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【关键词】 海藻糖；临床应用；综述
海藻糖（Trehalose）是生物组织的非特异性天然保护剂，属于非渗透性低温保护剂，可使动植物和微生物等有机体在冷冻、高温、脱水、高渗透压及有毒试剂等环境中仍然能保持生命活力[1]。随着研究的逐步深入， 目前其已广泛应用于医学及生物学领域，有学者将其用于保存血小板、细胞、组织、器官并取得了显著的成果。本文主要就海藻糖的发展历史、生物学性质、几种保护机制假说，以及目前临床应用作一综述。
1 海藻糖的发展历史
海藻糖最初由WIGGERS等于1882 年从黑麦的麦角菌中分离出来，后来研究发现它是一种广泛存在于植物、细菌、真菌和无脊椎动物体内的非还原性的双糖。最初认为它只是作为一种碳源而被贮存, 后来发现海藻糖往往是在环境胁迫条件下产生, 含量可随外界环境条件的变化而变化, 是一种应激代谢物。同时，外源性的海藻糖对生物体及生物大分子的活性也有着良好的保护作用。这一特点引起了科学家的广泛兴趣，并将其应用于生物医学领域中。
2 海藻糖生物学性质
当生物体遭受饥饿、干燥、高温、低温冷冻、辐射、高渗、有毒试剂等不良环境的刺激时, 生物体内的海藻糖能对生物体及生物大分子的活性起到良好的保护作用。 20世纪90年代以来，海藻糖的研究成为世界各国科学家研究的热点,其原因不仅是因为海藻糖作为一种低聚糖具有其他低聚糖的特性，而且它还具有独特的生物活性，即对生物体和生物分子具有独特的非特异性保护作用。长年生活在沙漠地带的一些昆虫和植物，在中午的高温下几乎被干燥脱水，处在生理学上的假死状态，但一经降雨补充水分，数小时后就能复活。英国剑桥大学的学者对这些隐生生物的研究表明，这种复活现象是由于其体内存在高浓度的海藻糖[3]。大量的研究表明，许多生物在胁迫环境下表现出的抗逆耐受力与体内的海藻糖含量有直接的关系，酵母在脱去90%水分复水后仍能复活，长期饥饿条件下酵母的存活率依赖于体内海藻糖的含量[45]。海藻糖是一种对于环境变化形成的应激状态具有高抗性的物质，是生物体内的一种典型的应激代谢物。最新的研究表明，外源性的海藻糖也具有良好的非特异性保护作用，因此有人把海藻糖称为“生命之糖”[5]。
3 海藻糖的作用机制假说
海藻糖对细胞、组织、器官的保护机制是科学家研究的热点，但是对于海藻糖的作用机制目前还没有一个较为统一的解释，目前主要有以下3种假说。
3.1 “水替代”假说
海藻糖能与生物分子形成氢键，代替空间结构必需的水分子。即生物体内的蛋白质、核酸、糖类、脂质类及其他生物大分子周围均包着一层水膜，这层水膜是维持生物大分子结构、功能必不可少的物质基础，当生物大分子在干燥、冷冻等条件下失去水膜时，海藻糖分子能在失水部位与生物大分子以氢键连接，形成一层保护膜代替失去的结构水膜，而不至于使生物分子丧失活性。
3.2 “玻璃态”假说
海藻糖的高效生物保护作用与其玻璃态形成有关。海藻糖水溶液干燥时黏度随浓度的增加而增大，当达到一定浓度但未结晶时，其水溶液就会玻璃化，这种状态称为玻璃态。“玻璃态”假说认为，当生物成分干燥时，海藻糖紧密地包住相邻的分子，形成一种在结构上与玻璃状的冰类似的碳水化合物玻璃体，其扩散系数很低，分子运动和分子变性非常微弱，从而使生物分子能够维持一定的空间结构。海藻糖的这种生物学性质已经应用于血小板的冻干保存[2]。
