一,、研究與開發(fā)歷史
早在400年前，《本草綱目》中就有螃蟹殼應(yīng)用的記載,，這是甲殼素最早的應(yīng)用紀(jì)錄,。
1811年，法國H.Braconnot教授最早分離出甲殼素,，他用溫?zé)岬南A處理蘑菇,，得到一些纖維狀的殘?jiān)詾槭抢w維素,，并命名為Fungine,意思是真菌纖維素,。12年后也就是1823年，另一位法國科學(xué)家A.Odier從昆蟲的翅鞘中分離出同樣的物質(zhì),，命名為Chitin,，即鎧甲、信封的意思,。
1859年法國C.Rouget第一次分離出殼聚糖,，命名為Chitosan。
從發(fā)現(xiàn)甲殼素后的一個(gè)半世紀(jì),，甲殼素的研究進(jìn)展緩慢,。20世紀(jì)下半葉，隨著對纖維素,、蛋白質(zhì)和甲殼素及其他糖類等生物大分子的研究,，有機(jī)化學(xué)誕生和發(fā)展起來。甲殼素的研究重心也從歐洲轉(zhuǎn)向日本,。
1977年英國Muzzarelli教授發(fā)起并主持了第一屆甲殼素和殼聚糖國際會議,，以后每2年召開一次,。在1991年的會議上,，美、歐的醫(yī)學(xué)科技界,、營養(yǎng)食品研究機(jī)構(gòu)將其譽(yù)為“第六要素”,。
我國于1952年開始研究,。20世紀(jì)90年代是研究的全盛時(shí)期。1997年,，研究開發(fā)課題列入國家科委九五攻關(guān)計(jì)劃,，歸屬863計(jì)劃。2000年前后酶法生產(chǎn)殼寡糖的方法被攻克,。二,、甲殼素及其衍生物的概念
甲殼素是乙酰氨基葡萄糖組成的聚糖。殼聚糖是甲殼素通過強(qiáng)堿水解或酶解后脫去部分乙?；难苌?，是氨基葡萄糖的聚糖。
殼寡糖是殼聚糖降解后的衍生物,，現(xiàn)在把由20個(gè)以下氨基葡萄糖組成的低聚殼聚糖稱為殼寡糖,。乙酰氨基葡萄糖或氨基葡萄糖不是葡萄糖，在體內(nèi)也不會轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?，因此對血糖不會有不利影響,。甲殼素?jīng)脫乙酰基處理得到殼聚糖,，再經(jīng)過進(jìn)一步降解,，就成為殼寡糖。
甲殼素是第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品,，也是在日本第一個(gè)被批準(zhǔn)的“功能性食品”,。但是甲殼素不溶于水、堿,、一般的酸和有機(jī)溶劑,，只溶于部分濃酸，是依靠人體胃腸道中的甲殼素酶,、溶菌酶等的作用少部分分解,，因此其吸收率較低，服用量較大,，產(chǎn)生的服用反應(yīng)也高達(dá)70%%以上,。對甲殼素進(jìn)行化學(xué)處理，脫掉其中的乙?；?，就變成了殼聚糖，殼聚糖已經(jīng)可以溶于稀酸,，比甲殼素進(jìn)了一步,。但是甲殼素和殼聚糖都是大分子，分子量在幾十萬到幾百萬,，都不溶于水,。把殼聚糖降解為小分子,，就是殼寡糖。殼寡糖可以直接溶于水,，因此吸收率大為增加,，服用量和服用后反應(yīng)大為減少。
殼寡糖具有較高溶解度,，所以很容易被吸收利用,，具有許多優(yōu)于高分子量殼聚糖的功能，是當(dāng)今國內(nèi)外研究,、開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域,。三、糖復(fù)合物
甲殼素類物質(zhì)在包括人在內(nèi)的動物的關(guān)節(jié),、足的堅(jiān)硬部分,，以及動物肌肉和骨結(jié)合處均有存在，另外在我們體內(nèi)有一大類以氨基葡萄糖為重要組成成分的糖復(fù)合物,，它們是糖蛋白,、蛋白多糖和糖脂。
