殼寡糖的生物學(xué)功能及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的研究進(jìn)展

［摘要］ 殼寡糖（COS） 作為天然多糖殼聚糖（CS） 的降解產(chǎn)物，既保留了CS 的良好生物相容性、無毒和可生物降解等特點(diǎn)，同時(shí)由于糖鏈縮短使相對(duì)分子質(zhì)量降低，其水溶性和生物活性均得到提高且更容易被生物體吸收利用，近年來受到越來越多的關(guān)注。目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)CS 生物學(xué)功能的研究及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的報(bào)道較多，但對(duì)COS 功能及其應(yīng)用的研究報(bào)道較少。現(xiàn)結(jié)合國內(nèi)外最新研究成果，對(duì)COS 的主要生物學(xué)功能（抗炎、抗腫瘤、抗菌和促組織再生等） 及其可能的作用機(jī)制進(jìn)行總結(jié)和分析，并闡述其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的研究進(jìn)展，以期為COS 的深入研究及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中更廣泛的應(yīng)用提供理論依據(jù)和參考。

［關(guān)鍵詞］ 殼寡糖； 殼聚糖； 生物學(xué)功能； 生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用； 組織再生

［中圖分類號(hào)］ R318. 05 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］ A

殼寡糖（chitooligosaccharide， COS） 是由N-乙酰-D-氨基葡萄糖和D-氨基葡萄糖的共聚物組成的線性多糖，其聚合度（degree of polymerization，DP） lt;20，平均相對(duì)分子質(zhì)量lt;3 900。COS 由殼聚糖（chitosan，CS） 進(jìn)一步水解獲得，兩者具有相同的結(jié)構(gòu)式，含有多種活性官能團(tuán)，包括分別位于C-2、C-3 和C-6 位點(diǎn)的氨基/乙酰氨基、仲羥基和伯羥基及連接N-氨基葡萄糖基的β （1-4） 糖苷鍵， 賦予其具有更多的生物活性及其應(yīng)用的靈活性［1-2］。研究［3-5］ 顯示： CS 及其衍生物在生物醫(yī)藥各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如傷口愈合、止血、組織工程和藥物遞送等。在pHgt;5. 5 時(shí)，CS 黏度高且水溶性差，在許多方面的應(yīng)用也受到一定程度的限制［6］。低相對(duì)分子質(zhì)量的COS 可完全溶于水， 且黏度低，具備更高的生物活性，更易被生物體吸收利用， 近年來受到越來越多的關(guān)注［7-9］。研究［10-12］表明： COS 具有廣泛的生物活性， 包括抗炎、抗腫瘤、抗菌、抗氧化、抗糖尿病、免疫調(diào)控、止血和促成骨等，且因其優(yōu)異的理化特性，可通過化學(xué)或酶修飾成各種衍生物和形式，如凝膠、微/納米顆粒、纖維、海綿和薄膜等，逐漸在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)就COS 的生物學(xué)功能及其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，旨在為 COS 的進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

1 COS 的生物學(xué)功能

COS 是人體細(xì)胞膜表面糖鏈中最具活力的功能糖，易溶于水和天然帶正電荷的特性使COS 可直接作用于細(xì)胞， 調(diào)控多種生物學(xué)功能， 包括抗炎、抗菌、抗腫瘤和促組織再生等。

