壳聚糖临床抗菌作用的研究进展
【摘要】壳聚糖对革兰阴性菌、革兰阳性菌和真菌具有广泛抗菌作用，拥有良好的临床应用前景。本文综述了壳聚糖对常见细菌和真菌的抗菌活性、壳聚糖抗菌活性的影响因素、抗菌机理和临床应用前景。
【关键词】壳聚糖；抗菌作用；抗菌机理；临床应用
壳聚糖(chitosan)是甲壳素(chitin)的脱乙酰产物，广泛存在于自然界，是自然界存在的唯一的碱性氨基多糖，多糖之间靠1,4-糖苷键连接，pKa为6．3。壳聚糖无毒无害［1］，具有抗菌［2］、抑制肿瘤［3］、免疫调节［4］等作用，已引起了国内外相关学者的广泛重视。其中，壳聚糖的抗菌作用已成为当前研究的热点，本文就壳聚糖的抗菌活性、影响因素、抗菌机制及其在临床中的应用前景作一综述。
1壳聚糖的抗菌活性
1．1壳聚糖对细菌的抗菌作用自从Allan(1979年)首次发现壳聚糖具有广谱抗菌性以来，学术界对壳聚糖的抗菌作用进行了广泛的研究。Zheng LY等［2］发现在pH5．5条件下,脱乙酰度为8
8．7%、浓度为1．0%的壳聚糖，对金黄葡萄球菌、大肠埃希菌的抑制率几乎都为100%。邓婧等［5］发现用黏度比为5的不同浓度(2%、1．5%、1．0%、0．5%)壳聚糖对幽门螺杆菌、牙龈卟啉单胞菌、变形链球菌等菌做抗菌试验时，2．0%浓度壳聚糖抗菌环直径最大，且该浓度壳聚糖对变形链球菌的效果较优。宋献周等［6］发现在pH6．0条件下，枯草杆菌、产气夹膜杆菌等菌在不同分子量的α-多态性的作用壳聚糖(脱乙酰度80．7%)样品组中最快要48～72 h 间才能到达生长顶点(枯草杆菌在96 h 后到达生长顶点)，而在不含α-壳聚糖的对照组中24～48 h 便可到达生长顶点。由此可见，壳聚糖的抗菌作用具有广谱性，且随浓度的提高作用增强。
1．2壳聚糖对真菌的抑制作用丁恒生等［7］发现脱乙酰度为95%的龙虾壳聚糖对红毛癣菌、断发毛癣菌、须发毛癣菌、石膏样小孢子菌和白念珠菌等皮肤浅表真菌均具有抗菌作用，其最低抑菌浓度为2 500～5 000 mg/L。J.Rhoades等［8］发现浓度为1 g/L、脱乙酰度为89%的天然壳聚糖能抑制2logCFU/ml念珠菌，但对白隐球菌无抑制作用。Muhannad J等［9］发现在pH 5．0下，含0．5%浓度壳聚糖(脱乙酰度92%、黏度14 s、分子量8．7 ×10 4)的乳剂在24 h后能使白念珠菌数量减少达99%、黑曲霉菌减少达90%。可见壳聚糖对真菌也有很广泛的抗菌作用,且作用效果与抗细菌的作用十分类似。
2影响壳聚糖抗菌活性的因素
2．1分子量和脱乙酰对壳聚糖抗菌性的影响壳聚糖分子量对其抗菌活性的影响较复杂，不同的学者得出的结论各不相同。 Zheng LY等［2］发现壳聚糖分子量在5～305 kD范围内，对大肠埃希菌的抗菌活性随分子量的下降而上升；而对金黄葡萄球菌，分子量上升抗菌性也上升；但是吴刚等［10］却发现壳聚糖分子量在4～40万范围内时,其对大肠杆菌的抗菌活性随着分子量的降低则先增大后降低，对金黄葡萄球菌的抗菌效率随分子量的减小而增大。Jeon YJ等［11］还发现3种壳聚糖(分子量分别是10、5、1 Ka)抑菌性比分子量68．5 Ka的壳聚糖要低。产生上述不同结果的原因，目前还不清楚，需做进一步研究。
相比之下，壳聚糖脱乙酰度对其抗菌活性的影响就要简单的多。由于壳聚糖发挥抗菌作用的主要基团是氨基，脱乙酰度程度越高，其所含的氨基也越多，抗菌活性也越强，这已被实验所证明［9］。
2．2环境介质对壳聚糖抗菌性的影响
2．2．1pH对壳聚糖抗菌性的影响壳聚糖的pKa为6．3，pH越低，所带氨基正电荷越多，抗
