海岸带生物活性物质：多糖成果

近年来国内外研究人员已从多种海岸带动物中筛选得到活性多糖成分，如多孔动物海绵、软体动物海兔、鲍鱼、文蛤、扇贝等中的糖胺聚糖或糖蛋白，棘皮动物海星、海参中的硫酸化的多糖，甲壳类动物的几丁质，软骨鱼中的硫酸软骨素等。以往对海岸带动物活性物质的药理学研究多侧重于氨基酸、蛋白质方面，近十几年才开始对其中的多糖组分进行研究。

一、贝类动物活性多糖

海岸带贝类多糖是存在于海岸带贝类体内的一种生物活性物质，它的主要成分是酸性黏多糖，基本单元主要由葡萄糖、半乳糖、葡萄糖醛酸、氨基葡萄糖4种成分组成（周铭东等，1998），具有抗病毒、抗肿瘤、能调节细胞的生长与衰老及增强机体的免疫功能等生理功能。目前，一些疑难病症如放射性疾病、艾滋病、癌症及各种免疫性疾病不断增长，而有效药物的缺乏是人类面临的一个重要问题，鉴于海岸带贝类多糖具有的多种生物活性，增加了人们对海岸带贝类多糖的期望和信心。我国海岸带贝类资源丰富，海岸带贝类多糖的研究前景广阔（廖芙蓉，2012）。

（一）蛤蜊多糖

1.来源

蛤蜊又叫蛤，有青蛤、文蛤、菲律宾蛤仔、四角蛤喇等诸多品种，为我国主要的水产贝类，在海岸带水产业中具有重要地位。蛤肉质鲜美，营养丰富，富含蛋白质、氨基酸、脂类、糖类、矿物质元素。传统医学证实，蛤软体组织水浸提物对发炎、哮喘、口腔溃疡等病症疗效较佳。近年来研究人员以青蛤、文蛤、菲律宾蛤仔、四角蛤蜊（图2-42～图2-45）等为原料，对其中所含的多糖进行提取制备、分离纯化，并对多糖的化学组成、结构特征、生理活性等方面进行分析与研究。

图2-42　青蛤的外部形态

图2-43　文蛤的外部形态

图2-44　菲律宾蛤仔的外部形态

图2-45　四角蛤蜊的外部形态

2.提取、分离及纯化

蛤蜊多糖的提取大多采用热水浸提、水解或超声的方法，蛋白质的去除常采用Sevag法，分离纯化一般采用吸附、超滤、层析的方法。如在制备青蛤多糖时，研究人员采用水提醇沉、Sevag脱蛋白工艺提取，在优化条件下多糖的提取率达15.52%±1.26%。然后根据组分所带电量、分子量不同原理，采用离子交换层析（DEAE-纤维素）和凝胶柱层析（SephadexG-100）相结合的方法，将青蛤多糖进行分离纯化，获得均一的多糖组分CSPS-1，CSPS-2，CSPS-3（蒋长兴，2008）。

3.组成和结构

化学组成分析表明，青蛤多糖CrudeCSPS，CSPS-1，CSPS-2，CSPS-3总糖的含量分别是83.81%，98.75%，95.58%，84.71%；硫酸根的含量分别是0.92%，1.22%，2.08%，3.58%；糖醛酸的含量分别是1.58%，0.16%，0.96%，2.13%；Crude CSPS，CSPS-3蛋白质的含量分别是3.08%，6.34%。Crude CSPS由葡萄糖、半乳糖、岩藻糖和鼠李糖组成，摩尔百分比依次是42.78%，33.89%，12.45%，10.88%。CSPS-1由葡萄糖和木糖组成，摩尔百分比依次是95.08%，4.92%。CSPS-2由葡萄糖组成。CSPS-3由半乳糖、葡萄糖、甘露糖、岩藻糖和鼠李糖组成，摩尔百分比依次是37.36%，21.57%，17.15%，12.44%，11.48%。HPLC分析结果表明，CSPS-1，CSPS-2和CSPS-3的平均分子量依次是68600，80600，100600。FT-IR分析表明，CSPS-1，CSPS-2和CSPS-3具有多糖的特征吸收峰，存在a构型；NMR进一步证实，CSPS-l，CSPS-2和CSPS-3均为a型吡喃糖。甲基化反应、Smith降解、高碘酸氧化、GC-MS分析表明，CSPS-1主链由（l→4）-葡萄糖组成，支链为（1→6）-葡萄糖；CSPS-2主链由（l→3）-葡萄糖、（l→4）-葡萄糖组成，支链为（l→2）-葡萄糖、（l→6）-葡萄糖；CSPS-3主链为（1→3）-葡萄糖、（l→3）-半乳糖，支链为（1→6）-葡萄糖（蒋长兴，2008）。

