陳建英，金 艷，凌沛學,2*

（1. 山東福瑞達醫(yī)藥集團有限公司 山東省黏膜與皮膚給藥技術(shù)重點實驗室，山東 濟南 250101；2. 山東省藥學科學院 山東省生物藥物重點實驗室，山東 濟南 250101）

玻璃酸（hyaluronic acid，HA）又名透明質(zhì)酸，是人和所有脊椎動物體內(nèi)廣泛存在的物質(zhì)，具有多種重要的生理作用，包括與細胞表面的受體（CD44）結(jié)合，形成細胞外基質(zhì)，參與胚胎形成、細胞遷移、細胞增殖、創(chuàng)傷修復(fù)、腫瘤形成等[1]。商品HA多為鈉鹽，來源于動物組織（如雞冠、牛眼和人臍帶）提取和微生物發(fā)酵，與人體含有的HA具有同源性和良好的生物相容性。HA溶液為典型的非牛頓流體，具有卓越的潤滑性和黏彈性，使其得以廣泛應(yīng)用于眼科、骨科、婦科和普通外科等領(lǐng)域。近年，HA對人體多種組織器官的潤滑功能及機制得到了深入研究。本文對HA的潤滑功能及其在眼科和骨科等領(lǐng)域的應(yīng)用進行了綜述。

1 HA對關(guān)節(jié)軟骨的潤滑及在骨科疾病中的應(yīng)用

1.1 HA對關(guān)節(jié)軟骨的潤滑

關(guān)節(jié)面之間的潤滑優(yōu)于機械潤滑，關(guān)節(jié)的摩擦系數(shù)約0.002，而設(shè)計最好的金屬制件的摩擦系數(shù)在0.02以上。其潤滑機制極為復(fù)雜，為多種機制并存，且隨負荷和運動迅速轉(zhuǎn)化[2]。許多學者提出了不同的潤滑機制來解釋軟骨的低摩擦特性，包括流體潤滑、增壓潤滑、滲透潤滑、擠壓潤滑和邊界潤滑等[3]。從工程角度看，潤滑劑單分子層吸附在軟骨表面的邊界潤滑作用和薄層液膜將軟骨表面與表面分開的液膜潤滑作用，在各種環(huán)境下的關(guān)節(jié)軟骨中同時發(fā)生。

HA在邊界潤滑和液膜潤滑中起著不可或缺的作用。HA是由N-乙酰氨基葡糖和葡糖醛酸為雙糖單位重復(fù)連接組成的一種糖胺聚糖，具有極強的親水性，與其他潤滑成分，如潤滑素（一種含少量硫酸軟骨素和硫酸角質(zhì)素的葡糖胺多糖[4]）和表面活性磷脂（surface-active phospholipid，SAPL）結(jié)合，穩(wěn)定地附著于軟骨組織表面，在摩擦界面（關(guān)節(jié)面）形成度厚約為1～100 nm、能承擔負荷、可有效地減輕摩擦耗損的寡聚物層（oligolamellar），防止兩關(guān)節(jié)面直接接觸，實現(xiàn)邊界潤滑。HA能與蛋白質(zhì)分子結(jié)合形成具有三維結(jié)構(gòu)的糖蛋白復(fù)合體，在密閉空間（關(guān)節(jié)腔）中，由于關(guān)節(jié)的運動在關(guān)節(jié)面之間形成一厚度小于20 μm的潤滑物薄層，使關(guān)節(jié)面分離，負荷由液膜壓力支撐，實現(xiàn)液膜潤滑。

SAPL的主要成分是二棕櫚酰磷脂酰膽堿（di palmitoylphosphatidylcholineid，DPPC）。DPPC分子中，磷酸根帶有負電荷，與其相連的膽堿上的季銨離子荷正電。生理條件下，組織間存在的Na+，K+，Ca2+等離子與磷酸根結(jié)合，使DPPC顯正電。因此，DPPC通過化學吸附作用固定在帶負電的組織界面，其脂肪鏈伸向外側(cè)，在組織界面形成薄膜，使界面呈現(xiàn)疏水性，構(gòu)成組織界面上具有潤滑作用的一道屏障[5]。

