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壳寡糖保健功能的研究进展
发布日期:2009-08-11 作者:格莱克
乔莹、白雪芳、杜昱光
(中国科学院大连化学物理研究所,中国科学院研究生院北京 100039)
摘要:壳寡糖是由壳聚糖经脱乙酰作用得到的2~10个氨基葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的低聚糖。它作为自然界中目前发现的唯一的碱性糖,不但分子量小、安全无毒,水溶性高,而且具有多种生物学活性。本文对壳寡糖的免疫调节作用,抗肿瘤活性、抗氧化、抑制糖尿病、降血脂、促进钙的吸收、调节肠道健康、促进伤口愈合等保健功能的研究进展进行综述。
关键词:壳寡糖;抗肿瘤;抗氧化;钙的吸收;肠道健康;伤口愈合;抑制糖尿病
Research advance of Chitosan oligosaccharides on keeping healthy QIAO Ying, BAI Xue-fang, DU Yu-guang( Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Science, Dalian 116023, China)
Abstract:Chitosan oligosaccharides are cationic polysaccharides derived from deacetylation of Chitosan, which is a linear polymer composed of β-1, 4-linked of N-acetyl-D-glucosamine and deacetylated glucosamine. As the only polysaccharide with positive charge in nature, it has several characteristics which Chitosan do not have, for example lower molecular weight, better soluble and safety. Chitosan
oligosaccharides have a wide range biological functions, including enhancing immunity, of anti-tumor and antioxidant, restraining diabetes lowering of blood cholesterol, improvement of calcium uptake, balancing of bacterium in intestines and, enhancing wound healing properties. In this review, we conclude some research advance on activities of Chitosan oligosaccharides from the wok at home and aboard in recent years. Keywords: Chitosan oligosaccharides; anti-tumor; antioxidant; absorption of calcium; balance of bacterium in intestine; wound heal; restrain diabetes
1.引言
壳寡糖(又称寡聚氨基葡糖、甲壳低聚糖,Chitosan oligosaccharide,Chitooligosaccharide,O1igochitosan,Low-molecular-weight chitosan)是由甲壳素(又称几丁质,chitin)脱乙酰的产物壳聚糖(Chitosan)降解获得,由2~10个氨基葡糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的低聚糖,是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖,具有水溶性好,安全无毒、易被动物体吸收[1]等优点,因此,其生物学活性备受关注,在保健品、营养剂、食品添加剂等方面都具有良好的应用价值。本文将近些年国内外学者对壳寡糖的保健功能的研究作以综述。
2. 壳寡糖的吸收和分布
哺乳动物产生的内源性消化碳水化合物的酶(主要是唾液淀粉酶、胰淀粉酶)对碳水化合物的消化主要限制于α-1,4糖苷键,而对其他类型的糖苷键不能分解或分解能力较弱。壳寡糖是由N-乙酰-D-葡萄糖胺以β-1,4-糖苷键结合而成的寡糖,不能被大多数的哺乳动物消化酶降解,但是壳寡糖的水溶性大于99%。Zeng等通过比较两种不同分子量的壳聚糖在血浆中的浓度表明,水溶性壳聚糖(water-solubleChitosan,WSC)被吸收的效率更高[1]。目前的研究普遍认为壳寡糖是通过小肠而被吸收。
Chae等通过体内和体外的实验观察证明,壳寡糖随着分子量的升高,吸收的效率降低。并且观察到分子量为3.8KDa的壳寡糖比分子量为230KDa的可溶性壳聚糖吸收效率提高了23~25倍[2] 。
Zeng等以实验小鼠为动物模型,检测4种不同分子量的壳聚糖在动物体内的分布。结果显示在小鼠的肝、肾、脾、心脏、胸腺中都检测到了经FITC标记的壳聚/寡糖,相比高分子量的壳聚糖(HCS)、中分子量壳聚糖(MCS)和水溶性壳聚糖(WSC),壳寡糖在组织中的残留很少[1],猜测可能是由于壳寡糖的分子量较低,在胃中少量几丁质酶的作用下进一步被降解为更小的分子,被机体吸收,而并不在组织中积聚。Chen等通过对小鼠灌服聚合度分别为2~5的壳寡糖单体表明,壳二糖和壳三糖的吸收效果良好,灌服30分钟后在血浆中出现最大浓度;而壳四糖和壳五糖在血浆中只能检测到较低的浓度[3]。
3.壳寡糖的免疫调节作用
30年前Suzuki等报道壳寡糖具有免疫调节作用。此后,对壳寡糖在免疫调节方面的研究成为一个热门领域,不断有新的研究成果涌现。
3.1 壳寡糖对免疫器官的影响
