原旭冰, 劉洪濤, 杜昱光

1.中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所, 全軍生物藥制造與劑型工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100190;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

甲殼素(C8H13O5N)，又稱(chēng)幾丁質(zhì)，是N-乙酰葡萄糖胺的長(zhǎng)鏈聚合物。主要存在于真菌的細(xì)胞壁和節(jié)肢動(dòng)物外骨骼中，如甲殼類(lèi)動(dòng)物螃蟹和蝦等，是地球上除纖維素以外第二豐富的天然資源[1]。將甲殼素以酶促轉(zhuǎn)化或化學(xué)方法進(jìn)行解聚和脫乙?；庸ぃ傻玫揭幌盗醒苌?，包括殼聚糖和殼寡糖等，這些衍生物已被證明具有重要的生物學(xué)意義[2]。其中，如圖1所示，殼寡糖是一種由2～10個(gè)氨基葡萄糖通過(guò)β-1,4糖苷鍵連接的低聚糖。與殼聚糖相比，殼寡糖的分子量低、水溶性好且易被人體吸收，具有更廣泛的應(yīng)用前景[3]。目前已有研究表明，殼寡糖具有抗真菌[4]、免疫調(diào)節(jié)[5]和抑制腫瘤生長(zhǎng)[6]等生理活性，且殼寡糖作為藥物載體在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也具有潛在的應(yīng)用前景[7]。本文旨在總結(jié)殼寡糖的制備及其在醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用和作用機(jī)制，探索殼寡糖的研究?jī)r(jià)值和未來(lái)的發(fā)展方向。

圖1 殼寡糖結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structural formula of chitosan oligosaccharide.

1 殼寡糖的制備和表征

1.1 殼寡糖的制備方法

通過(guò)化學(xué)或酶降解等不同的方法，可斷開(kāi)糖苷鍵，從而制備得到不同聚合度的殼寡糖。目前，可用于水解殼聚糖化學(xué)制備殼寡糖的試劑有酸(如鹽酸、亞硝酸和磷酸)和氧化還原劑(如過(guò)氧化氫、臭氧和過(guò)硫酸鹽)等。其中鹽酸最為常用，催化條件為在80 ℃下用35%鹽酸處理1～2 h，酸濃度、處理時(shí)間和溫度等對(duì)制備得到的殼寡糖分子量和脫乙酰度等物理特性具有較大影響[8]。化學(xué)降解尤其是酸降解在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，其操作簡(jiǎn)單，條件可控且成本較低，但是殼聚糖酸水解得到的產(chǎn)物成分復(fù)雜，在分離純化和質(zhì)量控制方面存在較大難度。此外，化學(xué)試劑的使用存在污染環(huán)境、易產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物以及產(chǎn)率較低等弊端。因此，采用酶進(jìn)行精準(zhǔn)切割制備殼寡糖的方法逐漸受到重視。酶法降解特異性高、安全無(wú)毒、無(wú)廢水產(chǎn)生、易于控制且無(wú)需除鹽，對(duì)產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性影響較小。除了蛋白酶、纖維素酶等非專(zhuān)一性酶具有水解作用外，部分微生物來(lái)源的殼聚糖酶同樣具有較高的產(chǎn)率和降解效率，例如源自芽孢桿菌的GH8(糖苷水解酶)家族的殼聚糖酶[9]等，其在大腸桿菌菌株BL21(DE3)中表達(dá)水平可高達(dá)500 mg/L，且1 g酶可水解約100 kg殼聚糖。但是，酶降解同樣存在成本較高、實(shí)用性差等缺點(diǎn)，使得其難以工業(yè)化應(yīng)用。因此，尋找低成本的殼聚糖酶或?qū)⒒瘜W(xué)法及酶法相結(jié)合來(lái)進(jìn)行殼寡糖的制備將是未來(lái)的一個(gè)研究重點(diǎn)。