蛋白質(zhì)是生命的體現(xiàn)者,，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命,。人的血漿存在著一百多種蛋白質(zhì)，其中有不下80種是糖蛋白,。在這些蛋白質(zhì)上為什么必須加上糖鏈呢,？糖鏈保證了糖蛋白的親水性，也就是保證這些蛋白質(zhì)能溶于水,。如果我們體內(nèi)的大部分蛋白質(zhì)都凝固,，還能有生命嗎？因此專家們認(rèn)為,，這是生命存在的前提,。而且，糖鏈保護(hù)蛋白結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,，減少它的破壞,。
糖鏈的另一個(gè)主要功能是作為信號分子。
一切生命現(xiàn)象,，實(shí)際上都是機(jī)體內(nèi)細(xì)胞對胞外信息的轉(zhuǎn)導(dǎo),，并最終在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生特定效應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)控的過程。
我們現(xiàn)在處在一個(gè)信息社會,，信息的重要性我們都有體會,，如果沒有了互聯(lián)網(wǎng)、電視、報(bào)紙,、電話,，我們的社會會變成什么樣子,？那是很可怕的,。我們?nèi)梭w也是一個(gè)小社會，人體內(nèi)部各組織,、器官和系統(tǒng)的協(xié)調(diào),，和外部環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，對來自內(nèi)部和外部的各種信息作出及時(shí)和準(zhǔn)確的反應(yīng),，信息的溝通是必要的先決條件,。細(xì)胞膜上有接受信息的結(jié)構(gòu)叫“受體”，Ⅱ型糖尿病的發(fā)病原因就是胰島素受體出了問題,。受體大部分是糖蛋白,，其中糖鏈起著辨別和接受信息的作用，又被稱為“分子雷達(dá)”或“細(xì)胞天線”,。
蛋白聚（多）糖的生理作用：
蛋白聚糖構(gòu)成細(xì)胞間的基質(zhì),，包括透明質(zhì)酸、肝素,、硫酸軟骨素等,，對基質(zhì)的成分和功能起重要作用。硫酸軟骨素能維持軟骨的正常性能,；角膜的膠原纖維間充滿了硫酸軟骨素,，使角膜透明。
細(xì)胞是生活在基質(zhì)中的,。細(xì)胞是島嶼,，基質(zhì)就是海洋?；|(zhì)的正常與否對細(xì)胞的功能起重要作用,。由于甲殼素類物質(zhì)在營養(yǎng)學(xué)上的重要性，所以1991年在歐美國際學(xué)術(shù)會議上被定為繼蛋白質(zhì),、糖,、脂肪、維生素,、微量元素之后的第六生命要素,。
甲殼素類物質(zhì)這么重要，就不能讓它缺乏,。那么,，我們體內(nèi)所需要的這些物質(zhì)從哪里來呢？我們?nèi)梭w可以合成一些，但是日本甲殼素協(xié)會理事長松永亮認(rèn)為：“跟蹤研究發(fā)現(xiàn),，人到中年后,，自我合成甲殼素類物質(zhì)的功能幾乎完全喪失，大量使用殺蟲劑使糧食中幾乎不含此物質(zhì),。”
按照松永亮教授的意見,，中老年人自我合成殼聚糖、殼寡糖的能力下降,，故必須依賴于從食物中補(bǔ)充,，而我們從食物中能補(bǔ)充到的也不足，這是由于食物鏈的破壞,。
遼闊的大地上,，昆蟲和農(nóng)作物共同生長，昆蟲死亡之后,，遺體在土壤中被分解,，甲殼素的分解產(chǎn)物也被植物吸收，因此糧食和蔬菜中含有甲殼素及其衍生物成分,。殺蟲劑的大量使用,，塑料大棚的廣泛應(yīng)用，以及無水栽培等新技術(shù),，都阻斷了上述的演變過程,，食物鏈發(fā)生了破壞，因此人從糧食和蔬菜,、水果中得到的甲殼素類物質(zhì)大為減少,，因此，應(yīng)當(dāng)像補(bǔ)充其他營養(yǎng)素一樣注意補(bǔ)充,。四,、甲殼素類物質(zhì)的生理保健功能
除了營養(yǎng)學(xué)作用外，甲殼素和殼寡糖還具有重要的生理保健功能,。這些作用具有一個(gè)鮮明的特點(diǎn)就是針對細(xì)胞起作用,，細(xì)胞是構(gòu)成人體的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，細(xì)胞正常人才能健康,，因此這一作用具有整體性,。