隨著研究的不斷深入，多數(shù)人認為表面活性磷脂、潤滑素和HA在一個完整界面的潤滑系統(tǒng)中均有特定的作用。分布于正常關(guān)節(jié)軟骨表面由磷脂、多糖和蛋白質(zhì)組成的偽膜含豐富的HA，這種不連續(xù)的單層或多層偽膜可防止關(guān)節(jié)軟骨直接接觸并隔離滑液中存在的有毒物質(zhì)，在關(guān)節(jié)中發(fā)揮潤滑作用[6]。

據(jù)報道，1 % HA溶液與正常人關(guān)節(jié)潤滑液的黏度值相似，剪切率為1.4，270 s-1時分別為22，0.4 Pas。完整離體犬髖關(guān)節(jié)的摩擦系數(shù)為0.007±0.004，經(jīng)生理鹽水沖洗關(guān)節(jié)表面后為0.020±0.009，添加HA后為0.013±0.005，其對關(guān)節(jié)的潤滑作用顯著好于生理鹽水（P＜0.01）[7]。

眾多實驗數(shù)據(jù)證明HA可改善關(guān)節(jié)的潤滑。Tanaka等[8]測得完整豬顳下頜關(guān)節(jié)的摩擦系數(shù)為0.0154±0.0043，磷酸鹽沖洗和砂紙擦洗損傷后分別升高至0.0235± 0.0052和 0.0520±0.0088，平均增加約350 %，隨后應(yīng)用不同分子量的HA則可將摩擦系數(shù)降低43 %～56 %（平均約50 %）。Kawai等[9]的實驗也支持了上述結(jié)果，HA應(yīng)用于損傷關(guān)節(jié)可將摩擦系數(shù)降低50 %～75 %。

Tsutomu等[10]通過動物實驗，首次證明了關(guān)節(jié)腔注射HA-磷脂（PHA）作為邊界潤滑劑可以提高關(guān)節(jié)的潤滑，從而保護關(guān)節(jié)軟骨，防止其退行性改變，而單獨使用兩種分子量的HA作用并不明顯。

不同滑膜關(guān)節(jié)PC在建立潤滑邊界層方面可能有協(xié)同作用，在整個生理壓力范圍內(nèi)有效地減少滑動摩擦[11]。王麗等[12]的研究結(jié)果顯示，HA溶液而加入Lα-DPPC磷脂以后，摩擦系數(shù)和表面張力均顯著降低，初步證實Lα-DPPC磷脂在潤滑劑體系中起到了表面活性劑的作用。

Mabuchi等[13]對HA潤滑特性的分子量依賴性進行了測試，結(jié)果顯示，HA的潤滑效果與其分子量無關(guān)。李峰等[14]采用天然關(guān)節(jié)軟骨與不銹鋼摩擦副在往復(fù)運動試驗機上進行關(guān)節(jié)軟骨的摩擦學試驗研究，發(fā)現(xiàn)透明質(zhì)酸溶液可有效降低軟骨與不銹鋼之間的摩擦。

Murakami等[15]針對自然的滑膜關(guān)節(jié)運動提出的適應(yīng)性多模潤滑機制中（見圖1），緩慢運動條件下，自然滑膜關(guān)節(jié)的潤滑以雙相潤滑、邊界潤滑、凝膠膜潤滑和水合潤滑為重要特征，關(guān)節(jié)軟骨的摩擦受間質(zhì)流體負荷支持和表面潤滑性的控制。HA是滑液中不可或缺的成分之一，對降低關(guān)節(jié)摩擦和減輕軟骨磨損有重要作用。

圖1 適應(yīng)性多模潤滑機制構(gòu)架[15]

