殼聚糖及其復(fù)合物在治療下肢慢性潰瘍中的研究進(jìn)展

劉佳鑫，張喜成，高啟航，韋利，李觀強(qiáng)

（1.大連醫(yī)科大學(xué)研究生院，遼寧 大連 116044；2.江蘇省蘇北人民醫(yī)院 血管外科，江蘇 揚(yáng)州 225001）

下肢慢性潰瘍（chronic leg ulcer，CLU）是一種常見(jiàn)的外科疾病，指潰瘍超過(guò)1 個(gè)月仍未愈合者；常常由外傷和其他慢性疾病所引起的局部皮膚缺損[1]，多見(jiàn)于中老年人[2]。在人群中發(fā)病率為0.12%～1.1%[3]，其中60 歲以上發(fā)病率為0.5%～3%，80 歲以上則高達(dá)5%[4]。該種疾病逐漸成為影響人類健康的重要原因之一[5]。近年來(lái)，隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，對(duì)下肢慢性潰瘍的治療亦越來(lái)越重視。

CLU 病因復(fù)雜，易伴發(fā)感染且反復(fù)發(fā)作，病情嚴(yán)重者甚至可出現(xiàn)“癌變”或“截肢”[6]。根據(jù)病因，大致分為血管性潰瘍、糖尿病足潰瘍、壓力性潰瘍、創(chuàng)傷性潰瘍、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)性潰瘍、惡性潰瘍等[7]。在欠發(fā)達(dá)地區(qū)CLU 往往是由外傷引起的創(chuàng)傷性潰瘍，但在發(fā)達(dá)地區(qū)CLU 多為血管性潰瘍[8-10]。潰瘍創(chuàng)面的處理對(duì)愈合過(guò)程有著至關(guān)重要的作用。目前針對(duì)CLU 的治療主要包括清創(chuàng)、植皮、負(fù)壓封閉引流、抗感染、局部活性因子、干細(xì)胞移植及敷料覆蓋等[11]。合適的傷口敷料可為創(chuàng)面提供良好的微環(huán)境，促進(jìn)其愈合。隨著濕性敷料的作用得到廣泛的認(rèn)可，各種傷口敷料涌現(xiàn)而出，選擇適當(dāng)敷料對(duì)加快潰瘍愈合至關(guān)重要。殼聚糖是甲殼素脫N- 乙酰氨基的產(chǎn)物，具有抗感染、止血、免疫調(diào)節(jié)、誘導(dǎo)組織修復(fù)和細(xì)胞增殖，以及良好的生物相容性和生物降解性[12]。本文就殼聚糖基本結(jié)構(gòu)、特性、促進(jìn)下肢慢性潰瘍愈合的機(jī)制及臨床應(yīng)用展開(kāi)綜述。為今后治療CLU 提供一種新的方法。

1 殼聚糖的基本結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)

甲殼素化學(xué)名稱為β-1，4-2- 乙酰氨基-2- 脫氧-D- 葡萄糖，廣泛存在于蝦蟹、蝸牛等或其他昆蟲(chóng)外殼、真菌細(xì)胞壁、植物細(xì)胞壁中。殼聚糖化學(xué)名稱為（1，4）-2-乙酰氨基-2-脫氧-a-D-葡聚糖，是甲殼素經(jīng)強(qiáng)堿作用脫去部分乙?；漠a(chǎn)物[13]。殼聚糖分子間由較強(qiáng)的氫鍵相連，因此殼聚糖呈現(xiàn)出一種致密晶體結(jié)構(gòu)，不溶于水和堿性溶液中，僅溶于弱酸性溶液中，這也限制了其在生物材料方面的一些作用。所以，將殼聚糖與某些物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)可得到良好水溶性及其他功能的殼聚糖衍生物[14]。

