木瓜酶及其在医药中的应用-修改2.doc

木瓜酶及其在医药中的应用张丽娜1,2，凌沛学1,2，娄红祥1，张天民1,2 （1. 山东大学药学院，山东 济南 250012；2. 山东省生物药物研究院 博士后科研工作站，山东 济南 250108）摘要 木瓜酶属巯基蛋白酶，稳定性好、蛋白质水解能力强，现已广泛应用于实验动物造模、壳聚糖水解、抗炎、抗肿瘤等，是一种重要的生化试剂和药物。随着现代生化技术的发展，木瓜酶在医药领域越来越显示着其重要性。本文综合国内外相关文献，进行分析、总结，介绍木瓜酶及其在医药领域中的应用。关键词 木瓜酶；医药；应用中图分类号： 文献标识码： 文章编号：木瓜酶（papain）是从番木瓜科属植物番木瓜（Carica papaya Linn）中提取纯化的活性较高的蛋白水解酶1,2，广泛存在于番木瓜的茎叶和果实中，能够水解蛋白质和多肽中精氨酸和赖氨酸的羧基端。现已被广泛应用于医药、化工、食品等领域，是一种重要的生化试剂和药物。1 木瓜酶的性质和应用领域收稿日期：2006-作者简介：张丽娜（1981-），女，山东威海人，硕士研究生，药物化学专业通讯作者：凌沛学，研究员，博士生导师，Tel:[phone]-1368 E-mail:peixue.ling 木瓜酶主要来源于番木瓜未成熟的果实，1879年由Wurtz和Bouchut等人定名。国家药品标准1规定木瓜酶为类白色或微黄色无定形粉末，臭特异，有引湿性。其分子是由212个氨基酸残基组成的含巯基肽链内切酶，相对分子质量（Mr）为27 000，其中25位的半胱氨酸处于活性中心部位3。 药用木瓜酶是一种较纯蛋白水解酶。国家药品标准1规定其效价为每1 mg不得少于2万单位；美国药典则规定每1 mg不得少于6 000单位，其较高活性产品可用较低活性产品或乳糖等稀释剂混合达到此法定标准2。国家药品标准和美国药典木瓜酶的效价测定原理是在测定条件下将从酪蛋白释放酪氨酸1 g的酶量规定为一个单位。其具体方法是测定40 下pH 6.0 反应60 min水解的酪蛋白，照分光光度法，以0.1 mol/L盐酸溶液为空白，在275 nm波长处的吸光度，然后与对照品相比计算效价1。木瓜酶具有利于应用的特异性和稳定性，pH和温度适用范围较宽，作用底物广泛3。其对动植物蛋白质、多肽等有较强的水解能力，能把大分子蛋白质水解成易消化吸收的小分子多肽或氨基酸，同时还能把蛋白质水解物再合成蛋白质类物质3，不仅广泛应用于医药、化工、食品等领域，同时还用于研究蛋白质结构、合成生物活性短肽等，是一种广泛应用的重要生化试剂。目前，应用较多的是木瓜酶的蛋白质分解活性和凝乳作用，现已研制出嫩肉粉、啤酒澄清剂、饼干松化剂、饲料添加剂等产品，在食品、饲料、化妆品等工业中获得了较好的效益4。利用木瓜酶可以提高啤酒生产的防浊效果，增进氨基酸营养4，延长保质期，还可制造洗发水、牙膏等，含有木瓜酶的化妆品具有消除黑斑、雀斑和美化肌肤的作用。此外，木瓜酶在纺织业、皮革业5、照相业的胶片上也有广泛用途，如其能除去附在丝织物上的胶质及附在皮革或毛上的蛋白质，使皮革变软，羊毛洁白，着色均匀，又不易皱缩4。木瓜酶有较好的去污能力，能有效去除血渍、巧克力等蛋白质性污渍，其去污能力依赖于其蛋白水解活性3。目前已有研究将木瓜酶应用于环境保护，但仍需进一步研究并确定其有效、安全、经济的剂量。2 木瓜酶在医药上的应用2002年国家药典委员会颁布的国家药品标准1中收录的木瓜酶的剂型为木瓜酶片和木瓜酶肠溶胶囊。随着生化技术的发展，木瓜酶在医药业上越来越显示着其重要性。其不仅可以做成用于驱除肠道寄生虫或接触消炎的木瓜酶片，或与其他成分配伍做成用于抗炎、消肿的木瓜酶肠溶胶囊，还可用木瓜酶将动植物蛋白水解成重危病人易于吸收的水解蛋白。大量研究表明，木瓜酶以多种形式应用于医药领域，如实验动物造模、分离和降解糖胺聚糖（glycosominoglycan, GAG）、治疗组织坏死、以及中药有效成分的制备等。2.1 实验动物造模 国内外文献报道，气管、支气管内滴注木瓜酶能成功诱发大鼠、狗、羊等动物肺气肿模型。