科普在线|科研世界里的Ⅲ型胶原蛋白
发布时间:2024-03-14 09:58:38 发布人:JLand聚源生物 浏览次数:864

对于“胶原蛋白”一词,大多数人应该并不陌生,日常生活中常有耳闻,例如家常菜的猪蹄中就富含胶原蛋白。胶原蛋白是人体和脊椎动物的主要结构蛋白,对于生命活动至关重要,如果没有胶原蛋白的话,人类将沦为由少数神经元相互连接形成的细胞团。


PART 01.

Ⅲ型胶原蛋白简介——

在皮肤中的分布、功能及流失


目前已知的胶原蛋白类别大约有29种[1],分别按发现时间命名为I型~XXIX型,其占人体蛋白质的30%左右[2],约占皮肤干重的70%,除了在眼睛、肌腱、软骨和内脏等多种组织中起作用以外,还在皮肤功能和形态中起着关键的作用。


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皮肤中包含了多种胶原蛋白,根据皮肤结构分布来看,真皮层包含I型胶原蛋白(在成人皮肤中占比约70%)、III型胶原蛋白(在婴儿皮肤中占比约为60%)和V型胶原蛋白,基底膜包含IV型胶原蛋白、VII型胶原蛋白和XVII型胶原蛋白,表皮层包含XIII型胶原蛋白和XVII型胶原蛋白。



其中III型胶原蛋白作为一种“婴儿胶原”,主要以网状分布在表皮真皮连接处的Ⅰ型胶原周围,比较细小,形态呈现为疏松的丝网状,由[α1(Ⅲ)]3来形成三螺旋结构域,主要为皮肤提供弹性和抗应力性,另外还可调控Ⅰ型胶原蛋白的合成,加速胶原蛋白原纤维的形成,具有优异的弹性和修复功能


另外III型胶原蛋白在促进伤口愈合和疤痕减少中也起着重要的作用,例如其通过特异性糖蛋白和非整联蛋白受体与血小板相互作用,从而促进血液中的血小板聚集粘附,达到凝血的效果;通过招募免疫细胞激活驱动促炎细胞因子的分泌,达到消炎的效果;通过与整联蛋白(其为细胞表面受体)的相互作用,在细胞粘附、迁移、增殖和分化中发挥作用[3]。


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(H:止血;I:消炎;P:增殖;M:成熟)


人在25岁以后,胶原蛋白以每年1-2%的速度流失,现已通过多项研究表明,随着年龄的增加,人体皮肤I型和III型胶原蛋白的含量会逐渐减少,通过实验结果分析可以发现,胎儿组时期的胶原蛋白I型和III型胶原含量可达543.58ug/g,而老年组的胶原蛋白含量为280.8ug/g。胶原蛋白含量大大下降,而且I型和III型胶原蛋白比例在不断升高,其中III型胶原蛋白流失占比约79%I型胶原流失占比约为21%[4]。流失的胶原不具备再生性,因此如果不对型胶原蛋白及时进行补充,皮肤就会出现皱纹、松弛和失去弹性等多种老化现象。


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PART 02.

重组Ⅲ型胶原蛋白简介——

由来、优势及应用


目前市面上的Ⅲ型胶原蛋白来源主要为动物提取和生物合成,动物提取的Ⅲ型胶原蛋白主要来源为牛、猪、鼠尾腱和海洋生物的组织,其基因序列与人天然Ⅲ型胶原蛋白全长序列有着根本性的差异,用于人体易带来高过敏性、动物源病毒污染等诸多弊端,另外其提取工艺容易对胶原蛋白自身活性和结构造成破坏,最终不能正常行使生物学功能,且因为提取组织来源不均一导致产品均一性差,并且随着胶原蛋白应用领域越来越广泛,传统的生产方法也远远不能满足市场的需求。


随着最近几年合成生物学的发展与进步,基因重组合成Ⅲ型胶原蛋白的技术逐渐成熟,尤其是我国的重组蛋白技术已经处于世界领先的地位。基因重组技术来源的重组型胶原蛋白与人天然重组Ⅲ型胶原蛋白基因序列高度一致组织相容性较好,同时具有优异的皮肤亲和性,还避免了动物源胶原蛋白异种提纯、过敏性高等多种风险问题。


重组胶原蛋白可以以大肠杆菌和毕赤酵母作为底盘细胞发酵而来,其相比于传统的动物提取技术具有多种优点,例如与人同源性高、引起免疫反应几率低、水溶性好等。毕赤酵母相比于大肠杆菌而言更有优势,首先从本质上来看,大肠杆菌是一种原核微生物,其无细胞核,更容易整合目的基因,对目的蛋白翻译后修饰的能力有限,因而生产时间更短、成本更低,但是其来源的蛋白或具有免疫风险,并且胞内表达的特性使得纯化后容易造成杂质残留,过敏风险较高。而毕赤酵母作为一种真核微生物,除了生长周期长、生产成本更高这些缺点以外,其不仅遗传更稳定,目的蛋白均一性更好[5],并且拥有高级的细胞器如内质网和高尔基体等,可对蛋白进行翻译后修饰,从而使重组蛋白结构更加完整、生物活性更高,聚源生物就是选取这种经过FDA认证的高安全菌株来合成重组Ⅲ型胶原蛋白,因而原料的品质、活性和安全上都具有高保障性


PART 03.

聚源生物 重组Ⅲ型胶原蛋白


聚源生物目前基于合成生物学,已经研发推出多种重组胶原蛋白原料,其中重组Ⅲ型胶原蛋白是以人型胶原蛋白为模板,选择亲水性好、生物活性位点多的功能性基因片段,通过基因重组技术将目的基因导入毕赤酵母发酵,以及进一步通过多级分离纯化等工艺,最终获得的单一分子量原料。


这款原料具有高温和性和高安全性,作为国内FDA认证的重组胶原蛋白原料,现已有29项械品高质量指标控制、30余项安全检测实验、6国质量认证及8国安全应用历史,并且纯度和含量均为100%,在10%的浓度范围也未检测出显著细胞毒性,内毒素最低可控制≤0.05EU/mg,已达到远超注射剂的级别。


在聚源20年重组胶原蛋白研发历程里,成功地将此款原料打磨成在众多原料中脱颖而出的精品,并且在刚刚过去的2023年中,于“了不起中国原料”评选大赛中力压约190多种原料,荣获了“中国好原料 Top10奖”。它不仅具备卓越的生物相容性和生物活性,强大的修护、祛皱、紧致功效,更注重环保和可持续发展。


随着国内越来越多知名品牌推出以重组胶原蛋白为成分的大单牌产品,聚源生物的重组Ⅲ型胶原蛋白也将踏上快车道,在市场上有愈加广阔的发展空间。未来可期!


参考文献


[1] Ricard-Blum S. The collagen family. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2011 Jan 1;3(1):a004978.


[2] Zhong-Rui Li, Bin Wang,etc.Isolation and characterization of acid soluble collagens and pepsin soluble collagens from the skin and bone of Spanish mackerel.Food Hydrocolloids.2013,31:103-113.


[3]Mathew-Steiner S S, Roy S, Sen C K. Collagen in wound healing[J]. Bioengineering, 2021, 8(5): 63.


[4]Kuivaniemi, Helena., Tromp, Gerard..  Type III collagen (COL3A1): Gene and protein structure, tissue distribution, and associated diseases. Gene, 2019, 707:151-171.


[5]Ramshaw JA, Werkmeister JA, Glattauer V.. Recent progress with recombinant collagens produced in Escherichia coli. Curr Opin Biomed Eng 2019;10:149–55.