关于壳聚糖及其衍生物的医药的研究进展
作者：凌沛学 荣晓花 张天民。
论文关键词：壳聚糖；衍生物；纳米粒；研究进展 论文摘要：壳聚糖是天然多糖甲壳素的脱乙酰基产物，是一种含有游离氨基的碱性多糖，其相对分子质量从数十万到数百万不等，具有多种生理功能。经降解和化学修饰后的壳聚糖，在某些方面具有比壳聚糖更好的生物活性。壳聚糖及其降解物和修饰物安全性良好，且具有可降解性和组织相容性，在医药领域具有很高的应用价值。多年来，壳聚糖及其衍生物一直是医药研发领域的热点之一。本文根据国内外的参考文献，对壳聚糖及其衍生物的最新医药研究进展进行综述。 壳聚糖（chitosan）是天然多糖甲壳素的脱乙酰基产物，学名聚氨基葡糖，是由N—乙酰—D—氨基葡糖单体通过β—1，4—糖苷键连接起来的直链状高分子化合物。壳聚糖是一种含有游离氨基的碱性多糖，其相对分子质量（Mr）从数十万到数百万不等。目前已知壳聚糖及其衍生物具有抗微生物、增强免疫、调节血脂、抑制肿瘤等药理活性[1]。另外，由于壳聚糖及其衍生物安全性良好，且具有可降解性和组织相容性，因此在药物传递系统中也得到广泛应用。本文从药理活性和在药物传递系统中的应用两部分，对壳聚糖及其衍生物的研究进展进行综述。 1壳聚糖及其衍生物的药理活性 1.1抗菌活性 已有大量的研究证实壳聚糖及其衍生物具有广谱的抗菌活性，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、枯草杆菌、八叠球菌、放线菌和热带白色念珠菌等均具有抑制作用。壳聚糖的抑菌活性和多种因素有关。壳聚糖只有在酸性溶液中才具有抑菌活性，并且溶液的pH值越低抑菌活性越强。壳聚糖的抑菌活性也受到其脱乙酰度的影响，脱乙酰度越高，抑菌活性越强。不同Mr的壳聚糖对于细菌的抑制活性不同，整体上抑菌活性随分子量的升高而呈降低趋势。Seyfarth等[1]最近对一系列不同Mr的壳聚糖衍生物的抗真菌活性进行了研究，发现其抗真菌活性随着Mr的减小而降低，随着功能团掩蔽质子化的氨基而增强。陈威等[2]最近提出，不同Mr的壳聚糖对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌都具有较好的抑菌效果，但是引起钾离子和ATP的渗漏量却存在很大差异，提示小Mr壳聚糖很可能存在与大Mr壳聚糖不同的抑菌机制。 1.2调节脂质代谢 壳聚糖可以通过抑制脂质等的吸收，用于降脂、降胆固醇。壳聚糖在胃中能与胃酸作用形成复合盐，吸附甘油三酯、脂肪酸、胆汁酸和胆固醇等形成不溶性的复合物，通过消化系统排出体外。同时，壳聚糖及其衍生物（如硫酸酯）具有抗氧化活性，可直接清除自由基或者抑制自由基的产生，防止低密度脂蛋白被氧化修饰，减少内皮细胞损伤，阻断动脉粥样硬化的形成。1999年《健康产业新闻》对全日本70家食品店和药店调查了主要畅销的减肥产品，壳聚糖位居减肥药第一。Cho等[3]最近在体外3T3—L1细胞模型中研究发现，低分子壳寡糖能够剂量依赖性地显著减少脂质蓄积，其中Mr1000~3000的壳聚糖抑制脂肪细胞分化最有效。壳聚糖还可以使脂肪形成的关键转录因子过氧化物酶体增生物激活受体（PPAR）γ和CCAAT/增强子—结合蛋白（C/EBP）α的mRNA的表达水平显著下降，同时下调脂质形成因子瘦素、脂联素和抵抗素的水平。 1.3调节凝血功能 壳聚糖通过表面的正电荷与红细胞表面带负电的神经氨酸残基的相互作用，介导红细胞聚集，从而可以实现其止血的作用。壳聚糖的止血作用也同样依赖于其Mr，Mr为35000的壳聚糖只能生成松散的凝血块，而Mr为600000和1500000的壳聚糖所生成的凝血块结构就很致密。壳聚糖衍生物具有抗凝作用，其抗凝作用主要与硫酸基和羧酰基有关。壳聚糖主要通过对血浆抗凝血酶—Ⅲ来加速凝血酶的失活，进而抑制凝血过程。 2壳聚糖及其衍生物在药物传递系统中的应用 2.1纳米粒 将壳聚糖应用于纳米载体的研究，是20世纪90年代末逐渐发展起来的新兴研究领域。载药壳聚糖纳米粒的制备方法包括离子凝胶化法、复凝聚法、共价交联法、乳滴聚结法等。