原料 | 壳寡糖的制备及生物活性研究进展

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关键词：进展

资讯来源：CPhI制药在线

发布时间： 2021-11-02

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壳寡糖是壳聚糖经酶促反应或化学降解而得的低聚物，聚合度为2~20，其链段分子上连接着大量的羟基和氨基等活泼基团，具有分子量低、溶解度高、吸湿保湿性好、吸收能力强和具有较好的生物相容性等优点，是目前自然界唯一带正电荷的碱性氨基寡糖，还具有抗炎抑菌、免疫调节、神经保护等活性。因此，壳寡糖产品在保健食品、医疗等领域具有较好应用前景。

壳寡糖的理化性质

壳寡糖的聚合度小于10，平均相对分子质量小于104。壳寡糖能溶于水，部分溶于甲醇和二甲基亚砜，但不溶于丙酮和乙醇。与壳聚糖相比，壳寡糖具有较高的水溶性和较低的黏度。壳寡糖是自然界中唯一的碱性糖，能与许多酸性物质吸附结合。壳寡糖分子中含有游离氨基和半缩醛羟基，在高浓度及高温条件下很容易发生缩合反应。壳寡糖溶液具有较强的还原性，在有氧化剂存在或暴露在空气中，会发生氧化反应。

1.壳寡糖的制备方法

酸解法：在酸性环境中，壳聚糖和甲壳素的长链结构会发生部分水解，发生糖苷键的断裂，形成多种聚合度不同的分子，其中聚合度≤10的即为壳寡糖。常用于降解的酸有盐酸、亚硝酸和磷酸等。其中，盐酸降解法已实现壳寡糖的工业化。酸解的时间越长、酸浓度越大、温度越高，壳聚糖降解的速率越快，产物的聚合度越低。酸降解法要求反应条件苛刻，产率低，使用到大量无机酸而污染环境。

氧化法：氧化法是利用氧化剂在水溶液中形成的游离自由基去断裂壳聚糖的糖苷键，从而形成聚合度不等的壳寡糖。工业生产常用氧化剂为双氧水和次氯酸等，该法反应迅速，产率较高，成本低并对环境污染较少。当氧化剂的浓度越大、温度越高，所需降解时间越短，产率越高；但是，在过高的氧化剂浓度和反应温度下，壳聚糖会发生水解过度，寡糖产率下降，并且产物氨基损失较多，所以应合理选择最适的制备条件。实际生产中，通常先用氧化剂部分降解壳聚糖后，再用其他方法继续纯化得到壳寡糖。

酶解法：酶解是壳寡糖生物制备的主要方法，分为专一性酶降解法和非专一性酶降解法。酶解法可以选择性地切断壳聚糖分子中的β-1，4糖苷键，从而制得特定的低分子量壳聚糖。几丁质酶和壳聚糖酶可以使甲壳素和壳聚糖的糖苷键断裂，是制备壳寡糖的专一性酶。专一性酶降解法是比较有效的降解方法，但价格较高，在工业上广泛使用受到限制。非专一性酶如纤维素酶、蛋白酶、果胶酶、糖苷酶也能用于壳寡糖的制备。酶法制备反应条件温和，不需要化学药品，得到的产品均一性好，产物聚合度适中。

物理法：物理法是通过辐射过程中壳寡糖分子内的O-糖苷键发生断裂而降解，主要有微波、超声波、电磁波辐射降解法，其中研究较多的是超声波降解法。物理法操作简单，易于控制，但物理法降解制备壳寡糖受降解机理所限，难以控制得到特定分子量的壳寡糖，导致原料浪费。

2.壳寡糖的生物活性

2.1抗炎抑菌

炎症涉及多种免疫细胞和非免疫细胞，是一种保护身体免受伤害性刺激的生物反应。壳寡糖已被广泛证明能抑制脂多糖或其他刺激物在各种细胞和动物模型中诱导的炎症反应。角叉菜胶诱导足肿胀模型中，壳寡糖在10~100mg/kg剂量范围内，显著降低小鼠足肿胀体积，抑制率可达78.13%。壳寡糖对细菌和真菌的生长繁殖有较好的抑制作用。用6.0g/L壳寡糖修饰聚氨酯薄膜后，其表面更粗糙，可显著抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的附着和增殖。

