氨基葡萄糖(天然的氨基单糖)

氨基葡萄糖(Glucosamine),又称氨基葡糖、葡萄糖胺或葡糖胺,是一种天然的氨基单糖,由葡萄糖的一个羟基被氨基取代而形成,化学名称为2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖,化学式C6H13NO5,分子量179.17,是关节软骨合成蛋白聚糖必需的氨基糖类单糖。在自然界中,广泛存在于细菌、酵母、真菌、甲壳类生物、植物和动物体内。氨基葡萄糖是针状结晶,有α、β两种构型,α型氨基葡萄糖熔点88℃,β型熔点110℃(分解),溶于水。

氨基葡萄糖在中国作为非处方药出售,而在北美则被当做饮食补充的“营养品”。国际市场上有硫酸盐、盐酸盐、N-乙酰氨基葡萄糖等多种配方,而目前中国市场只有前两种。

生产氨基葡萄糖的方法主要有3种,即酸水解法、酶解法及微生物发酵法。氨基葡萄糖虽然在治疗骨关节炎的效果中存在争议,但已有国家已经批准其作为治疗原发性及继发性骨关节炎的药物;同时,氨基葡萄糖也是合成农药OS-施特灵的主要原料之一,也是动物饲料的主要原料之一,且在保健品领域也发挥着一定作用。

发现历史

1823年法国科学家欧吉尔(odier)在甲壳动物外壳中提取了一种物质,命名为氨基葡萄糖(chitin),希腊语原意为“外壳”“信封”的意思。

1876年德国外科医师兼药剂学家格奥尔格·莱德豪斯(Georg Ledderhose)第一个从甲壳素的水解产物中分离出氨基葡萄糖,但是直到1939年诺贝尔化学奖年得主沃尔特·霍沃思才确定氨基葡萄糖的立体结构。

从1823年发现氨糖到1910年期间,全世界仅有20篇论文发表。这一时期,纤维和淀粉的研究及生产比较受重视,而氨基葡萄糖并未受到重视。

1926年至1949年每年有3~7篇文章发表,是氨基葡萄糖的初步发展阶段。在此期间,苏联和日本分别加大了对氨基葡萄糖的研究。

20世纪70年代至90年代,氨基葡萄糖的研究重心转到了日本。1968年,日本水产株式会社建立了第一个甲壳质实验加工厂,后发展到有60余家公司和科研单位从事这方面的研究与开发应用工作。

20世纪90年代以后,氨基葡萄糖的研究、应用取得蓬勃发展。托希德(Towheed)等人在2005年写出了第一篇氨基葡萄糖治疗骨关节炎的综述。他们的研究分析了20例随机对照实验,发现氨基葡萄糖减轻关节痛效果显著。

应用领域

治疗骨关节炎

国际市场上有硫酸盐、盐酸盐、N-乙酰氨基葡萄糖等多种配方,而目前中国市场只有前两种。文献资料显示,氨基葡萄糖的硫酸盐和盐酸盐对骨关节炎的临床疗效相当,可用于治疗原发性及继发性骨关节炎。氨基葡萄糖不仅对骨关节炎具有症状改善作用,而且还具有改善结构和控制病情的功能。氨基葡萄糖用于治疗骨关节炎的作用也存在一定争议,有些研究显示氨基葡萄糖没有效果。氨基葡萄糖对重度膝骨关节炎或其它部位骨关节炎的获益尚不清楚。美国和加拿大市场未将其作为药物,只批准了氨基葡萄糖作为膳食补充剂销售。

保健品领域

氨基葡萄糖是美国十分畅销的一种保健产品。美国所做动物试验及临床研究证实,氨基葡萄糖类产品确实可增强软骨组织,故可治疗风湿性关节炎及其他骨关节炎疾病。据统计,在美国和加拿大至少有500万600万人患有各种关节炎症性疾病,葡糖胺与硫酸软骨素作为关节炎辅助治疗剂被广泛使用,且两者对人体均无毒性也不会引起蓄积性中毒。虽然葡糖胺与硫酸软骨素(亦为多糖类)至今在北美市场上仍只能以“膳食补充剂”名义销售,实际上它们相当于关节炎治疗药。据了解,在美国市场上含有葡糖胺的保健品至少有一二十种且销售情况普遍较好。

