透明质酸及其发酵概述

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1、透明质酸及其发酵生产概述郭学平王春喜凌沛学张天民透明质酸(hyaluronicacid，HA)，又名玻璃酸，是一种酸性黏多糖，1934[1]年美国Meyer等首先从牛眼玻璃体中分离出该物质。此后，人们对HA的分布、生理作用、化学结构、理化性质、制备工艺及其在医疗和化妆品方面的应用进行了广泛深入地研究。我国从80年代开始研究HA的分离纯化制备工[2~5][6]艺和临床应用，90年代初已有HA制剂作为新药上市，生产方法由提取[7]法发展到微生物发酵法。1自然存在及生理作用HA广泛存在于动物的各种组织细胞间质中，如皮肤、脐带、关节滑液、软

2、骨、眼玻璃体、鸡冠、鸡胚、卵细胞、血管壁等．其中以人脐带、公鸡冠、关节滑液和眼玻璃体含量较高．早期HA主要从人脐带和鸡冠中提取制备。HA是链球菌、绿脓杆菌等类的菌株荚膜中的主要成分，这就是发酵法生产HA的微生物学基础。在不同组织中HA的生理作用也有所不同：在皮肤中主要表现为保水作用，在关节滑液中主要为润滑作用;在血管壁中主要是调节通透性。另外HA作为聚阴离子电解质，分子上所带的大量负电荷，可调节周围正负离子的浓度，抑制多种酶的活性。2化学结构及理化性质HA是由(1→3)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖-(1→4)-O-β-D

3、-葡糖醛酸双糖重复单位所组成的直链多聚糖，见图1。HA的结构非常规则，相同的双糖单位为HA的基本结构单元，不同动物组织和细菌来源的HA无种属差异。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com对人类及动物无抗原性。HA分子链的长度及分子量是不均一的．分子量范围56为2×10~70×10，双糖单位数为300~11000对，属于生物大分子。商品HA一般为钠盐形式．为白色纤维状或粉末状固体，有较强的吸湿性，溶于水，565不溶于有机溶剂，医用级分子量为10×10～25×10，化妆

4、品级为5×10～61.5×10。图1HA的化学结构HA水溶液最突出的特点是高黏度，这是由其结构所决定的：一是具有很长的线性分子链；再是分子链上等距离的葡糖醛酸上的羧基所带的负电荷相互排斥，使分子接呈伸展状态，占据较大的空间，而不卷缩成一团。即使在较低浓度下，分子间也有强烈的相互作用，因此具有很高的黏度，同时具有很好的润滑作用。HA在水溶液中分子链之间形成疏松的网状结构，能够结合保持大量的水，即具有较强的保水作用。HA在临床和化妆护肤方面的应用正是基于其高黏度和保水性质。阳离子可降低HA溶液的黏度，离子强度越高，黏度下降越多，二价阳3

5、+离子的作用大于一价阳离子。某些三价阳离子，如Fe可使HA分子间发生交联，其溶液呈凝胶状，黏度大大增加。多种物理和化学因素如酸碱性、温度、透明质酸酶、紫外线、γ射线等，可使HA大分子降解，导致黏度下降。在HA及其制剂的生产中，应尽量减少分子链的降解，保持其大分子特性。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com3HA的生产方法HA最初是从公鸡冠、人脐带、动物眼球中提取的，这些动物原料的数量有限，成本较高。随着HA的应用范围不断扩大，提取法生产的HA已不能满足医药和化妆品

6、生产的需要。为了寻找HA的新来源，降低生产成本，研究[8]了发酵法生产HA。[9]早在1937年，Kendall等就发现链球菌可产生HA，许多人对此进行了研究。结果表明，链球菌属的多种细茵都有荚膜，这种荚膜的主要成分就是HA。链球菌在生长过程中荚膜的产生有几种不同的情况，有的菌株在整个生长期都有荚膜，有的在对数生长期的前段产生、后段消失，有的根本不产荚膜。进一步的研究发现这与所用的菌种是否产生透明质酸酶有关，荚膜的消失是由于被酶解了。透明质酸酶的产生对HA的发酵是非常不利的。有观点认为有荚膜的链球菌就不产透明质酸酶，产透明质酸酶的菌

7、种就不产荚膜；也有研究发现产荚膜的链球菌也产生透明质酸酶，荚膜的有无是HA生物合[10]成与酶解的动态平衡的结果。早期对链球菌产生HA的研究，是为了说明链球菌的这一特性以及由HA组成的荚膜的作用等，而不是以发酵生产HA为目的，收率在每升培养液0.6g以下。工业化生产水平的HA发酵是日本资生堂开始研究的，他们借鉴前人对某些链球菌产生HA这一重要发现，利用现代发酵技术和设备，以提高HA产率为目的，对发酵生产HA进行了较全面地研究。之后日本的许多公司和研究机构相继开展HA发酵研究，HA的发酵水平从2～4g/L，提高到6～7g/L。80年代

8、中期，日本已有发酵生产的HA上市，价格大大低于从动物原料提取的产品。提取法和发酵法生产HA的比较见表1。发酵法生产HA比提取法有PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.co