柴秀娟等6利用二氧化硫、木瓜酶双因素联合造模，成功复制了大鼠慢性支肺气肿模型。Ingenito等7利用羊吸入木瓜酶气雾剂成功的建立了肺气肿模型，此模型符合临床发病规律，病理改变与人的肺气肿改变相似。此法对基础研究和筛选新药具有意义，为探讨人类肺气肿发生发展规律进而开发新药提供了一种新的造模方法。 研究表明，关节腔注射木瓜酶可迅速诱导狗、兔、豚鼠等动物骨关节炎（osteoarthritis, OA），且OA的发病速度快、重现性好8，与人OA病理变化相似。Pomonis等9关节腔注射不同浓度的木瓜酶，1 d后均产生明显的关节负重降低现象，且有浓度依赖性。还有研究报道，膝关节腔注射木瓜酶 6 h后即可观察到关节软骨表面不规则。 关节腔注射木瓜酶建立OA模型的机制可能在于其对软骨基质中蛋白多糖的分解作用，并能除去软骨细胞膜上有丝分裂抑制因子8。Obara等10实验证明，关节腔注射木瓜酶能够消化软骨基质从而引起OA，而且因动物与人OA病理变化相似，有利于良好OA模型的研究。2.2 分离和降解GAG 木瓜酶水解作用的肽键较广，可用于蛋白酶水解法从动物组织中分离GAG，也可降解GAG制备低聚糖。甲壳素是丰富的化合物，壳聚糖是甲壳素脱乙酰产物，两者均属于GAG。壳聚糖具有较好的生物活性，但由于其Mr较大、溶解后黏度较高而浓度较低，所以体内吸收较少，但降解后的小分子低聚壳聚糖在体内则有较好的吸收11。通过化学法或酶法降解壳聚糖可制备生物活性较高的低聚壳聚糖。近年来，多利用酶法水解壳聚糖，不仅克服了化学法的产物分离纯化困难，还能解决环境污染严重等问题。在酶水解法中，木瓜酶水解速率较快、且价格便宜12。利用木瓜酶能成功制备聚合度为10以下的低聚糖。Luckachan等13实验证明，木瓜酶能特异性、选择性地作用于壳聚糖的-(1,4)糖苷键，对降解过程和降解产物的Mr易于控制，而且稳定性好、降解率高、环境污染少、产品安全性高。用木瓜酶制备壳聚糖的低聚糖，反应条件温和，反应产物符合医药等方面的高要求。为重复利用木瓜酶、提高降解率、制备不含蛋白质的壳聚糖水解物，研究者将其固定于甲壳素粉末上或将壳聚糖作为载体进行酶的共同固定化12，也可用氧化铝等热敏性微粒固定木瓜酶，水解壳聚糖或甲壳素。如Lin等12用乙酰化度为50的甲壳素固定木瓜酶，用于壳聚糖的降解。除单独应用外，木瓜酶还可与其它酶组合进行多酶水解。目前，已有研究将木瓜酶、果胶酶、纤维素酶按一定质量比配成复合酶，用于相关产品的制备，这不仅大大提高了酶的水解能力，而且反应条件更温和，水解率更高。有多种生化药物的制备，利用了木瓜酶和其它酶的组合。2.3 治疗组织坏死 现代医学认为，木瓜酶与胃蛋白酶的性能相似，能帮助消化蛋白质，可用于治疗胃炎和消化不良，对难水解的蛋白质水解效能尤其明显，因此被称为生物性解剖刀，具有化解死细胞的能力。外科上可用木瓜酶进行伤口清创术，清除伤口处的坏死组织，消除水肿14。人的防御系统可以清除非致命性的坏死组织或细菌等，但当坏死程度较大或有感染，如动脉血供不足时，则需进行伤口清创术。在内科方面可治疗小儿慢性下痢，驱除肠道寄生虫，治疗慢性胃炎，除去坏死组织14。烧伤是一种较为普遍发生的创伤，尤其是在发展中国家。Rakhimov14研究表明木瓜酶是一种可以应用的烧伤敷料，0.1、0.5和1.0% 的木瓜酶均能有效消除伤口红肿，防治伤口感染，加速伤口愈合。此外，木瓜酶还能有效清除挫伤、烫伤等皮肤表面溃疡，防治皮肤感染，而对健康组织无明显影响。临床上还将木瓜酶与其它药物配伍，治疗骨外伤、痔瘘、软组织挫伤、咽喉炎、防止腹膜粘连及创伤脱痂等15。2.4 中药有效成分的制备 木瓜酶在中药有效成分制备中的应用有较大的潜力，已经应用的有补骨脂类和螺旋藻类药物的制备等，能显著提高有效成分的含量。在补骨脂煎提前，用木瓜酶对其进行预处理，将蛋白质水解成多肽及氨基酸类，遇热不再凝固，从而促进各种有效成分煎出量的增加16。