III型重組人源膠原蛋白在生物醫(yī)藥工程中的應(yīng)用研究

喬紹俊 楊霞 何振瑞 陳傳秀 陸晨陽 馮偉

山西錦波生物醫(yī)藥股份有限公司 山西太原 030032

膠原蛋白是人體中最主要的結(jié)構(gòu)性蛋白，占人體蛋白質(zhì)總量的30%以上、占細(xì)胞外基質(zhì)的70%-80%，在人體中發(fā)揮著支撐、信號(hào)調(diào)控、維系細(xì)胞生存的微環(huán)境等多種功能。人體目前已發(fā)現(xiàn)28種不同型別的膠原蛋白，分別分布于皮膚、粘膜、血管、骨骼、肌腱、內(nèi)臟器官等人體的各個(gè)部位，發(fā)揮著各自不同的生理功能。人體皮膚及粘膜中，膠原蛋白占干重的70%至80%，I型和III型膠原蛋白是關(guān)系人體皮膚損傷后修復(fù)和修復(fù)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在人體中分布廣泛。I型膠原蛋白主要存在與成人的皮膚、肌腱及骨組織上，III型膠原蛋白主要存在與嬰兒的皮膚或血管內(nèi)膜、腸道上及成人軟骨、玻璃體、椎間盤等上。其中，III型膠原蛋白的合成能力很強(qiáng)，能夠在創(chuàng)傷修復(fù)中將來源于骨髓的干細(xì)胞分化成幫助修復(fù)的纖維細(xì)胞[1]。因此，在生物醫(yī)藥工程中，膠原蛋白特別是III型膠原蛋白在修復(fù)組織創(chuàng)傷、支撐細(xì)胞再組、抑制瘢痕形成、改善皮膚狀態(tài)、提升皮膚彈性與柔嫩度等方面有更廣泛應(yīng)用。

1 膠原蛋白的現(xiàn)狀及前景

目前，市場(chǎng)上主流膠原蛋白為豬皮、魚皮、牛皮、驢皮、魚鱗等中提取的動(dòng)物源膠原蛋白，其基因序列與人源膠原蛋白有著根本性差異，屬于非同源物質(zhì)。在提取過程中，動(dòng)物源膠原蛋白的結(jié)構(gòu)和活性可能被破壞，最終提煉出的產(chǎn)品主要以膠原蛋白短肽的形式呈現(xiàn)，不能行使其生物學(xué)功能。同時(shí)，動(dòng)物源膠原蛋白進(jìn)入人體后受到皮膚免疫層阻隔，無法深入肌底層、真皮層，且在使用過程中存在活性低甚至無活性、有動(dòng)物源病毒污染、過敏風(fēng)險(xiǎn)等諸多弊端。已知人體中的膠原蛋白中有28種亞型，膠原蛋白應(yīng)用時(shí)必須精確到特定亞型才能發(fā)揮其生物學(xué)功能，而市場(chǎng)上充斥的無結(jié)構(gòu)、無活性、非人源膠原蛋白是無法精確到特定亞型的混合物，根本無法行駛膠原蛋白在人體中應(yīng)有功能。因此，活性高、類型明確、無免疫原性風(fēng)險(xiǎn)、無動(dòng)物源病毒污染和過敏風(fēng)險(xiǎn)的人源膠原蛋白的研究應(yīng)運(yùn)而生。復(fù)旦大學(xué)姜世勃教授團(tuán)隊(duì)與山西錦波生物醫(yī)藥股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱錦波生物）歷經(jīng)八年合作開發(fā)出了I型、II型和III型重組人源膠原蛋白，并且在國際上首次實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步推動(dòng)了全球人源膠原蛋白的應(yīng)用與研究。

2 III型人源膠原蛋白的功能特點(diǎn)

III型人源膠原蛋白會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而逐漸流失，對(duì)修復(fù)組織創(chuàng)傷有著重要作用。在嬰幼兒時(shí)期，存在于皮膚或血管內(nèi)膜、腸道的III型人源膠原蛋白大概比I型人源膠原蛋白高出80%，當(dāng)嬰幼兒發(fā)生軟組織挫傷時(shí)，骨髓處的干細(xì)胞會(huì)分化成纖維細(xì)胞，合成III型人源膠原蛋白，并利用其修復(fù)和彈性功能幫助挫傷組織修復(fù)，一般情況下不會(huì)留下疤痕。而成人體內(nèi)的III型人源膠原蛋白明顯少于I型人源膠原蛋白，I型占比80%，III型占比20%，在合成細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）時(shí)，組織的修復(fù)質(zhì)量就明顯弱于嬰幼兒，會(huì)留下疤痕。隨著人年齡的增加，III型人源膠原蛋白流失愈來愈多，在25歲以后，皮膚中III型膠原蛋白的合成趕不上流失，皮膚漸漸松弛，出現(xiàn)敏感、皺紋等各種衰老現(xiàn)象。因此，補(bǔ)充III型膠原蛋白可延緩皮膚衰老，增加皮膚彈性，修復(fù)各種問題性皮膚。