1.2 殼寡糖的分離純化及結(jié)構(gòu)表征

無(wú)論化學(xué)方法還是酶降解制備得到的殼寡糖，均為不同聚合度及脫乙酰度的混合物，需要進(jìn)一步的分離純化和表征。目前，已報(bào)道的殼寡糖分離純化方法有超濾[10]、離子交換[11]、凝膠過(guò)濾、金屬親和[12]及分子排阻色譜[13]等。現(xiàn)已取得了一定突破，但耗時(shí)較長(zhǎng)且在制備高純度殼寡糖時(shí)仍然存在一定挑戰(zhàn)，一般將多種方法組合以達(dá)到分離純化的目的。純化后的殼寡糖，通常采用核磁共振和質(zhì)譜等方法對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征[14]。核磁共振可在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)殼寡糖的N-乙?；Ｊ竭M(jìn)行表征，而質(zhì)譜則揭示其聚合度。

2 殼寡糖在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

2.1 殼寡糖的抗癌作用及機(jī)制

已有研究表明，殼寡糖具有一定的抗癌活性，可對(duì)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移及侵襲等進(jìn)行抑制，對(duì)癌癥的預(yù)防和治療具有積極意義。體外實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明殼寡糖可誘導(dǎo)多種癌細(xì)胞死亡，如前列腺癌[15]、膀胱癌[16]、肝癌[6]、宮頸癌[17]和結(jié)腸直腸癌[18]等。殼寡糖對(duì)癌細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制機(jī)制與其物理性質(zhì)密切相關(guān)，脫乙酰度和電荷量的增加或聚合度和分子量的降低都會(huì)造成體外抗癌活性的增加[15, 17]。在肝癌模型中，殼寡糖處理可顯著抑制人肝細(xì)胞癌(HepG2)細(xì)胞的增殖，降低細(xì)胞周期中合成期(S期)的百分比，降低DNA的合成速率。分析細(xì)胞周期相關(guān)基因的表達(dá)，結(jié)果表明p21上調(diào)，而PCNA、細(xì)胞周期蛋白A和cdk-2下調(diào)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證明，殼寡糖可抑制嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷(severe combined immunodeficiency, SCID)小鼠中HepG2異種移植物的腫瘤生長(zhǎng)[6]。另外，殼寡糖也可通過(guò)增加奎寧還原酶(quinine reductase,QR)和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(glutathione s-transferase,GST)的活性和谷胱甘肽(GSH)水平，抑制體外鳥(niǎo)氨酸脫羧酶(orinithine decarboxylase,ODC)的活性和環(huán)氧合酶-2(COX-2)的表達(dá)，進(jìn)而抑制ODC的多胺產(chǎn)生量，后者對(duì)于穩(wěn)定新合成DNA和癌細(xì)胞增殖具有重要作用，最終對(duì)結(jié)腸癌發(fā)揮化學(xué)預(yù)防作用[18]。

癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移被認(rèn)為是癌癥患者死亡的主要原因，有研究發(fā)現(xiàn)殼寡糖對(duì)高轉(zhuǎn)移性特點(diǎn)的人胃癌細(xì)胞具有一定抗轉(zhuǎn)移活性[19]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，殼寡糖以劑量依賴(lài)性方式顯著抑制SGC-7901細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，而CD147/MMP-2途徑可能是其抗轉(zhuǎn)移作用的關(guān)鍵機(jī)制。殼寡糖處理可降低分化簇147(CD147)的表達(dá)，從而減少基質(zhì)金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)的表達(dá)。也有研究表明殼寡糖(0.1～5 mg/mL)預(yù)處理可顯著抑制促炎細(xì)胞因子IFN-γ、IL-1α和TNF-α介導(dǎo)的人結(jié)腸直腸腺癌HT-29細(xì)胞的NO產(chǎn)生、iNOS表達(dá)和侵襲性[20]。綜上，殼寡糖可通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和侵襲發(fā)揮其抗癌活性。

