全 文 ：·综述与专论· 2014年第3期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
透 明 质 酸 酶（Hyaluronidase，HAase） 是 广 泛
分布于自然界中的一类糖苷酶，通过作用于 β-1，3
或 β-1，4 糖苷键来降解透明质酸（Hyaluronic acid，
HA）（图 1）。此外，还可在一定程度上催化作用于
软骨素（Chondroitin，CS）和硫酸软骨素。透明质
酸酶首次发现于 1929 年，Duran-Reynals［1］在哺乳
动物睾丸及其他组织提取物中发现一种可促进疫苗、
染料、毒素等扩散的“扩散因子”，随后被鉴定为透
收稿日期 ：2013-07-01
作者简介 ：苏康，女，硕士，研究方向 ：微生物与生化药 ；E-mail ：sk880921@126.com
通讯作者 ：吉爱国，男，博士，教授，研究方向 ：微生物与生化药 ；E-mail ：jiaiguo@sdu.edu.cn
透明质酸酶的研究进展
苏康  吉爱国
（山东大学威海分校国际生物技术研发中心 山东大学威海分校海洋学院，威海 264209）
摘 要 ： 透明质酸酶是以降解透明质酸为主的糖苷酶。近年来国内外关于透明质酸酶各方面的研究日益增多，透明质酸酶
的构效关系及生物学应用越来越引起人们的关注。对透明质酸酶的相关研究进行了综述，主要阐述了各类型透明质酸酶的研究概
况包括人透明质酸酶、牛睾丸透明质酸酶、毒液透明质酸酶、微生物透明质酸酶。简要介绍了透明质酸酶的活性测定、酶活抑制
剂及透明质酸酶制剂的应用情况，最后对透明质酸酶的研究前景进行展望。
关键词 ： 透明质酸酶 哺乳动物 毒液 微生物 抑制剂
Research of Hyaluronidases and Future Development
Su Kang Ji Aiguo
（International Biotechnology Research Center，Shandong University at Weihai，Marine College，
Shandong University at Weihai，Weihai 264209）
Abstract:  Hyaluronidase is a kind of glycosidase which mainly degrade hyaluronic acid. Research on hyaluronidase- a negeleted enzyme
for a long time increased in recent years. we mainly reviewed the current research on the several resources of hyaluronidase, including human
hyaluronidase, bovine testicular hyaluronidase, animal venom hyaluronidase and bacterical hyaluronidase. Moreover, the enzyme activity assays
and clinical application were reviewed. Finally the future research on hyaluronidase was prospected.
Key words:  Hyaluronidase Mammal Venom Microorganism Inhibitor
明质酸酶。由于透明质酸酶分离纯化困难且似乎没
有研究意义，长期被忽略。近年来透明质酸酶的研
究成为一个热点，研究者们试图探究其性质及在生
物学过程中的应用。