文蛤糖肽的分子量为9655，具有糖肽的特征吸收，等电点接近中性；富含丙氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸，糖链部分是由单一的葡萄糖组成的（张铂等，2006）。菲律宾蛤仔糖胺聚糖的主链部分主要由Glc，Gal，Gals构成，三者为不连续排列；侧链及主链末端主要由Gal，Glc，Gals，GalA以l→4、l→4，6、1→2、l→2，6键构成。另外还存在大量的1→3、l→2，3、1→2，4、1→3，4、l→3，6、1→2，3，4等键型（王瑞芳，2009）。

4.生理活性

有关贝类多糖生理活性的研究报道较多，主要集中在抗肿瘤、抗氧化、增强免疫力等方面。

（1）抗肿瘤：研究显示，青蛤多糖对前列腺癌细胞DU-145具有显著的抑制作用，半数抑制率为4.58mg/ml（胡聪聪等，2010）。菲律宾蛤仔糖胺聚糖可以抑制体外培养的人肝癌Bel7402细胞的生长，能显著抑制移植性S180肉瘤的生长。菲律宾蛤仔糖胺聚糖的抗肿瘤活性与其免疫能力增强有关，该多糖可显著影响小鼠脾淋巴细胞吞噬中性红细胞以及腹腔巨噬细胞的增殖（王娅楠等，2007）。文蛤糖蛋白对人肺癌（A549）、卵巢癌（HO-89l0）、宫颈癌（Hela）、鼻咽癌（KB）、肝癌（SMMC-7721）细胞的生长均有较强的抑制作用，对鼠源性癌细胞株（B16）抑制性最强，并呈一定的量效关系。此外，文蛤糖蛋白对正常脾淋巴细胞无抑制作用。因此，文蛤糖蛋白在不影响正常体细胞生长的情况下，可针对性地对肿瘤细胞进行杀伤。文蛤糖蛋白在低剂量（9.5μg/ml）时抑制率约为50%，显示出较好的抑制肿瘤细胞生长与转移作用。另外，文蛤糖蛋白可抑制艾氏腹水瘤、S180肉瘤、Heps肉瘤的生长。6.0mg/kg剂量时，对S180抑瘤率为68.50%，对Heps抑瘤率为66.43%。肿瘤组织切片显示，文蛤糖蛋白对肿瘤细胞核分裂起抑制作用，对肿瘤细胞的凋亡有明显的诱导作用；文蛤糖蛋白是通过对抗凋亡基因和促进细胞凋亡基因的表达产生影响来诱导细胞凋亡的（吴杰连，2006）。

（2）抗氧化：体外实验中，青蛤多糖表现出显著的超氧自由基清除能力、羟自由基清除能力、还原力、脂质过氧化抑制活性、金属离子螯合能力，表明青蛤多糖具有抗氧化活性。菲律宾蛤仔、波纹巴非蛤多糖对羟自由基、超氧自由基具有显著的清除作用（范秀萍等，2008）。以CCl4诱导的肝损伤模型小鼠进行评价青蛤多糖的体内抗氧化活性，青蛤多糖能够显著提高小鼠血清超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSHPx）活性，提高丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）活性（P＜0.05），降低小鼠肝MDA水平（P＜0.05）。表明青蛤多糖对CCl4诱导的肝损伤小鼠具有一定的保护作用。青蛤多糖的护肝效果可能与青蛤多糖提高小鼠自身抗氧化能力以及抑制脂质过氧化有关（蒋长兴，2008）。文蛤糖蛋白可以特异性增强小鼠肝脏内GSH-Px、SOD活性，减少肝脏MDA水平，具有显著的抗氧化效果（吴杰连，2006）。用D-半乳糖所致衰老模型小鼠作为实验对象开展体内抗氧化试验，灌胃波纹巴非蛤多糖的纯化组分，发现该组分对小鼠体重增长无影响；中、高剂量组血清的SOD和CAT含量显著高于模型组（P＜0.01），高剂量组小鼠血清、肝和脑组织的SOD、GSH-Px、CAT含量均显著高于模型组；给药组小鼠的MDA含量显著低于模型组。PUG-1可以剂量依赖性地提高衰老小鼠体内抗氧化能力（董晓静，2010）。

