壳聚糖及其衍生物抗菌性能进展

中国实用口腔科杂志2011年7月第4卷第7期

甲壳素（chitin）是N-乙酰基-D-葡萄糖胺以β-l，4键结合而成的多糖，是蟹、虾等甲壳类、甲虫等的外骨骼及蘑菇等菌类的细胞壁成分，广泛存在于自然界。壳聚糖（chitosan）是甲壳素脱去乙酰基的产物，安全无毒具有良好的生物兼容性，与人体细胞有良好的亲和性，无免疫原性，具有抗癌和抗肿瘤的作用。壳聚糖及其衍生物因其特有生物活性对多种细菌、真菌具有广谱抗菌的功能，在口腔抗微生物方面的应用逐渐得到重视。本文就壳聚糖及其衍生物抗菌性能方面研究现状进行综述。

1壳聚糖的抗菌活性

1.1壳聚糖对细菌的抗菌作用壳聚糖具有广谱抗菌作用。近年来研究发现，壳聚糖可抑制大肠杆菌、沙门菌属、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、李斯特单核细胞增生菌、小肠结肠炎耶尔森菌、链球菌、霍乱弧菌、志贺痢疾杆菌、产气单胞菌属及某些真菌等的生长［1］。

邓婧等［2］采用纸片药敏试验法，在pH6.5时对不同浓度壳聚糖进行抑菌实验，发现其对变形链球菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、幽门螺杆菌、牙龈卟啉单胞菌均有抑制作用。2％壳聚糖对变形链球菌、金黄色葡萄球菌的抑制效果最好，1.5％、1.0％、0.5％对变形链球菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑制效果优于幽门螺杆菌和牙龈卟啉单胞菌。有研究发现，在pH5.5时，1.0%壳聚糖（脱乙酰度为88.7%）对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌有强抑制作用［3］。

由于壳聚糖良好的成膜性和独特的抗菌性，它能有效抑制2种牙周致病菌——伴放线放线杆菌和牙龈卟啉菌的生长。Ikinci等［4］将壳聚糖凝胶或膜与洗必泰联用，证明壳聚糖对牙龈卟啉菌有一定的抑制作用，可避免洗必泰的不良反应，既可延长其作用时间，也能够明显抑制细菌生长。壳聚糖对促进血链球菌生物膜脱落有显著作用，且小分子量壳聚糖的作用效果最佳。壳聚糖对几种常见口腔致病菌不仅有抑制作用，而且经高温处理后其作用也很稳定，所以在治疗口腔感染方面壳聚糖将是有效药物［2］。1.2壳聚糖对真菌的抑制作用壳聚糖还具有抗真菌活性。壳聚糖可有效抑制皮肤浅表真菌的生长。刘晓等［5］研究壳聚糖凝胶对皮肤浅表真菌的抑制作用，发现壳聚糖凝胶剂对红色毛癣菌、断发毛癣菌均有较强抑菌作用，抑菌质量浓度为2.5～5g／L。Rhoades等［1］使用脱乙酰度为89%、质量浓度为1g／L的天然壳聚糖对念珠菌和白色隐球菌进行抑菌实验，发现其对2log cfu／mL念珠菌有明显的抑制作用，而对白色隐球菌却无抑制作用。Muhannad 等［6］在pH5.0条件下，使用0.5%壳聚糖（脱乙酰度92%）的乳剂对白色念珠菌的抗菌效果进行观察，发现24h后能使白色念珠菌数量减少达99%、黑曲霉菌减少达90%。可见壳聚糖对真菌也有很广泛的抑制作用，且作用效果与抗细菌作用类似。

作者单位：中国医科大学口腔医学院牙体牙髓科，沈阳110001

通讯作者：于静涛，电子信箱：Yjtao555@ 综述

壳聚糖及其衍生物抗菌性能研究进展

刘扬，于静涛，孙莹莹，宋雪莲

文章编号：1674-1595（2011）07-0437-03中图分类号：Ｒ78文献标志码：Ａ

提要：壳聚糖由天然多糖甲壳素经脱乙酰化处理而成，是生物相容性和水解性较好的低聚糖，具有较好的广谱抗菌性。近年来，壳聚糖及其衍生物的抗菌性是医药、保健、食品和化妆品等领域的研究热点，本文就壳聚糖及其衍生物抗菌性能方面研究进行综述。