2.2 殼寡糖的抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用及機(jī)制

炎癥是身體各組織在病原體、受損細(xì)胞或其他刺激下的保護(hù)性反應(yīng)，可消除細(xì)胞損傷，對(duì)機(jī)體進(jìn)行修復(fù)。但過(guò)度的炎癥反應(yīng)則會(huì)導(dǎo)致某些疾病的發(fā)生，包括自身免疫型疾病、心血管疾病、動(dòng)脈粥樣硬化及腸炎等[21]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，口服給藥殼寡糖可通過(guò)抑制炎性細(xì)胞中的髓過(guò)氧化物酶、核因子(NF-κB)、環(huán)加氧酶(COX-2)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的活化從而抑制結(jié)腸粘膜中的炎癥，改善小鼠結(jié)腸長(zhǎng)度和組織損傷的縮短。另外，促炎細(xì)胞因子(腫瘤壞死因子TNF-α和白細(xì)胞介素IL-6)的血清水平也被降低，小鼠存活時(shí)間被延長(zhǎng)[22]。在體外實(shí)驗(yàn)中，殼寡糖同樣可以通過(guò)抑制JNK1/2和IκB降解，阻止NF-κB轉(zhuǎn)錄至細(xì)胞核，進(jìn)而抑制脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥，降低促炎因子的表達(dá)分泌[23]。綜上，殼寡糖在體內(nèi)和體外均具有一定的抗炎活性。

殼寡糖同樣對(duì)免疫細(xì)胞具有一定的刺激增強(qiáng)作用。研究表明殼寡糖在體內(nèi)和體外均可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬活性[24]，其機(jī)制可能與煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)、白細(xì)胞介素IL-1和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)基因表達(dá)的上調(diào)有關(guān)?？傊?，殼寡糖可增強(qiáng)機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)能力，但在炎癥反應(yīng)過(guò)度的情況下，又可對(duì)其有所抑制。

2.3 殼寡糖的抗微生物作用及機(jī)制

殼寡糖是一種很好的天然抗菌劑，對(duì)于各種食物病原微生物、植物病原菌、動(dòng)物病原菌和病毒的生長(zhǎng)均有一定抑制作用[25]。殼寡糖的抗微生物活性與其分子量、pH、脫乙酰度和化學(xué)修飾等密切相關(guān)。有研究表明，分子量越高其抑菌作用越好[26]，且較低的pH和較高的聚合度更利于其抗菌活性[27]。針對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌，帶正電荷的殼寡糖可與細(xì)胞壁上帶負(fù)電荷的蛋白多糖相互作用，導(dǎo)致細(xì)菌的變形和滲漏并最終誘導(dǎo)其死亡。針對(duì)革蘭氏陰性菌，殼寡糖可結(jié)合細(xì)菌壁脂多糖上帶負(fù)電荷的O-抗原，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流動(dòng)和細(xì)菌死亡的阻塞。殼寡糖進(jìn)入胞內(nèi)后也可通過(guò)抑制DNA轉(zhuǎn)錄等發(fā)揮其抑菌作用[28]。另外，殼寡糖對(duì)于釀酒酵母、黑曲霉和念珠菌等真菌的生長(zhǎng)同樣具有抑制作用，且抗真菌活性隨著分子量的下降和質(zhì)子化氨基與官能團(tuán)的掩蔽增加而降低[29]。

