胶原及其产物在皮肤老化及皮肤修复中的应用

王佳曼 兰海梅

皮肤被覆于体表，作为人体对抗外界伤害的第一道防线，保护体内各种器官和组织免受外界有害因素损伤的同时，也易因各种损伤、疾病或皮肤本身的衰老而产生各种皮肤损害、外观改变。胶原是真皮的主要成分，为皮肤提供支撑和保护；各种胶原产物的合理应用可促进受损皮肤的修复，延缓皮肤衰老，加快创口愈合，改善皮肤外观。现就胶原及其产物在皮肤修复中的应用综述如下。

1胶原的结构及相关概念

1.1 胶原的结构：胶原（collagen）是三重螺旋蛋白质中的一大家族，是一种结构非常复杂的蛋白质，它们最基本的分子结构为原胶原单体，分子量大约为300 000道尔顿，由三条分子量为95 000道尔顿的α链（大约有1 000个氨基酸）组成。每一条α链均为左手螺旋结构，但三条链沿同一中心轴相互交织形成一个右手超螺旋结构。这些链都是由三个一组的氨基酸组成，其中第3个残基总为甘氨酸，其他两个位置即X位和Y位，可以由其他各种氨基酸占据，但通常X位是脯氨酸，Y位是羟脯氨酸。这三种特殊的氨基酸似乎维持了整个胶原的完整性。根据X位和Y位氨基酸残基的不同，胶原分为若干类[1]。

1.2 胶原、明胶和胶原蛋白：胶原是指脊椎动物组织器官中存在的一类蛋白质，在提取、分离时，随着方法和条件不同，可以产生胶原（collagen）、明胶（gelatin）和胶原蛋白/胶原多肽/水解胶原（collagen peptide）三种产物。能被称为胶原的，必须是其三螺旋结构没有改变的那类蛋白质，还保留有生物活性。明胶是胶原在酸、碱、酶或高温作用下的变性产物，与胶原一样由18种氨基酸组成，但已失去了生物活性。胶原变成明胶有三种可能性：①三股螺旋体完全松开，成为三条互不联结的盘曲的肽链，它们的组成和相对分子质量各不相同（80 000～125 000）；②一条肽链完全松开，而另外两条肽链之间的共价键全部断开，但仍由氢键联结，相对分子质量160 000～250 000；③三条肽链松开后仍有少量氢键联结在一起，相对分子质量240 000～375 000。而上述第一种水解产物便是胶原蛋白，为多肽混合物，没有生物活性，可溶于冷水，而且能被蛋白酶利用[2]。

2胶原与皮肤衰老

胶原广泛分布于全身，在多个方面起着重要的作用，包括组织构架、细胞粘附、细胞迁移、肿瘤、血管生成、组织形态形成和组织修复。而胶原最为人所知的是在细胞外基质中以一种长形纤维作为脊椎动物组织如肌腱、软骨、骨骼和皮肤中主要的抗张成分[3]。胶原是真皮的主要成分，也是人体中含量最丰富的蛋白质，为皮肤提供强度和支撑。随着时间的流逝，这种皮肤的结构蛋白和主要组成成分逐渐退化，使皮肤呈现衰老的表现[4]。胶原占皮肤干重的70%[5]，相比起较年轻的皮肤，在衰老的皮肤中，胶原原纤维增厚、机化，呈现为一种排列无序的状态[6]。胶原原纤维的半衰期约为17年，因此，随着时间的推移，胶原原纤维碎片在真皮中的堆积对皮肤机构及功能也产生长久而持续的影响[7]。人类皮肤中的胶原各类型的比例也随着年龄而变化。在年轻皮肤中，Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原分别占皮肤总胶原的80%和15%；随着皮肤的老化，由于Ⅰ型胶原明显的丢失，Ⅲ型胶原和Ⅰ型胶原的比值也随着上升[8]。此外，每单位面积皮肤的总胶原含量的减少速度约为每年1%[9]。尽管Ⅰ型胶原是皮肤中含量最丰富、最重要的胶原类型，真皮中的其他类型的胶原也受到皮肤衰老不同程度的影响[4]。

3胶原及其产物的来源

胶原及其产物的来源有生物提取与人工合成。其中，生物提取的来源主要有牛（牛腱、牛皮、软骨），猪（猪皮、软骨），鱼或其他水产品（鱼皮、鱼鳞），人（胎盘、肺小叶、胎骨）等。用于注射的胶原产品主要为牛胶原与猪胶原，但从理论上来说，如果牛胶原提取自感染朊病毒的牛，则使用由此得到的胶原产品也存在使人患朊病毒感染性疾病（如克雅氏病、致死性家族性失眠症、库鲁病等）的潜在可能性[10]。由于这种风险性，人工合成胶原有逐渐代替生物提取胶原的趋势。人工合成主要指通过人成纤维细胞培养得到胶原，使用这种同种蛋白具有更高的生物相容性，大大降低了引起过敏的风险，也避免了朊病毒感染的发生（但需要注意的是，如果在培养过程中加入小牛血清，依然有感染朊病毒的风险[10]）。作为这类产品的代表，艾斯丽质（Isolagen）通过从患者身上获取一小块皮肤样本，运送到中心设备，对样本进行培养并产生自体的胶原，再注射于需要部位[11]；目前这种产品的Ⅲ期试验已经完成。

