天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖的生理功效及市場前景

王春茹，郭曉風，單勝艷

（杭州娃哈哈集團有限公司生物工程研究所，浙江杭州310018）

N-乙酰-D-氨基葡萄糖是構成昆蟲和甲殼類動物的外骨骼中的甲殼素成分的最小組成單位，也是生物細胞內許多重要多糖的基本組成單位。它是由葡萄糖分子內2位上的OH基被乙酰氨基取代后生成的一種氨基單糖。在化學上、可以通過乙酰化氨基葡萄糖分子內2位上的氨基而容易合成，該物質在生物體內具有許多重要的生理功能。天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖可以通過生物技術水解甲殼類動物（如蟹和蝦）的外殼后再經精制工程而取得。

1 N-乙酰-D-氨基葡萄糖的制造方法

目前國內關于N-乙酰-D-氨基葡萄糖的生產方法基本上都是采用化學合成方法。該方法是先將甲殼類動物的外殼在濃酸濃堿交替處理的條件下去除其所含的碳酸鈣和蛋白質，使其生成甲殼素，然后再把甲殼素用濃鹽酸分解，得到氨基葡萄糖鹽酸鹽，之后在甲醇等催化劑的作用下與乙酰基作用生成N-乙酰-D-氨基葡萄糖，因此屬于化學合成法，不能作為食品添加劑使用。天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖的工業化生產和應用，在國內較為少見，但在日本，天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖的研究和應用早已非常熱門。天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖的生產方法是先通過生物技術處理，使甲殼素充分液化，再經中和過濾后添加各種特殊的水解酶來水解液化的甲殼素，然后經過濾、脫鹽、精制，獲得天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖，此種制備方法據說可以生產純度為90%以上的天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖產品[1]。在日本，天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖已被廣泛應用于各種酸奶、果汁、口香糖、茶葉等日常食品中，預計相關產業的市場規模約為2000億日元（約合人民幣160億元左右）。天然型與合成型N－乙酰－D－氨基葡萄糖的不同生產方法區別如圖1。

圖1 天然型與合成型N-乙酰-D-氨基葡萄糖的生產工藝流程Fig.1 The process diagram of natural and synthetic N-Acetyl-D-Glucosamine

2 天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖的生理功能和研究進展

2.1 改善皮膚保水性、緩解皮膚粗糙、抑制細紋生成

酒井和佐用[2]通過實驗證實，天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖能有效地促進表皮細胞生成透明質酸。每日攝取5 mmol/L的天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖就可以促使表皮細胞透明質酸的生成量増加1.5倍，而透明質酸的生成又能促進表皮的容積増加，從而消除表皮的細紋構造。因此，天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖具有改善皮膚的水分和彈性、預防和緩解皮膚粗糙、抑制細紋生成的作用，是一種很理想的美容成分。

Kikuchi和 Matahira[3－4]就天然型 N－乙酰－D－氨基葡萄糖的美容效果作了詳細的臨床實驗：他們召集具有干皮癥和粗糙皮膚的女性11人作為實驗組（平均年齡：（25.5±10.7）歲，讓她們在60 d內，毎天經口攝入1 000 mg的天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖，然后由醫生進行皮膚病理學觀察。結果表明，她們的臉部及其全身的皮膚狀態都有很好的改善，左眼下部區域的含水量有明顯的増加，同時其油份和脂肪含有量也有明顯的減少。并且，使用光學顯微鏡觀察皮膚表面的三次元微細結構，發現皮膚的粗糙度和表皮角質層的剝離狀況都有很好的改善。相比之下，經口摂入乳糖的對照組11人，都沒有觀察到以上各種指標有明顯改善的跡象。

Bissett[5]的研究表明，經口攝取天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖能促進體內合成透明質酸，加快傷口的愈合，改善皮膚的水和程度，減少皮膚細紋。能抑制體內酪氨酸酶的作用，使之不生成黒色素，去除色素的過度沉著。

2.2 抗癌、抗腫瘤和免疫調節功效

N－乙酰－D－氨基葡萄糖作為功能性低聚乙酰氨基葡萄糖（Chitin oligosaccharide）的基本組成単位，具有低聚乙酰氨基葡萄糖的相應功效，其提高人體免疫力的功效早在1984年就有相關報道。

使用功能性低聚乙酰氨基葡萄糖作為培養基成分增殖的雙歧桿菌細胞壁及其分泌物可產生大量的免疫物，如S－TGA免疫蛋白，其阻止細菌附著于宿主腸粘膜的能力是其他免疫球蛋白的7倍～10倍。雙歧桿菌對腸道免疫細胞的強烈刺激，又能增加抗體細胞的數量，激活巨噬細胞的吞噬力，增強殺傷性T細胞和NK細胞對衰老、病毒、腫瘤等細胞的殺傷力，提高機體免疫能力。衛生部食品衛生監督檢查所對國內低聚乙酰氨基葡萄糖的免疫調節功效做了調査，結果證明，低聚乙酰氨基葡萄糖具有“明顯提高抗體形成細胞數及NK細胞活性，增強免疫功能”的作用。有文獻報道，若人體注射10 mg/（kg體重）低聚乙酰氨基葡萄糖能明顯抑制腫瘤細胞的轉移[6]。

曹秀明[7]等發現N－乙酰－D－氨基葡萄糖通過激活鈣信號通路，能夠誘導T細胞增殖。T細胞在細胞免疫中具有重要作用，活化的T細胞能夠特異性的殺傷、溶解帶有相應抗原的腫瘤細胞。