2 殼聚糖的相關(guān)作用

2.1 抗菌作用

殼聚糖對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌及革蘭氏陰性菌均有抑制作用[15]。高分子量的殼聚糖溶液對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌效果最佳, 隨著殼聚糖溶液濃度的增加其抑菌性越強(qiáng)，而Li 等[16]指出殼聚糖溶液在pH 值為6.0 時(shí)，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性隨殼聚糖分子量的增加而增強(qiáng)，抗菌活性最高。在弱酸環(huán)境中，殼聚糖可生成氨基，這些氨基可對(duì)微生物表面的負(fù)電荷產(chǎn)生較強(qiáng)的吸引力，從而使微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)外泄引起菌體死亡，產(chǎn)生抑菌效果。

2.2 止血作用

殼聚糖自身呈正電性，其氨基可與質(zhì)子相結(jié)合[17]。紅細(xì)胞膜表面存在大量負(fù)電荷，通過(guò)正負(fù)電荷的相互聚集使得紅細(xì)胞間相互凝聚，從而快速產(chǎn)生凝血塊。而且作為大分子的殼聚糖可在血液中產(chǎn)生聚合反應(yīng)，形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可捕獲紅細(xì)胞使其聚集產(chǎn)生凝集反應(yīng)，形成血凝塊。Vo 等[18-19]發(fā)現(xiàn)殼聚糖可促進(jìn)血液凝固，為了提高其止血能力，研究者將親水基團(tuán)及疏水基團(tuán)進(jìn)行調(diào)配，合成了多種改性殼聚糖止血材料。

2.3 免疫調(diào)節(jié)作用

殼聚糖可激活機(jī)體免疫系統(tǒng)，提高巨噬細(xì)胞能力及多形核細(xì)胞的聚集和活化，還可以作為抗原起到免疫作用。殼聚糖可激活巨噬細(xì)胞，誘導(dǎo)自然殺傷細(xì)胞細(xì)胞（natural killer cell，NK）分泌細(xì)胞因子，還可通過(guò)注射或粘膜途徑誘導(dǎo)免疫后的Th1細(xì)胞反應(yīng)，從而促進(jìn)細(xì)胞免疫應(yīng)答[20]。

2.4 生物相容性和可降解性

殼聚糖是自然界中天然的堿性多糖，是一種高分子物質(zhì)，具有良好的生物相容性。其與人體細(xì)胞細(xì)胞親和性好，無(wú)明顯排斥反應(yīng)，無(wú)毒性反應(yīng)，生物相容性好。殼聚糖是一種可降解的多糖，可被溶菌酶和水解酶在人體內(nèi)降解為葡萄糖胺或殼寡糖。殼聚糖具有和細(xì)胞外基質(zhì)相似的結(jié)構(gòu)，植入動(dòng)物體內(nèi)后可在14 d 完全降解[21]。

2.5 誘導(dǎo)細(xì)胞增殖和組織修復(fù)

殼聚糖可促進(jìn)免疫反應(yīng)，如刺激白細(xì)胞介素，腫瘤壞死因子等信號(hào)因子的產(chǎn)生同時(shí)還可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的遷移性[22]。而且殼聚糖還可誘導(dǎo)嗜中性粒細(xì)胞、成纖維細(xì)胞分泌如膠原、纖維蛋白原及彈性蛋白等，促進(jìn)瘢痕形成及組織修復(fù)[23]。

2.6 藥物載體作用

殼聚糖的藥物載體作用與其帶有正電荷、滲透作用、黏附機(jī)制、原為凝膠化和抑制外排的性質(zhì)相關(guān)[24]，可加強(qiáng)藥物穩(wěn)定性并增加藥物釋放率。Basu 等[25]以聚D，L- 乳酸-CO- 乙醇酸為模板，制備空心的殼聚糖納米球，將雷米普利吸附到納米球中。Korsemeyer Peppas 藥物釋放模型顯示雷米普利釋放可控，其釋放速率降低。Tang 等[26]通過(guò)制備負(fù)載殼聚糖納米顆粒的羥丙基-β- 環(huán)糊精來(lái)研究新的美沙拉嗪釋放系統(tǒng)。研究表明，載有殼聚糖納米顆粒的美沙拉嗪釋放更加持久，抗炎效果更佳。