（3）提高免疫力：研究发现，文蛤多糖能使脾脏、胸腺重量增加，白细胞吞噬能力增强，可使免疫抑制状态下巨噬细胞的吞噬功能、小鼠外周血白细胞数以及脾脏重量显著增加，明显促进特异性抗体的恢复，可明显上调受环磷酞胺抑制的迟发型超敏反应（DTH），同时对受环磷酞胺所致过高的DTH反应具有一定的下调作用；并且证实文蛤多糖是文蛤提取物免疫作用的主要成分，具有双向免疫调节作用（何雅军，1994）。菲律宾蛤仔蛋白聚糖能显著增加荷瘤小鼠脾指数，促进荷瘤小鼠脾淋巴细胞转化，呈一定的量效关系且无毒副作用；能增强小鼠腹腔巨噬细胞吞噬中性红细胞作用和脾淋巴细胞的增殖；还可显著提高小鼠碳粒廓清指数、小鼠血清溶血素含量，增强小鼠迟发型变态反应能力，对免疫抑制小鼠的免疫功能具有一定修复作用（范秀萍等，2008；张莉等，

2007）。

（4）降血糖作用：四角蛤蜊醇沉粗多糖能降低肾上腺素高血糖模型动物的血糖，能显著改善正常及糖尿病小鼠的口服糖耐量水平，抑制由L-Q-丙氨酸糖异生引起的血糖升高，同时对正常小鼠空腹血糖和脏器系数无明显影响（常念，2009）。

（5）肝损伤的保护作用：中国蛤蜊水提物能显著降低CCl4所致急性肝损伤小鼠的血清谷丙转氨酶（ALT）的水平，升高A/G，且与剂量呈正相关，但对肝指数无明显影响。通过制备肝脏石蜡切片，光镜下观察发现中国蛤蜊水提物各剂量组肝组织损伤程度明显减轻。说明中国蛤蜊水提物对CCl4所致的小鼠急性肝损伤有明显的保护作用（史倩，2013）。

（6）降血脂作用：采用高脂饮食建立小鼠高脂模型考察波纹巴非蛤多糖的降血脂作用，发现低、中、高三个剂量组均能显著降低高脂模型小鼠的TC、TG、LDL-c水平与LDL-c/HDL-c，中高剂量组能提高HDL-c水平，提示波纹巴非蛤多糖PUG-1对高脂模型小鼠具有较好的降低血脂与预防动脉粥样硬化作用（范秀萍，2014）。

5.蛤蜊多糖的构效关系研究

采用氯磺酸吡啶法对青蛤多糖纯化组分CSPS-1进行硫酸酯化，并采用MTT法研究不同条件下制备的硫酸酯化CSPS-1对人胃癌细胞BGC-823的增殖的影响，发现不同总糖含量或硫酸化程度的多糖样品可不同程度地影响人胃癌细胞BGC-823的增殖。总糖含量越高的硫酸酯化多糖样品，其抑制人胃癌细胞BGC-823的增殖的效果越强。

（二）扇贝多糖

1.来源

扇贝在我国沿海分布广泛，以前多靠捕捞天然资源，随着对扇贝的需求量日益增多，自然采捕的数量已不能满足需要，20世纪80年代以来我国开始采用人工养殖扇贝方式。目前我国养殖的扇贝主要品种包括栉孔扇贝、虾夷扇贝以及海湾扇贝（图2-46～图2-48）。研究人员已从各种扇贝中分离提取出了糖胺聚糖、糖蛋白等多糖类物质。

图2-46　栉孔扇贝的外部形态

图2-47　虾夷扇贝的外部形态

图2-48　海湾扇贝的外部形态

2.提取、分离及纯化

以扇贝加工下脚料扇贝边为原料，采用乙醇沉淀、蛋白酶水解等方法工艺，提取得到酸性黏多糖，然后用乙醇、十六烷基三甲溴化铵（CTAB）进行分离分级，得到多糖组分，其高效液相色谱与琼脂糖凝胶电泳均显示单一条带，表明所得组分为单一多糖组分。闰雪等采用蛋白酶水解提取法制备虾夷扇贝内脏粗多糖，采用蛋白酶-Sevag法脱除粗多糖中的蛋白质。闰雪等将虾夷扇贝内脏粗多糖经DEAE-纤维素阴离子交换层析、Sephacry1S-200凝胶过滤层析分离纯化得到多糖组分svP-12。在新鲜扇贝肉糖原的提取工艺中，曹倩倩等采用蛋白酶法进行提取，并以蛋白酶-Sevag法、冻融法脱除蛋白质获得扇贝糖原（SMG）。经测定，SMG的产率为13.78%。