胸腺、脾脏是机体的主要免疫器官,参与体内的体液免疫和细胞免疫。李等在对仔鸡的研究中发现,壳寡糖促生长和提高免疫的作用优于金霉素。添加100mg/kg的壳寡糖处理组的脾脏指数和胸腺指数均显著高于金霉素组。说明壳寡糖对肉仔鸡脾脏和胸腺等免疫器官的发育具有显著的促进作用。在日粮中添加抗生素和壳寡糖可显著提高雏鹑免疫器官相对重量[4]。
3.2 增强体液免疫和细胞免疫作用
Wu等的研究发现聚合度为1-6的壳寡糖和分子量为20kD的低分子量壳聚糖能显著增加血清中IgG和IgM含量,同时对经伴刀豆球蛋白(Con A)和脂多糖(LPS)诱导的小鼠淋巴细胞的增殖也有促进作用[5]。HUANG等发现将100mg/kg壳寡糖作为日常饲料添加剂饲喂1-21天的肉鸡,可使血清中的IgG,IgA和IgM分别增高61%、72% 和 111%,而对21-42天的肉鸡,血清中抗体量分别增加了86%、92%和72%[6]。
(中国科学院大连化学物理研究所,中国科学院研究生院北京 100039)
摘要:壳寡糖是由壳聚糖经脱乙酰作用得到的2~10个氨基葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的低聚糖。它作为自然界中目前发现的唯一的碱性糖,不但分子量小、安全无毒,水溶性高,而且具有多种生物学活性。本文对壳寡糖的免疫调节作用,抗肿瘤活性、抗氧化、抑制糖尿病、降血脂、促进钙的吸收、调节肠道健康、促进伤口愈合等保健功能的研究进展进行综述。
关键词:壳寡糖;抗肿瘤;抗氧化;钙的吸收;肠道健康;伤口愈合;抑制糖尿病
Research advance of Chitosan oligosaccharides on keeping healthy QIAO Ying, BAI Xue-fang, DU Yu-guang( Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Science, Dalian 116023, China)
Abstract:Chitosan oligosaccharides are cationic polysaccharides derived from deacetylation of Chitosan, which is a linear polymer composed of β-1, 4-linked of N-acetyl-D-glucosamine and deacetylated glucosamine. As the only polysaccharide with positive charge in nature, it has several characteristics which Chitosan do not have, for example lower molecular weight, better soluble and safety. Chitosan
oligosaccharides have a wide range biological functions, including enhancing immunity, of anti-tumor and antioxidant, restraining diabetes lowering of blood cholesterol, improvement of calcium uptake, balancing of bacterium in intestines and, enhancing wound healing properties. In this review, we conclude some research advance on activities of Chitosan oligosaccharides from the wok at home and aboard in recent years. Keywords: Chitosan oligosaccharides; anti-tumor; antioxidant; absorption of calcium; balance of bacterium in intestine; wound heal; restrain diabetes
1.引言
壳寡糖(又称寡聚氨基葡糖、甲壳低聚糖,Chitosan oligosaccharide,Chitooligosaccharide,O1igochitosan,Low-molecular-weight chitosan)是由甲壳素(又称几丁质,chitin)脱乙酰的产物壳聚糖(Chitosan)降解获得,由2~10个氨基葡糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的低聚糖,是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖,具有水溶性好,安全无毒、易被动物体吸收[1]等优点,因此,其生物学活性备受关注,在保健品、营养剂、食品添加剂等方面都具有良好的应用价值。本文将近些年国内外学者对壳寡糖的保健功能的研究作以综述。
2. 壳寡糖的吸收和分布
哺乳动物产生的内源性消化碳水化合物的酶(主要是唾液淀粉酶、胰淀粉酶)对碳水化合物的消化主要限制于α-1,4糖苷键,而对其他类型的糖苷键不能分解或分解能力较弱。壳寡糖是由N-乙酰-D-葡萄糖胺以β-1,4-糖苷键结合而成的寡糖,不能被大多数的哺乳动物消化酶降解,但是壳寡糖的水溶性大于99%。Zeng等通过比较两种不同分子量的壳聚糖在血浆中的浓度表明,水溶性壳聚糖(water-solubleChitosan,WSC)被吸收的效率更高[1]。目前的研究普遍认为壳寡糖是通过小肠而被吸收。
Chae等通过体内和体外的实验观察证明,壳寡糖随着分子量的升高,吸收的效率降低。并且观察到分子量为3.8KDa的壳寡糖比分子量为230KDa的可溶性壳聚糖吸收效率提高了23~25倍[2] 。
