壳聚糖及其衍生物对致龋细菌的作用
发表时间：2010-02-23 浏览次数：696次
壳聚糖及其衍生物对致龋细菌的作用 作者：靖军军综述 郝玉庆审校 作者单位：口腔疾病研究国家重点实验室，四川大学 四川 成都 610041 【摘要】 壳聚糖是一种具独特生物活性的可降解的高分子化合物。近来研究发现，壳聚糖具有多种生理作用，特别是其具有很好的抑菌活性。本文就壳聚糖对细菌生长，细菌黏附及菌斑pH值的影响及其抑菌活性的影响因素等方面作一综述。 【关键词】 壳聚糖； 致龋细菌； 细菌黏附； 菌斑 AEffects of the chitosan and its derivatives on the cariogenic bacteria JING Jun-jun, HAO Yu-qing. （State Key Laboratory of Oral Diseases, Sichuan University, Chengdu 610041, China） [Abstract] Chitosan is a unique degradable polymer of biological activity. The recent study found that chitosan had a ariety of physiological effects, in particular, having a good antibacterial activity. This article summarized its effects on the growth of bacteria, the adhesion of bacteria and the plaque pH value, also the affecting factors of its antibacterial activity. [Key words] chitosan； cariogenic bacteria； adhesion of bacteria； plaque 壳聚糖又名甲壳胺，是自然界唯一带正电荷的氨基葡萄糖，是海洋甲壳类生物、昆虫和其他无脊椎动物外壳中的甲壳素[B-（1-4）聚-2-乙酰胺基-D-葡糖]的脱乙酰化合物，不溶于水，但可溶于某些酸。壳聚糖对人体无毒副作用，生物相容性好，对人体有良好的亲和性，并且具有降血脂、降血糖、降血压、抗微生物、增强免疫反应、促进伤口愈合以及抑制肿瘤转移等多种生物学功能，因而被应用于医学领域的各个方面。其中，抗微生物作用已被应用于感染性疾病的预防和治疗。龋病是由口腔细菌引起的牙体组织感染性疾病，本文就壳聚糖及其衍生物对致龋菌作用的研究综述如下。1 壳聚糖及其衍生物对细菌生长及菌斑的影响 变异链球菌是最主要的龋病相关细菌，研究表明，壳聚糖对变异链球菌有抑制作用。 Sano等[1]进行了关于壳聚糖漱口液能够减少菌斑及唾液中变异链球菌的数目的研究，24位受试者随机分配到壳聚糖漱口液及对照组，每天使用20 mL漱口液，两次共30 s。14 d后测菌斑值，而每次使用漱口液前后均检测唾液中变异链球菌数目。结果显示，使用壳聚糖漱口液能有效减少菌斑，并使唾液中变异链球菌数目减少，所以有必要进一步研究壳聚糖在应用于口腔保健品中的抑菌效果价值。 Hayashi等[2]研究了含壳聚糖的口香糖的抑菌效果，受试者分别咀嚼含与不含壳聚糖的口香糖，检测结果显示，含壳聚糖组的口腔细菌明显减少，并且变异链球菌的数目保持在咀嚼口香糖之前20%的水平。因此，在口香糖中添加壳聚糖是有效抑制致龋菌的方法之一，特别是在不能刷牙的情况下。他们比较了含壳聚糖的口香糖与漱口液的抑菌效果，并证实了含壳聚糖的口香糖可以增加唾液分泌。一组受试者咀嚼口香糖5 min后休息5 min进行测量；另一组受试者的漱口液为10 mL，漱口30 s后休息9 min 30 s进行测量。该实验1 d内重复5次。而对于唾液分泌实验，则每天咀嚼口香糖3次，共2 d。结果显示，相对于使用漱口液的受试者，咀嚼口香糖的受试者口中细菌明显减少，并且口香糖可以明显增加唾液的分泌。总之，含壳聚糖的口香糖具有明显的抑菌效果并能增加唾液分泌，所以他们认为天然材料如壳聚糖的应用对口腔健康及生活质量有帮助[3]。 由于壳聚糖的水不溶性，在临床应用多有不便，因此近年来对于水溶性的壳聚糖的研究越来越多。Bae等[4]研究了1种水溶性的壳聚糖对变异链球菌和血链球菌的抑菌活性，发现当细菌暴露于蒸馏水中时，在接种后16 h达到最大浊度，而当其暴露于水溶性壳聚糖时，在接种后32 h达到最大浊度，结果显示水溶性壳聚糖有抑菌作用，它可以降低菌斑指数和菌丛活力。2 壳聚糖及其衍生物对细菌黏附及菌斑pH值的影响 黏附是细菌致龋的必要条件。学者们检测了吸附了壳聚糖后的唾液薄膜的化学组成变化，结果显示，壳聚糖使得吸附的唾液蛋白聚集，原子力显微镜显示用壳聚糖处理过的唾液薄膜蛋白簇造成了膜表面粗糙度从5.1～16.3 nm和35.6 nm的增加。