壳寡糖在医药领域的研究与应用

点击: 218 　添加时间: 2008-05-12

摘要：壳寡糖是由虾蟹壳等甲壳类物质通过脱乙酰基与降解而得到的寡糖，它在医药领域有广泛的应用。本文综述了壳寡糖在调节人体免疫功能，增殖有益菌、抑制有害菌，抗肿瘤、抗癌，促进损伤组织修复等方面的研究与应用进展，并对其发展前景作了展望。

关键词：壳寡糖；医药；研究与应用；进展

Research and Application of Chitooligosaccharides in Medicine

Abstract: Chitooligosaccharides was obtained from crustaceous materials, such as shrimp and crab by deacetylation and degradation, and it had a wide range of applications in medicine. This paper reviewed the research and application of chitosan oligosaccharides in regulating the body's immune function, proliferating beneficial bacteria, inhibiting harmful bacteria, anti-tumor and anti-cancer, promoting the repairment of damaged tissues, etc., and the future of its developments were prospected.

Key words: chitooligosaccharides; medicine; research and application; progress

 

0 前言

壳寡糖（Chitooligosaccharides，COS），也称几丁寡糖，学名为β-1，4-寡聚葡萄糖胺，是壳聚糖^[1]降解得到的水溶性好、功能作用大、生物活性高的低分子量氨基寡糖。甲壳素经脱乙酰基处理得到壳聚糖，再经过进一步降解，就成为壳寡糖，一般把由20个以下氨基葡萄糖组成的低聚壳聚糖称为壳寡糖。在医药领域，甲壳素产品最先得到实际应用，但甲壳素不溶于水、碱、一般的酸和有机溶剂，只溶于部分浓酸，必须依靠胃肠道中的甲壳素酶、溶菌酶等的作用少部分分解，因此其吸收率较低，服用量较大、产生的服用反应也较高。

甲壳素脱乙酰基后得到的壳聚糖可溶于稀酸，但由于壳聚糖仍是大分子，分子量在几十万到几百万，不溶于水。壳聚糖降解为壳寡糖后可以直接溶于水，其吸收率大为增加，且服用安全^[2]。乙酰氨基葡萄糖或氨基葡萄糖不是葡萄糖，在体内也不会转变为葡萄糖，因此对血糖不会有不利影响。壳寡糖具有提高人体免疫力，促进肝脾抗体形成，增殖有益菌、抑制有害菌，抑制癌肿瘤细胞生长，促进钙及矿物质的吸收^[3]，降血压、降血脂、降血糖、调节胆固醇，减肥，预防成人疾病等等生理作用，已成为当今国内外研究、开发的重点领域。

1 调节人体免疫功能

壳寡糖可增强巨噬细胞、自然杀伤细胞（NK细胞）、攻击肿瘤细胞（LAK细胞）、B淋巴细胞、T淋巴细胞的活性，分子内所具有的氨基还原性可抵抗自由基的影响、减少细胞氧化。实验证明^[4]，壳寡糖使白介素-1(IL-1)增加3.4倍，白介素-2增加2.7倍，可激活杀伤细胞并产生INF-γ、TNF-α等细胞因子，还可直接作用于B细胞并分泌免疫球蛋白(Ig)。对免疫的两个环节——细胞免疫和体液免疫，壳寡糖均有明显的改善作用^[5]。

柯海萍等通过壳寡糖作用于体外培养的小鼠巨噬细胞研究了壳寡糖对小鼠巨噬细胞IL-18基因转录和翻译水平的影响。运用相对定量逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)技术和酶联免疫吸附实验(ELISA)技术,检测壳寡糖对巨噬细胞IL-18基因转录水平和翻译水平的影响。RT-PCR和ELISA结果表明，巨噬细胞加入壳寡糖作用24h后，IL-18 基因转录水平为对照组的1.7 倍( P<0.01)，其分泌量为空白对照组的1.8倍(P<0.01)^[6]。

壳寡糖可促进肝脾抗体的形成，Se-Jae Kim等^[7]用5%水溶性壳寡糖喂养经CCl₄诱导肝损伤的Sprague-Dawley鼠，5周后检查肝组织切片，白细胞介素-12（IL-12）、肝细胞生长因子（HCF）及肿瘤坏死因子（TNF-α）mRNA表达水平。结果表明，肝组织体积较未对照组增加，IL-12、HCF及TNF-α mRNA表达水平均较对照组提高。这说明水溶性壳寡糖对CCl₄诱导肝损伤的小鼠具有肝脏保护作用。

