菠萝蛋白酶在医学上的应用.doc

菠萝蛋白酶在医学上的应用刘婷婷 李炎摘要 菠萝是我国最具有特色的热带水果之一，菠萝中含有大量的菠萝蛋白酶。随着对菠萝蛋白酶研究的不断深入，它涉及的领域越来越广，特别是在医学领域。目前，菠萝蛋白酶在创面修复，癌症治疗，防治心血管疾病及消炎等方面体现其具有巨大的药用潜能，本文将菠萝蛋白酶的理化性质和在医学上的应用进行了综述。关键词 菠萝蛋白酶；理化性质；医学应用中图分类号 Q-812 文献标识码 A作者简介 刘婷婷：女，1993年5月出生，贵州兴义人，生命科学学院2012级生物科学专业； 李炎：女，1993年12月出生，重庆开县人，生命科学学院2012级生物科学专业。 菠萝是一种原产于南美洲亚马逊河流域的热带水果。菠萝蛋白酶(Bromelain)，又称凤梨酶或凤梨酵素，是从菠萝的表皮、果实、茎等部位提取的一种纯天然植物蛋白酶。根据提取部位的不同，可分为果菠萝蛋白酶和茎菠萝蛋白酶。菠萝蛋白酶大部分存在于果汁和皮汁，其中肉汁占 50 %一70%,皮汁占 10%一30 %。1957年，Heineche等1从菠萝茎中制取蛋白水解酶，从此菠萝蛋白酶实现了商品化生产。 菠萝蛋白酶是由多种不同分子量和分子结构的酶所组成的酶系，其中至少包含5种蛋白水解酶。它们对多种蛋白质及多肽具有催化水解活性，在医学上有广泛的应用。本文对菠萝蛋白酶的理化性质及在医学上的应用进行综述。1 理化性质 菠萝蛋白酶是一种糖蛋白，分子结构中有一个寡糖分子，由甘露糖（mannose, Man），岩藻糖（fucose, Fuc），木糖（xylose, xyl）和N-乙酰葡糖胺（N-aceltylglucosamine, GlcNAC）组成，共价连接在肽链上，Yasuda等2根据研究推测糖分子的结构如图。 Fuc Xyl Man-Man-Man-GlcNAc GlcNAc Arg-Asn-Asn-Glu-Yasuda等通过实验证明菠萝蛋白酶催化的必需基团不是糖分子，而是所含肽链中的巯基。 另外, 菠萝蛋白酶分子结构中的羧基和羟基亦与酶活性无关3。 Murachi 等4对用离子交换柱层析、硫酸铵沉淀等方法对菠萝蛋白酶进行纯化。研究表明菠萝蛋白酶相对分子量为33200, 等电点为9.55,酶液的最大吸收波长为280nm。该蛋白含有285 个氨基酸残基，其中有4个 N-乙酰化的氨基己糖, 含糖量约为 2.1%。 菠萝蛋白酶作为有活性的蛋白质, 易受到PH、温度、湿度等的影响。菠萝蛋白酶的最适PH为6.57.5；在7.1附近酶活性达到最大值；酶较稳定的PH范围在3.54.55。该酶的最适反应温度介于5560，温度与酶活力保持率呈线性关系。由此可见，菠萝蛋白酶活力也会随着环境湿度的增大使失活速率加快。2 菠萝蛋白酶在医学上的应用目前，菠萝蛋白酶的运用主要涉食品加工，纺织，皮革，美容保健等领域。在医学上同样具有重要的药用价值。国内外许多学者对菠萝蛋白酶的药用功能做了深入的研究和探讨，下面对菠萝蛋白酶在医学上的应用做简要的阐述。2.1烧伤溶痂作用菠萝蛋白酶的溶痂作用主要体现在对于烧伤创面形成的痂皮进行软化清除。尤其对深度烧伤的表皮，再植需要自发或主动去除焦痂，而菠萝蛋白酶能选择性地除去死皮, 使新皮移植得以尽早进行。因此，溶痂对于烧伤创面的修复具有很重要作用。1985 年，Klein 等报道了菠萝蛋白酶用于酶清创作用。