Zeng等以实验小鼠为动物模型,检测4种不同分子量的壳聚糖在动物体内的分布。结果显示在小鼠的肝、肾、脾、心脏、胸腺中都检测到了经FITC标记的壳聚/寡糖,相比高分子量的壳聚糖(HCS)、中分子量壳聚糖(MCS)和水溶性壳聚糖(WSC),壳寡糖在组织中的残留很少[1],猜测可能是由于壳寡糖的分子量较低,在胃中少量几丁质酶的作用下进一步被降解为更小的分子,被机体吸收,而并不在组织中积聚。Chen等通过对小鼠灌服聚合度分别为2~5的壳寡糖单体表明,壳二糖和壳三糖的吸收效果良好,灌服30分钟后在血浆中出现最大浓度;而壳四糖和壳五糖在血浆中只能检测到较低的浓度[3]。
3.壳寡糖的免疫调节作用
30年前Suzuki等报道壳寡糖具有免疫调节作用。此后,对壳寡糖在免疫调节方面的研究成为一个热门领域,不断有新的研究成果涌现。
3.1 壳寡糖对免疫器官的影响
胸腺、脾脏是机体的主要免疫器官,参与体内的体液免疫和细胞免疫。李等在对仔鸡的研究中发现,壳寡糖促生长和提高免疫的作用优于金霉素。添加100mg/kg的壳寡糖处理组的脾脏指数和胸腺指数均显著高于金霉素组。说明壳寡糖对肉仔鸡脾脏和胸腺等免疫器官的发育具有显著的促进作用。在日粮中添加抗生素和壳寡糖可显著提高雏鹑免疫器官相对重量[4]。
3.2 增强体液免疫和细胞免疫作用
Wu等的研究发现聚合度为1-6的壳寡糖和分子量为20kD的低分子量壳聚糖能显著增加血清中IgG和IgM含量,同时对经伴刀豆球蛋白(Con A)和脂多糖(LPS)诱导的小鼠淋巴细胞的增殖也有促进作用[5]。HUANG等发现将100mg/kg壳寡糖作为日常饲料添加剂饲喂1-21天的肉鸡,可使血清中的IgG,IgA和IgM分别增高61%、72% 和 111%,而对21-42天的肉鸡,血清中抗体量分别增加了86%、92%和72%[6]。
窦等的实验结果显示适当剂量的壳寡糖作用于小鼠能明显提高溶血空斑数、血清溶血素水平,增强ConA 诱导的T 淋巴细胞增殖、迟发型变态反应。B 淋巴细胞受抗原刺激后分化成浆细胞并产生抗体,当再次接受同一抗原刺激时溶血产生肉眼可见的空斑,溶血空斑数大体上可以反映抗体形成细胞数。壳寡糖能使小鼠的溶血空斑数及血清抗体积数明显增加,表明壳寡糖能增强小鼠的体液免疫功能。ConA 诱导的T 淋巴细胞增殖试验以及迟发型变态反应结果显示壳寡糖能增强小鼠的细胞免疫功能[7]。
3.3 对免疫细胞的作用
3.3.1对巨噬细胞的作用
一般认为,几丁质和壳聚糖的衍生物都是通过激活巨噬细胞(macrophage)从而调解机体免疫力的。Okamoto等发现发现聚合度1-6的几丁寡糖和壳寡糖可以显著的提高小鼠腹膜巨噬细胞的迁移活性。壳寡糖能增强小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬能力,但对淋巴细胞的增殖没有促进作用[8]。壳寡糖可结合并激活巨噬细胞,而甘露糖受体介导的吞饮是巨噬细胞内吞壳寡糖的一条重要途径。可能是经由巨噬细胞表面的甘露糖受体介导结合并激活巨噬细胞的,并且钙离子相关的信号转导途径可能参与这一过程。
巨噬细胞可以通过分泌一些细胞因子如一氧化氮(NO)、白细胞介素(IL)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)来杀灭病原体。Yu等将巨噬细胞与壳寡糖一起孵育12 h后,发现壳寡糖能显著性地增强NO合酶(nitric oxide synthase,iNOS)活性,介导NO和TNF-α在巨噬细胞中产生。而另一方面,NO、TNF-α产生过量又会对机体产生损害,例如会损害组织或发生坏血性休克(septicshock)。Yoon等发现壳寡糖可调整由LPS刺激巨噬细胞RAW264.7所产生的过量NO、TNF-α、IL-6回复到正常水平[9]。
3.3.2 对中性粒细胞的作用
窦等研究壳寡糖对静息的中性粒细胞和用豆蔻酰佛波醇乙酯(phorbol myristate acetate,PMA)刺激活化的中性粒细胞作对比,发现壳寡糖可提高静息状态下中性粒细胞的活性,以产生一系列下游的信号因子用以激发免疫应答反应。而对于PMA刺激活性过高的中性粒细胞,壳寡糖则起到负调控的作用,减少因释放过多细胞因子所引发的细胞损伤[10]。
4. 壳寡糖抗癌/抗肿瘤活性
上世纪80年代,一些科学家发现利用几丁质或壳寡糖可作为抗肿瘤制剂或者是肿瘤转移抑制剂,后来经过研究,普遍认为聚合度(degreeof polymerization,DP)为6的壳寡糖有较好的抑瘤效果。并且随着壳寡糖浓度的升高,抑瘤率提高。
4.1 壳寡糖可抑制肿瘤生长
目前的研究表明壳寡糖对很多肿瘤细胞,例如S180肉瘤细胞、Lewis肺癌细胞、Hela宫颈癌细胞系、人白血病K562细胞株、结肠癌LoVo细胞株等癌细胞具有抑制效果。官杰等以荷瘤小鼠做动物模型进行体内实验,其中浓度为1.5%的壳寡糖明显抑制实体瘤的生长,抑制率达47.17%。而壳寡糖对肺癌细胞的抑制效果更加明显,体外抑瘤率平均达76 %[11]。
4.1.1 壳寡糖可诱导肿瘤细胞坏死
Huang等研究表明壳寡糖的抗肿瘤活性与其所带的电荷有关。高电荷的壳寡糖衍生物,不论所带的为正电荷还是负电荷,都可显著降低肿瘤细胞活性。而这种抗肿瘤的活性是通过诱导肿瘤细胞坏死(necrosis)来实现的[12]。
4.1.2 壳寡糖可诱导肿瘤细胞凋亡
Xu等对肝癌细胞(SMMC-7221 cell)的研究中发现壳寡糖可显著介导该细胞的凋亡(Apoptosis),并且随壳寡糖浓度升高而效率增大。在用0.8mg/ml壳寡糖处理后72小时,引发的凋亡率可达38%[13]。
官等的通过研究壳寡糖与双歧杆菌协同抗肿瘤的实验发现,壳寡糖协同双歧杆菌对肿瘤的生长有抑制作用,显微镜观察显示肿瘤组织出现坏死;壳寡糖对肿瘤细胞生长有抑制作用,其抑瘤率与浓度有关,与时间无关,肿瘤细胞经壳寡糖作用后,透射电镜显示细胞有凋亡趋势[14]。
4.2 壳寡糖可抑制肿瘤细胞血管生成
肿瘤血管生成(angiogenesis)是指肿瘤细胞诱导的微血管生长以及肿瘤中血液循环建立的过程。这一过程既受机体神经内分泌因素影响,又受肿瘤细胞和肿瘤基质细胞表达的生长因子调控。
Wang等以人脐静脉上皮细胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVECs)做体外实验表明壳寡糖可抑制由血管内皮生长因子(VEGF)引发的血管生成。并且以斑马鱼胚胎做为动物模型进行活体实验表明壳寡糖可抑制新生血管生成[15]。
