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Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi = Journal of Biomedical Engineering logoLink to Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi = Journal of Biomedical Engineering
. 2022 Dec 25;39(6):1254–1262. [Article in Chinese] doi: 10.7507/1001-5515.202207009

天然胶原多肽及其护肤功效的研究进展

Research progress of natural collagen peptides and its skincare efficacy

Yaqi WU 1, Haiyan JU 1, Yonggang LYU 1
PMCID: PMC9927182  PMID: 36575096

Abstract

Natural collagen peptides are collagen hydrolysates. Because of their unique physicochemical properties and excellent biological activities, collagen peptides have been a research hotspot of cosmetic raw materials development and skincare efficacy improvement. Combined with the needs of the skincare efficacy and the development trends of cosmetics, the extraction methods and their structural characteristics of natural collagen peptides were summarized in detail. The applications and its research progress in skincare efficacy of collagen peptides, such as moisturizing and anti-wrinkle, trophism and anti-aging, filling and skin regeneration were expressed with emphasis. Finally, the development and practical applications in cosmetics of natural collagen peptides were adequately prospected.

Keywords: Natural collagen peptides, Skincare efficacy, Cosmetics

引言

作为细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的主要成分,天然胶原具有独特的生物活性、与生俱来的仿生学优势以及在自然界中高丰度、可再生等特性。近年来,随着全球化妆品市场规模的飞速发展及科技研发水平的大幅提高,天然胶原作为化妆品的功能性原料已倍受关注。天然胶原拥有良好的生物相容性、可降解性和低抗原性等众多优点,然而其立体三股螺旋结构的大分子特点,使其难以直接穿透致密的皮肤表层而实现护肤的效果。为提高天然胶原在化妆品行业的生物利用度,水解高分子量的天然胶原,获得低分子量的胶原多肽是开发胶原类美容护肤产品的重要途径。胶原多肽不仅能为机体内胶原的合成提供相匹配的氨基酸来源,其分子结构上的亲水性基团还使得皮肤的保湿性能增强。此外,胶原多肽具有良好的营养性、抗紫外线、促进细胞的生长与增殖等特性,在维持皮肤内环境、延缓皮肤衰老和促进皮肤创面修复等方面都起着关键性的作用。根据《2020年护肤行业趋势报告》显示,胶原多肽的年用量位于护肤原料的首位,在国产非特殊用途化妆品备案中,添加胶原多肽的化妆品已超过17万款。本文结合化妆品功能需求与行业发展动态,总结了天然胶原多肽的结构特性和提取方法,重点阐述了其在保湿抗皱、营养抗衰、亲和配伍与组织修复等护肤功效方面的研究进展,为新型胶原多肽护肤品的开发及化妆品行业的发展提供相关信息。

1. 天然胶原多肽的结构特性与提取方法

1.1. 结构与特性

胶原是动物体内含量最多的结构蛋白,占机体蛋白总量的25%~30%[1]。在生物合成过程中发现,胶原是由三条肽链盘旋成高度有序的三股螺旋结构,每条肽链约有1052个氨基酸残基[2]。在酸、碱、酶或高温等作用下,胶原肽链间的范德华力、氢键及共价键逐渐被破坏,三螺旋结构坍塌,降解成若干个不同分子量大小的肽段,即天然胶原多肽,其分子量多为0.5~20 kDa。从生物合成角度来看,胶原多肽由多个氨基酸分子在机体内聚合而成,其分子主链结构上同时含有亲水性的氨基和羧基,具有天然的两性离子结构特征,使其具有温和的亲肤保水性[3]。目前,护肤品中常用的胶原多肽的结构如图1所示。在等电点条件下,胶原多肽与水分子间形成较为稳定的氢键,表现出良好的保湿锁水性;当体系中加入其他组分时,溶液或乳液的酸碱性可能发生改变,胶原多肽的两性离子结构与正电性的质子或负电性的氢氧根离子产生静电作用,使得体系的净电荷快速达到平衡,胶原多肽与皮肤亲肤黏附性增强,从而避免酸碱性失衡给皮肤带来直接的刺激或损伤[4]。与此同时,其分子侧链上的亲水基团(如羧基、羟基等)快速与水分子结合,形成新的氢键,以增强胶原多肽亲水性,从而恢复皮肤的锁水性能[5]。不仅如此,天然的两性离子结构还赋予胶原多肽良好的水溶性、乳化作用、缓冲效应及与其他化妆品原料的亲和配伍性等,在产品配方中发挥着乳化胶体、稳定泡沫和调节pH值的作用[6]

图 1.

图 1

Chemical structure diagram of several common collagen peptides in skincare products

护肤品中几种常用胶原多肽的化学结构图

1.2. 提取方法

天然胶原经过一系列的物理、化学处理或生物酶作用后,其分子链发生解聚、断裂,最终获得低分子量胶原多肽。胶原多肽的分子量及其分布随提取方法不同而各异,常用的提取方法主要有化学水解法、酶解法和亚临界水水解法(subcritical water hydrolysis,SWH)(见图2[7])。

图 2.

