膠原蛋白肽應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品中的研究進(jìn)展

王海燕 劉愛青 鄒國(guó)慶 閆征

摘 要：本文論述了膠原蛋白肽在改善骨骼、改善關(guān)節(jié)、改善肌少癥、促進(jìn)傷口愈合等與運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域相關(guān)方面的研究進(jìn)展，并分析了其目前在運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品方面的發(fā)展?fàn)顩r。

關(guān)鍵詞：膠原蛋白肽;運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品;研究進(jìn)展

Abstract：This paper discusses the research progress of collagen peptide in improving bone， joint， sarcopenia， promoting wound healing and so on， and analyzes its global development in sports nutrition food.

Key words：Collagen peptide; Sports nutrition food; Research

中圖分類號(hào)：TQ464.7

健康中國(guó)已經(jīng)成為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，全面健身意識(shí)已深入人心。隨著人們健康意識(shí)的改善，越來越多的運(yùn)動(dòng)人群開始食用運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品，為身體提供充足的物質(zhì)能量并增強(qiáng)體質(zhì)。我國(guó)運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展十分迅猛[1]。運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品中的有效成分很多，可大致分為兩類：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)補(bǔ)充類，活性或功能因子類。在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)補(bǔ)充類中，蛋白質(zhì)屬于一大類，其分解產(chǎn)物肽類成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。肽類比完整的蛋白質(zhì)更容易消化吸收。運(yùn)動(dòng)后不久在消化系統(tǒng)還沒有完全恢復(fù)正常工作的情況下補(bǔ)充肽類，可加快肽的酶解和氨基酸的吸收利用，有利于運(yùn)動(dòng)相關(guān)組織器官的快速修復(fù)以及增肌性合成代謝[2]。我國(guó)GB 24154-2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品通則》中也有明確規(guī)定“運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)類，以肽類為特征成分，是適用于中、高強(qiáng)度或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)的人群使用的運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品”。

膠原蛋白是很多結(jié)締組織的結(jié)構(gòu)性蛋白，如皮膚、骨骼、關(guān)節(jié)和筋腱，在哺乳動(dòng)物蛋白質(zhì)中含量達(dá)到1/3[3]。膠原蛋白肽是膠原蛋白的酶解產(chǎn)物。有研究表明人體口服膠原蛋白肽后，其以小肽和游離氨基酸兩種形式被人體吸收，且一般在1～2 h后達(dá)到峰值[4]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，攝入放射性膠原蛋白肽后，在股骨、脛骨、關(guān)節(jié)，肌肉等組織中都檢測(cè)到了放射性存在，膠原蛋白肽參與了上述組織的生長(zhǎng)合成[5]。臨床研究證明膠原蛋白肽可以促進(jìn)骨骼關(guān)節(jié)健康，緩解因運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的疼痛，改善肌少癥，促進(jìn)傷口愈合等，適用于運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品[3，6]。

1 膠原蛋白肽在運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的研究進(jìn)展

1.1 膠原蛋白肽改善骨骼的研究進(jìn)展

目前研究已經(jīng)證明膠原蛋白肽有提高骨密度，促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)，防止骨流失，增加骨力量，加快骨折愈合等作用，可以顯著提高骨中有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)骨形成，具有在不同的生理環(huán)境下（生長(zhǎng)、骨丟失、愈合）維持平衡骨轉(zhuǎn)換的能力，可應(yīng)用于骨骼的膳食補(bǔ)充劑中[7-8]。

Xu的等研究發(fā)現(xiàn)，膠原蛋白肽可以促進(jìn)生長(zhǎng)中的雄性大鼠中長(zhǎng)骨的發(fā)育[9]。Leem等也證實(shí)了分子

量<3kDa的膠原蛋白肽可以促進(jìn)青春期雄性大鼠縱向骨生長(zhǎng)和生長(zhǎng)板高度，且成一定劑量相關(guān)性，而明膠無此作用[10]。

