透明質(zhì)酸的應(yīng)用現(xiàn)狀

【作 者】王翠鳳

透明質(zhì)酸（Hyaluronic acid，以下簡(jiǎn)稱(chēng)HA），又名玻尿酸，是自然細(xì)胞基質(zhì)的主要組成部分，廣泛存在于皮膚、眼睛的玻璃體液和滑膜液等相關(guān)組織中[1]。

美國(guó)哥倫比亞大學(xué)Meyer教授和Palmer教授[2]于1934年從牛眼玻璃體中第一次成功地分離出透明質(zhì)酸。HA的化學(xué)結(jié)構(gòu)是一種線性大分子酸性黏多糖，由D-葡萄糖醛酸和N-乙?；?D-葡萄糖胺通過(guò)β-(1-3)糖苷鍵連接而成的雙糖重復(fù)結(jié)構(gòu)單元組成，每個(gè)雙糖單元通過(guò)β-(1-4)糖苷鍵與另一個(gè)連接起來(lái)[3]。

1 透明質(zhì)酸的理化性質(zhì)

HA是一種白色、無(wú)定型固體，易溶于水、不溶于有機(jī)溶劑，且具有強(qiáng)吸濕性，是優(yōu)良的天然保濕因子[4]。其次，HA降解速度很快，淋巴組織會(huì)將注入組織中的透明質(zhì)酸降解為二氧化碳和水。最后，HA無(wú)抗原性，可存在于任何一種生物體內(nèi)，無(wú)物種和組織差異。

HA的分子結(jié)構(gòu)式如圖1所示。HA分子中有4個(gè)化學(xué)修飾位點(diǎn)，如圖2所示，分別是羧基、羥基、N-乙酰氨基和還原末端，羥基和羧基是常用的修飾位點(diǎn)?？山柚N方法改性HA的修飾位點(diǎn)從而改善其性能：①通過(guò)酯化、酰胺化和還原胺化等反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行交聯(lián)、疏水、接枝和開(kāi)環(huán)等化學(xué)改性，得到如透明質(zhì)酸基凝膠等具有一定功能性的透明質(zhì)酸衍生物；②通過(guò)靜電作用與陽(yáng)離子化合物形成復(fù)合物；③通過(guò)與其它大分子共混改性，利用分子氫鍵作用形成性能優(yōu)良的共混膜等[5]。

圖1 HA的分子結(jié)構(gòu)式Fig.1 The molecular structure of HA

圖2 透明質(zhì)酸改性示意圖[6]Fig.2 Chemical modif i cation illustration of HA[6]

2 透明質(zhì)酸的應(yīng)用

HA優(yōu)良的生物相容性、吸水性、粘彈性、非抗原性和降解的無(wú)毒性等特性使其可應(yīng)用于眼科、外科、風(fēng)濕病科和泌尿科等多個(gè)領(lǐng)域，還可應(yīng)用于治療炎癥、改善多重抗藥性、協(xié)助血管再生術(shù)、預(yù)防腫瘤發(fā)生和改變細(xì)胞外基質(zhì)的粘彈性等過(guò)程。

2.1 眼科

高濃度HA具有粘彈性好、流動(dòng)性弱、分子屏障等特點(diǎn)，利用這一特點(diǎn)，HA可用于眼科前后段手術(shù)，其中包括囊內(nèi)/囊外白內(nèi)障摘除手術(shù)、人工晶狀體植入手術(shù)、角膜移植手術(shù)、青光眼濾過(guò)手術(shù)和視網(wǎng)膜復(fù)位手術(shù)等，也可在玻璃體切除及視網(wǎng)膜剝離兩項(xiàng)手術(shù)中當(dāng)作填充用玻璃體替代物質(zhì)。同時(shí)，HA也是滴眼液（治療干眼癥）的主要成分，可以有效延長(zhǎng)淚膜破裂時(shí)間，減少干眼癥患者眨眼次數(shù)并緩解干、澀、癢、痛癥狀[7]。

2014年至2017年7月期間，共有8個(gè)透明質(zhì)酸眼科類(lèi)產(chǎn)品通過(guò)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“CFDA”）注冊(cè)，其中國(guó)產(chǎn)醫(yī)療器械7個(gè)，進(jìn)口醫(yī)療器械1個(gè)，注冊(cè)產(chǎn)品均主要應(yīng)用于粘彈性保護(hù)劑，由此可見(jiàn)，目前HA在眼科領(lǐng)域的主要應(yīng)用是粘彈性保護(hù)劑，在其他應(yīng)用上的研究有待進(jìn)一步拓展和深入。