1 各类透明质酸酶研究概况
透明质酸酶是使透明质酸产生低分子化作用酶
的总称。目前来说透明质酸酶有 3 种分类方法，分
别依据最适反应 pH 值、氨基酸序列同源性及来源、
O
OH
COOH
OH
O
*
O
CH2OH
NHCOCH3
HO
O O
O
COOH
OH
OH
O
CH2OH
NHCOCH3
OH
O O
*
图 1 透明质酸结构
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第3期16
结构和作用机制划分。最为经典的是 1971 年 Meyer
根据透明质酸的来源、结构和作用机制的不同将透
明质酸酶分为 3 类（表 1）。以下分别简单阐述哺乳
动物来源、动物毒液及微生物来源的透明质酸酶。
表 1 透明质酸酶分类
分类 来源 作用底物 作用机制 终产物
内切 -β-N-乙酰氨基葡萄
糖苷酶（EC3.2.1.35）
脊椎动物及动物毒液 软骨素、硫酸软骨素、
硫酸皮肤素、HA
水解酶，转糖甘酶，作用
于 β-1，4 糖苷键
四糖
内切 -β-葡萄糖醛酸苷酶
（EC 3.2.1.36）
水蛭唾液腺和十二指肠虫 特异性降解 HA 水解酶，作用于 β-1，3
糖苷键
四糖或己糖（还原端为葡萄
糖醛酸）
透明质酸裂解酶（EC
4.2.2.1）
细菌如 ：梭菌属、微球菌、
链球菌、链霉菌
透明质酸、软骨素、
硫酸软骨素
作用于 β-1，4 糖苷键，β-
消去机制
2-（乙酰基氨基）-2-脱氧 -D-
葡萄糖为主产物
1.1 哺乳动物透明质酸酶
人类基因组包含 6 种透明质酸酶，相似性在
33%-42% 之 间［2］。 其 中 HYAL-1（HYAL，Gene of
Hyaluronoglucosaminidase）、HYAL-2、HYAL-3 三 种
基因位于 3p21.3 染色体，另外 3 种基因 HYAL-4、
HYAL-P1 和 PH-20/SPAM1 位 于 染 色 体 7q31.3［3］。
目前关于人透明质酸酶的研究主要集中在 Hyal-1、
Hyal-2 及 PH-20。Hyal-1 在哺乳动物肝、肾、脾及心
脏中含量较高，集中分布于溶酶体中［4］。Hyal-1 是
57 kD 的酸性糖蛋白，能催化降解各种分子量的 HA
产生以四糖 / 己糖为主的产物。Hyal-2 分布于溶酶体
中或通过糖基磷脂酰肌醇（Glycosylphosphatidylinosi，
GPI）锚定在血细胞膜上，调节胞内及胞外透明质酸
的分解代谢，最适 pH 为 4。Hyal-2 有特定的底物特
异性，可将 HA 分解至 20 kD 大小（约 50-60 个双
糖单位）的片段［5］。哺乳动物体内 Hyal-1 和 Hyal-2
分工明确，首先由细胞表面的 Hyal-2 将 HA 降解至
约 20 kD 的片段，随后由 Hyal-1 催化糖片段为四
糖［6］。Hyal-2 作为一种功能性受体与多种病毒如绵
羊进行性肺炎病毒、山羊地方性鼻内肿瘤病毒的膜
蛋白结合，介导病毒进入人体。PH-20 蛋白（Sperm
adhesion molecular 1，SPAM1）是锚定于膜的多功能
蛋白，存在于睾丸、附睾、雌性生殖道、胸、肠及
恶性肿瘤中。PH-20 是一种多功能蛋白，除透明质
酸酶活性外还有其他功能。
不同于人类，家鼠基因组中有 7 种编码透明
质 酸 酶 的 基 因。HYAL-1、HYAL-2、HYAL-3 位 于
染 色 体 9F1-F2，HYAL-4、PH-20/SPAM1、HYALp1
位于染色体 6A2，第 7 种透明质酸酶 HYAL-5 位于
与 6A2 相 近 的 基 因 簇［7，8］。 其 中 Hyal-5 和 Hyal-
p1 与其他类型的透明质酸酶具有较高的序列相似
