胶原蛋白

4.1 基因对皮肤衰老过程的调控 基因对皮肤衰老过程的调控机制十分复杂，包括许多调节序列，基因的增强和抑制因子，及其它因素引起的基因改变等，基因的特性影响着整个细胞的功能并调节着细胞的衰老进程。皮肤衰老主要是皮肤细胞染色体DNA及线粒体DNA中合成抑制物基因表达增加，许多与细胞活性有关的基因受抑制，及氧化应激对DNA的损伤而影响其复制、转录及表达的结果，故基因调控是皮肤及其细胞衰老的根本 ［15］ 。另有研究证明:皮肤衰老与真皮胶原蛋白的含量和性质有关，随着增龄，控制DNA合成的抑制物增多，致使rRNA、tRNA、mRNA含量逐渐下降，蛋白质合成进一步减少，结果胶原量减少并老化 ［16］ 。Spiering等证实了DNA复制与皮肤衰老直接相关，他们在皮肤成纤维细胞培养物中发现了DNA合成抑制因子，它通过抑制细胞DNA合成引起细胞复制速度减慢，错误率上升，最终导致基因突变。同时，随着增龄，细胞对DNA变异或缺损的修复能力下降，从而导致细胞衰老，死亡 ［17］ 。
2 胶原蛋白在美容方面的应用
胶原蛋白是皮肤组织的主要蛋白质成分，胶原是由成纤维细胞合成的，随着年龄的增加，成纤维细胞的合成能力下降，若皮肤中缺乏胶原蛋白，胶原纤维就会发生交联固化，使细胞间粘多糖减少，皮肤便会失去柔软、弹性和光泽，发生老化，同时真皮的纤维断裂、脂肪萎缩、汗腺及皮脂腺分泌减少，使皮肤出现色斑、皱纹等一系列老化现象。肤中胶原以Ⅰ型和Ⅲ型为主，它有很强的抗张性，儿童的皮肤以Ⅲ型为主，到了成年，皮肤以Ⅰ型为主，随着年龄的增长，交联键日益增多，胶原纤维亦越紧密，皮肤容易老化僵硬。另外，面部的皮肤，由于长期暴露在空气中，受到紫外线的照射，引起皮肤受损，使胶原纤维束失去其生理性的弹回性 能而变直，导致皮肤松弛、干裂。在国外，对胶原蛋白在美容方面的作用已进行深入的研究。其实验证明0.01%的胶原蛋白纯溶液就有良好的抗各种辐射的作用，且能形成很好的保水层，能提供皮肤所需要的全面水分。动物实验也表明，含有胶原蛋白的膏体涂皮肤后能有效地改善皮肤表皮和真皮结构，促进皮肤内胶原的合成。胶原蛋白应用于美容中的功效总结起来有如下几点:（1）营养性:可以给予含有胶原蛋白的皮肤层所必需的养分，补充17种对人体有益的氨基酸，使皮肤中的胶原蛋白活性加强，保持角质层水分以及纤维结构的完整性，改善皮肤细胞生存延缓衰老、美容、消皱、养发的目的。（2）修复性:胶原蛋白具有独特的修复功能，胶原蛋白和周围组织的亲和性好，从而具有修复组织的作用。（3）保湿性:由于胶原蛋白分子中含有大量的亲水基，使之具有了良好的保湿功效，能够达到保持皮肤润泽的目的。（4）配伍性:胶原蛋白可以调节和稳定pH值，稳定泡沫，乳化胶体的作用。同时，作为一种功能性成分在化妆品中可以减轻各种表面活性剂、酸、碱等刺激性物质对皮肤、毛发的损害。（5）亲和性:胶原蛋白对皮肤和头发表面的蛋白质分子有较大的亲和力，胶原蛋白主要通过物理吸附与皮肤和头发结合，能耐漂洗处理。亲和作用大小随相对分子量增大而增强。相对分子量小的分子可以渗入皮肤和头发的表皮，有时还可以透过皮质层，达到营养皮肤的作用。相对分子量大的分子，每个分子结合位置较多，结合力增强，亲和力增大。美容胶原是一种新型抗衰老美容材料。早在20世纪70年代初美国就率先推出注射用牛胶原，用于祛斑除皱纹及修复瘢痕，取得了令人满意的效果。人胶原是新一代生物美容材料，它是从健康人体（如胎盘）中提取的胶原蛋白，经化学纯化，不含细胞及组织相容性胶原，不会诱发抗体和免疫反应，从而更为安全。近年来，英美等国采用注射性胶原来整复面部软组织的各种损伤，如痤疮痕、水痘痕，衰老引起的面部皱纹或皱折。我国研制的这种胶原注射剂已广泛应用于美容界，在延缓皮肤衰老，重建受损肌肤等方面取得了良好的效果。美容胶原与人体组织的亲和性很好，有利于自身组织的修复再生。