甲壳素及其衍生物壳聚糖的应用进展

刘其凤，任慧霞

(山东大学药学院生化与生物技术药物研究所，济南250012)

   甲壳素(Chitin)是自然界中含氨基的均态多糖之一，广泛存在于甲壳类动物中，是仅次于纤维素的天然高分子化合物。壳聚糖(Chitosan)是甲壳素脱乙酰基产生的主要衍生物。甲壳素结构中含有多种官能团，壳聚糖分子中存在许多游离胺基，因而具有许多独特的性质。同时，二者具有很好的生物相容性，可降解性等特点，因而在许多领域具有广泛的应用。

1 医学领域中的应用

1．1 生物医用材料

   生物医用材料是一种植人生物体活系统内或与活系统相结合，但又不与生物体起药理反应的材料。甲壳素和壳聚糖 与器官、组织、细胞具有良好的生物相容性，在生物体中可降解成易被活体吸收、无毒副作用的小分子化合物氨基葡萄糖，不残留在活体内，是一类生物降解吸收型高分子材料，在生物医药方面具有广泛的应用。如：酶的固定化技术、药物控释载体、中药药液的絮凝剂、吸附剂、人工透析膜、吸收缝合线、伤口涂敷料、人造皮肤等。

    季铵化壳聚糖 具有浓缩DNA和有效基因传递作用。三甲基化的壳聚糖(TMO)能够浓缩DNA，并与RSV—a 3荧光素酶质粒DNA自动形成大小在200～500nm的壳聚糖复合物。DOTAP N-[I-(2，3-二油酰)丙基]-N，N，N-三甲基硫酸铵}脂复合物可转染COS一1细胞，但比DOTAP—DNA脂复合物范围小。季铵盐壳聚糖低聚体衍生物比低聚体壳聚糖转染COS-1细胞效果好。胎牛血清(FCS)的存在不影响壳聚糖复合物的转染性，但降低DOTAP DNA复合物的转染性。在壳聚糖低聚体存在时，细胞100％存活，而经DOTAP处理过的细胞的生存率在COS-1和Caeo-2两种细胞系中降低到大约50％。DOTAP—DNA脂复合物和壳聚糖复合物在Caeo一2细胞培养基中转染效能降低，然而季铵化壳聚糖低聚体优于DOTAP。二者在Caeo一2细胞的生存能力与COS-1相似。因此，三甲基化壳聚糖DNA复合物可作为一种基因传递带菌者。

1．2 抗癌性

草分支杆菌(M．phlei)DNA抑制癌细胞分裂，但对DNA酶的降解敏感。壳聚糖和DNA形成毫微粒多聚电解质复合物，降低核酸酶的降解。壳聚糖毫微粒中DNA的合并，减少了DNA酶的降解。M．phlei DNA一壳聚糖毫微粒抑制黑色素瘤细胞分裂，与M．phlei DNA和阳离子微脂粒M．phlei DNA的形成有关。M．phlei DNA具有抗增生作用，(MTr还原测定，IC50=0．9g·ml )无内在毒性(LDH释放，ED50>50mg·ml )；阳离子多聚磷酸壳聚糖毫微粒是惰性的(抗增生IC50>lmg·ml～，ED50>lmg·ml )。M．phlei DNA一壳聚糖毫微粒效力是M．phleiDNA的20倍。因而M．phlei DNA复合物具有明显的抗增生活性，具有抗癌性，壳聚糖毫微粒可作为M．phlei DNA的适宜载体。

此外，壳聚糖具有抗菌活性、促进骨骼愈合、抑制术后黏连、促进药物吸收等药理作用。

2 保健领域中的应用

    甲壳素对人体具有特殊的生理作用，可改善体内的酸性环境，迅速恢复机体的功能，创造一个不易生病的环境。同时甲壳素及其衍生物能极大地强化机体免疫力，对人体进行全方位的生理调节，并能提高单一吞噬细胞的吞噬能力，增强杀伤性T细胞、NK细胞对衰老细胞、病毒感染的靶细胞以及肿瘤细胞的杀伤能力，从而达到保健、防病的目的。如：对消化系统的保护作用，减肥、去脂作用，高血压的治疗与预防，增强机体免疫功能，延缓衰老等。总之，甲壳素及其衍生物是一种没有毒性、没有特定器官为对象，全方位调解人体生理功能的保健品的原料。