关键词：壳聚糖；壳聚糖衍生物；抗菌性；抗菌机制

Research on antibacterial action of chitosan and chitosan derivatives.LIU Yang，YU Jing-tao，SUN Ying-ying，SONG Xue-lian.Department of Endodontics，School of Stomatology，China Medical University，Shenyang 110001，China

Summary：Chitosan，made by dehydration of natural polysaccharide chitin，is a biocompatible and soluble oligosaccha⁃ride and a good broad-spectrum antimicrobial.In recent years，antibacterial activity of chitosan and its derivatives is of special interest of research in the field of medicine，health，food and cosmetics，etc.This paper is a review on anti-bacte⁃rial performance of chitosan and its derivatives.

Keywords：chitosan；chitosan derivatives；antibacterial action；antibacterial mechanism

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Chinese Journal of Practical Stomatology July.2011Vol.4No.7

2壳聚糖衍生物的抗菌活性

壳聚糖的分子链上含有活性基团，如氨基和羟基，因此可修饰活化偶联生成各种衍生物。壳聚糖衍生物主要包括羟甲基壳聚糖、壳聚糖的季铵盐、对羟基苯甲酸酯、壳聚糖的乳酸盐、壳聚糖的金属配合物及壳聚糖衍生物的金属配合物等［7］。经过化学修饰后的壳聚糖衍生物，其物理、化学性能得到改善，其水溶性大大增强，有些衍生物的抗菌性甚至较壳聚糖强。

2.1季铵化壳聚糖朱一凡等［8］研究质量浓度为2g／L 季铵化壳聚糖原液抗菌剂（pH4.6）对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑制作用，发现该季铵化壳聚糖原液经l0倍稀释使其质量浓度为0.2g／L情况下，能够快速杀灭大肠杆菌和金黄色葡萄球菌；用质量浓度为1g／L季铵化壳聚糖抗菌剂稀释液对悬液中白色念珠菌作用5min，亦能够快速杀灭细菌。

2.2对羟基苯甲酸壳聚糖酯赵希荣等［9］研究表明，对羟基苯甲酸壳聚糖酯具有广谱的抑菌活性，无论是对革兰阳性菌或阴性菌，还是酵母菌和霉菌，均有很强的抑菌效果；在pH7.0条件下，其对革兰阴性菌大肠杆菌的最低抑菌浓度为0.025％，对革兰阳性菌金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌为0.01％，对啤酒酵母和产朊假丝酵母为0.05％，对黑曲霉和桔青霉为0.01％。

2.3甲壳低聚糖刘明河等［10］用甲壳低聚糖（脱乙酰度为72%）对食品中一些常见的细菌、霉菌、酵母菌进行抑菌试验，发现甲壳低聚糖对大肠杆菌、蜡状芽孢杆菌、四联球菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、伤寒沙门杆菌和痢疾志贺菌等8种受试菌有抑制作用，其抑制作用随质量浓度的增加逐渐增强。

2.4壳聚糖锌配合物和壳聚糖银配合物刘琨等［11］研究壳聚糖锌配合物、壳聚糖银配合物对4种感染根管致病菌牙髓卟啉单胞菌、牙龈卟啉单胞菌、中间普氏菌和黏性放线菌的抑菌作用，以洗必泰作对照，研究表明，壳聚糖锌配合物、壳聚糖银配合物对感染根管致病菌的最低抑菌浓度与洗必泰比较无显著性差异；1%壳聚糖锌配合物、1%壳聚糖银配合物对各实验菌种都有较强的抑制作用，与2%洗必泰的抑菌作用相当，提示壳聚糖在根管消毒方面有发展前景。

