透明质酸及其衍生物的现状和发展趋势

王姜玲，冉维志

（1.佳木斯大学研究生学院，黑龙江 佳木斯 154007；2.黑龙江省医院，黑龙江 哈尔滨 150001）

透明质酸（hyaluronic acid，HA）又称玻璃酸，是由N—乙酰胺基葡萄糖酸和D—葡萄糖醛酸二糖单位为基本结构单元构成的的高分子多聚糖［1］。美国教授Karl Meyer及其助理于20世纪30代年中期首次从牛眼玻璃体中分离出该物质，并为其命名，随后人类又分别在皮肤、软骨、关节滑液、眼玻璃体、鸡冠、鸡胚、血浆、动脉及静脉血管壁、淋巴系统等多种组织和器官中都提取到了HA，其中在新生儿的脐带、公鸡冠、关节滑液与眼玻璃体中的含量最高，在玻璃体、骨关节腔中，HA 几乎都以纯胶态的形式独立存在，而在人体其他部位的HA 常与各种蛋白纤维结合，并于多种粘多糖嵌合共存，以一种流体态存在。

1 透明质酸及其钠盐的结构和理化性质研究进展

在二十世纪50年代卡尔·迈耶实验室通过微观实验终得到了透明质酸的化学结构：其是先由D-葡萄糖醛酸二糖及N-乙酰胺基酸糖通过β-1，3-配糖键相连形成双糖单位，双糖单位之间再由β-1，4-配糖键相连的高分子的直链糖胺黏聚糖。大量的基础研究表明［2］：透明质酸为白色或类白色膏粉状或纤维状物质，有微弱的气味，有引湿性，能缓慢而完全地溶解于水，在饱和状态下HA 与水的质量比可高达1：500，HA 水溶液的PH值略大于7，不溶于乙醇或乙醚等有机溶剂，有与多天然粘多糖的共性。美国Arslan E教授通过化学实验发现［3］了一种透明质酸的衍生物质——透明质酸钠（sodium hyaluronate，SH），该衍生物是透明质酸的一种钠盐，盐化的HA 的化学结构与HA 相近，分子量稍大于HA，但理化性质未发生任何改变，仍具有其特有的高度黏弹性、可塑性、超强的吸水性和持水性、抑制炎性反应、药物缓释作用、渗透性和良好的生物相容性。丁宏岩等学者指出［4］，透明质酸钠结构稳定性较透明质酸更稳定，所以在大量的临床医疗，食品添加剂，美容产品中多用SH 来替代透明质酸。近几年有专家通过口腔临床实验表明［5］，透明质酸钠与透明质酸在临床实验效果的结果方面无差异，并且透明质酸盐易于保存及运输，以被广泛认可与应用。

2 透明质酸制备研究进展

国内外相关专家研究发现［6，7］：透明质酸的制备可以分为传统的动物提取法和比较现代化的微生物发酵法两种形式。但通过美国其名口腔外科专家的动物实验表明，由于动物提取法的存在的一大缺点就是原料的来源问题，无论是公鸡鸡冠还是牛眼都非常受限，不能从生活中大批量的获得，并且产量低，所以这种提取工艺不能被广泛应用。而有学者通过实验表明［8］：微生物发酵法的关键在于培养基的制配及菌种的筛选培育，具有产量不受原材料来源的的影响、成本节省、提纯比率高、杂质含量低等优势。周庞虎，马蓓蕾，邱波等通过动物实验证明［9］：植物源性的HA（含微量的蛋白质）没有免疫原性，不会使人体发生不良的免疫反应。近十年来，随着利用微生物发酵法生产收集HA 技术的不断进步，以及国内外相关专家对该方法的不断完善和改进，此法即将在不久的将来完全取代动物提取法。

3 透明质酸的纯化 现况分析

早在十年前，Bannuru RR 等人研究表明［10］，透明质酸分离纯化的主要目的是获得高纯度的HA，常规的流程为初原液的净化和提纯。纯化后的透明质酸主要用途是通过三氯乙醇去偏酸的环境下去除菌体，然后将发酵液离心取上清液。有学者利用上清液再加入无水乙醇纯化沉淀后［11］，将沉淀液盐析再溶解，再加入氯化十六烷基吡啶（CPC，是一种季铵盐）络合，高速离心，去上清液，得到HA-CPC 沉淀，用无水乙醇及丙酮再次萃取纯化后除去有机溶剂，将获得物真空干燥，收取高纯度HA 样品。目前，由于此种纯化工艺在工业上操作简单，整体引入的杂质含量最低，便于掌握。因此，在临床中对透明质酸的纯化当前仍采取上述的研究方法。

4 透明质酸应用的现况及应用前景分析

在上世纪九十年代美国外科医生首次将透明质酸用于皮下软组织充填，为透明质酸在临床上的应用开创了新的领域。随着研究的深入，其涉及的领域也逐渐扩大，包括医疗、化妆品、保健食品以及美容注射发面的应用。但是，Ito T 等学者指出［12］，不同的用途对HA 的含量也有不同的要求，保健品及化妆品中HA 含量为35%～45%，药用级别为42%～48%，透明质酸在用于其他方面的原料时，其浓度含量也有相应的改变。