1. 1 抗 炎

COS 可抑制多種細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，包括內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，下調(diào)誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)介質(zhì)的表達(dá)，如腫瘤壞死因子α （tumor necrosis factor- α， TNF- α）、白細(xì)胞介素（interleukin， IL）-6、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS） 和環(huán)氧合酶2（cyclooxygenase-2， COX-2） 等［13］。在肥大細(xì)胞中，相對(duì)分子質(zhì)量1 000～3 000 的COS 可通過抑制絲裂原活化的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（mitogen-activated extracellular signalregulatedkinase/extracellular signal-regulated kinase，MEK/ERK） 和p38 激酶的磷酸化水平，進(jìn)而下調(diào)TNF-α、IL-1β 和IL-4 mRNA 表達(dá)水平，抑制由其介導(dǎo)的過敏性炎癥反應(yīng)［13］ 。細(xì)菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS） 能激發(fā)多種類型細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生， 是最常見的炎癥誘導(dǎo)介質(zhì)［14］。COS 可有效阻斷LPS 誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮炎癥反應(yīng)。LIU 等［15-16］ 證實(shí)：COS 可通過阻斷p38 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK） 和ERK1/2、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B （phosphatidylinositol-3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt） 信號(hào)通路抑制LPS 誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs） 中 IL-6 和 IL-8 的基因轉(zhuǎn)錄和翻譯。LI 等［17］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：COS 通過影響O-GlcNAc轉(zhuǎn)移酶（O-GlcNAc transferase，OGT） 介導(dǎo)的O-乙酰葡糖胺糖基化修飾（O-GlcNAcylation） 激發(fā)核因子κB （nuclear factor kappa-B， NF- κB） 活性，進(jìn)而抑制LPS 誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮炎癥反應(yīng)。研究［18］顯示： COS 還可通過優(yōu)化腸道菌群的多樣性和組成比例，預(yù)防和治療結(jié)腸炎，并可通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ （peroxisome proliferatoractivatedreceptor γ， PPARγ） 和沉默交配型信息調(diào)節(jié)因子2 同源物1 （silent mating type informationregulation 2 homolog-1， SIRT1） 抑制NF-κB 信號(hào)通路激活進(jìn)而緩解結(jié)腸炎。COS 對(duì)LPS 誘導(dǎo)的腸上皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)及伴隨的過氧化損傷也具有一定的保護(hù)作用， 主要通過下調(diào)含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶3 （cysteinyl aspartate specificproteinase-3， caspase-3） 及上調(diào)B 細(xì)胞淋巴瘤2（B-cell lymphoma-2， Bcl-2） 表達(dá)， 降低LPS 刺激引起的細(xì)胞凋亡［19］。研究者［20］ 將COS 包裝在大鼠脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（adipose mesenchymal stemcell，AMSCs） 衍生的細(xì)胞外囊泡（extracellularvesicles， EVs） 中， 結(jié)果顯示： 負(fù)載COS 的EVs（EVs-COS） 可逆轉(zhuǎn)IL-1β 對(duì)軟骨細(xì)胞活力和遷移的抑制及促凋亡作用，促進(jìn)軟骨細(xì)胞活力和遷移，抑制細(xì)胞凋亡，調(diào)節(jié)Ⅰ型膠原α1 （collagen type Ⅰalpha 1，COL1A1）、Ⅱ型膠原α1 （collagen type Ⅱalpha 1，COL2A1）、骨鈣素（osteocalcin，OCN）、骨橋蛋白（osteopontin，OPN）、Runt 相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2 （Runt-related transcription factor 2，RUNX2）、腫瘤抑制蛋白p53、Bcl-2 和PI3K/Akt 通路， 促進(jìn)軟骨損傷修復(fù)，對(duì)骨關(guān)節(jié)炎具有更好的保護(hù)作用。

巨噬細(xì)胞是調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的重要免疫細(xì)胞之一，具有高度可塑性，可隨局部環(huán)境產(chǎn)生不同功能表型，在各種疾病的研究領(lǐng)域越來越受到關(guān)注。在干擾素γ （interferon- γ， IFN- γ） 和LPS 的誘導(dǎo)下巨噬細(xì)胞極化為促炎型M1 表型巨噬細(xì)胞，通過分泌大量炎性細(xì)胞因子，如TNF-α、IL-1β 和趨化因子參與炎癥反應(yīng)［21］。而在抗炎細(xì)胞因子IL-4 的誘導(dǎo)下，轉(zhuǎn)化為抗炎型M2 表型巨噬細(xì)胞，通過分泌抗炎因子、生長因子和血小板源性生長因子（platelet-derived growth factor， PDGF） 等發(fā)揮抗炎作用，并通過調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)沉積和血管生成等參與組織修復(fù)過程［22］。研究［10］ 顯示：COS 誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)類似于IL-4 激發(fā)的細(xì)胞生物學(xué)行為。4 mg·L-1 COS 即可促進(jìn)RAW264. 7 巨噬細(xì)胞抗炎因子IL-10 的分泌， 降低促炎因子TNF-α 的分泌，同時(shí)上調(diào)巨噬細(xì)胞表面標(biāo)志物CD206 的表達(dá)， 下調(diào)CD80 表達(dá)。COS 可選擇性地促使巨噬細(xì)胞向抗炎型M2 表型極化。當(dāng)組織損傷后，在早期的炎癥反應(yīng)階段，巨噬細(xì)胞通過分泌一系列趨化因子和細(xì)胞因子等募集多種細(xì)胞，刺激創(chuàng)面的愈合，但持續(xù)的炎癥反應(yīng)不利于組織修復(fù)。研究［10］ 顯示： 在LPS 刺激下， 經(jīng) COS 預(yù)處理后的巨噬細(xì)胞中 IL-6和 TNF-α 基因轉(zhuǎn)錄和翻譯水平并未上調(diào)。 p38MAPK、ERK1/2、JNK、PI3K 和Akt 的磷酸化水平也得到一定程度的恢復(fù)。COS 通過下調(diào)MAPK和PI3K/Akt 信號(hào)通路中主要相關(guān)因子的磷酸化水平， 阻斷NF-κB 的核內(nèi)移位， 進(jìn)而抑制LPS 誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞的促炎行為。

