甲壳素

甲壳素

一、项目概括

甲壳素是一种天然生物高分子聚合物，化学名：聚N-乙酰葡萄糖胺。广泛存在于无脊椎动物的外壳、昆虫的外角质层和内角质层，真菌的细胞壁中，自然界每年生物合成的甲壳素估计100亿吨，是目前地球上仅次于纤维素的第二大类纯天然高分子纯合物。其中海洋生物的生成量约为10亿吨，尤其是虾、蟹等甲壳类动物的甲壳富含1/4----1/3的甲壳素，由于人们食用大量甲壳动物，估计全世界每年有近10亿吨甲壳废料，而且海洋、江河、湖沼的水圈，海底、陆地的土壤圈，以及动植物的生物圈中的甲壳酶、溶菌霉、壳聚糖酶等将甲壳素及其衍生物完全降解，参与生态体系的碳和氮源循环，它在地球环境和生态保护系统中起着重要的调控协同作用。

我国早在五十年代就开始了甲壳素的提取和应用，当时仅限于应用在印染行业的助剂。六十年代末至七十年代中曾一度销声匿迹。自1997年在美国波士顿

召开第一届国际甲壳素学术会议以来，由于人们日益青睐纯天然制剂，甲壳素及壳聚糖的奥妙被逐步挖掘出来。继波士顿会议之后，又先后在日本、意大利、挪威、美国、日本召开了第二、三、四、五、六届国际甲壳素学术会议，甲壳素及其衍生物已广泛应用于农业、化工、食品、纺织、印染、日用化工、医药、生物工程等各个领域。据资料记载，现已获得以甲壳素为关键词的专利产品有照相底片、外科手术缝合线、防火衣、人工肾膜、液晶、抗凝剂、避孕润滑油等，正在应用和开发的有隐形眼镜、植物杀虫剂、抗癌食品、金属螯合剂、食品保鲜剂、果汁澄清剂、水处理剂、各种化妆品等。甲壳素的应用科学已成为当今科技领域的热门话题，它作为诸多学科的交叉领域已逐渐分支出来成为一门新兴科学-----甲壳素生物化学学科。目前在科学最发达的美国，几乎每个领域都有甲壳素的参与，几乎每个上档次的新产品都有甲壳素的踪迹，据专家推测，在世界范围内的食品、医药、日用化工等领域，甲壳素的应用技术将成为二十一世纪的高新科学技术，专家预言：到了二十一世纪，将是甲壳素的时代。

甲壳素脱去分子的乙酰基转变为壳聚糖，壳聚糖又称聚氨基葡萄糖，属于天然高分子聚糖。由于它的化学结构中含有活性自由氨基，赋予它许多特殊的性质，易形成聚阳离子，与人体细胞具有亲和性，因此使它具有多种生物活性，如活化修复细胞功能;强化人体免疫功能;提高人体的抗病能力，排除体内有害物质等。近几年科学家证实壳聚糖在恶性肿瘤、心脑血管等方面具有显著的药理作用。

壳聚糖高分子的分子量通常在几十万左右，一般可溶于稀酸中但不能直接溶于水中;而当壳聚糖高分子降解成为相对较小的低分子后，其理化性质及某些生理功能将会发生变化。低聚壳聚糖由于分子链长较高分子壳聚糖大大降低，因此，分子之间不易形成较强的氢健，水溶性大大改善，分子量低于1万的低聚壳聚糖可以直接溶于水中;由高分子降解为较短的低聚壳聚糖分子，还导致其溶液粘度的大大降低;由于分子上有许多亲水的游离胺基及羟基，因此有较好的增湿性和保湿性;由于游离胺基带正电荷，可以与许多带负电荷的物质结合，某些分子量很低的低聚壳聚糖甚至可以渗透到细胞内部起作用。

低聚壳聚糖不仅保持了聚糖大分子所具有的某些功能性质，如降低胆固醇、降血压、防治糖尿病、强化肝脏机能、治疗烧、烫伤等等，而且不同分子量范围的低聚壳聚糖还具有许多高分子量的壳聚糖所不具备的独特的生理功能，如保湿性、免疫调节、防癌、调节肠道菌群、功能性甜味剂、作为营养强化剂的载体、排除体内有毒物质、抗菌防腐、诱导植物产生抗毒素等等许多作用。因此，低聚壳聚糖在保健食品、食品保鲜、化妆品、生物医药、植物病毒的防治等方面都有许多应用。