与其他酶类相比，在湿度 100%、温度 37 、无氧条件下，菠萝蛋白酶能更快地分解烧伤形成的焦痂7。苏淮等8等报道了菠萝蛋白酶软膏用于豚鼠度实验性烧伤的酶溶痂作用。实验中用豚鼠造成度烧伤模型，以湿润烧伤膏为阳性对照，菠萝蛋白酶软膏基质为阴性对照，观察菠萝蛋白酶软膏用于豚鼠度烧伤的平均脱痂时间，并对脱痂组织进行病理学检查，结果显示菠萝蛋白酶软膏用于豚鼠度烧伤的平均脱痂时间同阳性对照组相比，明显少于阴性对照组（P0.01）。光镜下显示菠萝蛋白酶软膏组的病理结果与阳性对照组相同，证明菠萝蛋白酶软膏用于豚鼠度烧伤有良好的酶溶痂作用。Krieger 等9对菠萝蛋白酶制剂在清除焦痂对烧伤引起的并发症的作用进行了动物学实验研究。在5只猪共 20 条肢体共制作20 个环形烧伤创面，10个烧伤创面使用菠萝蛋白酶，10 个烧伤创面采用标准焦痂清除术，30 min 后评估发现两者无明显差异。证实了菠萝蛋白酶能够起到清除焦痂的作用，从而避免烧伤引起的并发症，较手术疗法更加便捷、有效。Singer 等10采用菠萝蛋白酶制剂Debrase 进行烧烫伤痂皮的清创，采用猪制作烫伤模型，使用家猪 5 只，在其背部用铜梳沸水中预热30秒后烫出 16 个长方形伤口，清除水疱为Debrase 组及对照组分别换药，4 h 后行活检提示采用 Deberse 伤口烫伤的角质层中的焦痂迅速溶解，而正常组织无损伤，对照组则全层皮肤出现坏死，48 h 后，采用 Debrase 治疗的伤口之间正常组织1/3出现全层坏死，而对照组则全部坏死。这个实验进一步证实了菠萝蛋白酶制剂能够迅速清除烧烫伤焦痂并对周围正常皮肤无不良影响。因此对于功能部位的烧伤治疗具有重要的作用。2.2 用于防治心血管疾病菠萝蛋白酶是一种对心血管疾病的防治有益的蛋白水解酶。它能够抑制血小板聚集引起的心脏病发作和中风，缓解心绞痛症状，缓和动脉收缩，加速纤维蛋白原的分解。Metzig 等11研究表明菠萝蛋白酶在体外可以减少人体血小板聚集，减少血小板在牛内皮细胞的吸附和大鼠体内血栓的形成。可见，菠萝蛋白酶对血栓类疾病具一定的作用。急性心肌梗死病情凶险，通常运用再灌注的措施来进行治疗，在治疗过程中，再灌注会损伤心肌细胞。Juhasz 等12研究发现菠萝蛋白酶预处理可以减轻大鼠心肌 I-R 损伤。但是，该研究是通过 Lanendorff 灌流仪建立离体全心 I-R 模型, 由于离体实验脱离了机体正常的生理环境, 所以得出的结论有一定的局限性。为克服这一缺点, 林伟等13设计了大鼠心肌 I-R 损伤实验模型, 观察菠萝蛋白酶预处理对大鼠心肌 I-R 损伤保护作用。结果证明菠萝蛋白酶预处理可增加 AKT 的磷酸化, 从而减少心肌细胞的凋亡, 减少心肌梗死面积, 减少血清肌酸激酶同工酶( CK-MB) 、乳酸脱氢酶( LDH) 的释放, 起到对 I-R 心肌的保护作用，减少了对心肌的损伤，更利于心血管疾病的治疗。2.3癌症治疗作用七十年代开始，菠萝蛋白酶用于治疗各种癌症的研究。在Maurer 和 Batkin 等人发现菠萝蛋白酶的抗肿瘤活性主要被解释为其纤溶活性和抑制血小板聚合的作用, 认为菠萝蛋白酶干扰了血纤维和肿瘤细胞的凝结14。1990 年, Desser 等发现菠萝蛋白酶在体外血液单核细胞培养中刺激产生肿瘤坏死因子。细胞素的释放被认为是产生菠萝蛋白酶治疗癌症潜力的原因。有一些专利也提到了菠萝蛋白酶在治疗癌症方面的用途 。