日本甲壳素协会理事长松永亮根据相关研究认为，人到中年后，自我合成甲壳素类物质的功能几乎完全丧失，由于农业上大量使用杀虫剂导致植物-昆虫食物链的破坏，进而使粮食和蔬菜、水果中几乎不含甲壳素及其衍生物成分。杀虫剂的大量使用，塑料大棚的广泛应用，以及无水栽培等新技术，都阻断了上述的演变过程，因此，应当像补充其他营养素一样注意补充^[4]。

2 增殖有益菌、抑制有害菌

Hyean-Woo Lee等^[8]研究了酶法制备的完全脱乙酰化的、聚合度在2-8之间的壳寡糖用作益生元的可能性。研究表明，与低聚果糖相比，壳寡糖能够促进大多数双歧杆菌与乳酸菌的生长，在同样培养条件下，双歧杆菌达到最大生长量所需时间减少至25%。这说明壳寡糖有明显的增殖双歧杆菌等大肠有益菌群的作用，具有用作益生元健康食品的潜力。

Jin-San Moon等^[9]研究了高脱乙酰度水溶性壳寡糖对牛乳腺中分离的金黄色葡萄球菌的抑菌效果。在浓度0.0001～0.5%的范围内，壳寡糖作用10分钟后即产生抑菌效果。电镜观察发现，与对照组相比，水溶性壳寡糖处理后的细胞体积变大、扭曲变形、且发生细胞溶解现象。并且，老鼠腹膜注射水溶性壳寡糖（0.5～1mg/只）1小时后，其体内的单核白血球数量提高，且IL-6和IF-γ显著增加。感染金黄色葡萄球菌（2.5×10⁸菌落/U）的小鼠注射水溶性壳寡糖后，其存活率（70-100%）大大升高（对照组存活率为10%）。另外，壳寡糖（分子量2000-30000 Da，脱乙酰度91.5%）可破坏导致牙周疾病的放线共生放线杆菌（Actinobacillus actinomycetemcomitans）的细胞膜，从而能够被用于牙周疾病的治疗^[10]。

3 抗肿瘤、抗癌作用

癌症是危害人类健康的主要疾病之一，现代医学科学尚不足以控制癌症对人类生命的威胁。研究发现，壳寡糖能够抑制肿瘤血管内皮细胞的形成，使癌肿的毛细血管不能加长、抑制其向周围组织浸润或转移，可配合手术、放疗、化疗，降低各种毒副作用^[11]，快速增加白细胞数量，提高疗效、防止复发。Kyung-Soo Nam等^[12]通过Umu基因表达、Ames测试等手段研究表明，壳寡糖具有抗化学诱变剂致基因突变的活性。

官杰等^[13]通过体内注射的方法研究了壳寡糖协同双歧杆菌对荷瘤鼠免疫功能的影响，其结果表明，壳寡糖协同双歧杆菌可抑制肿瘤生长，提高荷瘤小鼠血清的IL-2和INF-γ含量，增加荷瘤小鼠免疫器官脾脏和胸腺的重量，促使肿瘤细胞坏死。徐广飞等^[14]研究水溶性壳寡糖(WSC)抑制人白血病细胞(HL-60)增殖活性的作用。其方法为：将WSC与HL-60细胞共培养，四甲基偶氮唑盐(MTT)比色法检测WSC对HL-60细胞增殖的抑制作用；氮蓝四唑(NBT)法检测WSC对HL-60细胞分化促进作用；流式细胞仪定量检测细胞凋亡。结果发现，250～1000mg/L的WSC能抑制HL-60细胞增殖，并促进HL-60向成熟细胞分化，WSC作用48h后流式细胞仪分析图上出现凋亡峰，这为将壳寡糖应用于人类白血病治疗提供了科学依据。