2.2 外科

HA在外科中常用于預(yù)防或減少腹(盆)腔手術(shù)的術(shù)后粘連。具有防粘連功能是因?yàn)镠A的空間阻斷作用，其作用機(jī)理主要是[8]：①通過(guò)物理屏蔽作用將組織分隔，并屏蔽炎癥介質(zhì)和細(xì)菌；②促進(jìn)血纖蛋白溶解，同時(shí)通過(guò)刺激CD44受體表達(dá)，促進(jìn)間皮細(xì)胞增生；③調(diào)節(jié)膠原合成，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞活性，減少血纖蛋白沉積，促進(jìn)傷口愈合并減少瘢痕形成；④在組織表面形成保護(hù)膜，可以減少機(jī)械損傷，并對(duì)表面進(jìn)行潤(rùn)滑和保濕；⑤吸收膨脹壓迫出血點(diǎn)，可起到抑制出血的作用。

2014年至2017年7月期間，有4個(gè)透明質(zhì)酸外科類(lèi)醫(yī)療器械產(chǎn)品通過(guò)CFDA注冊(cè)，均是應(yīng)用于預(yù)防或減少腹(盆)腔手術(shù)的術(shù)后粘連。通過(guò)對(duì)這4個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行分析，在以下幾個(gè)方面仍需持續(xù)、深入研究：①根據(jù)透明質(zhì)酸鈉可能參與腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散的相關(guān)研究報(bào)道以及臨床上腹盆腔手術(shù)所涉及的腫瘤因素，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品是否會(huì)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、擴(kuò)散及遷移進(jìn)行研究；②進(jìn)行組方、劑量—安全性與組方、劑量—有效性研究；③針對(duì)適應(yīng)證，研究評(píng)估產(chǎn)品是否干擾期望的愈合過(guò)程，是否屏蔽抗生素?cái)U(kuò)散及促進(jìn)細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖。以上問(wèn)題的不確定，導(dǎo)致HA在防粘連上使用效果尚無(wú)法直觀得到，一定程度上限制了其在外科領(lǐng)域的應(yīng)用精準(zhǔn)性。

2.3 關(guān)節(jié)

HA以鈉鹽形式存在于關(guān)節(jié)滑液中，并且是軟骨基質(zhì)的成分之一。它可以潤(rùn)滑關(guān)節(jié)腔、減少結(jié)締組織摩擦、緩沖外界沖力對(duì)關(guān)節(jié)軟骨壓迫作用。將外源性的高分子量、高濃度、高粘彈性HA注入關(guān)節(jié)中，可以讓滑液恢復(fù)至正常狀態(tài)，并促進(jìn)軟骨自然修復(fù)。HA在體內(nèi)較短的半衰期導(dǎo)致需要頻繁注射來(lái)治療關(guān)節(jié)病變，這樣會(huì)增加病人的痛苦。Jordan等[9]于2015年報(bào)道了一種由HA和殼聚糖混合而成的新型凝膠，這種凝膠由于殼聚糖的加入，增強(qiáng)了HA的抗降解能力和治療效果。這一研究為治療關(guān)節(jié)病變的HA黏性補(bǔ)充劑改進(jìn)提供了一個(gè)新方向。

2.4 整形美容

HA具有良好的生物相容性、親水性和可逆性（注入的HA可通過(guò)透明質(zhì)酸酶分解），但天然的HA穩(wěn)定性較差、易發(fā)生降解、親水性過(guò)強(qiáng)，通過(guò)對(duì)HA修飾改性開(kāi)發(fā)具有更好生物活性和功能性的HA，改性后的HA可用作替代由于年齡老化引起真皮組織體積缺失的組織填充劑。

HA在1997年被加拿大和歐洲批準(zhǔn)作為軟組織填充劑使用。美國(guó)食品藥品管理局(FDA)直到2003年才批準(zhǔn)此類(lèi)產(chǎn)品，商品名為Restylane，其中含有1%的交聯(lián)HA。Restylane的常用制劑分為4種：Restylane Fineline、Restylane、Restylan Perlane、Restylane SubQ，其中Restylane為目前中國(guó)市場(chǎng)上唯一獲準(zhǔn)制劑。