2.4 殼寡糖在脂肪生成及代謝中的作用及機(jī)制

超重和肥胖通常與高脂肪和高熱量食物的攝入有關(guān)，且相關(guān)的生活方式會(huì)造成一系列疾病，包括心血管疾病、動(dòng)脈粥樣硬化和結(jié)腸癌等[30]。目前殼寡糖已被證明具有抑制脂肪分化、減少脂肪積累等作用。研究表明，殼寡糖可通過(guò)表觀遺傳機(jī)制抑制脂肪細(xì)胞分化[31]。在3T3-L1脂肪細(xì)胞誘導(dǎo)分化的第4天，瘦素基因LEP的轉(zhuǎn)錄水平和蛋白質(zhì)水平均被明顯抑制，且明顯阻斷LEP啟動(dòng)子近端區(qū)域中‘CpG’島的去甲基化，從而操控瘦素基因表達(dá)。殼寡糖的抗脂肪形成作用的機(jī)制也涉及過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)的下調(diào)，其在刺激脂肪細(xì)胞分化中起重要作用。在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖大鼠體內(nèi)模型中，殼寡糖可顯著降低小鼠體重，血清總膽固醇(CHO)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)表達(dá)水平顯著抑制，且白色脂肪組織中PPARγ的mRNA表達(dá)水平明顯降低，進(jìn)而抑制脂肪分化，改善血脂異常[32]。在ob/ob肥胖小鼠模型中，殼寡糖可通過(guò)脂聯(lián)素的上調(diào)抑制脂肪細(xì)胞的分化和生成，且脂肪組織特異性TNF-α和IL-6分泌因子顯著下調(diào)[33]。因而，殼寡糖可通過(guò)抑制脂肪的分化和積累，改善血脂平衡，進(jìn)而對(duì)肥胖等疾病具有一定積極作用。

2.5 殼寡糖在糖代謝中的作用及機(jī)制

糖尿病是以糖、脂代謝紊亂為主要特征的人類(lèi)第三大代謝疾病，可分為以胰島素分泌不足為主要特點(diǎn)的1型糖尿病和以胰島素抵抗為主要特點(diǎn)的2型糖尿病，其并發(fā)癥所致死亡人數(shù)僅次于心血管疾病和癌癥[34]。而殼寡糖在調(diào)節(jié)糖脂代謝方面已有一定報(bào)道，如圖2(彩圖見(jiàn)圖版一)所示，殼寡糖進(jìn)入腸道后，一部分直接抑制腸道糖類(lèi)物質(zhì)的吸收，吸附脂類(lèi)物質(zhì)，減少脂肪的吸收，另一部分經(jīng)小腸吸收進(jìn)入血液影響其他器官，改善肝臟的代謝平衡，減少胰島的氧化損傷，同時(shí)調(diào)節(jié)大腦的反饋信息，產(chǎn)生飽腹感，另外，殼寡糖能夠促進(jìn)肌肉和脂肪對(duì)胰島素的敏感性[3]。

圖2 殼寡糖改善糖、脂代謝的分子作用機(jī)制Fig.2 Molecular mechanism of the improvement on glycolipid metabolism by chitosan oligosaccharide.(彩圖見(jiàn)圖版一)

體內(nèi)研究表明，當(dāng)糖尿病大鼠用0.3%的殼寡糖治療4周后，其血糖水平從583 mg/dL降低至430 mg/dL，具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[35]。胰腺中的β胰島細(xì)胞可分泌胰島素，其數(shù)量很大程度上決定了胰島素的分泌。而胰島素不僅可以促進(jìn)肝糖原和肌糖原的合成，促進(jìn)肌肉和脂肪組織細(xì)胞對(duì)葡萄糖的吸收，同時(shí)也可以抑制糖異生。而有研究證明，殼寡糖對(duì)于胰腺及胰島β細(xì)胞具有保護(hù)作用。殼寡糖的給藥可顯著上調(diào)糖尿病鼠胰腺中超氧化物歧化酶活性的降低，并且可有效降低丙二醛的含量(P<0.05)。而高劑量殼寡糖更可使胰腺/體重比恢復(fù)到與對(duì)照水平接近的數(shù)值。胰腺的組織切片表明，糖尿病模型中胰腺的萎縮以及胰島β細(xì)胞的破壞，都在殼寡糖給藥下有明顯恢復(fù)，甚至比糖尿病藥物二甲雙胍的作用更為明顯[36]。

