甲壳素及其衍生物在医药卫生领域中的应用2.doc

中国海洋报学术论坛版 2007年6月15日 - 甲壳素及其衍生物在医药卫生领域中的应用北京大学生命科学中心 卢永军 甲壳素又名甲壳质、几丁、几丁质、壳多糖等，化学名称为聚-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖，是一种化学结构与纤维素类似的高分子多糖。它广泛存在于昆虫、甲壳类动物的硬壳以及菌类的细胞壁中，是地球上储存量最丰富的有机物之一。近几年来，对甲壳素及其衍生物在医药卫生领域的研究提供了许多有价值的资料，展示了其在此领域广阔的应用前景。一、甲壳素、壳寡糖的毒性 吴晴斋等采用灌胃及腹腔注射法观察甲壳素对小鼠的急性毒性，灌胃甲壳素剂量为2000毫克/公斤8000毫克/公斤体重，腹腔注射剂量为2250毫克/公斤体重，相当于推荐临床试用剂量的500倍4000倍，7日内未见急性毒性反应。石玲研究的结果与三田康藏研究结果、来恩国际集团公布的毒性研究、日本食品卫生评选许可令受卫28第2号批准的壳寡糖毒性研究结果，以及国内青岛药物所的研究结果相一致。 二、医学药理作用 1.抗菌抗感染 甲壳素及其多种衍生物均具有不同程度的抗感染作用，其中壳低聚糖尤以壳聚六糖为最强。壳聚糖是天然存在的唯一碱性多糖，它所形成的质子化铵盐与细菌带负电荷的细胞膜作用，吸附和聚沉细菌，同时穿透细胞壁进入细胞内，扰乱细菌的新陈代谢及合成而具有抗菌作用。王光华发现，壳聚糖对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、小肠结尖耶尔氏菌、鼠伤寒沙门氏菌和李斯特单核增生菌，均有较强的抑制作用。 2.降脂和防治动脉硬化 北京联合大学魏涛采用含胆固醇1和脱氧胆酸钠0.2的合成饲料喂SD大鼠28天，在诱发高血脂症的同时，经口服壳聚糖观察其对高血脂症的影响。实验设高脂对照组和低、中、高三个剂量试验组，三试验组剂量分别为壳聚糖83.3毫克/公斤、166.7毫克/公斤和333.3毫克/公斤体重。28日后高脂对照组给予白水，测其空腹血清总胆固醇、总甘油三脂和高密度脂蛋白胆固醇含量。结果表明，壳聚糖中高剂量组的血清总胆固醇含量与高脂对照组比较，均显著降低。由于带正电性的脱乙酰甲壳素与负电性的胆汁酸相结合而排出体外，脂肪不被乳化而影响消化吸收，降低了血清甘油三酯含量。胆固醇主要在肝脏中转化成胆汁酸，肝脏中胆汁酸减少，从而促进肝脏胆固醇转化成胆汁酸，使血胆固醇降低。壳聚糖能升高高密度脂蛋白，有利于胆固醇的降低。 3.抗病毒 许多科学家从不同方面，都证实了甲壳素硫酸酯的抗病毒活性。Derek Horton等证明氨基(NH2-)上含有SO42-的甲壳素衍生物对血液病毒有显著抑制作用。1992年Vercellotti，Sharon V等发现甲壳素磺化衍生物能抑制哺乳动物的病毒感染，特别是能抑制和治疗HIV感染，能竞争性抑制HIV-1逆转录酶，抑制HIV-1复制的IC50为7微克/亳升，同时也能抑制劳舍氏白血病病毒和单纯疱疹病毒。 4.抑制肿瘤 小分子甲壳素衍生物具有优良的抗肿瘤活性和多方面的生理功能，特别是壳聚六糖具有很强的抑制肿瘤的作用。日本爱嫒大学医学部奥田教授，从C3H/Hei白鼠的脾脏中采取淋巴球，观察壳聚糖的存在是否增加杀死YAC-1癌细胞的能力。