4胶原产物在皮肤修复中的应用

4.1 胶原产物的应用形式及作用：胶原及其产物以各种形式应用于皮肤美容修复中，应用途径主要分为注射、口服和外用，剂型主要有溶液（注射液、口服液等）、粉剂（胶囊、冻干粉等）、乳剂、霜剂、凝胶、面膜、敷料等。

4.1.1 胶原注射：胶原注射主要适用于面部细小皱纹的除皱上，可用于额部皱纹、鱼尾纹、眉间皱纹、鼻唇间皱纹、痤疮瘢痕、疾病或外伤引起的皮肤萎缩等。目前，用于美容的注射用胶原主要有牛胶原和人胶原。胶原直接注射到真皮内，不仅可起到占位性填充作用，还能诱导宿主细胞和毛细血管向注射胶原内迁移。宿主的成纤维细胞在毛细血管输送氧气和营养的情况下，进行正常的细胞活动，合成宿主自身的胶原及其他细胞外间质成分，最终形成自身正常结缔组织，填充皮肤缺损，达到祛皱、填平凹陷性瘢痕的目的[12]。但最终，注入的物质会被宿主的异物反应清除，根据国外的报道，因注射部位的不同，治疗效果最多可持续18个月，但多数只持续6个月或更短的时间[13]。

4.1.2 胶原蛋白口服：用于口服的胶原蛋白制剂目前主要有溶液（口服液）和粉剂（胶囊）两种类型。胶原蛋白口服被分解吸收后是否能确实达到美容的作用是大家所关注的焦点。以往有学者认为，胶原蛋白进入人体消化道后，最终要分解成氨基酸被吸收，其胶原蛋白的形态和结构已不复存在，口服胶原蛋白美容实为夸大其辞。然而，Matsuda等[14]进行动物实验，通过给猪喂养胶原蛋白（0.2g/kg/天），以乳清蛋白和水为对照组，持续62天，结果表明胶原蛋白组的皮肤中的成纤维细胞密度、胶原原纤维的直径和密度及核心蛋白聚糖中硫酸皮肤素的比例均明显高于其他两组，并可能因此而增强皮肤的机械强度及抵抗损伤的能力。Tanaka等[15]的实验表明，小鼠摄入胶原蛋白（0.2g/kg/天）6周后，可抑制紫外线B诱导的损伤（皮肤水合减少、表皮增生和可溶性Ⅰ型胶原减少），提示胶原蛋白作为营养素补充剂可有助于抑制紫外线B引起的皮肤损伤和光老化作用。Iwai等[16]的研究则显示，让受试者在禁食12h后，服用从食物中提取的水解明胶，对比摄入前后抽取的血液样本，可发现摄入水解明胶数小时后血液中出现大量的脯氨酸-羟脯氨酸寡肽。而早于1978年已有研究显示，脯氨酸-羟脯氨酸对人工培养的成纤维细胞有趋化作用，提示胶原和胶原蛋白可能在体内有趋化刺激成纤维细胞的功能，促进对受损组织的修复[17]。

4.1.3 胶原蛋白外用：皮肤角质层的含水量应在10%～20%，低于10%皮肤就会干燥，水分的丧失使皮肤粗糙、产生皱纹。胶原蛋白（胶原多肽）分子中含有大量的亲水集团，因而具有保湿功能；同时，胶原蛋白中还含有丰富的甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、丝氨酸等保湿因子[2]。水解程度高、分子量小的胶原多肽，其极性基团能够形成氢键、离子键等极性作用力，有较好的吸水性、溶解性和保水性，可应用于保湿型化妆品。对于常规的胶原来说, 天然的胶原制品分子量大，敷于皮肤表面虽有优良的保湿效果，但对皮肤却没有良好的渗透性。但日本的Jellice Co. Ltd.用先进的生物工程技术研究并制备了胶原的最小单元胶原三肽（collagen tripeptide，简称为CTP），CTP具有约280Da的平均分子量。由于CTP分子量很小，因而能极有效地渗入角质层、真皮层和毛发/毛囊中。实验发现, CTP组分不仅能均匀地渗透进入发根和真皮层,而且能够促进胶原的合成和真皮成纤细胞透明质酸的合成。将CTP组分添加于皮肤洁净液类的日用品中, 会对皮肤的弹性、湿润性和改善皮肤的粗糙状态呈现出优异的效果[18]。马慧敏等[19]的临床实验结果也表明，含胶原寡肽成分的眼霜可以在短期内显著增加皮肤角质层的含水量，改善眼周皱纹，并有提亮肤色的作用。