1.2 HA的潤滑作用在骨關(guān)節(jié)疾病中的應(yīng)用

骨關(guān)節(jié)疾病多伴隨關(guān)節(jié)潤滑性的改變。Edward等[16]采用類Stribeck模型評估受沖擊后軟骨固有的邊界潤滑作用的變化及高黏度潤滑劑（HA）對減低摩擦的效果，揭示了創(chuàng)傷性沖擊后軟骨潤滑的確切機制和軟骨損傷誘發(fā)骨關(guān)節(jié)炎的關(guān)鍵力學現(xiàn)象。試驗結(jié)果表明，在經(jīng)受沖擊之后，邊界摩擦的增加正好對應(yīng)潤滑素分布的改變，在混合模式的潤滑中，摩擦系數(shù)較大程度的提高可根據(jù)軟骨裂紋引起表面粗糙度的增加而預(yù)測。由于潤滑素促進混合潤滑的轉(zhuǎn)變和HA在軟骨表面的聚集，因此認為潤滑素分布改變和表面粗糙度增加是抑制受沖擊軟骨向混合潤滑轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素，而關(guān)節(jié)腔間歇性注射潤滑劑是干預(yù)治療的途徑之一，能提高混合潤滑的轉(zhuǎn)變數(shù)、使摩擦系數(shù)降至最低的HA是世界范圍內(nèi)使用最廣泛的黏彈性補充劑[17-19]。

HA關(guān)節(jié)腔注射液可治療和預(yù)防多種骨關(guān)節(jié)疾病，包括輕、中度骨關(guān)節(jié)炎；關(guān)節(jié)鏡下關(guān)節(jié)清理術(shù)、半月板修整成形或縫合修復(fù)術(shù)后；關(guān)節(jié)內(nèi)創(chuàng)傷或骨折術(shù)后，或需要長時間關(guān)節(jié)制動；類風濕性關(guān)節(jié)炎患者出現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎表現(xiàn)時。癥狀緩解率和治療滿意度高，治療效果較好。

2 HA對眼的潤滑及應(yīng)用

眼的潤滑依賴于眼表的淚膜，正常的淚膜從外到內(nèi)包括3層：油性層、水性層和黏液層，其清潔、潤滑、保濕、免疫保護等功能的發(fā)揮依賴于其質(zhì)和量的正常及淚液分泌與消除之間的動態(tài)平衡。淚膜由結(jié)膜杯狀細胞分泌的黏液、由瞼板腺和淚阜皮脂腺分泌的脂質(zhì)及由主淚腺和副淚腺分泌的漿液共同形成。天然淚液主要成分為水、電解質(zhì)、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，淚膜成分的缺乏和分布異常則可引起眼干燥癥。

HA因帶有大量負電荷的陰離子，因而具有較強的保水功能, 可使其黏附的物質(zhì)表面保持潤滑；HA還具有較強的黏彈性, 可在角膜表面存留較長時間，因此，HA是目前人工淚液中使用最為廣泛的糖胺聚糖[20]。

研究表明，HA可通過其羧基和極性基團吸附水分，延長淚膜破裂時間，增加淚膜厚度[21]。無防腐劑的HA滴眼液可以替代淚液中的有效成分，補充淚液，從而增加淚膜穩(wěn)定性而改善干眼癥狀[22]。但人工淚液很難與人體分泌的天然淚液完全相同，也很難真正模擬淚膜的3層結(jié)構(gòu)，且患者只能間歇地使用人工淚液，無法模擬淚液的連續(xù)分泌狀態(tài)。干眼癥狀的消除和眼表淚膜的恢復(fù)依賴于結(jié)膜上皮細胞、瞼板腺和淚阜的皮脂腺及淚腺等眼組織的正常分泌功能。HA通過對眼組織的保護作用促進淚膜恢復(fù)正常，研究表明，HA具有保護上皮細胞的作用，可減輕防腐劑對角結(jié)膜上皮細胞的毒性，預(yù)防眼角膜上皮損傷，與具有上皮細胞保護作用的硫酸軟骨素等配合可加速角膜損傷修復(fù)[23-25]。

HA可降低滴眼劑中防腐劑的毒性作用，從而減少防腐劑對眼表組織的損害。該作用通過3個途徑實現(xiàn)：一是通過HA聚陰離子特性與帶正電荷的防腐劑發(fā)生離子吸引，從而中和防腐劑對結(jié)膜和角膜上皮的毒性作用；二是防腐劑與聚陰離子HA之間的結(jié)合，使防腐劑與細胞膜的結(jié)合這一可逆過程的平衡向解離的方向移動，從而減輕其對細胞的毒性作用；三是防腐劑分子進入HA形成的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)區(qū)內(nèi)并且分散在其中，阻隔了防腐劑對角膜和結(jié)膜上皮的損害[26]。

