張浩瑋 胡竟一 王嵐

【摘 要】膠原蛋白是人體及動物細(xì)胞外基質(zhì)中一種非常重要的結(jié)構(gòu)蛋白，是組織的填充物和支持物，占體內(nèi)總蛋白質(zhì)的25%～30%。近年來，隨著生物醫(yī)用材料的不斷發(fā)展，因其具有的低抗原性、組織相容性高、生物可吸收性以及促進(jìn)細(xì)胞生長的特性，膠原蛋白在臨床應(yīng)用上有廣泛的應(yīng)用，特別是在整形美容領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注。本文在簡述膠原蛋白結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了膠原蛋白在整形美容領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢和范疇，并進(jìn)一步分析了其在整形美容面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】膠原蛋白;蛋白結(jié)構(gòu);生物學(xué)特性;美容整形

中圖分類號： R622 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）02-0152-003

【Abstract】Collagen is an important structural protein in the extracellular matrix， accounting for 25% to 30% of the total protein in the body， which is the tissue support and filler. With the development of medical polymer materials， collagen has received extensive attention， especially in the field of cosmetic surgery， due to its extremely low antigenicity， biodegradability， bioabsorption， hemostatic properties and cell growth promoting functions. Based on a brief description of collagen structure and biological properties， this paper focuses on the application and research progress of collagen in cosmetic surgery， and analyzes challenges and developing trends in cosmetic surgery.

【Key words】Collagen; Protein structure; Biological property; Cosmetic surgery

0 前言

膠原蛋白是人體及動物分布最廣泛的蛋白質(zhì)之一，其含量約占體內(nèi)總蛋白含量的25%～30%。膠原蛋白是細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）中的一種生物大分子，其基本結(jié)構(gòu)由三條多勝肽煉互相纏繞成超螺旋結(jié)構(gòu)[1]。膠原蛋白是組織的填充物和支持物，維持著細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性和其他生物功能的行使，限定組織的形狀和形式，使骨骼、肌腱、軟骨和皮膚具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。膠原蛋白具有很高的生物活性和生物功能性，能參與諸多種類細(xì)胞的遷移、增殖和分化，行使其特殊的生物功能[2]。在過去的幾十年中，膠原蛋白其生物相容性良好和抗原性低，以各種形式被作為一種安全的生物醫(yī)用材料廣泛應(yīng)用在燒傷、眼科、創(chuàng)傷、美容整形、硬組織修復(fù)等臨床領(lǐng)域，并且得到患者和臨床醫(yī)生的普遍認(rèn)可[3]。

人體皮膚組織富含50%以上的膠原蛋白，以膠原纖維和彈力纖維的形式維持著皮膚的基本結(jié)構(gòu)，對皮膚的水潤、彈性和質(zhì)地起著非常重要作用。但隨著年齡增長，人體內(nèi)膠原蛋白會逐漸大量流失，是導(dǎo)致皮膚衰老最主要的原因。皮膚衰老會導(dǎo)致一系列負(fù)面反應(yīng)如肌膚暗沉、干涸等，從而需要不斷補(bǔ)充膠原蛋白才可以保持皮膚年輕[4]。研究表明，口服膠原蛋白對改善皮膚幾乎不會產(chǎn)生作用，只有將其注射到真皮深層，才能起到美容整形的作用。醫(yī)用美容整形膠原一般為高度純化的人或動物膠原蛋白，具有很好的組織相容性，可以很自然地被皮膚吸收或降解;同時其在美容創(chuàng)面修復(fù)可以起到止血作用，縮短炎癥反應(yīng)周期;另外，膠原蛋白可以刺激真皮成纖維細(xì)胞新產(chǎn)生膠原蛋白，進(jìn)而再生修復(fù)細(xì)胞和皮膚組織[5]。目前，膠原蛋白是在整形美容中應(yīng)用最廣泛的生物醫(yī)用材料，已有諸多產(chǎn)品問世，并取得了較滿意的臨床應(yīng)用效果，另外，也有一些新型膠原蛋白類整形美容產(chǎn)品正在研制開發(fā)，預(yù)期具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。

1 膠原蛋白的三螺旋結(jié)構(gòu)

膠原蛋白的基本結(jié)構(gòu)由三條獨(dú)立的聚脯氨酸鏈，以左手螺旋圍繞一公共軸線，通過氫鍵作用相互纏繞連接形成的一個右手超螺旋棒狀結(jié)構(gòu)[6]，其三螺旋結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 一級結(jié)構(gòu)

膠原蛋白的最基本單位是氨基酸，通常情況下含有18種氨基酸。氨基酸殘基的排列順序稱作為膠原蛋白的一級結(jié)構(gòu)，并且決定了膠原蛋白的空間結(jié)構(gòu)[6]。在組成膠原蛋白的肽鏈中，氨基酸排列順序具有重復(fù)的特征，表現(xiàn)為每3個殘基都出現(xiàn)一個甘氨酸，一般可以寫成Gly-Xaa-Yaa，其中Gly為甘氨酸，Xaa和Yaa表示任何其他的氨基酸殘基，通常為脯氨酸（Pro）和賴氨酸（Lys）[7]。

1.2 二級結(jié)構(gòu)

膠原蛋白的二級結(jié)構(gòu)指骨架多肽鏈中原子的空間分布及排列情況，主要包括α螺旋、β折疊、β轉(zhuǎn)角等形式[8]。膠原蛋白的二級結(jié)構(gòu)一般是由聚脯氨酸-II型結(jié)構(gòu)經(jīng)左手螺旋形成的特殊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步組裝形成具有右手超螺旋的膠原蛋白三螺旋結(jié)構(gòu)[8]。

1.3 三級結(jié)構(gòu)

膠原蛋白二級結(jié)構(gòu)經(jīng)過進(jìn)一步的纏繞或折疊，形成具有一定排列規(guī)律的三級結(jié)構(gòu)[6]。三級結(jié)構(gòu)主要揭示膠原蛋白分子中肽鏈之間次級鍵的作用，包括氨基酸殘基側(cè)鏈的極性基團(tuán)產(chǎn)生的氫鍵、離子鍵和范德華力以及非極性基團(tuán)產(chǎn)生的疏水鍵、范德華力等作用力，使膠原蛋白三級結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定[8]。

2 膠原蛋白的生物學(xué)特征