制造农药

以氨基葡萄糖(GIcN) 为原料,通过β-1,4 糖苷键连接产生的低聚氨基葡萄糖,是一种低毒杀菌剂,可对多种病原菌的生长产生抑制作用,如影响真菌孢子萌发、诱发菌丝形态发生变异、使菌丝细胞内的生化反应发生改变等。如农药OS-施特灵。

饲料原料

氨基葡萄糖是人体关节软骨基质中合成蛋白聚糖所必需的重要成分,是形成软骨细胞的重要营养素,也是健康关节软骨的天然组织成分。氨基葡萄糖作为一种饲料原料用于水产和蛋鸡的生产中,可提高鱼虾的抗病毒抗菌能力、抗应激能力及提高蛋鸡的采食量和产蛋率。

药理机制

氨基葡萄糖是天然的氨基单糖,是人体关节软骨基质中合成蛋白聚糖所必需的重要成分。氨基葡萄糖可改善关节软骨的代谢,有利于关节软骨的修复,有抗炎镇痛作用,可缓解骨性关节炎的疼症状,改善关节功能,阻止骨关节炎病程的发展。

氨基葡萄糖治疗骨关节炎的作用机制如下:

(1)氨基葡萄糖可以抑制骨关节炎炎症病理进程。骨关节炎虽然不是一种全身的炎症性疾病,但在发展的过程中促炎性基因及其产物在关节软骨中的超诱导,可导致软骨基质降解,促使骨关节的结构破坏。IL-1β就是其中很重要的一种促炎症细胞因子,它可以通过一系列级联反应引起关节软骨的破坏和炎症反应。氨基葡萄糖可以抑制IL-1β的活性,其作用机制可能有两个:①促进非活性的IL-1受体Ⅱ(IL-1RⅡ)的表达,让IL-1RⅡ与IL-1结合,使之不能触发信号传导产生炎性效应,从而竞争性地抑制IL-1β;②抑制IL-1在软骨细胞内的信号途径,特别是抑制核因子-κ B(NF-κ B)的活性。

(2)氨基葡萄糖还可以作为底物参与蛋白多糖的合成。正常时,在谷氨酰胺的参与下,软骨细胞利用葡萄糖合成氨基葡萄糖,进一步合成蛋白多糖。骨关节炎时,软骨细胞得到的葡萄糖减少;给予氨基葡萄糖,就可以作为软骨细胞的底物,通过另外一个代谢途径合成蛋白多糖,组成关节软骨基质的一部分。硫酸氨基葡萄糖产生的无机硫酸基团还可以控制软骨葡萄糖胺聚糖和蛋白多糖合成的速度,服用硫酸氨基葡萄糖可以使它们的血浆浓度升高。

(3)骨关节炎的基质蛋白降解严重,这是由于金属蛋白酶被激活,蛋白多糖降解增加所致。硫酸氨基葡萄糖可以调节胶原酶的活性,还可以通过减少降解,促进合成而恢复葡萄糖胺聚糖的代谢失衡。尽管作用机制尚不明确,但有研究表明,NF-κ B的活性对MMP-1和MMP-3的增量调节是必须的,硫酸氨基葡萄糖可能通过抑制NF-κ B的激活而减少对关节软骨的损害。

