膠原及其產物在皮膚老化及皮膚修復中的應用

王佳曼 蘭海梅

皮膚被覆于體表，作為人體對抗外界傷害的第一道防線，保護體內各種器官和組織免受外界有害因素損傷的同時，也易因各種損傷、疾病或皮膚本身的衰老而產生各種皮膚損害、外觀改變。膠原是真皮的主要成分，為皮膚提供支撐和保護；各種膠原產物的合理應用可促進受損皮膚的修復，延緩皮膚衰老，加快創口愈合，改善皮膚外觀。現就膠原及其產物在皮膚修復中的應用綜述如下。

1膠原的結構及相關概念

1.1 膠原的結構：膠原（collagen）是三重螺旋蛋白質中的一大家族，是一種結構非常復雜的蛋白質，它們最基本的分子結構為原膠原單體，分子量大約為300 000道爾頓，由三條分子量為95 000道爾頓的α鏈（大約有1 000個氨基酸）組成。每一條α鏈均為左手螺旋結構，但三條鏈沿同一中心軸相互交織形成一個右手超螺旋結構。這些鏈都是由三個一組的氨基酸組成，其中第3個殘基總為甘氨酸，其他兩個位置即X位和Y位，可以由其他各種氨基酸占據，但通常X位是脯氨酸，Y位是羥脯氨酸。這三種特殊的氨基酸似乎維持了整個膠原的完整性。根據X位和Y位氨基酸殘基的不同，膠原分為若干類[1]。

1.2 膠原、明膠和膠原蛋白：膠原是指脊椎動物組織器官中存在的一類蛋白質，在提取、分離時，隨著方法和條件不同，可以產生膠原（collagen）、明膠（gelatin）和膠原蛋白/膠原多肽/水解膠原（collagen peptide）三種產物。能被稱為膠原的，必須是其三螺旋結構沒有改變的那類蛋白質，還保留有生物活性。明膠是膠原在酸、堿、酶或高溫作用下的變性產物，與膠原一樣由18種氨基酸組成，但已失去了生物活性。膠原變成明膠有三種可能性：①三股螺旋體完全松開，成為三條互不聯結的盤曲的肽鏈，它們的組成和相對分子質量各不相同（80 000～125 000）；②一條肽鏈完全松開，而另外兩條肽鏈之間的共價鍵全部斷開，但仍由氫鍵聯結，相對分子質量160 000～250 000；③三條肽鏈松開后仍有少量氫鍵聯結在一起，相對分子質量240 000～375 000。而上述第一種水解產物便是膠原蛋白，為多肽混合物，沒有生物活性，可溶于冷水，而且能被蛋白酶利用[2]。

2膠原與皮膚衰老

膠原廣泛分布于全身，在多個方面起著重要的作用，包括組織構架、細胞粘附、細胞遷移、腫瘤、血管生成、組織形態形成和組織修復。而膠原最為人所知的是在細胞外基質中以一種長形纖維作為脊椎動物組織如肌腱、軟骨、骨骼和皮膚中主要的抗張成分[3]。膠原是真皮的主要成分，也是人體中含量最豐富的蛋白質，為皮膚提供強度和支撐。隨著時間的流逝，這種皮膚的結構蛋白和主要組成成分逐漸退化，使皮膚呈現衰老的表現[4]。膠原占皮膚干重的70%[5]，相比起較年輕的皮膚，在衰老的皮膚中，膠原原纖維增厚、機化，呈現為一種排列無序的狀態[6]。膠原原纖維的半衰期約為17年，因此，隨著時間的推移，膠原原纖維碎片在真皮中的堆積對皮膚機構及功能也產生長久而持續的影響[7]。人類皮膚中的膠原各類型的比例也隨著年齡而變化。在年輕皮膚中，Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原分別占皮膚總膠原的80%和15%；隨著皮膚的老化，由于Ⅰ型膠原明顯的丟失，Ⅲ型膠原和Ⅰ型膠原的比值也隨著上升[8]。此外，每單位面積皮膚的總膠原含量的減少速度約為每年1%[9]。盡管Ⅰ型膠原是皮膚中含量最豐富、最重要的膠原類型，真皮中的其他類型的膠原也受到皮膚衰老不同程度的影響[4]。

3膠原及其產物的來源

膠原及其產物的來源有生物提取與人工合成。其中，生物提取的來源主要有牛（牛腱、牛皮、軟骨），豬（豬皮、軟骨），魚或其他水產品（魚皮、魚鱗），人（胎盤、肺小葉、胎骨）等。用于注射的膠原產品主要為牛膠原與豬膠原，但從理論上來說，如果牛膠原提取自感染朊病毒的牛，則使用由此得到的膠原產品也存在使人患朊病毒感染性疾病（如克雅氏病、致死性家族性失眠癥、庫魯病等）的潛在可能性[10]。由于這種風險性，人工合成膠原有逐漸代替生物提取膠原的趨勢。人工合成主要指通過人成纖維細胞培養得到膠原，使用這種同種蛋白具有更高的生物相容性，大大降低了引起過敏的風險，也避免了朊病毒感染的發生（但需要注意的是，如果在培養過程中加入小牛血清，依然有感染朊病毒的風險[10]）。作為這類產品的代表，艾斯麗質（Isolagen）通過從患者身上獲取一小塊皮膚樣本，運送到中心設備，對樣本進行培養并產生自體的膠原，再注射于需要部位[11]；目前這種產品的Ⅲ期試驗已經完成。

