膠原蛋白地地地研究進展

1、word膠原蛋白研究進展*:通訊作者.23465145378 .摘要：膠原蛋白以其獨特的生物特性而具有廣闊的應(yīng)用前景.對近年來國內(nèi)外學(xué)者與生產(chǎn)廠家對膠原蛋白的制備、生物學(xué)功能作用與應(yīng)用方面的研究進展進展 了綜述，以期充分有效地利用該生物資源.關(guān)鍵詞：膠原蛋白；制備；功能；應(yīng)用 引言:膠原蛋白（collagen）是細胞外基質(zhì)的主要成分，約占膠原纖維固體物的85%占動物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的25%30%,它廣泛存在于動物的結(jié)締組織（骨、 軟骨、皮膚、腱、韌等）中，對機體和臟器起著支持、保護、結(jié)合，以與形成界 隔等作用.目前，已發(fā)現(xiàn)的膠原蛋白有20多種，它們在動物體內(nèi)有著不同生 理功能，其中，科研人員研究

2、較多較深入的是I型膠原蛋白. I型膠原蛋白（以 下所述膠原蛋白均指I型膠原蛋白）分子長度約為300 nm,直徑約為115nm呈 棒狀，由3條多肽鏈構(gòu)成3股螺旋結(jié)構(gòu)，即：2條a I鏈，1條a II鏈，a I鏈和 a H鏈只是在氨基酸順序上有微小差異.膠原蛋白特有的左旋a 鏈相互纏繞構(gòu)成膠原蛋白的右手復(fù)合螺旋結(jié)構(gòu)，在螺旋區(qū)段，氨基酸呈現(xiàn)（Gly-X-Y） n 周期性排列.膠原蛋白中，甘氨酸（Gly） 含量較大，約占30%脯氨酸（Pro）和羥 脯氨酸（Hyp）共占約25%而一般動物蛋白質(zhì)中羥脯氨酸含量極微少.可以說，羥脯氨酸是膠原蛋白特有的氨基酸， 其含量多少與膠原蛋白的穩(wěn)定性、 變性溫度 成正性相

3、關(guān)方.同時，膠原蛋白具有很強的生物活性與生物功能，能參與細胞 的遷移、分化和增殖，使動物的骨、腱、軟骨和皮膚保持一定的機械強度.此外，膠原蛋白因其弱的抗原性和良好的生物相容性，在燒傷、創(chuàng)傷、眼角膜疾病、美容、矯形、硬組織修復(fù)、創(chuàng)面止血等醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域用途廣泛.目前，國內(nèi)外關(guān)于膠原蛋白的研究極為活躍，本文擬對膠原蛋白的制備、生物學(xué)功能與應(yīng)用進展 綜述，以期充分有效利用該生物資源.目前，對膠原蛋白的提取主要有3種方法，即酸法、酶法與堿法. 因此， 根據(jù)提取方法的不同，膠原蛋白也可以分為酸溶性膠原蛋白、 酶溶性膠原蛋白以 與堿溶性膠原蛋白，這3種膠原蛋白的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)與用途都不同.止匕外，隨著動物年

4、齡的增長，膠原蛋白中的分子間架橋隨之增多.對于年齡較小的動物，一般采用中性鹽溶液（1 mol /L 以下的NaCl溶液或Na2HPO4液）或者稀酸溶 液（pH值4. 5以下的酸性溶液）便可以將可溶性膠原蛋白從動物結(jié)締組織中 提取出來. 稀酸溶液能切斷分子間架橋，較中性鹽溶液的提取能力強，通過酸 處理后仍然不能溶解提取的膠原蛋白一般稱為不可溶性膠原蛋白，通常采用酶或者堿處理的方法進展提取.由于受口蹄疫、瘋牛病等的影響，人們對提取制備膠 原蛋白的原料，已從常用的豬、牛真皮逐漸開始采用魚鱗、魚皮等原料.但魚類膠原蛋白中羥脯氨酸含量較低，導(dǎo)致其變性溫度也相對較低，如果溫度稍微提 高，膠原蛋白容易變性，

5、不能制成產(chǎn)品.目前，膠原蛋白的研究熱點之一是開發(fā) 耐熱膠原蛋白，旨在保持原有膠原蛋白特性的根底之上，提高膠原蛋白的耐熱性， 進而達到制備安全、穩(wěn)定、有效的膠原蛋白制品的目的.井原等采用酸法對膠原蛋白進展提取，再用蛋白酶除去提取物兩端的抗原性肽鏈，生成“脫端肽膠原；之后參加磷酸緩沖液調(diào)節(jié)至中性，此時，膠原蛋白分子會再次形成納米纖 維構(gòu)造，變性溫度上升10 C;再將膠原蛋白用架橋劑水溶性碳二亞胺（EDC）處 理，實現(xiàn)更多分子間架橋，從而將變性溫度從28 c提高到55 C,實現(xiàn)了提高變 性溫度的目的.2膠原蛋白的生物學(xué)功能2. 1細胞功能調(diào)節(jié)功能細胞外基質(zhì)（extracellular matrix,