4.2 应用胶原产物的适应证：1996年，美国皮肤病学杂志关于软组织增高术的指南中指出以下情况适合牛胶原注射治疗：1.疼痛的鸡眼或胼胝；2.凹陷性瘢痕：①术后瘢痕；②创伤引起的瘢痕；③痤疮或其他疾病引起的瘢痕；3.皱纹、皱褶、表情纹、老化或其他；4.疾病或类固醇激素注射引起的真皮萎缩；5.口角炎；6.需要增强面部轮廓时（例如：患者要求增厚唇部）；7.其他[20]。2010年,德国JDDG杂志关于猪胶原在美容医学中的应用的指南提出胶原注射更进一步的重要适应证是用于改善皮肤结构严重的弹性组织变性[21]。此外，尚有较多资料显示，胶原蛋白敷料或粉末用于治疗各种皮肤溃疡[22]（包括糖尿病溃疡[23]、静脉曲张溃疡[24]和压力性溃疡[25]等）和放射性皮炎[26-27]安全有效，可促进创口中成纤维细胞和角质形成细胞的生长，防止创口的液体丢失和微生物感染，疗效甚至优于常规疗法。

另有动物实验表明，为模拟隐性营养不良性大疱性表皮松解（RDEB）特征（皮肤脆弱、起疱、瘢痕形成）的动物模型DEB小鼠（Col7a1-/-）注射VII型胶原后，可使其皮肤脆弱度降低、水疱形成减少及生存时间显著延长，这提示通过注射VII型胶原治疗人RDEB有一定可行性[28]。

5应用胶原产物的不良反应

胶原产物在皮肤修复应用中较少发生不良反应，其不良反应主要由胶原注射引起。在所有的不良反应中，过敏反应是胶原注射最常引起的问题，注射前通常要做皮肤试验。典型的过敏反应常表现为注射后48～72h内出现红斑或风团，也可能在注射数次之后才首次发生超敏反应。其中大部分超敏反应是由牛胶原引起的。最后这些超敏反应普遍不会成为长期的病态，局部或系统应用甾体类激素，或应用抗组胺药便可治疗。有报道称局部肉芽肿性反应的发生率为0.05%。肉芽肿多为自限性，数周后可消退，但也有病例报道持续了超过1年的时间。其他更为罕见的并发症包括局部组织坏死或脓肿形成，局部囊肿或脓肿可在注射后的任何时候产生，发生率为4/100 000，治疗方法为引流或应用甾体类激素（局部或系统）[29]。为尽量减少不良反应的发生，以下情况应避免注射胶原：①胶原过敏试验阳性者；②过敏体质者及使用免疫抑制剂者；③有自身免疫性疾病或结缔组织疾病者；④对利多卡因过敏者；⑤妊娠期、月经期及婴幼儿患者；⑥风湿病性疾病患者及其他严重疾病患者[12]。

6小结

胶原是人体内非常重要的一类蛋白质，具有很强的生物活性和生物功能，能参与细胞的迁移、分化和增殖，使骨骼、肌腱、软骨和皮肤具有一定的机械强度。皮肤的衰老与疾病可造成胶原变性、流失，使皮肤产生皱纹、皮肤损害。胶原及其产物以各种形式应用于皮肤修复中，其中，胶原注射可以直接补充胶原至真皮内，最终形成自身正常结缔组织，并达到祛皱、填平凹陷性瘢痕的目的，但持续时间有限，需反复注射，且有发生不良反应的风险；胶原蛋白口服在国外的动物试验或研究中表现出可能增强皮肤的机械强度及抵抗损伤的能力，有助于抑制紫外线B引起的皮肤损伤和光老化作用，并能促进对受损组织的修复；胶原蛋白外用可起到良好的保湿作用，其中用先进的生物工程技术制备的CTP更能均匀地渗透进入发根和真皮层,而且能够促进胶原的合成和真皮成纤细胞透明质酸的合成，对皮肤的弹性、湿润性和改善皮肤的粗糙状态均有较好效果。在多种情况下可应用胶原及其产物对皮肤进行修复，如：皱纹、凹陷性瘢痕、真皮萎缩、各种类型的皮肤溃疡和放射性皮炎等。在实际应用过程中，应根据患者的年龄、皮肤情况、治疗部位及患者要求等各方面进行综合考虑，选取最适合的方式；同时，要注意胶原应用尤其是胶原注射的适应证与禁忌证，最大限度地减少不良反应的发生。胶原产物在皮肤修复中的应用已日益广泛，虽然还有许多问题需要解决或改善，但随着各方面研究的进展，其应用前景将更为广阔。

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[收稿日期]2011-07-21 [修回日期]2011-11-01

编辑/李阳利