3.3 “优先排阻”假说
海藻糖等小分子糖类不直接与蛋白质空间结构相互作用，而是优先与蛋白质表面的水分子结合，使蛋白质的溶剂化层半径减小，分子结构更紧密，构象更稳定，有利于抵御外界极端环境的影响。该假说可解释溶液中海藻糖对生物分子的稳定作用，同时海藻糖水合体积为蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖的2.5倍，在溶液中可结合更多的水分子，很好地解释了海藻糖保护生物分子的效果优于其他低聚糖的原因。
4 海藻糖的临床应用
4.1 在细胞保存中的应用
玻璃化冻存是用高浓度且低毒的多种冷冻保护剂的协同效应使细胞脱水到合适程度，然后通过快速降温（常常会超过1 500 ℃/min），使含高含量防冻剂的液体黏滞度升高，液体分子的弥散运动被抑制，液体固化为一种类似于玻璃的非晶体状态[6]。但是，玻璃化冷冻在避免冰晶形成的同时，有潜在增强化学毒性的趋势。这主要是由于高含量冷冻保护剂具有毒性作用。因此，选择低毒、高渗透性的冷冻保护剂组合是其关键。海藻糖可以形成玻璃态，并且美国食品和药品管理局以及欧洲管理机构都已经把海藻糖列为安全的食物成分[7]。
周新丽等[8]通过液相内吞途径将海藻糖载入人血小板内，同时采用牛血清清蛋白和海藻糖作为细胞外保护剂，实验分为未孵化组和孵化组，各组又分为给予和不给予细胞外保护剂海藻糖，结果显示，冻干保存1 d和保存40 d的血小板在复水后，有细胞外保护剂组的血小板数值恢复率明显高于无细胞外保护剂组，同时随着保存时间的延长，有细胞外保护剂组的血小板仍保持较高的数值恢复率。说明细胞内海藻糖对血小板存活率有益但是影响不大，细胞外海藻糖的保护作用则非常明显，冻干血小板的活性主要依靠细胞外保护剂提供的保护作用而得以保存，细胞内海藻糖只起到有益的补充作用。与WOLKERS等[9]的观点一致。
4.2 在组织保存中的应用
细胞干燥保存的研究报道较多，组织器官是否适用于干燥保存有待研究。杨维等[10]使用海藻糖冷冻干燥保存大鼠皮肤，同时探讨了海藻糖载入大鼠皮肤的最佳条件，结果显示，海藻糖可以作为干燥保护剂用于大鼠皮肤冷冻干燥保存，载入最佳条件是海藻糖浓度为800 mmol/L，孵育温度为37 ℃，孵育时间为7 h。贾晓明等[11]将新鲜成人皮肤组织分为新鲜对照组、海藻糖二甲基亚砜组、二甲基亚砜丙二醇组、二甲基亚砜无血清角质细胞培养基组和DMEM组，各组均置于-196 ℃液氮中储存14 d后复温进行实验，采用皮肤内琥珀酸脱氢酶定量测定法检测不同保护剂冻存7 d和14 d皮肤活力，结果显示，冻存7 d时海藻糖二甲基亚砜组、二甲基亚砜丙二醇组、二甲基亚砜无血清角质细胞培养基组与新鲜对照组皮肤活力无明显差别；但是在保存14 d后，海藻糖二甲基亚砜组皮片活力明显优于二甲基亚砜丙二醇组、二甲基亚砜无血清角质细胞培养基组，说明随时间延长，海藻糖对皮肤的保护效果优于传统低温保护剂二甲基亚砜。
在胚胎冷冻过程中，蔗糖一直是细胞外液玻璃化抗冻剂，金花子等[12]分别使用海藻糖和蔗糖保存兔子胚胎，结果显示，用0.5 mol/L海藻糖处理的胚胎存活率显著高于0.5 mol/L蔗糖处理组。
4.3 在器官保存中的应用