3 化妆品原料中的应用

    由于壳聚糖具有优良的生物相容性和成膜性，可在人体表皮上形成一层天然仿生皮肤，充分保持化妆品中的营养成分，并可阻断或减弱紫外线和病菌等对皮肤的侵害。壳聚糖可渗透进入皮肤毛囊孔，抑制并杀死毛囊孔中藏匿的霉菌、细菌等有害微生物，而且其本身还可以抑制黑色素形成酶的活性，因而可消除黑色素、色斑等，具有美白作用。壳聚糖大分子上有许多结合水分子的氨基，并且是一种优良的细胞生长诱导因子，具有保湿、刺激细胞再生以及修饰皮肤的功能等。因而，壳聚糖在化妆品领域中具有很重要的作用。

4 食品应用

4．1 水果保鲜作用

    壳聚糖具有良好的成膜性，可在水果表面形成一层无色透明的半透膜，进而调节水果采后的生理代谢过程，如：抑制呼吸、延缓衰老等；壳聚糖还使水果表面伤口木栓化、堵塞皮孔和增强HMP途径等作用，从而提高果实的抗病能力。壳聚糖涂膜后在一定程度上可改变钙在细胞内存在的状态，使结合态钙增多，可溶性钙减少，因而可以增强细胞壁和细胞膜的稳定性，缓解促熟作用。此外，壳聚糖能够对真菌孢子产生直接的抑制作用，使菌体变粗，扭曲，甚至发生质壁分离。经损伤接种细链格孢的兰州大接杏 J，用壳聚糖涂膜处理后，在常温和低温下贮藏，可明显降低其黑斑病发病率，抑制病斑的扩展速度。

4．2 食物防腐剂

   导致食物酸败的微生物有四种，食果糖乳杆菌、液化沙雷菌、胚芽乳杆菌、伯力接合酵母。壳聚糖具有抗微生物活性，其最初作用是杀灭细胞，使能生育的细胞数明显减少；在停滞期后，一些菌株复原，开始生长。壳聚糖的抗微生物活性随浓度提高而增强。壳聚糖一50对食果糖乳杆菌的抗微生物活性最有效，但对胚芽乳杆菌具有最强的抑制作用；而对液化沙雷菌和伯力接合酵母的抗微生物活性没有区别。蛋黄酱中加入壳聚糖，25℃保存，可明显降低食果糖乳杆菌和伯力接合酵母生育细胞数。因而，壳聚糖可作为一种食物防腐剂，抑制蛋黄酱中的酸败微生物。

5 环保应用

    油田污水和炼油废水中往往含有大量的悬浮物、胶体、乳化油珠及细菌。叶筠等哺 采用5mg·L 壳聚糖季铵盐在皂土助凝下对炼油废水进行处理，取得较好的效果。壳聚糖季铵盐是一种阳离子型有机高分子化合物，在絮凝中起到吸附架桥作用，同时具有一定的破乳功能。另外，季铵根离子带正电荷而具有强阳离子性，可与许多细菌之间形成电价键，在其细胞壁上产生应力，导致溶菌作用，而使细菌死亡；其正电性还可使盟白质变性，破坏细菌细胞壁的可渗透性，使维持细菌生命的养分摄入量降低而抑制其繁殖生长，甚至死亡。苯酚是一种重要的工业化学试剂，具有挥发性，可造成空气污染。当含有P一甲酚的蒸汽与涂有酪氨酸酶的壳聚糖膜接触，可发现蒸汽中无甲酚，并且紫外吸收发生明显的变化。因而，酪氨酸酶壳聚糖膜可用于检测和除去苯酚蒸汽 。

    综上所述，甲壳素和壳聚糖具有多功能性、生物相容性、生物降解性，因而在各个领域具有广泛的应用。由于其具有极大的开发潜力和应用前景，应对其进行研究积极开发，发展一种绿色高科技新材料。