图 2

Schematic diagram of SWE system[7]

SWE系统示意图[7]

Bryan et al. 2019. Copyright 2019 Trends in Food Science & Technology Press

1.2.1. 化学水解法

化学水解法是指利用酸、碱等化学试剂对胶原进行水解,使蛋白质分子肽链断裂以获得多肽。酸法提取多采用盐酸、草酸和醋酸等低离子浓度酸性溶剂,浸渍溶胀处理大分子胶原,以破坏分子间的盐键和希夫碱,从而引起纤维膨胀、降解,水解的多肽分子量随反应时间的延长而减小,分子量分布较宽。郑巧东等[8]采用酸法水解鸭掌胶原,获得分子量为1.7~40 kDa的胶原多肽。碱法水解常采用石灰、氢氧化钠、碳酸钠等为处理剂,水解胶原得到低分子量的水解产物。有学者以脱铬革屑为原料,利用氢氧化钙水解成功获得分子量约16.1 kDa的胶原多肽[9]。然而,碱法或酸法水解都有明显的反应缺陷,碱水解过程中可能会产生有害的D型氨基酸,而酸水解反应剧烈,易腐蚀设备,甚至会产生二次污染等问题。

1.2.2. 酶解法

酶解法是当前工业生产中提取胶原多肽较为理想的方法。酶解胶原的反应条件温和、反应时间可控,且提取的胶原多肽理化性质相对稳定[10]。用于提取胶原多肽的蛋白酶种类较多,其中动物蛋白酶价格昂贵,植物蛋白酶来源少且水解效率相对低。研究发现来源广泛的微生物胶原酶的提取效果较好,能在生理环境下降解胶原,不仅酶解作用可控,还能在最大程度上保留多肽的功效结构[11]。有学者采用多种蛋白酶成功提取了高纯度海地瓜胶原多肽(MW<10 kDa),并验证了它具有良好的保湿性、抗氧化性和抑制酪氨酸酶活性等护肤功效[12]。通过盐法、酸法及酶解法分别提取鹿茸胶原多肽[13],发现采用胃蛋白酶的提取率最高,可达到72.74%;进一步地,采用重量法和分光光度法分别测定鹿茸胶原多肽的保湿性、抗氧化性及其对酪氨酸酶活性的抑制作用,结果发现15%的鹿茸胶原多肽保湿性最强,50 mg/mL的胶原多肽溶液对二苯基苦味肼自由基(1,1-diphenyl-2-picryhydrazy,DPPH)的清除力为75.6%,对OH自由基的清除率达到80.3%,对酪氨酸酶活性的抑制率为42.7%,表明鹿茸胶原多肽具有较好的保湿性和抗氧化性,且对酪氨酸酶活性具有较好的抑制效果。此外,已有研究人员采用复合蛋白酶从罗非鱼皮中提取不同分子量梯度的胶原多肽,各梯度的胶原多肽纯度可达85%[14]。与单酶解相比,复合酶水解的低分子量胶原多肽的产率和纯度都更高。以罗非鱼皮为原料,采用酶解法提取胶原多肽,提取率可达到94.75%,平均分子量为614 Da,具有良好的保湿性、体外抗氧化活性和吸收紫外线的防晒性能[15]。尽管酶解法提取胶原多肽的工艺及方法已比较成熟,但经不同种类的酶水解后的胶原多肽分子量各不相同,其生理活性与功能差别较大。

1.2.3. 亚临界水水解法

SWH法是以亚临界水为溶剂,在特定的温度和压力下,获得具有特定功能的低分子量活性多肽[16],其系统如图2[7]所示。Ahn等[17]在压力值为1.1 MPa、温度为190 ℃的亚临界水系统中,水解金枪鱼皮胶原,成功获得分子量范围为500~3 000 Da的多肽。在类似的亚临界水条件下,提取猪胎盘胶原多肽的最低分子量为434 Da[18]。比较亚临界水(300 ℃,8 MPa)和超临界水(400 ℃,280 MPa)条件下提取的猪皮胶原多肽的分子量,结果发现采用亚临界水法降解猪皮胶原的效果显著,可在短时间内获得高纯度的低分子量多肽(<1 kDa)[19]。Lee等[20]通过SWH法成功制备了鱼皮胶原多肽,并通过肥胖动物模型证实其能显著降低血清总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白水平,具有抗脂肪生成活性。在鱼皮热水解过程中温度与压力对胶原水解能力和产物特性的影响较大,实验证实在210 ℃和2100 kPa条件下低分子量胶原多肽的产率明显提高[21]。进一步地,通过超滤膜分离不同分子量胶原多肽,并评估了其抗氧化性和抗老化性,结果发现分子量小于1 kDa的组分具有最高的抗氧化性,而分子量在5~10 kDa的组分具有良好的抗衰老性。Marcet等[22]采用SWH法与氧气注射相结合,从猪血红蛋白中提取了分子量为2.1 kDa的多肽,产率高达83%。不仅如此,与酶解法提取的血红蛋白多肽相比,SWH法提取的多肽具有更优异的溶解性和乳化性能。尽管SWH法具有绿色、高效、简单灵活等众多的反应优势,利用SWH法从动植物废弃蛋白质中提取高附加值的多肽或氨基酸已成为实现生物质资源循环利用和绿色、高值转化的重要途径[23],然而,因SWH法对设备要求高、高能耗造成的高成本及水解处理后可能产生氨基酸侧链的化学反应等影响,至今仍未在工业上获得大范围的应用。

综上可见,三种方法在胶原多肽的提取效率及工业化应用方面各有优缺点,如图3所示。其中,酶解法在目前工业生产中应用最为广泛,该法提取的胶原多肽的产率和纯度更高;SWH是一种提取胶原多肽潜力巨大的方法,具有绿色、简单、高效等工业化优势,但设备、能源等方面成本较高,在较大程度上限制了其大规模应用。相信在能源及制造技术不断革新的未来,SWH会切实成为胶原多肽的工业化制备方法。

图 3.