在医药领域，李化光等人指出［13］：HA 在临床手术中，具有预防术后粘连或瘢痕的挛缩的作用。同时，透明质酸还可作为眼科黏弹剂被用来维持眼前房适宜的空间，预防术中锐器刺伤晶状体或手术器械对晶状体的过度摩擦，提高了术中的安全性。有专家将透明质酸应用于骨科临床中的膝关节炎、类风湿性关节炎、肩周炎、颞下额关节炎、股骨头坏死等慢性退行性骨关节疾病的治疗，取得较好的治疗效果［14］。TrigkilidasD等学者的研究证实［15］：HA良好的生物相容性也决定了其作为面部软组织修复和缺损矫正的生物材料的优势；因HA 具有高度吸水保水和抗炎功能，此特性在治疗烫伤、烧伤、冻伤等方面有着独特的修复效果。目前，有学者根据不同部位和器官中透明质酸含量的改变来辅助诊断肝硬化，恶性肿瘤等疾病。通过大量动物实验表明：透明质酸作为药物靶向给药体系，缓释制剂，矢量控制剂的载体，可将特定的抗肿瘤药物运输到靶细胞上，使其能够缓慢释放，延长作用时间，增强药物稳定性，减小药物的毒副作用。

透明质酸在食品领域也有广泛的应用前景，Huang J等学者早期的实验研究表明［16］：HA 能够促进真皮内的胶原蛋白和弹性纤维的合成，提高细胞的生长、分化、重建及修复的速度，加速机体的新陈代谢。现高纯度的HA 已被欧美等发达及较发达国家广泛应用于保健食品中。佟方明等教授通过实验得出［17］：人们通过口服及肠黏膜的消化、吸收、转化，快速将其运输到人体所需部位来增加体内的含量，避免人类因机体内HA 的严重匮乏而引起一系列的细胞或组织连锁性、功能性老化反应。

在医学美容领域，透明质酸是目前国际认可的保湿性能最好的纯天然物质之一，在目前高档护肤品中的使用量也维持新高，并且这些添加了HA 的化妆品又被称为“仿生化妆品”和“第四代化妆品”，透明质酸吸水后还具有超强的润滑性和成膜性及稳定乳化作用，同时还可将其注射于面部起到微整形的效果。有学者通过通明质酸与人工合成的其他天然来源的材料进行对比性实验［18］，结果表明HA 的生物相容性更好，能够长时间的存留在体内并保持原有状态和理化性质，使作用效果更持久，美容效果更理想。

5 透明质酸不同交联剂的选择分析

自然状态下HA 在体内会被快速的降解，结构的解离也将导致其特有的一些理化性质及生物活性的丧失，使其在临床上的应用受到了很大的限制，不能达到理想效果。因此，有学者就利用特定的交联剂对HA 的羟基、羧基、已酰胺基这三种含量最多的官能团进行修饰得到其衍生物，这些衍生物在增加分子量的同时既保留了透明质酸原有的理化性质，又拥有了毒性小，生物相容性好以及抗透明质酸酶降解的能力，这样就可以使HA 在体内长久存留，稳定发挥其特有的理化性能［19］。当前，常规的交联剂有酰肼类化合物（己二酸二酰肼，Adipiic acid dihydrazide，ADH）、碳化二亚胺（1-ethy-l 3-（3-（dimethylamino）propyl）-carbodiimide，EDC）、二乙烯基砜（Divinyl Sulhone，DVS）、1，4-丁二醇二缩水甘油醚（（1，4-Butanediol diglycidyl ether，BDDE），其他如聚乙二醇（PDE）、三偏磷酸钠（STMP）、聚异氰酸酯、甲醛、戊二醛、二羟甲基脲、二羟甲基乙基脲、2-氯-1-甲基碘代吡啶、二硫化物等也在试用中。今后，关于透明质酸不同交联剂的选择方面，如何选择交联剂能达到最佳的效果将是该领域研究的热点问题，

6 透明质酸及其衍生物的发展前景

世界一些发达国家对HA 研究的力度较大，同时他们研究的过程与高新科学技术相结合，在研究方法上已趋于先进和完善，在生产上以发酵法为主。随着分离方法，生产技术，测试技术，检测技术的不断改进和完善，HA 在国内的应用也越来越受到重视。研究数据资料表明：在2011年期间，皮肤美容类填充剂的全球销售额就已突破了15亿美元，其中透明质酸类填充剂就占到整个市场销售份额的70%以上，年度总销售额已远超出13亿美元。通过对国外较现代技术的引进并对其进行不断的改善，现国内利用微生物发酵法生产透明质酸的工业技术也拥有了一定的市场规模，并日趋成熟，据统计，截止于2012年HA 其年产量就已达4吨之多，并体现着逐年大幅度增长的良好趋势。邱平等［20］专家预计在2014年即将突破年产10吨的预计产量。但我国每年需要不同级别的透明质酸总计约18吨左右，而国内的实际产量还未达到市场上三分之二的需求，特别是在医用方面，更是供远低于求，并且国内生产技术的不完善也造成了一些原料的浪费，迫使国内不断引进国外的资源，所以HA 在价格上仍处于较高价位，所以国内在HA 的生产及应用的研究上仍需要不断努力。

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