殼寡糖功能特性研究進(jìn)展

孫晨松，王 碩，王一迪，董德剛，徐賢柱，蔡險(xiǎn)峰，王曼瑩，游清徽,

（1.江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江西南昌 330022；2.江西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，江西南昌 330004）

殼寡糖（Chitooligosaccharides，COS）一般是指2～10個(gè)氨基葡萄糖以β-1,4糖苷鍵連接組成的低分子量殼聚糖，通常是由殼聚糖經(jīng)化學(xué)、物理或酶法水解制備。殼寡糖因具有低粘度、高水溶性、高生物相容性以及可生物降解性等物理、化學(xué)性質(zhì)而受到關(guān)注，目前已被廣泛應(yīng)用于食品加工[1]、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[2]、畜牧養(yǎng)殖[3]等領(lǐng)域；殼寡糖的細(xì)胞毒性作用極小，容易被人體小腸吸收和利用，不同的分子量、脫乙酰度、聚合度和N-乙酰葡萄糖單元上的電荷分布直接影響其多重生物效應(yīng)，因此在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中扮演重要角色。目前已發(fā)表的相關(guān)研究結(jié)果表明，殼寡糖在預(yù)防和控制糖尿病、心血管疾病、退行性疾病、癌癥等疾病方面的基礎(chǔ)研究前景明朗[4?5]。

本文論述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外食品開發(fā)及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域與殼寡糖相關(guān)的研究，突出其在相關(guān)疾病預(yù)防和控制方面的進(jìn)展，探討了殼寡糖發(fā)揮其生理功能的作用機(jī)理，為殼寡糖在功能性食品研發(fā)的深入探索中提供參考。

1 殼寡糖與代謝綜合征

1.1 殼寡糖與2型糖尿病

糖尿病通常涉及一系列代謝紊亂，其癥狀是血糖升高、尿頻、饑餓感增加，其中2型糖尿?。═ype 2 diabetes，T2D）最為常見。已有研究表明，殼寡糖抗2型糖尿病的機(jī)制包括：促進(jìn)β細(xì)胞的增殖、加速胰腺T細(xì)胞的分化、下調(diào)核激素受體和固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白的表達(dá)、增加大鼠胰島INS-1細(xì)胞的增殖、增加G6PC1基因的表達(dá)從而減少糖異生等[6]。

近年來(lái)殼寡糖抗2型糖尿病的研究熱點(diǎn)，是將殼寡糖作為一種潛在的益生元，通過調(diào)節(jié)腸道菌群干預(yù)2型糖尿病的發(fā)生或進(jìn)展。聚合度2～6的殼寡糖不僅能促進(jìn)β細(xì)胞的增殖，還可通過提高AMPK依賴的蛋白激酶（Adenosine 5′-monophosphate（AMP）-activated protein kinase，AMPK）蛋白水平和抑制p38的磷酸化而對(duì)糖尿病小鼠腸屏障損傷起保護(hù)作用，同時(shí)降低幽門桿菌豐度，恢復(fù)受損代謝途徑，重塑腸道菌群結(jié)構(gòu)，糾正小鼠葡萄糖代謝的紊亂[7]。Wang等[8]研究證實(shí)殼寡糖能上調(diào)GLP-1、特異性抑制膽固醇合成關(guān)鍵酶3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase，HMGCR）的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，研究還發(fā)現(xiàn)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中糖尿病小鼠的腸道菌群數(shù)目增加，種群豐度得到調(diào)節(jié)，結(jié)果表明殼寡糖可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群和smyd3介導(dǎo)的信號(hào)通路糾正糖代謝和脂代謝的紊亂。單一聚合度殼寡糖用于抗糖尿病的研究也有報(bào)道，Wu等[9]首次證明殼二糖可以恢復(fù)清除自由基的抗氧化能力，提高血漿脂聯(lián)素的濃度，同時(shí)抑制Erk1/2和p38mapk及組蛋白H3，從而調(diào)節(jié)T2D小鼠糖尿病相關(guān)代謝。殼寡糖的降糖作用已有臨床試驗(yàn)報(bào)道[10?11]，調(diào)查顯示非糖尿病人群和糖尿病早期患者通過膳食補(bǔ)充低分子量殼寡糖有助于控制餐后血糖。雖然殼寡糖對(duì)2型糖尿病的影響還需擴(kuò)大試驗(yàn)對(duì)象、實(shí)施交叉試驗(yàn)來(lái)加以評(píng)估，但足以證明殼寡糖在治療和預(yù)防糖尿病方面前景明朗。

