壳寡糖的研究进展和应用前景
陈海燕 1，张 彬 1，何勇松 2
（1.湖南农业大学动物科技学院特种经济动物研究所；2.湖南广安生物技术有限公司）
摘 要: 壳寡糖是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖。本文阐述了壳寡糖的消化吸收机制、制备方法、生理功能和作用机制的研究进展。
中图分类号:
S816.7文献标识码: A文章编号: 1005-8567(2007)02-0017-04
——素有“人体第六生命要素”、“软黄金”之美誉的甲壳素（几丁质， Chitin）广泛存在于海产品和丝状菌类中。但由于其不溶于水，在开发应用上受到了很大的限制。而壳寡糖（又称寡聚氨基葡糖、甲壳低糖，Chitosan Oligosaccharide，Chito-oligosaccharide，Oli-gochitosan）由甲壳质（几丁质）脱乙酰化的产物壳聚糖降解获得，是由2～10个氨基葡糖通过 β-1-4糖苷键连接而成的低聚糖，也是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖，水溶性好，易被动物体吸收。
1、壳寡糖的消化吸收机制
——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作用于α-1，4糖苷键，而对其它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糖苷键结合而成的多糖，不能被哺乳动物胃酸和消化酶降解。但是人体中应用的壳聚糖如手术缝合线、营养保健品及其它可吸收型医用植入材料等均是通过人体血清中所含的溶菌酶降解后被人体吸收。由于壳寡糖水溶性大于99%，也有研究发现高脱乙酰度的壳寡糖对于打开细胞间连接效果最显著，可通过动物肠道上皮细胞直接被吸收，据报道被人体吸收率可达到99.88%。因此，它比几丁质和壳聚糖具有更优越的生物活性。
2、壳寡糖的生理功能及作用机理研究进展
2.1 调节肠道微生态
2.1.1 壳寡糖具有抑制消化道内有害菌的作用
——在酸性条件下，壳寡糖分子中的游离氨基质子化，质子化铵能与细菌带正电的细胞膜作用，干扰细菌细胞膜功能，造成细菌体内细胞质流失，对真菌和微生物的生长有抑制作用。其抗菌活性与菌种和浓度有关，且随浓度加大其抗菌活性增强，高浓度时有杀菌作用。0.2%分子量为950～1350的壳寡糖溶液在酸性条件下对大肠杆菌和金色葡萄球菌均有明显的抑制作用。用改良双氧水降解法制备的壳寡糖通过营养琼脂培养基涂布法和滴注法检测其抗菌活性表明，壳寡糖对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、枯草芽孢杆菌和白假丝酵母菌均有抑制作用，且其抗菌活性金黄色葡萄球菌＞大肠埃希氏菌＞枯草芽孢杆菌＞白假丝酵母菌。
2.1.2 壳寡糖具有促进双歧杆菌生长的功能
——从目前已报道的双歧杆菌促生长因子（Bifidus factor，BF）研究结果分析，甲壳低聚糖是BF的一 种重要种类，它能调节动物肠道内微生物的代谢活动，改善肠道微生物区系分布，促进双岐杆菌生长繁殖，从而提高机体免疫力，使肠道内pH下降，抑制肠道有害菌生长，产生B族维生素，促进肠蠕动，增进蛋白质吸收。大量实验表明， 双岐杆菌通过分泌到细胞外各种酶来分解利用不同的BF，并促进其生长繁殖；而有一些BF是通过蛋白质类的黏附素来产生作用的，因为黏附素可使肠道上皮细胞和双岐杆菌连接在一起。
2.2改善肠道组织形态
——壳寡糖使回肠微绒毛密度增加，同时也有变细、变高的倾向。微绒毛高度增加，密度加大，利于增大小肠的吸收面积，促进营养物质的吸收。还有实验表明，壳寡糖可使大鼠十二指肠和空肠的绒毛长度增长以及黏膜增厚，且单位面积内的肠黏膜碱性磷酸酶（AKP）活性增强，提高肠道的消化性能。
