孫佳睿，譚思琪，薛鈺

（閩南師范大學(xué)，福建漳州 363000）

氨基葡萄糖鹽酸鹽（GAH）又稱鹽酸葡萄糖胺，由一分子葡萄糖胺（GlcN）和一分子鹽酸構(gòu)成，分子式為C6H13NO5HCl[1]。GlcN 為天然氨基單糖，通常以甲殼素或胞壁酸形式存在于微生物、動物來源的多糖和結(jié)合多糖中，目前市場上的GlcN 絕大多數(shù)由甲殼素水解而來。GlcN 最初是從貝類或蝦蟹類動物殼來源的甲殼素中提取，但是從蝦蟹殼類原料提取存在一定弊端，因此其他原料來源的GlcN 的制取逐漸引起人們的關(guān)注。隨著GlcN 制備工藝的不斷改良，已發(fā)展出了從食用菌、霉菌等真菌的結(jié)構(gòu)物質(zhì)中提取GlcN 以及通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)GlcN 的方法，不同原料來源的GlcN 提取成本、效率及產(chǎn)品安全性差異較大[2-3]。

研究人員已驗(yàn)證了GlcN 在骨骼保健、骨關(guān)節(jié)炎治療、各類炎癥的舒緩以及抗菌、抗腫瘤等諸多領(lǐng)域的活性作用及作用機(jī)制，同時發(fā)現(xiàn)從食用菌這種本身富含營養(yǎng)的天然原料提取的活性成分可能具有更加豐富的活性功能[4-5]。GlcN 作為GAH 的主要組成成分，在很大程度上決定了GAH的提取來源與生物活性。本文將對當(dāng)前GlcN 的提取來源、制備技術(shù)及生物活性的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為未來GlcN 和GAH 的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用的開發(fā)提供參考。

1 GlcN 的主要來源

目前GlcN 的獲得方式主要有3 種：（1）從具有殼結(jié)構(gòu)的動物中提取甲殼素后進(jìn)一步加工獲得；（2）從真菌細(xì)胞壁或菌絲中提?。唬?）利用微生物發(fā)酵獲得[6-7]。

1.1 動物來源GlcN

動物來源GlcN 的原材料主要有蝦、螃蟹和昆蟲。原材料的選擇對于后續(xù)產(chǎn)物的制備效率及產(chǎn)物質(zhì)量等有很大影響，例如蝦的外殼較薄，分離甲殼素時比其他類型的外殼更容易[8]。使用這些材料制備GlcN時首先需要去除外殼中蛋白質(zhì)和無機(jī)碳酸鈣，傳統(tǒng)工藝中人們常用NaOH 脫蛋白，HCl 脫礦，但大量酸堿的使用，不僅容易腐蝕設(shè)備，還容易損害甲殼素的理化特性，所產(chǎn)生化學(xué)廢水還會造成環(huán)境污染[9]。因此，使用如木瓜蛋白酶、胰蛋白酶等蛋白水解酶脫蛋白的方法逐漸被發(fā)掘，這種方法能更大限度地保持甲殼素結(jié)構(gòu)的完整性[10]。但鹽酸水解去除碳酸鈣的過程中存在同樣的局限性，為解決這一問題，利用某些具有甲殼素生物降解系統(tǒng)的細(xì)菌產(chǎn)生的甲殼素溶解酶進(jìn)行酶解的生物方法應(yīng)運(yùn)而生[11]。

1.2 真菌來源GlcN

動物來源尤其海洋原料易受季節(jié)限制，且海洋生物易受重金屬污染，產(chǎn)品往往因重金屬、砷和灰分的含量超標(biāo)而無法應(yīng)用于食品和醫(yī)藥行業(yè)，因此真菌作為替代原料逐漸被發(fā)掘。大多數(shù)真菌細(xì)胞壁的主要成分為甲殼素-葡聚糖復(fù)合物（CGC），作為一種大型真菌，各類不同品種的蘑菇不斷被開發(fā)用于提取GlcN。例如，從毛頭鬼傘、雞樅菌、雙孢蘑菇、銀耳、平菇中均可提取到CGC[12]，CGC 經(jīng)過進(jìn)一步分解即可獲得甲殼素、GlcN、葡聚糖等產(chǎn)品。除了含有CGC，一些食用菌中還可直接分離出β-1,4-葡萄糖胺聚合物（殼聚糖），α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶可水解殼聚糖產(chǎn)生GlcN[13]。絲狀真菌菌絲中也能提取到GlcN，例如紅根須腹菌、叢毛紅曲霉以及曲霉菌[14]。

1.3 細(xì)菌來源GlcN

隨著GlcN 市場需求的不斷擴(kuò)大，提高產(chǎn)量、降低成本成為原料供應(yīng)的主要瓶頸，微生物發(fā)酵生產(chǎn)GlcN應(yīng)運(yùn)而生。該方法使用工程菌作為生產(chǎn)GlcN 的載體，具有成本低、產(chǎn)品產(chǎn)量高、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。作為生物工程中的常用微生物菌種，大腸桿菌和枯草芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)具有生產(chǎn)GlcN 的生物合成途徑[3]，具體合成途徑如下。