殼寡糖對細(xì)胞的作用首先是促進(jìn)細(xì)胞增生，被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的就有皮膚,、骨骼,、胰島、心肌,、神經(jīng),、肝臟等,，因此并非局限于個(gè)別的細(xì)胞。另一方面對細(xì)胞有保護(hù)作用,，可以延長細(xì)胞在體內(nèi)的存活時(shí)間,。
這些作用有以下幾方面的意義：⑴增強(qiáng)功能。如實(shí)驗(yàn)證明殼寡糖對胰島細(xì)胞增生有明顯的促進(jìn)作用,，這一點(diǎn)對于糖尿病人的康復(fù)具有重要的意義,。⑵促進(jìn)愈合。很多疾病和創(chuàng)傷都存在一個(gè)病灶愈合的問題,，病灶愈合的前提就是細(xì)胞的增生,，這一點(diǎn)從殼寡糖促進(jìn)試驗(yàn)性兔骨骨折愈合的實(shí)驗(yàn)中可以清楚顯示出來,。⑶抗衰老,。細(xì)胞再生能力減弱，大量衰老細(xì)胞得不到更新,，使得細(xì)胞趨于“老齡化”,，這是早衰的主要原因。⑷減少細(xì)胞的損傷,。對實(shí)驗(yàn)動物用異丙基腎上腺素造成心肌細(xì)胞的大片壞死,，應(yīng)用殼寡糖進(jìn)行保護(hù)，壞死明顯減輕,，顯著優(yōu)于心得安的保護(hù)作用,。
1.免疫功能：
非典的流行給我們上了一堂保健和免疫課，現(xiàn)在大家都非常關(guān)注免疫功能,。人們逐漸認(rèn)識到,，最終保護(hù)人體免于或減少傷害的是我們自身的免疫系統(tǒng)。
實(shí)驗(yàn)證明,，殼寡糖使白介素-1（IL-1）增加3.4倍,，白介素-2增加2.7倍?？杉せ顨?xì)胞,，如NK細(xì)胞、LAK細(xì)胞等并產(chǎn)生INF-γ,、TNFα等細(xì)胞因子,，還可直接作用于B細(xì)胞并分泌免疫球蛋白（Ig）。
因此對免疫的兩個(gè)環(huán)節(jié)———細(xì)胞免疫和體液免疫,，殼寡糖都有明顯改善作用,。
2.輔助防治腫瘤：
除免疫防護(hù)功能外，免疫的另一個(gè)作用就是腫瘤監(jiān)視,。我們每天要有大約7000億到10000億個(gè)細(xì)胞制造出來,，就像工廠會出廢品，每天我們體內(nèi)會有幾百萬個(gè)細(xì)胞不正常，但是只要免疫功能正常,，就能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和清除不正常細(xì)胞,，防止腫瘤的發(fā)生，這是消除來自體內(nèi)的危險(xiǎn),；另一方面,，殼寡糖能保護(hù)細(xì)胞，防止外來的致癌因素的誘變作用,。對腫瘤病人,，殼寡糖有直接抑制腫瘤細(xì)胞、減少其轉(zhuǎn)移的作用,，和減少放療,、化療副作用的功能，從而配合常規(guī)治療,，提高病人的療效,。
3.對糖尿病的作用：
我們從上面的實(shí)驗(yàn)可以看出，殼寡糖可以促進(jìn)胰島細(xì)胞增生,，因此胰島素分泌量增加,；氨基葡萄糖的堿性，有助于提高體液的PH值,，這個(gè)值每提高0.1,，胰島素的活性就提高30%%；同時(shí),，對高血壓,、高脂血癥、高粘血癥等造成并發(fā)癥的危險(xiǎn)因素有改善作用,，就有利于減少和延后糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生,。
對糖尿病非肥胖性糖尿病小鼠隨機(jī)分為治療組和對照組。治療組用4%%殼寡糖,，對照組用蒸餾水做飲用水,，連續(xù)15周。結(jié)果：治療組有65%%降血糖作用明顯,，35%%降血糖有效,；對照組小鼠陸續(xù)死亡。結(jié)論：殼寡糖對糖尿病小鼠有治療和延長生存期作用,。