2.3 增强免疫功能
——壳寡低聚糖的免疫增强作用目前已被许多学者证实，其抗感染作用机制有以下几种解释：①壳寡糖刺激机体，促进腹膜渗出液的细胞(PEC)数量增加，激活巨噬细胞，从而增加活性氧的生成，再通过氧化性杀菌机制产生作用；②壳寡糖对巨噬细胞的直接激活作用增加了巨噬细胞的杀伤活性；③壳寡糖激活T淋巴细胞而显示杀伤活性，且致敏T细胞诱发迟发性超敏反应；④壳寡糖激活T淋巴细胞，从而促使巨噬细胞激活因子（MAF）的释放，进而激活巨噬细胞。在激活过程中，巨噬细胞直接被壳寡糖激活又能提高它对MAF的敏感性，使它进一步激活。因此认为壳寡糖的杀伤活性的产生主要是激活T淋巴细胞与巨噬细胞相互作用加强的结果。Shigehiro等将壳低聚糖注射到兔静脉中，发现可以提高血浆中溶菌酶活性2～3倍，大大增强了兔对致病菌的免疫力。刘艳如等研究发现水溶性壳聚糖能明显提高正常小鼠巨噬细胞的吞噬功能，提高绵羊红细胞诱导的血凝素抗体和溶血素的生成。
2.4促进骨折愈合
——壳寡糖可通过某种机制促使成骨细胞的活性增高，使得骨形态发生蛋白（BMP）在骨折修复早期表达增强，同时表达时间提前，从而促进骨折修复。
2.5抗疲劳
——有实验研究表明甲壳寡糖可显著降低小鼠游泳时La（糖酵解产物）的含量，降低血清中LDH活性，改善小鼠有氧供能和增进糖原贮备，提高抗疲劳能力。
2.6其它功能
——低分子量的壳聚糖分子中的聚葡糖胺链带有4价铵离子，能粘合胆汁酸，阻止胆汁酸循环，降低脂肪吸收，增加粪中脂肪的排除量，从而减少体脂的沉积量。小肠内胆汁酸减少，促进肝内胆固醇向胆汁酸转化，从而降低肝脏中胆固醇的含量。其中，壳聚糖分子量在2000以上有降血脂的作用，分子量在5000时降胆固醇能力很强。此外，甲壳低聚糖还能排除人体内重金属，增加钙和其它矿物质的吸收。
陈海燕 1，张 彬 1，何勇松 2
（1.湖南农业大学动物科技学院特种经济动物研究所；2.湖南广安生物技术有限公司）
摘 要: 壳寡糖是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖。本文阐述了壳寡糖的消化吸收机制、制备方法、生理功能和作用机制的研究进展。
中图分类号:
S816.7文献标识码: A文章编号: 1005-8567(2007)02-0017-04
——素有“人体第六生命要素”、“软黄金”之美誉的甲壳素（几丁质， Chitin）广泛存在于海产品和丝状菌类中。但由于其不溶于水，在开发应用上受到了很大的限制。而壳寡糖（又称寡聚氨基葡糖、甲壳低糖，Chitosan Oligosaccharide，Chito-oligosaccharide，Oli-gochitosan）由甲壳质（几丁质）脱乙酰化的产物壳聚糖降解获得，是由2～10个氨基葡糖通过 β-1-4糖苷键连接而成的低聚糖，也是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖，水溶性好，易被动物体吸收。
1、壳寡糖的消化吸收机制
——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作用于α-1，4糖苷键，而对其它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糖苷键结合而成的多糖，不能被哺乳动物胃酸和消化酶降解。但是人体中应用的壳聚糖如手术缝合线、营养保健品及其它可吸收型医用植入材料等均是通过人体血清中所含的溶菌酶降解后被人体吸收。由于壳寡糖水溶性大于99%，也有研究发现高脱乙酰度的壳寡糖对于打开细胞间连接效果最显著，可通过动物肠道上皮细胞直接被吸收，据报道被人体吸收率可达到99.88%。因此，它比几丁质和壳聚糖具有更优越的生物活性。