实验证明，当注射胶原蛋白几周后，体内成纤维细胞、脂肪细胞及毛细血管向注射的胶原蛋白内移行，组合成自身胶原蛋白，从而形成正常的结缔组织，使受损老化的皮肤得到填充和修复，达到延缓皮肤衰老的目的。美容胶原主要有以下几方面作用:消除皮肤瘢痕，应用美容胶原可以使瘢痕软化，逐渐被组织吸收而消退;减轻或消除皮肤皱纹。20岁以后人的皮肤开始出现皱纹，注射美容胶原可以填平皱纹的凹陷，有效地减轻或消除皮肤皱纹，矫正脸型。化妆品中添加胶原多肽，由于与皮肤结构的相似，具有良好的渗透性，可被皮肤吸收，填充在皮肤基质之间，使皮肤丰满，皱纹舒展，具有弹性。随着年龄的增长，皮肤的结构也在发生变化，老化的皮肤更容易干燥。鱼蛋白是一种可以口服的，由深海鱼类中精炼的鱼蛋白提取物，含有大量的粘多糖及丰富的胶原蛋白，被称为“吃的化妆品”，穆源浦等学者研究了鱼蛋白对人体皮肤水分、油分的调节作用，证实鱼蛋白具有保持皮肤水分的作用。胶原分子外侧亲水基团羧基与羟基等的大量存在，使胶原分子极易与水形成氢键，因此胶原蛋白及多肽具有良好的保水保湿性能。近年研究表明，胶原多肽具有明显改善与老化相关的胶原合成低下作用。经老鼠投食实验表明此多肽具有促进胶原合成效果，可促进皮肤胶原代谢作用。
胶原蛋白在美容中的应用及皮肤衰老机制研究进展
吴耀松 廖艳阳 印大中
衰老是指随年龄增长机体发生的功能性和器质性衰退的渐进过程。皮肤位于体表，是最能显现机体衰老的组织，易于观测，已成为研究衰老的重要靶器官 ［1］ 。胶原作为一种结构蛋白，广泛存在于动物的皮肤、肌腱以及其它结缔组织中。富含胶原蛋白的组织很容易表现出一些与年龄相关的生理变化，因此胶原蛋白一直被当作探讨衰老机制的一个重要指标而备受重视 ［2，3］ 。本文就胶原蛋白与皮肤衰老的相关性及研究进展作一综述。
1 胶原蛋白的理化特性
胶原是一种天然蛋白质，广泛存在于动物的皮肤、骨、软骨、牙齿、肌腱韧带和血管中，是结缔组织极重要的结构蛋白质，起着支撑器官、保护机体的功能。胶原一般是白色透明、无分支的原纤维，在它的周围是由粘多糖和其它蛋白质构成的基质。胶原蛋白家族包括19种胶原蛋白及10种以上胶原样蛋白。胶原蛋白的分子量约为300kD。其Ⅰ级结构的共同特点为:每间隔两个氨基酸存在一个甘氨酸，可用—（Gly—X—Y）n—表示，其中X及Y位置分别为脯氨酸及羟脯氨酸或其它氨基酸残基，这种三肽重复序列限制了多肽链旋转。其Ⅲ级结构由3条左手螺旋的多肽链缠绕、形成绳索样右手超螺旋结构。三螺旋结构中往往含有4—羟脯氨酸，产生氢键及氧桥，使结构相对牢固，通常还有球状序列插入，使胶原分子更有弹性。由于胶原蛋白分子间及分子内广泛交联，因此结构非常稳定，并且有免疫抗原性和致敏性极低等。胶原蛋白是细胞外基质中的主要分子化合物，随着分子生物学、生物化学和细胞生物学的发展，人们对胶原蛋白的认识逐渐提高，现在已经肯定胶原蛋白并不是一个蛋白质的总称，而是和免疫球蛋白一样，富有多样性和组织分布的特异性，是与各组织、器官功能有关的功能性蛋白 ［4］ 。其组织特异性表现在 ［5］ :（1）皮肤中主要含有Ⅰ型和Ⅲ型胶原;（2）肌腱中主要含有Ⅰ型胶原;（3）软骨中主要含有Ⅱ型胶原。根据它们在体内的分布和功能特点，可将胶原蛋白分成3类:间质胶原、基膜胶原、细胞外周胶原。胶原蛋白是构成人体结缔组织的蛋白质，占人体总蛋白含量的三分之一还多，而皮肤中的胶原蛋白则高达85%以上。这些结构蛋白质不仅为其周围的细胞提供了营养代谢的场所，同时也与其周围细胞的形态结构、生长代谢及细胞运动有关。据报道，蛋白质在皮肤中的内含比例和分布，都会随着皮肤不同生理环境下发生改变。胶原蛋白的存在与皮肤健康程度，保水性及弹性等有着密切的关系。胶原的浓度以1～2mg/ml为好，低于1mg/ml，胶原不能成膜;高于2mg/ml，表皮细胞贴壁虽好，单细胞增殖率下降 ［5］ 。胶原具有很强的生物活性和生物功能，能参与细胞的迁移、分化和增殖，使骨骼、肌腱、软骨和皮肤具有一定的机械强度。胶原因为其较弱的抗原性和良好的生物相容性，在烧伤、创伤、眼角膜疾病、美容、矫形、硬组织修复、创面止血等医药卫生领域用途广泛。
