MMPs x Collagenase

OTC2024类器官前沿应用与3D细胞培养论坛圆满落幕，点击图片可查看会后报告，咨询OTC2025类器官论坛请联系：王晨 180 1628 8769。 细胞周期依赖性激酶12/13（Cyclin-dependent kinases 12/13，简称CDK12/13）是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在调控基因转录延伸、DNA损伤响应和基因组稳定性维持中起着关键作用。近年来，CDK12/13在多种恶性肿瘤中的作用受到了广泛关注。研究表明，CDK12/13的功能丧失突变在多种癌症中普遍存在，尤其是在转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）中，其突变率可达5%至7%。 当前，针对CDK12/13的抑制剂研究已经取得了一定的进展。例如，不可逆共价抑制剂THZ531和非共价抑制剂SR-4835在诱导多种癌症类型的合成致死方面显示出了潜力。然而，这些抑制剂在临床试验中因毒性问题而失败。因此，研究者们开始探索利用蛋白降解技术——蛋白水解靶向嵌合体（Proteolysis Targeting Chimera，简称PROTAC）技术，开发能够特异性降解CDK12/13的化合物。 PROTAC技术通过将目标蛋白与E3泛素连接酶连接，促进目标蛋白的泛素化和随后的蛋白酶体降解，从而提供了一种新的策略来调控蛋白质稳态。近期，研究者们已经开发出了首个CDK12 PROTAC降解剂BSJ-4-116，以及化合物7f，这些化合物在体外和体内均显示出显著的CDK12/13降解能力。然而，这些研究还处于相对早期的阶段，对于它们的临床潜力和安全性还需要进一步的探索。 在这项研究中，科学家们开发了一种新型的口服生物可利用的CDK12/13降解剂YJ1206。YJ1206在免疫能力完整的小鼠中显示出最小的不良反应，并且在晚期前列腺癌的临床前模型中表现出显著的疗效。此外，YJ1206与AKT通路抑制剂联合使用时，能够在前列腺癌模型中诱导出合成致死效应。这一发现不仅填补了CDK12/13降解剂在临床应用中的空白，而且为治疗抵抗性前列腺癌提供了新的治疗策略。 AKT（Protein Kinase B，PKB）信号通路是调控细胞存活、增殖和代谢的关键信号通路之一，其异常激活与多种癌症的发生发展密切相关。AKT通路在30%至60%的前列腺癌中上调，尤其是在去势抵抗性前列腺癌和高Gleason评分的癌症中。尽管已有AKT抑制剂如capivasertib获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，用于治疗某些类型的乳腺癌，但在前列腺癌中的单一疗法活性有限。然而，AKT通路抑制剂与其他治疗策略的联合使用已经显示出增强的抗肿瘤效果，这表明了战略性联合治疗的潜力。 本研究中，YJ1206作为一种口服CDK12/13降解剂，其开发不仅解决了现有抑制剂的毒性问题，还通过与AKT抑制剂的联合使用，为治疗晚期前列腺癌提供了新的治疗策略。这种联合疗法的提出，基于对CDK12/13降解后AKT通路激活的深入理解，为未来个体化医疗和精准治疗提供了新的思路。 在探索CDK12/13在肿瘤发展中的作用及其潜在的临床应用过程中，研究团队提出了一个核心问题：是否存在一种有效且安全的策略，能够特异性地降解CDK12/13，从而在不产生严重副作用的情况下抑制肿瘤生长。基于此，研究者们猜想通过PROTAC技术降解CDK12/13可能会成为一种新的治疗手段。他们提出了一个假设：设计并合成一种新型的CDK12/13 PROTAC降解剂，能够诱导CDK12/13的降解，并在体内外模型中展现出抗肿瘤效果。 为了验证这一猜想，研究者们采用了化学合成、分子对接、细胞生物学和体内药效学等多种方法。他们首先通过化学合成方法制备了一系列CDK12/13的PROTAC化合物，并通过分子对接技术预测了这些化合物与CDK12/13的结合模式。随后，他们在体外细胞模型中评估了这些化合物对CDK12/13的降解效果及其对肿瘤细胞增殖的影响。最终，他们选择了YJ1206这一化合物，因为它在体外实验中显示出了优异的降解效率和较低的毒性。 在体内模型中，YJ1206同样展现出了显著的抗肿瘤效果。研究者们发现，YJ1206能够显著抑制前列腺肿瘤的生长，并且与AKT抑制剂联合使用时，能够诱导出合成致死效应，这一效果在免疫完整的小鼠模型中得到了验证。此外，YJ1206在体内的药代动力学特性也显示出了良好的口服生物利用度和适中的半衰期，表明其具有成为口服药物的潜力。 结果分析与阐述：通过对YJ1206的一系列研究，科学家们得出了几个关键的发现。首先，YJ1206作为一种CDK12/13的PROTAC降解剂，在体外能够高效地降解CDK12/13蛋白，并抑制肿瘤细胞的增殖。其次，在体内模型中，YJ1206展现出了良好的抗肿瘤效果，并且与AKT抑制剂联合使用时，能够显著增强治疗效果。此外，YJ1206的药代动力学特性表明其具有成为口服药物的潜力，这对于临床应用来说是一个重要的优势。 总结与结论：总的来说，YJ1206作为一种新型的CDK12/13降解剂，在体内外模型中均展现出了显著的抗肿瘤效果，并且具有较低的毒性和良好的药代动力学特性。这些发现表明，YJ1206具有成为治疗前列腺癌等CDK12/13依赖性肿瘤的潜在临床药物的前景。 新延伸问题、下一步实验引出：尽管YJ1206展现出了良好的应用前景，但仍有一些关键问题需要进一步探索。例如，YJ1206在人体中的安全性和有效性尚未得到验证，需要进行临床试验来评估。此外，YJ1206与其他药物的相互作用也是一个值得关注的问题，需要进一步的研究来明确。未来的研究还应该探索YJ1206对于其他类型肿瘤的潜在治疗效果，并进一步优化其药代动力学特性，以提高其临床应用的可行性。 在这项研究中，类器官（Organoids）的培养是一项关键技术，主要用于模拟人体肿瘤的微环境，以评估药物的疗效和探索肿瘤生物学行为。类器官是从肿瘤组织或正常组织中提取细胞，通过特定的培养条件，让其自我组织、增殖并形成具有三维结构的小型“器官”，这些小型器官能够在一定程度上模拟其来源组织的特性。 类器官培养步骤： 组织采集：首先从患者身上获取肿瘤组织样本，通常是通过手术或活检。 组织处理：将收集到的组织样本切成小块，并在含有抗生素的磷酸盐缓冲液（PBS）中清洗，以去除血液和其他杂质。 组织消化：使用酶（如胶原酶和中性蛋白酶）处理组织，以分解细胞外基质，从而获得单个细胞或细胞团。 细胞培养：将分散的细胞在含有生长因子、激素和其他营养成分的培养基中培养。培养基通常包含Rspo1、Noggin、EGF、FGF、B27等成分，以促进类器官的生长。 培养条件：类器官的培养需要在37°C、5% CO2的条件下进行，并定期更换培养基。 观察与传代：培养过程中需要定期观察类器官的生长情况，并在适当的时候进行传代，以维持其生长和扩增。 应用目的： 药物筛选：通过将类器官暴露于不同药物中，研究者可以评估药物对肿瘤细胞的杀伤效果，筛选出潜在的抗肿瘤药物。 疾病模型：类器官可以作为疾病模型，用于研究肿瘤的发生、发展和转移机制。 个性化医疗：利用患者源性的类器官进行药物敏感性测试，可以为患者提供个性化的治疗方案。 肿瘤生物学研究：类器官可以用于研究肿瘤细胞与微环境之间的相互作用，包括细胞信号传导、免疫细胞浸润等。 基因功能研究：通过基因编辑技术如CRISPR/Cas9，可以在类器官中敲除或敲入特定基因，研究这些基因对肿瘤表型的影响。 在本研究中，类器官的培养和应用，特别是在药物敏感性测试方面的应用，为研究CDK12/13降解剂YJ1206的疗效提供了一个有力的实验模型，有助于推动该化合物向临床应用的转化。 特色： 口服生物可利用性：研究开发的CDK12/13降解剂YJ1206具有口服生物可利用性，这在PROTAC技术领域是一个重要的进步，因为大多数现有的蛋白降解剂都是通过静脉注射给药。 合成致死效应的发现：研究发现YJ1206与AKT通路抑制剂联合使用时，能够在前列腺癌模型中诱导出合成致死效应，为治疗抵抗性前列腺癌提供了新的治疗策略。 