Elam等2015年研究發(fā)現(xiàn)，人體服用膠原蛋白肽+VD+鈣后，骨密度下降程度低于服用VD+鈣的組合[11]。Daniel等研究了膠原蛋白肽對(duì)絕經(jīng)后女性骨密度的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為隨機(jī)雙盲，共131名女性參加。與安慰劑組相比，口服膠原蛋白肽組中脊柱和股骨頸的骨密度分別提高了4.2%和7.7%，血液中骨形成標(biāo)志性成分—I型前膠原氨基端肽含量顯著提高，而安慰劑組中骨吸收標(biāo)志性成分—I型膠原C端肽（CTX-1）含量明顯高于膠原蛋白肽組[12]。

Song等以老年鼠為研究對(duì)象，分析了膠原蛋白肽對(duì)骨流失的預(yù)防效果和改善骨微觀結(jié)構(gòu)情況[13]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示攝入膠原蛋白肽后，骨的機(jī)械強(qiáng)度，骨密度和膠原含量顯著提高，骨小梁網(wǎng)狀微觀結(jié)構(gòu)也明顯改善。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，膠原蛋白肽可以上調(diào)與膠原蛋白合成相關(guān)的TGF-β和Smad3水平，下調(diào)Smad7水平。此外，血清抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）水平下降顯著，TRAP是破骨細(xì)胞的標(biāo)志性成分，其含量下降，表明膠原蛋白肽可以通過降低破骨細(xì)胞活性來抑制骨吸收。結(jié)果證實(shí)攝入膠原蛋白肽通過提高膠原蛋白合成和抑制骨吸收來可以預(yù)防因年齡引起的骨流失，改善骨微觀結(jié)構(gòu)。

Hata等研究了膠原蛋白肽對(duì)脛骨損傷的大鼠骨修復(fù)過程的影響。脛骨皮質(zhì)骨缺損（直徑1 mm）通過內(nèi)側(cè)皮質(zhì)和髓質(zhì)形成[14]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)照組骨缺損區(qū)有血凝塊，缺損周圍有一薄層結(jié)締組織。而膠原蛋白肽組骨缺損區(qū)充滿肉芽組織、血凝塊和大量成骨細(xì)胞。研究結(jié)果證實(shí)飼喂膠原蛋白肽對(duì)骨愈合有一定的促進(jìn)作用，有助于大鼠皮質(zhì)骨缺損后的骨愈合。

膠原蛋白肽改善骨骼的機(jī)理尚不明確，目前的實(shí)驗(yàn)證明膠原蛋白肽可以促進(jìn)人體成骨細(xì)胞增殖，抑制破骨細(xì)胞活性，提高成骨細(xì)胞分化和礦化骨基質(zhì)形成，刺激I型膠原蛋白mRNA表達(dá)和蛋白質(zhì)生成，增加堿性磷酸酶活性和骨鈣素產(chǎn)生。從分子水平上看，膠原蛋白肽可以提高Runx2的表達(dá)和活性，激活成骨細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路ERK1/2、JNK1/2、p38和ELK1磷酸化;即膠原蛋白肽可以通過ERK1/2MAPK信號(hào)通路促進(jìn)I型膠原蛋白基因表達(dá)和膠原蛋白的合成[8]。Song等認(rèn)為服用膠原蛋白肽后可以提高膠原蛋白含量，而膠原蛋白在骨結(jié)構(gòu)的維持和力的傳遞中起著重要的作用。更為重要的是，它決定了礦物沉積量，所以口服膠原蛋白肽能夠提高骨密度。此外，膠原蛋白肽可以調(diào)節(jié)TGF-β/Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。在成骨細(xì)胞中，TGF-β是通過Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑刺激膠原合成的主要因素之一[13]。