3.2 真皮 真皮结构的改变是皮肤衰老的主要原因 ［8］ 。衰老真皮厚度变薄，密度降低 ［9］ 。超声波或直接测量都提示20岁以后皮肤厚度呈线性减少。Kigman ［10］ 认为，女性比男性皮肤薄，可能是女性比男性皮肤衰老早的原因。20岁以后真皮纤维细胞数量逐渐减少，胶原总含量每年减少1%，胶原纤维变粗，出现异常交联;同时，密度增大，不易被胶原酶所分解，胶原稳定性增加 ［11］ 。衰老皮肤中Ⅲ型胶原基因表达降低，Ⅲ型胶原合成减少，而Ⅰ型胶原基因表达增加 ［12］ 。一般婴儿及年青人皮肤Ⅲ型胶原含量约占70%，Ⅰ型胶原占30%;当皮肤衰老时，两者比例逐渐倒置，胶原应力传导下降，抗剪切力减弱。真皮乳头层和网状层弹性纤维减少及退化，胶原纤 维和弹性纤维排列也渐趋紊乱，引起皱纹、松弛及下垂。衰老皮肤的许多代谢酶类活性下降 ［13］ ，透明质酸和硫酸盐类减少，对化学物质清除力下降;老化皮肤血管相对减少，微循环减弱，调节温度能力下降;皮肤朗格汉斯（Langerhans）细胞减少，免疫能力下降，易患感染性疾病 ［14］ 。老化皮肤黑色素细胞数目明显下降，暴露于阳光下易受损伤;脂褐质明显增加，呈现出老年斑和其它局部色素性改变。
3.3 皮肤附属器 老化皮肤皮脂腺与汗腺萎缩，分泌减少，出汗反应降低;皮肤表面的乳化物不足，角质层水合能力减弱，致使皮肤粗燥、干裂。
4 皮肤衰老的机制
皮肤衰老是一个漫长而复杂的演变过程。关于皮肤衰老机制研究的类型比较多，有代表性的有:皮肤衰老基因调控学说、皮肤衰老的自由基学说、皮肤衰老的代谢失调学说、皮肤衰老的光刺激老化学说等。
4.2 皮肤衰老的自由基学说 Harman（1956）提出了衰老的自由基学说。自由基具有极强的氧化能力，可使生物膜中不饱和脂类发生过氧化，形成过氧化脂质，其中间产物丙二醛（MDA）是强的交联剂，与蛋白质、核酸或脂类结成难溶性物质，导致生物膜硬化，通透性降低，影响细胞物质交换，继而使之破裂、死亡。无论是生物机体代谢产生的自由基，还是物理辐射和化学物质产生的自由基，对机体内各种大分子都有损伤作用，但机体同时还存在着防护机制对抗自由基的损害:一方面是对损伤大分子的修复机制，如谷胱甘肽过氧化物酶，可随时使氧化变性的大分子还原恢复其功能;另一方面是清除机制，如体内的维生素E，过氧化氢酶（CAT）是过氧化氢的清除剂，尤其是超过氧化物歧化酶（SOD），能有效清除超氧自由基 ［18］ 。随着增龄，体内的这些抗氧化酶类减少，防护功能减退或发生障碍，因此自由基累积增加，造成皮肤细胞内各种大分子损伤，从而导致皮肤失去弹性、柔韧性，出现皱纹、干燥角化、无光泽和黑色素、脂褐素过量沉积。
3 衰老皮肤的改变
3.1 表皮 衰老皮肤的表皮细胞渐呈扁平，表皮与真皮交界平坦，表皮钉突变浅、减少 ［6］ ，表皮与真皮结合不够紧密，皮肤易受外力损伤形成水泡。角质形成细胞（角朊细胞）增大，部分角化不全，轮廓较模糊，活力下降，细胞间连接疏松，水合能力下降。老年人皮肤含水量仅是正常青年人的75%，因此常表现为皮肤干燥 ［7］ 。
4.3 皮肤衰老的代谢失调学说 该学说认为生物机体的衰老其规律性是通过细胞代谢过程来表达的。研究证明:无论内在或外来因素导致的机体代谢障碍，均可促进细胞衰老而导致机体衰老。实验证明:改善动物的代谢功能，可延缓衰老的发生。年龄相关性抗氧化研究的重点在于抑制线粒体产生活性氧的能力，通过代谢途径给予富含抗氧化物质的饮食，能有效防止线粒体的氧化和后续级联反应。给老龄大鼠饲料中添加富含维生素C、A、E和抗氧化酶及各种微量元素的天然营养保健品，饲喂35d后，发现大鼠皮肤和富含胶原蛋白的尾腱中羟脯氨酸含量均显著升高，且可减少年龄相关性免疫紊乱、动脉硬化发生的危险 ［19］ 。