甲壳素、壳聚糖及衍生物的用途有：

（一）、在医药上的应用

1、强化免疫功能、防癌抗癌

（1）、活化能杀死癌细胞的淋巴细胞

人机体内有大量的淋巴细胞（如NK细胞、LAK细胞），它能分解正常细胞和癌细胞。淋巴细胞杀死癌细胞的作用，在Ph7.4左右最为活泼。但在癌细胞内及周围，由于癌细胞中的糖酵解作用的3个关键性酶-----二糖激酶、磷酸果糖激酶的活性很高，会产生较多的酸，使得pH值偏向酸性，淋巴细胞功能迟钝，免疫功能下降。因此在癌细胞周围的酸性环境下具有杀伤肿瘤的淋巴细胞受到抑制。壳聚糖与胆汁结合使人体内pH值偏于碱性，创造了淋巴细胞攻击癌细胞的环境。

日本爱媛大学奥大教授用白鼠做实验，证实救多善（日本壳聚糖的商品名）体内浓度达64ug/ml时，会增强NK细胞活性；达到96ug/ml时，会增强LAK 细胞活性。

（2）、提高吞噬细胞系统的功能

巨噬细胞表面存在着细菌多糖的受体，而壳聚糖作为细菌多糖的类似物，能刺激巨噬细胞活化，产生如下反应：促进其吞噬能力，增强抗原呈现能力，并增强其在其它免疫应答中协同效应，从而实现机体对T细胞、NK细胞和B细胞的调节，介导机体的细胞免疫应答和体液免疫应答，显示抗癌作用。

部分脱乙酰的壳聚糖，特别是脱乙酰度为70%的低聚壳聚糖是一种免疫调节剂。能促进宿主对大肠杆菌（E.Coli）和Sendai 病毒感染产生非专一性的抵抗。还可以激活豚鼠腹膜的巨噬细胞和中性杀伤细胞，增加抗体的生成，提高迟发型超敏反应，增加老鼠的细胞毒性，诱导如间白细胞、增殖因子和干扰素的细胞分裂。

日本一桥大学曾将壳聚糖注射于鼠腹膜，观察到其抗1210白血病作用明显增强。

（3）、抑制癌细胞转移

癌细胞转移一般经过血管，在血管内皮细胞表面有一种接著因子，癌细胞和接著因子附着结合才能进入血管，再和血液接著因子结合而移动，然后与其它部位接著因子结合、粘附形成癌栓成为转移灶。壳聚糖具血管细胞表面接著因子耐着特点，可封锁细胞对血管壁细胞的附着及移动，而达到抑制或延缓癌细胞转移的效果。

低聚壳聚糖可以明显提高荷瘤小鼠红细胞免疫功能。低聚壳聚糖特别是低聚6-8糖可通过活化巨噬细胞、细胞毒T淋巴细胞、NK细胞和LAK细胞达到抑制癌细胞的繁殖和扩散的作用。

（4）、减轻放化疗对患者的损害

癌症病人化疗时，烷化剂是很强的细胞毒素物质，壳聚糖能吸附这些物质形成复合物而排出体外。放疗时，放射线对癌细胞、正常细胞均有杀伤作用，壳聚糖能保护正常细胞恢复。所以壳聚糖能大大减轻放、化疗的毒副作用。壳聚糖在癌症的治疗中还可用于增强抗肿瘤药物作用。将小分子抗肿瘤药载接到高分子载体壳聚糖上，通过水解或酶解药物与载体骨架间有化学键，使之断裂，释放出药物，具有缓释、长效、低毒等优良特性。

2、降血脂作用

高血脂症表现为血清总胆固醇和血清甘油三脂含量升高，同时高密度脂蛋白含量降低。食物中脂类的消化除胰脂肪酶外，还需要胆汁酸盐做乳化剂。壳聚糖能够降血脂的原因与其正电性有关，作用机理如下：