壳聚糖和壳寡糖治疗糖尿病的研究进展

　　　　　　 作者：刘小华 李舒梅 夏芳莲 邱伟

【关键词】 壳聚糖；壳寡糖；糖尿病；综述

糖尿病(DM)是机体胰岛素绝对或相对不足引起的以血糖、尿糖增高为主要特征的慢性代谢异常综合症，常伴有心脑血管、肾、眼及神经等多种并发症。它是继恶性肿瘤、心脑血管病后第3位严重威胁人类健康的慢疾病。根据大量临床观察，常用降糖药如胰岛素、优降糖等，虽有一定疗效，但其毒副作用比较明显，尚无一种能同时有效治疗DM又能控制并发症的药物，给临床医生治疗DM带来了巨大的挑战〔1〕。壳聚糖(Chitosan)是甲壳素脱乙酰化的产物，是自然界中产量仅次于纤维素的第二大天然碱性多糖，具有免疫调节、抗癌、降血糖、降血脂等多种功能以及良好的生物黏附性、生物相容性，在医药方面有广泛用途〔2〕。壳寡糖(Chitooligosaccharides，COS)是壳聚糖的降解产物，溶于水，利于人体肠道的消化吸收，比壳聚糖具有更高的生物活性和更多的生理功能，是一种安全可靠的天然多糖〔3〕。近年来国内外有关COS用于DM治疗的研究不断增多，为DM及其并发症的治疗开辟一个新方向。

　　1 壳聚糖对DM的影响与作用

　　1.1 壳聚糖对DM血糖的影响

　　众所周知，合理有效地控制血糖水平是DM治疗的关键所在。郑铁生等〔4〕研究显示，龙虾壳聚糖对四氧嘧啶DM模型小鼠具有降血糖和增强糖耐量的作用，而对正常小鼠的血糖水平无明显影响；也有研究用四氧嘧啶复制SD大鼠DM，经壳聚糖治疗后，血糖浓度明显下降，血清胰岛素含量升高，其机制可能与其减轻自由基的损伤，影响血浆内皮素、一氧化氮产生以及促进胰岛β细胞损伤的恢复有关〔5〕。Kondo等研究认为壳聚糖可以直接作用于胰岛素受体，使其敏感性增强，抑制血糖增高的作用〔6〕；还有资料显示，壳聚糖有良好的降糖效果，且毒副作用小，可避免口服化学降糖药的低血糖作用〔7〕。

　　1.2 壳聚糖对DM血脂的影响

　　有研究表明，壳聚糖是带正电荷的有机高分子化合物，能吸附食物中带负电的脂肪，阻断脂肪分解，同时吸收胆固醇和胆汁酸，使脂肪在肠内不被吸收排出体外，从而降低了血脂的含量〔8〕；杨铭铎等〔9〕模拟体外消化研究显示，壳聚糖与胆汁酸比例为1∶8时，可较好地络合胆汁酸，干扰机体对脂肪的吸收。用链脲佐菌素(STZ)诱导的Ⅱ型DM模型大鼠血胆固醇含量增高，通过壳聚糖吸收胆汁酸后，胆固醇不能被胆固醇酶催化，起到减少血液胆固醇浓度的作用〔10〕；王淑玲等〔11〕也进一步指出由于血糖降低导致了血清胆固醇和甘油三酯含量明显下降。壳聚糖对DM血中脂类的影响还有其他机制。比如，有研究〔12〕认为壳聚糖降脂作用可能与其结构中的氨基含量有关，可通过氨基的静电桥联作用吸附游离脂肪酸，使Ⅱ型DM血脂下降。