图 3

Extraction methods of natural collagen peptides

天然胶原多肽的提取方法

2. 天然胶原多肽的护肤功效

天然胶原多肽源于机体的皮肤、骨骼、韧带及角膜等组织,大多具有生理活性,可通过外用、注射或口服发挥作用。近年来,随着美容与化妆品行业的迅猛发展,天然活性胶原多肽已逐渐成为改善皮肤状况的核心原料,在高端化妆品领域中发挥着重要的护肤功效作用,如图4所示。

图 4.

图 4

Schematic diagram of skincare efficacy of natural collagen peptides

天然胶原多肽的护肤功效示意图

2.1. 保湿与抗皱

理想的护肤品应具有良好的生物安全性、优异的亲肤性和长效的保湿性。目前护肤产品中,常用的两类天然保湿剂主要有海藻酸钠、壳聚糖和甲壳素等多糖类天然保湿剂及蚕丝蛋白、水解胶原、植物蛋白等氨基酸类天然保湿剂[24]。研究发现,含胶原多肽的眼霜、面膜、精华等化妆品均可显著提高皮肤角质层的含水量,较普通保湿剂的锁水效果提升数倍[25]

从鳕鱼皮中提取的胶原蛋白多肽在不同相对湿度下具有良好的吸湿和保湿性能,可以减轻紫外线辐射引起的损伤,还具有抗衰及修复损伤皮肤等多重功效,在护肤品保湿中应用潜力巨大[26]。此外,类棕榈酰肽通过对角质层和毛角质层角蛋白的吸附和相互作用以修复皮肤的衰老损伤,添加了该肽的创新药妆药膏安全无刺激[27]。对分子量范围为302.17~2 936.43 Da的牡蛎蛋白水解物多肽的体内研究表明,在皮肤上局部应用可显著减轻因慢性紫外线B照射引起的水分流失、表皮增生以及胶原蛋白和弹性蛋白纤维的降解,在保护皮肤免受光损伤的同时具有良好的保湿抗皱效果[28]。具有生物相容性和生物降解梯度的壳聚糖/胶原肽纳米粒子稳定Pickering乳液已被评为有效的绿色可生物降解局部载体,通过改变油相和水相的比例可影响乳化液的保湿性,对不同肤质人群更具有针对性[29]。Li等[5]将海参胶原蛋白肽与罗非鱼和猪的皮肤胶原蛋白肽进行了比较,海参工业副产品的商业价值更高,但这三种胶原蛋白肽均表现出比甘油更好的保湿和吸湿能力。总的来说,不同来源及分子量分布的胶原多肽保湿效果略有差别,与猪皮、牛皮、鳕鱼皮、牛骨等胶原肽的吸湿保湿性及抗氧化活性相比,驴皮胶原多肽表现更优。

近年来,除了外用于保湿型化妆品,天然胶原多肽还常用于口服,从机体代谢和同源营养补给的角度提升肌肤的抗皱效果。口服胶原多肽营养品的研究发现[30],在1~2 h人体血液中胶原三肽(Gly-Pro-Hyp)的浓度达到峰值,2~4 h后具有生物功能的Pro-Hyp从血管转移至表皮系统,刺激真皮成纤维细胞合成胶原、弹性纤维及透明质酸,达到皮肤紧实、充盈的效果[25]。据报道,多肽类口服产品不仅能有效改善皮肤质地和弹性,减少皱纹的形成,还能减少成骨活性和膝关节骨关节的炎症反应[31-32]。此外,一些合成的胶原多肽也被证实具有特定的护肤保湿和抗衰功效,如一种创新的神经多肽——乙酰基六肽-8(acetyl hexapeptide-8,AH-8)用于化妆品配方中,不仅能增强皮肤的保湿性,还可以减少面部肌肉收缩带来的皱纹[33]。不仅如此,由天然胶原多肽与棕榈酸复合得到的棕榈酰五肽-3,在显著提升肌肤亲和性和保水性的同时,还能有效促进皮胶原、透明质酸和弹力纤维的再生[34],从而减少肌肤细纹,大幅增强皮肤的紧致感和光泽度。