2.2免疫调节活性

高浓度的壳寡糖能促进骨髓细胞的增殖和CD34+细胞诱导巨核细胞的增殖，骨髓能够分化成多种免疫细胞，增强机体的免疫效应。壳寡糖可以增加胸腺与脾脏指数，增加巨噬细胞吞噬能力，较好地发挥非特异性免疫应答，从而减缓环磷酰胺的免疫抑制作用，以及诱导分泌多种细胞因子，增强T细胞介导的细胞免疫。因此壳寡糖可以作为一种新型免疫调节剂用于保健食品行业、医学等领域中。

2.3神经保护活性

在动物实验水平，连续7d灌胃100mg/kg或200mg/kg壳寡糖后，可明显改善动脉栓塞小鼠的神经功能缺陷，减少脑梗死的面积。通过Morris水迷宫实验，发现给予壳寡糖的大鼠逃避潜伏期缩短，穿越原平台次数显著增加，表明壳寡糖干预后大鼠的学习记忆能力增强；壳寡糖干预也显著提高了大鼠血清中GSP-Px、SOD活力，并且蛋白质羰基和丙二醛的含量显著降低，从而降低氧化应激对神经元脂质、蛋白质和DNA的损伤。

2.4抗肿瘤活性

壳寡糖对肿瘤细胞有一定的抑制作用，研究发现壳寡糖的脱乙酰程度较高且相对分子质量较低时，其抗癌活性较强，壳寡糖能诱导骨髓性白血病HL-60细胞的凋亡。壳寡糖还能促进促凋亡蛋白Caspase-3的表达和降低抑制凋亡蛋白Bcl-2的表达，从而抑制肝癌SMMC-7721细胞的增殖和促凋亡。

3.壳寡糖在食品中的应用

壳寡糖有良好的吸湿保湿性，且抗菌效果显著、抗氧化性突出，兼备抑制呼吸作用、提高果蔬防御机制，是性能优良的天然食品防腐保鲜剂。由于壳寡糖具有许多独特生理功能，安全无毒，中性条件下可溶，可作为功能性食品。目前我国上市的壳寡糖保健品有奥利奇善壳寡糖胶囊等。壳寡糖具有柔和的甜味，可作为食品添加剂改善食品的结构、口感，提高食品的保水性能等。作为饲料喂养动物，壳寡糖可以促进动物的生长，改善动物肠道健康，减少动物疾病，进一步提高肉源性食品的品质。

4.壳寡糖在生物医药领域中的应用

壳寡糖在医药领域方面的应用很广泛，如在抑制癌细胞、降低血糖、增强骨骼强度、促生长等方面。目前的研究表明，壳寡糖对多种肿瘤细胞，如肝癌细胞Bel-7402、Lewis肺癌细胞、Hela宫颈癌细胞系、人白血病K562细胞株等多种癌细胞都具有抑制效果]。由于壳寡糖具有一定清除自由基的能力，使得壳寡糖具有降低糖尿病患者的血脂和提高机体的抗氧化能力。通过对成骨细胞中碱性磷酸酶基因表达的研究发现，壳寡糖具有抑制破骨细胞，增强成骨细胞活性的作用，从而使得其具有促进骨折愈合、预防骨密度降低的作用。

壳寡糖是一类来源广泛、制备工艺成熟的天然聚合物，水溶性好、黏度低，具有良好的生物相容性，在食品、医药和农业等领域中具有广阔的应用前景。但是，壳寡糖仍是混合物，其分子量和脱乙酰度对其生理活性影响较大，而目前的制备方法无法保证每批次制备的壳寡糖物理性能完全一致，分离纯化和结构表征步骤也较为繁琐，暂时没有公认的优势明显的方法及标准。因此，对壳寡糖的构效功能还需继续深入研究，以期开发出对人体健康有益的产品。

参考文献：

[1]杨靖亚,郑雯静,李诗怡. 壳寡糖的制备及生物活性研究进展[J]. 国际药学研究杂志,2020,47(07):502-507.

[2]原旭冰,刘洪涛,杜昱光. 壳寡糖的制备及其在医学和农业生产中的应用[J]. 生物技术进展,2018,8(06):461-468+553.

作者简介：沙罗，中药研发工作者，现就职于国内某大型药物研发公司，致力于中药新药的研究开发。

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