1. 2 抗 菌

COS 是一種水溶性低分子量CS，含有豐富的氨基基團(tuán)， 也具有良好的廣譜抗菌活性。其作用機(jī)制與CS 的抑菌機(jī)制相似，自身帶正電荷的氨基官能團(tuán)，可以與細(xì)菌細(xì)胞壁上帶負(fù)電荷的成分（如革蘭陰性菌表面的LPS 分子富含帶負(fù)電荷的脂質(zhì)A，革蘭陽性菌表面的肽聚糖） 結(jié)合，促進(jìn)細(xì)菌細(xì)胞膜的滲透性，破壞細(xì)胞膜的完整性，細(xì)菌內(nèi)物質(zhì)流失， 從而導(dǎo)致其死亡。其次， COS還可以離子鍵的形式影響營養(yǎng)物質(zhì)向革蘭陰性菌胞內(nèi)的運(yùn)輸［23］。另外，COS 作為短鏈線性氨基多糖，可通過其滲透到細(xì)胞內(nèi)，吸附到細(xì)菌DNA 中，阻止基因轉(zhuǎn)錄，從而達(dá)到抗菌作用［24］。

1. 3 抗腫瘤

癌癥發(fā)展快和致死率高等特點(diǎn)是全球面臨的有待快速解決的難題。目前，除手術(shù)切除外，常用的抗癌藥物包括化療藥物、分子靶向藥物和免疫制劑［25］。COS 是一種具備多種官能團(tuán)和生物活性的天然產(chǎn)物，許多研究者通過體內(nèi)外的抗腫瘤研究探討其抗腫瘤活性，并探討其抑制腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移等細(xì)胞行為的機(jī)制。

帶正電荷的COS 與正常細(xì)胞內(nèi)的正電荷相似，而腫瘤細(xì)胞表面較正常細(xì)胞具有更多的負(fù)電荷，故COS 易選擇性地靶向腫瘤細(xì)胞而不是正常細(xì)胞。通過改變細(xì)胞膜的離子通道，使細(xì)胞通透性增加，發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞活性的功能［26］。體外研究［27］ 表明： 在腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段， COS 通過調(diào)節(jié)NF-κB 活性和COX-2 表達(dá)進(jìn)而增強(qiáng)腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase， AMPK）活性和抗氧化酶表達(dá)，發(fā)揮抗癌作用。在結(jié)直腸癌小鼠模型中，口服 COS （500 mg·kg-1·d-1） 可抑制腫瘤的生長和形成。COS 可通過激活A(yù)MPK 抑制哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target ofrapamycin， mTOR） 信號(hào)通路和NF- κB 介導(dǎo)的炎癥信號(hào)通路，影響腫瘤細(xì)胞的增殖。基質(zhì)金屬蛋白酶9 （matrix metalloproteinase-9，MMP-9） 參與結(jié)直腸癌的晚期發(fā)展，COS 通過抑制MMP-9 的表達(dá)延緩癌癥的進(jìn)展， 抑制腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移行為。體內(nèi)外研究［11］ 證實(shí)：COS 可明顯抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖和遷移， 通過p53/mTOR 信號(hào)通路誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的自噬及凋亡，可有效抑制體內(nèi)骨肉瘤模型的生長和轉(zhuǎn)移。COS 還具有提高腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物順鉑敏感性的作用，故COS 有望成為治療骨肉瘤新的潛在藥物制劑或載藥體系。