性。Hyal-5 在不同 pH 值下稳定性较高［8］。除家鼠
外，Hyal-5 也存在于其他啮齿类动物中。家鼠的受
精作用成功与否主要取决于 Hyal-5，PH-20 基因缺
失的精子只要 Hyal-5 正常表达便能成功受精。鼠
源 HYAL-1 与人源 HYAL-1 具有 73% 的相似性［9］。
相 对 于 HYAL-1，HYAL-2 更 加 重 要， 鼠 胚 胎 中
HYAL-2 的突变具有致命性。
目前，市售透明质酸酶多数从哺乳动物睾丸组
织提取的，其中主要是牛睾丸透明质酸酶（Bobvin
testicular hyaluronidase，BTH）。BTH 是 一 种 内 切 糖
苷酶，作用于 β-1，4 糖苷键来降解透明质酸。除透
明质酸，BTH 也能够降解软骨素、硫酸皮肤素、4-
硫酸软骨素及 6-硫酸软骨素。质谱分析测得终产物
中主要成分为四糖，饱和多糖为最少的分解产物［10］。
BTH 是 糖 苷 水 解 酶 56 家 族 中 唯 一 建 立 3D 结 构
的酶［11］。
1.2 动物毒液透明质酸酶
透明质酸酶存在于许多动物毒液中，目前在蜜
蜂、蛇、蜘蛛、玫瑰毒鲉、蜥蜴及蝎子毛虫的毒液
中检测到了透明质酸酶的活性。 透明质酸酶降解血
管周围基质中的透明质酸使毒素易于进入血管，是
毒液从受伤部位进入体循环的关键。从等电点看，
动物毒液中的透明质酸酶均为碱性蛋白，约 33-
110 kD。目前从蜘蛛毒液中分别提取得到 33、44、45
和 64 kD 的透明质酸酶［12］。
众多毒液来源的透明质酸酶中关于蜜蜂毒液透
明质酸酶（Bee venom hyaluronidase，BVH）的研究
2014年第3期 17苏康等 ：透明质酸酶的研究进展
较早且较为深入，究其缘由是因为蜜蜂毒液中透明
质酸酶的含量相对较高。BVH 是首个经 cDNA 克隆
于大肠杆菌表达所得的真核生物来源的透明质酸酶，
是一种透明质酸 4-糖苷裂解酶（E.C.3.2.1.35），归属
于糖苷裂解酶 56 家族，作用终产物为四糖［13］。该
酶是由 349 个氨基酸组成的 40.746 kD 的糖蛋白，糖
含量在 7%，蛋白结构中有 4 个半胱氨酸构成的二硫
键和 3 个糖基化位点［14］。Markovic-Housley 等［15］将
BVH 与 HA 四聚体合成结晶，晶体分析显示蛋白进
行（β/α）7 折叠而非常规的（β/α）8 折叠，酶与 HA
结合位点位于保守氨基酸丰富的 C 末端，催化过程
中谷氨酸为质子给予体，HA 结构中的羧基基团为亲
核体。除蜜蜂外，来自于虎头蜂、黄蜂等其他蜂类
的透明质酸酶也有所研究。虎头蜂毒液中的透明质
酸酶经 cDNA 克隆序列测定 ：含 331 个氨基酸，与
BVH 有 56% 的序列相似性［16］。SDS-PAGE 以及质
谱分析鉴定到黄蜂 P.paulista 毒液中有 4 种不同分子
结构的透明质酸酶，通过蛋白质组学分析已将其中
含量最高的 Hyal III 进行测序，建构 3D 结构。Hyal
III 含有 288 个氨基酸，分子量在 44.340，pI 9.50［17］
从 毒鲉科 石 鱼 中 提 取 得 到 的 透 明 质 酸 酶
SFHYAL 是第一个被发现的海生生物来源的透明质
酸酶。该酶 62 kD，p I 9.2，本身无毒，是一种 N-乙
酰氨基 -β 内切己糖甘酶，作用 β-1，4 糖苷键，四糖
为其终产物［18］。透明质酸酶普遍存在于所有蛇毒中，
出于其危险性直至 2004 年才有所探究。经凝胶层
析和离子交换层析从印度眼镜蛇（Naja naja）中可
提取得到两种亚型的透明质酸酶 ：NNH1 和 NNH2。
NNH1 分子量 70.406 kD，pI 在 9.2。NNH1 和 NNH2