6、 ECM）與細胞支架相互作用可將化學(xué)和機械信號通過細胞膜上的受體進展轉(zhuǎn)換，并導(dǎo)致細胞形態(tài)、蛋白質(zhì)和其他細胞 功能發(fā)生變化. 在ECM與細胞膜成分之間的相互作用關(guān)系中，膠原蛋白能直接 與細胞膜受體相互作用，或間接與ECM中的糖蛋白或糖胺聚糖相互作用，對細胞 膜受體施加影響以參與細胞行為的調(diào)控. 而在生理或病理機制的調(diào)控下，膠原蛋 白有機地參與細胞遷移和代謝，從而使細胞更準(zhǔn)確地發(fā)揮其功能. 此外，研究發(fā) 現(xiàn)，采用注射合成膠原結(jié)合肽的凝膠，可以在動物體內(nèi)體外增強成骨作用.通過 I型膠原蛋白處理后的ADAMTS-1可提高動物成骨細胞的三維生長.將可吸收膠 原蛋白海綿與人類根本成纖維細胞生長因子重組體結(jié)

7、合，可促進鼠坐骨神經(jīng)的再生，2. 2止血、創(chuàng)傷愈合功能天然膠原蛋白聚集體是一種很好的止血劑.研究人員在實驗中發(fā)現(xiàn)，出血小板首先黏附于膠原蛋白外表，誘導(dǎo)血小板釋放，大量的血小板聚集最終產(chǎn)生止 血栓，膠原蛋白的止血活性依賴于膠原蛋白聚集體的大小和分子的天然結(jié)構(gòu)，變性的膠原（明膠）白無明顯的誘導(dǎo)止血功能. 膠原蛋白的天然結(jié)構(gòu)尤其是足夠興 旺的四級結(jié)構(gòu)，是膠原蛋白具有凝聚能力的根底，而采用膠原蛋白制備的凝血材 料，如膠原/殼聚糖復(fù)合膜的止血性能比明膠等一般材料要好得多 .2. 3美容功能通常，皮膚中的膠原蛋白以I型膠原蛋白為主， 隨著人們年齡的增長，分子 間架橋日益增多，膠原蛋白纖維亦越嚴密，使得皮膚

8、容易老化而變僵硬、松弛.膠 原蛋白與人體組織的親和性很好，有利于自身組織的修復(fù)再生.研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注射膠原蛋白幾周后，動物體內(nèi)形成正常的結(jié)締組織，使受損老化的皮膚得到填 充和修復(fù)，從而達到延緩皮膚衰老的目的，而膠原蛋白溶液還有很強的抗輻射作 用，且能形成較強的保水層保護皮膚。止匕外，注射美容膠原蛋白還可以填平皺紋 的凹陷，有效地減輕或消除皮膚皺紋與矯正臉型.2. 4免疫學(xué)性能膠原蛋白的免疫原性非常低，當(dāng)經(jīng)過一定的酶解處理，將兩端具有抗原性的 肽鏈脫去之后，便可以生成具有低抗原性、高活體親和性的“脫端肽膠原.將 膠原蛋白與胎腦神經(jīng)細胞培養(yǎng)2 d后植入腦缺血大鼠，2d后，該大鼠只產(chǎn)生輕 微的免疫反響

9、，6d后免疫反響消失，在腦缺血大鼠中生長良好，實驗明確，該 方法可用作神經(jīng)系統(tǒng)疾病的細胞移植治療 2.3膠原蛋白的應(yīng)用3. 1美容上的應(yīng)用美容膠原蛋白是一種新型抗衰老美容材料.早在上世紀(jì)70年代初美國醫(yī)學(xué) 科研機構(gòu)就率先推出注射用牛膠原蛋白，用于祛除皺紋與修復(fù)疤痕.日本科研人員研究開發(fā)的注射用“脫端肽膠原，以高活體親和性、低抗原性，廣泛用于 整形美容領(lǐng)域.目前，將鯊魚膠原蛋白、羅非魚魚皮膠原蛋白等進展特定的處 理，制備成的美容保濕面膜產(chǎn)品受到消費者的青睞.3. 2用作止血材料研究發(fā)現(xiàn)，將膠原蛋白制成海綿狀，除了具有良好的組織相容性以外， 其海綿狀結(jié)構(gòu)還具有良好的滲水和吸水能力，將其用于局部止血

