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本文来源：中国美容整形外科杂志 2022 年 4 月第 33 卷第 4 期
DOI：10.3969/j.issn.1673-7040.2022.04.018
作者：石华堂 ¹ 张威 ² 于广兰 ¹ 陈博伦 ¹
作者单位：1.佳木斯大学附属第一医院 整形科，黑龙江 佳木斯 154002；
2.上海健威医疗美容医院，上海 200030
通信作者：张威，
Email: 2875254337@qq.com
【摘要】透明质酸（hyaluronic acid，HA）是一种黏多糖类物质，具有良好的生物相容性及生物可降解性，在组织工程学及医学领域得到广泛的应用。现通过对透明质酸的发展历程、新陈代谢、理化性质、流变学、制备及衍生物等的研究进展以及在整形美容外科的临床应用进展作一综述，并对其在美容方面的应用进行了展望。
【关键词】透明质酸；合成与分解；流变学；整形美容外科
透明质酸（hyaluronic acid, HA）又称糖醛酸或玻璃酸，是一种存在于有机体中的天然聚合物，其本质为黏多糖类，由重复的聚合二糖 D- 葡萄糖醛酸和 N- 乙酰基 -D 葡萄糖胺通过交替排列的 β-（1→4）和 β（1→3）糖苷键连接而成，其在大自然中广泛存在，这种聚合物具有良好的生物相容性及生物可降解性。目前 HA 已经以多种形式被利用，因其具备包 括抗炎、促进伤口愈合及组织再生、免疫调节、抗衰老、皮肤年轻化等特性[1]，在调节人体内各种生物进程和维持体内稳态等多方面起着重要作用。
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K Meyer 和 J Palmer 于 1934 年首次从牛眼玻璃体中分 离出了一种前所未有的化学物质，并发现这种物质透明似玻 璃，且由两种糖类分子组成，其中一种是醛酸（uronic acid）， 为了更形象准确描述这种物质，他又引用希腊语“hyalos（玻 璃）”，并将这种物质命名为“hyaluronic acid”。HA 在 1986 年 的学术会议上被正式命名为“hyaluronan”（EA Balazs），中文译为“透明质酸”“玻尿酸”。20 世纪 50 年代 HA 首次被引入医学领域，用作玻璃体替代品（J Necas, 2008 年）。1968 年被首次用于烧伤的治疗[2]。20 世纪 90 年代，HA 产品开始引进我国并有效地用于骨科、眼科、整形外科等医学领域。2008 年，国家食品药品监督管理局（CFDA）批准了瑞典的 Restylane（瑞蓝 2） 用于美容注射填充，国产的 HA 填充产品“逸美”“润百颜”分 别于 2009 年、2012 年获得批准[3]。此外，韩国的“伊婉”“艾莉 微”先后于 2013 年和 2015 年获得 CFDA 批准进入我国。
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2.1 HA 在体内的合成
细胞合成 HA 是一个较为独特而又高度调控的过程。机 体内大多数的黏多糖都是在细胞中的高尔基体内合成的， HA 则是由一类被称为透明质酸合成酶（hyaluronic acid syn-thases, HAS）的整体膜蛋白合成的，这些酶在人体中有三种类型：HAS1、HAS2、HAS3。所有合成酶都位于细胞膜上，活性末端位于细胞内部。合成发生于细胞膜内侧，透明质酸合成酶通过反复交替添加葡萄糖醛酸和 N- 乙酰 -D- 氨基葡萄糖基团来延长 HA，合成 HA 重复二糖结构的大型线性聚合物后[4]，再通过 ABC 转运体蛋白家族成员介导，释放入细胞外基质[5]。虽然三种形式的 HAS 都能合成 HA，但他们却各自影响着 HA 的链长。HAS1 和 HAS2 与高分子量 HA（high molecular weight HA, HMWHA）的合成有关，HAS3 则负责合成低分子量 HA（low molecular weight HA, LMWHA）。LMWHA 具有免疫抑制和抗血管生成的功能，HMWHA 则具有促进血管生成和抗凋亡特性，刺激热休克蛋白（heat shock proteins, HSP）的合成，是一种有效的免疫抑制剂[4]。
2.2 HA 在体内的分解