属于中性蛋白在 pH5-7 有较高活力，对 HA 有底物
特异性［19］。2012 年从印度最危险的蛇角蝰中分离
得到一种新型透明质酶 CcHasell（33 kD），最适 pH
5.5，最适温度 37℃。钠离子能够提高该酶的活力，
其他阳离子 Ba2+、Ca2+、K+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Cu2+
和 Hg2+ 对酶的活性有不同程度的抑制作用［20］。
蝎毒、蜜蜂毒液、虎头蜂毒液和胡蜂毒液中的
透明质酸酶是使人体产生 IgE 介导的致命过敏反应
的过敏原。毒液中透明质酸酶的结构分析具有重要
的临床意义，为毒液螫入人体产生病理学反应提供
治疗依据。
1.3 微生物透明质酸酶
透明质酸裂解酶是微生物致病过程中的毒力因
子，通常与宿主组织直接接触或使病菌逃过其防卫
机制。透明质酸裂解酶降解宿主基质中的透明质酸，
使得宿主易患气性坏疽、脑膜炎、滑膜炎、增生、肾炎、
霉浆菌症、牙周疾病、乳腺炎、肺炎、败血症、梅
毒及毒性休克综合症等病症［21-23］。宿主体内的高分
子量透明质酸参与免疫调节且具有抗炎活性，而微
生物产生的透明质酸裂解酶将其所含高分子量透明
质酸裂解成寡聚透明质酸，成为诱导炎症反应的因
子，在宿主体内为微生物的生长塑造环境。
多种细菌、噬菌体、真菌可表达产生透明质酸
裂解酶（表 2，表 3）。革兰氏阳性菌分泌的透明质
酸酶在细菌致病过程中起重要的作用，目前所有革
兰氏阳性菌分泌的透明质酸酶能够引发动物伤口感
染。B 族链球菌是产 HAase 革兰氏阳性菌中研究较
为深入的，B 族链球菌 HAase 非特异性降解一种黏
多糖，通常能够作用于 HA 和 CS，蛋白结构 C 末端
为酶与底物的结合部位［24］。革兰氏阴性菌也可产透
明质酸酶，但在细菌的致病过程中不起作用。相对
于噬菌体来源的透明质酸酶，革兰氏阳性菌和革兰
氏阴性菌产生的酶分子量相对较大，大约在 50-60
kD［25］。通过用 X-ray 对原酶、酶与降解产物的结合
物以及酶定位突变的研究，细菌 HAase 的降解机制
已清楚 ：首先酶与 HA 进行随机的结合，通过 β 消
除机制将 HA 裂解为两个片段（第一步分解），两片
段中含有原 HA 还原端的片段（不饱和双键的片段）
离开，另一含有原 HA 非还原端的片段继续被固定
于酶的活性部位继续催化，以此类推不断降解。这
种降解机制是 2000 年 Baker 和 Pritchard［26］首先提
出的，他们是基于降解 HA 产物推断出来的。
寄生于链球菌的噬菌体通过合成透明质酸裂解
酶而附于透明质酸丰富的细菌膜表面。相对于细菌
和真菌的透明质酸裂解酶来说，噬菌体透明质酸裂
解酶分子量（25-45 kD）最低，且与细菌来源的裂
解酶序列相似性很低。来源于噬菌体的透明质酸酶
能够在一定程度上作用于透明质酸及其他的糖胺聚
糖。目前有文献报道的是酿脓链球菌 H4489A［27］、
10403［28］及马疫链球菌前噬菌体 7047［29］3 种噬菌
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第3期18
体。链球菌噬菌体 10403 和 H4489A 中分别含有编
码透明质酸酶基因 HylP2 和 HylP2。正常生理状态下，
hylP2 以三聚体形式存在，分子量约在 110 kD。
假丝酵母及副球孢子菌是人类易感的致病真菌。
这类真菌能够分泌产生包括透明质酸酶在内的多种
酶，引发肺部及其他器官、组织，引起人体黏膜、皮肤、
肾上腺、淋巴结部位的继发性感染。透明质酸酶以
及软骨素酶在假丝酵母及副球孢子菌的致病过程中
起重要作用。然而到目前为止，真菌类的透明质酸
酶尚未进行详尽研究。
表 2 产透明质酸酶的微生物