2.5羧甲基壳聚糖羧甲基壳聚糖是壳聚糖经羧甲基化反应后的一类甲壳素衍生物，由于壳聚糖分子中存在游离氨基及活性羟基，反应时取代基团可进入O-位和N-位，则相应的产物有O-羧甲基壳聚糖、N-羧甲基壳聚糖和N，O-羧甲基壳聚糖。其既保留了壳聚糖的优点，又极大改善了水溶性，因而有更为广泛的用途，在甲壳素的衍生物中备受关注。

杨宇民等［12］研究了羧甲基壳聚糖对金黄色葡萄球菌的抑制作用，发现其能有效抑制金黄色葡萄球菌，最小抑菌浓度为10g／L。陈浩凡等［13］通过测定细菌培养液的浊度（OD值）检测羧甲基壳聚糖的抑菌性，证实其对金黄色葡萄球菌有抑制作用，同时发现其对大肠埃希菌和铜绿假单胞菌也有抑制作用。

宋廷二等［14］制备低银含量和低噻苯咪唑含量的羧甲基壳聚糖银噻苯咪唑复合抗菌剂，通过研磨和粒度分级将其分成C1（74～150μm）、C2（45～74μm）和C3（<45μm）3种制剂检测其抑菌性，结果表明，3种颗粒的复合物均对大肠杆菌、黑曲霉、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌有抑制作用，其中C1对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有较强的抑制作用，而抑制黑曲霉的能力较弱；C3的抗菌活性最低，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉和白色念珠菌的最低抑菌浓度皆＞0.1g／L；C2的抗菌效果介于其间。

唐涛等［15］研究羧甲基壳聚糖对与口腔疾病密切相关厌氧菌的抑制作用，结果表明，羧甲基壳聚糖对牙龈卟啉菌、放线共生放线菌、中间普氏菌、牙龈嗜二氧化碳纤维菌、黄褐嗜二氧化碳纤维菌、产黑色素普氏菌、白色念珠菌、牙髓卟啉菌、小齿普氏菌、变形链球菌、远缘链球菌、黏性放线菌均有抑制作用。同时也证实，羧甲基壳聚糖复合奥硝唑对牙龈卟啉菌、放线共生放线菌、中间普氏菌、牙髓卟啉菌均有抑制作用。因此，羧甲基壳聚糖可为牙周炎的治疗提供新选择，在口腔疾病的防治方面具有广阔的前景。

3影响壳聚糖抗菌活性的因素

3.1分子质量和脱乙酰度对壳聚糖抗菌性的影响壳聚糖的分子质量和脱乙酰度为与其抗菌机制和效果密切相关的两个因素。

壳聚糖的分子质量对其抗菌活性影响较为复杂，不同的学者得出的结论各不相同。Zheng等［3］发现壳聚糖分子质量在4.96～302.59ku范围内，对大肠埃希菌的抗菌活性随分子质量的下降而上升；而对金黄色葡萄球菌的抗菌活性随分子质量的上升而上升。Jeon等［16］指出，分子质量在0.99～9.92ku之间的壳低聚糖，分子质量是抑制微生物生长的最重要的影响因素，且分子量越大，抑制效果越明显。因此，壳聚糖对于革兰阴性菌和革兰阳性菌生长的抑制可以从两方面来解释：（1）对于革兰阴性菌，主要是由于小分子的壳聚糖易透过受损的胞壁进入胞核内，与DNA分子结合，破坏DNA合成，从而杀灭细菌；（2）对革兰阳性菌，主要是由于大分子的壳聚糖吸附在微生物细胞的表面，形成一层高分子膜，阻止了营养物质向细胞内运输，从而具有抗菌活性。

由于壳聚糖发挥抗菌作用的主要基团是氨基，脱乙酰度越高，其所含的氨基也越多，抗菌活性越强，这已被实验所证明［7］。Gerasimenko等［17］也指出，不同脱乙酰度的壳聚糖抗菌效果不同，脱乙酰度为55%～85%时，脱乙酰度越高，壳聚糖的抗菌活性越强。

3.2pH值及其他因素对壳聚糖抗菌性的影响壳聚糖是一种电解质，其抗菌性与溶剂酸的pH值有很大关系，pH值越低，所带氨基正电荷越多，抗菌活性也越强。在对金黄

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