王登良等17实验证明，利用木瓜酶水解枸杞，能够显著提高浸提液中氨基酸、寡肽等活性物质的含量。多个实验证明，一些中药用木瓜酶法进行制备有效成分时收率明显提高，故此法具有良好的应用前景。2.5 其他 除上述作用外，木瓜酶还可用于增加鱼肝油的制取量等。Drillich等18实验证明，木瓜酶在炎症介质中有蛋白质水解和溶解纤维蛋白活性，能够增强细胞的抵御功能，含木瓜酶的药物能够有效治疗奶牛乳腺炎和慢性子宫内膜炎。目前木瓜酶在医药中的应用不断深入，含有木瓜酶的药物可能用于抗肿瘤19，治疗咽喉炎等。此外，木瓜酶能够消化单克隆抗体，得到抗原结合片段用于体内、体外多种诊断分析20。3 结 语目前，在木瓜酶的提取纯化、理化性质、结构与活性以及应用等方面已开展了较多的研究。一些先进技术应用于木瓜酶的研究，如在大豆蛋白改性中，利用半胱氨酸等添加剂，对木瓜酶进行保护，以充分发挥其水解效率，还有用吸附、载体交联、包埋等方法制备固定化木瓜酶，以降低其副作用。采用-环糊精作为包埋剂，经喷雾干燥制得木瓜酶微胶囊。两者取长补短，能够控制木瓜酶缓释时间与其在消化系统内的停留时间相适应，使酶释放与吸收同步，发挥木瓜酶最大效能，还能增强木瓜酶的耐热性、稳定性，提高木瓜酶的存活率等21。木瓜酶在医药领域中的应用已不断得到开发，并取得了一定成果，但在国内仍是一个正在开拓的领域，有着广泛的开发前景。参考文献：1 国家药品监督管理局国家药品标准. 木瓜酶S. WS-10001-(HD-0796)-2002.2 The United States Pharmacopeia(USP) 28S. 2005: 1465-1465.3 Khaparde SS, Singhal RS. Chemically modified papain for applications in detergent formulationsJ. Bioresour Technol, 2001, 78(1): 1-4.4 Muzzarelli RAA, Terbojevich M, Muzzarelli C, et al. Chitosans depolymerized with the aid of papain and stabilized as glycosylaminesJ. Carbohydr Polym, 2002, 50(1): 69-78.5 熊华. 木瓜蛋白酶的应用研究进展J. 四川食品与发酵，2005，41（4）：9-11.6 柴秀娟，骆仙芳，黄卫华，等. SO2、木瓜蛋白酶致大鼠肺气肿模型的建立及应用J.中国中医基础医学杂志，2003，9（6）：23-26.7 Ingenito EP, Berger RL, Henderson AC, et al. Bronchoscopic lung volume reduction using tissue engineering principlesJ. Am J Respir Crit Care Med, 2003, 167(5): 771-778. 8 杨峰，史宗道. 用木瓜蛋白酶建立兔颞颌关节骨关节炎模型的研究J. 华西口腔医学杂志，2002，20（5）：330-332.9 Pomonis JD, Boulet JM, Gottshall SL, et al. Development and pharmacological characterization of a rat model of osteoarthritis painJ. Pain, 2005, 114(3): 339-346.10 Obara T, Mabuchi K, Iso T, et al. Increased friction of animal joints by experimental degeneration and recovery by addition of hyaluronic acidJ. Clin Biomech, 1997, 12(4): 246-252.11 Vishu Kumar AB, Tharanathan RN. A comparative study on depolymerization of chitosan by proteolytic enzymesJ. Carbohydr Polym, 2004, 58(3):275-283. 