4 促进损伤组织修复

壳聚糖具有促进细胞增生的作用，如皮肤、骨骼、胰岛、心肌、神经、肝脏等。另一方面对细胞有保护作用，可以延长细胞在体内的存活时间。这些作用具有增强细胞功能，促进创伤愈合，抗衰老，减少细胞的损伤等意义。Yong You等^[15]采用含有不同浓度壳寡糖的聚乙烯基乙醇（PVA）海绵进行伤口外敷试验，随着壳寡糖浓度的提高，PVA海绵内的平均孔径减小，壳寡糖从海绵中释放的速率也略微降低。含有壳寡糖的PVA海绵能够加速早期伤口愈合，8天后粒状组织明显被纤维化组织替换，其促进创伤愈合的效果十分明显。

Naoko Ohara等^[16]采用经荧光染料标记的cDNA探针研究了造骨细胞在含水溶性壳寡糖的培养基中的基因表达情况。cDNA微阵列分析结果表明，3天后有16种基因的表达量达到及超过对照组的1.5倍，RT-PCR结果表明，壳寡糖能够诱导CD56抗原基因和组织血清型激活因子的表达水平提高。这说明壳寡糖在极低浓度下即有通过改变mRNA水平来调节造骨细胞活性的作用，这进一步说明壳寡糖可控制细胞的增殖和分化。

5 降脂减肥、调节胆固醇

甲壳素和壳寡糖从肠道局部和全身两个方面产生降脂和减肥作用。甲壳素类物质可以在肠内形成溶胶与脂肪、胆汁酸结合和包裹，妨碍了小肠对它们的吸收，从而起到降脂作用^[17]。对30例单纯性肥胖人群的观察，服用甲壳素30天后，血清总胆固醇由试验前的5.3±0.9mmol/L下降为4.4±0.5mmol/L；甘油三酯由1.5±0.5mmol/L下降为1.1±0.2mmol/L；血压由129±12.3mmHg/85±8mmHg下降为120±10mmHg/80±6mmHg^[4]。

胆固醇一方面从食物中吸收，一方面可以体内合成，而且合成的量比“吃进去”的更多。HMG-CoA还原酶是胆固醇合成的重要催化酶，抑制了它的活性就可以减少胆固醇的合成。临床上有一类重要的降脂药物-HMG-CoA还原酶抑制剂，如洛司他汀、辛伐他汀等非常有效。壳寡糖可以抑制HMG-CoA还原酶，因此是一种天然的HMG-CoA还原酶抑制剂。Se-Jae Kim等^[18]研究表明，壳寡糖具有调节肝脏功能、降低血清胆固醇水平的功效。

另外，壳寡糖可以促进胰岛细胞增生，因此胰岛素分泌量增加；氨基葡萄糖的碱性，有助于提高体液的pH值，每提高0.1，胰岛素的活性就提高30%；同时，对高血压、高脂血症、高粘血症等造成并发症的危险因素有改善作用，就有利于减少和延后糖尿病并发症的发生^[4]。对糖尿病非肥胖性糖尿病小鼠随机分为治疗组和对照组，治疗组用4%壳寡糖，对照组用蒸馏水做饮用水，连续15周。结果：治疗组有65%降血糖作用明显，35%降血糖有效；对照组小鼠陆续死亡。其结论为，壳寡糖对糖尿病小鼠有治疗和延长生存期作用。

6 对高血压的影响

试验和流行病学调查均表明，摄入过多的食盐会增加高血压，这是氯离子作用的结果。氯离子可以激活血管紧张素转换酶（ACE）的活性，使能强烈收缩血管的血管紧张素Ⅱ大大增加，血压就会升高。若抑制血管紧张素转换酶的活性，体内缓激肽增加，血管扩张，就可起到降血压作用。临床上有以卡托普利为代表一类有效的降压药物，甲壳素类物质可以减少氯离子的吸收，因此也可以视为天然的血管紧张素转换酶抑制剂^[4]。

7 前景与展望

根据以上相关医学、细胞免疫学等研究表明，壳寡糖具有明显的调节人体免疫功能，促进肝脾抗体形成，增殖有益菌、抑制有害菌，抑制癌肿瘤生成及生长，促进钙及矿物质的吸收，降脂、降胆固醇、防治动脉粥样硬化等等功效，其应用前景十分广阔。甲壳素、壳寡糖在医药上的实际应用价值具有充分的理论基础，它必将为增进人类的健康、促进疾病的康复和延缓衰老发挥更大、更加重要的作用。

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