目前壳聚糖纳米粒主要应用于基因治疗的载体、药物的缓释和靶向制剂、蛋白质和多肽的特殊制剂。 壳聚糖制成的纳米粒具有靶向、缓释、增加药物吸收等作用。韩国学者[4—6]采用疏水性的胆酸修饰乙二醇壳聚糖制备了紫杉醇、顺铂和喜树碱纳米粒，这些纳米粒在荷瘤动物中具有明显的缓释和肿瘤靶向特点，且表现出比原形药物更强的抗肿瘤活性和更低的毒性。Yuan等[7]采用胆固醇修饰的壳聚糖制备了雷帕霉素纳米粒，该纳米粒可以在角膜周围长期驻留，使雷帕霉素缓慢释放。在家兔模型中，雷帕霉素纳米粒组动物移植角膜的存活时间为27.2+/—1.03d，而雷帕霉素组动物仅为23.7+/—3.20天，纳米粒显示出比原形药物更好的免疫抑制作用。 壳聚糖纳米粒的制备条件比较温和，这使得其适合于对环境比较敏感的大分子。壳聚糖/多磷酸盐纳米粒可以促进多肽的黏膜吸收。Grenha等[8]制备了一种含聚糖/多磷酸盐纳米粒和磷脂的复合物，荷胰岛素的复合物可以被微胶囊化，并通过喷雾干燥过程与甘露醇形成微球，该微球具有适于肺部吸入给药的空气动力学特点。Colonna等[9]为治疗遗传性的结缔组织疾病脯氨酰氨基酸（二肽）酶缺乏症，制备了脯氨酰氨基酸酶壳聚糖纳米粒，该纳米粒与纤维原细胞具有良好的组织相容性并能够被纤维原细胞吸收。在采用脯氨酰氨基酸酶缺乏症患者皮肤纤维原细胞进行的体外试验中，在共培养5d内，随着纳米粒的内化，脯氨酰氨基酸酶的活性逐渐恢复并可维持8d，酶活性最高可达到66％。 用于基因治疗的非病毒传送系统相对于病毒载体更为安全。壳聚糖纳米粒作为天然聚阳离子，近年来正在被深入研究用作基因疫苗载体。delaFuente等[10，11]考察了用于眼局部基因治疗的DNA质粒/透明质酸—壳聚糖纳米粒的有效性和作用机制。在正常的人角膜上皮细胞和结膜细胞中，纳米粒可以通过透明质酸受体CD44以细胞内吞的形式被内化，转染率可以达到15％，且对细胞活性没有产生影响；在家兔模型中，纳米粒可以进入角膜和结膜上皮细胞，并以较高的效率将DNA质粒转染至细胞中。Khatri等[12]采用凝聚法制备了载有DNA质粒的壳聚糖纳米粒，用于通过鼻黏膜免疫预防乙型肝炎。鼻腔接种纳米粒后动物血清抗HBsAg抗体在2周内达到临床保护水平，同时能够诱生黏膜sIgA的分泌，提高细胞免疫相关细胞银子的水平。 2.2温敏水凝胶 凝胶类的医用材料在药物缓释和组织工程领域日益引人注目。通过温度改变，使溶液原位发生凝胶化转变，形成温敏水凝胶，是最近研究的热点。近年来研究发现，通过加入碱性盐、含羟基聚合物或对壳聚糖进行衍生化和接枝反应，可得到具有温度敏感性的壳聚糖基物理凝胶。溶液在生理pH（7.0）及室温下保持溶液状态，而在温度升至体温(37℃)时迅速凝胶化。壳聚糖基温敏凝胶的制备条件简便温和，可避免有机化学试剂及其它有害的物质，具有巨大的应用前景。 Gupta等[13]研究了一种温度和pH介导的壳聚糖在位凝胶系统，用于眼部药物连续传递。该系统由普卢兰尼克F—127和壳聚糖作为凝胶剂，在温度35℃和pH6.9~7.0转变为凝胶。该系统能够显著提高药物透角膜的传递、延长药物的存留时间。该系统可成为治疗青光眼和其他眼部疾病的传统滴眼液的新选择。Fang等[14]对比了含有聚（N—异丙基丙烯酰胺）（PNIPAAm）、壳聚糖（CPN）和透明质酸/壳聚糖（CPNHA）的三种温敏水凝胶作为注射载体用于药物传递的情况以及体内的药效学，研究发现三种凝胶均可以延长药物（环丁甲羟氢吗啡,吲哚美辛和环丁甲羟氢吗啡前药）的释放。亲水性药物环丁甲羟氢吗啡在三种凝胶中的释药顺序为CPN＜CPNHA＜PNIPAAm。动物注射环丁甲羟氢吗啡的CPN凝胶和CPNHA凝胶可以延长环丁甲羟氢吗啡的镇痛时间，但对镇痛起效时间没有影响；在三种凝胶中CPNHA凝胶的镇痛持续时间（4h）最长。Schuetz[15]研制了一种可注射用的新型的温敏壳聚糖水凝胶。该凝胶由壳聚糖和游离磷酸盐多元醇或多糖作为凝胶剂，海藻糖或甘露醇作为稳定剂。高压灭菌和稳定性是温敏水凝胶在制剂方面的两大难题，但该凝胶在上述两方面均可以满足注射用水凝聚的要求。