2014年至2017年7月期間，共有19個(gè)透明質(zhì)酸填充類(lèi)產(chǎn)品通過(guò)CFDA注冊(cè)，其中國(guó)產(chǎn)醫(yī)療器械11個(gè)，進(jìn)口醫(yī)療器械8個(gè)。對(duì)這19個(gè)產(chǎn)品分析發(fā)現(xiàn)，所注冊(cè)產(chǎn)品的交聯(lián)劑均為BDDE，預(yù)期用途均為用于面部真皮組織中層至深層注射，以糾正中重度鼻唇溝皺紋，這充分說(shuō)明HA在整形美容領(lǐng)域的應(yīng)用已較為成熟，形成了成熟的交聯(lián)劑并固化了其用途。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，國(guó)民對(duì)形象的日益重視，必將促進(jìn)整形美容行業(yè)的蓬勃發(fā)展，HA在整形非手術(shù)注射美容領(lǐng)域中的使用前景將更為值得期待。

2.5 創(chuàng)傷修復(fù)

Gencer等[10-11]的研究表明，HA可以減緩炎癥程度，可作為抗炎藥劑使用。Hanci等[12]的研究表明，HA可用于扁桃體切除手術(shù)后的疼痛治療。另外，HA可用于減緩疼痛、創(chuàng)面修復(fù)[13]、關(guān)節(jié)炎、肌腱疾病[14]、深度創(chuàng)面的外科手術(shù)療法[15]、燒傷、局部深度灼傷[16]、上皮組織的手術(shù)傷口、慢性傷口[17]。

用脂肪干細(xì)胞培養(yǎng)的硫醇化HA交聯(lián)支架已經(jīng)被認(rèn)為是理想的組織工程中脂肪替代品。交聯(lián)的HA生物材料在貓、狗和馬等動(dòng)物試驗(yàn)已表明可以有效治療創(chuàng)傷。在創(chuàng)傷修復(fù)和皮膚再生中，HA可以抑制組織粘連和傷疤的形成。HA在創(chuàng)傷愈合過(guò)程中發(fā)揮的作用主要有[18]：①與血纖維蛋白組成凝塊，進(jìn)而在傷口愈合過(guò)程中起到構(gòu)造作用；②通過(guò)促進(jìn)粒細(xì)胞的吞噬活性調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)；③調(diào)控膠原合成。

2014年至2017年7月期間，有6個(gè)透明質(zhì)酸創(chuàng)傷修復(fù)類(lèi)產(chǎn)品通過(guò)CFDA注冊(cè)，主要適用于促進(jìn)創(chuàng)面愈合與皮膚修復(fù)、皮膚炎癥后期繼發(fā)性皮損、皮膚與粘膜的損傷修復(fù)、微創(chuàng)術(shù)后皮膚以及屏障受損皮膚的保護(hù)與護(hù)理。具有保持皮膚水分，促進(jìn)皮膚對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，縮短病程，減輕炎癥后的色素沉著與疤痕形成，治療術(shù)后早期色素沉著和減輕瘢痕形成等功效。

2.6 組織工程和再生醫(yī)學(xué)[19]

組織工程中使用基于HA的生物材料或者生物支架來(lái)增強(qiáng)再生醫(yī)學(xué)的療效，再生醫(yī)學(xué)主要指生命器官的疾病、藥物釋放的控制、生長(zhǎng)因子和抗體、面部或皮內(nèi)植入。HA已經(jīng)成為組織再生醫(yī)學(xué)中最適合的生物聚合物[20-21]。

2.6.1 軟骨修復(fù)中的HA支架

硫酸化的HA高分子有助于提高有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料的生物相容性，潛在地刺激肌腱、軟骨、骨骼和脊椎的合成代謝活動(dòng)，恢復(fù)損傷位置的間充質(zhì)干細(xì)胞，還可促進(jìn)目標(biāo)細(xì)胞的分化。HA水凝膠還可用在基于干細(xì)胞治療的軟骨修復(fù)。即便如此，HA支架仍有其局限性，即HA支架植入體內(nèi)會(huì)誘導(dǎo)異物反應(yīng)。各種蛋白質(zhì)會(huì)吸附在植入的HA支架表面并誘導(dǎo)包括變性在內(nèi)的一系列反應(yīng)。非特異性蛋白質(zhì)可能是引起異物反應(yīng)的主要原因。吞噬細(xì)胞（單核細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板）粘在HA支架表面可能會(huì)導(dǎo)致靶細(xì)胞中的細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)的釋放，并引起發(fā)炎。