1.2 膠原蛋白肽改善關(guān)節(jié)的研究進(jìn)展

膠原蛋白肽改善關(guān)節(jié)炎的研究非常多，主要集中在改善骨關(guān)節(jié)炎方面。Schauss等進(jìn)行了雞胸軟骨中提取的膠原蛋白肽改善骨關(guān)節(jié)炎的臨床研究，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為隨機(jī)雙盲，采用VAS和WOMAC進(jìn)行評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組的疼痛、僵直和進(jìn)行日常生活活動(dòng)困難程度都有明顯改善;能夠明顯改善人體運(yùn)動(dòng)靈活性，對(duì)骨關(guān)節(jié)炎患者有很好的康復(fù)效果[15]。

McAlindon等采用dGEMRIC方法研究臨床口服膠原蛋白肽后對(duì)人體膝關(guān)節(jié)多糖的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)口服膠原蛋白肽24周后，與安慰劑組相比脛骨內(nèi)側(cè)和脛骨外側(cè)dGEMRIC指數(shù)明顯提高。dGEMRIC指數(shù)可反映軟骨中GAG的分布，該值低說明此部位氨基葡萄糖缺失較嚴(yán)重。研究結(jié)果證明口服膠原蛋白肽有利于軟骨中多糖的生成[16]。

Clark等研究了147名運(yùn)動(dòng)員口服膠原蛋白肽改善關(guān)節(jié)疼痛的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組有5組參數(shù)疼痛感明顯降低，分別是休息時(shí)關(guān)節(jié)疼痛感，行走時(shí)關(guān)節(jié)疼痛感，站立時(shí)關(guān)節(jié)疼痛感，負(fù)重時(shí)關(guān)節(jié)疼痛感，舉重時(shí)關(guān)節(jié)疼痛感。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明口服膠原蛋白肽有利于關(guān)節(jié)健康，能夠降低運(yùn)動(dòng)員這一關(guān)節(jié)病高風(fēng)險(xiǎn)人群發(fā)病的概率[17]。Zdzieblik等2017年也研究了膠原蛋白肽對(duì)運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中膝關(guān)節(jié)功能性疼痛的影響。實(shí)驗(yàn)共139名運(yùn)動(dòng)員參與，實(shí)驗(yàn)周期為12周。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與安慰劑組相比，口服膠原蛋白肽可以降低36%因減輕運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的疼痛，疼痛緩解率高達(dá)88%[18]。

國(guó)內(nèi)也有學(xué)者探討膠原蛋白肽對(duì)關(guān)節(jié)的改善作用。高路等對(duì)120例主訴為關(guān)節(jié)疼痛的50～70歲中老年骨質(zhì)疏松患者，分別補(bǔ)充鈣劑，膠原蛋白肽、鈣劑和膠原蛋白肽。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與空白組相比，這3組的關(guān)節(jié)疼痛均有改善，其中鈣劑和膠原蛋白肽組改善最明顯，且癥狀緩解最快[19]。蔣建新等的臨床研究也證實(shí)口服膠原蛋白多肽能有效改善中老年女性膝骨關(guān)節(jié)炎患者的臨床癥狀和功能，緩解疼痛，提高生活質(zhì)量[20]。

膠原蛋白肽能改善關(guān)節(jié)的作用機(jī)理尚不明確。從以往研究來看，人體口服膠原蛋白肽后，體內(nèi)會(huì)有產(chǎn)生Pro-Hyp，這種二肽可以刺激滑膜細(xì)胞合成HA。膠原蛋白肽還能刺激關(guān)節(jié)軟骨中的II型膠原蛋白合成和多糖生成。這種刺激作用可以抵消軟骨組織的磨損過程，有助于修復(fù)微損傷，從而降低細(xì)胞外基質(zhì)的降解，減少炎癥的發(fā)生和疼痛刺激。這一假設(shè)目前已得到了臨床實(shí)驗(yàn)的支持，證明補(bǔ)充膠原蛋白肽可以誘導(dǎo)甘氨酸介導(dǎo)的細(xì)胞因子釋放抑制[21]。