3.组成和结构

扇贝糖原（SMG）总糖含量是91.91%，蛋白质的含量是1.08%，单糖组成仅为葡萄糖。虾夷扇贝内脏多糖总糖含量是72.05%，蛋白质的含量是2.74%，氨基己糖的含量是8.46%，硫酸根的含量是12.57%，单糖组成为葡萄糖、半乳糖、甘露糖、木糖、阿拉伯糖、岩藻糖、鼠李糖，摩尔比约为1.00∶4.90∶5.60∶4.05∶1.48∶2.54∶1.65。宋荪阳等对虾夷扇贝性腺糖蛋白（SGG）成分进行分析，结果表明，SGG的多糖含量、氨基己糖含量、蛋白含量、糖醛酸含量、硫酸根含量分别为8.26%，6.15%%，73.99，1.78%，3.60%。(www.xing528.com)

4.生理活性

（1）抗肿瘤：从华贵栉孔扇贝全脏器中提取得到的糖胺聚糖粗品可显著抑制Hela肿瘤细胞的生长。扇贝糖蛋白对小鼠S180肉瘤具有明显的抑制作用，抑瘤率超过45%，其抗肿瘤作用可能与分子中糖链结构有关。翡翠贻贝糖胺聚糖剂量为80mg/kg时，对昆明小鼠移植性肿瘤S180的抑瘤率可达52.4%。不同剂量的扇贝裙边糖胺聚糖可使S180肉瘤小鼠的存活寿命显著延长，使小鼠S180实体瘤的生长受到抑制，抑制环磷酞胺所导致的白细胞数量减少，其抗肿瘤作用可能与其增强细胞免疫力和提高机体的抗氧化能力有关。

（2）抗氧化：扇贝裙边糖胺聚糖对低浓度HZOZ引起的内皮细胞增殖活性抑制可有效缓解，并能够提高受损内皮细胞内SOD、GSH-Px、NOS活性及TAOC含量；显著降低LDH的释放和MDA的生成，使内皮依赖性舒张因子NO、PGFI等舒血管物质含量显著提高，导致TXBZ、ET等缩血管物质的分泌显著降低。扇贝裙边糖胺聚糖对HZOZ所造成的血管内皮细胞的氧化损伤具有明显的保护作用。扇贝性腺糖蛋白（SGG）具有较强的体外抗氧化活性，其清除DPPH、清除羟自由基、金属离子螯合能力的IC50分别为19.31mg/ml，24.85mg/ml，l.49mg/ml。贻贝多糖能够使肝脏、血中SOD、GSH-Px水平显著提高，降低MDA含量，显示出一定的抗氧化作用。

（3）提高免疫力：扇贝裙边糖胺聚糖在不同剂量（15mg/kg，30mg/kg，60mg/kg）时均可使荷瘤小鼠腹腔巨噬细胞的杀伤活性与吞噬活性显著增强，促进NK细胞活性和脾淋巴细胞转化增殖，使小鼠的免疫功能提高。栉孔扇贝糖蛋白能显著抑制瘤重，并能提高小鼠NK细胞的活性和腹腔巨噬细胞的吞噬率，增加小鼠免疫器官的重量。

（4）抗病毒作用：在体外，扇贝裙边糖胺聚糖（SS-GAG）各浓度（100mg/ml，50mg/ ml，25mg/ml）均能对HSV-I感染的非洲猴肾细胞进行有效保护，抑制HSV-I病毒的复制，使HSV-I病毒诱导的细胞病变效应减弱，阻断HSV-I病毒对细胞的入侵。SSGAG抗病毒作用与给药时间存在一定的关系，持续给药24～72h内SS-GAG能有效地保护非洲猴肾细胞，使细胞活性增强；随着用药时间的延长，抗病毒作用增强。在体内抗HSV-I的实验中，同对照组相比，各浓度SS-GAG（10mg/kg，20mg/kg，40mg/kg）可使HSV-I感染小鼠的平均存活时间有效延长，使小鼠的死亡率降低；能使HSV-I感染小鼠各组织器官的病理伤害得到有效缓解。扇贝裙边糖胺聚糖体内抗HSV-I作用可能与其抑制病毒复制、阻断病毒侵入细胞以及增强机体免疫功能有关。

