学术论文

水解胶原蛋白在皮肤中作用的研究进展

       摘要: 近年来,功能性食品的数量在飞速增长,其中能够美容皮肤的食品越来越受到人们的关注。水
解胶原蛋白作为美容素材,在食品、化妆品及医药等领域具有巨大的应用前景。本文阐述了近年来国内外对
水解胶原蛋白改善皮肤的研究,并对其机理进行了探讨。
 
        近年来,功能性食品的数量在飞速增长,其中能够美容皮肤的食品越来越受到人们的关注。影响皮肤的因素很多,有内在原因和环境因素,比如年龄的增长、紫外线、激素和营养状况等。胶原蛋白含量减少被认为是皮肤衰老的重要指标之一。胶原蛋白广泛分布于动物的骨骼、皮肤、血管、韧带、软骨等组织器官中,是结缔组织重要的结构蛋白,也是动物蛋白中含量最丰富的蛋白质,占总蛋白的25% 30%,起到了支持器官保护机体的功能。迄今为止,共发现了29 种胶原蛋白,其中Ⅰ型胶原蛋白含量最高,约为90%。胶原蛋白是由3 条α 多肽链构成的三股螺旋结构,其分子结构十分稳定,相对分子量在30KDa以上,不利于人体直接吸收。水解胶原蛋白是胶原蛋白经酶解后生成的产物,具有抗衰老、促进皮肤胶原代谢、促进骨骼关节健康、抑制血压上升、保护胃粘膜、抗溃疡等营养及生理功能,在食品、化妆品及医药等领域具有巨大的应用前景。
 
        胶原蛋白位于皮肤的真皮层, 含量约为70%,主要类型为I ( 85%) 、III 和Ⅴ型,纤维状的胶原蛋白形成网状结构,提供皮肤的张力和弹性。皮肤的生长、修复和营养都离不开胶原蛋白。近年来,国内外对水解胶原蛋白改善皮肤方面开展了很多研究,并对其机理进行了探讨,具体研究情况如下:
 
1 口服改善皮肤的研究进展
1. 1 抗衰老
        2006 年美国学者Skovgaard 等人采用随机双盲法研究口服水解鱼胶原蛋白对100 名绝经后女性皮肤的影响,志愿者随机分为安慰剂组和实验组。实验结果采用临床评分的方法进行评价。结果显示,与安慰剂相比,口服水解鱼胶原蛋白的志愿者的前额、眼周和口周皱纹明显减轻,色斑、松弛、下垂、黑眼圈和整体面部情况都有所改善( P < 0. 05) 。同时超声结果发现口服水解鱼胶原蛋白的志愿者皮肤的密度有极其显著提高( P < 0. 0001) ,因此,水解鱼胶原蛋白明显改善皮肤状况、结构和提高坚实度。
        在中国,也有学者开展了口服鱼水解胶原蛋白人体皮肤的作用研究。周双琳等人观察小分子水解鱼胶原蛋白粉对改善女性面部肤质的有效性和安全性。将30 名健康受试者,随机分为受试组和空白对照组各15 名,受试组口服小分子鱼胶原蛋白粉,每日6 克,共30 天; 空白对照组不服用任何胶原类产品。对两组志愿者在实验前后进行问卷调查评分; 用Visia 皮肤检测技术和soft5. 5 皮肤检测仪分析,同时对受试组成员进行身体常规检查及血生化指标检查。问卷调查评分结果显示口服天然小分子水解鱼胶原蛋白粉有改善睡眠及增强体力的作用,受试组健康评分较口服前有明显改善( P < 0. 05) 。受试组面部皮肤的毛孔、纹理、紫质、水份、油脂改善明显( P < 0. 05) ,尤其是皱纹的改善极为显著( P < 0. 001)
对照组则无明显变化。受试组成员身体常规检查及血生化指标检查均显示正常。实验结果说明口服小分子水解鱼胶原蛋白粉可改善女性面部肤质,具有安全性和有效性。
 
1. 2 保湿
        日本学者Matsumoto 等人对Ⅰ型水解鱼胶原蛋白改善皮肤做了前期的研究。实验选用25 名皮肤干燥和粗糙的志愿者,每天服用5g 水解鱼胶原蛋白,6 周后发现,脸颊部位的皮肤水分普遍提高,前臂和颈部背面的水分也显著提高,脸颊部皮肤的柔韧性、弹性、光滑度、皱纹和坚实度都有了明显改善,且皮脂下降。实验结果表明服用水解鱼胶原蛋白对皮肤的改善程度能达到60% 100%。
        余宙、范青生等人以30 50 岁女性为研究对象,采用双盲法,按3g /d 服用鱼胶原蛋白粉或者安慰剂,连续40d。结果发现,试食组和对照组组间对照、试食组食用前后自身对照皮肤水分有显著差异( P < 0. 05) ,这说明服用水解鱼胶原蛋白具有显著的改善皮肤水分作用。同时体重、血压、心率、尿常规、大便常规、血常规及生化指标未见明显异常变化,亦未观察到明显过敏及其它不良反应,说明服用鱼胶原蛋白粉是安全有效的。
 
