III型重组人源胶原蛋白在生物医药工程中的应用研究

乔绍俊 杨霞 何振瑞 陈传秀 陆晨阳 冯伟

山西锦波生物医药股份有限公司 山西太原 030032

胶原蛋白是人体中最主要的结构性蛋白，占人体蛋白质总量的30%以上、占细胞外基质的70%-80%，在人体中发挥着支撑、信号调控、维系细胞生存的微环境等多种功能。人体目前已发现28种不同型别的胶原蛋白，分别分布于皮肤、粘膜、血管、骨骼、肌腱、内脏器官等人体的各个部位，发挥着各自不同的生理功能。人体皮肤及粘膜中，胶原蛋白占干重的70%至80%，I型和III型胶原蛋白是关系人体皮肤损伤后修复和修复质量的关键因素，在人体中分布广泛。I型胶原蛋白主要存在与成人的皮肤、肌腱及骨组织上，III型胶原蛋白主要存在与婴儿的皮肤或血管内膜、肠道上及成人软骨、玻璃体、椎间盘等上。其中，III型胶原蛋白的合成能力很强，能够在创伤修复中将来源于骨髓的干细胞分化成帮助修复的纤维细胞[1]。因此，在生物医药工程中，胶原蛋白特别是III型胶原蛋白在修复组织创伤、支撑细胞再组、抑制瘢痕形成、改善皮肤状态、提升皮肤弹性与柔嫩度等方面有更广泛应用。

1 胶原蛋白的现状及前景

目前，市场上主流胶原蛋白为猪皮、鱼皮、牛皮、驴皮、鱼鳞等中提取的动物源胶原蛋白，其基因序列与人源胶原蛋白有着根本性差异，属于非同源物质。在提取过程中，动物源胶原蛋白的结构和活性可能被破坏，最终提炼出的产品主要以胶原蛋白短肽的形式呈现，不能行使其生物学功能。同时，动物源胶原蛋白进入人体后受到皮肤免疫层阻隔，无法深入肌底层、真皮层，且在使用过程中存在活性低甚至无活性、有动物源病毒污染、过敏风险等诸多弊端。已知人体中的胶原蛋白中有28种亚型，胶原蛋白应用时必须精确到特定亚型才能发挥其生物学功能，而市场上充斥的无结构、无活性、非人源胶原蛋白是无法精确到特定亚型的混合物，根本无法行驶胶原蛋白在人体中应有功能。因此，活性高、类型明确、无免疫原性风险、无动物源病毒污染和过敏风险的人源胶原蛋白的研究应运而生。复旦大学姜世勃教授团队与山西锦波生物医药股份有限公司（以下简称锦波生物）历经八年合作开发出了I型、II型和III型重组人源胶原蛋白，并且在国际上首次实现了大规模的工业化生产，进一步推动了全球人源胶原蛋白的应用与研究。

2 III型人源胶原蛋白的功能特点

III型人源胶原蛋白会随着年龄的增长而逐渐流失，对修复组织创伤有着重要作用。在婴幼儿时期，存在于皮肤或血管内膜、肠道的III型人源胶原蛋白大概比I型人源胶原蛋白高出80%，当婴幼儿发生软组织挫伤时，骨髓处的干细胞会分化成纤维细胞，合成III型人源胶原蛋白，并利用其修复和弹性功能帮助挫伤组织修复，一般情况下不会留下疤痕。而成人体内的III型人源胶原蛋白明显少于I型人源胶原蛋白，I型占比80%，III型占比20%，在合成细胞外基质（ECM）时，组织的修复质量就明显弱于婴幼儿，会留下疤痕。随着人年龄的增加，III型人源胶原蛋白流失愈来愈多，在25岁以后，皮肤中III型胶原蛋白的合成赶不上流失，皮肤渐渐松弛，出现敏感、皱纹等各种衰老现象。因此，补充III型胶原蛋白可延缓皮肤衰老，增加皮肤弹性，修复各种问题性皮肤。