肺间质纤维化是一种肺特异性疾病，病因尚不清楚，近年来，其发病率和死亡率逐年递增，探索有效治疗肺间质纤维化的药物实有必要。秦华等[13]应用博来霉素诱导大鼠肺间质纤维化，通过测定羟脯氨酸含量观察海藻糖对肺间质纤维化的干预作用，结果显示，海藻糖能抑制羟脯氨酸的合成，减少肺胶原的产生，对博来霉素诱导的大鼠肺纤维化形成有抑制作用。同时有文献报道，合用海藻糖和DMSO保存效果更好，即非渗透性保护剂与渗透性保护剂联合使用保护细胞效果更好[14]。齐战等[15]采用免疫组化方法检测细胞凋亡基因Bax和Bcl2,探讨海藻糖对气管深低温保存的保护作用，结果显示，海藻糖和DMSO合用保存效果优于单用海藻糖和单用DMSO组，这与EROGLU等[16]用海藻糖保存大鼠卵母细胞实验结果相似。Bax是促进细胞凋亡的因子，说明海藻糖可以抑制细胞凋亡，同时海藻糖与DMSO合用，效果优于单用海藻糖和单用DMSO，这也与盛存见等[17]用海藻糖保存同种带瓣大动脉的结果一致。
4.4 在保护生物制品中的应用
海藻糖不仅可以用来保存细胞、组织、器官，还可以保护许多生物制品，如生物分子、细胞膜和细胞器等。
凋亡因子中Bcl2家族蛋白具有规律地调控线粒体外层膜的屏障功能作用，控制着从膜间隙进入细胞质的凋亡前体蛋白。YAMAQUCHI 等[18]研究显示，加入海藻糖的缓冲液较传统的缓冲液蔗糖和甘露醇，能更好地保持线粒体外膜的完整，并能很好地发挥Bcl2凋亡蛋白家族的作用和保护细胞内的超微结构，这将为以后研究依靠细胞膜完整才能进行的细胞凋亡提供便利。
目前，多数国家采用CPDA (枸橼酸、磷酸盐、葡萄糖、腺嘌呤)保存液保存血液。血液保存方法近几年也在不断探索，高勇等[19]在CPDA保养液的基础上加入一定浓度的海藻糖保护红细胞中的ATP酶，结果显示，红细胞的ATP酶保活率显著高于未加入海藻糖的CPDA保养液，并且最佳海藻糖浓度是0.15～0.20 mol/L。在体外保存时,红细胞生存依赖于ATP提供能量,ATP酶活性下降,使ATP能量释放减少,则影响细胞正常代谢。因此,在CPDA保养液基础上加入海藻糖能维持ATP酶活性,有利于红细胞保存。
4.5 海藻糖其他作用
4.5.1 抗肿瘤作用
肿瘤一直困扰着人类的生命，特别是恶性肿瘤，广大医疗工作者对其进行了大量的研究，发现了许多抗肿瘤药物，海藻糖最近也成为了抗肿瘤药物研究的一个热点，并且取得了一定的成就。嵇蓉等[20]利用海藻硫酸多糖蛋白复合物诱导人肝癌细胞凋亡研究其对肿瘤的作用，结果显示诱导凋亡可能是通过Caspase3的异常表达来实现的。
4.5.2 保存疫苗
RNA复制子是一种潜在的疫苗运载工具，但是它在应用中却很不稳定，于是保护RNA的稳定性就成了关键性问题。JONES等[21]研究编码肝炎病毒C的RNA复制子时，在液氮中冻存10个月后，蒸馏水保存组的RNA恢复率、完整性和功能均不如蒸馏水中加入海藻糖的保护剂组，并且海藻糖保存组的稳定性更好，这为以后疫苗的保存提供了一条新的思路。
综上所述，海藻糖在细胞、组织、器官保存中已取得了重要成果。非渗透性保护剂海藻糖和渗透性保护剂DMSO联合应用较单用DMSO有明显优势，相信在不久的将来或许可以代替单用DMSO作为保护剂。但是，海藻糖的具体作用机制还没有完全阐明，仅仅提出来几种假说，加大海藻糖的研究力度，尤其是分子生物学方面的研究，很有必要。
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