2.2. 营养与抗衰

随着人们生活水平的提高以及对美好健康生活的日益向往,高效抗氧化与抗衰老型护肤产品已深受广大消费者的青睐,也是各国化妆品行业投入科研和生产费用最多、发展最快的品类之一。含有生长因子、细胞因子、基质因子或类似基质因子的多肽化妆品已被证实可激发胶原蛋白及其他ECM成分的产生,对促进皮肤再生和延缓肌肤衰老具有重要的作用。目前,化妆品生产线中PSP®、TNS®、ReGenica®和Citrix®CRS是含有促使胶原和弹性蛋白合成的生长因子和细胞因子的代表[35]。其中,小分子量的基质因子是ECM中胶原蛋白水解产生的短肽,较传统的生长因子和细胞因子具有更高的皮肤渗透性。棕榈酰三肽(glycyl histidine tripeptide,GHK)是含有甘氨酸、组氨酸和赖氨酸的一种基质因子,可与铜离子结合,并在皮肤中增强ECM合成,免疫组织化学测评发现使用含有蓝铜胜肽(copper glycyl-histidine-tripeptide,GHK-Cu)复合物的面霜,在1个月内可增加皮肤中的胶原含量[36]。临床试验表明,四肽-21(tetrapeptide-21,GEKG)、五肽(pentapeptide,KTTKS)以及更稳定的棕榈酰基五肽(palmitoyl KTTKS,pal-KTTKS)基质因子能促进ECM的产生及纤维连接的Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白的表达,有效改善肌肤纹理、老年斑和皮肤硬度[37-38]。除了单组分的基质因子,将基质因子与抗氧化性的正辛烷酰肌肽、GHK结合,制备微蛋白复合物(micro-protein complex,MPC),用于改善眼周、口周皱纹及皮肤粗糙度的功效也已被证实[39]

具有抗氧化、抗衰老功能的生物活性多肽,按其来源可分为五类,即化学合成多肽、植物多肽、动物多肽、微生物多肽及海洋生物多肽[40]。近年来,抗衰老化妆品的发展越发注重其添加的活性成分的纯天然安全性与综合性能,其中,天然海洋生物多肽备受关注。临床试验表明,海洋生物多肽可以通过有效清除超氧阴离子、羟自由基并抑制脂质过氧化等作用,维持或改善皮肤健康状况,已被公认为有效的化妆品抗衰成分[41]。从罗非鱼皮胶原多肽对皮肤的护理效果来看,它不仅能有效提高小鼠皮肤含水量,还能改善皮肤组织的健康状态[14]。然而,单一活性肽类对细胞的抗氧化及抗衰的作用有限。海洋生物多肽、谷类植物多肽与动物皮肤胶原多肽的多元协同作用,可促进机体胶原蛋白的合成,减少皮肤皱纹和延缓衰老的效果显著[42]。有研究人员系统探究了海参多肽对促进成纤维细胞黏附、增殖与生长的影响,并将它与燕麦多肽、蜗牛原液和中药复方溶液等常用的化妆品抗皱剂进行比较,结果发现海参胶原多肽对NIH/3T3成纤维细胞的生长具有明显的促进作用[41]。此外,将胶原多肽与其他蛋白质、多糖及其衍生物等材料混合添加到化妆品中,也具有预防和修复皮肤损伤及老化的效果。其中,胶原多肽与具有抗氧化性能的维生素复合后,在改善皮肤老化状况方面效果尤为突出[43]。尽管如此,海洋胶原多肽结构仍具有一定的生物不稳定性。研究发现,脂质体具有增强海洋胶原多肽生物稳定性的作用,其可通过肽键、二硫键、硫脂键、硫烷基键等方式与活性多肽结合,并能将活性多肽靶向释放,从而促进皮肤对胶原多肽的吸收[44-45]。将特异性靶向表皮生长因子受体的活性多肽负载到脂质体表面,研究证实它可作为主动靶向载药型脂质体[46]。创新型弹性纳米脂质体负载海星多肽,已被证明是具有抗衰老功效的新型化妆品生物材料[47]。其次,来源于海洋细菌、原生生物、真菌、植物和动物的抗菌肽,除了被用于化妆品防腐剂外,其抗氧化、自我更新和促进胶原蛋白合成的生物活性功能也日益引起化妆品研发的关注[48]

2.3. 填充与组织修复

健康的皮肤取决于其内环境和新陈代谢功能,补充水分和营养物质是维持肌肤活力、减缓衰老的重要途径。除了口服补充胶原多肽外,局部注射蛋白多肽(如肉毒素、芋螺毒素、胶原六肽等)也已成为快速填充和修复疤痕的美容方法[49]。通过胃蛋白酶切除胶原分子的碳末端和氮末端的氨基酸序列,选择性降解胶原大分子,获得可注射、补充养分且易生物降解的小分子胶原多肽,以注射的方式填充和消除皱纹,是一种较常见的医用消除皱纹的美容技术。该方法胶原多肽制备过程简单,可批量生产。尽管如此,局部注射的成本昂贵,且操作不慎易导致面瘫等风险,在一定程度上限制了其在美容行业的广泛应用。生物学研究发现线粒体作为细胞进行有氧呼吸的场所,皮肤在有氧呼吸过程中产生人体90%以上的活性氧(reactive oxygen species,ROS),再通过氧化磷酸化获得三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP),以满足细胞活动所需的主要能量。然而,美国科学家Denham Harman提出的自由基损伤理论认为高水平ROS是机体衰老的始发环节和关键诱因。因此,最新的线粒体靶向护肤技术已成为当前皮肤抗衰的研究热点,以期从源头解决抗衰修复的难题,但皮肤的线粒体代谢机制、体外模型的建立及产品的功效评测仍需进一步探究。

