浅谈丝素蛋白在医学领域的研究进展

蚕丝是由内层的丝 素 蛋 白（Silk fibroin,SF）和外层的丝胶蛋白组成。SF在蚕丝中的含量约为70％~80％，它具有两性荷电的特殊性能，没有毒性，具有良好生物相容性、降解性，而且与人体的亲和性也很好，同时还可以根据需要被加工成各种形状，譬如多孔、膜状以及管状等，对开发中的医用材料来说，是一种比较理想的素材。本文将主要介绍由SF制成的多种医用材料以及SF在医学领域的研究进展和前景展望。

1 SF 的基本性质

Gly、Ala、Ser这三种氨基酸是组成丝素蛋白的主要成份，这三种氨基酸大约能占到SF蛋白总量的85%，与人体的角朊（皮肤和头发的主要成份之一）成份十分相似。在蚕丝中，除了主要含有的SF以外还含有丝胶蛋白，SF引起异常的免疫反应主要是丝胶蛋白，所以在SF的应用中，要尽可能的去除丝胶蛋白。在制成的SF材料中，丝胶蛋白的含量越少，那么材料的生物相容性越好。在SF的空间结构中，比较紧密的折叠是一个结构部分，它不溶于水，但在一些比较特殊的中性的盐溶剂当中却能够进行无限的膨胀，可得到SF黏稠的液体形式，将SF的液体形式先行透析，然后除掉盐的成份就能够得到SF的纯溶液，对得到的纯溶液再进行一系列的处理（例如喷雾、喷丝及干燥等），就能够得到凝胶、薄膜、微孔材料等一系列的SF产品。

2 SF 在医学领域的应用

2.1 人工皮肤 人体的皮肤分为两层，即表皮层、真皮层。其中有较强再生能力的是表皮层，而真皮层修复力很差，被严重损伤后不能再生。真皮层发生严重的损伤后，我们只能通过移植的方法来进行治疗，但异体皮肤移植后的排斥反应严重影响着治疗的效果，故出现了多种的人工皮肤。在体外，通过组织工程将人的成纤维细胞和角化上皮细胞置于SF材料上进行同时培养制成的人工皮肤，已经获得成功。张幼珠等的丝素创面保护膜是应用SF制作成的，这种创面保护膜除了具有良好的柔韧性、透水性外，还与人体有很好的相容性,可以与损伤的创面良好粘附，并且可以先快后慢地把药物从保护膜里逐渐释放出来，能够起到了抑菌、杀菌、以及隔离保护创面的良好作用，促进皮肤的愈合。孙皎等对医用的丝素蛋白皮肤再生膜进行了实验研究，包括细胞毒性和溶血反应等。他们通过研究得出丝素蛋白再生膜总的细胞毒性的级别为1级，细胞的增殖率达到了94%以上，而且没有发生溶血反应，符合组织工程生物材料的要求。

2.2 药物载体 丝素蛋白膜可以用于药物的缓释剂，其多孔性的网状膜结构本身就有非常好的吸附、缓释等功能。在这种结构的基础上若再通过丙烯酰接枝反应，可以使它的最大吸水率增加到原来的三百倍以上，这能够使凝胶状态的水、乳化油的稳定性能大大地提高，最大程度地抑制了挥发性的成分的蒸发，大大延缓了药物释放速度。某些药物的半衰期非常短，而且容易被体内的酶降解失去活性，尤其是酶类药物，直接影响到药物的应用效果。SF能将酶固定，而且能够使酶有充分的自由度，在稳定酶的同时可保持酶的活性。例如把酶性药物苯丙氨酸酶（主要用于治疗苯丙酮尿症）负载到SF，能够防止该酶被消化道内的胰蛋白酶等酶类作用而失活，起到了明显延长苯丙氨酸酶半衰期的作用，同时保持了该酶的活性。依此为据，有人研制了丝素固定的葡萄糖氧化酶膜，将其作为响应部件，用于生物传感器来测定葡萄糖浓度，获得了满意结果。此外，有些药物价格高，药物的毒副作用大（如抗癌药物），直接进行口服的效果较差，而成本却很高。据此有学者探究把药物和一些天然的蛋白质进行组合，并在组合的基础上加上有磁性的粉剂，制作成有磁性的药物小颗粒，然后通过磁场的作用把药物直接经过血液送到作用部位。这大大地提高了靶器官部位的药物浓度，提高了生物利用度，同时降低了身体其他部位的药物浓度，减小了毒副作用。SF的生物相容性良好，无明显抗原性 ，可以用于担当此类药物的载体。因此，SF在将来会成为制作这种药物的载体的一种新型材料。