Prashanth等对比壳寡糖与可溶性壳聚糖抑制由埃利希腹水瘤(Ehrlich ascites tumor,EAT)细胞的生长和肿瘤血管生成时发现,50μg的壳寡糖比100μg的可溶性壳聚糖具有更强的抑制效果[16]。
研究还表明壳寡糖可抑制一些血管生成因子,e.g如.MMP-2、MMP-9、TNF等来发挥抗肿瘤的作用。基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinase, MMPs)的测定可作为判断肿瘤恶性程度、复发、转移的指标。Van Ta等在研究壳寡糖抑制MMP-9在人纤维肉瘤细胞(human fibrosarcoma cells)HT1080中的表达时发现,分子量为1000-3000Da的壳寡糖抑制效果最好,并且发现壳寡糖可在基因和蛋白水平同时抑制MMP-9的表达[17]。
4.3 壳寡糖可能通过调节机体免疫来抑制肿瘤细胞的增殖
现代肿瘤免疫学研究发现巨噬细胞、T淋巴细胞和NK细胞在抗肿瘤的免疫效应中发挥着主要作用。许多学者证实一些具有免疫活性的细胞表面存在N-乙酰-D-糖胺(GIcNAc)或D-糖胺(GIcN)残基和受体的结合可能与抗肿瘤密切相关。吴等的研究通过检测壳寡糖对巨噬细胞相关细胞因子转录和翻译水平的影响,实验结果显示壳寡糖能促进巨噬细胞细胞因子IL-1β、TNF-a和IL-l8基因的表达,促进巨噬细胞分泌细胞因子IL-1β、TNF-a和IL-l8。而这些细胞因子又可以反馈激活巨噬细胞和NK细胞,形成网络状的反馈调节关系,从而极大地增强机体的免疫功能和抗肿瘤能力[18]。
Maeda等发现在以小鼠为动物模型的体内试验中,低分子量壳聚糖(分子量21Kda和46KDa)和壳寡糖都有抑制S180瘤的作用。并且其作用机理可能是由于壳寡糖可以提高肠上皮内的淋巴细胞(intestinal intraepithelial lymphocytes, IELs)的自然杀伤活性。这表明壳寡糖有可能是通过对肠道免疫功能的调节来抑制肿瘤的生长[19]。
5. 壳寡糖抗氧化活性
5.1 壳寡糖体外抗氧化活性
壳寡糖及其衍生物是很强的自由基清除剂,Kim等运用电子旋转共振技术(electron spinresonance,
ESR),对低分子量几丁质、低分子量壳聚糖和壳寡糖的自由基清除活性进行了研究。结果表明,这些物质对许多种类的自由基都有清除作用。主要包括:DPPH(1,1-联苯-2-picrylhydrazyl),羟自由基、过氧化物和以碳为中心的自由基。据他们的研究表明,脱乙酰度和分子量是决定抗氧化活性的主要影响因素,较高的脱乙酰度及较低的分子量清除自由基的效率较高[20]。Prashanth等研究发现低的分子量的壳聚糖和壳寡糖均具有清除羟自由基OH•和超氧自由基O2•的效果,清除效率高达80%[21]
目前有很多研究表明ROS可促进核转录因子(transcription factor-kappa B, NF-κB)的活性。NF-κB是信号转导途径中一个主要的应答氧化压力的因子,可通过调控众多下游基因的转录来参与机体免疫应答、炎症反应、细胞凋亡和肿瘤的形成。Medis等以小鼠黑色素瘤细胞系(B16F1)为模型发现壳寡糖可通过提高胞内GSH水平,提升机体氧化还原系统的能力,并且同时抑制了NF-κB的表达来达到清除自由基的目的[22]。
5.2 壳寡糖体内抗氧化活性
很多研究表明,抗氧化剂具有保护肝脏(hepato-protective effects)的功效。很多化学试剂会在体内形成自由基而损伤机体。例如,CCl4在细胞色素P450还原酶系统的还原激活下生成CCl3•和Cl3COO•自由基,诱导细胞膜脂质过氧化,脂质过氧化产物对细胞膜的结构和功能造成不可逆转的改变。而壳寡糖可通过抑制异源性化学物质激活代谢酶活性来保护化学性肝损伤。郝等的研究表明,连续12天灌胃给予壳寡糖能够抑制CCl4诱导的脂质过氧化,具有较为明显的肝保护功能[23]。以CCl4诱导的肝损伤小鼠为模型,研究发现口服壳二糖和壳三糖可以降低肝损伤。
6 壳寡糖的抑制糖尿病活性
很多学者认为自由基代谢异常、机体抗氧化机能低下与糖尿病的发生发展有密切的关系。黄等研究发现壳寡糖硒、硒以及壳寡糖对清除糖尿病模型大鼠体内氧自由基,抑制脂质过氧化,对抗自由基对胰岛β-细胞的损害,并且发现壳寡糖硒的效果最明显。
刘等的研究发现以链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠为模型,不同剂量的壳寡糖和N-乙酰氨基单糖均能不同程度地调节糖尿病大鼠血脂和提高其机体抗氧化能力。不同剂量的壳寡糖和N-乙酰氨基单糖均能不同程度地改善糖尿病大鼠的体重减轻、多饮、多食等症状。壳寡糖可以降低甘油三酯的浓度和载脂蛋白B的质量浓度,升高载脂Al/载脂B的值并且有显著差异,但对胆固醇和载脂Al的质量浓度无明显变化[24]。随后研究发现以90%的脱乙酰度,分子量为1200Da的壳寡糖对于原代培养的大鼠胰岛细胞和胰岛β细胞体外增殖具有明显的促进作用并可以显著促进原代培养胰岛细胞的胰岛素分泌。
6.2 降血糖活性
曹等的研究发现,壳寡糖有明显降血糖作用,能增强小鼠的负荷糖耐量,改善胰岛细胞的功能,有升高血中胰岛素的趋势。壳寡糖的降血糖作用可能与其能作用于胰岛素受体,使胰岛素受体敏感性增强,从而控制血糖升高有关。表明壳寡糖能显著降低实验性糖尿病大鼠空腹及餐后血糖,其降糖作用可能与其抑制或延缓葡萄糖的肠道吸收有关。体外的酶学实验显示甲壳低聚糖对α-葡萄糖苷酶活力有较强的抑制作用,抑制率与甲壳低聚糖的量呈一定的量效关系,且抑制效果接近阿卡波糖,提示甲壳低聚糖可能具有类似于阿卡波糖样的降糖机制[25]。
Lee等对大鼠所做的实验同样证明了上述观点。脱乙酰度为99%的壳寡糖可以使实验大鼠的空腹血糖水平下降19%,还可以显著提高葡萄糖的耐受性。甘油三酯与对照糖尿病大鼠组相比下降了49%[26]。Kondo等报道低分子量壳聚糖(壳聚糖乳酸盐MW 20 kDa)可以预防低剂量链脲菌素诱导产生的小鼠慢性进行性糖尿病。在这个非胰岛素依赖型(non-insulin-dependent diabetes mellitus,NIDDM)模型中,在未发生糖尿病之前将受试物低分子量壳聚糖溶于饮用水(0.2%和0.8%)供小鼠饮用。结果表明低分子量壳聚糖可以减缓血糖上升的时间。相反,氨基葡萄糖和壳聚糖均不能抑制糖尿病的发生。他们进一步对遗传性肥胖糖尿病大鼠的研究表明,对高血糖症、高胰岛素血症和高甘油三酯血症低分子量壳聚糖都有一定疗效。结果证明低分子量壳聚糖可以有效的降低血糖水平。