1. 3 修复光损伤皮肤
        1999 年丹麦学者Kieffer 等人研究了口服水解鱼胶原蛋白对光损伤皮肤的修复作用。共有144 名皮肤光损伤的志愿者参加了此次实验,实验12 个月后,发现乳头真皮和网状真皮的回声和密度逐渐提高,说明真皮层厚度增加。同时采用VAS 临床分级的方法进行评价,发现口服鱼水解胶原蛋白能够改善皮肤状况,减少眼部皱纹,提高光损伤人群皮肤的屏蔽能力。
        中国学者Zhuang 等人研究了日本刺参水解胶原蛋对紫外线诱导的光老化模型小鼠皮肤的保护试验,发现水解胶原蛋白能够显著改善小鼠皮肤胶原纤维的受损程度,显著提高机体的抗氧化能力,提高了皮肤组织中超氧化物歧化酶( SOD) 、谷胱甘肽过氧化物酶( GSH - Px) 、过氧化氢酶( CAT) 活性,降低了丙二醛( MDA)含量,对紫外线诱导的光老化模型小鼠皮肤具有保护作用。同时水解胶原蛋白还能够显著提高皮肤中神经酰胺和羟脯氨酸的含量,此外研究还现,分子量越低,对光损伤皮肤修复的效果越好。
        日本学者Tanaka 等人研究发现,口服水解胶原蛋白能够抑制UV - B 导致的皮肤中水分含量、表皮细胞增生的下降,减少可溶性胶原蛋白。结果显示水解胶原蛋白可以作为膳食补充剂,改善由UV - B 导致的受损皮肤和光老化皮肤。
 
2 外用改善皮肤的研究进展
        台湾地区的学者Chai 等人以罗非鱼鱼鳞为原料来提取水解胶原蛋白,并分析外用水解罗非鱼鳞胶原蛋白改善皮肤效果和渗透性。62 名年龄23 60 岁之间的女性志愿者,每天在面部涂抹水解胶原蛋白2 次,实验时间30 天。结果发现,罗非鱼鱼鳞水解胶原蛋白能够显著提高皮肤的含水量和皮肤弹性( P < 0. 5) ,体外实验还发现,罗非鱼鱼鳞水解胶原蛋白能够刺激成纤维细胞的生长,加速原胶原纤维的合成,且呈一定的时间和剂量相关性。角质层是阻挡水解胶原蛋白渗透的关键因素,在小鼠皮肤上涂抹鱼鳞水解胶原蛋白,并采用荧光免疫印迹法进行标记,发现水解胶原蛋白可以通过角质层渗透到真皮层,从而起到改善皮肤的作用。
        马慧敏等人通过人体试验评价水解胶原蛋白外用的保湿抗皱功效,并对其机制进行初步探讨。实验采用随机、双盲、对照的方法,对含有水解胶原蛋白成分的眼霜其保湿、抗皱效果进行临床效果评价; 并用体外试验方法确定水解胶原蛋白对成纤维细胞增殖活性的影响。研究结果发现,与基础值相比,含有水解胶原蛋白成分的眼霜在第1、4 周,可以显著地增加皮肤角质层的含水量,改善眼周皱纹。此外,体外试验也证实,水解胶原蛋白处理细胞后96、120h,成纤维细胞增殖活性显著增加, 以1. 00mg /mL 组作用最显著。因此在细胞水平上,水解胶原蛋白可以促进成纤维细胞增殖; 水解胶原蛋白做为化妆品的添加成分能够提高化妆品的保湿抗皱效果。
 
3 作用机理的研究进展
3. 1 口服水解胶原蛋白后的吸收情况
        日本学者Iwai 等人分析了口服水解胶原蛋白后人体里血液中组成变化。发现口服水解胶原蛋白后,人体血液中分子量在200 500 道尔顿的肽含量明显上升,游离氨基酸的数量也明显上升,在2h 到达峰值,4h 后降到峰值的一半,这说明口服胶原蛋白后是以小分子量的寡肽和游离氨基酸的形式进入到人体血液中。Ohara等人研究发现口服水解胶原蛋白后,人体血液中检测到含量最高的二肽是Pro - Hyp。日本学者Shigemura 等人采用体外实验,研究Pro - Hyp对小鼠皮肤中成纤维细胞生长的影响。结果发现Pro - Hyp 能够刺激皮肤纤维细胞的生长,从而增加皮肤中纤维细胞的数量。Watanabe - Kamiyama 等人 用低分子量( 平均分子量为800Da) 的水解胶原蛋白饲喂小鼠,并采用放射性标记的方式检测其吸收情况。结果发现,口服水解胶原蛋白后,小鼠的肝、肾、脾、关节、股骨、胫骨、脑、肌肉和皮肤中都有放射性物质存在,但14d 后,在肝、肾、脾、脑中已检测不到放射性,在关节、股骨、胫骨和肌肉中有少量的放射性存在,在皮肤中的放射性最高,为峰值的70%。这充分说明了小分子水解胶原蛋白参与了皮肤的合成。
 