二、甲壳素及其衍生物

图2-49　甲壳素制品的外部形态

甲壳素（Chitin），又被称为几丁质、甲壳质、壳多糖等（图2-49）。甲壳素在自然界中广泛存在于昆虫壳、虾壳、螃蟹壳、软体动物的骨骼和某些藻类等的骨骼中。其中，目前量最大并且也是最容易获取的甲壳素资源是节肢动物的蟹、虾外壳。在自然界中甲壳素往往不是单独存在，而是和其他物质结合形成复合物。甲壳素有α-，β-和γ-三种构型形式。其中，α-构型的甲壳素主要存在于高硬度部位，常与矿物质沉积在一起；β-和γ-构型甲壳素主要存在于柔软而结实的部位，常与胶原蛋白相联结；乌贼体内同时存在α-，β-和γ-三种构型的甲壳素。甲壳素作为一种天然的高分子多糖，是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖经β-1，4糖苷键连接而成，分子式是（C8H15NO6）n。经过选择生物酶类、酸类等降解条件，能够制备获得不同分子量的甲壳寡糖、N-乙酰氨基葡萄糖和氨基葡萄糖单糖。制备得到的小分子量的寡糖和糖能溶于水，在生物整体水平和细胞水平上可表现出多种生物学活性。

壳聚糖（Chitosan，CS），又可译为甲壳胺、几丁聚糖等，是由甲壳素多糖经浓碱处理脱乙酰基制得的一种天然聚阳离子生物多糖，经酸或酶水解作用可制得壳寡糖，分子量在2000左右。壳聚糖具有良好的水溶性，同样具有多种生物活性。壳聚糖可溶于某些有机酸或无机酸介质中，具有良好的可溶性、成胶性、成膜性等，已在食品、医药、环保、畜牧水产、生态农业、日用化工、生物医用材料等领域得到广泛的应用。壳聚糖、甲壳素的化学修饰改性是拓展该类多糖生物活性和应用范围的重要方面。其衍生物产物受外来的引入基团的影响，可显示出一些不同于甲壳素和壳聚糖的优良特性和生物活性，自然界中数量最多的天然含氮有机化合物和第二大有机自然资源的甲壳素/壳聚糖，因其自身具有可再生性、手征性与立体结构、多功能反应性、可完全分解性、生理适应性与亲水性等优良性能，使得甲壳素、壳聚糖的研究与应用受到国际的广泛关注，引起了医药、食品、医学、生物学、化学及化工、化纤、化妆品、印染、造纸等不同领域的广大研究人员与技术人员的兴趣。本书主要介绍甲壳低聚糖类表面活性剂的制备及其性能研究。

（一）甲壳素/壳聚糖的制备

在理论上含有甲壳素的生物资源都可用来生产甲壳素/壳聚糖，但从原料来源、生产成本、操作难易程度等多方面考虑，现有甲壳素的生产企业多以蟹壳和虾壳作为生产原料。虾壳中甲壳素的含量为20%～25%，蟹壳中的含量在15%～20%之间，龙虾壳中含20%左右。以虾蟹壳为原料制备甲壳素的主要操作包括脱矿物质（约40%，主要是碳酸钙和磷酸钙）和除去蛋白质及少量脂肪。由于所用生物制剂、化学药品及加工工序的不同，所以各有其特点。例如，Horowitz等（1957）利用10%NaOH溶液脱蛋白质，用90%的浓甲酸脱钙。Foster等（2004）采用EDTA来处理蟹壳，既脱除了蛋白质和无机盐，又会产生脱乙酰化，因此可同时制得壳聚糖和甲壳素。Hackman（1954）是以虾壳做原料，以2mol/L盐酸脱钙、以1mol/L氢氧化钠除蛋白，最终所得产物中不含无机盐，脱钙彻底。

甲壳素的脱乙酰化反应不在强酸性条件下进行。目前，碱法脱乙酰基主要有两种方法：其一是碱熔法，即是将甲壳素与固碱共熔。Broussignac（1968）将研细的固体氢氧化钾溶于混合溶剂95%乙醇-乙二醇（重量比为1∶1）中再与甲壳素作用，可使产物游离氨基含量约达83%。Kenne和Lindberg（1979）除了使用NaOH外，还向反应体系中加入二甲亚砜及苯硫酚，获得了完全脱乙酰基的产物。将水合肼和稀NaOH溶液（10%）按1∶1的比例混合，也可有效地脱去甲壳素的乙酰基，脱乙酰度可达90%～97%。此外，通过强化物理、机械措施也可促进甲壳素的脱乙酰化反应。譬如，采用微波处理就既可缩短碱液法脱乙酰基的反应时间，又能够减少碱的用量。除上述碱法脱除乙酰基外，还有不用烧碱的甲壳素脱乙酰基法。如用苯硫酚钠和甲亚硫酰甲醇的二甲亚砜溶液处理甲壳素，可得到定量的完全脱去了乙酰基的壳聚糖。利用甲壳素脱乙酰酶也可以脱除甲壳素的乙酰基，制得壳聚糖。当前，我国生产甲壳素/壳聚糖的典型工艺流程如图2-50。