2.3 骨组织修复 骨损伤和骨缺损在临床上非常多见，内源性、外源性两种修复方式仍是目前骨损伤、骨缺损最主要的修复方法。内源性的骨组织修复虽然效果比较好，但修复时需要足够的骨源，在临床上骨源短缺是困扰医生的一大难题。临床工作者一般先是从身体其他的健康部位取得骨组织，然后再将取得的骨组织移植到发生骨损伤的部位，但患者却大多都需要行二次手术。外源性的骨组织修复对骨源不足起到了弥补作用，但该修复方式的效果却比内源性的修复差得多，并发症也比较多（如感染）。现有的外源性骨组织修复的替代物主要是由有机高分子材料、金属等制成，与人体的骨组织大不相同，而且这些材料与人体的亲和性、相容性及力学特性等都不理想。Kaplan等在把SF材料用于骨组织工程修复方面作了许多的研究，通过一系列的研究证明，骨形成蛋白（BMP-2）在SF材料上的生物活性非常好，将SF与BMP-2复合后制成的生物材料对钙盐的沉积有支持作用，同时该材料对人类骨髓间质干细胞(hMSCs)的生长和分化也有支持作用，这些在一定程度上大大促进了骨组织的形成。将对骨组织生长有促进作用的生长因子添加在支架材料上，从而形成非常有潜力的实用的骨组织修复材料，这种方法也将是一种新的发展方向。此外，Kaplan等人还将SF支架材料与hMSCs进行复合，然后对复合的材料分别在体内体外进行培养，通过该研究证实体外培养的hMSCs/SF复合材料的成骨能力很好，使临界尺寸的骨缺损能够治愈。国内，李慕勤等将SF加入到透明质酸（HA）和壳聚糖复合的材料之中，获得了天然的高分子的材料，然后他们将两种支架材料（即HA/CS和HA/CS-SF）分别于成功培养得到的成骨细胞进行混合，通过比较以后证实了HA/CS-SF对于骨细胞的增殖有更好的促进作用。这些学者的实验研究为骨缺损的临床治疗奠定了坚实的理论基础。

2.4 人工血管 随着组织工程技术的进步，各种生物医学材料有了不断地发展与进步，多种多样的人造血管不断的出现，并逐步在动物实验甚至临床研究上得到了应用。我国早在1957年便开始了蚕丝人造血管的研究制造，上海的丝绸研究所目前已经制出不同管径、不同类型的真丝人造血管。Tamada等已报道，当SF被硫酸化以后，在一定程度上对血液可以起到抗凝作用，故该材料能够用于制作人工血管，其在日本已经被作为一种高新材料应用于人工血管的制造。黄福华等对涤纶材料制成的血管壁的内外侧用SF进行涂抹，证明涂层SF以后的人工血管较前的渗水率下降了99%左右，该材料被植入人体后不会有漏血情况的发生，这样可以使人工血管植入时不再需要提前进行预凝操作，使手术所需时间大大减少，同时也降低了输血的风险。

2.5 尿道修复 尿道狭窄、尿道缺损是泌尿外科的常见病。尿道损伤后，由于自身尿道黏膜的缺陷而致修复难度非常大，故后期容易出现尿道狭窄。目前临床上常采用自体的皮肤、腹膜、膀胱黏膜、颊黏膜和睾丸鞘膜等组织进行修复，取得了一定的治疗效果，但存在着一系列较重的并发症（例如结石形成、毛发生长、憩室产生、尿瘘、再狭窄等），常常需要反复进行诊疗。刘春晓等人在应用SF修复兔尿道的缺损及对狗尿道缺损不同长度的修复效果的实验研究中证实，SF对于尿道黏膜上皮细胞和尿道平滑肌的生长有诱导作用，而且对尿道缺损的修复也有促进作用，能够修复长约1.5 cm的尿道缺损，但单纯应用丝素蛋白膜修复较长的尿道缺损(如大于 3.0cm)，效果欠理想。同时，刘春晓等在对兔膀胱移行细胞和丝素蛋白膜相容性的研究中发现，将在体外培养获得的膀胱移行上皮细胞植入到SF的浸提液中，可以良好的生长，这为SF在临床泌尿外科中的应用进一步提供了参考依据。

2.6 周围神经缺损的修复 周围神经发生损伤缺损后的修复、再生问题对临床工作者来说一直是个难点。应用手术方法吻合受损神经断端或应用患者自体的神经进行移植仍是目前临床上修复神经的两种主要的方法，但患者术后的恢复效果不能满意。虽然应用最为经典的患者自体的神经进行移植修复仍是目前临床上应用最多的周围神经损伤修复方法，但效果却仍不能让临床工作者满意。学者们开始尝试着研制外科植入式的导管来修复损伤的神经，这种方法使受损的神经在修复再生中取得了一定程度的效果。SF材料是一种良好的生物组织工程材料，已在很多领域被应用。在神经组织工程运用方面，Yang等首先对SF在周围神经组织工程应用的生物相容性进行了评价，研究发现SF与外周神经组织的组织相容性很好，对大鼠的背根神经细胞的生长具有支持作用，同时可促进雪旺细胞（SCc）的成活，在表型以及功能等等方面没有发现细胞毒性，这为SF在神经组织工程领域中的应用提供了理论依据。在国内，陆艳等应用SF导管对面神经的缺损进行了修复，取得满意的效果。根据SF的组织学特点，应用SF制备出组织工程神经，然后在体内用于外周神经损伤缺损的修复是今后的研究方向。

SF的理化性质相对稳定，具有良好的机械性能、可降解性、生物相容性等，这些奠定了SF在医学组织工程中应用的基础。近几年来，SF材料在医学组织工程应用中的大好前景已被大量的学者经实验研究证实。随着SF应用领域的逐步拓展，它在高新技术的各个领域会有更广阔的应用前景。