腫瘤的發(fā)生發(fā)展與免疫系統(tǒng)之間的相互作用受復(fù)雜的生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控。繼手術(shù)、放療、化療和靶向治療之后，免疫治療逐漸成為抗腫瘤最具希望的治療策略之一。免疫檢查點(diǎn)療法是一類通過調(diào)節(jié)T 細(xì)胞活性提高抗腫瘤免疫反應(yīng)的治療方法，近年來成為腫瘤免疫治療研究的熱點(diǎn)。程序性死亡受體1（programmed death receptor-1， PD-1） 是繼細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞相關(guān)蛋白4 （cytotoxic T-lymphocyteassociatedprotein 4，CTLA-4） 之后發(fā)現(xiàn)的新的免疫檢查點(diǎn)分子，在惡性腫瘤的治療中取得很好的效果。但常規(guī)化療后，幾乎所有類型的腫瘤中程序性死亡配體1 （programmed death ligand 1， PD-L1）表達(dá)均明顯增加，導(dǎo)致T 淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫殺傷效果降低。研究［28］ 顯示：COS 可通過激活A(yù)MPK抑制IFN-γ 誘導(dǎo)的PD-L1 表達(dá)上調(diào)，也可通過抑制NF- κB 和信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子1 （signaltransducers and activators of transcription， STAT1）信號(hào)通路，下調(diào)腫瘤細(xì)胞表面PD-L1 的表達(dá)水平，從而使腫瘤中浸潤的T 淋巴細(xì)胞發(fā)揮有效的抗腫瘤免疫反應(yīng)。

COS 具有良好的抗腫瘤作用， 同時(shí)也可協(xié)同腫瘤的化療或免疫治療，達(dá)到更好的抗腫瘤效果，作為天然抗腫瘤藥物或者合成載藥體系，可應(yīng)用于抗腫瘤治療中。

1. 4 促組織再生

COS含有多種反應(yīng)官能團(tuán)，使其具有促組織再生修復(fù)的活性，尤其是在促傷口愈合和促成骨方面。COS 對(duì)骨組織缺損的修復(fù)作用主要與其促成骨前體細(xì)胞增殖、分化和促進(jìn)細(xì)胞活性因子分泌等有關(guān)。通過溶液澆鑄法制備COS、CS 和膠原膜， 結(jié)果證實(shí)： COS 薄膜較CS 薄膜更親水， 更易于大鼠脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（adiposederivedstem cells， ADSCs） 和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells， MSCs） 的增殖和鋪展，且具有更好的骨傳導(dǎo)性能。另外，COS 中的酯基、羰基和氨基可作為羥基磷灰石晶體的成核位點(diǎn)，有利于鈣沉積［29］。在傷口愈合方面，因COS 的完全水溶性和抗菌作用，使其具有保護(hù)損傷組織不受感染、增強(qiáng)通透性、利于細(xì)胞黏附和促進(jìn)細(xì)胞增殖等生物活性，在組織損傷和傷口愈合方面顯示出潛在的治療作用［30］。COS 能夠通過激活TGF-β/Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路， 提高TGF-β 的表達(dá)水平， 促進(jìn)膠原蛋白的合成及成纖維細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖和遷移，進(jìn)而加快傷口的愈合速度［9］。研究［30］ 證實(shí)：相對(duì)分子質(zhì)量為1 000～3 000 的COS 在皮膚組織工程中具有很好的應(yīng)用前景。

COS 作為CS 的重要降解產(chǎn)物，對(duì)多種疾病具有潛在的治療作用，尤其在炎癥和免疫調(diào)節(jié)方面。經(jīng)典活化的M1 表型巨噬細(xì)胞滲透到創(chuàng)面部位可促進(jìn)炎癥反應(yīng)，刺激創(chuàng)面愈合過程，而選擇性活化的M2 表型巨噬細(xì)胞可促進(jìn)免疫調(diào)控進(jìn)而影響組織修復(fù)和重塑。研究［31］ 顯示：巨噬細(xì)胞通過分泌細(xì)胞因子對(duì)骨修復(fù)部位的微環(huán)境產(chǎn)生影響，細(xì)胞因子既可控制炎癥， 又可控制細(xì)胞分化， M1 和M2 表型巨噬細(xì)胞通過細(xì)胞因子的分泌影響骨修復(fù)區(qū)微環(huán)境。在感染初期誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向促炎M1 型轉(zhuǎn)化可抑制細(xì)菌生長和避免感染［32-33］，但長期M1 巨噬細(xì)胞的主導(dǎo)作用可能會(huì)引起慢性炎癥反應(yīng)，破壞宿主組織［34］。在正常的組織修復(fù)過程中，巨噬細(xì)胞經(jīng)過早期短暫的炎癥期后向M2 表型極化， 分泌IL-4、IL-10、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelialgrowth factor， VEGF）、骨形成蛋白2 （bonemorphogenetic protein-2， BMP-2） 和轉(zhuǎn)化生長因子β （transforming growth factor-β，TGF-β），促進(jìn)血管生成和骨再生。COS 可為骨再生提供一個(gè)免疫調(diào)節(jié)微環(huán)境， 通過促進(jìn)BMSCs 的成骨分化和HUVECs 的成血管作用， 促進(jìn)骨組織的再生和重塑［10］。HUANG 等［35］ 將鍶、鋅和鈣3 種離子和COS 加載到介孔二氧化硅納米顆粒（mesoporoussilica nanoparticles， MSN） 中， 通過微量元素和COS 的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)逐級(jí)調(diào)控的成骨免疫微環(huán)境，促進(jìn)骨再生修復(fù)。成骨早期，MSN-COS 納米顆粒通過離子釋放激活炎癥細(xì)胞，表現(xiàn)出促炎作用；成骨晚期， COS 可促進(jìn)巨噬細(xì)胞抗炎細(xì)胞因子的分泌，由促炎向抗炎轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步激活BMSCs 的成骨分化。