人体内的 HA 可通过胞吞的作用进行降解，胞间黏附分 子（intercellular cell adhesion molecule-1, ICAM-1）是识别 HA 的细胞表面受体之一，这个超分子所介导的胞吞作用能够使 HA 从体液和血浆中被清除,是 HA 代谢因子。HA 与该受体结合可以触发精细调节的级联反应，并生成胞吞小泡。HA 与初级溶酶体结合，酶催化其形成寡糖和低分子量 HA[6]。HA 主要被 HA 酶家族降解，根据基因序列，人类包含 6 个 HA 酶基因（gene of hyaluronoglucosam inidase，HYAL）负责调控 HA 酶的表达，分别为 HYAL1、HYAL2、HYAL3、HYAL4、HYALP1 和PH-20/SPAM1[7]。首先将 HYAL1 酶从人血浆中分离出来，在各类器官中均有很高水平的表达，定位于溶酶体中，负责将 HA 降解为四糖；HYAL2 酶表达在除大脑外的众多组织中，并且能够将高分子量的 HA 降解为 20 kDa 的产物（G Lepperdinger, 1998 年）；HYAL3 酶在哺乳动物的骨髓和睾丸中广泛表达，其在胚胎发生和干细胞调解中可能发挥着作用，但 HYAL3 酶的催化性能目前尚不明确；HYAL4 蛋白完全在肌肉和胎盘中表达。HYALP1 表达假基因，无蛋白翻译；PH-20/SPAM1 蛋白表达于哺乳动物睾丸中，具有 HA 酶活性。酶促过程包括一种内在糖苷酶与两种溶酶体外糖苷 酶、β- 葡萄糖醛酸酶、β-N- 乙酰氨基葡萄糖苷酶的联合作 用（S Nermeeen, 2010 年）。
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HA 是一种细胞外基质成分，由 N- 乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸的二糖重复序列组成的高分子量糖胺聚糖，生理条件下带负电荷，在体内以钠盐（透明质酸钠）的形式生成。根据组织来源的不同，常由 0.2~2.5 万个二糖单位组成，分子量为 0.5×107 ~2.0×107 kDa，延伸长度为 2~25 μm。HA 在体内可作为润滑剂与缓冲剂，大量存在于眼玻璃体、关节液中， 负责组织液体黏弹性，并作为软组织的稳定和水合成分；同时，HA 具有极强的吸水性，这与其刚性的螺旋柱型结构有关，结构内存在大量的羟基，使得水分通过氢键和极性键结合于柱型结构内，难以流失[8]。2006 年，R Stern 等报道，HA 能够结合超过自身重量 1000 倍的水分，对调节组织水化和渗透平衡具有重要作用。此外，HA 还有充当信号分子与细胞表面受体结合，调节各类细胞的增殖、迁移和分化，如炎症调节作用、促进组织修复再生作用。
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流变学（rehelogy）即研究流动相关性质的一门学科。这一 词来源于希腊哲学家辛普里丘 （Simplicius） 的格言“panta rhei（万物皆流动）”[9]。HA 注入人体后，会受到横向剪切应力 （扭转力）或者垂直方向压缩（拉伸力）的协同作用，与这些作用力相拮抗从而维持 HA 物理稳定性的则是 HA 所具备的流变学特性，主要包括黏弹性和内聚性两种[10]。不同品牌的 HA 注射填充产品具有差异明显的流变学特性，对于流变学的研究评估可以预测 HA 与组织的整合模式，以及针对不同患者的不同部位选择恰当的 HA 产品。
4.1 HA 的黏弹性
黏弹性指 HA 注射填充后所受到诸如重力、张力、面部 活动的牵引力等横向剪切应力时所表现出来的黏性和弹性。HA 能够作为注射填充剂，一方面是其在面对极强剪切应力 （针管推注）时，能够有较好的形变能力，从而顺利推注；另一方面，在注入人体后，又需要较长时间维持稳定以及拮抗位移、形变。黏弹性过大，则表现为 HA 硬度大，手感不自然，组织整合性差；黏弹性过小，则稳定性差，易移位。
4.2 HA 的内聚性
内聚性则为 HA 内部各个 HA 单元的黏附性。在 HA 注 入人体后，受到垂直方向的压缩力或拉伸力时，内聚性则体 现出 HA 产品的延展和塑形性能。内聚性高的 HA，面对压力 时的抗折叠和塌陷能力则越强，适合填充于频繁受压的部 位，如颞部、下颏的填充。内聚性小的 HA 则与之相反[11]。