制備殼寡糖衍生物或聯(lián)合其他藥物控制血糖的研究報(bào)道較多，如Wang等[12]采用微波輻射合成殼寡糖胍（chitooligosaccharide guanidine，COSG），初步證實(shí)其機(jī)制與胰島素的作用一致，能顯著提高葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-4（glucose transporter protein-4，GLUT4）的膜轉(zhuǎn)位和蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）的磷酸化水平。隨后該課題組Zhang等[13]，Zuo等[14]構(gòu)建鏈脲佐菌素糖尿病大鼠模型，發(fā)現(xiàn)殼寡糖胍治療組的小鼠腎臟中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-2（glucose transporter protein-2，GLUT2）和二?；视停╠iacylglycerol，DAG）的表達(dá)水平下調(diào)，蛋白激酶C-β和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β的過度表達(dá)得到有效調(diào)節(jié)，從而預(yù)防糖尿病引起的腎纖維化；胰腺組織學(xué)檢查還顯示殼寡糖胍還能減輕2型糖尿病大鼠的胰腺萎縮，同時(shí)延緩胰島β細(xì)胞凋亡、促進(jìn)胰島β細(xì)胞生長(zhǎng)增殖、改善胰島β細(xì)胞功能和促進(jìn)胰島素分泌等保護(hù)作用，從而為殼寡糖衍生物干預(yù)2型糖尿病提供了重要理論證據(jù)。在相關(guān)報(bào)道中，殼寡糖與白蕓豆、亞麻籽油等復(fù)合的天然成分可以改善糖尿病小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)、輔助治療T2MD[15]。

綜上所述，對(duì)特定聚合度范圍的殼寡糖及其衍生物、復(fù)合物的研究，有助于開發(fā)預(yù)防和治療2型糖尿病及相關(guān)病癥的新型功能性食品或藥物，開辟糖尿病防治的新途徑。

1.2 殼寡糖與心腦血管疾病

1.2.1 殼寡糖與高血脂癥 早期研究已經(jīng)證實(shí)，給患有高膽固醇血癥的大鼠喂食低分子量的殼寡糖，可以顯著調(diào)節(jié)和改善其血脂、低密度脂蛋白、動(dòng)脈粥樣硬化指數(shù)、甘油三酯及血清酶活性[16]。為了進(jìn)一步探究殼寡糖分子量對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)的模型大鼠的改善效果，Huang等[17]比較了高中低三個(gè)分子量組殼寡糖與氨基葡萄糖降脂作用的效果，殼寡糖組三者均能顯著降低血清總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平，其中低分子量的寡糖效果更為突出，因此低分子量的殼寡糖更適用于高血脂癥及其相關(guān)病癥。Li等[18]分離純化殼寡糖并獲得殼二糖至殼六糖的單體組分，通過培養(yǎng)HepG2細(xì)胞證實(shí)殼二糖抑制血小板反應(yīng)蛋白受體（cluster of differentiation 36，CD36）、孕烷x受體（pregnenolone X receptor，PXR）、甘油二酯?；D(zhuǎn)移酶2（diacylglycerol acyltransferase 2，DGAT2）、過氧化物酶體增殖劑激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPARγ）和肝X受體α（liver X receptorα，LXRα）的mRNA和蛋白表達(dá)水平，最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)甘油三酯含量趨于穩(wěn)定。該研究證明了殼寡糖的抗高脂血癥能力與其聚合度密切相關(guān)，殼二糖可以降低CD36和DGAT2這兩個(gè)非酒精性脂肪肝?。╪onalcoholic fatty liver disease，NAFLD）的重要指標(biāo)，從而具備逆轉(zhuǎn)病變的潛力。非酒精性脂肪肝病與高血脂癥密切相關(guān)，Zhao等[19]通過對(duì)各種單體分子的建模計(jì)算，確定CD36作為DP（聚合度）2～3的殼寡糖降脂活性的分子靶點(diǎn)，闡明其可能通過阻斷CD36的中心腔，抑制游離脂肪酸（free fatty acids，F(xiàn)FAs）的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)NAFLD的替代性干預(yù)。Qian等[20]酶解制備DP2～3的殼寡糖，高脂模型小鼠經(jīng)其治療后，肝毒性脂質(zhì)尤其是甘油三酯和游離脂肪酸顯著降低，脂質(zhì)相關(guān)通路被調(diào)節(jié)，該實(shí)驗(yàn)再次證實(shí)其抑制FFAs合成相關(guān)基因和炎癥相關(guān)基因表達(dá)的能力。上述研究充分證明，低聚合度、低分子量的殼寡糖在對(duì)抗高血脂相關(guān)疾病中可以扮演重要的角色。雖然低聚合度殼寡糖用于改善NAFLD具有良好前景，但也有研究指出，如果每日膳食中低聚合度殼寡糖的添加比例超過5%，可能會(huì)增加腸道膽固醇的攝取以及肝臟膽固醇積聚，對(duì)肝臟造成不可逆的損傷[21]。因此，若要進(jìn)行功能性食品或臨床藥物的開發(fā)，后續(xù)需進(jìn)一步的研究來(lái)確定低聚合度殼寡糖的合適劑量。