COS 的鏈短分子間和分子內(nèi)的氫鍵作用力較弱，因此更多羥基的存在和游離的氨基使其較CS具有更高的抗氧化活性［9］。COS 的抗氧化作用可以保護(hù)細(xì)胞DNA 免受氧化損傷；有效清除創(chuàng)口炎癥環(huán)境下產(chǎn)生的過量活性氧， 利于傷口愈合［36］。COS 的氨基基團(tuán)可與帶負(fù)電荷的紅細(xì)胞表面結(jié)合，促使紅細(xì)胞在傷口周圍密集，也可激活血小板在傷口部位黏附和聚集， 發(fā)揮止血功能［37-38］。綜上所述，天然產(chǎn)物COS 在皮膚愈合、骨再生和重塑等組織修復(fù)方面具有潛在作用。

2 COS 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

COS 的水溶性、先天的生物相容性和多樣的理化性能使其在生物醫(yī)藥功能性材料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括藥物載體（微/納米顆粒）、水凝膠、納米纖維膜和海綿等多種形式。

2. 1 COS在載藥微/納米顆粒制備中的應(yīng)用

含有豐富氨基、羧基和羥基的COS 可被疏水性小分子化合物修飾，形成兩親性聚合物，在水中通過自組裝的形式合成聚合物納米顆粒。通過超聲自組裝合成的兩親性油酸接枝的COS 納米顆粒無細(xì)胞毒性，易被細(xì)胞攝取；隨后，通過自組裝合成兩親性全反式維甲酸（all-trans retinoic acid， ATRA）-COS 納米顆粒，改善ATRA 臨床應(yīng)用中面臨的水溶性差、理化不穩(wěn)定、血藥濃度低和潛在副作用的局限性， 并通過透析法將紫杉醇（paclitaxel，PTX） 包封在ATRA-COS 納米顆粒中，成功解決ATRA 與疏水性藥物合用時(shí)易發(fā)生聚集和沉淀的問題， 避免對(duì)各自的藥物活性和安全性的影響。COS 納米顆粒可通過內(nèi)吞作用被HepG2 細(xì)胞快速連續(xù)吸收，并轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核中。ATRA-COS 納米顆粒作為藥物載體用于ATRA 和PTX 或其他疏水性治療劑的共同遞送具有一定的潛力，為多藥物的聯(lián)合化療提供新的策略［38］。

聚乳酸- 羥基乙酸共聚物［poly （lactic-coglycolicacid）， PLGA］ 納米顆粒可用于包裝小分子藥物和生物大分子，以提高其效果和防止降解。但未經(jīng)修飾的PLGA 納米顆粒通常帶負(fù)電荷，與機(jī)體細(xì)胞缺乏特異性結(jié)合［39］。為克服上述限制， 有研究者［40］ 采用COS 修飾PLGA 納米顆粒負(fù)載奧希替尼（osimertinib， AZD9291） 用于肺癌的治療，通過COS 的氨基使納米顆粒帶正電荷。因此，表面帶正電荷的納米顆粒可通過靜電相互作用與帶負(fù)電荷的腫瘤細(xì)胞膜具有較高的親和性，促進(jìn)細(xì)胞攝取。低相對(duì)分子質(zhì)量COS 作為一種免疫調(diào)節(jié)劑，可激活免疫細(xì)胞，減少免疫逃逸，提高免疫細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的識(shí)別能力， 抑制免疫檢查點(diǎn)PD-L1 的表達(dá)。因此， COS 特有的理化特性及自身抗腫瘤和免疫調(diào)控等多種生物學(xué)功能優(yōu)勢(shì)，也使得多功能化載藥納米粒的構(gòu)建成為可能。