图2-50　我国生产甲壳素/壳聚糖的典型工艺流程

近年来，一个值得关注的研究方向是富含甲壳素资源的高值化综合利用问题。譬如，在提取甲壳素的同时，还可利用原料中丰富的钙质制备活性碳酸钙微细粒子、功能活性生物钙等；利用蛋白质副产物进一步加工成微量营养元素添加剂（即海岸带功能蛋白微量元素螯合体），此举不仅能够丰富饲料工业助剂的内容，而且也可为元素医学开辟出新的资源天地。此外，采取合理的工艺及技术措施，还可获得虾脑素、蟹黄素、虾红素、虾脑磷脂、β-胡萝卜素等系列产品。总之，只有解决好富含甲壳素资源的综合利用问题，才能达到真正的变废为宝。

（二）甲壳素/壳聚糖的理化性质

1.溶解性

甲壳素结构单元中含有很多羟基，存在强烈的分子内或分子间氢键相互作用。除二氯化锂/甲基乙酰胺、六氟丙酮-二氯乙烷-三氯乙酸混合溶剂外，一般不溶于水、稀碱、稀酸及乙醚中。由于壳聚糖结构单元中的-NH2基团容易和酸反应形成盐，所以壳聚糖能溶解于稀酸（浓度小于10%）水溶液。

2.壳聚糖的去乙酰化程度

脱乙酰度（degree of deacetylation，DD）是脱去乙酰基的葡萄糖胺残基数占总的葡萄糖胺残基数的比例。脱乙酰度对壳聚糖的黏度、溶解性能、絮凝性能及离子交换能力等都有较大的影响。在甲壳素结构中，绝大多数结构单元为乙酰化结构单元。壳聚糖是甲壳素部分或全部N-去乙酰化形成的衍生物，通常乙酰化程度小于0.35。

3.甲壳素/壳聚糖的化学结构

甲壳素是一种由N-乙酰-2-氨基-D-葡萄糖结构单元通过β（1→4）糖苷键连接而成的生物大分子多糖。甲壳素脱去乙酰基的产物形成的产物为壳聚糖。如图2-51所示，甲壳素与壳聚糖的结构单元区别在于2位具有不同的取代基，即甲壳素的2位为乙酰氨基（-NHCOCH3），壳聚糖的2位则为氨基（-NH2）。

图2-51　壳聚糖、甲壳素与纤维素的化学结构

（三）甲壳素、壳聚糖及其衍生物的生理活性

1.免疫调节作用

甲壳素、壳聚糖及其衍生物均具有提高机体免疫力的作用，可显著促进成纤维细胞、巨噬细胞的增殖，刺激抗体免疫、细胞免疫、补体系统，且可有效杀死病原菌。传统的碳水化合物不能活化T细胞，也不能刺激机体产生免疫记忆。两性离子多糖不仅能刺激T细胞的表达，而且能通过产生抗炎症因子或炎症反应因子调节机体的免疫反应。羧甲基壳聚糖和羧甲基甲壳素表现处于两性离子状态，使其成为有效的免疫促进剂。东市朗等（1991）发现甲壳质及其各种衍生物能使巨噬细胞活化。张澄波等（1992）研究指出，壳多糖能诱导局部巨噬细胞增生，增强单核巨噬细胞和NK细胞活性的功能，从而提高机体免疫力。

2.抗菌活性

壳聚糖具有抗真菌活性并且能抑制多种细菌的生长，特别对丝状菌和真菌类有独特的效果（Allan等，1979），提出壳聚糖具有广谱抗菌作用。伊滕由雄报道了壳聚糖对各类真菌和细菌的完全抑制的最小阻止浓度（MIC值），在细菌中包括黄色葡萄球菌、大肠杆菌为20pg/ml，溃疡菌为10pg/ml；在真菌中包括灰色霉菌为10pg/ml，软腐菌和黑腐菌均是500pg/ml；斑点菌为10pg/ml，一个典型的植物病原真菌镰刀菌的MIC值也仅为100pg/ml，说明壳聚糖具有很高的抗菌活性。由于在碱性条件下壳聚糖溶解性不好，所以限制了其应用。Kim等将不同长度的烷基接在了壳聚糖氨基上，得到了一系列的壳聚糖季铵盐衍生物。由于在碱性和酸性条件下壳聚糖的衍生物都是可溶的，所以应用更为广泛。