葡萄糖（Glucose）被葡萄糖激酶（GK）磷酸化為葡萄糖-6-磷酸鹽（G-6-P），在磷酸葡萄糖異構(gòu)酶（PGI）的催化作用下轉(zhuǎn)化為果糖-6-磷酸鹽（F-6-P）。然后，谷氨酰胺作為氨基供體，葡萄糖胺磷酸合酶（GlmS）將F-6-P 轉(zhuǎn)化為葡萄糖胺-6-磷酸（GlcN-6-P），GlcN-6-P 在磷酸酶脫磷酸化后分泌到細(xì)胞外。細(xì)胞中GlcN 合成途徑和糖酵解途徑在對某些前體物質(zhì)的利用上存在競爭關(guān)系，因此優(yōu)化細(xì)胞代謝途徑，可以增加GlcN 合成途徑的代謝通量，從而提高GlcN的合成效率。例如，借助CRISPR 系統(tǒng)可以敲除某些代謝途徑中的關(guān)鍵酶基因從而抑制與GlcN 合成競爭的代謝[15-16]。

2 生物活性研究

2.1 骨骼保健及骨疾病治療

GlcN 可以與蛋白聚糖分子中的核心蛋白質(zhì)相連構(gòu)成軟骨基質(zhì)的一部分，因此對GlcN 生物活性的研究與功能開發(fā)首先聚焦在與骨骼的關(guān)聯(lián)性上。

TARDIO 等[5]已證明在人類的軟骨中，O-GlcNAc糖基化蛋白與調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)有關(guān)，而GlcN 能夠調(diào)節(jié)O-GlcNAc 的糖基化修飾。此外，GlcN 還具有誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化和抑制破骨細(xì)胞增殖的潛力，從而促進(jìn)骨基質(zhì)沉積并減少骨吸收。因此，在人類骨關(guān)節(jié)炎（OA）中，GlcN 常作為一種常見的藥物或膳食補(bǔ)充劑用于增強(qiáng)骨質(zhì)、延緩骨組織的持續(xù)病變并減輕疼痛[17]。當(dāng)GlcN 作為鹽酸鹽即GAH 口服給藥時，攝入的GlcN 可能通過調(diào)控相關(guān)代謝細(xì)胞因子促進(jìn)軟骨愈合過程，大多數(shù)OA 治療臨床實(shí)踐指南均推薦使用結(jié)晶GAH 處方[18]。有研究表明，從雙孢蘑菇中分離純化的GAH 純度更高、蛋白含量更低，可以通過調(diào)控BMP 信號促進(jìn)骨骼發(fā)育和損傷修復(fù)，具有作為治療骨質(zhì)疏松癥新藥的潛力[19]。

2.2 舒緩炎癥

研究發(fā)現(xiàn)GlcN 緩解骨關(guān)節(jié)炎的作用與對炎癥的抑制息息相關(guān)，在緩解骨關(guān)節(jié)炎癥狀的同時往往伴隨炎癥標(biāo)記物的下降，眾多動物研究實(shí)驗(yàn)為GlcN 在骨關(guān)節(jié)炎治療中的抗炎特性提供了理論支撐。

體內(nèi)和體外研究表明，GlcN 和GAH 通過抑制某些促炎因子的mRNA 轉(zhuǎn)錄及蛋白質(zhì)表達(dá)來發(fā)揮抗炎的作用。例如，GlcN 能通過抑制NLRP3 炎癥小體減緩小鼠和人巨噬細(xì)胞中的炎癥，通過抑制白細(xì)胞介素-1（IL-1）的信號級聯(lián)和基因表達(dá)改善輕度炎癥[20]。GAH 在報(bào)道中被證明能改善膝關(guān)節(jié)炎（KOA）患者的炎癥微環(huán)境，同時降低關(guān)節(jié)腔內(nèi)炎癥因子的水平，如抑制α 腫瘤壞死因子（TNF-α）和IL-1β[21]。GlcN 通過上游核因子κB（NF-κB）調(diào)控各促炎因子的活動。NF-κB 在細(xì)胞質(zhì)中處于不活躍狀態(tài)，與抑制蛋白IκB 結(jié)合，當(dāng)IκB 被炎癥刺激降解時，NF-κB 便轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核并增強(qiáng)炎癥級聯(lián)，GlcN 通過劑量依賴的方式阻止IκB 的降解來抑制NF-κB的激活，從而減少NF-κB 下游炎癥標(biāo)志物的產(chǎn)生，包括IL-6、IL-8、TNF-α 和PGE2[22]。