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HA 的制备方法主要有组织提取法和微生物发酵法（李宝璋，1993 年）。组织提取法顾名思义，即从人或动物的组织 中提取 HA。包括利用不同的沉淀剂于人类脐带中获取 HA；利用酶解法、电泳法从猪气管中分离高纯度 HA。目前为止， HA 组织提取原料主要有人脐带、牛羊玻璃体、鸡冠等，已经 形成了比较完善的制备工艺。但由于原料来源有限、提取技 术繁琐导致较低的产量和较高的生产成本，且从动物组织中 分离出来的 HA 往往伴有动物蛋白及 DNA 杂质，可能会引 起对机体不利的免疫应答。这些局限性使得在生产实践中微 生物发酵法逐渐取代了组织提取法[12]。近年来，随着生态文明建设的不断贯彻与落实，有学者试图从生产生活的废弃物中寻求获取 HA 的原料。如有研究者从鱼眼、鸡蛋壳膜等原料中提取了 HA[13-14]。这也为未来组织提取 HA 指出了可行的替代方案。
微生物发酵法则是利用细菌发酵来生产 HA，所选用的菌株为不断选育的兽疫链球菌，辅以蛋白胨、酵母粉、葡萄糖 培养基，发酵法大大提高了 HA 的产量[15]。但毕竟链球菌作为一种潜在的病原体，且在发酵过程中会产生内毒素，生产出的 HA 具有安全隐患。基因工程技术的出现很好地解决了这个问题，有研究者[16]通过转基因技术将链球菌中调控 HA 合成的基因片段整合到宿主细菌中，这样就得到了兼具高产量、高安全性优点的目标菌株了。近年来，HA 制备正朝着更细致化的方向发展，如利用基因工程、诱变筛选、改变发酵条件等方式获取不同分子量的 HA[16]。
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HA 广泛分布于人体组织和细胞内液中，正常成年人体内大约含有 15 g，并时刻处于动态的周转代谢中（L Juhlin, 1997 年），皮肤中的 HA 半衰期为 24~48 h，血浆中的半衰期则为 2~6 min。显然，注入人体的 HA 很快就会被分解代谢， 为了获得高稳定、耐降解的 HA，需对其进行各种化学修饰和交联。HA 链上最常修饰的位点有羟基和羧基，1,4- 丁二醇二缩水甘油醚是当前制备交联 HA 凝胶应用最为广泛的交联剂，具体交联修饰的反应为：在碱性环境中，环氧基团开环与 HA 链上的羟基反应生成醚键[17]。经过化学修饰和交联的 HA 与天然 HA 相比，各项物理化学性能提升的同时仍保留了其最初的生物相容性和可降解性。
6.1 单相 HA 凝胶
单相 HA 凝胶（monophasic hyaluronic acid, MHA）是通过混合不同数量的高分子 HA 和低分子 HA 来进行生产的，可以通过改变交联程度来获取目标 HA 凝胶。单相 HA 凝胶强度较弱，颗粒感亦不明显，易受外力改变形态。单相 HA 凝胶又可分为单相单缩聚 HA 凝胶 （monophasic monodensified hyaluronic acid，MMHA）和单相多缩聚 HA 凝胶（monophasic polydensified hy-aluronic acid，MPHA），MMHA 是通过混合不 同分子量 HA 和交联一步反应生产的，代表产品有美国的乔雅登（Juvederm）系列；而 MPHA 则涉及了两步反应，第一步交联完成后，添加额外数量的 HA 再次进行交联，代表产品有法国的 Surgiderm 系列[18]。
6.2 双相 HA 凝胶
双相 HA 凝胶（biphasic hyaluronic acid，BHA）则是通过将交联 HA（crosslinked hyaluronic acid, CHA）颗粒悬浮在非交联 HA（noncrosslinked hyaluronic acid, NHA）中来制备的，代表产品有瑞典瑞蓝（restylane）系列[19]。临床应用中，注射 BHA 产 品引起的疼痛和肿胀要比注射 MHA 产品更为明显，但也有研究（F Wang, 2007 年）证明，BHA 能够刺激机体胶原的生成，这一点是 MHA 所不具备的。还有学者比较了 MMHA、 MPHA、BHA 三种交联 HA 在皮肤内的分布整合情况，结果表明，三种填充剂在很好的保留真皮细胞和基质成分的同时，表现出了优异的耐受性和均匀的分布情况，而 MPHA 则表现出了最佳的真皮内网状扩散分布，其能够填充于胶原蛋白束和弹性蛋白质纤维的最小空间，并能保持结构完整性[20]。