另外，殼寡糖也可增加組織的糖攝取，調(diào)節(jié)糖代謝。糖代謝主要發(fā)生在肝、肌肉及白色脂肪組織中，并且受到胰島素信號(hào)通路中各受體的調(diào)控。如葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT4等，若其含量升高，則有助于組織對(duì)糖的攝取和吸收。研究表明，殼寡糖處理8周后肌肉和脂肪組織中的GLUT-4 mRNA表達(dá)顯著升高[36]。在細(xì)胞模型中，殼寡糖也明顯作用于3T3-L1脂肪細(xì)胞，可增加基礎(chǔ)狀態(tài)下及胰島素刺激下葡萄糖的攝取量，而且用不同濃度的殼寡糖去刺激細(xì)胞，其受體GLUT4有顯著升高[37]。

殼寡糖對(duì)于糖尿病的腸道菌群也具有調(diào)節(jié)作用。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，殼寡糖可顯著增加糖尿病小鼠中的有益菌(如Akk菌)，其與肥胖、糖尿病、炎癥和代謝紊亂呈負(fù)相關(guān)。而糖尿病小鼠中的一些有害菌如螺桿菌則被顯著抑制，是許多慢性病發(fā)生發(fā)展中的一個(gè)重要致病因子[38]。

綜上，殼寡糖處理糖尿病小鼠，不僅可以平衡其腸道菌群，保護(hù)胰腺以及胰島細(xì)胞，也可以增加組織的糖攝取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低血糖、緩解糖尿病癥狀的目的。

2.6 殼寡糖在神經(jīng)中的作用及機(jī)制

阿爾茲海默癥是一種神經(jīng)退行性疾病，其形成機(jī)制學(xué)說(shuō)包括β-淀粉樣蛋白(Aβ)積聚、乙酰膽堿(ACh)缺乏、炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激增加等[39]。殼寡糖已被證實(shí)對(duì)神經(jīng)具有一定的保護(hù)作用，研究表明口服200 mg/kg、400 mg/kg或800 mg/kg劑量的殼寡糖可有效減少Aβ 1-42誘導(dǎo)的大鼠學(xué)習(xí)障礙和記憶缺陷，該劑量也可改善神經(jīng)細(xì)胞凋亡。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)殼寡糖的神經(jīng)保護(hù)作用與其抑制氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，丙二醛、8-羥基-2′-脫氧鳥(niǎo)苷的水平降低，谷胱甘肽過(guò)氧化物酶和超氧化物歧化酶活性水平增加。殼寡糖也可通過(guò)抑制促炎細(xì)胞因子(白細(xì)胞介素-1β和腫瘤壞死因子-α)的釋放來(lái)抑制炎癥反應(yīng)并減少炎癥損害[40]。乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制劑廣泛應(yīng)用于阿爾茨海默氏癥臨床實(shí)驗(yàn)，其可通過(guò)抑制乙酰膽堿的水解來(lái)激活中樞膽堿系統(tǒng)并減輕認(rèn)知缺陷。而90%脫乙酰度、分子量為1～5 kDa的殼寡糖對(duì)PC12細(xì)胞系中Aβ 25-35誘導(dǎo)的AChE蛋白表達(dá)水平和AChE活性有較高的抑制活性[41]。另外，也有研究表明,殼寡糖可通過(guò)銅離子的吸附、抗神經(jīng)炎癥、抗氧化活性以及抑制Aβ裂解酶等其他生物學(xué)活性發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)、改善阿爾茲海默癥等作用[42]。