4.甲殼素及其衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)對其功能的影響：
甲殼素及其衍生物的一些生理保健功能與該類物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān),，其中含有的氨基具有三個(gè)重要的特性：
⑴堿性,，人體對體液酸堿度的要求是非常嚴(yán)格的,，PH值需要限制在一個(gè)很狹小的范圍內(nèi),，否則生理功能就受到不利影響，嚴(yán)重的會產(chǎn)生酸堿中毒,。由于人體的分解代謝產(chǎn)物多是酸性的,，因此體液有酸性化的傾向，專家們建議多吃堿性食品就是這個(gè)道理,。而甲殼素類物質(zhì)是天然存在的唯一堿性多糖,，其堿性是由其氨基決定的。
?、七€原性,，也就是有抗自由基作用，因?yàn)樽杂苫菐缀跛兄欣夏曷约膊〉闹匾l(fā)病機(jī)制,，因此抗氧化就非常重要,。
⑶吸附性,，可以結(jié)合很多有害的物質(zhì),。
5.環(huán)保作用：
目前,，環(huán)境污染正嚴(yán)重地威脅著人類的健康,，環(huán)境污染需要治理，我們就可以選擇服用甲殼素類物質(zhì)的保健品來減少污染對自己健康的危害,。氨基葡萄糖的C2上有一個(gè)氨基,，C3上有一個(gè)羥基，對具有一定離子半徑的金屬具有鰲合作用,。對重金屬的作用突出,，而對鈉、鉀,、鎂,、鈣、銨,、鋇等沒有明顯結(jié)合,。對色素、苯酚,、多氯聯(lián)苯,、鹵素有吸附作用。對鹵素中的氯離子的吸附和降壓作用有關(guān),。因此1993年國際學(xué)術(shù)研討會上甲殼素類物質(zhì)被定為人體環(huán)保劑,、環(huán)保衛(wèi)士。
6.降脂作用：
甲殼素和殼寡糖從腸道局部和全身兩個(gè)方面產(chǎn)生降脂和減肥作用,。甲殼素類物質(zhì)可以在腸內(nèi)形成溶膠與脂肪,、膽汁酸結(jié)合和包裹,，妨礙了小腸對它們的吸收，從而起到降脂作用,。
膽固醇一方面從食物中吸收,，一方面可以體內(nèi)合成，而且合成的量比“吃進(jìn)去”的更多,。HMG-CoA還原酶是膽固醇合成的重要催化酶,，抑制了它的活性就可以減少膽固醇的合成。臨床上有一類重要的降脂藥物-HMG-CoA還原酶抑制劑,，如洛司他汀,、辛伐他汀等非常有效。殼寡糖可以抑制HMG-CoA還原酶,，因此是一種天然的HMG-CoA還原酶抑制劑,。
對30例單純性肥胖人群的觀察，服用甲殼素30天后,，血清總膽固醇由試驗(yàn)前的5.3±0.9mmol/L下降為4.4±0.5mmol/L,；甘油三酯由1.5±0.5mmol/L下降為1.1±0.2mmol/L；血壓由129±12.3mmHg/85±8mmHg下降為120±10mmHg/80±6mmHg,。
7.對高血壓的影響：
試驗(yàn)和流行病學(xué)調(diào)查都證明,，吃的食鹽過多會增加高血壓，這是食鹽中鈉離子還是氯離子的作用呢,？專家們用實(shí)驗(yàn)證明了是氯離子的原因,。氯離子可以激活血管緊張素轉(zhuǎn)換酶的活性，使能強(qiáng)烈收縮血管的血管緊張素Ⅱ大大增加,，血壓就會升高,。如果抑制了這個(gè)酶，血壓就會下降,。臨床上有以卡托普利為代表一類有效的降壓藥物,，甲殼素類物質(zhì)可以減少氯離子的吸收，因此也可以視為天然的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑,。
根據(jù)以上分析,，甲殼素、殼寡糖的實(shí)際應(yīng)用是有充分的理論基礎(chǔ)的,。它必將為增進(jìn)人類的健康,，促進(jìn)疾病的康復(fù)和延緩衰老發(fā)揮重要作用。
中國海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院教授,、博士生導(dǎo)師 劉萬順