10、應(yīng)用時可起到很好的 止血作用.同時，膠原蛋白對創(chuàng)面有良好的黏附性，一般情況下只需較短時間 的壓迫就可達到滿意的止血效果， 且使用十分方便.與其他止血材料單純的止血 作用相比，膠原蛋白在促進創(chuàng)傷組織再生和功能恢復(fù)方面也具有獨特的效果，其對于創(chuàng)傷局部止血以后的愈合與恢復(fù)十分有利.目前，膠原蛋白海綿常用于口腔醫(yī)學(xué)中，患者在拔牙時，將膠原蛋白海綿置入牙槽后，能迅速被血液所溶解， 并與牙槽窩嚴密粘連在一起，從而達到快速止血效果.止匕外，在普外醫(yī)學(xué)中，手術(shù)創(chuàng)傷會引起不同程度的出血和滲血，而膠原蛋白類止血敷料如此是常規(guī)止血 材料的有益補充.3. 3組織工程方面的應(yīng)用膠原蛋白廣布于人體各組織中，系各組織中的重

11、要成分并構(gòu)成組織的ECM其性質(zhì)是一種天然的組織支架材料.目前，科研人員已利用膠原蛋白制成各種各樣的組織工程支架，如皮膚、骨組織、氣管和血管支架等.研究明確，純膠原蛋白組織工程支架具有生物相容性好，能促進細胞黏附、增殖等優(yōu)點，但膠原 蛋白存在力學(xué)性能差，無法承重，難以支撐組織重建等不足.因此，目前多采用復(fù)合的方式對其進展改善與提高。止匕外，將膠原蛋白在一定的酸堿處理下， 進 展冷凍枯燥使其形成多孔疏松狀，與羥基磷灰石等復(fù)合培養(yǎng)成骨細胞，可促進硬 組織再建。3. 4在給藥系統(tǒng)上的應(yīng)用目前，以膠原蛋白為主要成分的給藥系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，人們可以把膠原 蛋白水溶液塑造成各種形式的給藥系統(tǒng)， 如眼科方面的

12、膠原蛋白保護物、燒傷或 創(chuàng)傷使用的膠原海綿、蛋白質(zhì)傳輸?shù)奈⒘?、膠原蛋白的凝膠形式、透過皮膚給藥 的調(diào)控材料以與基因傳輸?shù)募{米微粒等.膠原蛋白膜與藥物通過氫鍵、共價鍵等方式結(jié)合制得藥物緩釋材料.研究發(fā)現(xiàn)，膠原蛋白膜具有良好的機械性能、生物相容性和穩(wěn)定的理化性質(zhì)，耐有機溶劑，適用于人工器官培養(yǎng)載體、醫(yī)藥敷 料以與作為動物細胞培養(yǎng)中的細胞載體。膠原蛋白在體內(nèi)的生理條件下是不可溶解的，可以保證蛋白質(zhì)藥物的持續(xù)釋放。止匕外，膠原蛋白水凝膠具有良好的生 物降解性，毒性低，且對溫度、酸堿等刺激較敏感，可廣泛用于藥物的控釋系統(tǒng)， 而膠原蛋白與聚羥基丁酸甲基丙烯酸酯（PHEMA）聚合制得的水凝膠可用于傳輸 抗癌

13、藥物氟尿喀噬，進展皮下注射時，無不良反響發(fā)生，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性， 具有修復(fù)皮膚組織缺損的潛力.4展望我國是畜牧業(yè)和水產(chǎn)業(yè)大國，因加工生產(chǎn)中原材料利用率很低，每年都產(chǎn)生 巨量的廢棄物，而這些物質(zhì)中含有大量的膠原蛋白.近年來，對魚皮、魚鱗等水產(chǎn)品來源的膠原蛋白的研究成為熱點，這也是膠原蛋白應(yīng)用開展的新趨勢 口、但從水產(chǎn)品中提取獲得的膠原蛋白具有變性溫度低、不夠穩(wěn)定的缺點，限 制了其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用.隨著研究的深入，科研人員相繼找到了一些方法，如增加分子中架橋鍵的數(shù)量來改善其變性溫度，止匕外，膠原蛋白的生物功能正在 逐漸被人們認識.相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷開展，膠原蛋白的提取工藝必將不斷優(yōu)化，膠原蛋

14、白的生物功能將進一步被開發(fā)， 特別是在美容、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域， 膠原蛋白作為抗皺成分、止血劑、藥物緩釋劑、組織細胞工程培養(yǎng)載體等，將會 有更加廣闊的應(yīng)用前景.參考文獻：1周光宏. 畜產(chǎn)品加工學(xué)：中國農(nóng)業(yè)，2003.2蔣挺大，X春萍. 膠原蛋白M.:化學(xué)工業(yè)，2001.3李賀，X白玲，陳華林，等.酶法提取豬皮膠原與其結(jié)構(gòu)表征J.中國皮革，2002, 31( 23) : 14 16 .4李彥春，靳立強，危東發(fā)，等.酶法提取牛皮膠原蛋白的研究J.中國皮革，2002, 31( 2) : 6 9 .5X白玲.膠原在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用J.皮革科學(xué)與工程，1999,12( 3): 35 42 .6 Deyl Z, Miksik I , Eckhardt A . Preparative Proce