基于小干擾RNA （small interfering RNA，siRNA） 的療法為腫瘤的治療提供了新的策略，但siRNA 的大小、電荷和親水性導(dǎo)致組織穿透、細(xì)胞攝取、內(nèi)體逃逸及體循環(huán)面臨重大挑戰(zhàn)，其在藥物應(yīng)用中仍然存在局限性［41］。為使siRNA 更精準(zhǔn)地靶向腫瘤細(xì)胞，保留其生物活性。有研究者［42］ 用COS 修飾的PLGA 納米顆粒封裝siRNA，證實(shí)其能被4 種宮頸癌細(xì)胞（SiHa、CaSki、HeLa 和c33a 細(xì)胞） 體外攝取，有效發(fā)揮基因沉默活性。LIU 等［43］首次合成了苯硼酸（phenylboronic acid，PBA） 修飾的COS 納米顆粒， 負(fù)載靶向存活素（survivin）基因的siRNA 用于小鼠抗黑色素瘤的治療。PBA修飾的COS 通過陽離子COS 與陰離子siRNA 之間的靜電絡(luò)合以及PBA 基團(tuán)與siRNA 3'端的游離核糖之間發(fā)生化學(xué)偶聯(lián)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用更小的顆粒尺寸和更穩(wěn)定的納米顆粒高效遞送siRNA。此外，所形成的化學(xué)鍵是可逆的，其在中性或堿性環(huán)境下穩(wěn)定，但對(duì)酸性敏感，共價(jià)鍵在酸性條件下會(huì)發(fā)生斷裂。因此，siRNA 的快速釋放可以響應(yīng)酸性核內(nèi)體、溶酶體和腫瘤細(xì)胞。

COS 的親水性、無毒性、帶正電荷和易吸收等特性，可自身或聯(lián)合其他聚合物構(gòu)建穩(wěn)定的載藥納米體系，負(fù)載多種類型的藥物、生物分子或基因等，維持其活性，實(shí)現(xiàn)藥物的靶向治療，為藥物的高效安全利用提供新的策略。

2. 2 COS在傷口敷料制備中的應(yīng)用

COS具有抗菌、抗氧化和促進(jìn)傷口愈合等生物學(xué)功能， 負(fù)載COS 或由COS 合成的傷口敷料具有保護(hù)損傷組織不受感染、支持細(xì)胞黏附和促進(jìn)細(xì)胞增殖等生物活性，在組織損傷和傷口愈合方面顯示出潛在的治療作用。除生物活性外， COS 的親水性和天然帶正電荷等含豐富官能團(tuán)的理化特性，使傷口敷料具有良好的吸水率、柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度，利于促進(jìn)傷口愈合［44-45］。目前，已有研究［44］ 報(bào)道：由COS 參與合成的多種形式的敷料，如纖維、海綿、水凝膠和薄膜等已在傷口愈合中應(yīng)用。COS 相對(duì)分子質(zhì)量低， 不具有成膜性， 難以直接制備成生物材料，但其理化性能可使其與其他聚合物結(jié)合，制備成所需的生物材料形式，同時(shí)發(fā)揮其生物學(xué)功能，賦予材料更多的功能性。有研究者［46］ 通過多巴胺的自聚合，將COS 有效地固定在聚氨酯（polyurethane，PU） 膜表面，改善聚氨酯的親水性、抗菌活性和細(xì)胞相容性。COS 改性后PU 膜的抗菌活性明顯提高， 聚多巴胺（polydopamine，PDA） 和COS 形成的較粗糙的表面使PU 膜具有更高的表面能和更好的親水性，更有利于NIH-3T3 細(xì)胞的附著和增殖， 加速傷口愈合。ZHOU 等［45］ 通過將COS 加入到甲酸/乙酸溶劑溶解的聚己內(nèi)酯（polycaprolactone，PCL） 電紡液中， 利用電紡技術(shù)制備成納米纖維膜。COS 中氨基的存在提高了樣品溶液的電導(dǎo)率，易得到表面光滑、無串珠的納米纖維。COS 的親水性能夠明顯增加電紡膜的表面潤濕性，有利于傷口愈合。LI等［47］用COS 修飾銀納米顆粒（silver nanoparticles，AgNP），與聚乙烯醇［poly （vinyl alcohol），PVA］混合制備PVA/COS-AgNP 復(fù)合電紡納米纖維膜，體內(nèi)研究證實(shí)：其在加速傷口閉合與重建中表現(xiàn)出強(qiáng)力誘導(dǎo)作用，能夠明顯促進(jìn)膠原合成，其作用機(jī)制是COS 激活TGFβ1/Smad 通路相關(guān)基因mRNA表達(dá)水平及上調(diào)TGF-β1、Ⅰ型膠原蛋白（collagentype Ⅰ， COL-Ⅰ）、 Ⅲ 型膠原蛋白（collagentype Ⅲ，COL-Ⅲ）、p-Smad2 和p-Smad3 等關(guān)鍵蛋白表達(dá)水平， 明顯提高創(chuàng)面的前期愈合效果。因COS 具有游離氨基， 表現(xiàn)出聚陽離子行為， 因此具有與聚陰離子絡(luò)合劑（如DNA、海藻酸鈣及透明質(zhì)酸）、帶負(fù)電荷的細(xì)胞和組織膜結(jié)合的能力。YIN 等［48］ 證明：將帶正電荷的COS 滲入到帶負(fù)電荷的細(xì)菌纖維素（bacterial cellulose， BC） 基質(zhì)中可通過依靠靜電相互作用附著在BC 支架內(nèi)部，以提高膜的吸水能力并賦予其良好的抗氧化活性，尤其是清除2，2'-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸［2，2'-azinobis-（3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate），ABTS］ 自由基的活性，表明BC-COS 復(fù)合膜是一種很有前途的傷口敷料。PCL 為疏水性聚合物且無官能團(tuán)，而COS 為親水性多糖，兩者不能混溶。為實(shí)現(xiàn)兩者的結(jié)合，HO 等［38］ 通過對(duì)PCL 電紡膜進(jìn)行等離子體處理，使其表面攜帶羥基，從而能夠與COS 的官能團(tuán)之間形成氫鍵。PCL/COS 復(fù)合電紡膜在保持PCL 機(jī)械強(qiáng)度的條件下，通過COS 增強(qiáng)膜的抑菌性和止血性能，促進(jìn)傷口愈合。也有學(xué)者［44］ 研究表明：通過使用1-乙基-3- （3-二甲基氨基丙基） 碳酰二亞胺鹽酸鹽/N-羥基丁二酰亞胺［1-ethyl-3- （ 3-dimethylaminopropyl ） carbodiimidehydrochloride/N-hydroxysuccinimid， EDC/NHS］共價(jià)交聯(lián)可將COS 添加在魚膠原蛋白（fishcollagen， FC） /PCL 電紡多孔雙層納米纖維膜上用于全層傷口愈合，進(jìn)一步改善其潤濕性等理化性能和細(xì)胞黏附及增殖等生物學(xué)活性。