药代动力学

硫酸氨基葡萄糖和盐酸氨基葡萄糖均为稳定的化合物。口服后90%被吸收,通过生物屏障迅速弥散到血液,并分布到组织和器官,尤其对关节软骨有亲和性,可弥散到关节软骨基质,达到软骨细胞。血浆蛋白结合率低于10%。口服后4小时血药浓度达峰值。半衰期为18小时。70%以上的氨基葡萄糖经肝脏代谢为较小的分子,最终成二氧化碳、水和尿素。口服量的10%从尿排泄,只有11%的药物以原形从粪便排出,其余大部分以二氧化碳形式从呼气排出。

风险与禁忌

不良反应

轻度的胃肠不适,如恶心、便秘、腹胀、腹痛和腹泻;轻度的头痛、乏力和困倦,偶见轻度嗜睡;有些患者可能出现过敏反应,包括皮疹、瘙痒和皮肤红斑。此外,有引起视觉障碍、脱发、支气管哮喘和血糖升高的报道。

药物相互作用

1.该品可增加四环素类药物在胃肠道的吸收,减少口服青霉素或氯霉素的吸收。

2.同时服用非甾体抗炎药的患者可能需降低本品的服用剂量,或降低非甾体抗炎药的服用剂量。

3.该品与利尿药可能存在相互作用,两药同时服用时可能需增加利尿药的服用剂量。

4.如与其他药物同时使用可能会发生药物相互作用,详情请咨询医师或药师。

禁忌症

孕妇和哺乳期妇女禁用。对硫酸氨基葡萄糖、盐酸氨基葡萄糖或其任何辅料过敏的患者禁用。

注意事项

1.氨基葡萄糖宜在进餐时或餐后服用,可减少胃肠道不适,特别是有胃溃疡的患者。

2.严重肝、肾功能不全者慎用。

3.由于缺乏18岁以下儿童及青少年安全性与有效性的数据,故氨基葡萄糖不应用于此类人群的治疗。

4.氨基葡萄糖有引起血糖或血脂升高的报道,有糖尿病或心血管疾病风险的患者,在医师指导下使用,并建议对血糖或血脂进行监测。

5.观察到哮喘患者开始氨基葡萄糖治疗后会引起哮喘症状恶化(当停止氨基葡萄糖给药后,上述状况消退),因此,初始使用氨基葡萄糖治疗的哮喘患者出现上述症状应及时停药并就医。

6.用药1个疗程后,症状未缓解,请咨询医师或药师。 如有必要延长用药时间,应在医师指导下用药。

7.对氨基葡萄糖过敏者禁用,过敏体质者慎用。

8.氨基葡萄糖性状发生改变时禁止使用。

9.应将氨基葡萄糖放在儿童接触不到的地方。

10.如正在使用其他药品,使用氨基葡萄糖前请咨询医师或药师。

理化性质

物理性质

氨基葡萄糖,又称氨基葡糖、葡萄糖胺或葡糖胺,化学名称为2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖,化学式C6H13NO5,分子量179.17;针状结晶,有α、β两种构型,α型氨基葡萄糖熔点88℃,比旋光度+47.5°(水);β型熔点110℃(分解),比旋光度也是+47.5°(水),溶于水。

化学性质

氨基葡萄糖常见的制剂为氨基葡萄糖盐酸盐或氨基葡萄糖硫酸盐。它是一种氨基糖,由动物细胞用葡萄糖和谷氨酰胺在体内合成。在碱性溶液中氨基葡萄糖与乙酰丙酮于100℃下作用形成有色物质,此有色物质在酸性条件下用二甲基氨基苯甲醛处理可呈现红色,在530nm处有吸收。也可以利用这个原理来进行氨基葡萄糖的检测。

自然来源

氨基葡萄糖广泛存在于真菌细胞壁和虾蟹的外骨骼中,是甲壳素和壳聚糖的组成成分。在自然界中,细菌、酵母、真菌、甲壳类生物、植物和动物体内也广泛存在氨基葡萄糖,氨基葡萄糖也是糖蛋白和蛋白聚糖的主要成分,在人和动物的关节软骨组织中起着重要作用,并大量存在于人类眼睛晶状体中。