低毒性：在免疫能力完整的小鼠中，YJ1206展现出了最小的不良反应，这表明其具有良好的安全性。 创新之处： 新型CDK12/13降解剂的设计：YJ1206是基于先前化合物7f优化而来的新型CDK12/13降解剂，具有更高的降解效率和更低的毒性。 PROTAC技术的应用：该研究成功地将PROTAC技术应用于CDK12/13的降解，这是靶向蛋白降解领域的前沿技术。 体内外模型的全面评估：研究不仅在体外细胞模型中评估了YJ1206的活性，还在多个体内模型中进行了药效学和毒理学评估，提供了全面的药代动力学和药效学数据。 联合疗法的探索：研究探索了YJ1206与AKT抑制剂的联合疗法，这种策略在CDK12/13降解剂的研究中是相对新颖的。 潜在的临床应用：YJ1206的开发为治疗前列腺癌，尤其是去势抵抗性前列腺癌提供了一种潜在的新疗法，这可能对临床治疗产生重要影响。 尽管这项研究在开发口服生物可利用的CDK12/13降解剂YJ1206方面取得了显著进展，并且展示了其在前列腺癌治疗中的潜力，但仍存在一些不足之处： 临床前模型的局限性：虽然YJ1206在小鼠模型中显示出了良好的抗肿瘤效果，但这些临床前模型并不能完全模拟人类疾病的复杂性。因此，YJ1206在人体中的效果和安全性还需要通过临床试验进一步验证。 药物动力学特性待优化：尽管YJ1206的口服生物利用度良好，但其药代动力学特性（如半衰期、清除率等）可能还有进一步优化的空间，以实现更好的疗效和更低的毒性。 长期毒性和副作用未知：研究中对YJ1206的毒性评估主要基于短期治疗，其长期应用是否会诱发耐药性或迟发性副作用尚未明确。 作用机制尚未完全阐明：尽管YJ1206能够降解CDK12/13并诱导AKT通路的合成致死效应，但其详细的分子作用机制和在不同肿瘤微环境中的行为仍需进一步研究。 个体化治疗的适用性：研究尚未充分探讨YJ1206在不同遗传背景和肿瘤亚型中的治疗效果，个体化治疗的适用性和预测生物标志物的鉴定是未来研究的重要方向。 这些不足之处提示了未来研究的方向，包括开展更大规模的临床试验、深入研究药物的作用机制、优化药物设计以及开发有效的生物标志物，以实现对前列腺癌等恶性肿瘤的更有效治疗。 这项研究通过开发一种新型的口服生物可利用的CDK12/13降解剂YJ1206，为治疗前列腺癌，尤其是转移性和去势抵抗性前列腺癌，提供了一种潜在的新疗法。YJ1206在临床前模型中展现出了显著的抗肿瘤效果和较低的毒性，同时，它与AKT通路抑制剂的联合使用策略，为实现合成致死效应提供了新的视角。这些发现不仅丰富了我们对CDK12/13在肿瘤发展中作用的理解，而且为未来的个体化医疗和精准治疗策略的开发奠定了基础，具有重要的科研价值和临床应用前景。 END 免责声明：本文仅作知识交流与分享及科普目的，不涉及商业宣传，不作为相关医疗指导或用药建议。文章如有侵权请联系删除。 OTC2024类器官前沿应用与3D细胞培养论坛圆满落幕，点击图片可查看会后报告，咨询OTC2025类器官论坛请联系：王晨 180 1628 8769

摘要：胶原蛋白（CLG）属于纤维蛋白家族，由左手螺旋的α多肽链组成，这些链自身和轴向扭曲形成右手超螺旋。在化学结构中，它主要包含脯氨酸、羟脯氨酸、甘氨酸和羟赖氨酸。它以纤维的形式自然存在于真皮中，为皮肤提供适当的密度和弹性。本综述旨在介绍胶原蛋白的类型、影响其结构的因素以及其在人体功能中的不寻常作用。此外，还概述了含有胶原蛋白或其衍生物的化妆品的特点、这些产品配方的特性以及使用它们的效果。市场上有许多含有CLG的化妆品和医美产品。它们以注射剂的形式存在，属于最古老的组织填充剂；口服和外用产品，如霜剂、凝胶、精华液或化妆品面膜。分析的研究表明，使用含有胶原蛋白或其肽的产品可以改善皮肤的整体状况并延缓老化过程，通过减少皱纹深度、改善水合作用（在口服制剂的情况下）、减少跨表皮水损失（TEWL），以及改善皮肤密度和弹性。此外，生物活性CLG肽的口服应用对指甲有积极影响，减少了它们的断裂频率。 1.引言 化妆品行业是近年来发展最好的行业之一。化妆品市场提供无数种不同配方的产品，以便每个人都能找到适合自己的化妆品。消费者对化妆品成分的意识也在定期增加，这促使生产化妆品和医美产品的公司提供广泛的活性成分，这些成分针对特定的皮肤属性。化妆品的主要目的是改善外观。"医美产品"一词描述了一种具有治疗效果的化妆品，因为据信其活性成分含量较高。在法律眼中，它和化妆品一样受到相同的法律规范。化妆品中最常用的成分之一是胶原蛋白（CLG）。它是由氨基酸组成的结构蛋白，形成胶原蛋白纤维，具有非凡的强度和高度的弹性。这种蛋白由三条左手α多肽链组成，它们围绕自身和轴向扭曲形成右手超螺旋。其结构根据其功能和发生地而变化。CLG是人体最重要的蛋白质之一，因为它负责维持组织和器官的适当结构，并且占总身体蛋白量的三分之一。它出现在提供适当弹性和强度的主要器官中。它也是皮肤的基本构建块；没有CLG，皮肤将无法正常发挥其功能。真皮中的CLG蛋白不断被重建，它们的纤维特别抗拉伸和撕裂。它在化妆品行业的成功归功于皮肤生物相容性，因为它是皮肤的天然成分。随着年龄的增长，天然胶原蛋白的产生减少，这就是为什么化妆品和医美产品的生产商提供产品，允许从内到外补充这种成分。化妆品行业不断发展，寻找新的创新解决方案，因此化妆品中胶原蛋白的来源已经成为许多研究的主题。目前，在化妆品中测试和使用最好的CLG是海洋来源的。在用于化妆品和美容目的的CLG产品中，可以区分胶原蛋白填充剂，它们属于最古老的组织填充剂组；用于皮肤局部使用的含有CLG或其水解产物的产品；以及口服产品。每种形式都旨在以某种方式补充皮肤中这种蛋白的流失。考虑到CLG是大分子蛋白，无法穿过表皮屏障，所以在局部产品中使用其水解产物，即较小的肽片段，分子量较低。 这项工作旨在展示胶原蛋白蛋白的不寻常结构，它在皮肤中，也在全身中不可替代的作用，这使它成为具有各种作用机制的化妆品产品中非常有趣的成分。本文介绍了含有CLG或其衍生物的化妆品类型，它以何种形式出现，以及它如何影响皮肤属性，以及研究证实的作用效果。 2.胶原蛋白的特性  2.1.结构和生物合成  胶原蛋白是哺乳动物大多数结缔组织细胞外基质中占主导地位的纤维蛋白家族。它们是负责结缔组织结构和生化属性的基本蛋白，在皮肤的情况下，它们约占其干重的70%。这些是天然聚合物，构成人体总蛋白质量的1/3，主要执行构建功能。它们具有独特的形式，根据其功能和发生地而变化。在生物体中常见的CLG是I型。它的存在，例如在骨组织中，提供了弹性和强度。胶原蛋白是皮肤、肌腱、韧带、软骨和血管壁的纤维成分。它们也存在于骨骼和牙齿以及心脏、肺和肝脏等内部器官中。 在结构上，胶原蛋白是最复杂的天然聚合物之一。在这些蛋白质分子的构建中可能涉及超过20种氨基酸。无论CLG的类型如何，最丰富的氨基酸是脯氨酸（Pro）、羟脯氨酸（Pro-OH）、甘氨酸（Gly）和羟赖氨酸（Lys-OH）。CLG蛋白的独特结构由三条左手多肽α链组成，即所谓的前胶原。它们相互缠绕，具有共同的轴，从而形成称为原胶原的右手超螺旋。 超螺旋由氢键、静电相互作用和范德华力结合在一起。除了三螺旋域外，非螺旋片段，即端肽，也参与了胶原蛋白的结构（图1a）。它们出现在CLG大分子的末端或构建在超螺旋结构中。三螺旋的存在及其含量范围从I型CLG的96%到XII型CLG的不到10%。大多数类型的胶原蛋白纤维形成精致的网络，除了I型和II型，其纤维厚且抗拉伸。天然的胶原蛋白超螺旋对胃蛋白酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶等蛋白酶具有抵抗力。 图 1. (a) 胶原纤维的结构；(b) 胶原结构中的主要氨基酸。 唯一能够降解这些大分子的酶被称为胶原酶；它们是细胞外基质金属蛋白酶。每个链大约包含1000个氨基酸。CLG多肽的氨基酸组成特征是酸性氨基酸，即谷氨酸（Glu）和天冬氨酸（Asp），以及碱性氨基酸，即赖氨酸（Lys）和精氨酸（Arg）的等摩尔量。在胶原蛋白多肽链中最常见的重复序列（图1b）是Gly-X-Y-，其中Gly构成第三个氨基酸残基，X和Y是氨基酸残基：Pro（约28%）和Pro-OH（约38%）。在胶原蛋白结构中发生的弯曲数量，由于Gly-X-Y序列的规律重复中断，决定了其弹性。