1.2.2 殼寡糖與動(dòng)脈粥硬化及冠心病 高血脂與動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病等普遍存在聯(lián)系。醫(yī)藥級(jí)低聚合度殼寡糖可以通過提高低密度脂蛋白受體（low density lipoprotein receptor，LDL-R）的表達(dá)，有效降低非高密度脂蛋白（non-high density lipoprotein，non-HDL）顆粒中膽固醇的積累，降低血管斑塊中巨噬細(xì)胞含量和脂質(zhì)組成，讓血管斑塊趨于穩(wěn)定，因此可對(duì)抗動(dòng)脈粥樣硬化[22]。Jiang等[23]研究表明，給臨床患者服用食品級(jí)DP4～10的殼寡糖可以顯著改善左室射血分?jǐn)?shù)，降低肝臟谷丙轉(zhuǎn)氨酶（Alanine aminotransferase，ALT）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（Aspartate aminotransferase，AST）水平，因此可緩解冠心病患者的疼痛和疲勞感。

1.3 殼寡糖與酒精性肝腸損傷

我國(guó)的酒文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)。但是長(zhǎng)期過量飲酒可能會(huì)對(duì)肝臟和腸道帶來(lái)不可修復(fù)的損傷。給雄性SD大鼠投食低聚合度殼寡糖可以降低肝臟細(xì)胞色素P450（cytochrome P450，CYP450）酶家族中CYP2C、CYP3A和CYP4A的蛋白質(zhì)表達(dá)及其活性，引起肝腎II期解毒反應(yīng)[24]。聚合度較高的殼寡糖能顯著降低酒精肝損傷小鼠血清ALT、AST活力，雖然肝臟系數(shù)的恢復(fù)指標(biāo)不如陽(yáng)性藥物，但MDA含量，抗氧化作用的SOD活力和谷胱甘肽含量相比陽(yáng)性藥物效果稍好，且毒理作用更小[25]。因此聚合度較高的殼寡糖有通過抑制氧化應(yīng)激從而緩解肝損傷的潛力。Shi等[26]研究結(jié)果顯示殼寡糖增加跨上皮細(xì)胞電阻（trans-epithelial electrical resistance,TEER）和細(xì)胞間通透從而促進(jìn)腸屏障的完整性，低濃度殼寡糖（200μg/mL）預(yù)處理IPECJ2細(xì)胞可有效降低炎性細(xì)胞因子IL-6和IL-8的表達(dá)，在大鼠結(jié)腸炎模型中，相比較高濃度的殼寡糖，中濃度（600μg/mL）能減輕炎癥，杯狀細(xì)胞和黏膜得到有效保護(hù)。徐穎[27]研究表明中高濃度的殼寡糖可以降低酒精灌胃大鼠模型腸組織血漿中D-乳酸、二胺氧化酶含量及IL-1β、TNF-α、IL-6等促炎因子的含量和mRNA表達(dá)，改善小腸平滑肌伸縮性，恢復(fù)小腸健康水平。因此低聚合度的殼寡糖是否可以在較低濃度下改善酒精所致肝腸炎癥，值得進(jìn)一步的深入研究。

殼寡糖聚合度或分子量與代謝綜合征的預(yù)防和控制密切相關(guān)，根據(jù)相關(guān)模型研究結(jié)果本文將其主要作用機(jī)制列為表1，供后續(xù)研究參考。

表1 不同聚合度或分子量殼寡糖改善代謝綜合征的作用機(jī)制Table 1 Mechanism of chitooligosaccharideswith different degree of polymerization or molecular weight in improving metabolic syndrome