4膠原產物在皮膚修復中的應用

4.1 膠原產物的應用形式及作用：膠原及其產物以各種形式應用于皮膚美容修復中，應用途徑主要分為注射、口服和外用，劑型主要有溶液（注射液、口服液等）、粉劑（膠囊、凍干粉等）、乳劑、霜劑、凝膠、面膜、敷料等。

4.1.1 膠原注射：膠原注射主要適用于面部細小皺紋的除皺上，可用于額部皺紋、魚尾紋、眉間皺紋、鼻唇間皺紋、痤瘡瘢痕、疾病或外傷引起的皮膚萎縮等。目前，用于美容的注射用膠原主要有牛膠原和人膠原。膠原直接注射到真皮內，不僅可起到占位性填充作用，還能誘導宿主細胞和毛細血管向注射膠原內遷移。宿主的成纖維細胞在毛細血管輸送氧氣和營養的情況下，進行正常的細胞活動，合成宿主自身的膠原及其他細胞外間質成分，最終形成自身正常結締組織，填充皮膚缺損，達到祛皺、填平凹陷性瘢痕的目的[12]。但最終，注入的物質會被宿主的異物反應清除，根據國外的報道，因注射部位的不同，治療效果最多可持續18個月，但多數只持續6個月或更短的時間[13]。

4.1.2 膠原蛋白口服：用于口服的膠原蛋白制劑目前主要有溶液（口服液）和粉劑（膠囊）兩種類型。膠原蛋白口服被分解吸收后是否能確實達到美容的作用是大家所關注的焦點。以往有學者認為，膠原蛋白進入人體消化道后，最終要分解成氨基酸被吸收，其膠原蛋白的形態和結構已不復存在，口服膠原蛋白美容實為夸大其辭。然而，Matsuda等[14]進行動物實驗，通過給豬喂養膠原蛋白（0.2g/kg/天），以乳清蛋白和水為對照組，持續62天，結果表明膠原蛋白組的皮膚中的成纖維細胞密度、膠原原纖維的直徑和密度及核心蛋白聚糖中硫酸皮膚素的比例均明顯高于其他兩組，并可能因此而增強皮膚的機械強度及抵抗損傷的能力。Tanaka等[15]的實驗表明，小鼠攝入膠原蛋白（0.2g/kg/天）6周后，可抑制紫外線B誘導的損傷（皮膚水合減少、表皮增生和可溶性Ⅰ型膠原減少），提示膠原蛋白作為營養素補充劑可有助于抑制紫外線B引起的皮膚損傷和光老化作用。Iwai等[16]的研究則顯示，讓受試者在禁食12h后，服用從食物中提取的水解明膠，對比攝入前后抽取的血液樣本，可發現攝入水解明膠數小時后血液中出現大量的脯氨酸-羥脯氨酸寡肽。而早于1978年已有研究顯示，脯氨酸-羥脯氨酸對人工培養的成纖維細胞有趨化作用，提示膠原和膠原蛋白可能在體內有趨化刺激成纖維細胞的功能，促進對受損組織的修復[17]。

4.1.3 膠原蛋白外用：皮膚角質層的含水量應在10%～20%，低于10%皮膚就會干燥，水分的喪失使皮膚粗糙、產生皺紋。膠原蛋白（膠原多肽）分子中含有大量的親水集團，因而具有保濕功能；同時，膠原蛋白中還含有豐富的甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、絲氨酸等保濕因子[2]。水解程度高、分子量小的膠原多肽，其極性基團能夠形成氫鍵、離子鍵等極性作用力，有較好的吸水性、溶解性和保水性，可應用于保濕型化妝品。對于常規的膠原來說, 天然的膠原制品分子量大，敷于皮膚表面雖有優良的保濕效果，但對皮膚卻沒有良好的滲透性。但日本的Jellice Co. Ltd.用先進的生物工程技術研究并制備了膠原的最小單元膠原三肽（collagen tripeptide，簡稱為CTP），CTP具有約280Da的平均分子量。由于CTP分子量很小，因而能極有效地滲入角質層、真皮層和毛發/毛囊中。實驗發現, CTP組分不僅能均勻地滲透進入發根和真皮層,而且能夠促進膠原的合成和真皮成纖細胞透明質酸的合成。將CTP組分添加于皮膚潔凈液類的日用品中, 會對皮膚的彈性、濕潤性和改善皮膚的粗糙狀態呈現出優異的效果[18]。馬慧敏等[19]的臨床實驗結果也表明，含膠原寡肽成分的眼霜可以在短期內顯著增加皮膚角質層的含水量，改善眼周皺紋，并有提亮膚色的作用。