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HA 在美容方面有着极为广泛的应用价值，因其所具备独特的超强保湿性能及促进组织再生等性能，使得其在面部年轻化方面取得了显著的疗效。同时，其具有的理化性质及优异的流变学性能，使其在治疗先天或后天的软组织凹陷时，能够较好的塑形并提升面部的美容效果。因此，HA 也是面部填充剂的最佳选择之一。
7.1 面部年轻化的应用
7.1.1 抗皱年轻化 衰老是造成皱纹最基本的原因之一[21]。衰老引起的皱纹一方面由于皮肤水分和脂肪成分的减少，造 成皮肤失去光泽、润滑甚至产生凹陷；另一方面胶原蛋白、弹性纤维的减少，又降低了皮肤的弹性，引起皮肤松弛，表现出皮肤的细纹。与此同时，皮肤衰老往往也伴随着微血管及皮脂腺数量的减少，这将进一步弱化皮肤的保水功能；皮内成纤维细胞和嗜酸性粒细胞数量的减少，皮肤再生功能降低， 则将继续加重皮肤的衰老。HA 的独特性能则能很好地解决上述问题，从而达到减少或者延缓皱纹的形成。
7.1.2 填充年轻化 韧带松弛、软组织丢失、骨性改变被认为是引起面部衰老的 3 个原因[22]。HA 填充后既能通过扩充 容积填补上丢失的软组织，如颧颊部的填充；也能通过填充 去除凹陷性皱纹，如皮肤细纹、颈纹、鼻唇沟；还能在注入韧带根部后以其独特的流变学性能对松弛韧带起到良好的支 撑作用。最终达到面部年轻化的目的。
7.2 填充塑形
HA 填充塑形一方面可以用于治疗先天或后天的皮下软组织不足导致的凹陷，如颞部凹陷、泪沟凹陷、左右面部不对称、颧部凹陷、面部肿物切除术后软组织缺损等。另一方面，HA 填充塑形还受当下审美的影响，在隆鼻、丰唇、隆 颏以及改善面部轮廓等方面广泛应用。除了面部的填充塑形 外，注射 HA 改善身体轮廓、私密处塑形也是当下的热门手 术，如男性胸部、臀部、阴茎的塑形，女性的隆乳、提臀术等。强帅等[23]对女性会阴区的美容注射进行了综述；另有统计显示，这一新兴注射美容手术近 5 年来增加了约 220%[24]。但该技术仍需要进一步的完善和提高。
7.3 伤口修复与瘢痕预防
伤口的愈合及皮肤屏障的重建包括炎症反应、肉芽组织 形成、上皮组织的再生和转化。早已有各类基础和临床研究 证实了 HA 与伤口愈合及瘢痕预防具有密不可分的关系。有 研究显示[25]，当人为抑制 CD44 表达后，会出现皮肤真皮层内 HA 的含量下降，固有炎症反应水平的减弱，组织修复能力的降低。当前则需要研究者通过新型 HA 相关衍生物来高效的促进伤口愈合及抑制瘢痕形成。如当皮肤全层受损时，真皮层缺失，这就大大阻碍了正常的皮肤修复，瘢痕形成在所难免。而有学者[26]通过在伤口处用以酯化形式的 HA 进行治疗， 结果大大缩短了伤口的愈合时间，并且减少了伤口深层反复出现的瘢痕增生，12 个月后的活检表明，新生的真皮组织与原有的真皮正常组织在组织学上相当。还有学者[27]通过将 HA 与脂肪干细胞外泌体相结合并应用于伤口愈合当中，明显增强了血管生成和上皮再生的能力。
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随着研究的不断深入，HA 在众多领域发挥着应有的作 用，未来将会作为直接治疗药物被长期广泛地应用于各类疾病的治疗，例如作为润滑剂应用于临床中各类组织器官粘连 的治疗及预防；作为保湿剂用于减轻一些疾病所带来的干燥 症状；作为愈合剂促进伤口的愈合及瘢痕的预防。此外，由于其良好的理化性质，促进细胞外基质形成的生物学性质，以及其自身所携带的大量负电荷又能吸引正离子，从而导致水分子不平衡扩散，HA 将被设计用于组织支架和细胞外基质 替代物[1]。另外，HA 还可被设计用于药物运输领域，HA 靶向药物能够通过 CD44 路径杀伤肝肿瘤细胞且具有良好的靶向性[28]。HA 在美容外科领域的应用更加广泛，随着科学研发技术的提升，HA 产品的制备将朝着更加绿色化、精细化方向发展，比如利用废弃物提取 HA，利用基因工程技术获取人们所需的目标 HA；HA 产品在美容领域的临床应用也将更加的科学化、个性化、人性化，如近年来 HA 联合 A 型肉毒毒素、利多卡因、射频、红外线等进行治疗[29]，又如针对患者的自身条件及患病的部位，从众多交联 HA 产品中选择一种适合的。此外，HA 由于分子量的不同产生着不同的生物作用，也影响着代谢、与受体亲和力和物理性质的变化；HA 在身体塑形、 会阴处填充等方面也仍有许多不确定性。因此，对 HA 的基础研究及在美容方面的应用仍需要学者们的不断探索。
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