2 殼寡糖與癌癥

研究和開發(fā)預(yù)防或治療癌癥的藥物具有強(qiáng)烈的社會(huì)需求。有文獻(xiàn)指出在20世紀(jì)70年代早期，殼寡糖的抗癌活性首次被報(bào)道[28]。后續(xù)研究表明，殼寡糖的分子量與抗癌功能密切相關(guān)[29]。最新研究指出，相比殼寡糖的分子量，殼寡糖的聚合度這一表述更為精確。聚合度為5～12的殼寡糖對(duì)人宮頸腫瘤細(xì)胞系中的C33A細(xì)胞系具有極為顯著的抗腫瘤活性，此聚合度主要通過顯著增加C33A細(xì)胞自噬體的數(shù)量、促進(jìn)破壞性自噬、誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、增加Bax/Bak表達(dá)、升高caspase-3以及caspase-9水平、降低Bcl-2表達(dá)、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等一系列過程使癌細(xì)胞增殖受到抑制[30]。而聚合度較低（2～6）的殼寡糖可抑制大鼠體內(nèi)HCT116結(jié)腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，且與濃度呈正相關(guān)；HCT116結(jié)腸癌細(xì)胞有絲分裂、晚期凋亡和S細(xì)胞周期阻滯，BAK的mRNA表達(dá)增強(qiáng)，抗凋亡基因BCL-2和BCL-xl下降，NF-κB通路失活，從而促進(jìn)凋亡[31]。因此，純度高并且聚合度范圍窄的殼寡糖有望開發(fā)為新型癌細(xì)胞抑制劑，通過作用于合適的分子靶點(diǎn)發(fā)揮其抗癌活性。

除了直接的抗腫瘤作用，殼寡糖還可以與放療協(xié)同作用，起到輔助治療癌癥的作用。近期的相關(guān)研究表明，殼寡糖與X射線結(jié)合處理結(jié)腸癌細(xì)胞SW480和胃癌細(xì)胞BGC823、MKN45和SGC7901，相比單純的X射線處理，不僅加快了癌細(xì)胞的凋亡速率，同時(shí)還造成癌細(xì)胞周期相位分布的偏離，細(xì)胞周期分布的改變可以顯著降低癌細(xì)胞對(duì)X射線的防御能力，導(dǎo)致輻射敏感性增加，使得癌細(xì)胞更容易凋亡[32?33]。因此，殼寡糖本身不僅有促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡的作用，還有希望成為輔助癌癥放射治療的增敏劑。

研究表明，已經(jīng)確診的早期癌癥患者，采用環(huán)氧化酶-2（Cyclooxygenase-2，COX-2）抑制劑治療，可以阻止惡性腫瘤的進(jìn)一步發(fā)展，有可能讓惡性腫瘤消退并改善預(yù)后[34]。早期實(shí)驗(yàn)研究表明，水溶性殼聚糖可以抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞COX-2蛋白的表達(dá)[35]。近年來(lái)Wu等[36]用氮氧甲烷和硫酸右旋糖酐誘導(dǎo)建立小鼠結(jié)直腸癌模型，設(shè)立殼寡糖治療組和模型組，以及每天換籠（交換生活環(huán)境）治療組，結(jié)果顯示，與治療組或模型組相比，換籠治療組的腸道微生物群落結(jié)構(gòu)存在明顯差異，殼寡糖通過降低疾病活性指數(shù)、腫瘤發(fā)病率和多樣性以及結(jié)腸上皮細(xì)胞中COX-2、IL6、TNF-α、IL-1、IL-10和IKK的mRNA水平，保護(hù)小鼠免受結(jié)腸癌細(xì)胞感染。目前，針對(duì)多種癌細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)表明，殼寡糖對(duì)于膀胱癌、前列腺癌、肺癌、肝癌、白血病、宮頸癌和結(jié)直腸癌等[37]大多數(shù)致死率高的癌癥都有一定的療效，表2中顯示了近年來(lái)殼寡糖抗腫瘤的主要作用機(jī)制，殼寡糖相比目前臨床使用的藥物毒副作用更低，因此具有開發(fā)成為癌癥食源性抑制劑的潛力。

表2 不同聚合度或分子量殼寡糖的抗腫瘤作用機(jī)制Table 2 Antitumor mechanism of chitooligosaccharides with different degree of polymerization or molecular weight