更好的聚集可能性由更大的灵活性提供，例如在膜结构中。三螺旋的独特结构和氨基酸之间的强键使胶原纤维保持其灵活性并且抗拉伸。胶原蛋白蛋白由许多基因编码，这就是它们在结构和功能上是异质的。多亏了这一点，生物体保护自己免受这些重要大分子的损失。此外，在翻译后修饰过程中发生的变化对于维持胶原蛋白蛋白的异质性很重要，这些蛋白在细胞外空间不断合成和降解。这意味着绝大多数CLG纤维由多种类型的CLG组成。在CLG出现在细胞外空间之前，它经历了一些修饰，如羟基化、糖基化和三重前胶原粒子的创建过程。产生的前胶原被排出细胞外。然后，使用肽酶，去除端肽并形成原胶原分子。CLG生物合成的下一阶段是原胶原分子之间的交联形成。最后，自发地结合成微纤维，然后是纤维和成熟的胶原纤维。I型CLG是最常见的类型，在人体中发现。它构成骨骼结缔组织、皮肤或其他器官有机内容的85-90%。它主要负责组织的拉伸强度和骨骼的刚度。它可以在骨骼中找到，这是与皮肤I型CLG相同的基因的产物。这两种胶原蛋白彼此显著不同，这是翻译后修饰的结果。许多因素可以刺激或抑制胶原蛋白的生物合成。这发生在基因表达的不同阶段。TGF-β（转化生长因子β）是最重要的刺激因素之一，它通过诱导编码这种蛋白的基因的启动子的活性，影响成纤维细胞中I型CLG的产生。除了TGF-β，以下因素也对合成有刺激作用：FGF（成纤维细胞生长因子）、EGF（表皮生长因子）和各种PDGF（血小板衍生生长因子）的亚型。相反的效果，即抑制CLG生物合成，由干扰素α和TNF（肿瘤坏死因子）等展示。 2.2.胶原蛋白的类型 所有胶原蛋白结构的一个特征是形成所谓的绳索，即右手超螺旋，这是由三条左手、单一多肽链围绕自己的轴缠绕而成。每种CLG在生物合成过程中有不同的起始阶段。共同步骤包括细胞内反应和三螺旋形成、翻译后修饰、酶促糖基化和赖氨酸羟基化、前胶原的蛋白酶裂解，以及自然交联。迄今为止，在人体组织中已检测到30种不同形式的胶原蛋白，它们执行不同的功能并具有不同的结构（表1）。此外，它们在组织中的位置和含量也有所不同（表1）。 胶原蛋白的多态性可能源于编码参与这些蛋白质生物合成的酶的基因表达的差异。另一个假设是这些蛋白质的多样性是由翻译后修饰中发生的变化引起的。描述亚基组成有助于基于罗马数字编号的命名法（I-XXIX）。阿拉伯数字表示它们由哪些多肽链组成（α1-α6）。胶原蛋白家族分为两个主要组：纤维胶原和非纤维胶原。在哺乳动物中，它们由11个基因编码，并且是胶原蛋白家族中最早被发现的。这个组的共同特征是长中心三螺旋。纤维分子的直径为1.5纳米，长度为300纳米。表1展示了纤维胶原组，考虑到个别类型CLG的功能、位置和特性。在电子显微镜下可见的CLG纤维的特征性横向条纹是由大分子的聚集引起的。它们中的绝大多数是异型的。这意味着它们由不止一种类型的胶原蛋白制成（表2）。这种现象通过存在于骨骼和角膜中的CLG纤维得到证实，主要由I型和V型胶原蛋白组成。然而，皮肤的结构特点是I型和III型的共存，在软骨中，有II型、III型、IX型和XI型的组合。纤维胶原组的组成约占动物体内发现的所有CLG蛋白的90%。纤维CLG类型是I、II、III、V、XI、XXIV和XXVI。 非纤维CLG不形成典型纤维。在这群胶原蛋白中，我们可以区分基底膜、形成微纤维、锚定、形成六角网络系统、含有跨膜域的FACITs型—MACITs和MULTIPLEXINs型的胶原蛋白。个别类型CLG与上述组的关系及其在体内的位置如表2所示。 2.3.胶原蛋白的物理化学特性 胶原蛋白的分子量约为300,000 Da，直径约为14-15 Å（埃），长度为2800 Å。胶原蛋白具有很高的水结合能力，使其成为结构化、增稠和创造凝胶的良好成分。它具有与其在表面的行为相关的属性：形成乳液、泡沫、稳定、粘附、凝聚、成膜特性，以及对胶体的保护功能（图2）。此外，CLG是一个很好的表面活性剂。它可以穿透无脂结构。它具有良好的生物相容性和低免疫原性。CLG的特性取决于身体的年龄段。随着年龄的增长，由于老年动物中胶原蛋白的交联更多，溶解度趋于减少。衰老过程导致蛋白质结构的交联，并影响其机械特性。成熟的CLG具有高度交联的结构，通常不溶于水。水溶性和酸溶性CLG只能从年轻组织中获得。 图 2. 胶原蛋白的特性。 基于对胃蛋白酶消化的敏感性，已经检查了与年龄相关的CLG溶解度差异。研究表明，随着成熟，胶原蛋白在醋酸中的溶解度迅速降低。像其他蛋白质一样，在某些因素的影响下会发生变性。如果胶原蛋白通过热变性，弱键（氢键、偶极-偶极、离子键或范德华力）被打破，而共价键保持完整。CLG发生热变性的温度（所谓的熔点）取决于水分含量、环境的pH值和交联程度。三螺旋解开，链分离。冷却的变性纠缠链团吸收周围所有的水。这种变性的胶原蛋白称为明胶。明胶本身是一种水溶性蛋白质的混合物，主要来自胶原蛋白。由于它部分降解，更多的活性基团通过氢键与水发生相互作用，因此它通常比CLG结合更多的水。由于它们的结构作用和与身体的相容性，胶原蛋白和明胶通常用作医学、制药和化妆品行业的生物材料，明胶是一种更便宜的材料。胶原蛋白是一种高度交联的材料，通常不溶于水和油，因此在化妆品制剂的情况下，通常被水解成更小的肽。 2.4.胶原蛋白在身体中的作用 胶原蛋白在身体中执行多种功能（图3）。它们最重要的是维持结构完整性，并负责细胞粘附、分化、生长、存活和再生的过程。CLG存在于身体的各种组织中（表1和2），其结构根据其位置和功能而变化。 图 3. 胶原蛋白在身体中的主要作用。 胶原蛋白的基本任务是连接细胞，这就是为什么它是大多数器官的构建块，特别是皮肤、骨骼、牙齿、软骨、血管和眼睛的角膜。同时，它保护内部器官，如肾脏、胃和肝脏，围绕它们创建灵活的支架。它还参与再生过程，并由于其结合水的能力，确保皮肤的适当水合。在免疫系统中，它防止致病微生物和有毒物质的进入。它确保皮肤细胞更新过程的连续性，并维持适当的水合水平，这影响其弹性、外观和状况。它加速伤口愈合，形成疤痕，并促进结缔组织的重建。胶原蛋白增加矿物质的吸收并增加骨密度。它刺激软骨细胞的活性，并支持软骨组织内的保护过程，为软骨提供适当的形状和抗拉伸能力。它负责产生滑液和软骨的状况。此外，它还降低引起炎症和风湿痛的酶的活性。CLG 纤维也可以是某些药物的载体，包括干扰素。它提供对滋养毛囊和确保其正常生长至关重要的必需氨基酸。其蛋白质在循环系统的功能中也起着重要作用，因为它们是血管壁的组成部分。循环系统的功能直接取决于血管壁的组成和结构。胶原蛋白作为一种纤维支撑蛋白，与血管壁细胞外基质的结构相互作用，赋予它们适当的弹性和机械强度。CLG 的重组织可能会损害静脉和动脉在输送血液方面的有效功能。它还显著影响循环系统疾病的发展。 胶原蛋白是构成人体血管的最大蛋白质组；I型和III型约占血管中所有CLG的90%。它们是血管的主要支撑蛋白——无论是健康的还是受损的。然而，在支持血管功能方面，我们可以区分非纤维胶原，如形成微纤维的VIC胶原，以及与纤维胶原类型XII和XIV结合的胶原。在血管内层的基底膜中，还有IV型胶原的网络，VII型的锚定，以及作为细胞和基底膜之间连接器的XV、XVIII和XIX型胶原。由于它们的纤维非常坚硬，它们的主要机械作用是在血液流动的压力下限制血管的扩张。胶原分子之间的键的数量影响血管壁的机械功能的质量，以及组织内交联胶原纤维的组织以及它们与其他基质成分的相互作用。 2.5.体内胶原蛋白缺乏的影响 在一个健康、年轻的身体中，胶原蛋白每年大约被替换3公斤，并被系统地重建，但随着时间的推移，再生CLG纤维的能力消失了。体内的水平从25岁开始下降，50岁之后急剧下降，60岁之后，身体不再合成这种蛋白。然而，内源性胶原蛋白生物合成的减少并不仅限于成年期。在年轻人中也可以观察到其浓度的下降（见图4），这是由遗传和激素决定的。这一过程还受到压力和其他外部因素的青睐，绝经期期间CLG生物合成过程也会受到干扰。 图4. 体内胶原蛋白缺乏的主要影响。 然后，雌激素水平下降，这影响这种蛋白的合成并改变其性质。CLG纤维变得更少弹性和更细。在各种外部因素的影响下，如机械负荷、激素变化或疾病，结构可能会发生变化。增加的体力活动和从事极限运动有助于增加胶原蛋白纤维的破坏和它们合成的干扰。