菌活性也越强。Noa HK ［12］等发现壳聚糖在pH4．5条件下，抗菌液中大肠埃希菌只有4．48～5．67个数量级，而在pH5．9条件下，却有6．40～6．69个数量级，也就是说壳聚糖在低pH条件下抗菌活性强。郑铁生等［13］还发现壳聚糖在pH4．5～5．5条件下能完全抑制金葡菌等菌，而在pH8．5条件下却无抑菌活性。
2．2．2金属离子对壳聚糖抗菌性的影响金属离子对壳聚糖抗菌活性的影响是，其浓度越高，壳聚糖抗菌活性越低，这可能与金属离子能和壳聚糖形成鳌合物有关，比如郑铁生等［13］发现，随着钠、镁离子浓度的增大，壳聚糖对金黄葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌活性有下降的趋势，与吴刚等人［10］的结论一致。
2．2．3阴离子表面活性剂对壳聚糖抗菌性的影响阴离子表面活性剂的加入也能使壳聚糖抗菌活性下降，这可能是壳聚糖分子中的阳离子(氨基)与表面活性剂中的阴离子结合，降低了抗菌基团的数量，有研究［13］证明了这一观点。
3抗菌机制
3．1细胞膜作用靶位的抗菌机制壳聚糖能攻击细胞膜，主要是因为细胞膜是带负电荷的而壳
聚糖带高密度正电荷，静电作用会使它们相互作用。壳聚糖与膜上的磷脂膜结合能导致膜蛋白变性，接着膜通透性发生变化，膜结构也会被破坏，胞质成分就流出来，从而发挥了抗菌作用。这一论述己通过相关实验得到证实。Je JY等［14］用壳聚糖的衍生物对大肠埃希杆菌等菌进行抗菌实验，发现抗菌液260 nm处的吸光度随时间上升，说明细菌内核酸物质漏了出来；他们还通过细胞内外膜透视实验，发现溶液中细胞质半乳糖苷酶活性及1-氮-苯基萘氨(NPN)荧光强度均上升。这些结果都说明细胞膜的完整性受到了影响，通透性增加了。HelanderI.M.等［15］发现壳聚糖能增加大肠杆菌等对SDS、染料和胆酸的易感性，说明壳聚糖能使细菌胞膜的防御功能消失。还有人直接通过观察细菌的形态来验证以上的结论。Choi等人于电镜下发现，用壳聚糖作用后的伴放线放线杆菌从球形变为不规则形，细菌内膜从外膜分离，于是他们推断壳聚糖的目标可能是细菌胞膜，而膜的破坏导致生物体死亡。
3．2细胞内作用靶位的抗菌机制菌体内的细胞质和核酸等物质都带有负电荷，可以和带正电荷的壳聚糖发生静电作用结合。壳聚糖进入细胞膜后，既可以和细胞质及细胞器结合，扰乱微生物的正常代谢；也可以和DNA和RNA等核内物质结合，影响遗传信息的复制和表达。壳聚糖与胞内物质结合，已从形态学角度得到了验证。周南进等用壳聚糖对幽门螺杆菌进行抗菌试验后，于电镜下看到细菌内部结构消失或分布异常,胞质不均匀或密度下降,并出现高电
子密度颗粒,说明壳聚糖进入了细菌内并与胞质作用。如今壳聚糖已被成功的作为基因载体在基因工程中发挥作用，说明壳聚糖能通过结合细菌内部的遗传物质，发挥抗菌作用。
壳聚糖抗菌的机制，还有人认为可以通过三种方式抗菌，一是作为络合剂能选择性地结合金属离子，抑素产生和细菌生长；二是可激活宿主组织的几种防卫机制，结合水分子，抑制各种酶的活性；三是能进入微生物核内结合DNA,抑制mRNA转录，干扰蛋白合成。尚需进一步研究。
4壳聚糖在临床抗菌方面的应用前景
4．1在消化性溃疡方面的应用幽门螺杆菌(Hp)是引起消化性溃疡的非常重要的致病菌， Kauser F等发现其编码基因Cag致病岛(Cag-PAI)的多态性与消化性溃疡发生密切相关。用联合抗生素根除Hp是目前消化性溃疡的重要方法，但抗生素会对人体产生不良反应。壳聚糖作为一种天然多糖，对人体无毒性。国内有人给小鼠口服壳聚糖，发现单用壳聚糖对小鼠胃黏膜Hp感染的根除率达58．3%，而壳聚糖+质子泵抑制剂+羟氨苄青霉素组Hp的根除率高达91．7%,国外有人发现给小鼠口服壳聚糖不仅能有效预防乙醇诱导性胃溃疡，还能加速其愈合。相信这些都会使壳聚糖成为研制消化性溃疡药物的亮点。