　　1.3 壳聚糖对DM胰岛素利用的影响

　　随着全球DM患病率的上升，使用胰岛素的人数亦相应增加，由于其易被消化道蛋白酶降解而口服无效，必须注射给药，这给病人带来了不便和痛苦。有研究认为，由于壳聚糖的生物黏附性、正电荷性等使其对胰岛素具有良好促吸收作用，对提高胰岛素的生物利用率有着重要作用〔13〕。有研究〔14〕利用壳聚糖包覆胰岛素脂质体，得出在最佳制备工艺条件下的产品经大鼠和小鼠口服后，血糖值下降至最低时分别为实验前的39.13%和16.94%。黄慧等〔15〕进一步指出，壳聚糖胰岛素微球口服制剂对链脲菌素致DM大鼠具有一定的降糖效果机制可能是由于壳聚糖的碱性、其对胰岛素的包裹性以及微球优良靶向性，逐渐释放出胰岛素而起到降血糖作用，并且在给药3 h后大鼠肠内上皮细胞和壳聚糖微球间有强交互作用〔16〕。胰岛移植也是治疗DM的比较有效的手段之一，它可缓解胰岛供体严重不足的矛盾。楼文晖等〔17〕用STZ给小鼠造模成功后，发现海藻酸壳聚塘聚乙烯乙二醇微囊化异种胰岛移植可纠正小鼠DM，并且克服了其他一些材料生物相容性差的缺点，并认为壳聚糖微囊的优良生物相容性、可调控降解特性在胰岛移植领域有广阔的应用前景。

　　1.4 壳聚糖对DM基因治疗的作用

　　Ⅰ型DM的治疗除注射外源性胰岛素外，既无其他切实有效的方法能使病人达到长期缓解，也无有效方法预防该病的发生。壳聚糖用于Ⅰ型DM的基因治疗已有了一些可喜的探索。国外研究〔18〕利用壳聚糖在体内或体外将质粒DNA导入细胞内或体内组织，认为其最大优点是安全、无毒，并具有良好的组织相容性；研究也表明，壳聚糖和DNA相互作用是通过静电结合的，只有当它们进入细胞后才会解离，而且它还能有效包埋DNA，防止DNA被DNA酶降解，提高转染效率〔19〕。国内研究〔20，21〕报道，采用壳聚糖体外转染鼠成纤维细胞，结果重组质粒转染大约10%的细胞有胰岛素表达，并且发现接受胰岛素表达载体细胞的DM大鼠血糖明显下降，体重逐渐恢复。这些都说明人胰岛素基因能成功转染非胰岛β细胞，并且所表达的目的基因使血糖水平下降，因此，壳聚糖是一种很有前途的胰岛素基因载体。

　　2 COS对DM的作用

　　2002年日本就有专利〔22〕报道低分子量壳聚糖（即COS）及其盐具有抗糖尿的作用，可以用来治疗DM。有研究〔23〕表明，中、高剂量COS能使DM小鼠血糖显著降低，高剂量能使其胰岛β细胞明显增多，其降血糖机制可能与促进胰岛β细胞的增殖有关。Hayashi等〔24〕研究指出，0.8%甲壳低聚糖对于STZ DM小鼠和肥胖型DM小鼠有显著改善血清餐后高血糖的作用；有研究进一步指出，甲壳素及其衍生物（包括COS）在胃酸的作用下可以被溶解并呈现胶态，延长胃中食物排空时间，并延缓与减少小肠对糖分的吸收；加上在小肠中抑制α葡萄糖苷酶的作用，从而可以降低餐后高血糖，减轻对胰岛素分泌的刺激和β细胞的负担，保持其恢复正常功能〔25〕。另有文献报道，甲壳低聚糖能促使体外培养非肥胖DM小鼠胰岛细胞增殖而使胰岛素分泌增加〔26〕。
　　
　　国内一些研究〔27～30〕报道，采用STZ诱导DM大鼠，灌胃低分子壳聚糖，结果表明，COS可显著降低大鼠血糖、血脂浓度，使血胰岛素含量升高，并能对抗体重的降低，缓解DM症状；同时指出，在血糖异常时，可能通过促进胰岛β细胞的修复，提高胰岛素分泌，增加外周组织对胰岛素的敏感性等机制来降低血糖；并进一步指出COS能够调节DM大鼠血脂机理主要与COS吸附脂肪、胆汁酸、促进胆固醇在肝脏内转化等有关。国外Lee等〔31〕研究显示，给予STZ致非胰岛素依赖型DM大鼠0.3%低聚糖后空腹血糖降低了19%，葡萄糖耐量逐渐升高，甘油三酯水平下降了49%，胆固醇下降了10%，胰岛素分泌显著增加，这可能是胰岛β细胞功能改善和胰岛素分泌正常化的结果。