加速纤维分解也是由过度暴露于阳光、过高和过低的温度，以及化妆品中含有的某些化合物引起的。这些变化可能导致（见图4）运动问题、脊柱和关节疼痛。随着年龄的增长，负责胶原蛋白自然更新的维生素A、C和E以及矿物质（铜）的浓度下降。CLG蛋白合成及其在骨组织中的转化的干扰可能导致骨脱钙、脆弱和易于骨折。最明显的症状是皮肤紧致度的丧失和整体状况的恶化。头发变得脆弱并过度脱落，这可能导致过早脱发。 3.胶原蛋白对皮肤的重要性  在真皮结构中起主要作用的是胶原蛋白纤维；它们构成结缔组织的80%，皮肤干物质的72%，以及构成身体的所有蛋白质的30%。此外，它们还可以在下面的结缔组织、软骨、肌腱和肌肉中找到。它们以网络结构存在，通过交叉和交织在一起（见图5）。尽管它们轻微可伸展，但它们以显著的撕裂强度为特征。CLG纤维切割蛋白多糖基质的凝胶，从而赋予其拉伸强度。它们不断被重建——新的CLG取代了受损的旧蛋白。然而，它可能被破坏，例如，被紫外线（由于光交联）、糖分子（由于糖化）和自由基（由于疾病、吸烟、压力或从事高水平运动而释放）。皮肤中有一个自然机制调节胶原蛋白的产生。 图 5. 年轻肌肤与老化肌肤的比较。 酶类-基质金属蛋白酶在这一过程中扮演重要角色，例如，一个被紫外线损伤的胶原蛋白分子会被MMP 1（基质金属蛋白酶D）切割成片段。从切割的肽中产生的这些片段（例如，三肽）成为成纤维细胞的反馈，它们将能够产生新的、结构正确的胶原蛋白。化妆品程序在很大程度上基于这一知识，其机制是破坏旧的CLG纤维，然后从它们产生信号肽，并随后刺激成纤维细胞产生新的CLG。在表皮和真皮之间，有一个基底膜，这是一层薄的细胞间物质，上皮细胞靠其休息。细胞通过半桥粒和点状连接连接到膜上，以提供适当的支持和细胞增殖。这也允许它正确地粘附到真皮。此外，基底膜参与血管和无血管上皮之间的营养物质交换以及上皮细胞的分化。基底膜由以下几部分组成：i. 透明层，位于上皮细胞下方；它包含特征性的糖蛋白，如纤维连接蛋白、层粘连蛋白和内皮蛋白，它们确保粘附，即基底膜对上皮细胞和结缔组织元素的粘附；ii. 密集层，由IV型胶原蛋白构成，形成多层网络，支撑基底膜；iv. 网状层，由由III型胶原蛋白组成的网状纤维。锚定纤维的构建块是参与将基底膜附着在结缔组织基质上的VII型胶原蛋白。透明层和密集层形成基底膜，除了存在于上皮中，还覆盖脂肪和肌肉细胞。胶原蛋白蛋白以其对物理、化学以及尤其是机械因素的高抗性而闻名。多亏了这一点，CLG能够在细胞水平上结合结构元素。通过将单个组织元素结合在一起，它确保了它们的完整性。它还在更高级别的细胞组织中履行这一功能，例如在皮肤中，它确保了由结缔组织构成的真皮与上皮组织的完整性。因为CLG纤维形成一个有序的空间网络，细胞外基质的其他元素可以通过受体附着在它们上面。当机械刺激被激活时，网络变形，然后在因素不再活跃时恢复到初始状态。多亏了这种变形的胶原蛋白网络能力，附着在纤维上或位于其附近的元素在压力下不会被损坏，并可以继续正常执行其功能。CLG的另一个重要特性是其结合水的能力。为了使蛋白质纤维保持其性质和结构，适当的水合是必要的。皮肤因此适当地紧张和有弹性，并可以作为保护屏障，并对机械因素具有抵抗力。由于大多数生化反应发生在水环境中，高水分含量对表皮和真皮的正常功能至关重要。在干燥的皮肤中，观察到新陈代谢的下降。研究表明，胶原蛋白分子在细胞增殖过程中也发挥作用，这得益于它们结合细胞因子的能力，以及在皮肤细胞分裂刺激中的刺激是非常非常重要的，特别是在皮肤缺陷再生的过程中。根据研究，来自鱼胶原蛋白（甘氨酸和羟脯氨酸）的氨基酸，当应用于皮肤时，可能对成纤维细胞和角质形成细胞产生的细胞因子数量产生影响。经皮鱼CLG刺激了以下细胞因子的合成和分泌：FGF和TGF。TGF-β在皮肤成纤维细胞中是CLG稳态的重要调节器，刺激前胶原I和IL，并减少MMP-1转录。 3.1.外部因素对胶原蛋白纤维的影响 胶原蛋白不断因外部因素（图6）而改变其结构。胶原蛋白结构被诸如紫外线辐射、激素变化、机械负荷、血管变化和炎症等因素所破坏。 图 6. 影响胶原蛋白结构的因素。 被损坏的胶原蛋白被胶原酶（基质金属蛋白酶）切割，以便被新的、正确交联的胶原蛋白所替代。在损伤胶原蛋白蛋白的因素中，我们还可以区分在压力影响下产生的自由基。饮酒、吸烟或饮食不当，如高糖饮食导致胶原蛋白发生糖化，以及缺乏例如黄酮类等抗炎因素。有毒化合物可能是阻碍胶原蛋白合成的因素，例如重金属如汞、铅或镉。 3.1.1.胶原蛋白糖化 由于糖化过程，所谓的AGE（高级糖化终产物）即高级糖化化合物的产物有能力在蛋白质中形成交联。糖化（图7）是还原糖与蛋白质、脂质或核酸之间的非酶促反应。体内蛋白质的酶促糖基化是一个有意的过程，发生在特定地点，而糖化，即非酶促糖基化，是自发的。其严重程度取决于体内简单糖的含量，例如葡萄糖。AGEs直接和间接地导致许多细胞结构的破坏，包括通过诱导氧化应激。 图 7. 胶原蛋白纤维糖化的步骤，(A) 赖氨酸糖化（红色字体表示葡萄糖分子附着在赖氨酸上并形成希夫碱）；(B) 通过糖化交联的胶原蛋白纤维（红线表示糖化过程中形成的键）；(C) 异常胶原蛋白纤维（红线表示纤维间形成的键）。 蛋白质糖化涉及还原糖（葡萄糖、果糖、葡萄糖-6-磷酸）与蛋白质的氨基基团发生反应，并分阶段进行。最初，自由氨基基团（主要是精氨酸或赖氨酸）与糖的羰基基团相互作用。作为这一作用的结果，形成了一个希夫碱，接下来在下一阶段被重排成烯醇胺。下一阶段，即产物转化为酮胺是不可逆的。烯醇胺和酮胺是糖化的早期产物，而最终糖化产物则是作为美拉德反应的结果而形成的。就胶原蛋白分子而言，天冬酰胺、多脯氨酸或谷氨酰胺参与希夫碱的形成。它们与糖的羰基基团反应——通常是葡萄糖和半乳糖的醛基或果糖的酮基。在生物体中，糖化过程发生得很慢，需要数周时间，因为只有一小部分葡萄糖以含有自由醛基的形式存在（开放形式），这可以与蛋白质的氨基基团发生反应。因此，这一过程主要涉及半衰期长的蛋白质，如胶原蛋白。然后它们变得对蛋白酶具有抵抗力，这加速了它们的老化过程。由于IV型胶原蛋白糖化，它负责基底膜的结构，其周转过程显著减慢。然而，I型胶原蛋白和蛋白多糖的糖化导致它们的纤维变硬并减少了它们的弹性。AGE形成过程由铜和锌催化，被例如抗坏血酸（还原剂）抑制。蛋白质的糖化被胰岛素抵抗、高血糖以及抗氧化因子如维生素E、维生素A和硒的低水平促进。最终糖化产物可能不仅是内源性的——它们的来源也可能是食品，在这些食品中由于热处理而形成了AGEs。 3.1.2.紫外线辐射对胶原蛋白纤维的影响 紫外线辐射具有高度的生物活性。被特定物质吸收的辐射可能会引起其物理化学性质的变化，例如，电离或加热。此外，它还可能引发光化学反应，如氧化、还原、分解或聚合。紫外线辐射导致角质层（SC）增厚，这是由于其生发层细胞分裂增加的结果。SC越厚，它吸收的辐射就越多。皮肤直接接触紫外线对组织没有好处，主要暴露的结构是蛋白质。大约50%的UVA辐射到达真皮。然而，在损伤发生之前，身体激活了各种防御机制。通过刺激个别膜受体，将辐射到达皮肤的信息传递到细胞核，在那里激活了不同基因的转录。激活编码金属蛋白酶的基因，它们攻击胶原蛋白、透明质酸和弹性蛋白分子，并形成真皮的基质。还激活了c-Jun转录因子，其目的是在细胞修复任何损伤之前抑制CLG合成。人体可能在一天内由于不小心暴露于阳光而失去高达20%的正常皮肤胶原蛋白。 UVB辐射刺激表达负责成纤维细胞、黑色素细胞和角质形成细胞凋亡的基因。在组织培养研究中，从晒黑的皮肤收集的成纤维细胞和角质形成细胞的寿命比未晒黑区域的细胞短。由于辐射，还发生了弹性变性过程，其中无定形、增厚的弹性蛋白纤维向真皮上层移动，在那里它们取代了胶原蛋白纤维。紫外线引起胶原蛋白的光交联和光降解。由于光交联，纤维之间形成了异常连接，这改变了它们的机械特性。辐射影响下产生的自由基也能进一步反应，也具有有害影响（见图8）。由于皮肤表面的辐射，UV射线的能量很容易被细胞色素如NADH2、NADPH、核黄素、色氨酸和顺式尿刊酸等吸收。 图8. 年轻和老化皮肤中成纤维细胞和胶原蛋白纤维的比较。 成纤维细胞大小的减少刺激细胞内活性氧的产生。在年轻人类皮肤真皮中，完整的胶原蛋白纤维与细胞相互作用以维持正常的细胞展开和大小（左）。