【连载】漫谈PHA(5)潜力无限用处多——神奇的PHA 降解产物

目前的研究认为，医学组织工程材料PHA具有良好生物相容性的主要原因是：其降解产物对人体无毒无害，也不会引起强烈的排异反应。这些降解产物主要是小分子低聚物或是单体成分；还有研究发现，部分PHA的 降解产物会影响细胞内钙流、线粒体活性等生理生化反应，表现出潜在的医疗保健药用价值。

不同的PHA材料存在不同的单体，其降解产物也不同

P3HB的降解产物3-羟基丁酸（3HB）

及P4HB的降解产物4-羟基丁酸（4HB）

目前，对PHA降解产物的研究主要集中在P3HB的降解产物3-羟基丁酸（3-hydroxybutyrate，3HB）、P4HB的降解产物4-羟基丁酸（4-hydroxybutyrate，4HB）、3-羟基丁酸衍生物3-羟基丁酸甲酯（D-3-hydroxybutyrate methyl ester，3HBME）及小分子低聚物PHA（oligohydroxyalkanoate，OHA）上。

其中，对3HB的研究最为详细。对！！！它就是几周前跟随“天舟一号”进入太空的神秘化合物，既是首个进入太空的PHA衍生物，也是世界上首个出现在邮票中的PHA衍生物。

“天舟一号”任务飞行纪念邮票中有PHA和3HB的身影

（本部分邮票作者即笔者本人，图为笔者手机拍摄）

笔者手机拍摄效果不佳？

看不清？

来个清晰版本

3HB是一种酮体，是人体血液中的正常代谢产物，在健康成人血液中的浓度是3-10mg/100 ml。研究人员很早就发现，这些PHA 降解产物具有良好的生物相容性，不仅对细胞无毒副作用，甚至能促进细胞的生长。

3HB及其甲酯衍生物（3HBME）都能促进神经胶质细胞的生长，且3HBME的作用最为明显。也有报道称，PHA降解产物对于三种不同来源的哺乳动物细胞（鼠成纤维细胞L929、小鼠脐静脉内皮细胞、兔关节软骨细胞）都有促进细胞增殖的作用。

目前，3HB对细胞的具体作用和机理并不是很清晰，有人认为，3HB或者3HB的相似物质及衍生物可能是一类能量化合物，为细胞的快速生长提供更多更及时的能量供应。

骨质疏松症（osteoporosis）是一种系统性骨病，也一种多因素所致的慢性疾病。其特征是骨量下降和骨的微细结构破坏，表现为骨的脆性增加，因而骨折的危险性大为增加，即使是轻微的创伤或无外伤的情况下也容易发生骨折。随着我国老年人口的增加，骨质疏松症的发病率处于上升趋势，这在我国乃至全球都是一个值得关注的健康问题。同时，骨质疏松症也是一些特殊职业——如航天员——的职业病。

2007 年，科研人员利用不同浓度的3HB刺激小鼠成骨细胞，结果发现3HB够刺激成骨细胞MC3T3-E1 的增殖、分化（碱性磷酸酶活性检测）和矿化（矿化结节检测），还能抑制血清饥饿诱导的细胞凋亡。进一步研究发现，3HB是通过刺激细胞外钙离子内流、引起细胞内平均钙离子浓度的升高而影响细胞状态的。

3HB够刺激成骨细胞MC3T3-E1的矿化（茜素红染色检测）

有人采用卵巢切除法诱导大鼠发生雌激素缺乏型骨质疏松，并对上述骨质疏松大鼠实行3HB灌胃，以缓解骨质疏松症状。结果发现，3HB提高了血清中的钙含量，减少了骨钙素的含量，阻止了骨密度的降低，加强了股骨的最大负荷和形变，并且提高了骨小梁体积比。

也有人采用鼠尾悬吊的方法模拟失重引起的骨质疏松，并喂食3HB以缓解骨质疏松症状。结果发现，与对照组（喂食水）相比，实验组（喂食3HB）的小鼠骨小梁损失最少，说明3HB能预防和治疗因失重引起的骨质疏松。

长期喂食3HB的小鼠骨小梁损失最少，

说明3HB能预防和治疗因失重引起的骨质疏松

正是由于3HB在抗骨质疏松的研究中有突出的表现，同时又是一种人体自身存在的无毒无害的小分子化合物，3HB被选中参与“天舟一号”的科学实验，希望通过此次实验，能为骨质疏松患者（特别是宇航员）提供一种新的天然治疗药物。

糖尿病（diabetes mellitus）是一组以血浆葡萄糖（简称血糖）水平升高为特征的代谢性疾病群。对于Ⅱ型糖尿病，最好的治疗方案是提高胰岛素受体的敏感性。

已有研究证实，3HB可以提高脂肪细胞上胰岛素受体的敏感性，改善由于pH 降低导致的胰岛素受体亲和力下降的问题。少数文献提到，3HB还可以促进胰岛素的分泌，降低血糖；可降低脑细胞内的天冬氨酸水平，稳定血氨水平，从而逆转胰岛素诱导的低血糖昏迷症状。

神经退行性疾病是神经系统最常见的病症，包括帕金森症（PD）、阿尔茨海默症（AD）、肌萎缩性侧索硬化症（ALS）和亨廷顿症（HD）等，均是一些与年龄相关的疾病，发病率随老龄人口的增加而逐年增高。虽然至今尚不清楚导致这些疾病的真正原因，但线粒体功能障碍、能量代谢异常等已成为共识的早期病理现象正日益受到人们的关注。

少数研究发现， 3HB及其衍生物对上述神经退行性疾病有一定的治疗作用：（1）3HB可以提高神经元的存活率；（2）3HBME能显著提升神经胶质细胞的代谢活性，灌胃处理的小鼠在水迷宫实验中的表现明显优于对照组，说明3HBME可以提升正常小鼠的学习记忆能力；（3）3HBME对于阿尔茨海默症的模型小鼠也有提升其学习记忆能力的功效。