3 殼寡糖與退行性疾病

3.1 殼寡糖與阿爾茨海默病

阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）通常以中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能退化和進(jìn)行性認(rèn)知障礙為特征，是一種進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，其癥狀包括記憶喪失、空間定向障礙和智力明顯下降等，患者逐漸喪失認(rèn)知功能，并最終導(dǎo)致死亡[38]。

大量證據(jù)表明，慢性炎癥和氧化應(yīng)激在神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮著重要作用。近年來(lái)，有研究表明，殼寡糖是乙酰膽堿酯酶和乙酰膽堿酯酶的抑制劑，可以通過抑制氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥來(lái)緩解認(rèn)知障礙的進(jìn)展，從而成為AD研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。與β-淀粉樣蛋白（aggregated amyloid-β，Aβ）和白細(xì)胞介素-1β（Interleukin-1β，IL-1β）相關(guān)的慢性炎癥反應(yīng)是阿爾茨海默病的病理學(xué)基礎(chǔ)，近期李筱筱等[39]探究了低分子量殼寡糖對(duì)β-淀粉樣蛋白Aβ1-42致癡呆大鼠的學(xué)習(xí)記憶及血清抗氧化功能的影響，發(fā)現(xiàn)COS在改善大鼠記憶力的同時(shí)，顯著提高血清中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）的活力，減少丙二醛（malonic dialdehyde，MDA）以及蛋白質(zhì)羰基的含量，增強(qiáng)了腦清除活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）的能力，降低了β-淀粉樣蛋白誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷。Jiang等[40]用化學(xué)合成的N-乙酰殼寡糖（Nacetyl chitooligosaccharides，NA-COS）探 究 其 對(duì)AD大鼠老年癡呆癥模型的活性，結(jié)果表明N-乙酰殼寡糖組可以顯著預(yù)防CA1區(qū)神經(jīng)元變性和神經(jīng)元丟失，顯示出對(duì)海馬神經(jīng)的修復(fù)；同時(shí)顯示出對(duì)乙酰膽堿的有效抑制，腦組織MDA含量降低，SOD和GSH-Px水平升高，抑制氧化應(yīng)激。此外，老年人的腦組織中活性鐵、銅、鋅的異常積累和分布具有神經(jīng)毒性，可引起神經(jīng)氧化應(yīng)激和大分子損傷，其中銅離子引起的氧化應(yīng)激可能在AD的發(fā)病機(jī)制中起主導(dǎo)作用，低分子量殼寡糖能減弱銅離子誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性，其誘導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)能激活發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的Nrf2靶點(diǎn)，同時(shí)下調(diào)氧化應(yīng)激，減弱神經(jīng)損傷[41]。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)表明殼寡糖從抗氧化，緩解神經(jīng)細(xì)胞炎癥和修復(fù)某些神經(jīng)元等方面為治療和預(yù)防提供益處。

3.2 殼寡糖與骨關(guān)節(jié)炎

骨關(guān)節(jié)炎是最常見的衰老相關(guān)的關(guān)節(jié)疾病，其主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)軟骨退化、軟骨細(xì)胞凋亡、軟骨下骨重塑、炎癥/滑膜炎、骨贅形成等引起的關(guān)節(jié)疼痛和功能障礙。AMPK與關(guān)節(jié)炎的相關(guān)性受到很多研究者的關(guān)注。聚合度較高的水溶性殼聚糖已被報(bào)道能緩解兔前交叉韌帶模型的COX-2的表達(dá)等炎癥體征，刺激人滑膜細(xì)胞AMPK活性而產(chǎn)生抗炎作用[42]。純化后的低聚合度殼寡糖通過p38MAPK信號(hào)通路調(diào)控IL-1β誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞凋亡的模型具有三種平行機(jī)制：恢復(fù)細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）降解和合成的平衡；下調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（induciblenitric oxide synthase，iNOS）表達(dá)水平；抑制線粒體依賴性凋亡程序，包括線粒體膜電位和Bcl-2、Bax和caspase-3蛋白水平的變化[43]。該研究充分證明殼寡糖具有抗細(xì)胞凋亡和保護(hù)軟骨的特性，有希望為骨關(guān)節(jié)炎的預(yù)防提供一種安全有效的策略。相關(guān)研究的總結(jié)見表3。