4．2在皮肤浅表真菌感染方面的应用一些皮肤浅表真菌可以引起浅表性皮肤病，包括股癣、足癣、花斑癣等。刘向农等对海军官兵在海训中所得的浅表性皮炎经过深入调查，总结了相应真菌种类及所占百分比，其中絮状表皮癣菌占31．3%，红毛癣菌占28．9%，须癣毛癣菌占15．6%，糠批马拉菌占12．5%，念珠菌9．4%，石膏样小孢子菌占2．3%,现已有体外试验证明壳聚糖对其中多种真菌有效［7］，Peh K等还证实壳聚糖乳酸薄膜对新西兰兔皮肤不致敏，这些都使壳聚糖十分适合于浅表性皮炎的。
4．3在口腔感染方面的应用慢性牙周炎的发病与伴放线放线杆菌白细胞毒素(lktA)基因密切相关，不过Choi等人已发现壳聚糖对伴放线放线杆菌有有较强的抑制作用。邓婧等［5］还发现壳聚糖对几种常见口腔致病菌不仅有抑制作用，而且经高温处理后其作用也很稳定，所以在口腔感染方面，壳聚糖必将是有效药物。
4．4在伤口感染方面的应用Masanori F等用含光致光联壳聚糖凝胶的移植物封堵家兔动脉伤口后，加入一定量大肠埃希菌，发现凝胶移植物和动脉中大肠埃希菌培养均阴性，这显示壳聚糖凝胶在血管整形手术中具有的应用潜能。Marina B等人用含lux操纵子的各种感染菌(能化学发光)感染Balb/c系小鼠伤口后贴上HemCons绷带(含壳聚糖醋酸盐)，发现小鼠伤口细菌
的不仅发光程度低，小鼠死亡率也比其他组低得多，说明HemCons绷带抗菌能力强，在伤口感染方面具有应用价值。
综上所述，壳聚糖的抗菌谱广，抗菌作用强，并具有广泛的临床应用前景。但要使其有效地应用于临床，还需做更深入研究。相信通过人们的研究，壳聚糖必将成为临床抗菌的天然有效药物，服务于全人类。
参考文献
1Salamanca,Yolanda,Margarita,et al.Chitosan nanoparticles as a potential drug delivery system for the ocular surface toxicity,uptake mechanism and in vivo tolerance.Invest Ophth Vis Sci，2006，47(4)：1416-1425.
2Zheng LY，Zhu JF.Study on antimicrobial activity of chitosan with different molecular weights.Carbohyd Polym，2003，54：527-530.
3Yasunori M,Yoshiyuki K.Antitumor effects of various low-molecular-weight chitosans are due to increased natural killer activity of intestinal intraepithelial lymphocytes in sarcoma 18
0-bearing mice.J Nutr，2004，134(4):945-950.
4Xie Y,Zhou NJ,Gong YF,et al.Th immune response induced by H pylori vaccine with chitosan as adjuvant and its relation to immune protection.World J Gastroenterol，2007，13(10)：1547-1553.