3.降血糖作用

任林等（2001）将用STZ诱导的模型小鼠分为糖尿病治疗组和糖尿病对照组，分别灌胃甲壳低聚糖60mg/（kg·d）和等体积的蒸馏水，连续处理21d后检测两组小鼠血糖的变化，观察甲壳低聚糖对链脉佐菌素（STZ）糖尿病小鼠血糖的影响，结果显示糖尿病治疗组小鼠的血糖降低。说明甲壳低聚糖具有降低STZ糖尿病小鼠血糖的功能。乔新惠等（2003）将非肥胖性糖尿病（NOD）小鼠分成高血糖组（I）和低血糖组（Ⅱ），对Ⅰ、Ⅱ又分别随机分成对照组Ⅰ- 1、Ⅱ-1和治疗组Ⅰ- 2、Ⅱ-2，治疗组用3%-甲壳低聚糖作饮用水，对照组用冷开水作饮用水，连续15周，定期测定各组血糖值，观察甲壳低聚糖对NOD小鼠降血糖作用。结果显示，治疗组Ⅰ- 2有58%显著降血糖作用，42%降血糖有效，血糖得到较长时间控制，寿命延长，治疗组Ⅱ-2血糖没有明显升高。对照组Ⅱ-1陆续出现高血糖，对照组Ⅰ- 1寿命很短。说明甲壳低聚糖对NOD小鼠高血糖有控制血糖和治疗作用，能延长NOD小鼠生存期。

4.治疗糖尿病的作用

乔新惠等（2003）将12周龄NOD小鼠随机分成糖尿病治疗组和糖尿病对照组，治疗组用4%甲壳低聚糖作饮用水，对照组用冷开水作饮用水，连续15周，定期测血糖值。期间对治疗显效组随机让8只鼠饮用一定时间低聚糖后，改饮冷开水，定期测定血糖，观察反弹现象。结果治疗组65%有显著的降血糖作用，35%降血糖有一定效果；显效组NOD小鼠如停饮甲壳低聚糖，血糖反弹上升；对照组NOD小鼠陆续死亡。提示甲壳低聚糖对糖尿病NOD小鼠有治疗和延长生存期作用。乔新惠等（2003）又通过胰导管逆行灌注胶原酶静止消化NOD小鼠胰腺及不连续密度梯度Fiocn波纯化胰岛细胞，并用转板以及碘乙改处理的方法除去其中的成纤维细胞，得到比较纯的胰岛细胞。以此为材料，将细胞分为干预组及对照组，干预组在细胞培养液中加入3%甲壳低聚糖，对照组在细胞培养液中加入生理盐水，分别检测细胞增殖情况和急性胰岛细胞释放胰岛素实验，以探讨甲壳低聚糖对NOD小鼠胰岛p-细胞生长增殖和释放胰岛素的影响。结果表明，干预组细胞增殖优于对照组（P ＜0.05），急性胰岛素释放则两组相比较差异无显著性，证实甲壳低聚糖能够促进胰岛p-细胞的增殖。

5.植物生长调节作用

在植物中甲壳低聚糖能够作为诱导物激活甲壳素酶，活性单位最小的为七聚或六聚葡萄糖。Roby等（1987）报道几丁质酶可迅速诱导反应，用低聚糖处理6h后开始出现，12～24h内可达到最大值。另外，甲壳低聚糖对整个植株和植物组织局部均可产生诱导作用。甲壳素酶可将无脊椎动物外骨骼中或病原体细胞壁或感染的真菌的甲壳素解聚降解成为至少为4个B-N-乙酰氨基葡萄糖残基或脱乙酰化残基形成的寡糖，这些寡糖片段能够诱发产生植物防御素，因此起到了自我防御的作用。特别值得一提的是，较高聚合度的寡糖能够起到阻碍病原菌生长繁殖的作用。Yamada等（1993）报道，在很低的浓度（10-9～10-6mol/L）时，聚合度6个以上的N-乙酰甲壳低聚糖可以诱导产生羚羊防御素A、B、D和MomilacotneA、B。聚合度3个以下的脱乙酰甲壳低聚糖和N-乙酰甲壳低聚糖几乎没有表现出诱导活性。另外，甲壳素寡糖与壳寡糖还能调节植物基因的关闭与开放，促进植物细胞的活化，刺激植物生长。甲壳低聚糖是植物识别病原真菌入侵的非特异性信号，对许多植物显示强烈的免疫诱导活性，可以激发植物的基因表达，产生抗病的免疫蛋白质、植保素、壳聚糖酶和甲壳素酶，这些物质对病菌的生长起到抑制和杀灭作用，最终达到抗病的目的。此外，甲壳低聚糖表现出一些其他的生物学功能，参与调节植物生长状态和生长发育，促进植物对营养物质的吸收和利用，促进植物开花、结果，从而提高农作物的产量和质量。