相比之下，在老化的人类皮肤真皮（右）中，破碎的胶原蛋白纤维无法支持正常的细胞展开，这导致细胞大小减少。塌陷细胞的一个显著特征是细胞内活性氧的产生增加。 色素的激发发生在分子氧的参与下，导致氧化产物和氧自由基的形成，包括高度活性的羟自由基HO*。自由基刺激合成维持光交联损伤CLG的胶原酶。自由基与CLG纤维的反应导致组织僵硬度和密度增加，形成皮肤色素沉着和皱纹。然而，皮肤长期暴露于紫外线辐射可能导致风湿性疾病的发展、抑制伤口愈合过程和癌症的发展。在对来自鱼鳞的胶原蛋白进行UV辐射影响研究中，观察到CLG分子的构象变化和水分丧失。 最初，吸收的UV射线导致蛋白质结构的松弛，然后是其降解。在辐射的影响下，稳定三螺旋的氢键被破坏，这导致构象变化和胶原蛋白分子从螺旋结构转变为线圈结构。光降解是由于肽键的破坏以及新产物的形成：苯丙氨酸和酪氨酸。此外，由于辐射暴露，观察到CLG的光学活性和粘度最初增加然后迅速下降。在小鼠皮肤胶原蛋白的研究中，观察到290-320 nm波长辐射导致I型和IV型交联。IV型胶原蛋白产生了3,4-二羟基苯丙氨酸（DOPA），它参与皮肤老化，而氨基酸组成的分析显示，在UV射线的影响下，芳香族氨基酸的数量减少。考虑到先前对胶原蛋白光稳定性的研究，可以得出结论，UV辐射不仅对蛋白质发生的组织有害，而且对含有这种成分的制剂也有害，例如化妆品。总之，紫外线辐射导致胶原蛋白的缺乏，因为它将其稳态从生产转移到降解。 4.含有胶原蛋白的化妆品特性  CLG来自许多来源；主要的是牛肉，特别是来自牛骨和皮肤。由于牛疾病的存在，这些疾病威胁人类生命，如BSE（牛海绵状脑病）、TSE（可传播性海绵状脑病）、FMD（纤维肌发育不良）和特别是疯牛病，科学家正在寻找一个替代的、更安全的胶原蛋白来源。牛胶原蛋白的一个主要缺点是大约3%的总人口对其过敏，这使得它难以使用。牛跟腱用于获得I型CLG。IV型来自胎盘绒毛，而II型来自鼻子或关节软骨。在不同发育阶段使用牛。使用胎儿的真皮来加强肌腱和改善伤口愈合，而新生牛的真皮用于治疗疝气，也用于整形和重建手术。成年牛的心包在治疗疝气和肌肉加强中使用。猪胶原蛋白广泛用于工业目的；使用猪骨和皮肤。猪肉CLG与人类非常相似，但不会引起那么多过敏反应。与牛胶原蛋白一样，存在人畜共患病的风险。使用成年猪的真皮和小肠粘膜来加强肌腱，治疗疝气，支持伤口愈合，以及在整形和重建手术中使用。 目前，最安全的胶原蛋白来源被认为是海洋。提取动物胶原蛋白过程复杂、昂贵且耗时。由于对陆地动物中防御反应的发生和疾病发生的担忧，开始研究海洋来源（见图9）。海洋CLG比来自陆地动物的胶原蛋白有许多优点：主要是没有疾病、环保、由于较低的体温（比陆地动物）更好的吸收、由于低分子量更大的吸收、生物污染物和有毒物质的存在最小（几乎可以忽略不计）、更低的免疫原性和代谢兼容性。 图 9. 胶原蛋白的来源和应用 海洋来源包括使用鱼、海星、水母、海绵、海胆、章鱼、鱿鱼、乌贼、海葵和虾。淡水鱼和海水鱼被用来获得鱼胶原蛋白，特别是它们的皮肤、骨骼、鳍和鳞片。这些鱼部分在鱼加工过程中被视为废物，因此使用它们来获得CLG可以减少环境污染。主要从大西洋鳕鱼、银鲤鱼、日本鲈鱼、鲭鱼和鲽鱼的皮肤以及鲤鱼、黄花鱼和日本鲈鱼的骨骼中获得I型CLG。其他动物来源包括鸡、袋鼠尾巴、大鼠尾腱、鸭腿、马腱、鳄鱼皮肤和骨骼、羊皮、青蛙皮肤，有时甚至是人皮。由于与其他来源相比其免疫原性较低，使用重组人胶原蛋白。成年马的心包用于加强肌腱、治疗和愈合伤口以及治疗疝气。从马皮和关节软骨中分离出I型和II型。从鸡颈中获得I型、II型、III型和V型，以I型为主。鸡爪也是胶原蛋白的丰富来源。I型也从牛蛙的输卵管中获得。 4.1.化妆品中使用的胶原蛋白来源 由于胶原蛋白具有天然保湿因子的特性和保湿性，它是许多化妆品的基本成分。化妆品行业不断发展，寻找创新有效的产品，这使得胶原蛋白来源成为众多研究的主题。用于化妆品的CLG来自多种来源：从牛到猪再到海洋。然而，正如前文提到的，猪肉和牛胶原蛋白与动物传染病的风险相关。研究促进了对海洋来源CLG的结构和物理化学特性的理解，这与动物来源构成了显著的差异。从水母，更具体地说，从R. pulmo物种中提取的CLG具有与人类胶原蛋白I型相似的生物活性。研究表明，某些人类受体可以识别来自水母的胶原蛋白。因此，对于水母CLG，细胞粘附、增殖和迁移的反应相似。水母中蛋白质的含量约为60%。测试结果表明，氨基酸水平与脊椎动物CLG相似，但观察到的羟脯氨酸含量要低得多。这表明相对低的变性温度，范围在26至29.9°C之间。化妆品用途的CLG另一个来源是乌贼皮肤。Sepia lycidas物种含有2%至35%的胶原蛋白在冻干干物质中。然而，阿根廷鱿鱼皮肤含有大约35.6%的CLG。在海洋来源中，鱼类是CLG最有价值的来源。主要原因是75%的鱼体重是胶原蛋白。鱼皮主要用于获得I型CLG。II型存在于软骨中。根据研究，观察到最高胶原蛋白含量的是在银鲤鱼、棕色蟾鱼、鳕鱼和罗非鱼中。如前所述，根据其来源，海洋胶原蛋白可以分为两类——从无脊椎动物或脊椎动物中分离。从海绵中获得的IV型胶原蛋白用于化妆品中的干性皮肤，而从鲑鱼皮肤中获得的I型CLG在化妆品中具有保湿特性。为了提取的肽适合用于化妆品，它必须被正确分离和纯化。由于CLG的三螺旋结构中存在强交联，它在冷水中溶解度差。尽管加热可以提高溶解度，但需要对动物组织进行化学处理，因此使用稀酸和碱来断裂这些链接。最常用于提取组织中CLG的酸是醋酸，以及乳酸和柠檬酸。由于对CLG酸提取的研究，观察到从鲑鱼皮肤中分离的CLG比从鳕鱼皮肤中分离的更易溶。然而，CLG在端肽区域也有很强的分子间共价键，这不能单独被醋酸断裂——在这种情况下，也使用酶，例如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、胶原酶。由于它们的使用，胶原蛋白的溶解度和提取效率提高。最常用的酶是胃蛋白酶。由于其作为天然保湿因子和保湿特性的好处，许多化妆品制剂含有CLG（见图10）作为主要成分。基于海洋胶原蛋白的制剂是充满希望的替代品，由于不断发展和寻找创新有效的产品。它们将根据其来源在组成和特性上有所不同。像CLG这样的高分子量蛋白质不能被角质层吸收，因此它们留在表面，防止水分流失——它们保持皮肤适当的水分并保护受伤组织免受微生物侵害。 图 10. 含胶原蛋白的产品类型 4.2.胶原蛋白填充剂 胶原蛋白填充剂的使用是在微创美容医学中不断发展的一种方法，涉及平整皮肤表面，即“抚平”皱纹和例如萎缩性疤痕等地方。它们也用于塑造嘴唇或面部轮廓。填充剂是可以永久或临时填补软组织缺陷并被皮下注射的物质。我们可以区分合成和天然填充剂，它们来自动物组织（异种）、人体组织（同种）和我们自己的组织（自体）。胶原蛋白填充剂属于最古老的组织填充剂之一；它们分为不可吸收的（永久性）和可吸收的（暂时性）。它们的特点是完全生物可降解性；它们还相对便宜且易于生产，非致癌性、非致畸性和非毒性，并提供可重复的结果，这就是为什么它们正在获得流行。它们的一个重要缺点是发生不同程度的副作用，这取决于所使用的制剂，如红斑、肿胀、瘙痒、感染或变色。由于寻找免疫原性较低的胶原蛋白填充剂，市场上推出了Cosmoderm®和Cosmoplast®（INAMED Aesthetics, Santa Barbara, CA, USA）等制剂。这两种产品都是通过培养人类成纤维细胞获得的，主要含有I型胶原蛋白（高达93%）和III型CLG（7%），以及利多卡因。它们属于同种填充剂，来自已故人士的组织，在获得之前已对其进行了致畸和感染因素的检测。Cosmoderm®专门用于纠正更表浅的皱纹，而Cosmoplast®用于深层皱纹、鼻子和提升嘴角，以及纠正唇部轮廓。使用这些制剂时，不需要进行过敏测试，效果持续时间为3至7个月（Cosmoderm® 3-4个月，Cosmoplast® 3-7个月）。另一种胶原蛋白制剂是Isolagen®（FibroCell Science, Exton, PA, USA），它是从患者的皮肤中获得的，以创建活成纤维细胞培养和细胞外基质的悬浮液。这种制剂的效果会有延迟，因为它与刺激现有组织的重塑和细胞外基质新成分的合成有关。