微生物 种类
革兰氏阳性菌 肺炎双球菌（107 kD）、中间型链球菌、星群链球菌、无乳链球菌（121 kD）、乳房链球菌、猪链球菌、结核分枝杆菌、猪葡萄球菌、
金黄色葡萄球菌（92 kD）、梭状芽胞杆菌、产气荚膜杆菌（114 kD）、败毒梭菌、肖氏梭菌、支原体、痤疮丙酸杆菌、天蓝色链球菌、
消化链球菌、颗粒丙酸杆菌、兽疫链球菌
革兰氏阴性菌 气单胞菌、弧菌、贝内克氏菌、普通变形杆菌、脆弱拟杆菌、卵形拟杆菌、链杆菌、不解糖拟杆菌、死亡梭杆菌、梅毒螺旋体、
雅司螺旋体
噬菌体 酿脓链球菌、马疫链球菌
真菌 白色念珠菌、产紫青霉菌、绳状青霉菌、热带假丝酵母、季也蒙假丝酵母、近平滑假丝酵母、克柔假丝酵母菌、巴西副球孢子菌
表 3 2009-2013 新型透明质酸酶
来源 分子量
（kD）
pH 最适温度
（℃）
底物
酿脓链球菌 H4489A 39.5 6 37 HA
马疫链球菌前噬菌体 42 7 37 HA、CS
结核分枝杆菌 25 ND ND HA、CS
产紫青霉菌 30 3.0-3.25 43 HA
兽疫链球菌 96 6 37 HA
ND ：尚未确定
2 活性测定
经过几十年研究，已建立起多种测定透明质
酸酶活性的方法，如酶谱法、平板法、化学法和物
理化学法等。其中应用较多的是浊度法和 Morgan-
Elson 方法。浊度法是基于大分子量的透明质酸盐
于酸化血清中发生沉降现象建立起来的，可使用马
血清白蛋白、牛血清白蛋白、十六烷基三甲基溴戴
氨和西吡氯铵作为沉淀剂［30］。Morgan-Elson 方法建
立于 1934 年，该方法包括 3 步反应 ：100℃碱性条
件下酶水解产生的 N-乙酰基 -D 葡萄糖能够衍生成
发色体Ⅰ ；酸性环境中生成发色体Ⅱ ；发色体Ⅲ与
DMAB 生成红色终产物。近年来该方法不断得到优
化［31，32］，最终使用 0.8 mol/L B4O2- 7（pH10.5）用
于第一步反应，激发光 545 nm 吸收光 604 nm 荧光
测定，优化后该方法最低可测 0.016 μg/mL 的酶且
剂量-活性曲线有较好的线性。随着透明质酸酶的
研究，许多新技术及新方法相继出现。Reitinger 和
Müllegger 等［33］于 2001 年将琼脂糖凝胶电泳与荧光
检测相结合建立了一种测定 Hyal-2 灵敏度较高的新
方法。另外，一系列以荧光透明质酸作为底物的方
法也见报道［34-37］。
3 透明质酸酶的抑制剂
透明质酸酶参与了受精过程、新生血管生成、
炎症反应、创伤修复、细菌致病和毒素扩散等生理
反应，因此透明质酸酶的抑制剂为研究开发避孕药、
抗肿瘤制剂、抗菌剂奠定基础。1946 年，Haas［38］
首次于血浆中发现透明质酸酶的抑制剂。随后临床
研究发现患有肿瘤、肝病、皮肤疾病的患者血液中
抑制剂的含量高于健康人。依目前研究进展发现的
透明质酸酶抑制剂大致可分为 9 类 ：生物碱、抗氧
化剂、萜类化合物、黄酮类、合成化合物、黏多糖、
脂肪酸、寡糖和抗炎症药物［39-42］。研究中常用肝素、O-
磺化透明质酸、壳聚糖、脂肪酸、抗坏血酸、盐酸
胍和马兜铃酸作为透明质酸酶抑制剂。Isoyama 等［41］
于 2006 年检测了 21 种抑制剂对于 HYAL-1、睾丸透
明质酸酶、蜜蜂毒液透明质酸酶及链霉菌属透明质
酸酶的作用。试验结果显示聚苯乙烯聚合物和透明
质酸磺化衍生物的抑制效果最为显著。HYAL-1 和
蜂毒透明质酸酶对于抑制剂的作用比其他类型的透
明质酸酶敏感，而霉菌属细菌来源的透明质酸酶除
PSS990.000 和 VERSA-TL 502 外，对于其他抑制剂
有拮抗作用。而其他物质如肝素、棉子酚、苯氧苯
2014年第3期 19苏康等 ：透明质酸酶的研究进展
丙酸、金硫丁二钠、1-十四烷基磺酸及甘草酸抑制