7.壳寡糖的降血脂活性
1988年就有人发现壳寡糖有清除血液中胆固醇的作用。有文献报道按每千克体重240毫克的剂量给小鼠口服壳三糖可使小鼠血脂降低66%左右。
在一个独立的开放饲喂实验中,Enomoto等发现每次喂食低分子量壳聚糖(分子量2-20KDa,平均分子量8KDa),与对照组相比(饲喂分子量为220KDa的壳聚糖),大鼠的血清中胆固醇水平降低25%左右(从133mg/dl降低到100mg/dl)[27]。
Kim等利用高血脂胆固醇的大鼠实验中,发现高胆固醇饲喂的大鼠喂食2%壳寡糖4周后,血清中总胆固醇(total cholesterol,TC)含量、低密度脂蛋白(low-density lipoprotein
cholesterol,LDL-C)含量和甘油三酸酯含量都显著降低,而高密度脂蛋白含量增加。高密度脂蛋白将外周组织的胆固醇运向肝脏,进而排出体外,故高密度脂蛋白含量升高,有利于胆固醇清除,降低血胆固醇含量。肝脏中SOD和H2O2 酶活性也都显著提高[28]。
Liao等通过60名志愿者8周的实验观察发现在水溶性壳聚糖组(DD为92%,分子量为30-50kD)总胆固醇下降了7.5% ,在水不溶性壳聚糖组(分子量为100-150 kD) 总胆固醇下降了8.9% 。血清中低密度脂蛋白分别下降了10%和6%[29]。
8. 促进钙的吸收/骨骼健康
Jang等的研究证实壳寡糖在体外实验中可抑制钙质形成不溶性的钙盐,并且以切除卵巢的骨质疏松大鼠(OVX rats)为模型,发现服用壳寡糖的大鼠与未服的对照组相比,对钙质的排泄明显减少,增大了机体对钙的保持力。实验鼠股骨的总钙含量,骨质密度(bone mineral density,BMD)和力度都有显著增加[30]。另外,磷酸化的壳寡糖也有加速钙质吸收的作用。这种作用与壳寡糖的分子量相关。分子量在1000以下的磷酸化壳寡糖具有较强的抑制磷酸钙沉淀的作用,其抑制磷酸钙沉淀的作用与CPP(caseinphosphopeptides)相近。因此,认为在钙强化奶中广泛使用加入磷酸化壳寡糖的方法,可抑制钙质形成沉淀,以达到增加钙吸收率的目的。
Ohara等发现壳寡糖可以显著提高成骨细胞中碱性磷酸酶的活性。通过对其基因表达的进一步研究发现,壳寡糖可以诱导CD56抗原和组织型血纤维蛋白溶酶原催化剂表达量增加。而这两类物质的基因又与细胞的增殖和细胞分化有关。这就表明壳寡糖在mRNA水平上有调节造骨细胞的功能[31]。发现低分子量壳聚糖也具有抑制破骨样多核细胞(osteoclast-likemultinucleated cells,OCLs)的形成的作用。给切除卵巢的大鼠口服低分子量壳聚糖可有效预防腰椎骨密度的降低。作用机理有可能是低分子量壳聚糖通过抑制了破骨细胞的再吸收功能来防止骨密度的降低。
沈等在对新西兰模型兔的体内试验中证明壳寡糖可以加速骨折愈合,作用机理可能是通过促进胶原质的形成并且增加了在骨折愈合过程中转化生长因子β-1(TGF-β-1)的表达,骨和血小板中TGF-β1的含量最为丰富,在骨折修复过程中以自分泌和旁分泌的方式调节骨折愈合不同阶段的细胞的功能,从而促进骨折的愈合。壳寡糖可能通过促进TGF-β1的合成与分泌来促进骨折的愈合[32]。
9.促进肠道健康
9.1 促进肠绒毛生长
小肠的绒毛长度、黏膜厚度、绒毛表面积都是衡量小肠消化吸收功能的重要指标。绒毛长度、黏膜厚度增加可使小肠吸收面积扩大,有利于营养物质的吸收。王等的研究表明,壳寡糖可增加大鼠小肠绒毛长度和黏膜厚度从而增强了小肠对营养物质的吸收功能。研究也表明:壳寡糖可抑制肉仔鸡肠道菌,促进微绒毛生长发育,提高免疫能力和生产性能[33]。
9.2 调节肠内菌群分布
Han等的研究表明壳寡糖可明显降低大肠肝茵和肠球菌的数量,对双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖作用也有显著作用,且改善效果随着剂量的增加而增加。壳寡糖在乳猪的生长过程中,平均可使每克肠所含细菌数量(CFU/g)从7.35 log CFU/g降到6.71 log CFU/g(饲喂0.1%的壳寡糖)和6.54 log CFU/g(饲喂0.3%的壳寡糖),浓度大组的抑菌效果更好[34]。
壳寡糖不仅可以抑制肠道有害菌的生长,最近又有实验证明,壳寡糖有抑制致肠病的病原菌对大肠细胞的粘连作用。Rhoades等发现脱乙酰度为97%,聚合度为4的壳寡糖可抑制3种有害的大肠杆菌菌株对肠癌细胞HT-29的粘附,抑制率为12%-29%。
10. 促进伤口愈合
Minagawa等在以线性切口损伤的小鼠为模型中发现,壳寡糖促进伤口愈合的效率要高于几丁寡糖。其中胶原酶的活性也比几丁寡糖对照组要高。而胶原酶的高活性与伤口的再生有关。壳寡糖组在组织形态学观察中可看到胶原纤维与损伤处呈垂直排列,很多有活性的纤维原细胞聚集在伤口处,这样非常利于伤口愈合。而脱乙酰度高的壳寡糖比脱乙酰度低的具有更强的促进愈合能力[35]。
低分子量壳聚糖可以促进伤口愈合主要是依靠提高了精氨酸酶的活性。这就进一步的揭示了壳寡糖促进伤口愈合的作用机制。不同分子量的壳聚糖作用于新西兰兔的研究表明,分子量小于6kDa的壳寡糖具有更强的促进伤口愈合的作用,具体表现为毛细血管及成纤维细胞增生活跃[36]。
Yu等利用2-7的聚合度的壳寡糖经体外与体内的研究表明,壳寡糖有助于实验小鼠被铷射线照射引发的口腔粘膜损伤的康复,0.5-0.75%壳寡糖可以促进成纤维细胞(fibroblast)的分化,但高浓度的壳寡糖则抑制。成纤维细胞是创面修复过程中的最主要的功能细胞,在伤口愈合过程中经过迁移、增殖、分泌大量的胶原纤维和基质成份,与新生毛细血管等共同构成肉芽组织,填补组织缺损,为表皮细胞的覆盖创造条件。而辐射所致MMP1在伤口肉芽组织中表达明显降低,直接影响迁移、血管形成和瘢痕组织形成等病理过程,是辐射影响伤口愈合的重要机制之一。所以认为经体内全身使用壳寡糖可以改善伤口愈合的机理主要与其能促进成纤维细胞的活性有关[37]。发现将人表皮生长因子(Human epidermal growth factor,EGF)与壳寡糖相连成结合体EGF-LMC,体外实验可促进人表皮成纤维细胞的增殖。EGF是一种多肽有丝分裂素,可通过增加可利用的DNA、RNA、蛋白质而在伤口愈合中起重要作用。并且在体外可刺激角化细胞(keratinocyte)的分裂,体内可刺激表皮细胞的再生。但EGF的缺点是,结合到细胞表面的特异性受体后会通过溶酶体途径迅速被降解掉,再被循环系统运送至肝或肾脏中。而壳寡糖有影响有丝分裂素的反应的功能,并且糖与蛋白的结合体不易被蛋白酶解,所以两者的结合体可显著促进伤口的愈合。