2.7 鎮(zhèn)痛作用

殼聚糖的弱堿性可能成為其鎮(zhèn)痛的相關(guān)機(jī)制，殼聚糖表面的正電位可降低對(duì)創(chuàng)面周圍的刺激，進(jìn)而緩解外傷后的痛感。Christensen 等[27]指出殼聚糖可緩解傷口部位的疼痛，其鎮(zhèn)痛作用在于殼聚糖吸收了傷口部位乙酸所釋放出的質(zhì)子。黃書(shū)雅[28]指出羧甲基殼聚糖可提高小鼠的熱痛閾值，從而佐證了殼聚糖的鎮(zhèn)痛作用，但殼聚糖的溶解性也限制了其鎮(zhèn)痛作用。

3 殼聚糖促進(jìn)創(chuàng)面愈合及其機(jī)制

傷口的愈合包括炎癥反應(yīng)期、增生期和修復(fù)期。適當(dāng)?shù)奈h(huán)境能促進(jìn)細(xì)胞的增殖和遷移，有利于早期傷口愈合，防止炎癥和疤痕產(chǎn)生[29]。殼聚糖對(duì)白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞具有趨化作用，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞吞噬作用，其可刺激中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素（IL）1β，IL6、IL8 和腫瘤壞死因子（TNF）-α，進(jìn)而促進(jìn)創(chuàng)面進(jìn)行“自凈”。巨噬細(xì)胞、纖維母細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞、上皮細(xì)胞均能產(chǎn)生IL1β、IL6，在創(chuàng)面的愈合中起到重要作用[30]。TNF-α 的含量可對(duì)創(chuàng)面愈合產(chǎn)生不同的影響。TNF-α 可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞中基質(zhì)金 屬 蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMP）的表達(dá)，在特異性抑制因子（tissue inhibitors of metallopproteinases，TIMP）作用下，可顯著降低TNF-α 對(duì)MMP 的誘導(dǎo)，促進(jìn)傷口愈合[31]。研究表明，TNF-α 等炎癥因子含量過(guò)高可加重潰瘍部位炎癥反應(yīng)，抑制創(chuàng)面愈合，而降低其表達(dá)水平可促進(jìn)傷口愈合[32]。另外創(chuàng)面的收縮在創(chuàng)面愈合過(guò)程中起著重要作用，相關(guān)研究表明成纖維細(xì)胞可加速創(chuàng)面的愈合[33]，明成纖維細(xì)胞可加速創(chuàng)面的愈合，在血管性潰瘍中創(chuàng)面收縮尤為重要。糖尿病足潰瘍愈合十分緩慢，多數(shù)停留在炎癥期階段，而且缺乏供創(chuàng)面愈合的細(xì)胞因子等。

良好的血糖水平是控制糖尿病足潰瘍的前提。殼聚糖可作為胰島素增敏劑作用于胰島素受體，增加其產(chǎn)量進(jìn)而起到降糖作用[34]。殼聚糖具有良好的生物黏附性，更好的促進(jìn)胰島素吸收提高其利用率。殼聚糖能促進(jìn)巨噬細(xì)胞聚集于創(chuàng)面周圍，增加其局部活性和含量，產(chǎn)生自凈，加速創(chuàng)面愈合。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）可促進(jìn)局部血管新生，它參與到了創(chuàng)面聚合及血管形成的多個(gè)階段，加速愈合。Mohandas 等[35]制作了含殼聚糖的復(fù)合材料包裹了VEGF 的纖維蛋白的納米模型，在VEGF的體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在2 h 內(nèi)發(fā)生了29% 爆發(fā)式釋放。殼聚糖可誘導(dǎo)纖維母細(xì)胞產(chǎn)生IL-8，趨化內(nèi)皮細(xì)胞和表皮細(xì)胞的表達(dá)，可促進(jìn)血管的增殖[36]。殼聚糖可使創(chuàng)面分泌III 型膠原蛋白，加速肉芽組織及上皮組織生成，抑制疤痕增生[37]。