王哲等[8]研究了N－乙酰－D－氨基葡萄糖對白血病細胞 K562的誘導分化效果。利用 hexamethylene bisacetamide（ HMBA）和 N－乙酰－D－氨基葡萄糖，分別用不同濃度對白血病K562細胞進行誘導分化實驗。發現 N－乙酰－D－氨基葡萄糖對 K562細胞在0.5 mmol/L濃度作用2 d后有良好的誘導分化效果，誘導K562向巨噬細胞分化，表明 N－乙酰－D－氨基葡萄糖可能對造血系統的作用有特異性。這也暗示了N－乙酰－D－氨基葡萄糖有可能對機體其他系統的毒副作用較小，N－乙酰－D－氨基葡萄糖對髓系來源的 K562細胞的分化在低濃度下有良好的誘導效果，，很可能成為新的高效、低毒的白血病治療候選藥物。

2.3 促進骨損愈合和質量骨關節炎的效果

N-乙酰-D-氨基葡萄糖也是人體內軟骨基質和滑液中聚乙酰氨基葡萄糖的組成成分。外源性的乙酰氨基葡萄糖可以刺激軟骨細胞合成蛋白多糖，補充軟骨基質的丟失成分，并可抑制基質金屬蛋白酶的表達，從而促進軟骨的修復。臨床試驗結果顯示乙酰氨基葡萄糖不僅對骨關節炎具有癥狀改善作用，而且還具有控制病情作用[9]。

病理研究發現，骨關節軟骨受損到一定程度時會出現裂縫，引起肉芽組織的增生，從而使病情惡化，軟骨受損不能恢復。N-乙酰-D-氨基葡萄糖可促進蛋白多糖的合成，而蛋白多糖是細胞膜和細胞間質的重要構成成分，具有穩定細胞膜和增強細胞間連接，對亞急性骨關節炎具有一定的療效；N-乙酰-D-氨基葡萄糖具有抑制因免疫而造成的蛋白多糖降解、修復受損的關節軟骨的作用；進一步的研究表明，N-乙酰-D-氨基葡萄糖可抑制彈性蛋白酶、溶菌酶等水解酶的釋放，減少其對軟骨基質的水解破壞，從而阻礙因免疫反應的惡性循環對軟骨的不斷破壞[10]。

沈若武等[11]研究發現，N-乙酰-D-氨基葡萄糖可使BMP（骨形態發生蛋白）在骨折修復早期表達增強。骨折早期骨折端局部骨膜中成骨細胞及周圍的間充質細胞增生，而成骨細胞具有典型分泌細胞的特征，即具有大量粗面內質網和發達的高爾基體，能分泌BMP等多種活性物質，從而使局部BMP高表達細胞增加，BM P-mRNA轉錄增加，BMP合成、分泌增加；局部BMP濃度的增高又進一步促使間充質細胞向成軟骨細胞和成骨細胞轉化，使局部高表達細胞進一步增加，形成正反饋調節，因而局部BMP濃度迅速增高。N-乙酰-D-氨基葡萄糖可能通過某種機制使得成骨細胞的活性增高且時象提前，從而使BMP在骨折修復早期表達增強，達到促進骨折提前愈合的目的。

金黎明等[12]將N-乙酰-D-氨基葡萄糖以10、100、500、1 000、2 000 mg/L 加入 DMEM

培養基中。將用4種不同濃度N-乙酰-D-氨基葡萄糖培養的成骨細胞按試劑盒方法提取mRNA，進行mRNA差異顯示分析。發現N-乙酰-D-氨基葡萄糖在5個質量濃度梯度均能促進成骨細胞增殖，但1 000 mg/L時的效果最為明顯。

N-乙酰-D-氨基葡萄糖也能誘導K562細胞向巨噬細胞分化。ShikhmanAR[13]采用關節腔內注射N-乙酰-D-氨基葡萄糖的方法對實驗性骨關節炎的大鼠進行了觀察，結果發現N-乙酰-D-氨基葡萄糖具有提高關節蛋白活性和抗炎活性，其效果要好于透明質酸。N-乙酰-D-氨基葡萄糖也可以抑制IL-lβ激活的人軟骨細胞的炎癥反應。

3 天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖的應用現狀及前景

N-乙酰-D-氨基葡萄糖是一種具有較高甜度的特殊單糖，具有消炎、抗腫瘤及抗氧化作用。它是治療骨關節炎、風濕性關節炎的有效藥物。另外，在食品、化工及化妝品行業中均有重要的應用。可作為食品抗氧化劑、嬰幼兒食品添加劑及糖尿病患者的甜味劑。目前天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖在歐美及日本等市場非常熱門，主要應用于預防治療骨關節炎、以及作為膳食補充劑及新資源食品。在日本，政府己批準用其作為預防和治療骨關節炎的理想藥物；在美國，作為第四大膳食補充劑，有超過500萬的食用人數；在歐洲，作為治療骨關節炎一線OTC藥物和預防骨關節炎的功能保健食品；在其他多數國家，均被作為非處方營養補品。同時，N-乙酰-D-氨基葡萄糖作為一種功能性因子也被廣泛應用于乳飲料、美容飲料、保健品和膳食補充劑等各類食品，其中天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖的添加量在 2 mg/mL（g）～20 mg/mL（g）之間，產品銷售價格在幾百至幾千日元不等。特別是廣泛應用于美容飲料和骨關節健康食品，得到了廣大消費者的青睞，日本著名的化妝品公司資生堂也應用天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖開發了多種美容膳食補充片劑產品。

天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖的生產原材料為來自海洋的蝦、蟹殼等多種海洋生物的下腳料，原材料安全、廉價。因此，天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖的生產和應用將有非常廣闊的市場前景。

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