效果不明显，其中棉子酚和苯氧苯丙酸对于研究中
涉及的所有透明质酸酶均无作用。而且，1-十四烷
基磺酸和甘草酸仅能够在很小程度上降低 HYAL-1
的活性。藻酸内酯和透明质酸磺化衍生物通过竞争
性或非竞争性机制来抑制透明质酸酶的活性。通过
整个报告可得到结论 ：抑制剂对于碱性或酸性的透
明质酸酶作用效果不同。
通常植物中的某些活性成分（如黄酮、生物碱
和糖蛋白）可有效抑制透明质酸酶的活性，用于消炎、
促伤口愈合、治疗蛇咬伤。印度藤黄果壳中的山竹
子素及藤黄具有抗氧化活性，果壳乙酸乙酯提取物
（EAF）在 25 μg/mL 时能够强烈抑制透明质酸酶的活
性而水提物（WF）在 90 μg/mL 强烈抑制透明质酸
酶和弹性蛋白酶的活性［43］。Piwowarski 等［44］检测
了 12 种富含鞣酸的植物提取物抑制透明质酸酶的活
力，其中 8 种植物提取物有抑制作用，提取自千屈
菜的活性成分具有较强的抑制能力。
4 临床应用
透明质酸酶广泛应用于多个领域。例如，整形、
外科手术、眼科、内科、肿瘤治疗、皮肤科及妇科等。
经美国 FDA 认证的用途有 3 种 ：（1）用于眼科手术
中提高麻醉效果。透明质酸酶在加快麻醉速度的同
时也降低了麻醉持续的时间。Remy 等［45］研究结果
显示，相对于单独给药甲哌卡因，同时使用甲哌卡
因和透明质酸酶麻醉效果更明显（P ＜ 0.001）。（2）
皮下灌注液的添加剂。皮下输液主要用于缓解老年
病人出现的脱水症状。灌注液中含有生理盐水、5%
的葡萄糖及少量的透明质酸酶，每 100 mL 液体中添
加 15 U 透明质酸酶用于促进液体的吸收。常见注射
部位有胸腔、腹部、大腿及上臂。（3）透明质酸酶
用于泌尿道造影时促进造影剂的再吸收，尤其是婴
儿或儿童静脉注射达不到效果时［46］。
透明质酸酶至今共有 5 种上市产品［47］，分别
是 Amphadase、Hyase、Vitrase、Wydase 和 Hylenex，
其 中 Hyase、Wydase 及 Vitrase 已 停 产。Amphadase
和 Hyase 提取自牛睾丸，Amphadase 制剂中使用硫
柳汞作为防腐剂。Vitrase 是羊睾丸来源的透明质酸
酶，不含防腐剂。与其他几种不同，Hylenex［48］是
从仓鼠卵巢细胞表达的重组人源透明质酸酶，产品
中含有人血清白蛋白，无防腐剂，酶活达到 200 U/mL，
其余产品 150 U/mL。人体皮下注射透明质酸酶能够
被快速吸收，体内扩散的速度与注射的剂量成正比，
药效持续 24-48 h。成人皮肤经注射透明质酸酶后
真皮层会造成一定程度的受损，约在 48 h 后能够自
我恢复［49］。一般情况下，透明质酸酶注射剂能够引
起局部注射部位的副作用，进入人体后极少引起不
良反应，出现荨麻疹、血管神经性水肿的患者少于
0.1%，未出现过过敏性眼球后阻塞。
5 展望
透明质酸酶分布广泛，不同来源的透明质酸酶
具有不同的底物特异性、最适 pH 值、降解机制及
功能等。随着对透明质酸酶研究的深入，使我们对
酶的分类及酶的同源关系有了深刻的认识，同时许
多问题随之出现，如全基因序列、分子机制、催化
时亚基之间的相互作用。总结来说，将来对于透明
质酸的研究将注重这 4 个方面 ：（1）酶的构效关系 ；
（2）酶的分离、鉴定及基因克隆 ；（3）筛选新型透
明质酸酶，作为检测肿瘤细胞的探针 ；（4）酶活性
检测方法的探索与改进。相信随着研究的进一步深
入，不同来源透明质酸酶的特性越来越多的被发现，
这些为预防和治疗透明质酸酶相关疾病提供新的途
径和理论依据。
参 考 文 献
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（责任编辑 狄艳红）