此外，在眼科顯微手術(shù)中，HA作為具有一定黏彈性、無毒、無抗原性的透明大分子膠體物質(zhì)，注入組織腔隙中，除了起到填充、占位作用，HA形成一層薄膜黏附固定在組織表面，起到潤滑和保護作用，在手術(shù)過程中通過減少組織與手術(shù)器械及組織間的摩擦，提高手術(shù)的質(zhì)量和安全性。

手術(shù)黏彈劑現(xiàn)已成為眼內(nèi)手術(shù)必不可少的工具之一，即所謂“黏彈性手術(shù)”。在眼科顯微手術(shù)中，HA作為具有一定黏彈性、無毒、無抗原性的透明大分子膠體物質(zhì)，注入組織腔隙中，起填充、保護、潤滑等作用，可提高手術(shù)質(zhì)量和安全性?，F(xiàn)階段HA黏彈劑廣泛應(yīng)用于在白內(nèi)障摘除術(shù)，人工晶體植入和取出術(shù)，角膜手術(shù)，青光眼手術(shù)，眼外傷手術(shù)，眼后段手術(shù)，整形手術(shù)及眼外肌手術(shù)。

3 HA對人體其他部位的潤滑

HA適用于人體多種部位的輔助潤滑。HA是一種安全性較高的腔道潤滑劑，在國內(nèi)外，以HA作為潤滑成分用于女性陰道潤滑和醫(yī)療器械檢查潤滑產(chǎn)品已廣泛使用，安全性已得到多方面的證實[27]。此外，基于HA的潤滑和物理隔離作用，HA作為外科手術(shù)防粘連劑在臨床也獲得廣泛使用，以HA作為主要成分開發(fā)的溶液、膜和凝膠廣泛用于婦科和普外科手術(shù)后粘連的預(yù)防，效果顯著。

4 HA衍生物的潤滑作用

含HA滴眼液廣泛用于潤滑眼表面，減輕干眼病相關(guān)癥狀，但存在眼表面滯留時間過短的問題。Lee等[28]開發(fā)了一種雙功能聚合物-肽復(fù)合物，此聚復(fù)合物一端可與HA結(jié)合，另一端可與眼表面上皮含唾液酸的糖基化跨膜分子或組織基質(zhì)內(nèi)的I型膠原分子相結(jié)合，可將HA靶向運輸至眼表面。與HA滴眼液相比，加入復(fù)合物的HA滴眼液可延長HA在眼表面的滯留時間，且能降低眼表面的動力學摩擦系數(shù)，表現(xiàn)出良好的潤滑性。

Valle-Delgado等[29]通過酯化反應(yīng)將HA共價結(jié)合于纖維素納米纖維（CNF）膜的表面，用原子力顯微鏡和膠體探針技術(shù)測定玻璃微球和薄膜之間的摩擦力，結(jié)果顯示，HA的共價結(jié)合提高了CNF膜的潤滑性，補充了CNF膜優(yōu)良的機械性能，使其成為更有前途的軟骨植入材料。

經(jīng)十六烷基胺化學修飾的兩性HA（AHA）凝膠也具有良好的關(guān)節(jié)潤滑性能。Schiavinato等[30]的研究結(jié)果證明AHA凝膠加載于健康軟骨關(guān)節(jié)可提供和滑液同等的潤滑作用，而加載于磨損軟骨關(guān)節(jié)可提供較滑液更加卓越的潤滑效果，AHA可作為一種有效的潤滑劑保護關(guān)節(jié)表面不受機械磨損。

5 展望

HA良好的潤滑性，使其廣泛應(yīng)用于骨關(guān)節(jié)疾病、眼科疾病的治療。但HA在體內(nèi)易受酶的降解，有效時間較短。已有的研究顯示，HA衍生物除具有良好的潤滑性和黏彈性外，有效時間大大延長，其在臨床中的應(yīng)用前景值得期待。