3. 2 机理分析
        Ⅰ型胶原蛋白位于真皮层,起到维持皮肤张力的作用,Ⅳ型胶原蛋白位于基底膜,主要作用是形成高度交联的网络结构,主要起到维持基底膜机械稳定性,减少底部皱纹的产生。基质金属蛋白酶( Matrix metalloproteinases,MMPs) 是分子量和结构相似的一类酶,包括胶原酶( MMP1和13) 和明胶酶( MMP2 和9) ,能够降解细胞外基质中的所有物质,包括胶原蛋白,弹性蛋白、糖蛋白等等。MMPs 通过两种机制对真皮层产生伤害: ( 1) 直接降解胶原蛋白; ( 二) 通过MMPs 产生胶原碎片,间接抑制胶原的合成。其中MMP1 和13 能够引发Ⅰ型胶原蛋白的降解,然后MMP 9 将产生的胶原碎片进一步降解,MMP2主要降解Ⅳ型胶原蛋白。MMP 13 分解胶原蛋白产生碎片,这些碎片能够抑制胶原蛋白合成。但是MMP 9 将胶原碎片进一步降解后,能够降低这种胶原合成抑制的效果。因此MMP2 和9 对皮肤的老化和代谢起了非常重要的作用。
        巴西学者Zague 等人分析了口服水解胶原蛋白对皮肤细胞基质蛋白的影响。实验选用四周龄的Wistar 雄性大鼠,饲喂改良AIN - 93 饲料,对照组为含量12%酪蛋白,实验组为12%的水解胶原蛋白,空白组为正常AIN - 93 饲料。分析这三组中Ⅰ和Ⅳ型胶原蛋白,以及MMP 2 和9。结果显示,与对照组( 饲喂酪蛋白) 相比,实验组( 饲喂水解胶原蛋白) 中Ⅰ和Ⅳ型胶原蛋白含量明显提高( P < 0. 05) ,同时,实验组中MMP 2含量和活性较对照组都有明显下降( P < 0. 05) ,但对MMP 9 无明显影响。因此作者认为小分子水解胶原蛋白能够通过MMPs 进一步抑制胶原蛋白的降解,刺激受损皮肤中胶原蛋白的合成; 或者小分子水解胶原蛋白可能有助于细胞间基质和成纤维细胞的相互作用,有利于胶原蛋白的生成。
        日本学者Matsuda 等人按照水解胶原蛋白0. 2g /kg 的剂量饲喂猪62 天后,分析口服水解胶原蛋白对成纤维细胞和真皮层中细胞间质的作用,对照组饲喂乳清蛋白和水。研究结果发现饲喂水解胶原蛋白的实验组中,成纤维细胞密度、胶原纤维的直径和密度都明显大于饲喂乳清蛋白组和蒸馏水组。真皮层的粘多糖———透明质酸和硫酸软骨素含量三个组无明显差异,但是水解胶原蛋白组中硫酸软骨素的比例最高。实验证实水解胶原蛋白对成纤维细胞有趋化性,可以作为合成和重组新胶原纤维的信号肽和启动剂。此外研究还表明水解胶原蛋白能以特异性蛋白的形式增加真皮层中纤维细胞的密度和胶原纤维的直径。还能通过增加蛋白多糖的比例来改变皮肤中的机械强度。
        前面已经提到摄入水解胶原蛋白后,血液中肽的浓度以Pro - Hyp 为最高。2010 年Oharada 等人的研究结果发现,Pro - Hyp 在200nmol /mL的浓度下,能够将细胞增殖的速度提高1. 5 倍,透明质酸合成速度提高3. 8 倍,这与Pro - Hyp 能够提高透明质酸合成酶2 ( HAS2) 的mRNA 2. 3倍水平相一致。而摄入胶原蛋白后,人体血液中的Pro - Hyp 为140nmol /mL,接近实验所用浓度,243且Pro - Hyp 在短时间内( 60min) 能够提高Stat3的磷酸化水平。研究证明Pro - Hyp 通过调节透明质酸HAS2 的转录,能够刺激细胞的有丝分裂和透明质酸的合成,从而改变皮肤中细胞基质的代谢。
        从以上研究中,我们不难发现,通过口服水解胶原蛋白,可以改善皮肤状态,促进皮肤健康,起到抗衰老、保湿和修复的作用。其机理主要是摄入水解胶原蛋白后,能以特异性蛋白的方式影响成纤维细胞的增殖和胶原纤维的形成,因此水解胶原蛋白可以作为一种美容营养补充剂添加到膳食中,补充人体因年龄增长而流失的胶原蛋白。
 

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