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这年头说起胶原蛋白,好像很容易引起呵呵。但是,胶原蛋白重要到我们不得不去重视它。胶原蛋白是人体的主要结构蛋白,是由甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸为骨架,结合其它多种氨基酸形成α螺旋,三股螺旋结合在一起形成胶原纤维(图1),构成骨骼、肌腱、筋膜、浆膜、软骨、肾脏、血管管壁、真皮、真皮与表皮交界处的一些重要结构,占到人体蛋白质总量的30%以上。
图1 胶原蛋白纤维的螺旋结构
(图1引用来源http://www.science.uva.nl/research/crystallography/franks/collageen/paginas/h5p1.html)
有人认为“胶原蛋白缺乏色氨酸”,所以“胶原蛋白营养价值不高,是一种劣质蛋白”,如此说来,人体蛋白质中最多的就是这种“劣质蛋白”了。然而,缺乏胶原蛋白的后果是非常严重的,在皮肤,一些遗传性问题导致某些胶原蛋白缺乏,形成大疱性皮肤病等。大家都熟知,缺乏维生素C会导致坏血病,原因就在于维生素C与胶原蛋白合成关系密切,缺乏维生素C导致胶原蛋白合成障碍,导致坏血病,表现有创口、溃疡不易愈合,骨胳、牙齿等易于折断、脱落;毛细血管脆性增加,而引起皮肤、粘膜、肌肉出血等。
根据结构和组分,胶原蛋白分为很多型(type),现目前认为有二十多种,在不同的分布区域,胶原蛋白的主要种类又有所不同,发挥着各异的作用。胶原蛋白不仅是重要的结构成分,其实也有相当多的生理学功能。
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,已经成功地用于肝、脾等富含血管的组织出血的治疗中,如肝脏吻合术、心脏手术及各种外科、内科手术。军事医学科学院卫生装备研究所研制的胶原海绵止血材料止血效果良好,用于体内创面的止血与治疗具有安全可靠性
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图2
(图2引用来源:http://www.davol.com/ordering-info/sp/avitene-ultrafoam-collagen-sponge/)
。相对于金属材料,它有更好的生物相容性和可塑性。若结合3D打印技术,有可能为骨科病人带来巨大的希望。
。胶原蛋白还可用于人工皮肤的构建。
(图3引用来源:http://newsatjama.jama.com/2014/04/11/new-tissue-engineering-studies-answer-important-questions/)
3.
过去,人类取得的胶原蛋白主要来源于动物组织(冰寒注:植物中是不含胶原蛋白的)。异种和异体来源的胶原蛋白存在以下几方面问题:①疾病的传染危险,例如疯牛病等;②在总体上,胶原蛋白非常安全,但异种胶原蛋白的也可能在临床应用中引起异种或异体排斥反应,导致移植部位的无菌性炎症;③刚性强,加工过程中引起分子链断裂;④绝大多数为水不溶性,提纯过程中所用溶剂很难脱除完全,有可能导致细胞毒性。动物产品的收集、加工等各个环境也都存在一定的不便性,作为食品问题不大,但是用作医疗还不够完美。因此,科学界开始了类人胶原蛋白的研究。
类人胶原蛋白的概念是基于人胶原蛋白的特征和主要功能序列,重新优化设计基因序列,将其导入表达生物,使之产生具有人胶原蛋白特征的蛋白质(图4),这样,它就具有更好的生物学相容性、细胞黏附性、促新细胞形成和止血功能(因其分子结构是完整的),而且其促进上皮细胞生长功能更强。因为采用生物工程在洁净空间清洁生产,也就没有病原微生物隐患,排异反应低(由于重组类人胶原蛋白是由人体胶原蛋白基因构建的,在进入人体后,其免疫排异反应与来自动物组织的胶原蛋白相比大大减少)。相关研究也证实了其良好的生物相容性。
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这一领域技术的突破是由西北大学的范代娣等实现的,她们采用PCR 扩增得到数个人胶原蛋白基因,并进行重组转化,通过高密度发酵培养生产出系列具有不同功效的人源性胶原蛋白,所得重组胶原蛋白表达量高达29.4%,达到世界领先水平,为类人胶原蛋白规模化生产和利用铺平了道路。
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(图5引用来源:https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/736x/fd/60/03/fd60036a5a8a7984bd73edbc
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胶原蛋白具有重要的结构和生理作用、良好的生物相容性、安全性,基本没有免疫原性,其特殊的结构与性质,使之在生物医学领域发挥着重要作用,如促进组织修复、作为药物载体、止血、制作敷料、应用于重组人工皮肤、制作人工血管、人工骨、用于医学美容的组织填充术等。在皮肤方面,则广泛应用于护肤品和注射填充。
重组类人胶原蛋白的研究成功,为胶原蛋白更加大规模、容易、安全地应用于医学和美容提供了基础,相比异源性胶原蛋白,有更好的生物相容性,因而应用优势更为明显。初步临床研究显示,外用类人胶原蛋白对于皮肤作用温和,可改善水分和皱纹,改善皮肤屏障功能,应用于激光美容术后等具有较好的效果。不过,由于重组类人胶原蛋白成功规模化生产的历史还不久,外用于皮肤后是通过什么机制实现这些效果的,其细胞学、组织学层面的效果和作用机制,仍待进一步探索。
相较而言,内服胶原蛋白的研究要深入一些。研究显示,不同的胶原蛋白结构、分子量、肽链的构成,胶原蛋白或肽的作用不同,例如对抗微生物的效能有差异[23]。已知富含脯氨酸-羟脯氨酸或甘氨酸-脯氨酸-羟脯氨酸的胶原蛋白水解产物具有增加真皮胶原蛋白含量、减轻光损伤、提升皮肤弹性等改善皮肤的作用[24]。根据这些信息,进一步深入的基础研究将有可能筛选出对皮肤具有更好作用的肽链序列或胶原蛋白种类,并且通过合适的机制增强其效果。
综上所述,胶原蛋白(尤其是类人胶原蛋白)具有多种独特的优势和特点,完全有可能在未来时代的生物医学、美容护肤领域发挥更大的作用。
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