在进行细胞培养所需的时间（约6周）后，通过注射进行给药，建议事先进行过敏测试。异种填充剂的一个代表是Artefill®（Artes Medica, San Diego, CA, USA），含有牛胶原蛋白，这也是效果持续时间最长的填充剂。牛CLG生物降解并在1-3个月后被身体的胶原蛋白所取代。胶原蛋白填充剂也用于填充嘴唇，这类制剂中的胶原蛋白浓度为3.5-6.5%。总之，异种填充剂在医学上有着广泛的应用，例如在手术缝线中，但限制其使用的因素是免疫原性。然而，自体和同种填充剂的特点是治疗成本高，如果产品没有彻底清洁，存在将致病朊病毒或病毒传播给患者的风险。 4.3.含胶原蛋白及其水解产物的口服产品及其效果 典型的CLG水解产物由不同长度的肽组成，这取决于来源，并具有特殊的氨基酸组成。迄今为止，口服含胶原蛋白或其水解产物的制剂主要用于与结缔组织疾病作斗争的人，主要是软骨和关节变化。然而，市场上出现了越来越多的含胶原蛋白的膳食补充剂，其效果是改善皮肤外观并延缓其老化。这样的制剂在美容方面已经流行很长时间了，例如在日本，它们构成了保健品的一个重要类别，而在欧洲则较晚出现。水解CLG在真皮中以两种方式发挥作用（见图11）：首先，游离氨基酸为胶原蛋白和弹性蛋白纤维的形成提供构建块，其次，胶原蛋白寡肽作为配体——它们结合在成纤维细胞膜上的受体上并刺激新CLG、弹性蛋白和透明质酸的产生。文献中描述了关于口服CLG制剂对身体影响的研究，在这些研究中，成纤维细胞的胶原蛋白合成增加（感谢CLG中所含的氨基酸），皮肤细胞的增殖增加，并且由于羟脯氨酸的存在，CLG合成增加。服用胶原蛋白水解产物可增加皮肤水合。许多研究表明，由于摄入水解胶原蛋白，血液中产生了肽（口服后，CLG水解产物被降解为二肽和三肽）。在此之后，它们对皮肤成纤维细胞具有趋化性质，支持它们的重建过程。其他研究表明，一组45-65岁的女性服用含有生物活性CLG肽（BCP）的制剂后，皱纹深度显著减少，例如，与安慰剂组相比，使用八周后皱纹深度的差异为7.2%，这差异在使用最后剂量后的四周增加到20.1%，皱纹深度减少的效果保持在11.5%的水平。在使用BCP八周后，I型原胶原的含量比安慰剂组高出65%，这可能有助于更多天然CLG的合成，从而使皮肤弹性增加，水合更好。在水解鱼胶原蛋白的情况下，由于羟脯氨酸含量较少，而丝氨酸、甲硫氨酸和苏氨酸等氨基酸含量较多，其稳定性比动物胶原蛋白低，因此使用脂质体来增加CLG的生物活性。在大鼠上进行的研究表明，每天补充牛CLG水解产物对外基质蛋白有积极影响——皮肤样本中I型和IV型CLG的含量增加，而负责其降解的酶的数量减少，包括II型胶原酶。基于这样的研究，可以得出结论，补充胶原蛋白水解产物可能会延缓随着年龄增长而发生的外基质变化的形成，这些制剂对氧化应激的缓解作用也得到了证明。在补充口服含CLG的产品时，值得确保适当的维生素C水平，因为它在胶原蛋白纤维的合成中起着重要作用。有许多网站推荐含CLG的小袋膳食补充剂。通常，它们每个小袋含有5000毫克的胶原蛋白，分子量为3000 Da，根据制造商的描述，它具有高吸收性，并提供抗氧化压力的保护。制剂中的CLG来自海洋，更具体地说，来自鳕鱼，旨在恢复皮肤的密度、弹性和水合。根据使用这类产品一个月的客户的反馈，皮肤的水合水平和密度有所改善。 图 11. 胶原蛋白在人体中的传递机制（A-C）；胶原蛋白在体内的效果作用（D） 正如前所述，口服补充胶原蛋白制剂目前非常流行。表3总结了各种出版物中关于这些效果的研究信息。 Bolke及其同事提出了一项研究，旨在研究胶原蛋白补充对皮肤水合、弹性、平滑度和密度的影响。该研究旨在调查饮用保健品ELASTEN®（QUIRIS Healthcare, Gütersloh, Germany）对衰老和皮肤健康的影响。安瓿瓶应该提供2.5克CLG肽、醋栗提取物、锌、生物素、维生素C和天然维生素E混合物。该研究在72名35岁及以上的健康女性中进行，她们服用补充剂或安慰剂12周。然后，使用皮脂测定仪（皮肤水合评估）、皮肤弹性测定仪（皮肤弹性评估）、带有3D相移的体内光学测量的硅酮皮肤复制品（皮肤粗糙度评估）和皮肤超声波（皮肤密度评估）来评估皮肤属性。测试的ELASTEN®胶原蛋白复合物含有短链寡肽，含有5至26个氨基酸，这与人类皮肤中发现的胶原蛋白蛋白的氨基酸序列大部分重叠。它们是天然CLG经酶水解后获得的，并且在消费后在消化道中进一步代谢为生物活性二肽和三肽。然后，它们进入血液和皮肤，在皮肤中积累形成CLG生物基质。 研究表明（见图12），通过口服特定生物活性胶原蛋白肽，可以逆转随年龄增长导致的胶原蛋白合成减少。客观的皮肤测量，如皮肤水合测试和皮肤弹性测试，证实了口服胶原蛋白肽与其他成分一起使用，在三个月后能显著改善皮肤水合、密度、弹性和粗糙度。此外，研究参与者在主观评估中得出结论，他们的皮肤外观有了显著改善。胶原蛋白补充剂没有引起任何副作用，耐受性良好，使用安全。由于胶原蛋白肽是口服的，效果能够达到皮肤的更深层，永久性地改善其生理机能和外观。下一项研究的主题是比较口服胶原蛋白与使用局部胶原蛋白制剂在减少或延缓皮肤老化方面的效果。来自同行评审研究的证据表明，口服和局部使用的胶原蛋白制剂都能改善皮肤水合和弹性，口服给药时皮肤水合得到改善。此外，胶原蛋白已被证明可以减少皱纹和皮肤粗糙度，现有的研究没有显示胶原蛋白补充剂使用有任何副作用。在已发表的研究中，有一项在日本进行的研究，对老化、有皱纹的皮肤患者口服胶原蛋白肽。该研究涉及40岁以上的女性，她们连续56天每天使用10克胶原蛋白或安慰剂。作者观察到与安慰剂组相比，整个实验期间皮肤水合有统计学差异。使用生物电阻抗分析的设备来测试皮肤水合——根据电流通过皮肤的所需时间来确定皮肤水合水平。同一项研究还包括了40岁以上的法国女性，并在连续三个月遵循胶原蛋白治疗方案。在研究结束时，作者发现与安慰剂组相比，胶原蛋白组的水合有显著增加。 图 12. 使用ELASTEN®产品的效果 在另一项研究中，女性被分为四组，根据她们服用的胶原蛋白剂量不同。参与者被跟踪了60天，与安慰剂组相比，根据所服用的剂量，皮肤弹性有统计学上的增加。此外，还注意到老年女性的皮肤弹性在仅仅一个月后就有较早的改善。脆甲综合症是女性中常见的问题，以指甲表面粗糙、剥落、锯齿状为特征。该研究的目的是检查每日口服胶原蛋白肽是否能够缓解脆甲症状并提高其生长速度。试验涉及25名参与者，他们每天服用2.5克特定的胶原蛋白肽（BCP，VERISOL® Gelita，Eberbach，德国）持续24周。在此之后，治疗中断了4周。医生在治疗期间和治疗后评估了指甲生长速率、开裂频率和整体临床改善：研究结果显示，用生物活性胶原蛋白肽治疗促进了指甲生长12%，并且也减少了指甲断裂的频率42%。另外，64%的研究参与者报告说脆甲的整体临床改善，ss%的参与者在治疗后四周经历了改善。研究的结论是，每日口服生物活性胶原蛋白肽有助于提高指甲生长速率，并显著减少指甲断裂的频率。 4.4.用于皮肤和粘膜的胶原蛋白产品 应用于皮肤（见图13）的化妆品中的胶原蛋白不能补充皮肤中的损失；其作用是保留和吸收表皮，即皮肤外层的水分。它还将影响适当的皮肤水合水平。含有天然CLG（天然胶原蛋白，原胶原）的化妆品渗透到表皮，在那里它们积极地结合水分；它们也可以渗透到更深层-真皮-与那里的其他水不溶性蛋白质结合，在那里创建一个亲水层在皮肤表面，连续保留皮肤细胞间隙中的水分。CLG是广泛使用的水凝胶形式的常见成分，包括广泛使用的美容面膜。这类产品应该恢复皮肤弹性，并具有抗衰老特性。它也可以作为增稠剂使用，但是天然CLG的高价格限制了这种选择，而是使用明胶，一种变性形式的CLG，这在分子中要便宜得多，随着其分子中羟脯氨酸的含量增加，它在水中和酸性pH中的溶解度越来越低。因此，化妆品主要使用水解肽，其中包含短多肽和在水中溶解良好的小肽。这样的亲水分子更容易引入化妆品配方，并且由于它们的分子较小，它们可以渗透到皮肤的更深层，并确保其再生。基于对海洋鱼类水解胶原蛋白的研究，研究表明在皮肤的深层，水解CLG的保湿特性非常高，并且可以对皮肤外观产生非常好的效果。水解CLG也在化妆品中被广泛认识，作为具有抗氧化特性的成分和天然保湿因子。其广泛的应用可能性是由于其与人体组织的良好兼容性和完全生物可降解性。