隨著其濃度的增大，殼聚糖的抗菌活性有下降趨勢(shì)，這與殼聚糖和金屬離子形成螯合物有關(guān)。

5 對(duì)凝血功能的調(diào)節(jié)作用

現(xiàn)場(chǎng)急救、醫(yī)院的手術(shù)治療過(guò)程中，通過(guò)快速有效地控制出血可以顯著降低患者死亡率。外科包扎、手術(shù)是快速、有效控制出血的方法之一，但單純的外科包扎、手術(shù)止血不能完全控制出血，常常存在未察覺(jué)或被遺漏的不徹底止血，從而導(dǎo)致患者再次手術(shù)甚至死亡。殼聚糖止血材料的使用可以明顯降低出血量，為患者的搶救、治療贏得時(shí)間。殼聚糖具有良好的生物相容性易于形成凝膠并可自然降解。其抗菌、消炎、止血、減少創(chuàng)面滲出和促進(jìn)創(chuàng)傷組織再生、修復(fù)、愈合的作用效果非常明顯。作用機(jī)制可能為：(1)殼聚糖對(duì)紅細(xì)胞有聚集作用。(2)殼聚糖對(duì)血小板具有黏附和聚集作用。(3)殼聚糖通過(guò)其分子鏈上的大量的氨基和羥基基團(tuán)的親水性，能夠促進(jìn)纖維蛋白原的吸附，從而激活補(bǔ)體系統(tǒng)促進(jìn)血小板黏附和血栓形成。(4)殼聚糖與血液接觸后能快速形成凝膠狀，起物理屏障作用，阻止切口血液滲出。(5)殼聚糖還可能產(chǎn)生或誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生內(nèi)皮素，引起血管收縮。特別要提出的是，殼聚糖是通過(guò)激活外源性凝血途徑和補(bǔ)體系統(tǒng)旁路途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)止血作用的，而對(duì)內(nèi)源性凝血途徑無(wú)激活作用[12]。

6 促進(jìn)創(chuàng)面愈合的作用

以殼聚糖為主要原料而制成的生物流體敷料膜具有透明、成膜性和穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。該敷料劑型獨(dú)特，涂敷后能形成柔韌、透明的薄膜。該膜氧通透性好，能控制和吸收滲出物，使用后創(chuàng)面收斂，滲出物顯著減少，創(chuàng)面干燥、光整，高質(zhì)量愈合。由殼聚糖制成的人工皮對(duì)于組織修復(fù)安全有效彌補(bǔ)了以往臨床常用的天然真皮來(lái)源受限，冷凍、貯存費(fèi)用高等缺點(diǎn)，亦避免艾滋病病毒(human immunodeficiency virus，HIV)、乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)等感染的危險(xiǎn)。作用機(jī)制有以下四點(diǎn)：(1)腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)是炎癥反應(yīng)的主要炎癥因子之一。殼聚糖能顯著減少TNF的釋放，表明殼聚糖可有效抑制創(chuàng)面組織中TNF等炎癥因子的過(guò)度合成和釋放，降低炎癥反應(yīng)強(qiáng)度，減輕過(guò)度炎癥反應(yīng)對(duì)創(chuàng)面的損傷。(2)大量一氧化氮(nitric oxide，NO)可在組織損傷后產(chǎn)生，高濃度NO能引發(fā)體內(nèi)自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，還能促進(jìn)炎癥局部多種細(xì)胞因子合成，從而引發(fā)瀑布式的炎性反應(yīng)，直接和間接損傷組織細(xì)胞。殼聚糖能顯著減少NO含量，從而從源頭上減輕或抑制了炎性反應(yīng)的發(fā)生。(3)膠原合成是創(chuàng)面愈合過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明殼聚糖有促進(jìn)創(chuàng)面膠原合成的作用。(4)殼聚糖還能通過(guò)絡(luò)合、離子交換等作用對(duì)蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、多種酶類(lèi)及離子進(jìn)行吸附，提高了創(chuàng)面局部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度，為組織修復(fù)提供了必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及合成酶類(lèi)[13]。

7 促進(jìn)骨缺損愈合作用

當(dāng)骨組織因?yàn)閯?chuàng)傷、感染、腫瘤及發(fā)育異常等原因被實(shí)施手術(shù)剔除病變骨組織后，會(huì)造成大塊骨缺損，僅僅依靠骨自身的修復(fù)能力無(wú)法愈合，必須進(jìn)行骨移植手術(shù)，將合適的骨材料填充到缺損部位，以便于新骨生長(zhǎng)。否則纖維組織會(huì)填充缺損位置，阻礙缺損部位的新骨形成，造成骨不連[14-15]。殼聚糖是弱堿性多糖，其降解產(chǎn)物是氨基葡萄糖，可被人體完全吸收，可促進(jìn)骨細(xì)胞和成纖維細(xì)胞黏附分化和增殖。殼聚糖支架有利于成骨前體細(xì)胞的生長(zhǎng)和繁殖?？纱龠M(jìn)成骨細(xì)胞增生和表型表達(dá)。作為理想骨修復(fù)材料的優(yōu)點(diǎn)在于它具有較好的生物相容性和生物安全性，可被塑造成各種不同的形狀，而且具備骨修復(fù)材料需要的多孔結(jié)構(gòu)，并可通過(guò)改變?nèi)芤簼舛取⒗鋬鏊俾实葪l件來(lái)控制結(jié)構(gòu)的孔隙率及孔徑大小，選擇最適合細(xì)胞長(zhǎng)入的多孔結(jié)構(gòu)[16]，從而制備出理想的骨修復(fù)材料。

8 展望

對(duì)于殼聚糖仍有很多問(wèn)題需要探索。例如不同結(jié)構(gòu)不同濃度不同脫乙酰度的殼聚糖的活性大不相同，這點(diǎn)在臨床上的應(yīng)用中已得到證實(shí)。而且采集豐富安全的殼聚糖原料并進(jìn)行高效的脫鈣、脫脂、漂白、脫乙?；炔襟E的處理，從而進(jìn)行大量工廠化生產(chǎn)，將是我們之后應(yīng)該大力研究的方向。在組織修復(fù)方面，運(yùn)用交聯(lián)劑使得殼聚糖獲得更好的力學(xué)強(qiáng)度，及使其在促凝血作用的前提下，保證較高的血液相容性，從而更加安全有效地應(yīng)用于人體心血管系統(tǒng)也有待進(jìn)一步研究。需要肯定的是殼聚糖在臨床上的應(yīng)用如人造皮膚、止血海綿、骨修復(fù)材料、降血糖、降血脂藥物等均取得良好效果。隨著研究的進(jìn)一步深入，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，殼聚糖的諸多生物活性及其機(jī)制將被人們逐漸的發(fā)現(xiàn)，殼聚糖在醫(yī)療方面的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛。

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