皮肤伤口愈合包括止血、炎症、增殖和重塑等四个阶段,如图5所示[50],各阶段是以影响伤口愈合的关键分子、细胞和生理反应为主导,经造血、免疫和常驻皮肤细胞间的信号传导来协调修复过程。可见,分子与细胞的基础修复是皮肤组织愈合的关键。从细胞层面的美肤理念来看,由氨基酸构成的胶原多肽本质上是皮肤细胞的营养成分,它不仅与皮肤表面有良好的亲和力,还能有效促进上皮细胞的再生和修复,加快表皮组织的代谢与更新速度,及时填充和修复受损或老化的皮肤。有研究通过对Fe3O4-NP进行表面改性,将具有良好内皮细胞亲和性的CAG多肽引入到纳米颗粒表面,获得了功能化的Fe3O4-CAG颗粒,为皮肤血管修复的研究与应用提供了新的手段[51]。此外,海洋生物胶原多肽中含有人体极易吸收的氨基酸,将它添加到护肤产品中,不仅具有一定的抗氧化与美白功效[52],还具有优异的组织修复能力[53]。目前,注射胶原多肽已被广泛用于修复先天性软组织缺陷,淡化泪沟、法令纹,消除术后疤痕,以及对人体局部组织轮廓微整形等美容领域[54]。临床试验表明,将乙酰基六肽-38(axetyl hexapeptide-38,AH-38)注射到局部皮肤组织中,其真皮层胶原含量增加,皮下脂肪增厚,具有促进局部组织修复的功效[55]。不仅如此,通过靶向组织工程技术,用胶原结合多肽治疗发育缺陷、损伤和疾病中失调或受损的组织[56],或将多种类型胶原多肽及氨基酸与生长因子、药物等功能性分子偶联,用于促进受损组织修复与再生的效果明显优于其他手段[57],值得在临床应用中推广。

图 5.

Schematic diagram of stage of skin tissue repair[50]

皮肤组织修复的阶段示意图[50]

皮肤伤口愈合的四个阶段:(a)止血、(b)炎症、(c)增殖和(d)重塑。图中描述了各阶段主要因素的代表性子集:PDGF:血小板衍生生长因子;TGF:转化生长因子;FGFs:成纤维细胞生长因子;IL-1:白细胞介素-1;TNF:肿瘤坏死因子;KGF:角质形成细胞生长因子;IGF:胰岛素样生长因子;IFN:干扰素;VEGF:血管内皮生长因子;HGF:肝细胞生长因子;MMP:基质金属蛋白酶;TIMP:金属蛋白酶组织抑制剂

four stages of skin wound healing: (a) hemostasis, (b) inflammation, (c) proliferation, and (d) remodeling. A representative subset of major factors of each stage are depicted in figure: PDGF: platelet-derived growth factor; TGF: transforming growth factor; FGFs: fibroblast growth factors; IL-1: interleukin-1; TNF: tumor necrosis factor; KGF: keratinocyte growth factor; IGF: insulin-like growth factor; IFN: interferon; VEGF: vascular endothelial growth factor; HGF: hepatocyte growth factor; MMP: matrix metalloproteinase; TIMP: tissue inhibitor of metalloproteinase Sun et al. 2014. Copyright 2014 Science Press

图 5

3. 结语

天然胶原多肽是一类具有生物活性的可再生生物资源,其作为化妆品功能性原料具有独特的优势,在保湿抗皱、营养抗衰、填充与组织修复等方面效果显著。近年来,在国家海洋经济高质量发展的政策引领下,安全无毒、高吸收率和高生物利用度的海洋源胶原多肽在化妆品行业和生物医药领域中的研究越来越深入,应用也日趋广泛。

未来天然胶原多肽在化妆品领域中要取得广泛的应用及长足的发展,仍需要克服以下几方面的问题:首先,在胶原多肽制备方面,应根据胶原多肽的结构、分子量大小及批量需求,探索多元化制备方法及其工业化推广,如通过合理化设备改造与新能源技术结合,降低SWH生产成本,进一步研究和推广绿色、高效的SWH工业化制备方法,在最大限度地保留胶原多肽的天然生物活性的同时,深入优化复合酶法提取的工艺条件,获得更温和又简便有效的生物酶制备工艺;其次,在产品开发方面,针对不同的皮肤问题,进行个性化设计和定制,开发具有特定功效的高端胶原多肽护肤产品,如将胶原多肽与其他天然产物小分子、植物精油或药物分子联用,产生护肤的正协同效应,并进行多种方式、深层次护肤功效评价,针对性地解决护肤问题,建立完善的定制化产品开发及评价体系;最后,要以安全、谨慎的方式开展人类干预试验,通过适宜的医学试验、药理学试验、临床功效试验及多肽修饰的动态跟踪试验等,研究天然胶原多肽的体内活性及其生理安全性。

相信在生物医学、分子生物学、基因工程等学科深入融合与渗透下,安全可靠、功效明确、绿色可持续的天然胶原多肽及其功效性产品,将在护肤、医美等领域中发挥越来越重要的作用,或将成为推动化妆品行业和人类大健康产业高质量发展的主力军。

