国家“九五”攻关科技成果（96-C03-01-01）壳寡糖产业化可行性报告中国科学院大连化学物理研究所天然产物与糖工程课题组2001年7月壳寡糖产业化可行性报告第一部分：项目背景及进展该课题是国家科技部“九五”攻关项目，于2000年8月通过由中国科学院组织的专家鉴定，该项工艺是首次利用酶工程、生化反应分离耦合技术和纳米滤膜浓缩和纯化技术制备低聚氨基葡萄糖，经查新，国内外未见报道。

首次开发出低聚氨基葡萄糖保健食品和生物农药，同时研制开发的奥利奇善胶囊获得卫生部保健食品证书，中科6号（好普）生物农药获农业部农药检定所新农药登记证书。

并率先实现了低聚氨基葡萄糖生物农药的产业化及在植物病害防治方面的应用，达到了国际领先水平。

（意见详见成果鉴定证书）。

（一）项目的意义和必要性由于我国保护知识产权法律的制定与实施，以及加入WTO日趋临近，研制创新药物是十分迫切的任务，需要下大力气研究开发具有我国自主知识产权的新型药物。

开发治疗重大疾病的药物，关键在于发现具有生物活性的化合物或优秀的先导化合物，然后进行结构改造和优化，选择适宜的加工技术和产业化工程，进而开发出创新药物。

我国具有丰富的生物资源和天然药物宝库，从生物资源中寻找新型先导化合物和创制新药，利用生物加工技术开发和利用我国的生物资源，从而促进生物来源药物生产的高技术化。

继基因工程、蛋白质工程之后，糖工程已成为最引人注目的生物技术新领域。

近年来的研究表明，无论是在基本的生命过程中，如受精、发生、发育、分化、神经系统、免疫系统恒态维持方面，还是在疾病的发生、发展中，如炎症及自身免疫疾病、老化、癌细胞异常增生及转移、病原菌感染等过程中，都涉及寡糖链的参与。

以寡糖片段干扰疾病的发生、发展以及致病菌的侵染，将是从病理上的根治与预防。

因此，通过多糖降解、化学合成、转化及分子修饰等手段寻找具有生理活性的天然寡糖药物已成为国际上寡糖药物开发的热点，利用该技术开发寡糖类新型药物对人类健康意义重大。

地球上两大生物群体，即细胞壁中具有甲壳质的生物和具有纤维素的生物,具有甲壳质的生物进化为菌类、节足动物，具有纤维素的生物则进化为植物和脊椎动物。

两大生物群体彼此互相攻击、防卫，又相互利用、依存，以维持自己的生命，形成食物链。

在一个多世纪前就发现了甲壳质，但它的优异功能只是在近40年，特别是近十年才被人们逐步认识，已形成了一门新兴学科—甲壳质化学。

几丁质又名甲壳质，存在于昆虫、甲壳类动物外骨骼和真菌细胞壁及一些绿藻中，它是由N-乙酰氨基葡萄糖聚合而成的多糖。

几丁质在自然界中每年生成量约有100亿吨，其中10%来源于海洋，产量仅次于与之结构相似的纤维素，是自然界第二大类的有机物质。

几丁质和壳聚糖的研究利用已引起国外许多国家政府、企业及学者的重视。

除了糖、蛋白质、脂肪、维生素与矿物质外，甲壳质被誉为人体所必需的第六生命要素。

甲壳素经过胃酸、人体溶菌酶（Lyozyme)、甲壳酶（chitinase）、脱乙酰酶（deacylase）、壳聚糖酶（chitosanase）等作用，经转化、降解成低分子物质，才能被人体吸收。

其主要的活性分子——壳寡糖和几丁寡糖在抑制癌细胞、抑制癌细胞转移、抑制癌毒素的作用中扮演着重要的角色。

而壳寡糖又是一种先导化合物，对其进行的化学修饰又可形成多种药物活性的新药如低分子肝素等。

此外壳寡糖具有抗炎止痛，促进伤口愈合功能；调节肠道菌群等多种功效。

寡糖抗癌、抗炎药物已成为国际上研究开发的热点。

也将带来一场商业竞争大战。

中国进入WTO 后，该类药物也将会在几年时间内大量涌入我国。

在农业生产中，对多种蔬菜、水果的病害，特别是病毒病防效显著，已获得大量的田间应用实验结果，同时壳寡糖还具有促生长、增产及保鲜功能。

寡糖生物农药的开发应用中国目前暂处领先位臵；在畜牧养殖业上应用壳寡糖，可提高动物的抗病能力，减少抗生素的使用，是新型的一类寡糖工程产品，国际上已开始应用于饲料及饵料添加剂中，目前国外的寡糖饲料添加剂刚刚进入中国。