11.展望
综上所述,很多的研究表明壳寡糖具有多元化的生物活性,并且在保健品的开发中有很高的应用价值。但目前的研究并没有解释壳寡糖多样生物活性的分子生物学机制,而只是观察到很多实验现象。实际上,人体的免疫系统很复杂,因此想要很好的解释其分子机理比较困难。所以,目前很多学者的研究工作都在为解释壳寡糖众多活性的详细分子机制作出努力。
3.3 对免疫细胞的作用
3.3.1对巨噬细胞的作用
一般认为,几丁质和壳聚糖的衍生物都是通过激活巨噬细胞(macrophage)从而调解机体免疫力的。Okamoto等发现发现聚合度1-6的几丁寡糖和壳寡糖可以显著的提高小鼠腹膜巨噬细胞的迁移活性。壳寡糖能增强小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬能力,但对淋巴细胞的增殖没有促进作用[8]。壳寡糖可结合并激活巨噬细胞,而甘露糖受体介导的吞饮是巨噬细胞内吞壳寡糖的一条重要途径。可能是经由巨噬细胞表面的甘露糖受体介导结合并激活巨噬细胞的,并且钙离子相关的信号转导途径可能参与这一过程。
巨噬细胞可以通过分泌一些细胞因子如一氧化氮(NO)、白细胞介素(IL)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)来杀灭病原体。Yu等将巨噬细胞与壳寡糖一起孵育12 h后,发现壳寡糖能显著性地增强NO合酶(nitric oxide synthase,iNOS)活性,介导NO和TNF-α在巨噬细胞中产生。而另一方面,NO、TNF-α产生过量又会对机体产生损害,例如会损害组织或发生坏血性休克(septicshock)。Yoon等发现壳寡糖可调整由LPS刺激巨噬细胞RAW264.7所产生的过量NO、TNF-α、IL-6回复到正常水平[9]。
3.3.2 对中性粒细胞的作用
窦等研究壳寡糖对静息的中性粒细胞和用豆蔻酰佛波醇乙酯(phorbol myristate acetate,PMA)刺激活化的中性粒细胞作对比,发现壳寡糖可提高静息状态下中性粒细胞的活性,以产生一系列下游的信号因子用以激发免疫应答反应。而对于PMA刺激活性过高的中性粒细胞,壳寡糖则起到负调控的作用,减少因释放过多细胞因子所引发的细胞损伤[10]。
4. 壳寡糖抗癌/抗肿瘤活性
上世纪80年代,一些科学家发现利用几丁质或壳寡糖可作为抗肿瘤制剂或者是肿瘤转移抑制剂,后来经过研究,普遍认为聚合度(degreeof polymerization,DP)为6的壳寡糖有较好的抑瘤效果。并且随着壳寡糖浓度的升高,抑瘤率提高。
4.1 壳寡糖可抑制肿瘤生长
目前的研究表明壳寡糖对很多肿瘤细胞,例如S180肉瘤细胞、Lewis肺癌细胞、Hela宫颈癌细胞系、人白血病K562细胞株、结肠癌LoVo细胞株等癌细胞具有抑制效果。官杰等以荷瘤小鼠做动物模型进行体内实验,其中浓度为1.5%的壳寡糖明显抑制实体瘤的生长,抑制率达47.17%。而壳寡糖对肺癌细胞的抑制效果更加明显,体外抑瘤率平均达76 %[11]。
4.1.1 壳寡糖可诱导肿瘤细胞坏死
Huang等研究表明壳寡糖的抗肿瘤活性与其所带的电荷有关。高电荷的壳寡糖衍生物,不论所带的为正电荷还是负电荷,都可显著降低肿瘤细胞活性。而这种抗肿瘤的活性是通过诱导肿瘤细胞坏死(necrosis)来实现的[12]。
4.1.2 壳寡糖可诱导肿瘤细胞凋亡
Xu等对肝癌细胞(SMMC-7221 cell)的研究中发现壳寡糖可显著介导该细胞的凋亡(Apoptosis),并且随壳寡糖浓度升高而效率增大。在用0.8mg/ml壳寡糖处理后72小时,引发的凋亡率可达38%[13]。
官等的通过研究壳寡糖与双歧杆菌协同抗肿瘤的实验发现,壳寡糖协同双歧杆菌对肿瘤的生长有抑制作用,显微镜观察显示肿瘤组织出现坏死;壳寡糖对肿瘤细胞生长有抑制作用,其抑瘤率与浓度有关,与时间无关,肿瘤细胞经壳寡糖作用后,透射电镜显示细胞有凋亡趋势[14]。
4.2 壳寡糖可抑制肿瘤细胞血管生成
肿瘤血管生成(angiogenesis)是指肿瘤细胞诱导的微血管生长以及肿瘤中血液循环建立的过程。这一过程既受机体神经内分泌因素影响,又受肿瘤细胞和肿瘤基质细胞表达的生长因子调控。
Wang等以人脐静脉上皮细胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVECs)做体外实验表明壳寡糖可抑制由血管内皮生长因子(VEGF)引发的血管生成。并且以斑马鱼胚胎做为动物模型进行活体实验表明壳寡糖可抑制新生血管生成[15]。
Prashanth等对比壳寡糖与可溶性壳聚糖抑制由埃利希腹水瘤(Ehrlich ascites tumor,EAT)细胞的生长和肿瘤血管生成时发现,50μg的壳寡糖比100μg的可溶性壳聚糖具有更强的抑制效果[16]。
研究还表明壳寡糖可抑制一些血管生成因子,e.g如.MMP-2、MMP-9、TNF等来发挥抗肿瘤的作用。基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinase, MMPs)的测定可作为判断肿瘤恶性程度、复发、转移的指标。Van Ta等在研究壳寡糖抑制MMP-9在人纤维肉瘤细胞(human fibrosarcoma cells)HT1080中的表达时发现,分子量为1000-3000Da的壳寡糖抑制效果最好,并且发现壳寡糖可在基因和蛋白水平同时抑制MMP-9的表达[17]。
4.3 壳寡糖可能通过调节机体免疫来抑制肿瘤细胞的增殖