　　3 研究展望

　　壳聚糖及其降解产物COS是近年来世界各国都在开发的第四代功能性保健品，在防治DM及其并发症方面显示了广阔的应用前景。当然，它们应用于DM的防治还有许多方面值得进一步探讨。比如，其结构中除了含有氨基外，还有羟基，引入一些功能基团可增加其生物活性，拓宽应用领域；用壳聚糖为载体制备胰岛素微球来实现胰岛素口服应用尚需对其生物利用度的提高、改进微球的制作工艺以及在体内壳聚糖生物降解的半衰期等方面进一步研究；Ⅰ型DM的基因治疗虽取得了一些进展，但还只是起步阶段；COS对DM的影响研究还不多，应该加强这方面的研究；还有，壳聚糖和COS对DM及其并发症的研究大部分停留在动物实验阶段，尚未进入临床应用。

参考文献

　1 潘长玉.糖尿病学〔M〕.第14版.北京：人民卫生出版社，2007：610.

　　2 蒋挺大.壳聚糖〔M〕.北京：中国环境科学出版社，2001：2108.

　　3 Tsai GJ，Wu ZY，Su WH.Antibacterial activity of a chitooligosaccharide mixture prepared by cellulase digestion of shrimp chitosan and its applieation to milk preservation〔J〕.J Food Prot，2002； 63(6)：74752.

　　4 郑铁生，王亚娜，宗爱萍.龙虾壳聚糖干预后糖尿病小鼠血糖和糖耐量的变化〔J〕.中国临床康复，2006；10(31)：679.

　　5 吴 勇，欧阳静萍，涂淑珍，等.黄芪多糖对糖尿病大鼠微血管病变的作用及机制的研究〔J〕.湖北中医学院学报，2001；3(3)：16.

　　6 Kondo Y， Nakatani A，Hayashi K，et al.Low molecular weight chitosan prevents the progression of low dose streptozotocininduced slowly progressive diabetes mellitus in mice〔J〕.Boil Pharm Bul1，2000；23（12）:145864.

　　7 Derek E，Woodgate MSC，Julie A，et al.Effects of a stimulantfree dietary supplement on body weight and fat loss in obese adults：a sixweek exploratory study〔J〕.Curr Therap Res，2003；64(4)：24862.

　　8 De Campos Grifoni S，Bendhack LM.Functional study of the 〔Ca2+〕，signling pathway in aortas of LNAMEhypertensive rat〔J〕.Pharmacolgy，2004；70(3)：1608.

　　9 杨铭铎，刘浩宇，王 禾，等.壳聚糖抑脂作用的研究〔J〕.营养学报，2002；24(1)：537.

　　10 Qi XH.Therapeutic effect and mechanisms of ehitosan compound on rats of experimental fatty liver〔J〕.Pharmacology，2004；2(5)：2857.

　　11 王淑玲，黄金华.壳聚糖对2型糖尿病模型大鼠血糖、血脂、胆固醇含量的影响〔J〕.现代西医结合">中西医结合杂志，2007；16(6)：7379.

　　12 Tai TS，Sheu WH，Lee WJ，et al.Effect on chitosan on plasma lipoprotein concentrations in type 2 diabetic subjects with hypercholesterolemia〔J〕.Diabetes Care，2000； 23(11)：17034.

　　13 Wu ZH，Ping QN，Wei Y，et al.Hypoglycemic efficacy of chitosancoated insulin liposomes after oral administration in mice〔J〕.Acta Pharmacol Sin，2004；25(7)：96672.