已经证明，局部应用和补充水解胶原蛋白可以通过参与各种机制改善皮肤的外观和特性，也可以加速伤口愈合过程，在一项研究中，使用CLG凝胶作为皮肤治疗软膏的研究组A，观察到比不使用凝胶的对照组更高的羟脯氨酸含量。凝胶是一种在皮肤科治疗和化妆品中经常使用的制剂形式，因为其易于应用和非油腻的特性。它以高含水量（95-99%）为特征。其成分是水溶性的或形成胶束。它也有能力创建一层膜，因此它有能力可能，将胶原蛋白凝胶应用于伤口会刺激其旁边的健康细胞启动愈合过程。在化妆品配方中也很重要的是CLG的成膜特性，它被用来在皮肤上创建一层膜，其任务是减少TEWL（经表皮水分流失）并保护皮肤和头发免受表面活性剂的损害。这种特性可以通过将CLG与生物聚合物和/或其他聚合物分子结合来增强，例如聚乙烯吡咯烷酮（PvP）。由于这种化合物与CLG的反应，形成了氢键。CLG的成膜特性也可以通过物质如壳聚糖、丝素蛋白、透明质酸、弹性蛋白或角蛋白来改变。重要的是，在化妆品制备过程中，在冷却后引入CLG，即在乳化过程结束时，以避免蛋白质变性的过程。在化妆品和医学中唯一完全安全的材料是所谓的非端肽胶原蛋白，即没有端肽的I型CLG衍生物。对来自水母“伞”的CLG进行的研究动物在注射了不同剂量的胶原蛋白或其水解产物后暴露于UVA和UVB射线。观察到局部应用于皮肤的水解产物保护天然胶原蛋白免受降解，并且对弹性蛋白也有保护作用。局部CLG护肤产品的无效性可能是由于无法穿透角质层，这阻止了产品到达真皮中的成纤维细胞。因此，当涉及到胶原蛋白产品时，选择的途径和它们将如何使用是重要的。关于化妆品应用的CLG的许多研究都是由化妆品行业进行的，但它们的结果被专利保护，因此在公共领域关于胶原蛋白用途的出版物并不多。 胶原蛋白的其他化妆品形式是乳霜、精华液或面膜。乳霜是复杂的制剂，由亲脂性和亲水性阶段组成。它们具有乳液的特性，即由至少两种不相溶的液体组成的系统，其中一种分散在另一种中，创建o /w（油在水中）、w/ o（水在油中）乳液或多重乳液，例如w /o/w。乳霜在乳液类型、组成和应用方面有所不同。可以区分出用于日常使用的轻盈乳液配方的乳霜，更密集、更紧凑的夜间乳霜，以及用于眼周的精致乳霜，这些乳霜适用于非常敏感的皮肤。 图 13. 胶原蛋白在化妆品中的应用 胶原蛋白已经在乳霜中使用了几十年，因此可以说它改善了皮肤的结构。然而，当应用于皮肤表面时，CLG分子过大，无法穿透表皮屏障。由于CLG渗透性差，化妆品使用部分水解的胶原蛋白，即能够穿透皮肤的氨基酸或肽，但水解CLG的性质与天然胶原蛋白不同。肽越大（超过6-7个氨基酸），它穿透皮肤的深层的可能性就越小。CLG水解后，氢键解离，天然CLG的三螺旋结构变为随机卷曲形态。多肽链也被断裂，导致大量肽的形成。然而，这些结果片段无法重新组装在皮肤层中构建CLG。肽和氨基酸具有有益的生物功能，如水保持和细胞增殖，但它们与CLG本身不同。在一项使用微粒化海洋CLG在乳霜中的研究中，发现它能够穿透角质层。使用一种非侵入性光学设备测量了其在人体皮肤中的穿透深度，该设备使用激光和相机检测光相位变化，这些变化跟随胶原蛋白分子在皮肤深层的存在。在这项研究中，为了促进它们穿透皮肤的深层，胶原蛋白纤维的数量减少了。通过角质层的通道，皮肤的弹性、质地和机械性能得到了改善。此外，在应用了经过测试的胶原蛋白乳霜后，角质层似乎与透明层/颗粒层更好地连接。另一项研究关注局部CLG水解物制剂的即时和长期临床效果，显示在首次应用几分钟内皱纹显著减少，使用三个月后，持续改善是由于肽的作用，这些肽已被证明可以防止由金属蛋白酶诱导的基质损伤。 胶原蛋白产品的另一个例子是精华液。它是一种浓缩的化妆品制剂，含有更高剂量的活性物质，并且应该比乳霜更强大、更快。它可以是乳液、凝胶、牛奶或油的形式，并且具有非常轻盈的质地，这有助于活性成分渗透到皮肤中。在精华液上涂抹乳霜可以防止其蒸发。奶酪中常用的成分是胶原蛋白，它改善了皮肤的弹性和张力，或者为了使活性物质在皮肤中发挥作用，奶酪（和乳霜）配备了载体系统，即能够穿过表皮屏障的微观脂肪体。 在化妆品市场上还有面膜，它们是乳霜或糊状制剂，主要作用是提供高剂量的营养和再生成分。它们被涂抹在清洁过的面部、颈部或领口的皮肤上，用水冲洗掉或通过移除弹性层完全去除。还有用于美容院专业治疗的面膜，以及供个人在家使用的面膜。最常用的面膜是再生和滋养型，例如海藻面膜，保湿或紧致面膜，旨在平滑皮肤，减少皱纹，改善皮肤张力，从而改善面部轮廓和最小化疲劳迹象。天然胶原蛋白水解物是CLG面膜配方中的主要成分，而浸泡在滋养和保湿物质中的CLG片材用于改善面部皮肤对活性物质的吸收。CLG面膜也用于抗衰老和保湿治疗，用于对抗特应性皮炎的人，在那里它们出现为由冻干成分制成的干片，通过浸泡在个人活性物质中激活。它们应该具有提升效果并保持皮肤水分。 关于评估局部使用胶原蛋白产品效果的研究数量，与进行的口服CLG补充剂研究相比要小得多。在一项研究中，参与者在使用含有CLG的产品七天后，皱纹减少，皮肤密度和弹性显著改善。在德国和南非对480名有皱纹、皮肤松弛、疤痕和妊娠纹的患者进行了类似的研究，他们在至少一个月的皮肤准备后，通过经皮形式给予CLG，使用了必要的维生素和乳霜。研究结果表明，与治疗前的状况相比，患者的皮肤改善了60-80%。此外，科学家对患者亚组进行了组织学检查，发现在程序后的第一年，CLG和弹性蛋白的数量显著增加，表皮变厚，主要是棘层。三肽（3%）的抗皱效果在研究中得到了临床医生的确认。结果表明，与安慰剂组相比，它们局部应用在第一个月结束时显著改善了日晒损伤皮肤的状况（皱纹数量减少）。以前的研究表明，口服和局部使用胶原蛋白产品都减少或延缓了皮肤老化，没有证据表明这两种形式中哪一种更好。加速皮肤老化的一个关键参数是糖化过程，特别是在暴露于环境因素如紫外线辐射的情况下。以前的研究表明，胶原蛋白三肽水解物具有抗炎和抗衰老特性，但其确切的作用机制尚未完全了解。在22位可见眼部皱纹的亚洲女性中进行了为期4周的局部应用CLG三肽对面部皮肤的影响研究。年龄范围从30岁到54岁。使用的安瓿含有水解鱼皮提取物，这是一种从Pangasius hypophthalmus的皮肤中获得的CLG水解物，含有4%的Gly-Pro-Hyp，三肽含量超过25%。结果显示皮肤密度和弹性显著改善，皱纹减少。此外，在研究的第四周，皮肤中高级糖化终产物（AGEs）的积累减少，没有任何不良影响。体外研究表明，局部CLG三肽对AGEs的积累、变性胶原蛋白的产生和皮肤成纤维细胞中活性氧的发生具有预防作用。胶原蛋白三肽的局部应用还导致基质中金属蛋白酶的诱导减少，同时增加了I型胶原蛋白的水平。这些研究结果表明，局部使用CLG三肽可能通过抑制氧化应激和糖化过程，改善老化的临床表型。其他研究表明，特应性皮炎患者口服和局部使用CLG三肽可减少瘙痒并改善皮肤水合，因为它具有抗炎特性。 5.过度使用胶原蛋白产品的副作用  上述例子和讨论展示了胶原蛋白的积极作用；通常，这种肽非常易于耐受，口服和外用使用没有观察到不良反应。然而，这并不意味着使用CLG是绝对安全的。首先出现的副作用是过敏反应，这在一些人中可以观察到。这是最简单的副作用。例如，一些人可能对贝类过敏，如果服用海洋胶原蛋白补充剂，甚至可能会发生过敏性休克；此外，其他来源的CLG也可能导致一些过敏问题。此外，来自牛的CLG存在传播疾病的风险，如牛海绵状脑病。在治疗或对照组中，没有研究报告任何副作用，如呕吐、腹泻、恶心或便秘。在Al-Atif的综述中，他报告了一系列试验研究，这些研究没有发现胶原蛋白的不良反应，直到他们观察了参与者。 6.结论 胶原蛋白在身体中具有多种功能。它维持血管的适当弹性，为软骨和骨组织提供机械强度，存在于眼睛的角膜中，当然还有皮肤，它为皮肤提供适当的密度和弹性。随着年龄的增长，皮肤中天然CLG的产生减少。各种外部因素也有类似的影响，例如紫外线辐射导致这种蛋白质的光交联。CLG生产的调节涉及一种名为金属蛋白酶的酶，其任务是切割受损的CLG蛋白，以便可以形成新的CLG蛋白。皮肤中最重要的CLG类型是I型和III型。它是各种化妆品的成分——凝胶、乳霜、美容面膜和精华液，它们加速伤口愈合——也是旨在改善皮肤深层外观的口服补充剂的成分。