现代肿瘤免疫学研究发现巨噬细胞、T淋巴细胞和NK细胞在抗肿瘤的免疫效应中发挥着主要作用。许多学者证实一些具有免疫活性的细胞表面存在N-乙酰-D-糖胺(GIcNAc)或D-糖胺(GIcN)残基和受体的结合可能与抗肿瘤密切相关。吴等的研究通过检测壳寡糖对巨噬细胞相关细胞因子转录和翻译水平的影响,实验结果显示壳寡糖能促进巨噬细胞细胞因子IL-1β、TNF-a和IL-l8基因的表达,促进巨噬细胞分泌细胞因子IL-1β、TNF-a和IL-l8。而这些细胞因子又可以反馈激活巨噬细胞和NK细胞,形成网络状的反馈调节关系,从而极大地增强机体的免疫功能和抗肿瘤能力[18]。
Maeda等发现在以小鼠为动物模型的体内试验中,低分子量壳聚糖(分子量21Kda和46KDa)和壳寡糖都有抑制S180瘤的作用。并且其作用机理可能是由于壳寡糖可以提高肠上皮内的淋巴细胞(intestinal intraepithelial lymphocytes, IELs)的自然杀伤活性。这表明壳寡糖有可能是通过对肠道免疫功能的调节来抑制肿瘤的生长[19]。
5. 壳寡糖抗氧化活性
5.1 壳寡糖体外抗氧化活性
壳寡糖及其衍生物是很强的自由基清除剂,Kim等运用电子旋转共振技术(electron spinresonance,
ESR),对低分子量几丁质、低分子量壳聚糖和壳寡糖的自由基清除活性进行了研究。结果表明,这些物质对许多种类的自由基都有清除作用。主要包括:DPPH(1,1-联苯-2-picrylhydrazyl),羟自由基、过氧化物和以碳为中心的自由基。据他们的研究表明,脱乙酰度和分子量是决定抗氧化活性的主要影响因素,较高的脱乙酰度及较低的分子量清除自由基的效率较高[20]。Prashanth等研究发现低的分子量的壳聚糖和壳寡糖均具有清除羟自由基OH•和超氧自由基O2•的效果,清除效率高达80%[21]
目前有很多研究表明ROS可促进核转录因子(transcription factor-kappa B, NF-κB)的活性。NF-κB是信号转导途径中一个主要的应答氧化压力的因子,可通过调控众多下游基因的转录来参与机体免疫应答、炎症反应、细胞凋亡和肿瘤的形成。Medis等以小鼠黑色素瘤细胞系(B16F1)为模型发现壳寡糖可通过提高胞内GSH水平,提升机体氧化还原系统的能力,并且同时抑制了NF-κB的表达来达到清除自由基的目的[22]。
5.2 壳寡糖体内抗氧化活性
很多研究表明,抗氧化剂具有保护肝脏(hepato-protective effects)的功效。很多化学试剂会在体内形成自由基而损伤机体。例如,CCl4在细胞色素P450还原酶系统的还原激活下生成CCl3•和Cl3COO•自由基,诱导细胞膜脂质过氧化,脂质过氧化产物对细胞膜的结构和功能造成不可逆转的改变。而壳寡糖可通过抑制异源性化学物质激活代谢酶活性来保护化学性肝损伤。郝等的研究表明,连续12天灌胃给予壳寡糖能够抑制CCl4诱导的脂质过氧化,具有较为明显的肝保护功能[23]。以CCl4诱导的肝损伤小鼠为模型,研究发现口服壳二糖和壳三糖可以降低肝损伤。
6 壳寡糖的抑制糖尿病活性
很多学者认为自由基代谢异常、机体抗氧化机能低下与糖尿病的发生发展有密切的关系。黄等研究发现壳寡糖硒、硒以及壳寡糖对清除糖尿病模型大鼠体内氧自由基,抑制脂质过氧化,对抗自由基对胰岛β-细胞的损害,并且发现壳寡糖硒的效果最明显。
刘等的研究发现以链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠为模型,不同剂量的壳寡糖和N-乙酰氨基单糖均能不同程度地调节糖尿病大鼠血脂和提高其机体抗氧化能力。不同剂量的壳寡糖和N-乙酰氨基单糖均能不同程度地改善糖尿病大鼠的体重减轻、多饮、多食等症状。壳寡糖可以降低甘油三酯的浓度和载脂蛋白B的质量浓度,升高载脂Al/载脂B的值并且有显著差异,但对胆固醇和载脂Al的质量浓度无明显变化[24]。随后研究发现以90%的脱乙酰度,分子量为1200Da的壳寡糖对于原代培养的大鼠胰岛细胞和胰岛β细胞体外增殖具有明显的促进作用并可以显著促进原代培养胰岛细胞的胰岛素分泌。
6.2 降血糖活性
曹等的研究发现,壳寡糖有明显降血糖作用,能增强小鼠的负荷糖耐量,改善胰岛细胞的功能,有升高血中胰岛素的趋势。壳寡糖的降血糖作用可能与其能作用于胰岛素受体,使胰岛素受体敏感性增强,从而控制血糖升高有关。表明壳寡糖能显著降低实验性糖尿病大鼠空腹及餐后血糖,其降糖作用可能与其抑制或延缓葡萄糖的肠道吸收有关。体外的酶学实验显示甲壳低聚糖对α-葡萄糖苷酶活力有较强的抑制作用,抑制率与甲壳低聚糖的量呈一定的量效关系,且抑制效果接近阿卡波糖,提示甲壳低聚糖可能具有类似于阿卡波糖样的降糖机制[25]。
Lee等对大鼠所做的实验同样证明了上述观点。脱乙酰度为99%的壳寡糖可以使实验大鼠的空腹血糖水平下降19%,还可以显著提高葡萄糖的耐受性。甘油三酯与对照糖尿病大鼠组相比下降了49%[26]。Kondo等报道低分子量壳聚糖(壳聚糖乳酸盐MW 20 kDa)可以预防低剂量链脲菌素诱导产生的小鼠慢性进行性糖尿病。在这个非胰岛素依赖型(non-insulin-dependent diabetes mellitus,NIDDM)模型中,在未发生糖尿病之前将受试物低分子量壳聚糖溶于饮用水(0.2%和0.8%)供小鼠饮用。结果表明低分子量壳聚糖可以减缓血糖上升的时间。相反,氨基葡萄糖和壳聚糖均不能抑制糖尿病的发生。他们进一步对遗传性肥胖糖尿病大鼠的研究表明,对高血糖症、高胰岛素血症和高甘油三酯血症低分子量壳聚糖都有一定疗效。结果证明低分子量壳聚糖可以有效的降低血糖水平。
7.壳寡糖的降血脂活性
1988年就有人发现壳寡糖有清除血液中胆固醇的作用。有文献报道按每千克体重240毫克的剂量给小鼠口服壳三糖可使小鼠血脂降低66%左右。
在一个独立的开放饲喂实验中,Enomoto等发现每次喂食低分子量壳聚糖(分子量2-20KDa,平均分子量8KDa),与对照组相比(饲喂分子量为220KDa的壳聚糖),大鼠的血清中胆固醇水平降低25%左右(从133mg/dl降低到100mg/dl)[27]。
Kim等利用高血脂胆固醇的大鼠实验中,发现高胆固醇饲喂的大鼠喂食2%壳寡糖4周后,血清中总胆固醇(total cholesterol,TC)含量、低密度脂蛋白(low-density lipoprotein
