透明質酸及其衍生物的現狀和發展趨勢

王姜玲，冉維志

（1.佳木斯大學研究生學院，黑龍江 佳木斯 154007；2.黑龍江省醫院，黑龍江 哈爾濱 150001）

透明質酸（hyaluronic acid，HA）又稱玻璃酸，是由N—乙酰胺基葡萄糖酸和D—葡萄糖醛酸二糖單位為基本結構單元構成的的高分子多聚糖［1］。美國教授Karl Meyer及其助理于20世紀30代年中期首次從牛眼玻璃體中分離出該物質，并為其命名，隨后人類又分別在皮膚、軟骨、關節滑液、眼玻璃體、雞冠、雞胚、血漿、動脈及靜脈血管壁、淋巴系統等多種組織和器官中都提取到了HA，其中在新生兒的臍帶、公雞冠、關節滑液與眼玻璃體中的含量最高，在玻璃體、骨關節腔中，HA 幾乎都以純膠態的形式獨立存在，而在人體其他部位的HA 常與各種蛋白纖維結合，并于多種粘多糖嵌合共存，以一種流體態存在。

1 透明質酸及其鈉鹽的結構和理化性質研究進展

在二十世紀50年代卡爾·邁耶實驗室通過微觀實驗終得到了透明質酸的化學結構：其是先由D-葡萄糖醛酸二糖及N-乙酰胺基酸糖通過β-1，3-配糖鍵相連形成雙糖單位，雙糖單位之間再由β-1，4-配糖鍵相連的高分子的直鏈糖胺黏聚糖。大量的基礎研究表明［2］：透明質酸為白色或類白色膏粉狀或纖維狀物質，有微弱的氣味，有引濕性，能緩慢而完全地溶解于水，在飽和狀態下HA 與水的質量比可高達1：500，HA 水溶液的PH值略大于7，不溶于乙醇或乙醚等有機溶劑，有與多天然粘多糖的共性。美國Arslan E教授通過化學實驗發現［3］了一種透明質酸的衍生物質——透明質酸鈉（sodium hyaluronate，SH），該衍生物是透明質酸的一種鈉鹽，鹽化的HA 的化學結構與HA 相近，分子量稍大于HA，但理化性質未發生任何改變，仍具有其特有的高度黏彈性、可塑性、超強的吸水性和持水性、抑制炎性反應、藥物緩釋作用、滲透性和良好的生物相容性。丁宏巖等學者指出［4］，透明質酸鈉結構穩定性較透明質酸更穩定，所以在大量的臨床醫療，食品添加劑，美容產品中多用SH 來替代透明質酸。近幾年有專家通過口腔臨床實驗表明［5］，透明質酸鈉與透明質酸在臨床實驗效果的結果方面無差異，并且透明質酸鹽易于保存及運輸，以被廣泛認可與應用。

2 透明質酸制備研究進展

國內外相關專家研究發現［6，7］：透明質酸的制備可以分為傳統的動物提取法和比較現代化的微生物發酵法兩種形式。但通過美國其名口腔外科專家的動物實驗表明，由于動物提取法的存在的一大缺點就是原料的來源問題，無論是公雞雞冠還是牛眼都非常受限，不能從生活中大批量的獲得，并且產量低，所以這種提取工藝不能被廣泛應用。而有學者通過實驗表明［8］：微生物發酵法的關鍵在于培養基的制配及菌種的篩選培育，具有產量不受原材料來源的的影響、成本節省、提純比率高、雜質含量低等優勢。周龐虎，馬蓓蕾，邱波等通過動物實驗證明［9］：植物源性的HA（含微量的蛋白質）沒有免疫原性，不會使人體發生不良的免疫反應。近十年來，隨著利用微生物發酵法生產收集HA 技術的不斷進步，以及國內外相關專家對該方法的不斷完善和改進，此法即將在不久的將來完全取代動物提取法。

3 透明質酸的純化 現況分析

早在十年前，Bannuru RR 等人研究表明［10］，透明質酸分離純化的主要目的是獲得高純度的HA，常規的流程為初原液的凈化和提純。純化后的透明質酸主要用途是通過三氯乙醇去偏酸的環境下去除菌體，然后將發酵液離心取上清液。有學者利用上清液再加入無水乙醇純化沉淀后［11］，將沉淀液鹽析再溶解，再加入氯化十六烷基吡啶（CPC，是一種季銨鹽）絡合，高速離心，去上清液，得到HA-CPC 沉淀，用無水乙醇及丙酮再次萃取純化后除去有機溶劑，將獲得物真空干燥，收取高純度HA 樣品。目前，由于此種純化工藝在工業上操作簡單，整體引入的雜質含量最低，便于掌握。因此，在臨床中對透明質酸的純化當前仍采取上述的研究方法。

4 透明質酸應用的現況及應用前景分析

在上世紀九十年代美國外科醫生首次將透明質酸用于皮下軟組織充填，為透明質酸在臨床上的應用開創了新的領域。隨著研究的深入，其涉及的領域也逐漸擴大，包括醫療、化妝品、保健食品以及美容注射發面的應用。但是，Ito T 等學者指出［12］，不同的用途對HA 的含量也有不同的要求，保健品及化妝品中HA 含量為35%～45%，藥用級別為42%～48%，透明質酸在用于其他方面的原料時，其濃度含量也有相應的改變。