表3 不同聚合度或分子量殼寡糖改善退行性疾病的作用機(jī)制Table3 Mechanism of chitooligosaccharideswith different degreesof polymerization or molecular weight in improving degenerative diseases

4 殼寡糖的其他生物活性

4.1 殼寡糖的免疫調(diào)節(jié)活性

4.1.1 殼寡糖提高免疫力 隨著年齡的增長(zhǎng)，人體免疫系統(tǒng)發(fā)生退化，不僅降低了對(duì)外來(lái)特異性抗原的免疫反應(yīng)，而且普遍表現(xiàn)出免疫功能的失衡，最終導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生。

小鼠脾CD11c+樹突狀細(xì)胞（SDCs）作為成熟的抗原呈遞細(xì)胞，能有效地激活和誘導(dǎo)T細(xì)胞分泌細(xì)胞因子，調(diào)節(jié)細(xì)胞和體液免疫反應(yīng)。此外，當(dāng)SDCs被激活時(shí)，它自身會(huì)產(chǎn)生許多細(xì)胞因子，如IL-10、IL-12、IFN-γ還有TNF-α，高聚合度殼寡糖可增強(qiáng)SDCs表面T細(xì)胞活化分子的表達(dá)，這一過程中Toll樣受體4（TLR4）起到橋梁作用[44]。已知?dú)す烟蔷哂忻庖呋钚缘那疤嵯?，采用傳統(tǒng)法、酶解法、微波輻射法分離出聚合度為DP 2～5、DP 3～5、DP 2～6的殼寡糖，三者均不以計(jì)量依賴關(guān)系調(diào)節(jié)免疫活性，其中DP 2～6顯著提高脾臟指數(shù)、刺激遲發(fā)型超敏反應(yīng)表現(xiàn)出最強(qiáng)活性[45]。因此，與其他單體相比，殼六糖單體的免疫調(diào)節(jié)作用或許是后期實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)研究方向。殼寡糖即使在最大測(cè)試濃度下（1000μg/mL）仍對(duì)小鼠巨噬細(xì)胞增值有促進(jìn)作用，雖然刺激巨噬細(xì)胞分泌一氧化氮效果不如低濃度組，但明顯高于對(duì)照組，此外提高免疫抑制小鼠的脾臟和胸腺指數(shù)、吞噬指數(shù)、淋巴細(xì)胞增殖、自然殺傷細(xì)胞（natural killer cell，NK）活性和抗氧化活性，通過增加CD4+/CD8+脾細(xì)胞的比例延長(zhǎng)小鼠放射性損傷存活率，提示殼寡糖可在體內(nèi)外表現(xiàn)出顯著的免疫刺激性[46]。將D-半乳糖皮下注射于小鼠頸背部8周構(gòu)建衰老模型，與陽(yáng)性對(duì)照相比，高濃度殼寡糖能更好改善老年小鼠脾臟和胸腺指標(biāo)，抑制免疫器官退化，一定程度提高非特異性免疫功能，同時(shí)有效降低模型小鼠的丙二醛水平和血清IgG和IgM水平，提高免疫應(yīng)答和體液免疫能力，在此基礎(chǔ)上通過抗氧化對(duì)肝腎功能起到了保護(hù)作用，總體表現(xiàn)為免疫力的提高[47]。這些研究表明，殼寡糖對(duì)增強(qiáng)先天免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)都是有益的。

4.1.2 殼寡糖緩解過敏性哮喘 過敏性哮喘是一種由抗原特異性免疫反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的呼吸道慢性炎癥，聚合度3～5的殼寡糖可以通過抑制MAPKs途徑顯著下調(diào)大鼠過敏性哮喘模型的哮喘細(xì)胞因子（IL-4、IL-13）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的蛋白水平，同時(shí)降低由雞卵清蛋白（OVA）激發(fā)介導(dǎo)的Th2型細(xì)胞因子蛋白生成，下調(diào)促炎細(xì)胞因子表達(dá)，從而減輕過敏性哮喘的癥狀[48]。IgE是評(píng)價(jià)過敏狀態(tài)的決定性指標(biāo)，測(cè)定Th1型特異性指數(shù)IgG2a以及Th2型特異性指數(shù)IgG1，也能很好地反映過敏程度。蝦原肌球蛋白致敏模型小鼠的研究表明，殼寡糖降低了血清lgE和IgG1的表達(dá)，提高了IgG2a水平，而且聚合度越高效果越好。此外，殼寡糖組小鼠的糞便和血清中組胺含量也明顯低于模型組[49]。因此，相對(duì)聚合度較高的殼寡糖有望成為緩解過敏性哮喘的膳食補(bǔ)充劑。