2、壳寡糖的生理功能及作用机理研究进展
2.1 调节肠道微生态
2.1.1 壳寡糖具有抑制消化道内有害菌的作用
——在酸性条件下，壳寡糖分子中的游离氨基质子化，质子化铵能与细菌带正电的细胞膜作用，干扰细菌细胞膜功能，造成细菌体内细胞质流失，对真菌和微生物的生长有抑制作用。其抗菌活性与菌种和浓度有关，且随浓度加大其抗菌活性增强，高浓度时有杀菌作用。0.2%分子量为950～1350的壳寡糖溶液在酸性条件下对大肠杆菌和金色葡萄球菌均有明显的抑制作用。用改良双氧水降解法制备的壳寡糖通过营养琼脂培养基涂布法和滴注法检测其抗菌活性表明，壳寡糖对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、枯草芽孢杆菌和白假丝酵母菌均有抑制作用，且其抗菌活性金黄色葡萄球菌＞大肠埃希氏菌＞枯草芽孢杆菌＞白假丝酵母菌。
2.1.2 壳寡糖具有促进双歧杆菌生长的功能
——从目前已报道的双歧杆菌促生长因子（Bifidus factor，BF）研究结果分析，甲壳低聚糖是BF的一 种重要种类，它能调节动物肠道内微生物的代谢活动，改善肠道微生物区系分布，促进双岐杆菌生长繁殖，从而提高机体免疫力，使肠道内pH下降，抑制肠道有害菌生长，产生B族维生素，促进肠蠕动，增进蛋白质吸收。大量实验表明， 双岐杆菌通过分泌到细胞外各种酶来分解利用不同的BF，并促进其生长繁殖；而有一些BF是通过蛋白质类的黏附素来产生作用的，因为黏附素可使肠道上皮细胞和双岐杆菌连接在一起。
2.2改善肠道组织形态
——壳寡糖使回肠微绒毛密度增加，同时也有变细、变高的倾向。微绒毛高度增加，密度加大，利于增大小肠的吸收面积，促进营养物质的吸收。还有实验表明，壳寡糖可使大鼠十二指肠和空肠的绒毛长度增长以及黏膜增厚，且单位面积内的肠黏膜碱性磷酸酶（AKP）活性增强，提高肠道的消化性能。
2.3 增强免疫功能
——壳寡低聚糖的免疫增强作用目前已被许多学者证实，其抗感染作用机制有以下几种解释：①壳寡糖刺激机体，促进腹膜渗出液的细胞(PEC)数量增加，激活巨噬细胞，从而增加活性氧的生成，再通过氧化性杀菌机制产生作用；②壳寡糖对巨噬细胞的直接激活作用增加了巨噬细胞的杀伤活性；③壳寡糖激活T淋巴细胞而显示杀伤活性，且致敏T细胞诱发迟发性超敏反应；④壳寡糖激活T淋巴细胞，从而促使巨噬细胞激活因子（MAF）的释放，进而激活巨噬细胞。在激活过程中，巨噬细胞直接被壳寡糖激活又能提高它对MAF的敏感性，使它进一步激活。因此认为壳寡糖的杀伤活性的产生主要是激活T淋巴细胞与巨噬细胞相互作用加强的结果。Shigehiro等将壳低聚糖注射到兔静脉中，发现可以提高血浆中溶菌酶活性2～3倍，大大增强了兔对致病菌的免疫力。刘艳如等研究发现水溶性壳聚糖能明显提高正常小鼠巨噬细胞的吞噬功能，提高绵羊红细胞诱导的血凝素抗体和溶血素的生成。
2.4促进骨折愈合
——壳寡糖可通过某种机制促使成骨细胞的活性增高，使得骨形态发生蛋白（BMP）在骨折修复早期表达增强，同时表达时间提前，从而促进骨折修复。
2.5抗疲劳
——有实验研究表明甲壳寡糖可显著降低小鼠游泳时La（糖酵解产物）的含量，降低血清中LDH活性，改善小鼠有氧供能和增进糖原贮备，提高抗疲劳能力。
2.6其它功能
——低分子量的壳聚糖分子中的聚葡糖胺链带有4价铵离子，能粘合胆汁酸，阻止胆汁酸循环，降低脂肪吸收，增加粪中脂肪的排除量，从而减少体脂的沉积量。小肠内胆汁酸减少，促进肝内胆固醇向胆汁酸转化，从而降低肝脏中胆固醇的含量。其中，壳聚糖分子量在2000以上有降血脂的作用，分子量在5000时降胆固醇能力很强。此外，甲壳低聚糖还能排除人体内重金属，增加钙和其它矿物质的吸收。