当以局部产品的形式使用时，由于其高分子量，无法穿透表皮屏障，这意味着它不会到达真皮中的成纤维细胞。因此，使用部分水解的CLG，但其性质将与天然CLG不同。这种蛋白质在应用后留在皮肤表面，防止水分流失，使皮肤更好地水合，从而改善其颜色、亮度和整体外观。它在受损皮肤的情况下还具有抗微生物的保护作用。因此，它已被用于化妆品中的特应性皮肤。为了将胶原蛋白包含在化妆品产品中，必须正确提取和纯化。为了打破其分子中的强交联，使用稀酸和碱。用于改善皮肤外观和延缓其老化过程的口服补充剂越来越受欢迎。它们的行动地点是真皮，那里的游离氨基酸为胶原蛋白和弹性蛋白纤维的合成提供构建块，而CLG寡肽刺激成纤维细胞产生新的胶原蛋白、弹性蛋白和透明质酸。如果我们想暂时改善皮肤的外观或减少皱纹，我们应该使用能够永久或临时填补软组织缺陷的胶原蛋白填充剂。众多研究证实了CLG制剂使用的效果：皱纹深度减少，皮肤密度和弹性提高，经表皮水分流失（TEWL）减少，使用口服补充剂时，它还提供水合。CLG肽还防止金属蛋白酶对细胞外基质造成的损伤。含CLG肽的口服制剂对指甲特别有益；在使用制剂期间和之后观察到指甲脆性的显著减少。所展示的工作当然不能涵盖如此广泛的话题，如胶原蛋白在化妆品中的使用。它只是试图展示这种蛋白质在身体中进行的过程中扮演的巨大角色，以及没有它的存在，身体最大的器官——皮肤将无法正常运作。化妆品市场提供了广泛的胶原蛋白产品，这一点在这项工作中得到了证实，但我们如何使用它们（局部使用、口服或注射）很重要，这取决于皮肤的需要。 最后，值得提及未来研究的潜在途径。这些可能包括探索新配方、研究胶原蛋白使用的长期效果，或深入研究胶原蛋白对皮肤健康影响的分子机制。 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Caption: Experts recommend collaboration between regulatory agencies to increase market access to essential medicines. Credit: Vitalii Stock via Shutterstock Smaller regulatory agencies could introduce more therapies into their national markets through faster regulatory processes, said Dr. Ulf Grawunder, managing partner at Viopas Venture Consulting, at the Swiss Biotech Day conference . At the Swiss Biotech Day conference, which concluded today, experts gathered to discuss the potential for regulators to push innovation in their respective regions. During a panel with regulators from different countries, Grawunder said agencies like Switzerland’s Swissmedic (the Swiss Agency for Therapeutic Products) and Brazil’s Anvisa (National Health Surveillance Agency), could compete with larger regulators such as the US Food and Drug Administration (FDA) to attract more innovative medicines. In 2024, the FDA approved 71 new medicines, compared to Swissmedic’s 41 marketing authorisations. In May 23, The FDA reported that its office of regulatory affairs had 227 offices and 12 laboratories globally. “Agencies around the world tend to connect with each other, but they’re also in competition,” said Dr. Philippe Girard, the head of medicinal product licences and surveillance at Swissmedic. “We have to be as fast as reasonably possible but whilst maintaining the quality of approved therapies,” said Girard. He added that smaller regulators pulled ahead in the US in the evaluation and approval timelines for certain types of therapies such as cell and gene therapies. For example, in December 2023, Swissmedic approved Orchard Therapeutics’ haematopoietic stem cell (HSC) gene therapy, Lenmeldy (atidarsagene autotemcel), also known as Libmeldy. The FDA followed this with an approval in April 2024. Girard said that for smaller regulators, partnerships and collaborations with other national agencies could be a key method for ensuring quicker access to essential therapies. Swissmedic is part of the Access Consortium alongside the Australian Therapeutic Goods Administration (TGA), the Health Products and Food Branch (HPFB) of Health Canada, Singapore’s Health Sciences Authorities and the UK’s Medicines and Healthcare products Regulatory Agency (MHRA). The consortium comprises several working groups that investigate work-sharing initiatives between the different countries. The consortium aims to reduce duplication in the evaluation process to ensure access to medicines, as per the group’s 2021-2024 strategic plan. See Also: Endo International gets grant for patent granted for recombinant nucleic acid encoding collagenase Novartis gets grant for chimeric antigen receptor for T cell specificity regulation