4.2 殼寡糖的組織再生活性

殼寡糖在皮膚和神經(jīng)組織損傷后再生方面的研究取得了進(jìn)展。組織損傷后的愈合過程包括止血、炎癥、增殖和成熟等多個(gè)步驟，依次漸進(jìn)并且相互重疊[50]。早期研究關(guān)注的是殼聚糖和殼寡糖的止血能力，通過測(cè)定膠原酶活性和組織結(jié)構(gòu)，證實(shí)殼聚糖、殼寡糖均可改善膠原酶活性，促進(jìn)傷口愈合，并且脫乙酰度越高，分子量越低，止血能力越強(qiáng)，其中氨基葡萄糖改善膠原酶活性最好[51]。聚合度接近7的殼寡糖具有誘導(dǎo)神經(jīng)組織再生的功能，在大鼠坐骨神經(jīng)損傷模型中，植入的殼寡糖誘導(dǎo)了雪旺細(xì)胞的增殖，后者對(duì)于截肢軸突的延長(zhǎng)至關(guān)重要[52]。以環(huán)磷酰胺構(gòu)建的大鼠卵巢衰老模型為例，灌胃聚合度2～6的殼寡糖有效增加了卵巢卵泡數(shù)以及生殖干細(xì)胞的蛋白表達(dá)，后者與殼寡糖的濃度呈正相關(guān)，說(shuō)明該聚合度的殼寡糖可促進(jìn)生殖細(xì)胞增殖、分化，一定程度上恢復(fù)卵巢功能[53]。由此可見，殼寡糖在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究有望獲得進(jìn)一步發(fā)展。

4.3 殼寡糖的抗菌活性

殼寡糖的抗菌活性受到了許多研究者的關(guān)注，有研究表明低分子量的殼聚糖或殼寡糖對(duì)臨床上重要的革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性菌（如蠟樣芽孢桿菌、大腸埃希菌、小腸結(jié)腸炎耶爾森菌和地衣芽孢桿菌）具有高效的滅殺作用[54]。此外，殼寡糖對(duì)皮膚真菌也有抑制作用，在受到真菌感染的豚鼠模型中，聚合度4～11的高純度殼寡糖強(qiáng)烈抑制了皮膚癬菌的生長(zhǎng)，效果優(yōu)于對(duì)照藥物氟康唑，后者是目前臨床上廣泛使用的抗真菌藥。殼寡糖有更高的安全性、生物降解性和生物相容性，因此具備開發(fā)成新型抗真菌藥的潛力[55]。近年來(lái)，殼寡糖接枝粘膠纖維的復(fù)合物表現(xiàn)出對(duì)白色念珠菌極強(qiáng)的抑制，抑制率高達(dá)99%，可為諸多真菌感染的生殖疾病提供治療可能[56]。雖然殼寡糖的抗菌機(jī)制尚未闡明，有待進(jìn)一步的研究，但目前殼寡糖及復(fù)合物已經(jīng)在食品保鮮和皮膚外科臨床上得到廣泛的應(yīng)用。

4.4 殼寡糖的抗氧化活性

保護(hù)細(xì)胞免受活性氧的氧化損傷十分重要，活性氧高于正常水平將導(dǎo)致活性氧氧化應(yīng)激，進(jìn)而引起糖尿病、高血壓、癌癥和哮喘等疾病[57]。通過對(duì)過氧化氫、DPPH自由基和Fe2+的清除作用的測(cè)定，確定了殼寡糖分子量與抗氧化性能的關(guān)系?？傮w而言，殼聚糖對(duì)自由基或離子的清除能力隨分子量降低而增強(qiáng)，隨脫乙酰度增加而增強(qiáng)[58]。Zhang等[59]構(gòu)建阿霉素（Doxorubicin）誘導(dǎo)的大鼠心肌病模型，經(jīng)殼寡糖治療后，心臟組織得到有效保護(hù)，其機(jī)制是通過激活MAPK介導(dǎo)的Nrf2/ARE通路，減輕線粒體依賴的細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激，從而逆轉(zhuǎn)阿霉素造成的損傷。Lan等[60]研究了殼寡糖抗氧化性能的影響，與丁基羥基茴香醚（butylated hydroxy anisole，BHA）相比，在相同的藥物濃度（0.06 g/L）下，COS對(duì)DPPH自由基的清除率為50.19%～61.77%，而BHA僅為24.52%～36.10%；COS對(duì)于DPPH氧自由基的清除率為32.94%～40.31%之間，而BHA僅為23.45%～30.02%；COS對(duì)過氧化氫的清除率為61.65%～86.21%，而BHA僅為38.07%～49.10%；COS對(duì)于鐵還原抗氧化能力（FRAP）的清除率為44.24%～42.62%，而BHA僅為23.73%～24.93%。有研究表明，在阿霉素腎病大鼠模型中，羧甲基殼寡糖可提高抗氧化酶活性，有效減輕細(xì)胞過氧化損傷，從而保護(hù)腎小球足細(xì)胞膜[61]。這些研究表明，作為抗氧化劑的殼寡糖在食品領(lǐng)域和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域效果出眾，有必要對(duì)其衍生物或復(fù)合物進(jìn)行更深入的研究。