实验用癌细胞预先注入放射性镉，癌细胞若受破坏，可由测定流出在细胞外的放射性的量判定。根据实验结果，他确认，壳聚糖在64微克/毫升的浓度时就能增强淋巴球细胞杀死癌细胞的作用。铃木茂生报道，壳聚糖能直接抑制艾氏腹水癌细胞的作用。在含有1105的癌细胞溶液中，加入0.5毫克/毫升的壳聚糖，24小时后癌细胞完全死亡。Saiki I报道，6-O-硫酸甲壳素和6-O-硫酸羧甲基甲壳素对黑色素瘤肿瘤细胞有明显的抑制作用，且作用呈量效关系。据报道，体外试验发现壳聚糖在一定浓度范围内对L1210白血病癌细胞有选择性凝集作用。6-O-羧甲基甲壳素可与5-氟尿嘧啶结合，注入P388白血病小鼠的腹腔中，显示明显的抗癌作用。N-羧丁基-1-D-阿拉伯呋喃糖基胞嘧啶与壳聚糖可产生共轭结合，此共轭物对患有P388淋巴性白血病的小鼠有明显的抑制作用。 5.抗心律失常 目前认为心律失常的发生与离子通道电流异常有关，而钾电流的异常是心律失常的主要原因。中国医科大学张沈丽、王丽娟等研究脱乙酰羧甲基甲壳素对豚鼠单一心室肌细胞延迟外向电流（Ik）的作用，从离子通道角度，探讨其作用机理。结果表明，该化合物以浓度依赖方式抑制Ik，阻断细胞内K+的堆积，从而延长心肌细胞的APD和ERP，发挥抗心律失常作用。她们认为脱乙酰羧甲基甲壳素在抗心律失常等心血管疾病方面具有广泛的应用前景。沈阳铁路总医院高凤兰应用脱乙酰羧甲基甲壳素口服治疗心绞痛5人，心律失常4人，顽固性心衰4人，均收到满意疗效。 6.抗凝血 Muzzarelli等在上世纪五六十年代就充分认识到甲壳素硫酸酯的化学结构与肝素相似，预示此类化合物有抗凝血活性。80年代，医药工作者已证实C6-位磺化制得的甲壳素衍生物具有血液相容性，与抗凝血物质相结合，抑制凝血酶和Xa因子活性。甲壳素的硫酸酯化反应一般在非均相条件下用浓硫酸、SO3/SO2及氯磺酸等为试剂反应制得，事实证明其多种酯化产物都有优良的抗凝血性能。1985年Hirano.S报道，分子量在2.6KD的O-位双硫酸酯甲壳素抗凝血活性是肝素（174单位/毫克）的1.9倍2.2倍。这些都说明，甲壳素硫酸酯衍生物抗凝血的活性是明显和确实的，并有希望成为抗凝血药物的新成员。 7.其他 甲壳素及其衍生物还有其他的药理作用。白求恩医科大学张桂英等证明，壳聚糖具有良好的抗辐射性能。南京医科大学蒋莉等研究表明，壳聚糖能保护肝脏，提高肝脏抗氧化能力。日本东京农业大学制成大黑鼠糖尿病的模型，然后让患糖尿病的大黑鼠食用壳聚糖。一段时间后，空腹时观察测量血糖值的变化。结果试验组大黑鼠血糖大幅降低，尿糖也减少。北京联合大学魏涛等经研究后解释说，由于胰岛素不足引起的糖尿病，其体液呈酸性，若其pH值下降0.1，胰岛素的敏感度则下降30%，糖的利用率即会降低。壳聚糖的降血糖作用可能在于将pH调节到弱碱性，从而起到了提高胰岛素利用率的作用。 甲壳素6-O-硫酸酯分子的2-位NH2-与C3-OH配价结合能结合Fe2+，能增强胃肠道吸收功能，用于治疗铁缺乏症。甲壳素硫酸酯做为活性成份用来治疗猫肾衰竭症，周后猫血尿素氨和血肌酸酐水平达到正常。三、制药工业上的应用 1.药物制剂方面 甲壳素及其衍生物早就用着片剂及胶囊剂的辅料，其研究报道很多。含甲壳素60%的片剂可按零级动力学释放药物有效成分并完全符合药典规定的崩解试验要求。