2.7 殼寡糖的修飾接枝和在醫(yī)藥材料中的應(yīng)用

近年來(lái)，由于殼寡糖良好的生物特性及天然無(wú)毒害等物理特性，已在生物醫(yī)藥領(lǐng)域引起重視。將殼寡糖引入各類(lèi)型的納米粒子或進(jìn)行修飾接枝，可對(duì)藥物遞送體系的膠體穩(wěn)定性和體內(nèi)血液循環(huán)加以改善[43]。有研究開(kāi)發(fā)出一種穩(wěn)定的殼寡糖亞鐵磁性氧化鐵納米立方體(Chito-FIONs)作為癌癥高溫的有效熱納米二極管，其由多個(gè)30 nm大小的FION組成，且被殼聚糖聚合物殼包封。磁引導(dǎo)的Chito-FIONs通過(guò)半胱天冬酶介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡成功根除了靶癌細(xì)胞，且在動(dòng)物腫瘤模型上顯示出優(yōu)異的抗腫瘤效力而沒(méi)有任何嚴(yán)重的毒性[44]。另外，也有研究設(shè)計(jì)出一種由葉酸綴合的殼寡糖，自組裝得到的磁埃洛石納米管(FA-COS/MHNT)，是針對(duì)癌癥藥物喜樹(shù)堿(camptothecin，CPT)的多任務(wù)藥物遞送系統(tǒng)。除了磁性靶向，該納米復(fù)合材料與葉酸復(fù)合物反應(yīng)，進(jìn)而選擇性地靶向癌細(xì)胞過(guò)度表達(dá)葉酸受體。同時(shí)，由于葉酸的部分介導(dǎo)和殼寡糖的存在，使得細(xì)胞攝取量增加，因而納米載體對(duì)靶向癌細(xì)胞具有特異性。MTT測(cè)定顯示，載有CPT的納米載體表現(xiàn)出對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞更強(qiáng)的細(xì)胞生長(zhǎng)抑制作用[45]。此外，用脫氧膽酸(deoxycholic acid, DOCA)對(duì)高純度的殼寡糖進(jìn)行化學(xué)修飾。由于其兩親特性，在水性環(huán)境中可形成自聚集的納米顆粒，并顯示出具有高水平基因轉(zhuǎn)染效率的基因載體的巨大潛力，被認(rèn)為是有效的非病毒基因載體的潛在候選物[46]。

3 殼寡糖在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 殼寡糖在植物種植中的作用及機(jī)制

目前，殼寡糖在植物種植領(lǐng)域已被證明具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)、誘導(dǎo)抗病性產(chǎn)生及改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等多種活性。殼寡糖是天然的植物免疫調(diào)節(jié)劑，可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)以改善植物的防御反應(yīng)，包括番茄、小麥、草莓、油菜和煙草等[47]。研究表明，收獲前施用50 mg/L 殼寡糖對(duì)于提高草莓的質(zhì)量和抗氧化能力具有積極作用，其果實(shí)硬度、粘度、木質(zhì)素、糖、蛋白質(zhì)、總可溶性固形物和可滴定酸度含量增加，且草莓的花青素、總酚、類(lèi)黃酮、維生素C含量和DPPH(2,2-二苯基-1-苦基肼)清除活性明顯增高[48]。在接種誘導(dǎo)煙草花葉病毒(tobacco mosaic virus,TMV)前以同樣濃度的殼寡糖預(yù)處理擬南芥1天，可激活水楊酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在擬南芥中誘導(dǎo)TMV抗性的產(chǎn)生[49]。殼寡糖也可作為提高麥芽質(zhì)量的誘導(dǎo)劑增強(qiáng)大麥萌發(fā)。在浸泡水中補(bǔ)充殼寡糖后，所得麥芽中水解酶(α-/β-淀粉酶、蛋白酶和β-葡聚糖酶)和抗氧化酶(超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶)的活性以劑量依賴(lài)性方式增加，且麥芽糖質(zhì)量，包括游離α-氨基氮含量、Kolbach指數(shù)、麥芽提取物含量、糖化力、麥芽汁粘度和葡萄糖、麥芽糖和麥芽三糖的比例等都得到顯著改善[50]。

