王春茹，郭曉風(fēng)，單勝艷

（杭州娃哈哈集團(tuán)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(gòu)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(xì)胞內(nèi)許多重要多糖的基本組成單位。它是由葡萄糖分子內(nèi)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(xué)上、可以通過乙?；被咸烟欠肿觾?nèi)2位上的氨基而容易合成，該物質(zhì)在生物體內(nèi)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(shù)水解甲殼類動物（如蟹和蝦）的外殼后再經(jīng)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(nèi)關(guān)于N-乙酰-D-氨基葡萄糖的生產(chǎn)方法基本上都是采用化學(xué)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(zhì)，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(xué)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(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，在國內(nèi)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(yīng)用早已非常熱門。天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖的生產(chǎn)方法是先通過生物技術(shù)處理，使甲殼素充分液化，再經(jīng)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(jīng)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(jù)說可以生產(chǎn)純度為90%以上的天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖產(chǎn)品[1]。在日本，天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖已被廣泛應(yīng)用于各種酸奶、果汁、口香糖、茶葉等日常食品中，預(yù)計相關(guān)產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)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(chǎn)方法區(qū)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(chǎn)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(jìn)展

2.1 改善皮膚保水性、緩解皮膚粗糙、抑制細(xì)紋生成

酒井和佐用[2]通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖能有效地促進(jìn)表皮細(xì)胞生成透明質(zhì)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(xì)胞透明質(zhì)酸的生成量増加1.5倍，而透明質(zhì)酸的生成又能促進(jìn)表皮的容積増加，從而消除表皮的細(xì)紋構(gòu)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(yù)防和緩解皮膚粗糙、抑制細(xì)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(xì)的臨床實(shí)驗(yàn)：他們召集具有干皮癥和粗糙皮膚的女性11人作為實(shí)驗(yàn)組（平均年齡：（25.5±10.7）歲，讓她們在60 d內(nèi)，毎天經(jīng)口攝入1 000 mg的天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖，然后由醫(yī)生進(jìn)行皮膚病理學(xué)觀察。結(jié)果表明，她們的臉部及其全身的皮膚狀態(tài)都有很好的改善，左眼下部區(qū)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(xué)顯微鏡觀察皮膚表面的三次元微細(xì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)皮膚的粗糙度和表皮角質(zhì)層的剝離狀況都有很好的改善。相比之下，經(jīng)口摂入乳糖的對照組11人，都沒有觀察到以上各種指標(biāo)有明顯改善的跡象。

Bissett[5]的研究表明，經(jīng)口攝取天然型N－乙酰－D－氨基葡萄糖能促進(jìn)體內(nèi)合成透明質(zhì)酸，加快傷口的愈合，改善皮膚的水和程度，減少皮膚細(xì)紋。能抑制體內(nèi)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(diào)節(jié)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(yīng)功效，其提高人體免疫力的功效早在1984年就有相關(guān)報道。

使用功能性低聚乙酰氨基葡萄糖作為培養(yǎng)基成分增殖的雙歧桿菌細(xì)胞壁及其分泌物可產(chǎn)生大量的免疫物，如S－TGA免疫蛋白，其阻止細(xì)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(xì)胞的強(qiáng)烈刺激，又能增加抗體細(xì)胞的數(shù)量，激活巨噬細(xì)胞的吞噬力，增強(qiáng)殺傷性T細(xì)胞和NK細(xì)胞對衰老、病毒、腫瘤等細(xì)胞的殺傷力，提高機(jī)體免疫能力。衛(wèi)生部食品衛(wèi)生監(jiān)督檢查所對國內(nèi)低聚乙酰氨基葡萄糖的免疫調(diào)節(jié)功效做了調(diào)査，結(jié)果證明，低聚乙酰氨基葡萄糖具有“明顯提高抗體形成細(xì)胞數(shù)及NK細(xì)胞活性，增強(qiáng)免疫功能”的作用。有文獻(xiàn)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(xì)胞的轉(zhuǎn)移[6]。

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

王哲等[8]研究了N－乙酰－D－氨基葡萄糖對白血病細(xì)胞 K562的誘導(dǎo)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(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)分化實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn) N－乙酰－D－氨基葡萄糖對 K562細(xì)胞在0.5 mmol/L濃度作用2 d后有良好的誘導(dǎo)分化效果，誘導(dǎo)K562向巨噬細(xì)胞分化，表明 N－乙酰－D－氨基葡萄糖可能對造血系統(tǒng)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(jī)體其他系統(tǒng)的毒副作用較小，N－乙酰－D－氨基葡萄糖對髓系來源的 K562細(xì)胞的分化在低濃度下有良好的誘導(dǎo)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(jìn)骨損愈合和質(zhì)量骨關(guān)節(jié)炎的效果