4 殼聚糖在下肢慢性潰瘍創(chuàng)面的應(yīng)用

4.1 基礎(chǔ)研究

目前殼聚糖已應(yīng)用于下肢慢性潰瘍的治療，尤其是糖尿病潰瘍已有大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，但血管性潰瘍的相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)卻鮮有報(bào)道。柳成蔭等[38]建立大鼠下肢缺血模型后，將SD 雄性大鼠隨機(jī)分為PLGA-PEG-PLDA（PPP）、海藻酸鈉- 殼聚糖（SA-CS）、slanc、PBS 對(duì)照組及正常對(duì)照組。將上述藥物多點(diǎn)注射于大鼠下肢肌肉中。在術(shù)后第4、8 周時(shí)取大鼠腓腸肌行免疫組化檢測(cè)各組微血管密度。結(jié)果表明第8 周時(shí)PPP 組、SA-CS 組、slanc 組的微血管密度為14.39±1.33、23.33±2.11、18.61±1.72，明顯高于PBS 對(duì)照組（8.72±1.36）?？梢钥闯鯯A-CS 促進(jìn)血管再生能力最為明顯，在下肢血管性潰瘍治療方面有臨床價(jià)值。Hernández Martínez 等[39]將殼聚糖與鈣網(wǎng)蛋白共同合成了一種納米金復(fù)合材料應(yīng)用于小鼠糖尿病創(chuàng)面。測(cè)定了該復(fù)合材料提高了角質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞的克隆性，并加速了成纖維細(xì)胞的遷移性。組織學(xué)顯示創(chuàng)面處再上皮化、顆粒組織增多、膠原沉積增多，證實(shí)了殼聚糖復(fù)合物在糖尿病潰瘍創(chuàng)面愈合中的應(yīng)用價(jià)值。Ren 等[40]將殼聚糖和銅金屬有機(jī)骨架組成抗菌膜，應(yīng)用于抗菌和局部感染的治療。此外，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該抗菌膜能同時(shí)殺死細(xì)菌、促進(jìn)血管再生，從而提高了局部感染傷口的閉合率。這些結(jié)果突出顯示了殼聚糖復(fù)合物抗菌、促進(jìn)創(chuàng)面愈合的能力。氧療在治療糖尿病創(chuàng)面方面顯示了良好的效果，Patil等[41]以氟化甲基丙烯酰胺殼聚糖（MACF）制作水凝膠，在糖尿病小鼠創(chuàng)面模型上與AquaDerm 水凝膠輔料進(jìn)行比較。與MACF 充氧水凝膠片敷料（MACF+O）相比，AquaDerm 的創(chuàng)面封閉效果較差。組織學(xué)分析顯示，MACF+O 治療后膠原合成和新生血管增多，膠原含量和血管/ 毛細(xì)血管數(shù)量高于AquaDerm 組和未治療組。易喻等[42]制作了殼聚糖流體敷料膜，將其用于家兔傷口模型，發(fā)現(xiàn)該種流體膜9 min 內(nèi)成膜，并將沙雷菌溶液滴入敷料膜中，數(shù)天后發(fā)現(xiàn)敷料中無(wú)明顯沙雷菌生長(zhǎng)，說(shuō)明該種流體膜可抑制細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)傷口愈合。充分體現(xiàn)了該生物材料可促進(jìn)下肢潰瘍的愈合。