　　14 吴正红，平其能，魏 毅，等.壳聚糖包覆胰岛素脂质体处方与工艺优化〔J〕.中国医药工业杂志，2003；34(2):7680.

　　15 黄 慧，田浩明，李雄伟，等.壳聚糖胰岛素微球在糖尿病大鼠中的降糖作用研究〔J〕.生物医学工程学杂志，2001；18(3)：4258.

　　16 Ma Z，Lim TM，Lim LY.Pharmacological activity of peroral chitosaninsulin nanoparticles in diabetic rats〔J〕.Int J Pharm，2005；293(12):27180.

　　17 楼文晖，秦新裕，吴肇光.海藻酸壳聚糖聚乙烯乙二醇微囊化异种胰岛移植治疗小鼠糖尿病〔J〕.中华实验外科杂志，2001；18(6)：54850.

　　18 KopingHoggard M，Tubulekas I，Guan H，et al.Chitosan as a nonviral gene delivery system.Structureproperty relationships and characteristics compared with polyethylenimine in vitro and after lung administration in vivo〔J〕.Gene Therapy，2001；8(14)：110821.

　　19 Mao HQ，Roy K.ChitosanDNA hanoparticles as gene carriers：synthesis，characterization and transfection efficiency〔J〕.J Control Realse，2001；70(3)：399421.

　　20 沈亚非，郭青云，徐焱成，等.壳聚糖介导胰岛素基因在糖尿病鼠体内外表达的研究〔J〕.医学新知杂志，2005；15(2)：424.

　　21 牛 力，徐焱成，郭 敏.人胰岛素基因在糖尿病大鼠体内的表达〔J〕.公共卫生与预防医学，2005；16(3)：179.

　　22 Ito Mikio，Hamaishi Kanoko，Hayashi Koji，et al.Antidiabetic effect promoter for promoting antidiabetie effect of insulin formulation and for treating hyperglycemia，contains oral composition containing low molecular chitosan and/or their salts as active ingredient〔P〕.JP，2004067575A，2002.8.

　　23 阎春玲，刘万顺，刘 兵.低分子水溶性壳聚糖对糖尿病小鼠血糖的影响〔J〕.青岛大学医学院学报，2006；42(4)：3523.

　　24 Hayashi K，Ito M.Antidiabetic action of low molecular weight chitosan in genetically obese diabetic KKAy mice〔J〕.Boil Pharm Bull，2002;25(2)：18892.

　　25 方 敏，曹朝晖，李邦良.甲壳素及其衍生物对糖尿病的作用〔J〕.胰腺病学，2005；5(4)：2556.

　　26 乔新惠，宋 岚，李邦良，等.甲壳低聚糖对非肥胖性糖尿病小鼠胰岛细胞生长及胰岛素分泌量的影响〔J〕.医学临床研究，2003；20(4):25960.

　　27 尤行宏，吴 勇，李美平，等.低分子壳聚糖对实验性糖尿病大鼠血糖的调节作用〔J〕.湖北中医学院学报，2005；7(1)：1820.

　　28 Liu B，Liu WS，Han BQ，et al.Antidiabetic effects of Chitooligosaccharides on pancreatic islet cells in streptozotocininduced diabetic rats〔J〕. World J Gastroenterol，2007；13(5)：72531.

　　29 尤行宏，吴 勇，彭 圆，等.低分子壳聚糖对糖尿病大鼠血糖、血脂含量的影响〔J〕.中国老年学杂志，2005；25(5)：5413.

　　30 刘 冰，刘万顺，韩宝芹，等.壳寡糖及其衍生物对实验性糖尿病大鼠调节血脂和抗氧化作用〔J〕.山东大学学报(理学版)，2006；41(4)：15863.

　　31 Lee HW， Park YS，Choi JW，et al.Antidiabetic effects of chitosan oligosaccharides in neonatal streptozotocin induced nonisulindependent diabetes mellitus in rats〔J〕.Boil Pharm Bull，2003；26(18):11003.