12 Lin H, Wang HY, Xue CH, et al. Preparation of chitosan oligomers by immobilized papainJ. Enzyme Microb Technol, 2002, 31(5): 588-592.13 Luckachan GE, Pillai CKS. Chitosan/oligo L-lactide graft copolymers: Effect of hydrophobic side chains on the physico-chemical properties and biodegradabilityJ. Carbohydr Polym, 2006, 64(2): 254-266. 14 Rakhimov MR. Pharmacological study of papain from the papaya plant cultivated in UzbekistanJ. Eksp Klin Farmakol, 2000, 63(3): 55-57.15 乙引，张显强，唐金刚，等. 木瓜蛋白酶的纯化和性质J. 贵州师范大学学报（自然科学版），2002，20（1）：11-14.16 杨莉，刘亚娜. 酶法在中药提取制备中的应用J. 中药材，2001，24（1）：72-73. 17 王登良，严玉琴，王盈峰，等. 酶法浸提枸杞的研究J. 食品与生物技术学报，2006，25（1）：79-88.18 Drillich M, Raab D, Wittke M, et al. Treatment of chronic endometritis in dairy cows with an intrauterine application of enzymes. A field trialJ. Theriogenology, 2005, 63(7): 1811-1823. 19 Wald M, Zavadova E, Pouckova P, et al. Polyenzyme preparetion Wobe-Mugos inhibits growth of solid tumors and development of experimental metastases in miceJ. Life Sci, 1998, 62(3): 43-48.20 Coleman L, Mahler SM. Purification of Fab fragments from a monoclonal antibody papain digest by Gradiflow electrophoresisJ. Protein Exp Purif, 2003, 32(2): 246-251. 21 许 强，刘汉灵，王孝英. 木瓜蛋白酶微胶囊特性的研究J. 广西化工，1999，28（3）：15-17.Papain and Its Application in MedicineZHANG Li-na1,2，LING Pei-xue1,2，LOU Hong-xiang1，ZHANG Tian-nin1,2 (1. School of Pharmaceutical Science, Shandong University, Jinan 250012, China; 2. Postdoctoral Scientific Research Workstation, Institute of Biopharmaceuticals of Shandong Province, Jinan 250108, China)7