4.2 臨床應(yīng)用

關(guān)于殼聚糖復(fù)合物治療慢性潰瘍已有文獻(xiàn)報(bào)道。李陽(yáng)勇等[43]用殼聚糖傷口敷料治療下肢靜脈性潰瘍，選取117 例下肢靜脈性潰瘍患者，試驗(yàn)組59 例予殼聚糖對(duì)潰瘍進(jìn)行換藥治療，對(duì)照組58 例應(yīng)用凡士林紗布覆蓋。治療30 d 后，對(duì)兩組換藥次數(shù)、傷口愈合情況、愈合面積進(jìn)行比較。結(jié)果表明試驗(yàn)組傷口面積減少率高于對(duì)照組，且換藥次數(shù)優(yōu)于對(duì)照組。王瑞淑等[44]用殼聚糖復(fù)合藻酸鈣敷料治療糖尿病足慢性感染性潰瘍。隨機(jī)分為試驗(yàn)組與對(duì)照組。試驗(yàn)組應(yīng)用殼聚糖復(fù)合材料治療，對(duì)照組應(yīng)用單純?cè)逅徕}換藥治療。兩組進(jìn)行分析。結(jié)果表明試驗(yàn)組的創(chuàng)面愈合時(shí)間、創(chuàng)面干燥時(shí)間及創(chuàng)面感染控制時(shí)間均低于對(duì)照組。提示該復(fù)合材料用于糖尿病慢性感染性潰瘍的治療可有效控制感染，促進(jìn)創(chuàng)面愈合。Augustine 等[45]將靜電紡絲殼聚糖膜應(yīng)用于慢性傷口的治療，通過(guò)與傳統(tǒng)治療方法進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)該種新型敷料在滲出液吸收能力、抗菌活性等方面更優(yōu)，對(duì)于糖尿病和燒傷創(chuàng)面的治療具有一定作用。謝曉勇等[46]用殼聚糖敷料與聚維酮碘聯(lián)合使用治療燒傷患者，納入110 例進(jìn)行比較，試驗(yàn)組聯(lián)合用藥，對(duì)照組單用聚維酮碘，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組愈合速度更快且瘢痕形成更小。Yang 等[47]用殼聚糖納米銀顆粒聚電解質(zhì)水凝膠治療銅綠假單胞菌感染的的傷口，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該種新型敷料不僅能有效抑制銅綠假單胞菌活性，還能降低金黃色葡萄球菌的活性，促進(jìn)感染性傷口的愈合。Rao 等[48]用羧甲基殼聚糖聯(lián)合氧化鋅納米粒子制備新型敷料用于治療慢性感染性創(chuàng)面，結(jié)果表明該種納米顆粒對(duì)革蘭陽(yáng)性菌具有抗菌作用，還顯示出良好的止血特質(zhì)，有效加快了創(chuàng)面的愈合。以上臨床應(yīng)用均表明殼聚糖及其復(fù)合物對(duì)下肢慢性潰瘍創(chuàng)面有明確的促愈合作用。

5 結(jié) 論

綜上所述，殼聚糖及其復(fù)合物可由人工生產(chǎn)以來(lái)，在醫(yī)療行業(yè)中已被廣泛應(yīng)用[49]。相關(guān)研究表明，殼聚糖具有抑菌、止血、鎮(zhèn)痛、降糖、生物相容性和可降解性、免疫調(diào)節(jié)、藥物載體作用、誘導(dǎo)細(xì)胞增殖和組織修復(fù)等，而且其價(jià)格相對(duì)便宜，有充分的材料來(lái)源[50]，在治療慢性潰瘍方面具有獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。但殼聚糖目前大部分體外實(shí)驗(yàn)及臨床應(yīng)用均提示在治療糖尿病足潰瘍方面有良好應(yīng)用前景[51]，對(duì)其他下肢慢性潰瘍方面研究報(bào)道較少，其中缺血性潰瘍方面的相關(guān)研究鮮有報(bào)道，故尚需深入研究探討殼聚糖在缺血性潰瘍愈合的療效及其機(jī)制。