水凝膠的高度互聯(lián)多孔框架結(jié)構(gòu)使其具有良好的吸收液體和較強(qiáng)的保水能力，對(duì)濕性傷口具有良好的愈合性能［49］。與 CS 比較， COS 可在生理pH 值范圍內(nèi)溶解，故更適合作為水凝膠的前體［8］。細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix， ECM） 由多糖與多種纖維蛋白（包括膠原蛋白、彈性蛋白、層黏連蛋白和纖連蛋白） 結(jié)合在一起的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其中糖胺聚糖是主要成分，其可在水性介質(zhì)中溶脹，從而充當(dāng)各種生物分子（主要是生長因子、激素和其他蛋白質(zhì)） 的儲(chǔ)存庫，調(diào)節(jié)其在ECM 中的轉(zhuǎn)運(yùn)并根據(jù)需要激發(fā)其釋放。COS 類似于糖胺聚糖［50］，可模擬ECM 的環(huán)境，允許細(xì)胞附著和保留生長因子，使得其在組織工程應(yīng)用中獲得成功。用過氧化氫介導(dǎo)的方法將不同相對(duì)分子質(zhì)量的COS 與沒食子酸（gallic acid，GA） 綴合，利用凍融法與PVA合成復(fù)合水凝膠。體外實(shí)驗(yàn)［51］ 證實(shí)：含有相對(duì)分子質(zhì)量5 000～10 000 COS 的GA-COS/PVA 水凝膠具有良好的抗氧化和抗菌作用，是治療痤瘡的理想材料。將醛化的陰離子線性多糖海藻酸鈉（sodium alginate， SA） 與COS 的氨基通過自發(fā)交聯(lián)形成水凝膠， 通過添加氧化鋅納米顆粒（ZnO2nanoparticles，ZnO NPs），可提高復(fù)合水凝膠的抑菌效果及機(jī)械強(qiáng)度，該水凝膠在大鼠燙傷模型中顯示出促進(jìn)傷口愈合的作用。