4.5 殼寡糖的促藥物吸收活性

早期有研究表明殼六糖對(duì)小腸上皮無(wú)嚴(yán)重的膜損傷，卻可以打開小腸上皮細(xì)胞間的緊密連接，從而通過細(xì)胞旁途徑改善親水性大分子化合物的腸通透性，進(jìn)而促進(jìn)異硫氰酸熒光素標(biāo)記右旋糖酐和胰島素在大鼠小腸的吸收[62]。近年來(lái)Zhang等[63]采用環(huán)閉法研究SD雄性大鼠降鈣素腸肺吸收，與其他單體組分相比，聚合度更高、帶更多正電荷的殼六糖顯示出更好的生物粘附作用，同時(shí)還能使上皮細(xì)胞間的緊密連接變得松弛，這一機(jī)制增強(qiáng)了大鼠腸道和肺對(duì)降鈣素的吸收。因此殼六糖在促進(jìn)治療性肽以及蛋白質(zhì)藥物等大分子的吸收方面具有良好前景。殼寡糖對(duì)中藥成分的促吸收作用也有報(bào)道，其能顯著提高金銀花連翹口服液中連翹苷A和綠原酸的腸通透性和生物利用度，當(dāng)灌胃的殼寡糖濃度為25 mL/kg時(shí)兩種成分吸收率分別提升至1.85%和2.7%[64]。這些研究表明，殼寡糖的促進(jìn)藥物吸收活性具有一定的開發(fā)潛力。

由于制備或購(gòu)買的殼寡糖的聚合度、分子量、脫乙酰度或N-氨基葡萄糖上的電荷分布不盡相同，因此其可能發(fā)揮出不同作用的生物活性或可促使生物活性化合物的新發(fā)現(xiàn)，表4總結(jié)了近年來(lái)殼寡糖與某些生物活性的相關(guān)內(nèi)容，以供參考。

表4 不同聚合度或分子量殼寡糖的生物活性作用機(jī)制Table 4 Bioactive mechanism of chitooligosaccharideswith different polymerization degreesor molecular weights

5 結(jié)論與展望

已有研究表明，殼寡糖具有改善2型糖尿病、減輕高血脂癥、穩(wěn)定血管斑塊、對(duì)抗動(dòng)脈粥樣硬化及冠心病、減輕酒精性肝腸損傷、抗腫瘤、增敏癌癥放射治療、緩解阿爾茨海默病與骨關(guān)節(jié)炎等退行性疾病、提高免疫力、減輕過敏性哮喘癥狀等重要的功能特性，將其應(yīng)用于功能性食品具有較為明朗的前景。不過，已有研究仍然存在一些問題，有待進(jìn)一步研究加以解決：首先，目前研究主要集中在細(xì)胞水平和動(dòng)物模型，距離功能性食品的開發(fā)和生產(chǎn)和還有一定的距離；其次，研究采用的殼寡糖的聚合度存在較大差異，而且很多團(tuán)隊(duì)使用自行制備的殼寡糖，使得其他團(tuán)隊(duì)難以直接參考并開展后續(xù)相關(guān)研究；最后，殼寡糖單體較為昂貴，只有少數(shù)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)其功能特性開展研究。從研究現(xiàn)狀來(lái)看，后續(xù)研究需要解決殼寡糖單體的規(guī)?；苽洌賴@殼寡糖單體及其衍生物的功能特性開展更深入的研究。