cholesterol,LDL-C)含量和甘油三酸酯含量都显著降低,而高密度脂蛋白含量增加。高密度脂蛋白将外周组织的胆固醇运向肝脏,进而排出体外,故高密度脂蛋白含量升高,有利于胆固醇清除,降低血胆固醇含量。肝脏中SOD和H2O2 酶活性也都显著提高[28]。
Liao等通过60名志愿者8周的实验观察发现在水溶性壳聚糖组(DD为92%,分子量为30-50kD)总胆固醇下降了7.5% ,在水不溶性壳聚糖组(分子量为100-150 kD) 总胆固醇下降了8.9% 。血清中低密度脂蛋白分别下降了10%和6%[29]。
8. 促进钙的吸收/骨骼健康
Jang等的研究证实壳寡糖在体外实验中可抑制钙质形成不溶性的钙盐,并且以切除卵巢的骨质疏松大鼠(OVX rats)为模型,发现服用壳寡糖的大鼠与未服的对照组相比,对钙质的排泄明显减少,增大了机体对钙的保持力。实验鼠股骨的总钙含量,骨质密度(bone mineral density,BMD)和力度都有显著增加[30]。另外,磷酸化的壳寡糖也有加速钙质吸收的作用。这种作用与壳寡糖的分子量相关。分子量在1000以下的磷酸化壳寡糖具有较强的抑制磷酸钙沉淀的作用,其抑制磷酸钙沉淀的作用与CPP(caseinphosphopeptides)相近。因此,认为在钙强化奶中广泛使用加入磷酸化壳寡糖的方法,可抑制钙质形成沉淀,以达到增加钙吸收率的目的。
Ohara等发现壳寡糖可以显著提高成骨细胞中碱性磷酸酶的活性。通过对其基因表达的进一步研究发现,壳寡糖可以诱导CD56抗原和组织型血纤维蛋白溶酶原催化剂表达量增加。而这两类物质的基因又与细胞的增殖和细胞分化有关。这就表明壳寡糖在mRNA水平上有调节造骨细胞的功能[31]。发现低分子量壳聚糖也具有抑制破骨样多核细胞(osteoclast-likemultinucleated cells,OCLs)的形成的作用。给切除卵巢的大鼠口服低分子量壳聚糖可有效预防腰椎骨密度的降低。作用机理有可能是低分子量壳聚糖通过抑制了破骨细胞的再吸收功能来防止骨密度的降低。
沈等在对新西兰模型兔的体内试验中证明壳寡糖可以加速骨折愈合,作用机理可能是通过促进胶原质的形成并且增加了在骨折愈合过程中转化生长因子β-1(TGF-β-1)的表达,骨和血小板中TGF-β1的含量最为丰富,在骨折修复过程中以自分泌和旁分泌的方式调节骨折愈合不同阶段的细胞的功能,从而促进骨折的愈合。壳寡糖可能通过促进TGF-β1的合成与分泌来促进骨折的愈合[32]。
9.促进肠道健康
9.1 促进肠绒毛生长
小肠的绒毛长度、黏膜厚度、绒毛表面积都是衡量小肠消化吸收功能的重要指标。绒毛长度、黏膜厚度增加可使小肠吸收面积扩大,有利于营养物质的吸收。王等的研究表明,壳寡糖可增加大鼠小肠绒毛长度和黏膜厚度从而增强了小肠对营养物质的吸收功能。研究也表明:壳寡糖可抑制肉仔鸡肠道菌,促进微绒毛生长发育,提高免疫能力和生产性能[33]。
9.2 调节肠内菌群分布
Han等的研究表明壳寡糖可明显降低大肠肝茵和肠球菌的数量,对双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖作用也有显著作用,且改善效果随着剂量的增加而增加。壳寡糖在乳猪的生长过程中,平均可使每克肠所含细菌数量(CFU/g)从7.35 log CFU/g降到6.71 log CFU/g(饲喂0.1%的壳寡糖)和6.54 log CFU/g(饲喂0.3%的壳寡糖),浓度大组的抑菌效果更好[34]。
壳寡糖不仅可以抑制肠道有害菌的生长,最近又有实验证明,壳寡糖有抑制致肠病的病原菌对大肠细胞的粘连作用。Rhoades等发现脱乙酰度为97%,聚合度为4的壳寡糖可抑制3种有害的大肠杆菌菌株对肠癌细胞HT-29的粘附,抑制率为12%-29%。
10. 促进伤口愈合
Minagawa等在以线性切口损伤的小鼠为模型中发现,壳寡糖促进伤口愈合的效率要高于几丁寡糖。其中胶原酶的活性也比几丁寡糖对照组要高。而胶原酶的高活性与伤口的再生有关。壳寡糖组在组织形态学观察中可看到胶原纤维与损伤处呈垂直排列,很多有活性的纤维原细胞聚集在伤口处,这样非常利于伤口愈合。而脱乙酰度高的壳寡糖比脱乙酰度低的具有更强的促进愈合能力[35]。
低分子量壳聚糖可以促进伤口愈合主要是依靠提高了精氨酸酶的活性。这就进一步的揭示了壳寡糖促进伤口愈合的作用机制。不同分子量的壳聚糖作用于新西兰兔的研究表明,分子量小于6kDa的壳寡糖具有更强的促进伤口愈合的作用,具体表现为毛细血管及成纤维细胞增生活跃[36]。
Yu等利用2-7的聚合度的壳寡糖经体外与体内的研究表明,壳寡糖有助于实验小鼠被铷射线照射引发的口腔粘膜损伤的康复,0.5-0.75%壳寡糖可以促进成纤维细胞(fibroblast)的分化,但高浓度的壳寡糖则抑制。成纤维细胞是创面修复过程中的最主要的功能细胞,在伤口愈合过程中经过迁移、增殖、分泌大量的胶原纤维和基质成份,与新生毛细血管等共同构成肉芽组织,填补组织缺损,为表皮细胞的覆盖创造条件。而辐射所致MMP1在伤口肉芽组织中表达明显降低,直接影响迁移、血管形成和瘢痕组织形成等病理过程,是辐射影响伤口愈合的重要机制之一。所以认为经体内全身使用壳寡糖可以改善伤口愈合的机理主要与其能促进成纤维细胞的活性有关[37]。发现将人表皮生长因子(Human epidermal growth factor,EGF)与壳寡糖相连成结合体EGF-LMC,体外实验可促进人表皮成纤维细胞的增殖。EGF是一种多肽有丝分裂素,可通过增加可利用的DNA、RNA、蛋白质而在伤口愈合中起重要作用。并且在体外可刺激角化细胞(keratinocyte)的分裂,体内可刺激表皮细胞的再生。但EGF的缺点是,结合到细胞表面的特异性受体后会通过溶酶体途径迅速被降解掉,再被循环系统运送至肝或肾脏中。而壳寡糖有影响有丝分裂素的反应的功能,并且糖与蛋白的结合体不易被蛋白酶解,所以两者的结合体可显著促进伤口的愈合。
11.展望
综上所述,很多的研究表明壳寡糖具有多元化的生物活性,并且在保健品的开发中有很高的应用价值。但目前的研究并没有解释壳寡糖多样生物活性的分子生物学机制,而只是观察到很多实验现象。实际上,人体的免疫系统很复杂,因此想要很好的解释其分子机理比较困难。所以,目前很多学者的研究工作都在为解释壳寡糖众多活性的详细分子机制作出努力。
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