壳寡糖及几丁寡糖的制备及其糖生物学研究已成为目前国家上甲壳素研究开发的热点。

中国具有丰富的壳寡糖生产的原料自然资源，是甲壳质类产品的大国，目前每年生产量约为2000—3000吨。

而该类产品多是将虾蟹壳经强酸、强碱处理除蛋白、脱钙后及脱乙酰化处理后得到。

形成一定程度的环境污染。

而我国目前甲壳素的深加工产品很少，多数是以原料的形式出口，经过国外深加工后返销中国，因此急需发展具有我国自主知识产权的甲壳素深加工技术，加速壳寡糖开发应用研究。

对人类健康、经济和社会发展以及环境的改善具有重要意义。

（二）国内外研究进展及趋势近10年来生物技术制药越来越被人们所重视，医药生物技术产品产业化进程突飞猛进。

采用生物转化等手段加工天然药物，从天然生物资源中发现先导化合物和新药物是总趋势，也是我国中药现代化、规模化、标准化的迫切任务。

寡糖药物是糖工程发展的重点之一。

1990年11月第一次在人体中确证了寡糖SLe x 的生理功能，这一发现引发了一场制备抗炎药物的大竞赛，目前正在进行临床试验的寡糖药物有靶向肺炎、腹泻致病菌的NE1530和NE1340，靶向幽门螺旋杆菌的NE0080，抗HIV-I病毒的寡糖衍生物以及抗寡糖肿瘤疫苗。

最近通过大量筛选，在上千种化学合成和天然来源的化合物中筛选到几种SLe x糖链类似物，发现其中效果最好的是甘草素，可用于封闭血管内皮细胞表面E-selectin，从而达到抗炎及抗癌细胞转移的目的。

甘草素来源于中药甘草，尽管中国人早就知道甘草有抗炎效果，但并不清楚其治疗机理。

这一发现充分证明：寡糖药物的研究开发有助于阐明中药治病的某些机制、为中药实现现代化作出贡献。

寡糖药物的开发在西方发达国家受到高度重视。

目前大多数寡糖药物正处于临床前或临床试验阶段。

日本则于1991年实施了一项投资数百亿日元、为期15年的“糖工程前沿计划”，开展糖生物学基础与应用研究。

欧盟94年启动“欧洲糖研究开发网络”，目的是协调欧洲各国的糖研究与开发，以强化欧洲在糖的基础研究及将研究成果转化为商品方面与美国和日本竞争的能力。

这些研究计划的显著特点表现为在内容上基础研究和应用研究并重、方法学研究和有重要意义的目标物合成的研究同时进行。

在甲壳素研究方面日本出上亿日圆巨资由13所大学联合研究开发，现已开发多种壳聚糖产品，部分已进入中国市场，对寡糖的制备及其新药的研究开发一直在进行之中。

欧美近年也加快了甲壳素的研究开发进度。

甲壳素国际学术会议频繁举行。

最新研究表明甲壳素/壳聚糖的寡糖具有抗肿瘤和抑制肿瘤转移的生理功能以及增强机体免疫力的作用，机理主要是提高巨噬细胞活性，能将ALK细胞功能提高3倍，提高NK细胞的活性4.5倍，并可附着在血管细胞表面，达到抑制癌细胞转移。

聚合度为4－7的几丁寡糖对BALB/c白鼠的腹膜渗出液的细胞具有强烈反应，几丁六糖和壳六糖对Sarcima-180、MM-46、Meth-A等瘤细胞的生长有完全的抑制效果；当Lewis肺癌静脉注入到小白鼠体中，几丁六糖具有抑制癌细胞转移效果。