N-乙酰-D-氨基葡萄糖也是人體內(nèi)軟骨基質(zhì)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(xì)胞合成蛋白多糖，補(bǔ)充軟骨基質(zhì)的丟失成分，并可抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)，從而促進(jìn)軟骨的修復(fù)。臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示乙酰氨基葡萄糖不僅對骨關(guān)節(jié)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(fā)現(xiàn)，骨關(guān)節(jié)軟骨受損到一定程度時會出現(xiàn)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(fù)。N-乙酰-D-氨基葡萄糖可促進(jìn)蛋白多糖的合成，而蛋白多糖是細(xì)胞膜和細(xì)胞間質(zhì)的重要構(gòu)成成分，具有穩(wěn)定細(xì)胞膜和增強(qiáng)細(xì)胞間連接，對亞急性骨關(guān)節(jié)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(fù)受損的關(guān)節(jié)軟骨的作用；進(jìn)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(zhì)的水解破壞，從而阻礙因免疫反應(yīng)的惡性循環(huán)對軟骨的不斷破壞[10]。

沈若武等[11]研究發(fā)現(xiàn)，N-乙酰-D-氨基葡萄糖可使BMP（骨形態(tài)發(fā)生蛋白）在骨折修復(fù)早期表達(dá)增強(qiáng)。骨折早期骨折端局部骨膜中成骨細(xì)胞及周圍的間充質(zhì)細(xì)胞增生，而成骨細(xì)胞具有典型分泌細(xì)胞的特征，即具有大量粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和發(fā)達(dá)的高爾基體，能分泌BMP等多種活性物質(zhì)，從而使局部BMP高表達(dá)細(xì)胞增加，BM P-mRNA轉(zhuǎn)錄增加，BMP合成、分泌增加；局部BMP濃度的增高又進(jìn)一步促使間充質(zhì)細(xì)胞向成軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化，使局部高表達(dá)細(xì)胞進(jìn)一步增加，形成正反饋調(diào)節(jié)，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(jī)制使得成骨細(xì)胞的活性增高且時象提前，從而使BMP在骨折修復(fù)早期表達(dá)增強(qiáng)，達(dá)到促進(jìn)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(yǎng)基中。將用4種不同濃度N-乙酰-D-氨基葡萄糖培養(yǎng)的成骨細(xì)胞按試劑盒方法提取mRNA，進(jìn)行mRNA差異顯示分析。發(fā)現(xiàn)N-乙酰-D-氨基葡萄糖在5個質(zhì)量濃度梯度均能促進(jìn)成骨細(xì)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(dǎo)K562細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化。ShikhmanAR[13]采用關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射N-乙酰-D-氨基葡萄糖的方法對實(shí)驗(yàn)性骨關(guān)節(jié)炎的大鼠進(jìn)行了觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)N-乙酰-D-氨基葡萄糖具有提高關(guān)節(jié)蛋白活性和抗炎活性，其效果要好于透明質(zhì)酸。N-乙酰-D-氨基葡萄糖也可以抑制IL-lβ激活的人軟骨細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。

3 天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖的應(yīng)用現(xiàn)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(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的有效藥物。另外，在食品、化工及化妝品行業(yè)中均有重要的應(yīng)用?？勺鳛槭称房寡趸瘎胗變菏称诽砑觿┘疤悄虿』颊叩奶鹞秳?。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(yīng)用于預(yù)防治療骨關(guān)節(jié)炎、以及作為膳食補(bǔ)充劑及新資源食品。在日本，政府己批準(zhǔn)用其作為預(yù)防和治療骨關(guān)節(jié)炎的理想藥物；在美國，作為第四大膳食補(bǔ)充劑，有超過500萬的食用人數(shù)；在歐洲，作為治療骨關(guān)節(jié)炎一線OTC藥物和預(yù)防骨關(guān)節(jié)炎的功能保健食品；在其他多數(shù)國家，均被作為非處方營養(yǎng)補(bǔ)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(yīng)用于乳飲料、美容飲料、保健品和膳食補(bǔ)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(chǎn)品銷售價格在幾百至幾千日元不等。特別是廣泛應(yīng)用于美容飲料和骨關(guān)節(jié)健康食品，得到了廣大消費(fèi)者的青睞，日本著名的化妝品公司資生堂也應(yīng)用天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖開發(fā)了多種美容膳食補(bǔ)充片劑產(chǎn)品。

天然型N-乙酰-D-氨基葡萄糖的生產(chǎn)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(chǎn)和應(yīng)用將有非常廣闊的市場前景。

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