3 III型重组人源胶原蛋白的优势

III型重组人源胶原蛋白的应用明显比动物源胶原蛋白更具安全性和有效性：III型重组人源胶原蛋白具有高蛋白活性区域，不仅拥有胶原蛋白三螺旋结构，而且多组氢键网络能够进一步稳定三条多肽链，增加了三螺旋结构的稳定性；III型重组人源胶原蛋白与人源胶原蛋白属于同源物质，组织相容性好，具备正常的生理活性，被人体吸收同化利用效果更好。而复旦大学联合锦波生物开发的III型重组人源胶原蛋白，更具创新优势：

（1）人体天然Ш型胶原蛋白是由CO3A1基因编码的，全长1466aa。锦波生物Ш型重组人源胶原蛋白优选了其中483aa-512aa区域进行重复拼接重组，充分发挥了其水溶性强、生物活性高的特点。

（2）锦波生物Ⅲ型人源胶原蛋白基本重复单元氨基酸序列与人Ⅲ型胶原蛋白活性功能区的序列100%相同，呈现164．88°的柔性弯曲结构，能够促使该蛋白与人体细胞紧密结合。功能鉴定实验证实，其细胞粘附率为天然胶原蛋白的190%以上[2]，可见其蛋白活性大幅超越人天然胶原蛋白标准品；

（3）锦波生物Ⅲ型人源胶原蛋白是胶原蛋白产业中唯一被明确证实拥有人天然胶原蛋白典型的三螺旋构象的胶原蛋白，该结构已被wwPDB（Worldwide Protein Data Bank）收录（检索号6A0A、6A0C）[3]；

（4）锦波生物Ⅲ型人源胶原蛋白是目前国际上唯一已实现大规模产业化的人源Ⅲ型胶原蛋白；

（5）与人天然胶原蛋白相似度高，过敏风险低，无动物源病毒污染风险；

（6）水溶性好，易于做成各类制剂，实现低成本大规模工业化制备；

（7）锦波生物研发的Ⅲ型人源胶原蛋白的安全性已通过中国食品药品检定研究院的生物学评价；经四川医疗器械生物材料和制品检验中心检测，其Ⅲ型人源胶原蛋白植入剂的标准达到Ⅲ类医疗器械植入类要求。

4 III型重组人源胶原蛋白的应用

III型重组人源胶原蛋白作为一种优良生物新材料，能诱导上皮细胞等增殖、分化、移行，促进受损组织修复，目前在生物医学上已广泛应用。王永刚、翟春宝等人将III型重组人源胶原蛋白用于肛周术后的创口愈合，可在各个愈合时间段调节TGF-β1、Smad3信号蛋白等，促进患者的创面愈合[4]。张斌杰和周丽娜将II型、III型重组人源胶原蛋白用于深Ⅱ度烧伤患者创面的愈合中发现，II型、III型重组人源胶原蛋白能够将患者因烧伤所致断裂的胶原纤维重新连接起来，合成新的III型人源胶原蛋白，促进创面的愈合，减少疤痕增生[5]。锦波生物Ⅲ型人源胶原蛋白植入剂的成功研发标志着该蛋白的应用场景由外用拓展至深度创面（如褥疮）、脏器修复等人体更深层的应用场景。另外，III型重组人源胶原蛋白具有快速修复皮肤屏障，补充皮肤胶原蛋白，紧致轮廓，淡化皱纹，保持皮肤弹性等作用，应用范围很广。Ⅲ型重组人源胶原蛋白产品仅在我国即将面对千亿规模市场，市场潜力非常可观。

5 结语

III型重组人源胶原蛋白在生物医学中应用广泛，在妇产科、普外科、烧伤科、肛肠科、骨科、皮肤科及医学美容中发挥着良好的作用，对修复皮肤黏膜创伤、止血，促进皮肤无瘢痕愈合，紧致皮肤，增加皮肤柔嫩度，淡化皱纹等方面发挥理想的效果。未来，III型重组人源胶原蛋白在生物医学中的应用将更加广泛，有望形成一大新产业，开启人源胶原蛋白新时代。