6.抗诱变

Nam等（2001）用3种诱变测试方法（Umu，Ame，Ree）研究了甲壳低聚糖对化学诱变剂的抗诱变作用。结果显示在Ame和Umu检测中，在最高剂量（1mg）时甲壳低聚糖能够抑制诱变剂活力的500/0；在Rec检测中，不同剂量的甲壳低聚糖（0.01mg，0.1mg，1mg）均可抑制NQQ。

7.抗肿瘤作用

壳聚糖有较强的抗肿瘤活性。70%脱乙酰度壳聚糖（DAC-70）及二羟丙基壳聚糖对雄性BALBC小鼠的MehtA肉瘤抑制活性较强，还可抑制Mhet A肉瘤的转移。体外实验中，在癌细胞悬液中加入一定浓度的壳聚糖溶液，20h后，可以导致癌细胞全部死亡。低分子量壳聚糖能够通过激活肠免疫系统的活性来抑制肿瘤的生长。甲壳质和壳聚糖的抗肿瘤作用及与普通抗癌疗法的协同作用已得到普遍认可，使用适量的壳聚糖和甲壳质能够抑制癌毒素，提高T淋巴细胞和B淋巴细胞的活力，减少并发症的发生，能够减轻痛苦，提高生存质量，延长生存期限，但甲壳质、壳聚糖对癌细胞本身并没有直接杀伤作用，其抑癌的机理主要是通过增加患者的免疫调节能力（Gobrach，1994）。Tokoor等（1988）报道了（GLNc）6和（GLNcAc）6可明显抑制移植到BALBC/鼠中Meth-A瘤细胞的增殖。推测甲壳低聚糖的抗肿瘤作用是通过增加淋巴因子，然后由T-细胞增殖来产生抗肿瘤作用。刘莹等（2002）探讨了壳寡糖对人结肠癌Lovo细胞株生长的影响。用细胞计数法比较不同浓度壳寡糖作用下细胞生长情况，苏木精-伊红染色后，光镜下观察细胞生长情况及病理变化。结果表明，高浓度壳寡糖（100μg/ml，200μg/ml，400μg/ml）对Lovo细胞的生长有抑制作用，低浓度（10μg/ml，50μg/ml）未显示抑制作用。壳寡糖对体外培养的Lovo细胞的生长有一定抑制作用，光镜下可见核碎裂、固缩、染色质边集，而这种作用未经体内免疫系统，是否与壳寡糖影响人类肿瘤细胞的分化增殖、凋亡和信号转导而引起细胞生长抑制有关，有待于进一步研究。

8.抗感染作用

近年来的研究证实甲壳低聚糖具有明显抗感染作用。Szuuki等（1985）报道，腹腔注射50mg/kg浓度甲壳低聚糖（GLNcAc）3～6于BALBC/鼠，可提高腹膜分泌物细胞（PEC）的杀菌能力和活性氧生成，其中以（GLNcAc）6为最强。Suzkui等（1992）对感染Lmyotgenes的雄BALBC/鼠腹腔注射（GLNcAc）6，发现肝、脾、腹腔内的微生物数量显著减少，而且提高机体对L.mnoocyotgenes的迟发性超敏反应；且发现（GLNcAc）6和巨噬细胞共同处理过的培养T淋巴细胞上清液后，大大增加了其杀伤活性，抑制L.mnoocyotgenes的生长，T淋巴细胞经（GLNcAc）6刺激，上清液中的巨噬细胞激活因子（MAF）得到释放，刺激巨噬细胞释放出HZq。Tkooro等发现甲壳低聚糖（GLNcAc）6可以通过增强细胞免疫功能，强烈抑制增多性李斯特菌的生长。有研究表明，（GLNc）6的抗菌作用要比（GLNcAc）6强。（GLNcAc）6比（GLNc）6对体内细菌感染有更强的保护作用。