重要声明

利益冲突声明:本文全体作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明:武亚琪撰写论文初稿,琚海燕修改论文,吕永钢指导、修改和审校论文。

Funding Statement

国家自然科学基金项目(12202323,12072054);湖北省大学生创新创业训练项目(S202110495069)

The National Natural Science Foundation of China

References

  • 1.Sifre V, Soler C, Redondo J I Macroscopic and histological improvements in joint cartilage, subchondral bovne and synovial fluid membrane with glycosaminoglycans and native type II collagen in a rabbit model of osteoarthritis. Osteoarthr Cartilage. 2020;28(1):206. [Google Scholar]
  • 2.Mekkat A, Poppleton E, An B, et al Effects of flexibility of the α2 chain of type I collagen on collagenase cleavage. J Struct Biol. 2018;203(3):247–254. doi: 10.1016/j.jsb.2018.05.002. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 3.Liu Qingsheng, Singh A, Liu Lingyun Amino acid-based zwitterionic poly(serine methacrylate) as an antifouling material. Biomacromolecules. 2013;14(1):226–231. doi: 10.1021/bm301646y. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 4.Hadidi M, Zydney A L Fouling behavior of zwitterionic membranes: Impact of electrostatic and hydrophobic interactions. J Membrane Sci. 2014;452:97–103. doi: 10.1016/j.memsci.2013.09.062. [DOI] [Google Scholar]
  • 5.Li P H, Lu W C, Chan Y J, et al Extraction and characterization of collagen from sea cucumber (Holothuria cinerascens) and its potential application in moisturizing cosmetics. Aquaculture. 2020;515:734590. doi: 10.1016/j.aquaculture.2019.734590. [DOI] [Google Scholar]
  • 6.Sivaraman K, Shanthi C Role of fish collagen hydrolysate in attenuating inflammation-an in vitro study. J Food Biochem. 2021;45(1):1–13. doi: 10.1111/jfbc.13876. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 7.Zhang Jixian, Wen Chaoting, Zhang Haihui, et al Recent advances in the extraction of bioactive compounds with subcritical water: a review. Trends Food Sci Tech. 2019;11(18):183–195. [Google Scholar]
  • 8.郑巧东, 贠军贤, 林东强, 等 胶原蛋白酸解为胶原多肽的动力学研究. 中国皮革. 2005;34(11):21–27. doi: 10.3969/j.issn.1001-6813.2005.11.012. [DOI] [Google Scholar]
  • 9.曹健, 陈秀金, 曾实, 等 碱法水解脱铬革屑制备胶原蛋白水解物的研究. 中国皮革. 2002;32(21):12–15. doi: 10.3969/j.issn.1001-6813.2002.21.004. [DOI] [Google Scholar]
  • 10.Tavano L O Protein hydrolysis using proteases: an important tool for food biotechnology. J Mol Catal B-enzym. 2013;90:1–11. doi: 10.1016/j.molcatb.2013.01.011. [DOI] [Google Scholar]
  • 11.Hong H, Roy B C, Chalamaiah M, et al Pretreatment with formic acid enhances the production of small peptides from highly cross-linked collagen of spent hens. Food Chem. 2018;258(30):174. doi: 10.1016/j.foodchem.2018.03.036. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 12.陈贝, 张鸽, 乔琨, 等 双斑东方鲀鱼皮胶原多肽的制备及其在化妆品中的功效与刺激性评价. 天然产物研究与开发. 2020;32:1190–1199. doi: 10.16333/j.1001-6880.2020.7.014. [DOI] [Google Scholar]
  • 13.李冰, 李梁, 王露露, 等 鹿茸胶原多肽复合酶水解工艺研究. 西北农林科技大学学报(自然科学版) 2016;44(11):193–201. doi: 10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.11.028. [DOI] [Google Scholar]
  • 14.盛周煌, 贾盟盟, 朱良 罗非鱼皮胶原蛋白多肽的体外抗氧化活性. 食品科技. 2018;43(11):274–278. doi: 10.13684/j.cnki.spkj.2018.11.045. [DOI] [Google Scholar]
  • 15.Subhan F, Hussain Z, Tauseef I, et al A review on recent advances and applications of fish collagen. Crit Rev Food Sci. 2021;61(6):1027–1037. doi: 10.1080/10408398.2020.1751585. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 16.Hong H, Fan H B, Chalamaiah M, et al Preparation of low-molecular-weight, collagen hydrolysates(peptides): current progress, challenges, and future perspectives. Food Chem. 2019;301(16):12–22. doi: 10.1016/j.foodchem.2019.125222. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 17.Ahn M Y, Hwang J S, Ham S A, et al Subcritical water hydrolyzed fish collagen ameliorates survival of endotoxemic mice by inhibiting HMGB1 release in a HO-1-dependent manner. Biomed Pharmacother. 2017;7(41):923–930. doi: 10.1016/j.biopha.2017.07.041. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 18.Park S H, Kim J H, Sang G M, et al Effects of ethanol addition on the efficiency of subcritical water extraction of proteins and amino acids from porcine placenta. Korean J Food Sci Anim Resour. 2015;35(2):265–271. doi: 10.5851/kosfa.2015.35.2.265. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 19.Jo Y J, Kim J H, Jung K H, et al Effect of sub- and super-critical water treatment on physicochemical properties of porcine skin. Korean J Food Sci Anim Resour. 2015;35(1):35–40. doi: 10.5851/kosfa.2015.35.1.35. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 20.Lee E J, Hur J, Ham S A, et al Fish collagen peptide inhibits the adipogenic differentiation of preadipocytes and ameliorates obesity in high fat diet-fed mice. Int J Biol Macromol. 2017;5(151):281–286. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2017.05.151. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 21.Park S H, Jo Y J Static hydrothermal processing and fractionation for production of a collagen peptide with anti-oxidative and anti-aging properties. Process Biochem. 2019;5(15):176–182. [Google Scholar]