六糖使携带肿瘤的小白鼠对绿脓杆菌、白假丝酵母等感染有防治作用。

几丁六糖达到100mg/kg体重时无毒性、无变异性和无热原性，并且增加活体巨噬细胞释放白细胞素，因此对细胞分裂具有调节作用。

而对于其进一步的作用机理目前国内外尚不清楚。

壳寡糖制备技术国际上研究进展●化学法1957年， Horowitz 等用浓盐酸部分水解壳聚糖，用Dowex-50阳离子交换柱色谱精制得到单糖到五糖，但是单糖含量很高，寡糖低，并且需要大量的离子交换树脂。

水解过程中，壳聚糖比几丁质易溶于稀酸，使壳聚糖的酸水解较为困难，要强化水解条件。

最近有报道用离子交换色谱，盐酸浓度梯度洗脱寡糖。

还有用双氧水或过硼酸钠降解壳聚糖制备壳寡糖，但是制备较繁琐，得到主要是四糖以下的产品。

●专一性酶降解法壳聚糖酶广泛分布于细菌和真菌中，其主要作用于β-1,4葡萄糖胺糖苷键。

从Bacillus sp.No. 7-M来的壳聚糖酶只切断GLCN-GLCN,而从Bacillus pumilus BN-262 来的壳聚糖酶切断GLCNAC-GLCN及GLCN-GLCN，从Streptomyces griseus HUT 6037来的壳聚糖酶切断GLCN-GLCNAC 和GLCN-GLCN。

壳聚糖酶降解部分脱乙酰度的壳聚糖都得到杂寡糖。

Bacillus R-4 生产的壳聚糖酶降解脱乙酰度为80%及100%的壳聚糖，发现对脱乙酰度为100%的壳聚糖，6小时可生成二到六糖，48小时得到主要是二到四糖，并且得到较高的收率。

Izumi等用Bacillus sp.No. 7-M生产的壳聚糖酶，降解部分乙酰化的壳聚糖，后用离子交换树脂分离，获得二到五糖，其中三、四糖含量非常高，收率高达为60%。

如用精制的壳聚糖酶可以得到少量的六、七糖。

Sei-ichi Aiba利用溶菌酶降解部分乙酰化的壳聚糖，得到主要是四糖以下的产物。

聚合度高的寡糖难以获得。

非专一性酶降解法从纤维素与壳聚糖的结构相似得到启示，研究发现纤维素酶可以降解壳聚糖。

迄今为止，已发现有37种各类水解酶如蛋白酶、脂肪酶、糖苷酶等对壳聚糖都有降解效果。

从作用效果及酶的来源分析，如此广泛的酶似乎不存在共同的催化基团，其具体的降解机制尚未能得到解释。

从降解情况可以得到酶降解过程中的几个共同特点：水解初期，溶液粘度迅速下降，说明酶以内切方式作用；反应不遵循米氏方程，无论提高酶浓度还是底物浓度都可能提高反应速度。

由于非专一性酶降解速度快，这也是生产寡糖的一条途径。

几丁质与壳聚糖的寡糖具有多种生理功能，将在食品、化妆品、抗癌药物、生物农药、诊断试剂等方面得到广泛的应用。

酶法制备寡糖优于化学法，因为化学反应条件十分苛刻，不易控制，且后处理繁琐。

酶法降解的几种方法各有所长，对这几种方法进行深入的研究，将会实现大规模生产几丁质和壳聚糖的寡糖的目的。

我国在此方面也取得一定的研究成果，在科技部“九五”攻关及863等项目的支持下，在国际上中国科学院大连化学物理研究所首次报道并采用酶反应分离耦合技术制备壳寡糖，研制开发成功第一个壳寡糖生物农药，同时成功地研制出具有抗癌活性的壳寡糖保健食品——“奥利奇善胶囊”。

（三）市场需求医药生物技术产品发展迅速，据统计，1998年美国已有58种产品被FDA批准上市。

1997年全球生物技术医药产品销售额只有100亿美元左右，预计到了2000年，生物技术医药产品销售额可达到250～500亿美元，且呈明显增长趋势。

美国Plan A咨询公司1992年提交了“Strategies in Carbohydrate Drugs 1992-2000”的谘询报告，指出在癌症、自身免疫疾病、感染和心血管病的治疗诊断中糖药物将会占有很大比例，预计到2000年仅在美国就会有37亿美元的寡糖药物市场。