3.2 殼寡糖在動(dòng)物養(yǎng)殖中的作用及機(jī)制

在動(dòng)物養(yǎng)殖中，殼寡糖在獸藥以及飼料添加劑等方面都有所應(yīng)用。生物獸藥方面，殼寡糖主要發(fā)揮其抗菌及降血脂作用，殼寡糖能夠抑制金黃色葡萄球菌、致病性大腸桿菌、放線桿菌等動(dòng)物養(yǎng)殖中的病原菌[51]，也可通過(guò)其降血脂作用對(duì)動(dòng)物的病癥進(jìn)行治療[43]。

在飼料添加劑應(yīng)用方面，殼寡糖可明顯改善牲畜的生物性能。已有研究表明，在日糧中添加殼寡糖可改善仔豬的生產(chǎn)性能，且與殼寡糖分子量和脫乙酰度密切相關(guān)。日糧中補(bǔ)充90%脫乙酰度和802 kDa分子量的殼寡糖，斷奶仔豬的體重增長(zhǎng)(BWG)、平均日增重(ADG)和平均日采食量(ADFI)顯著增強(qiáng)，生長(zhǎng)性能明顯提高，且粗蛋白和粗脂肪的回腸消化率也得到提高，吸收能力有所增強(qiáng)，表明殼寡糖可改善采食量并促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收[52]。在肉雞日糧中添加殼寡糖同樣對(duì)其生長(zhǎng)和質(zhì)量有所改善，其增重、采食量明顯提高，且28 g/kg的殼寡糖日糧補(bǔ)充下紅細(xì)胞和高密度脂蛋白膽固醇濃度均顯著提高，14 g/kg的殼寡糖日糧補(bǔ)充下肉雞的甘油三酯濃度顯著降低。隨著殼寡糖濃度增加，肉雞肝臟重量增加，腹部脂肪減少，肉黃度下降(P<0.05)。總之，殼寡糖可提高肉雞的性能和胸肉質(zhì)量，同時(shí)增加血液中的紅細(xì)胞和高密度脂蛋白膽固醇濃度，誘導(dǎo)腹部脂肪減少并改善肉質(zhì)[53]。殼寡糖作為新型飼料添加劑已在2004年獲得了農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)[54]。

4 展望

本文總結(jié)了殼寡糖的制備和表征方法及其在醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展。殼寡糖具有低分子量、高溶解力以及強(qiáng)吸收力等物理特性，以及抗癌、抗炎、免疫調(diào)節(jié)、抗微生物、改善血脂和糖代謝、神經(jīng)保護(hù)等生理特性，使其在肥胖、糖尿病、阿爾茲海默癥等疾病方面具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，同樣存在一定的問(wèn)題需要在未來(lái)進(jìn)一步的研究和解決:首先，殼寡糖的分子量和脫乙酰度對(duì)其生理活性影響較大，而目前的制備方法無(wú)法保證每批次制備的殼寡糖物理性能完全一致，分離純化和結(jié)構(gòu)表征步驟也較為繁瑣，暫時(shí)沒(méi)有公認(rèn)的優(yōu)勢(shì)明顯的方法及標(biāo)準(zhǔn)。其次，殼寡糖的保存條件也需進(jìn)一步的探索。殼寡糖的固液存儲(chǔ)方式、貯存溫度及時(shí)間，均涉及到是否降解、會(huì)否染菌等問(wèn)題，并進(jìn)一步影響其物理和生理特性。第三，殼寡糖由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)被廣泛研究應(yīng)用，但是殼寡糖仍是混合物，且結(jié)構(gòu)影響較大，不同的結(jié)構(gòu)可能會(huì)得到完全相反的效果，因此對(duì)于單一組分的殼寡糖的研究是非常迫切且必要的。另外，目前尚缺乏殼寡糖對(duì)于人類(lèi)的長(zhǎng)期安全性研究?？傊?，殼寡糖作為一種功能寡糖，具有較好的應(yīng)用前景，但是仍需科研人員及產(chǎn)業(yè)化工作者的不斷探索與努力！