  • 22.Marcet I, Álvarez C, Paredes B, et al The use of sub-critical water hydrolysis for the recovery of peptides and free amino acids from food processing wastes. Review of sources and main parameters. Waste Manage. 2016;49:364–371. doi: 10.1016/j.wasman.2016.01.009. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 23.Álvarez A, Tiwari B K, Rendueles M, et al Use of response surface methodology to describe the effect of time and temperature on the production of decoloured, antioxidant and functional peptides from porcine haemoglobin by sub-critical water hydrolysis. LWT-Food Sci Technol. 2016;6(24):280–289. [Google Scholar]
  • 24.Sionkowska A, Adamiak K, Musial K, et al Collagen based materials in cosmetic applications: a review. Materials. 2020;13(19):1–15. doi: 10.3390/ma13194217. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 25.Ledwoń P, Errante F, Papini A M, et al Peptides as active ingredients: a challenge for cosmeceutical industry. Chem Biodivers. 2021;18(2):1–14. doi: 10.1002/cbdv.202000833. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 26.Hou H, Li B, Zhang Z, et al Moisture absorption and retention properties, and activity in alleviating skin photodamage of collagen polypeptide from marine fish skin. Food Chem. 2012;135(3):1432–1439. doi: 10.1016/j.foodchem.2012.06.009. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 27.Tadini K A, Mercúrio D G, Campos P M B G M Acetyl hexapeptide-3 in a cosmetic formulation acts on skin mechanical properties-clinical study. Braz J Pharm Sci. 2015;51:901–909. doi: 10.1590/S1984-82502015000400016. [DOI] [Google Scholar]
  • 28.Peng Zhilan, Chen Beibei, Zheng Qinsheng, et al Ameliorative effects of peptides from the oyster (Crassostrea hongkongensis) protein hydrolysates against UVB-induced skin photodamage in mice. Mar Drugs. 2020;18(6):288. doi: 10.3390/md18060288. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 29.Sharkawy A, Silva A M, Rodrigues F, et al Pickering emulsions stabilized with chitosan/collagen peptides nanoparticles as green topical delivery vehicles for cannabidiol (CBD) Colloids Surf A Physicochem Eng Aspects. 2021;631:127677. doi: 10.1016/j.colsurfa.2021.127677. [DOI] [Google Scholar]
  • 30.Felician F F, Xia Chunlei, Qi Weiyan, et al Collagen from marine biological sources and medical. Chem Biodivers. 2018;15(5):1–18. doi: 10.1002/cbdv.201700557. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 31.Kim D U, Chung H C, Choi J, et al Oral intake of low-molecular-weight collagen peptide improves hydration, elasticity, and wrinkling in human skin: a randomized, double-blind, placebo-controlled study. Nutrients. 2018;10(7):2–11. doi: 10.3390/nu10070826. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 32.Czajka A, Kania E M, Genovese L, et al Daily oral supplementation with collagen peptides combined with vitamins and other bioactive compounds improves skin elasticity and has a beneficial effect on joint and general wellbeing. Nutr Res. 2018;6(1):97–108. doi: 10.1016/j.nutres.2018.06.001. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 33.Kluczyk A, Ludwiczak J, Modzel M, et al Chemical and biological properties of anti-wrinkle peptide argireline. J Antibiot. 2021;10(3):5. [Google Scholar]
  • 34.Selvaraj K, Shin D C, Yoo B K Effect of partially hydrolyzed ginsenoside on in vitro skin permeation and retention of collagen pentapeptide (palmitoyl-KTTKS) India J Pharm Sci. 2021;83(1):76–83. [Google Scholar]
  • 35.Aldag C, Teixeira D N, Leventha P S Skin rejuvenation using cosmetic products containing growth factors, cytokines, and matrikines: a review of the literature. Clin Cosmet Inv Derm. 2016;9:411–419. doi: 10.2147/CCID.S116158. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 36.Pickart L, Vasquez-Soltero J M, Margolina A The human tripeptide GHK-Cu in prevention of oxidative stress and degenerative conditions of aging: implications for cognitive health. Oxid Med Cell Longev. 2012;3:1–8. doi: 10.1155/2012/324832. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 37.Mortazavi S M, Kobarfard F, Maibach H I, et al Effect of palmitic acid conjugation on physicochemical properties of peptide KTTKS: a preformulation study. J Cosmet Sci. 2019;70(6):299–312. [PubMed] [Google Scholar]