US5223406 认为菠萝蛋白酶能够诱导肿瘤坏死因子(TNF), 而 DE4302060 认为菠萝蛋白酶能够通过肿瘤表面蛋白 CD44 的结构修饰防止转移。WO-A -9600082 公开了粗制菠萝蛋白酶能够干涉对生长起重要作用的信号传导途径, 尤其是生长因子如白细胞介素 -2(IL -2), 血小板衍生的生长因子(PDGF)和胰岛素样生长因子(IGF)产生的信号传导途径。该专利认为菠萝蛋白酶的这种封闭信号传导的能力使其成为抗癌剂15。还有研表明口服菠萝蛋白酶能削弱乳腺肿瘤病人的单核细胞的免疫毒性16。菠萝蛋白酶还能在一定程度上调控肿瘤细胞的基因表达, 促进其诱导分化, 为肿瘤治疗提供了一种新的思路与方法。该方法后经颜青等17研究证实确有其效。菠萝蛋白酶用于治疗癌症有着巨大的潜能，但还需进一步研究。2.4消炎作用 菠萝蛋白酶对于免疫缺失的个体具有激活炎症反应的潜力。因此菠萝蛋白酶在各种组织中能有效地治疗炎症和水肿(包括血栓静脉炎、骨骼肌损伤 、血肿 、口腔炎 、糖尿病人溃疡及运动损伤)， 也能在体外激活鼠巨噬细胞(murine macrophages)和自然杀伤(NK)细胞18。据统计资料推测, 含有菠萝蛋白酶的混合物(胰蛋白酶、芸香苷)在疗效和安全性方面优于类固醇的消炎药19。菠萝蛋白酶在治疗运动系统伤痛方面能明显改善患者症状, 药物耐受性好, 患者乐于接受20。将菠萝蛋白酶与抗生素联用，能提高其疗效。庞然21使用抗生素加用菠萝蛋白酶肠溶片治疗慢性前列腺炎疗效明显优于单用抗生素, 动物实验表明菠萝蛋白酶能促进不同药物渗透到组织和器官中, 增加血和尿中抗生素水平, 菠萝蛋白酶促进吸收, 增强病变组织的通透性, 从而促进抗生素到达感染部位，使靶器官的血药浓度提高, 达到增强药物效应的作用并无明显副作用。菠萝蛋白酶作为抗生素治疗的辅助用药, 有利于提高药效。菠萝蛋白酶与其他药物联用也能提高药效, 傅佑鼎22等报道联合应用复方菠萝蛋白酶及千柏鼻炎片能加强抗变态反应及消除支气管粘膜充血水肿, 解除支气管痉挛、显效快、疗效好的特点。2.5其他医学应用 菠萝蛋白酶具有免疫刺激作用，能控制免疫反应等特点，因此在医学上的应用较为广泛。Engwerda 等通过在体内外实验研究发现菠萝蛋白酶可以增强和抑制 T 细胞的免疫反应23。菠萝蛋白酶还能抑制毒素分泌，降低毒素结合活性并能抑制热不稳定毒素(LI)、霍乱毒素(CT)及热稳定毒素(ST)的分泌效应24。另外，菠萝蛋白酶其不受胃肠道酸和消化酶的破坏，口服吸收性好，生物利用率高，且对肠道微生物体系没有不良作用，在治疗动物腹泻、预防和治疗疾病方面起到重要作用。因此不会引发病原体演变成新的“抗药性”菌株25。除此之外，菠萝蛋白酶具有促进营养物质吸收的作用。 3 展望虽然菠萝蛋白酶对治疗或预防心血管疾病、癌症、烧伤创面修复等方面有巨大的应用潜力, 但目前菠萝蛋白酶制品大多数是各种成分的混合物, 并且其组成因不同的品种、产地、提取方法及储存方法等产生了一定的差异。所以有必要进一步确定菠萝蛋白酶真正起作用的活性成分, 研究更加适当的分离纯化技术, 用于提取高质量的菠萝蛋白酶，提高其在医学上的药用价值。因此，如何提高菠萝蛋白酶的生物利用度成了亟需解决的问题，相信对菠萝蛋白酶的进一步研究，必会有更广阔的前景。参考文献：1 Heineche R M,Gortner W A. 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