2.6.2 納米醫(yī)學(xué)中的HA

由HA和殼聚糖制成的納米粒子已用于角膜和結(jié)膜的基因傳遞[22]。攜帶質(zhì)體DNA的HA-殼聚糖納米粒子可以擴(kuò)大人體角膜上皮組織中堿性磷酸酶的分泌。HA-膠原蛋白納米粒子能夠成功地滲透到兔子的角膜和結(jié)膜的上皮細(xì)胞中并轉(zhuǎn)換DNA，達(dá)到顯著的轉(zhuǎn)染水平。因此，HA-膠原蛋白納米粒子可以用于各種眼疾的基因療法中，這不同于通過(guò)修飾的HA運(yùn)輸[23]。

2.6.3 人類(lèi)病理生理學(xué)中的HA

免疫監(jiān)督、血管再生、惡性轉(zhuǎn)化、炎癥、耐多藥性、組織修復(fù)和細(xì)胞外基質(zhì)粘彈性都涉及到HA[24-25]。HA合成酶或HA酶的異常會(huì)引起HA的不平衡，進(jìn)而改變病理學(xué)條件（包括細(xì)胞增殖異常、腫瘤轉(zhuǎn)移和粘多糖?。26]。HA的鏈長(zhǎng)、分子量和合成條件決定了細(xì)胞對(duì)HA的反應(yīng)，并通過(guò)受體細(xì)胞表現(xiàn)出來(lái)。

2.6.4 用于組織工程學(xué)中的HA

HA良好的粘彈性、可溶性和親水性使其可應(yīng)用于給藥過(guò)程中，可輔助眼科、皮膚科、關(guān)節(jié)和癌癥的治療?？捎糜诰植亢湍c胃外投藥。例如，HA可以在皮膚表面或眼角膜形成薄膜來(lái)保護(hù)HA載任何藥物并形成一個(gè)緩慢釋放藥物的水庫(kù)，從而提高藥物自留效率。

HA生物材料和生物支架有很多優(yōu)點(diǎn)，尤其是不同于其他材料（如殼聚糖衍生物）的非過(guò)敏性和非炎癥性。然而，注射HA和體內(nèi)植入HA的彈性依賴(lài)于HA抵抗由于透明質(zhì)酸酶、活性氧和形態(tài)氮而降解的能力，這會(huì)降低HA的有效性[27-28]。此外HA還可以促進(jìn)血管和神經(jīng)纖維的細(xì)胞滲透，因此可用來(lái)誘導(dǎo)大腦和神經(jīng)再生。

3 結(jié)論

透明質(zhì)酸作為細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分之一，由于其良好的生物相容性、親水性、抗原性、潤(rùn)滑性而廣泛應(yīng)用于眼科、外科、關(guān)節(jié)炎、整形美容科等領(lǐng)域，并在組織工程領(lǐng)域展現(xiàn)了較好的應(yīng)用潛能。其中，透明質(zhì)酸在眼科、外科、關(guān)節(jié)炎和創(chuàng)傷修復(fù)領(lǐng)域的領(lǐng)域已較為成熟，但在整形美容科和組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用需要根據(jù)各適應(yīng)癥特定的需要來(lái)指導(dǎo)透明質(zhì)酸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高其性能和生物相容性。

[1] Stern R, Maibach H I. Hyaluronan in skin: aspects of aging and its pharmacologic modulation[J]. Clin Dermatol, 2008, 26 (2): 106-122.

[2] Meyer K, Palmer J W. On glycoproteins II. The polysaccharides of vitreous humor and of umbilical cord [J]. J Biol Chem, 1934, 107:629-633.

[3] Sudha P N, Rose M H. Benef i cial eあects of hyaluronic acid[J]. Adv Food Nutr Res, 2014, 72: 137-176.

[4] 劉輝, 劉阿娟. 化妝品中的圣品透明質(zhì)酸[J]. 化學(xué)教學(xué), 2012,(11): 72-75.

[5] 王娟勤. 透明質(zhì)酸的改性及功能化[D]. 無(wú)錫: 江南大學(xué), 2013.

[6] 徐晶, 艾玲, 白繪宇, 等. 透明質(zhì)酸改性研究進(jìn)展[J]. 高分子通報(bào),2011, 2: 78-84.

[7] 龐素秋, 周金生, 陳秋霞, 等. 玻璃酸鈉的臨床應(yīng)用[J]. 海峽藥學(xué)2003, 15(4): 252.

[8] 凌沛學(xué) 管華詩(shī). 透明質(zhì)酸及其衍生物防粘連的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)藥學(xué)雜志, 2005, 40(20): 1527-1530.