  • 38.Choi Y L, Park E J, Kim E, et al Dermal stability and in vitro skin permeation of collagen pentapeptides (KTTKS and palmitoyl-KTTKS) Biomol Ther. 2014;22(4):321–327. doi: 10.4062/biomolther.2014.053. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 39.Dreher F A novel matrikine-like micro-protein complex (MPC) technology for topical skin rejuvenation. J Drugs Dermatol. 2016;15(4):457–464. [PubMed] [Google Scholar]
  • 40.白耀辉, 张优良, 岑名迅, 等 添加生物活性多肽的抗衰老化妆品性能研究. 广州化工. 2020;48(10):67–70. doi: 10.3969/j.issn.1001-9677.2020.10.024. [DOI] [Google Scholar]
  • 41.王领, 刘佳伟, 赵诗艺, 等 海参多肽抗衰老功效研究. 中国化妆品. 2022;(3):91–97. [Google Scholar]
  • 42.Lin P, Alexander R A, Liang C H, et al Collagen formula with djulis for improvement of skin hydration, brightness, texture, crow's feet, and collagen content: a double-blind, randomized, placebo-controlled trial. J Cosmet Dermatol. 2020;10(11):188–194. doi: 10.1111/jocd.13500. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 43.Aguirre-Cruz G, Leon-Lopez A, Cruz-Gomez V, et al Collagen hydrolysates for skin protection: oral administration and topical formulation. Antioxidants (Basel) 2020;9(2):181. doi: 10.3390/antiox9020181. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 44.Ajeeshkumar K K, Aneesh P A, Raju N, et al Advancements in liposome technology: Preparation techniques and applications in food, functional foods, and bioactive delivery: a review. Compr Rev Food Sci F. 2021;20(2):1280–1306. doi: 10.1111/1541-4337.12725. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 45.Han S B, Won B, Yang S C, et al Asterias pectinifera derived collagen peptide-encapsulating elastic nanoliposomes for the cosmetic application. J Ind Eng Chem. 2021;98:289–297. doi: 10.1016/j.jiec.2021.03.039. [DOI] [Google Scholar]
  • 46.张曼玉, 楼晨曦, 曹傲能 主动靶向载药脂质体在肿瘤治疗中的研究进展. 生物医学工程学杂志. 2022;39(3):633–638. doi: 10.7507/1001-5515.202110067. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 47.Huang Xueqin, Chen Lingzhi, Zhang Yuping, et al GE11 peptide conjugated liposomes for EGFR-targeted and chemophotothermal combined anticancer therapy. Bioinorg Chem Appl. 2021;2021:5534870. doi: 10.1155/2021/5534870. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 48.Alencar-Silva T, Braga M C, Santana G O S, et al Breaking the frontiers of cosmetology with antimicrobial peptides. Biotechnol Adv. 2018;36(8):2019–2031. doi: 10.1016/j.biotechadv.2018.08.005. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 49.Allouche M, Hamdi I, Nasri A, et al Laboratory bioassay exploring the effects of anti-aging skincare products on free-living marine nematodes: a case study of collagen. Environ Sci Pollut R. 2020;27(2):11403–11412. doi: 10.1007/s11356-020-07655-1. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 50.Sun B K, Siprashvili Z, Khavari P A Advances in skin grafting and treatment of cutaneous wounds. Science. 2014;346(6212):941–945. doi: 10.1126/science.1253836. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 51.Bian Q, Sun W C, Zeng Z, et al CAG peptide modified magnetic ferroferric oxide nanoparticles and its effect on endothelial cells. Funct Mater. 2020;51(9):9178–9184. [Google Scholar]
  • 52.Sridhar K, Inbaraj B S, Chen B H E Recent developments on production, purification and biological activity of marine peptides. Food Res Int. 2021;147:110468. doi: 10.1016/j.foodres.2021.110468. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 53.Ganesan A R, Mohanram M S G, Balasubramanian B, et al Marine invertebrates’ proteins: a recent update on functional property. J King Saud Univ Sci. 2020;32(2):1496–1502. doi: 10.1016/j.jksus.2019.12.003. [DOI] [Google Scholar]
  • 54.Liu M H, Beynet D P, Gharavi N M Overview of deep dermal fillers. Facial Plast Surg. 2019;35(3):224–229. doi: 10.1055/s-0039-1688843. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 55.Chakniramol S, Wierschem A, Cho M G, et al Physiological and clinical aspects of bioactive peptides from marine animals. Antioxidants (Basel) 2022;11(5):1021. doi: 10.3390/antiox11051021. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 56.Goldbloom-Helzner L, Hao D K, Wang A J Developing regenerative treatments for developmental defects, injuries, and diseases using extracellular matrix collagen-targeting peptides. Int J Mol Sci. 2019;20(17):1–16. doi: 10.3390/ijms20174072. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 57.Wahyudi H, Reynolds A A, Li Y, et al Targeting collagen for diagnostic imaging and therapeutic delivery. J Control Release. 2016;240(28):323–331. doi: 10.1016/j.jconrel.2016.01.007. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

Articles from Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi = Journal of Biomedical Engineering are provided here courtesy of West China Hospital of Sichuan University

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