2.3 抗腫瘤活性

許多癌癥與慢性炎癥有關(guān)，例如幽門螺桿菌誘導(dǎo)的胃炎導(dǎo)致的胃癌、潰瘍性結(jié)腸炎導(dǎo)致的結(jié)直腸癌。NF-κB 是與致癌相關(guān)的分子途徑之一，如前文所述，GlcN 可以抑制NF-κB 的激活，因此GlcN 在抗腫瘤方面的活性也逐漸引起人們的關(guān)注，尤其是對抗炎癥導(dǎo)致的癌癥。

GlcN 的抗癌活性與抑制癌細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)癌細(xì)胞的細(xì)胞周期停止和癌細(xì)胞凋亡有關(guān)。WANG 等[23]證明GlcN 以劑量依賴的方式下調(diào)細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)進(jìn)而介導(dǎo)腎細(xì)胞癌（RCC）細(xì)胞從G0/G1 到S過渡階段的生長抑制從而抑制RCC 細(xì)胞增殖。在人類前列腺癌細(xì)胞系DU145 中的研究證明，GlcN 通過影響糖蛋白130（GP130）、表皮生長因子受體（EGFR）等受體蛋白的N-糖基化降低下游目的蛋白的磷酸化（活化）阻礙癌細(xì)胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)從而抑制DU145 的增殖。此外，GlcN 還可通過調(diào)控T 細(xì)胞的凋亡來抑制異常增殖的T 細(xì)胞功能，這也提示了GlcN 具有參與免疫調(diào)節(jié)的可能，其通過免疫調(diào)節(jié)發(fā)揮抗腫瘤活性還需要新的證據(jù)[24]。

2.4 其他活性研究

在小鼠中的研究顯示，GlcN 可減少動脈粥樣硬化病變，這是由于GlcN 可作為蛋白聚糖生物合成的前體，增加血管內(nèi)皮細(xì)胞中的硫酸肝素蛋白聚糖（HSPG）的產(chǎn)生，起到保護(hù)血管的作用[25]。

GlcN 的抗炎作用也有許多拓展應(yīng)用。例如，不受控制的炎癥反應(yīng)造成敗血癥的發(fā)生，在敗血癥小鼠模型中的研究發(fā)現(xiàn)，GlcN 預(yù)處理可以降低敗血小鼠的全身炎癥從而降低死亡率[26]。GlcN 還具有抗神經(jīng)炎癥的作用，可用于保護(hù)神經(jīng)，研究表明GlcN 對缺氧引起的腦損傷具有保護(hù)作用。GlcN 可抑制暴露于急性缺氧的成年斑馬魚中神經(jīng)球蛋白等炎癥因子的上調(diào)，而缺氧導(dǎo)致的學(xué)習(xí)和記憶能力損害也可間接被GlcN 拯救[27]。

最近的研究發(fā)現(xiàn)，GlcN 通過感知葡萄糖水平或正常和過量的進(jìn)食狀態(tài)來調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)積累，正常葡萄糖條件下GlcN 對HepG2 細(xì)胞中的脂質(zhì)積累產(chǎn)生促進(jìn)作用，而高糖條件下GlcN 抑制HepG2 細(xì)胞中的脂質(zhì)積累。斑馬魚實(shí)驗(yàn)與體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，GlcN 能促進(jìn)正常喂養(yǎng)的斑馬魚幼魚肝臟中的脂質(zhì)積累，抑制過度喂養(yǎng)的斑馬魚肝臟中的脂質(zhì)積累[28]。

3 展望

GlcN 具有多樣化的提取來源、制取技術(shù)和豐富的生物活性功能，但目前對GAH 生物活性功能的研究及開發(fā)應(yīng)用還存在一定局限性。我國是全球氨基葡萄糖的生產(chǎn)大國及出口國，以往利用蝦蟹殼作為原料先制備甲殼素，再用鹽酸水解、純化得到GAH 的生產(chǎn)方式存在許多弊端，因此改良GAH 的制備工藝以提高其得率、降低重金屬含量并提高產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而降低成本，對后續(xù)的研究及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展十分關(guān)鍵。

雙孢蘑菇和杏鮑菇是我國栽培規(guī)模較大的兩種食用菌。以往的研究顯示從一些食用菌提取GlcN 可行性較高，相對于蝦蟹殼等海洋原料，食用菌的蛋白質(zhì)和重金屬含量大大降低，且食用菌具有很多有益人體健康的功效，如降血糖、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抵抗疾病等，因此充分利用國內(nèi)的食用菌資源，研制更加高效、安全的GAH 制取方式在GAH 產(chǎn)業(yè)中具有可觀的應(yīng)用前景。此外，目前食用菌產(chǎn)品主要用于鮮售，如杏鮑菇，但用于鮮售的商品僅占子實(shí)體總重量的70%左右，尚有30%的杏鮑菇產(chǎn)業(yè)剩余物以低廉的價(jià)格出售或丟棄，因此通過研發(fā)從食用菌廢棄物提取GAH 的方法技術(shù)不僅可以促進(jìn)GAH 產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，還可以促進(jìn)食用菌產(chǎn)業(yè)剩余物的綜合利用及相應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。