4.2 應用膠原產物的適應證：1996年，美國皮膚病學雜志關于軟組織增高術的指南中指出以下情況適合牛膠原注射治療：1.疼痛的雞眼或胼胝；2.凹陷性瘢痕：①術后瘢痕；②創傷引起的瘢痕；③痤瘡或其他疾病引起的瘢痕；3.皺紋、皺褶、表情紋、老化或其他；4.疾病或類固醇激素注射引起的真皮萎縮；5.口角炎；6.需要增強面部輪廓時（例如：患者要求增厚唇部）；7.其他[20]。2010年,德國JDDG雜志關于豬膠原在美容醫學中的應用的指南提出膠原注射更進一步的重要適應證是用于改善皮膚結構嚴重的彈性組織變性[21]。此外，尚有較多資料顯示，膠原蛋白敷料或粉末用于治療各種皮膚潰瘍[22]（包括糖尿病潰瘍[23]、靜脈曲張潰瘍[24]和壓力性潰瘍[25]等）和放射性皮炎[26-27]安全有效，可促進創口中成纖維細胞和角質形成細胞的生長，防止創口的液體丟失和微生物感染，療效甚至優于常規療法。

另有動物實驗表明，為模擬隱性營養不良性大皰性表皮松解（RDEB）特征（皮膚脆弱、起皰、瘢痕形成）的動物模型DEB小鼠（Col7a1-/-）注射VII型膠原后，可使其皮膚脆弱度降低、水皰形成減少及生存時間顯著延長，這提示通過注射VII型膠原治療人RDEB有一定可行性[28]。

5應用膠原產物的不良反應

膠原產物在皮膚修復應用中較少發生不良反應，其不良反應主要由膠原注射引起。在所有的不良反應中，過敏反應是膠原注射最常引起的問題，注射前通常要做皮膚試驗。典型的過敏反應常表現為注射后48～72h內出現紅斑或風團，也可能在注射數次之后才首次發生超敏反應。其中大部分超敏反應是由牛膠原引起的。最后這些超敏反應普遍不會成為長期的病態，局部或系統應用甾體類激素，或應用抗組胺藥便可治療。有報道稱局部肉芽腫性反應的發生率為0.05%。肉芽腫多為自限性，數周后可消退，但也有病例報道持續了超過1年的時間。其他更為罕見的并發癥包括局部組織壞死或膿腫形成，局部囊腫或膿腫可在注射后的任何時候產生，發生率為4/100 000，治療方法為引流或應用甾體類激素（局部或系統）[29]。為盡量減少不良反應的發生，以下情況應避免注射膠原：①膠原過敏試驗陽性者；②過敏體質者及使用免疫抑制劑者；③有自身免疫性疾病或結締組織疾病者；④對利多卡因過敏者；⑤妊娠期、月經期及嬰幼兒患者；⑥風濕病性疾病患者及其他嚴重疾病患者[12]。

6小結

膠原是人體內非常重要的一類蛋白質，具有很強的生物活性和生物功能，能參與細胞的遷移、分化和增殖，使骨骼、肌腱、軟骨和皮膚具有一定的機械強度。皮膚的衰老與疾病可造成膠原變性、流失，使皮膚產生皺紋、皮膚損害。膠原及其產物以各種形式應用于皮膚修復中，其中，膠原注射可以直接補充膠原至真皮內，最終形成自身正常結締組織，并達到祛皺、填平凹陷性瘢痕的目的，但持續時間有限，需反復注射，且有發生不良反應的風險；膠原蛋白口服在國外的動物試驗或研究中表現出可能增強皮膚的機械強度及抵抗損傷的能力，有助于抑制紫外線B引起的皮膚損傷和光老化作用，并能促進對受損組織的修復；膠原蛋白外用可起到良好的保濕作用，其中用先進的生物工程技術制備的CTP更能均勻地滲透進入發根和真皮層,而且能夠促進膠原的合成和真皮成纖細胞透明質酸的合成，對皮膚的彈性、濕潤性和改善皮膚的粗糙狀態均有較好效果。在多種情況下可應用膠原及其產物對皮膚進行修復，如：皺紋、凹陷性瘢痕、真皮萎縮、各種類型的皮膚潰瘍和放射性皮炎等。在實際應用過程中，應根據患者的年齡、皮膚情況、治療部位及患者要求等各方面進行綜合考慮，選取最適合的方式；同時，要注意膠原應用尤其是膠原注射的適應證與禁忌證，最大限度地減少不良反應的發生。膠原產物在皮膚修復中的應用已日益廣泛，雖然還有許多問題需要解決或改善，但隨著各方面研究的進展，其應用前景將更為廣闊。

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[收稿日期]2011-07-21 [修回日期]2011-11-01

編輯/李陽利