尺柳等将壳聚糖与乳糖、盐酸心得安混合直接压片，井上等将难溶于水的泼尼松与壳聚糖混合后直接压片，溶出试验均证明在胃液中属零级释放。壳聚糖可制成单层或双层膜，经高温消毒仍具有较高的机械强度。用壳聚糖制成多孔微粒，可用于抗癌药物和激素类药物的缓释。甲壳素和壳聚糖还可以作为辅料制成微粒、微囊、粉剂及栓剂等。 2.化学反应的催化剂 壳聚糖因其在结构上具有相邻的羟基和氨基，对于一些金属尤其是过渡金属和稀土金属有选择性敖合作用，它与金属形成的配合物，能催化某些化学反应。如甲壳素钯配合物对某些有机化合物氢化反应显高的催化氢化活性。四、在医疗卫生方面的应用 甲壳素及其衍生物在医疗卫生系统中已得到广泛的应用，主要用它们作原料做成生物医学功能材料，如手术缝合线、人工韧带、防止组织粘连材料、人造皮肤、人造骨及多种医用药用敷料。上海市现可年产甲壳素及其衍生物医用材料约50吨。 1.缝合线 壳聚糖可以制成纤维做手术缝合线使用，其强度与Dexon相当，在血清、尿、胆汁、胰液中仍保持良好的拉力，使用后可被人体吸收而不过敏。由于生物组织中存在着能溶解病原菌细胞壁的溶菌酶能将其分解，因此在伤口愈合以后，缝合线可自动分解并被组织吸收。 2.人造皮肤 我国是最早将甲壳素应用并制成人造皮肤的国家之一。1986年，楼宝成等就研制成功人造皮肤，并在临床应用中取得可喜成果，1987年，该技术获国家发明专利。1987年，美国High Technology杂志报导了伊利诺斯大学Viedre等用蟹壳、人发等材料制成人造皮肤。动物试验及大量临床病例证明，甲壳素制成的人造皮肤不致敏、无刺激、无吸收中毒及占位排斥现象，而且透气性能好，还具有止血、抑痛和促进皮肤生长的作用。Damour等将胶原、粘多糖及甲壳素制成的人造皮肤应用于移植皮肤切除后的区域，然后在其上面移植剪碎的或培养的自体皮肤。15日后，此甲壳素人造皮肤可上皮化，并与自体培养的皮肤结合，修复的效果比其与剪碎的自体皮肤结合和修复的效果还要好。 3.骨组织修复 1994年，Muzzavelli等发现与咪唑基共价交联的壳聚糖可以促进羊股骨的损伤修复。Klokkevold P.R等研究了壳聚糖在体外对成骨细胞分化和骨形成的作用。结果表明，壳聚糖能促进骨源细胞的分化，并能促进骨骼的形成。仉斌等用壳聚糖制成1毫米厚的膜，然后将其环形包裹在兔桡骨骨干8毫米缺损处，以另一侧桡骨骨干8毫米缺损处做对照，对愈合情况采用X射线及组织学检查。实验证明，壳聚糖对骨组织修复有传导和促进作用。 4.神经组织修复 在神经组织修复中，甲壳素是一种不可多得的良好的生物材料。清华大学生命科学与工程研究院范晓等证明，改造的甲壳素衍生物对神经细胞有良好的亲和性和组织相容性，能诱导神经纤维生长。吴德升等将2%壳聚糖充入硅胶管再生室中，然后将之套接在10毫米间距的大鼠坐骨神经缺损处，对照组以空白硅胶管再生室套接，手术后16周时，取再生室进行电镜观察和图像分析。结果显示，壳聚糖可促进再生轴突数目的恢复以及横断面髓鞘面积的增加，而髓鞘横断面积是有髓神经再生成熟的标志，并与其功能密切相关。 5.止血剂 甲壳素衍生物的某些成员具有优良的凝血作用，壳聚糖与普通血液、除去纤维朊的血液、添加肝素的血液以及洗净的红血球接触时，都会发生凝血现象。经过此壳聚糖溶液浸过的涤纶人造血管，植入人体后很快就形成凝血层，从而减少了血液的漏损和病人的痛