总之，他们认为壳聚糖有明显的吸附到唾液薄膜的趋势，并且深刻影响了膜的表面特性，提供了锚定分子增强膜表面的抗菌特性[5]。 Tarsi等[6]研究了低相对分子质量壳聚糖及其两种衍生物N-羧甲基壳聚糖和咪唑壳聚糖对变异链球菌黏附于羟磷灰石片的抑制作用。结果显示，对于唾液涂层或不涂层的羟磷灰石片，用任何上述壳聚糖变异链球菌黏附均有47%～66%的减少。并推测壳聚糖的抑菌机制有如下几个方面：1）细菌表面发生修饰；2）细菌表面配体的表达发生改变；3）壳聚糖吸附牙面改变了羟磷灰石的离子特性。然而当这3种多糖作用于其他口腔链球菌时，只有N-羧甲基壳聚糖观察到细菌黏附的60%～98%的减少，低相对分子质量壳聚糖和咪唑壳聚糖则没有任何效果，当向细菌生长的培养基中加有N-羧甲基壳聚糖时，细菌出现了对羟磷灰石片黏附的剂量依赖性的减少，低相对分子质量壳聚糖和咪唑壳聚糖同样没有效果，结果提示低相对分子质量壳聚糖和咪唑壳聚糖选择性的影响变异链球菌黏附于羟磷灰石片，是理想的防龋试剂[7]。 Shibasaki等[8]研究了几种不同相对分子质量和去乙酰化程度的低相对分子质量壳聚糖（low mole-cular chitosans，LMCS）对菌斑pH值改变的影响，结果发现它们都能减少菌斑pH值下降，但是程度却不同，他们认为相对分子质量以及去乙酰化程度对LMCS的临床应用有很大影响。并且他们又进行了LMCS对暴露于发酵性糖溶液中的牙菌斑pH值反应的实验，当受试者使用5%葡萄糖或者蔗糖焦糖溶液使pH值最小化后，开始咀嚼分别含有1%、3%以及不含LMCS的口香糖，结果显示，使用含LMCS的口香糖菌斑pH值的恢复速度均比对照组要快，在使用葡萄糖溶液降低pH值的菌斑，咀嚼3%的口香糖后菌斑pH值恢复最快，结果表明，LMCS在细菌产酸后能使菌斑pH值恢复并且维持在中性水平[9]。3 壳聚糖及其衍生物抑菌活性的影响因素 壳聚糖的抑菌效果与pH值、相对分子质量、去乙酰化程度等有关。研究表明，壳聚糖较其寡聚物有更强的抑菌效果，抑菌效果与pH值负相关，pH值低时活性更高，在壳聚糖体积百分比为0.1%时，表现为对革兰阳性细菌的抑菌效果强于革兰阴性细菌，并且其最低抑菌体积百分比与细菌种类和壳聚糖相对分子质量大小有关[10]。Fuji-wara等[11]评价了水溶性壳聚糖的pH值及聚合度对于抑制变异链球菌生长的效应，他们采用壳聚糖多聚体、寡聚体以及单体3种形式，体积百分比为4%，分别在pH值为6.0、6.5和7.4的水平测量其抑菌性。结果显示，壳聚糖寡聚体在pH值为6.5时抑菌效果最明显，3种壳聚糖均在pH值为6.0时有强烈抑菌效应，而且当pH值为6.5，壳聚糖溶液体积百分比为2%时几乎具有完全的抑菌效果。 Virga等[12]比较了低相对分子质量壳聚糖和高相对分子质量壳聚糖在体外抑制变异链球菌对人工唾液涂布的羟磷灰石片的黏附能力，结果显示，高相对分子质量壳聚糖被pH值和离子强度所修饰，引起的结构变化导致其形成了精密的网孔，该网孔可以聚集并使变异链球菌陷入其中。这个过程均与高相对分子质量壳聚糖的性质有关。而低相对分子质量壳聚糖则显示了相对小的聚集作用及反应能力，故他们认为高相对分子质量壳聚糖在变异链球菌特异吸附唾液处理的羟磷灰石片的过程中发挥了抑制作用。 学者们对不同相对分子质量（500～6 000）及去乙酰化程度（10%～95%）的壳聚糖抑制细菌黏附效果做了比较，结果发现抑菌效果与相对分子质量成正比，而最佳的去乙酰化程度50%～60%，因此结果显示相对分子质量为500～6 000，去乙酰化程度为50%～60%的壳聚糖为最佳的防龋试剂[13]。 由于壳聚糖衍生物具有的某些特性，目前对壳聚糖衍生物的研究越来越多，Sano等[14]研究了4 种壳聚糖衍生物：低相对分子质量壳聚糖、磷酸化壳聚糖、无定形壳聚糖、羧甲基壳聚糖对口腔细菌黏附于前牙牙面的效果，结果发现4种壳聚糖衍生物的抑菌效果从大到小依次为低相对分子质量壳聚糖＞磷酸化壳聚糖＞无定形壳聚糖＞羧甲基壳聚糖，他们认为低相对分子质量壳聚糖和磷酸化壳聚糖可以有效抑制细菌。Kim等[15]研究了壳聚糖季铵盐衍生物的抑菌效果，发现此衍生物对变异链球菌的生长抑制达80%，而壳聚糖为10%，可见壳聚糖的抑菌活性可被季铵官能团所加强。4 结束语 壳聚糖在抑制致龋菌方面的研究已经涉及了许多方面，而且壳聚糖本身的成本并不高，这都充分显示了其应用前景，然而壳聚糖的一些理化性质仍没有完全搞清楚。目前无法获得大量均一的脱乙酰化和低相对分子质量产物，因此对于真正应用于临床还需要做进一步的研究。【参考文献】[1] Sano H, Shibasaki K, Matsukubo T, et al. 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