殼寡糖的制備及生物活性研究進(jìn)展

       殼寡糖是殼聚糖經(jīng)酶促反應(yīng)或化學(xué)降解而得的低聚物，聚合度為2~20，其鏈段分子上連接著大量的羥基和氨基等活潑基團(tuán)，具有分子量低、溶解度高、吸濕保濕性好、吸收能力強(qiáng)和具有較好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，是目前自然界唯一帶正電荷的堿性氨基寡糖，還具有抗炎抑菌、免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)保護(hù)等活性。因此，殼寡糖產(chǎn)品在保健食品、醫(yī)療等領(lǐng)域具有較好應(yīng)用前景。

       殼寡糖的理化性質(zhì)

       殼寡糖的聚合度小于10，平均相對(duì)分子質(zhì)量小于104。殼寡糖能溶于水，部分溶于甲醇和二甲基亞砜，但不溶于丙酮和乙醇。與殼聚糖相比，殼寡糖具有較高的水溶性和較低的黏度。殼寡糖是自然界中唯一的堿性糖，能與許多酸性物質(zhì)吸附結(jié)合。殼寡糖分子中含有游離氨基和半縮醛羥基，在高濃度及高溫條件下很容易發(fā)生縮合反應(yīng)。殼寡糖溶液具有較強(qiáng)的還原性，在有氧化劑存在或暴露在空氣中，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)。

       1.殼寡糖的制備方法

       酸解法：在酸性環(huán)境中，殼聚糖和甲殼素的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生部分水解，發(fā)生糖苷鍵的斷裂，形成多種聚合度不同的分子，其中聚合度≤10的即為殼寡糖。常用于降解的酸有鹽酸、亞硝酸和磷酸等。其中，鹽酸降解法已實(shí)現(xiàn)殼寡糖的工業(yè)化。酸解的時(shí)間越長(zhǎng)、酸濃度越大、溫度越高，殼聚糖降解的速率越快，產(chǎn)物的聚合度越低。酸降解法要求反應(yīng)條件苛刻，產(chǎn)率低，使用到大量無機(jī)酸而污染環(huán)境。

       氧化法：氧化法是利用氧化劑在水溶液中形成的游離自由基去斷裂殼聚糖的糖苷鍵，從而形成聚合度不等的殼寡糖。工業(yè)生產(chǎn)常用氧化劑為雙氧水和次氯酸等，該法反應(yīng)迅速，產(chǎn)率較高，成本低并對(duì)環(huán)境污染較少。當(dāng)氧化劑的濃度越大、溫度越高，所需降解時(shí)間越短，產(chǎn)率越高；但是，在過高的氧化劑濃度和反應(yīng)溫度下，殼聚糖會(huì)發(fā)生水解過度，寡糖產(chǎn)率下降，并且產(chǎn)物氨基損失較多，所以應(yīng)合理選擇最適的制備條件。實(shí)際生產(chǎn)中，通常先用氧化劑部分降解殼聚糖后，再用其他方法繼續(xù)純化得到殼寡糖。

       酶解法：酶解是殼寡糖生物制備的主要方法，分為專一性酶降解法和非專一性酶降解法。酶解法可以選擇性地切斷殼聚糖分子中的β-1，4糖苷鍵，從而制得特定的低分子量殼聚糖。幾丁質(zhì)酶和殼聚糖酶可以使甲殼素和殼聚糖的糖苷鍵斷裂，是制備殼寡糖的專一性酶。專一性酶降解法是比較有效的降解方法，但價(jià)格較高，在工業(yè)上廣泛使用受到限制。非專一性酶如纖維素酶、蛋白酶、果膠酶、糖苷酶也能用于殼寡糖的制備。酶法制備反應(yīng)條件溫和，不需要化學(xué)藥品，得到的產(chǎn)品均一性好，產(chǎn)物聚合度適中。

       物理法：物理法是通過輻射過程中殼寡糖分子內(nèi)的O-糖苷鍵發(fā)生斷裂而降解，主要有微波、超聲波、電磁波輻射降解法，其中研究較多的是超聲波降解法。物理法操作簡(jiǎn)單，易于控制，但物理法降解制備殼寡糖受降解機(jī)理所限，難以控制得到特定分子量的殼寡糖，導(dǎo)致原料浪費(fèi)。

       2.殼寡糖的生物活性

       2.1抗炎抑菌

       炎癥涉及多種免疫細(xì)胞和非免疫細(xì)胞，是一種保護(hù)身體免受傷害性刺激的生物反應(yīng)。殼寡糖已被廣泛證明能抑制脂多糖或其他刺激物在各種細(xì)胞和動(dòng)物模型中誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。角叉菜膠誘導(dǎo)足腫脹模型中，殼寡糖在10~100mg/kg劑量范圍內(nèi)，顯著降低小鼠足腫脹體積，抑制率可達(dá)78.13%。殼寡糖對(duì)細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)繁殖有較好的抑制作用。用6.0g/L殼寡糖修飾聚氨酯薄膜后，其表面更粗糙，可顯著抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的附著和增殖。