[9] Kaderli S, Boulocher C, Pillet E, et al. A novel biocompatible hyaluronic acid-chitosan hybrid hydrogel for osteoarthrosis therapy[J]. Int J Pharm, 2015, 483(1-2): 158-168.

[10] Gencer Z K, Ozkiri S M, Okur A, et al. A comparative study on the impact of intra-articular injections of hyaluronic acid, tenoxicam and betametazon on the relief of temporomandibular joint disorder complaints[J]. J Craniomaxillofac Surg, 2014, 42(7): 1117-1121.

[11] Voigt J, Driver V R. Hyaluronic acid derivatives and their healing effect on burns, epithelial surgical wounds, and chronic wounds:a systematic review and meta analysis of randomized controlled trials[J]. Wound Repair Regen, 2012, 20(3): 317-331.

[12] Hanci D, Altun H. Effectiveness of hyaluronic acid in posttonsillectomy pain relief and wound healing-A prospective, doubleblind, controlled clinical study[J]. Int J Pediatric Otorhinolaryngol,2015,79(9): 1388-1392.

[13] Ramos-Torrecillas J, Garcia-Martinez O, Luna-Bertos E D, et al.Effectiveness of platelet-rich plasma and hyaluronic acid for the treatment and care of pressure ulcers[J]. Biol Res Nurs, 2015, 17(2): 152-158.

[14] Abate M, Schiavone C, Salini V. The use of hyaluronic acid after tendon surgery and in tendinopathies[J]. Biomed Res Int, 2014,2014: 783632.

[15] Onesti M G, Fino P, Ponzo I, et al. Non-surgical treatment of deep wounds triggered by harmful physical and chemical agents: a successful combined use of collagenase and hyaluronic acid[J]. Int Wound J, 2016, 13(1): 22-26.

[16] Dalmedico M M, Meier M J, Felix J V, et al. Hyaluronic acid covers in burn treatment: a systematic review[J]. Rev Esc Enferm USP, 2016, 50(3): 519-524.

[17] Voigt J, Driver V R. Hyaluronic acid derivatives and their healing effect on burns, epithelial surgical wounds, and chronic wounds:a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials[J]. Wound Repair Regen, 2012, 20(3): 317-331.

[18] Tezel A, Fredrickson G H. The science of hyaluronic acid dermal fi llers[J]. J Cosmet Laser Ther, 2008, 10(1): 35-42.

[19] Hemshekhar M, Thushara R M, Chandranayaka S, et al. Emerging roles of hyaluronic acid bioscaffolds in tissue engineering and regenerative medicine[J]. Int J Biol Macromolecules, 2016, 86:917-928.

[20] Girish K S, Kemparaju K. The magic glue hyaluronan and its eraser hyaluronidase: a biological overview[J]. Life Sci, 2007, 80(21):1921-1943.

[21] Hogan M, Girish K, James R, et al. Growth diあerentiation factor-5 regulation of extracellular matrix gene expression in murine tendon fi broblasts[J]. J Tissue Eng Regen Med, 2011, 5(3): 191-200.

[22] Rivkin I, Cohen K, Kofler J, et al. Paclitaxel-clusters coated with hyaluronan as selective tumor-targeted nanovectors[J].Biomaterials, 2010, 31 (27): 7106-7114.

[23] de la Fuente M, Seijo B, Alonso M J. Bioadhesive hyaluronanchitosan nanoparticles can transport genes across the ocular mucosa and transfect ocular tissue[J]. Gene Ther, 2008,15 (9):668-676.

[24] Girish K S, Kemparaju K. The magic glue hyaluronan and its eraser hyaluronidase: a biological overview[J]. Life Sci, 2007, 80 (21)1921-1943.

[25] Jiang D, Liang J, Noble P W. Hyaluronan as an immune regulator in human diseases[J]. Physiol Rev, 2011, 91 (1): 221-264.

[26] Toole B P. Hyaluronan: from extracellular glue to pericellular cue[J]. Nat Rev Cancer, 2004, 4 (7): 528-539.

[27] Prestwich G D. Hyaluronic acid-based clinical biomaterials derived for cell and molecule delivery in regenerative medicine[J]. J Control Release, 2011, 155 (2): 193-199.

[28] Schantéa C E, Zuber G, Herlin C, et al. Chemical modif i cations of hyaluronic acid for the synthesis of derivatives for a broad range of biomedical applications[J]. Carbohydr Polym, 2011, 85 (3) 469-489.