在醫藥領域，李化光等人指出［13］：HA 在臨床手術中，具有預防術后粘連或瘢痕的攣縮的作用。同時，透明質酸還可作為眼科黏彈劑被用來維持眼前房適宜的空間，預防術中銳器刺傷晶狀體或手術器械對晶狀體的過度摩擦，提高了術中的安全性。有專家將透明質酸應用于骨科臨床中的膝關節炎、類風濕性關節炎、肩周炎、顳下額關節炎、股骨頭壞死等慢性退行性骨關節疾病的治療，取得較好的治療效果［14］。TrigkilidasD等學者的研究證實［15］：HA良好的生物相容性也決定了其作為面部軟組織修復和缺損矯正的生物材料的優勢；因HA 具有高度吸水保水和抗炎功能，此特性在治療燙傷、燒傷、凍傷等方面有著獨特的修復效果。目前，有學者根據不同部位和器官中透明質酸含量的改變來輔助診斷肝硬化，惡性腫瘤等疾病。通過大量動物實驗表明：透明質酸作為藥物靶向給藥體系，緩釋制劑，矢量控制劑的載體，可將特定的抗腫瘤藥物運輸到靶細胞上，使其能夠緩慢釋放，延長作用時間，增強藥物穩定性，減小藥物的毒副作用。

透明質酸在食品領域也有廣泛的應用前景，Huang J等學者早期的實驗研究表明［16］：HA 能夠促進真皮內的膠原蛋白和彈性纖維的合成，提高細胞的生長、分化、重建及修復的速度，加速機體的新陳代謝。現高純度的HA 已被歐美等發達及較發達國家廣泛應用于保健食品中。佟方明等教授通過實驗得出［17］：人們通過口服及腸黏膜的消化、吸收、轉化，快速將其運輸到人體所需部位來增加體內的含量，避免人類因機體內HA 的嚴重匱乏而引起一系列的細胞或組織連鎖性、功能性老化反應。

在醫學美容領域，透明質酸是目前國際認可的保濕性能最好的純天然物質之一，在目前高檔護膚品中的使用量也維持新高，并且這些添加了HA 的化妝品又被稱為“仿生化妝品”和“第四代化妝品”，透明質酸吸水后還具有超強的潤滑性和成膜性及穩定乳化作用，同時還可將其注射于面部起到微整形的效果。有學者通過通明質酸與人工合成的其他天然來源的材料進行對比性實驗［18］，結果表明HA 的生物相容性更好，能夠長時間的存留在體內并保持原有狀態和理化性質，使作用效果更持久，美容效果更理想。

5 透明質酸不同交聯劑的選擇分析

自然狀態下HA 在體內會被快速的降解，結構的解離也將導致其特有的一些理化性質及生物活性的喪失，使其在臨床上的應用受到了很大的限制，不能達到理想效果。因此，有學者就利用特定的交聯劑對HA 的羥基、羧基、已酰胺基這三種含量最多的官能團進行修飾得到其衍生物，這些衍生物在增加分子量的同時既保留了透明質酸原有的理化性質，又擁有了毒性小，生物相容性好以及抗透明質酸酶降解的能力，這樣就可以使HA 在體內長久存留，穩定發揮其特有的理化性能［19］。當前，常規的交聯劑有酰肼類化合物（己二酸二酰肼，Adipiic acid dihydrazide，ADH）、碳化二亞胺（1-ethy-l 3-（3-（dimethylamino）propyl）-carbodiimide，EDC）、二乙烯基砜（Divinyl Sulhone，DVS）、1，4-丁二醇二縮水甘油醚（（1，4-Butanediol diglycidyl ether，BDDE），其他如聚乙二醇（PDE）、三偏磷酸鈉（STMP）、聚異氰酸酯、甲醛、戊二醛、二羥甲基脲、二羥甲基乙基脲、2-氯-1-甲基碘代吡啶、二硫化物等也在試用中。今后，關于透明質酸不同交聯劑的選擇方面，如何選擇交聯劑能達到最佳的效果將是該領域研究的熱點問題，

6 透明質酸及其衍生物的發展前景

世界一些發達國家對HA 研究的力度較大，同時他們研究的過程與高新科學技術相結合，在研究方法上已趨于先進和完善，在生產上以發酵法為主。隨著分離方法，生產技術，測試技術，檢測技術的不斷改進和完善，HA 在國內的應用也越來越受到重視。研究數據資料表明：在2011年期間，皮膚美容類填充劑的全球銷售額就已突破了15億美元，其中透明質酸類填充劑就占到整個市場銷售份額的70%以上，年度總銷售額已遠超出13億美元。通過對國外較現代技術的引進并對其進行不斷的改善，現國內利用微生物發酵法生產透明質酸的工業技術也擁有了一定的市場規模，并日趨成熟，據統計，截止于2012年HA 其年產量就已達4噸之多，并體現著逐年大幅度增長的良好趨勢。邱平等［20］專家預計在2014年即將突破年產10噸的預計產量。但我國每年需要不同級別的透明質酸總計約18噸左右，而國內的實際產量還未達到市場上三分之二的需求，特別是在醫用方面，更是供遠低于求，并且國內生產技術的不完善也造成了一些原料的浪費，迫使國內不斷引進國外的資源，所以HA 在價格上仍處于較高價位，所以國內在HA 的生產及應用的研究上仍需要不斷努力。

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