3 III型重組人源膠原蛋白的優(yōu)勢(shì)

III型重組人源膠原蛋白的應(yīng)用明顯比動(dòng)物源膠原蛋白更具安全性和有效性：III型重組人源膠原蛋白具有高蛋白活性區(qū)域，不僅擁有膠原蛋白三螺旋結(jié)構(gòu)，而且多組氫鍵網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)一步穩(wěn)定三條多肽鏈，增加了三螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；III型重組人源膠原蛋白與人源膠原蛋白屬于同源物質(zhì)，組織相容性好，具備正常的生理活性，被人體吸收同化利用效果更好。而復(fù)旦大學(xué)聯(lián)合錦波生物開發(fā)的III型重組人源膠原蛋白，更具創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)：

（1）人體天然Ш型膠原蛋白是由CO3A1基因編碼的，全長(zhǎng)1466aa。錦波生物Ш型重組人源膠原蛋白優(yōu)選了其中483aa-512aa區(qū)域進(jìn)行重復(fù)拼接重組，充分發(fā)揮了其水溶性強(qiáng)、生物活性高的特點(diǎn)。

（2）錦波生物Ⅲ型人源膠原蛋白基本重復(fù)單元氨基酸序列與人Ⅲ型膠原蛋白活性功能區(qū)的序列100%相同，呈現(xiàn)164．88°的柔性彎曲結(jié)構(gòu)，能夠促使該蛋白與人體細(xì)胞緊密結(jié)合。功能鑒定實(shí)驗(yàn)證實(shí)，其細(xì)胞粘附率為天然膠原蛋白的190%以上[2]，可見其蛋白活性大幅超越人天然膠原蛋白標(biāo)準(zhǔn)品；

（3）錦波生物Ⅲ型人源膠原蛋白是膠原蛋白產(chǎn)業(yè)中唯一被明確證實(shí)擁有人天然膠原蛋白典型的三螺旋構(gòu)象的膠原蛋白，該結(jié)構(gòu)已被wwPDB（Worldwide Protein Data Bank）收錄（檢索號(hào)6A0A、6A0C）[3]；

（4）錦波生物Ⅲ型人源膠原蛋白是目前國際上唯一已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的人源Ⅲ型膠原蛋白；

（5）與人天然膠原蛋白相似度高，過敏風(fēng)險(xiǎn)低，無動(dòng)物源病毒污染風(fēng)險(xiǎn)；

（6）水溶性好，易于做成各類制劑，實(shí)現(xiàn)低成本大規(guī)模工業(yè)化制備；

（7）錦波生物研發(fā)的Ⅲ型人源膠原蛋白的安全性已通過中國食品藥品檢定研究院的生物學(xué)評(píng)價(jià)；經(jīng)四川醫(yī)療器械生物材料和制品檢驗(yàn)中心檢測(cè)，其Ⅲ型人源膠原蛋白植入劑的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到Ⅲ類醫(yī)療器械植入類要求。

4 III型重組人源膠原蛋白的應(yīng)用

III型重組人源膠原蛋白作為一種優(yōu)良生物新材料，能誘導(dǎo)上皮細(xì)胞等增殖、分化、移行，促進(jìn)受損組織修復(fù)，目前在生物醫(yī)學(xué)上已廣泛應(yīng)用。王永剛、翟春寶等人將III型重組人源膠原蛋白用于肛周術(shù)后的創(chuàng)口愈合，可在各個(gè)愈合時(shí)間段調(diào)節(jié)TGF-β1、Smad3信號(hào)蛋白等，促進(jìn)患者的創(chuàng)面愈合[4]。張斌杰和周麗娜將II型、III型重組人源膠原蛋白用于深Ⅱ度燒傷患者創(chuàng)面的愈合中發(fā)現(xiàn)，II型、III型重組人源膠原蛋白能夠?qū)⒒颊咭驘齻聰嗔训哪z原纖維重新連接起來，合成新的III型人源膠原蛋白，促進(jìn)創(chuàng)面的愈合，減少疤痕增生[5]。錦波生物Ⅲ型人源膠原蛋白植入劑的成功研發(fā)標(biāo)志著該蛋白的應(yīng)用場(chǎng)景由外用拓展至深度創(chuàng)面（如褥瘡）、臟器修復(fù)等人體更深層的應(yīng)用場(chǎng)景。另外，III型重組人源膠原蛋白具有快速修復(fù)皮膚屏障，補(bǔ)充皮膚膠原蛋白，緊致輪廓，淡化皺紋，保持皮膚彈性等作用，應(yīng)用范圍很廣。Ⅲ型重組人源膠原蛋白產(chǎn)品僅在我國即將面對(duì)千億規(guī)模市場(chǎng)，市場(chǎng)潛力非?？捎^。

5 結(jié)語

III型重組人源膠原蛋白在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用廣泛，在婦產(chǎn)科、普外科、燒傷科、肛腸科、骨科、皮膚科及醫(yī)學(xué)美容中發(fā)揮著良好的作用，對(duì)修復(fù)皮膚黏膜創(chuàng)傷、止血，促進(jìn)皮膚無瘢痕愈合，緊致皮膚，增加皮膚柔嫩度，淡化皺紋等方面發(fā)揮理想的效果。未來，III型重組人源膠原蛋白在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用將更加廣泛，有望形成一大新產(chǎn)業(yè)，開啟人源膠原蛋白新時(shí)代。