       2.2免疫調(diào)節(jié)活性

       高濃度的殼寡糖能促進(jìn)骨髓細(xì)胞的增殖和CD34+細(xì)胞誘導(dǎo)巨核細(xì)胞的增殖，骨髓能夠分化成多種免疫細(xì)胞，增強(qiáng)機(jī)體的免疫效應(yīng)。殼寡糖可以增加胸腺與脾 臟指數(shù)，增加巨噬細(xì)胞吞噬能力，較好地發(fā)揮非特異性免疫應(yīng)答，從而減緩環(huán)磷酰胺的免疫抑制作用，以及誘導(dǎo)分泌多種細(xì)胞因子，增強(qiáng)T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫。因此殼寡糖可以作為一種新型免疫調(diào)節(jié)劑用于保健食品行業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中。

       2.3神經(jīng)保護(hù)活性

       在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)水平，連續(xù)7d灌胃100mg/kg或200mg/kg殼寡糖后，可明顯改善動(dòng)脈栓塞小鼠的神經(jīng)功能缺陷，減少腦梗死的面積。通過Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)給予殼寡糖的大鼠逃避潛伏期縮短，穿越原平臺(tái)次數(shù)顯著增加，表明殼寡糖干預(yù)后大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力增強(qiáng)；殼寡糖干預(yù)也顯著提高了大鼠血清中GSP-Px、SOD活力，并且蛋白質(zhì)羰基和丙二醛的含量顯著降低，從而降低氧化應(yīng)激對(duì)神經(jīng)元脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的損傷。

       2.4抗腫瘤活性

       殼寡糖對(duì)腫瘤細(xì)胞有一定的抑制作用，研究發(fā)現(xiàn)殼寡糖的脫乙酰程度較高且相對(duì)分子質(zhì)量較低時(shí)，其抗癌活性較強(qiáng)，殼寡糖能誘導(dǎo)骨髓性白血病HL-60細(xì)胞的凋亡。殼寡糖還能促進(jìn)促凋亡蛋白Caspase-3的表達(dá)和降低抑制凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)，從而抑制肝癌SMMC-7721細(xì)胞的增殖和促凋亡。

       3.殼寡糖在食品中的應(yīng)用

       殼寡糖有良好的吸濕保濕性，且抗菌效果顯著、抗氧化性突出，兼?zhèn)湟种坪粑饔?、提高果蔬防御機(jī)制，是性能優(yōu)良的天然食品防腐保鮮劑。由于殼寡糖具有許多獨(dú)特生理功能，安全無毒，中性條件下可溶，可作為功能性食品。目前我國(guó)上市的殼寡糖保健品有奧利奇善殼寡糖膠囊等。殼寡糖具有柔和的甜味，可作為食品添加劑改善食品的結(jié)構(gòu)、口感，提高食品的保水性能等。作為飼料喂養(yǎng)動(dòng)物，殼寡糖可以促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)，改善動(dòng)物腸道健康，減少動(dòng)物疾病，進(jìn)一步提高肉源性食品的品質(zhì)。

       4.殼寡糖在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用

       殼寡糖在醫(yī)藥領(lǐng)域方面的應(yīng)用很廣泛，如在抑制癌細(xì)胞、降低血糖、增強(qiáng)骨骼強(qiáng)度、促生長(zhǎng)等方面。目前的研究表明，殼寡糖對(duì)多種腫瘤細(xì)胞，如肝癌細(xì)胞Bel-7402、Lewis肺癌細(xì)胞、Hela宮頸癌細(xì)胞系、人白血病K562細(xì)胞株等多種癌細(xì)胞都具有抑制效果]。由于殼寡糖具有一定清除自由基的能力，使得殼寡糖具有降低糖尿病患者的血脂和提高機(jī)體的抗氧化能力。通過對(duì)成骨細(xì)胞中堿性磷酸酶基因表達(dá)的研究發(fā)現(xiàn)，殼寡糖具有抑制破骨細(xì)胞，增強(qiáng)成骨細(xì)胞活性的作用，從而使得其具有促進(jìn)骨折愈合、預(yù)防骨密度降低的作用。

       殼寡糖是一類來源廣泛、制備工藝成熟的天然聚合物，水溶性好、黏度低，具有良好的生物相容性，在食品、醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，殼寡糖仍是混合物，其分子量和脫乙酰度對(duì)其生理活性影響較大，而目前的制備方法無法保證每批次制備的殼寡糖物理性能完全一致，分離純化和結(jié)構(gòu)表征步驟也較為繁瑣，暫時(shí)沒有公認(rèn)的優(yōu)勢(shì)明顯的方法及標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)殼寡糖的構(gòu)效功能還需繼續(xù)深入研究，以期開發(fā)出對(duì)人體健康有益的產(chǎn)品。

       參考文獻(xiàn)：

       [1]楊靖亞,鄭雯靜,李詩(shī)怡. 殼寡糖的制備及生物活性研究進(jìn)展[J]. 國(guó)際藥學(xué)研究雜志,2020,47(07):502-507.

       [2]原旭冰,劉洪濤,杜昱光. 殼寡糖的制備及其在醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 生物技術(shù)進(jìn)展,2018,8(06):461-468+553.

       作者簡(jiǎn)介：沙羅，中藥研發(fā)工作者，現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，致力于中藥新藥的研究開發(fā)。