COS 的氨基和羥基中孤對(duì)電子的氧原子和氮原子，可通過配位鍵的形式與金屬離子結(jié)合，形成穩(wěn)定的螯合物。ZHAO 等［52］ 研究顯示：COS 與金屬離子結(jié)合形成絡(luò)合物，COS 的-NH3+基與SA 的-COO- 基靜電作用形成COS/SA 網(wǎng)， 絡(luò)合金屬離子又與SA 螯合形成SA/絡(luò)合金屬離子網(wǎng)絡(luò)等作用形式，最終原位形成二價(jià)金屬離子（nIon2+）-COS/SA物理交聯(lián)的雙網(wǎng)絡(luò)凝膠膜，其中添加Zn2+和Sr2+的凝膠膜創(chuàng)面愈合效果最佳。CHANDIKA 等［30］ 將不同相對(duì)分子質(zhì)量（1 000～3 000、3 000～ 5 000 和5 000～10 000） COS 通過EDC 與FC 和SA 交聯(lián)，形成能夠更好地模擬皮膚組織物理特性、機(jī)械強(qiáng)度、生物特性的FCA/COS 海綿支架， 相對(duì)分子質(zhì)量為1 000～3 000 的COS 支架（FCA/COS1）細(xì)胞相容性最好。

2. 3 COS 在骨組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

COS 的促骨再生及血管新生功能使其逐漸被應(yīng)用到骨組織工程支架中。有研究者［53］ 利用凍干技術(shù)制備單純CS、 明膠（gelatin ， G）、 COS 及G/CS 和G/COS 復(fù)合海綿支架，體外實(shí)驗(yàn)顯示：與純明膠和COS 支架比較，G/COS 支架可更有效地促進(jìn)和加速大鼠MSCs 的附著、增殖和成骨分化，而細(xì)胞在單純CS 支架上形態(tài)為圓形，不利于細(xì)胞的黏附和增殖。進(jìn)一步研究［29］ 證明：G/COS 支架在70/30 的混合比例下更有利于促進(jìn)BMSCs 的成骨分化。THITISET 等［54］ 構(gòu)建了含有G、COS 和脫鈣骨基質(zhì)（demineralized bone matrix，DBM） 的復(fù)合支架，其具有更強(qiáng)的骨誘導(dǎo)能力，并實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)大鼠模型的異位新骨的形成。

因COS 富含氨基及自身帶正電荷的特點(diǎn)， 可與多價(jià)陰離子和羧基等結(jié)合，在水中通過自組裝的形式合成聚合物納米顆粒，反應(yīng)條件溫和，將其與肝素在水中自組裝成COS/肝素納米顆粒，通過肝素與基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1α （stromal cell-derivedfactor-1α，SDF-1α） 和VEGF 中保守的氨基酸序列結(jié)合， 成功負(fù)載生物活性因子［55］。該制備方法簡(jiǎn)單，具有低成本、可生物降解、可吸收、非細(xì)胞毒性和非免疫原性等特點(diǎn)，且其加工過程溫和，在具有生理pH 值的環(huán)境中能夠保持穩(wěn)定，使細(xì)胞因子在較長時(shí)間內(nèi)保持生物活性，是一種很有前途的組織再生細(xì)胞因子傳遞系統(tǒng)。但納米顆粒在體內(nèi)應(yīng)用時(shí)易被體液沖散，局部利用率低。WANG 等［56］ 研究表明：利用靜電作用將帶正電荷的COS/肝素納米顆粒與帶負(fù)電荷的G 交聯(lián)來修飾殼聚糖-瓊脂糖-G（chitosan-agarose-G，CAG） 支架，CAG 支架作為COS/肝素納米顆粒的載體，可保護(hù)納米顆粒不被體液沖散，實(shí)現(xiàn)COS/肝素納米顆粒負(fù)載的SDF-1和BMP-2 局部持續(xù)釋放， 通過釋放SDF-1 募集MSCs， BMP-2 促進(jìn)其成骨， 實(shí)現(xiàn)良好的成骨效果。隨著3D 打印個(gè)體化支架，生物、化學(xué)和物理等響應(yīng)性支架體系的開展， COS 在骨組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用還有待進(jìn)一步開發(fā)利用。

3 總結(jié)與展望

COS 因其良好的理化性能及多種生物學(xué)功能的特性， 使其逐漸成為生物醫(yī)藥領(lǐng)域研究的新熱點(diǎn)。COS 具有抗炎、組織再生和抗菌等作用， 作為一種完全水溶性的帶正電荷的天然堿性氨基多糖，在多種疾病的治療和組織工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

利益沖突聲明：

所有作者聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：

王少如參與文獻(xiàn)查閱、論文撰寫和論文修改，羅云綱參與論文審校和論文修改。

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