在生物体内通过氨基己糖途径合成,此途径起始于糖酵解产生的果糖-6-磷酸。果糖-6-磷酸在磷酸氨基葡萄糖合成酶作用下转化为氨基葡萄糖-6-磷酸。氨基葡萄糖-6-磷酸在一定条件下可以转化为氨基葡萄糖。

制备方法

生产氨基葡萄糖的方法主要有3种,即酸水解法、生物催化法及微生物发酵法。

酸水解法

工业上生产氨基葡萄糖的方法主要是通过酸水解法。酸水解法通常以廉价的虾蟹类的外壳为生产原料,即首先从虾蟹壳中提取几丁质与壳聚糖,然后加入一定浓度的浓盐酸,搅拌升温至反应所需温度,反应一定时间后降温,真空抽干得到粗品。将粗品放在含活性炭的热水中脱色,过滤洗涤,高温蒸发结晶,乙醇洗涤结晶,干燥获得白色氨基葡萄糖盐酸盐或者硫酸盐产品。

酶解法

酶解法是利用专一性酶或非专一性酶对甲壳素或壳聚糖进行降解的方法。具有特异性,可选择性地酶解切断特定链,反应条件温和,环境污染少的优点,由于甲壳素酶降解甲壳素缓慢,实际研究得更多的是壳聚糖酶,因为壳聚糖可溶解于稀酸成为胶体,壳聚糖酶易与壳聚糖发生降解反应。壳聚糖酶也是把壳聚糖降解成壳寡糖,最后被氨基葡萄糖苷酶水解成氨基葡萄糖。

微生物发酵法

相较于酸水解法与生物催化法,微生物发酵法生产氨基葡萄糖具有以下优点:消除了地域季节对原料来源的限制,产品无鱼腥味;生产周期短,强度高;对环境污染较小;不产生过敏反应。发酵法产氨基葡萄糖的研究集中在霉菌发酵与重组大肠杆菌研究上,国内外已构建成功了高产氨基葡萄糖的大肠杆菌工程菌。

相关研究

有研究表明,当氨基葡萄糖和其他营养保健品(如软骨素)联合使用时,对患有骨关节炎疼痛的狗的治疗是有改善效果的,氨基葡萄糖在治疗马的关节炎中的应用也有报道,但也同时指出研究存在缺陷,在指导马和狗的治疗方面没有效果。

相关法规

中国:可作为保健食品原料和药物使用,盐酸氨基葡萄糖有专属的药品标准。

美国:氨基葡萄糖盐酸盐和氨基葡萄糖硫酸盐是美国国家营养中心协会(NNFA)批准的膳食补充剂。美国药典USP-NF 收录了氨基葡萄糖盐酸盐、氨基葡萄糖硫酸盐·氯化钾、氨基葡萄糖硫酸盐·氯化钠、氨基葡萄糖片剂、氨基葡萄糖&硫酸软骨素&二甲基砜片剂等标准。

欧盟:对氨基葡萄糖的健康声称进行评估后,认为现有数据尚不完全支持氨基葡萄糖对维持关节健康。

加拿大:氨基葡萄糖盐酸盐和氨基葡萄糖硫酸盐被列入加拿大天然健康产品,可作为膳食补充剂使用,可使用的功能声称为维持软骨健康和有助于关节健康。

澳洲:将氨基葡萄糖硫酸盐·氯化钠、氨基葡萄糖硫酸盐·氯化钾、氨基葡萄糖盐酸盐纳入补充药物目录,可用于保健食品原料。

日本:葡糖胺盐酸盐属于“除非表明药品的功效效果,否则不判断为药品的成分本质(原材料)”。氨基葡萄糖盐类可以作为食品原料,对骨关节炎可能有效。适当摄取可能是安全的,孕妇和乳母应避免使用。源自海洋生物的氨基葡萄糖类有可能在甲壳类过敏的人身上引发过敏反应。

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