1.3 膠原蛋白肽改善肌少癥的研究進(jìn)展

Zdzieblik等2015年以肌少癥I或II級(jí)患者為研究對(duì)象，研究了膠原蛋白肽對(duì)肌少癥的影響。實(shí)驗(yàn)選用了年齡72.2±4.68的53名男性肌少癥I或者II級(jí)患者進(jìn)行抗阻訓(xùn)練12周，訓(xùn)練結(jié)束后1 h內(nèi)，干預(yù)組每天口服15 g膠原蛋白肽，安慰劑組口服二氧化硅。實(shí)驗(yàn)前后分別用雙能X線骨密度儀檢測(cè)去脂體重（FFM），脂肪重量（FM），骨重量（BM），并用等速測(cè)力法評(píng)估右腿股四頭肌力量（IQS），同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)化單腿穩(wěn)定性試驗(yàn)（SMC）調(diào)查感覺運(yùn)動(dòng)控制能力。通過抗阻訓(xùn)練，所有志愿者的FFM，BM，IQS，SMC都明顯提高，F(xiàn)M明顯降低。其中干預(yù)組與對(duì)照組的結(jié)果如下：FFM（TG+4.2（SD2.31）kg/PG+2.9（SD1.84）kg;P<0.05）;IQS（TG+16.5（SD12.9）Nm/PG+7.3（SD13.2）Nm;P<0.05）;FM（TG–5.4（SD3.17）kg/

PG–3.5（SD2.16）kg;P<0.05）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與安慰劑組相比，膠原蛋白肽與訓(xùn)練相結(jié)合，能夠更為有效提高去脂體重和肌肉力量，降低脂肪體重[22]。

日本學(xué)者Okiura等2016年研究了膠原蛋白肽對(duì)SAMP6小鼠的脛骨前肌和股骨影響。研究結(jié)果表明，飼喂膠原蛋白肽60周后，脛骨前肌中肌纖維琥珀酸脫氫酶（SDH）染色強(qiáng)度和SDH活性，股骨頭皮質(zhì)密度、骨小梁密度及血清骨鈣素水平均高于對(duì)照組。這說明膠原蛋白肽可抑制SAMP6小鼠肌肉氧化能力和骨密度的下降，有降低年齡引起的肌肉骨骼系統(tǒng)退行性變化的可能[23]。

Opez等研究了雞軟骨來源的膠原蛋白肽對(duì)健康人群肌肉和結(jié)締組織的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明口服膠原蛋白肽后可以具有更強(qiáng)健的肌肉恢復(fù)性和適應(yīng)性，對(duì)結(jié)締組織具有很好的保護(hù)作用，有助于從事常規(guī)抗阻訓(xùn)練者和心血管鍛煉者的恢復(fù)[24]。

研究者分析了膠原蛋白肽能夠改善肌肉的作用機(jī)理：①已有研究表明，與乳清蛋白相比，在低蛋白質(zhì)膳食中，膠原蛋白肽能更好地維護(hù)氮平衡和體重，這可能是因?yàn)槟z原蛋白肽的分子量低，或者是因?yàn)槠浒被峤M成中含有更多的氮原子。②蛋白質(zhì)補(bǔ)充的時(shí)間和吸收的速度也會(huì)影響其有效性。有研究表明，快速消化和吸收蛋白質(zhì)能夠提高肌肉增大，運(yùn)動(dòng)后90～120 min服用蛋白質(zhì)是最佳窗口期。在上述研究中膠原蛋白肽在訓(xùn)練后60 min內(nèi)攝入，因此很可能會(huì)快速消化吸收。③膠原蛋白肽中富含精氨酸和甘氨酸，這兩種氨基酸是合成肌酸的重要物質(zhì)，有研究證明肌酸能夠增大增強(qiáng)肌肉，減少肌少癥。④有研究證明膠原蛋白肽可以血液微循環(huán)，因此有利于服用蛋白質(zhì)后氨基酸運(yùn)輸，提高厭氧反應(yīng)，因此與其他蛋白質(zhì)相比，更有利于肌肉的增長(zhǎng)。⑤同時(shí)有研究表明，膠原蛋白肽可以改善骨關(guān)節(jié)炎，緩解關(guān)節(jié)疼痛。因此補(bǔ)充膠原蛋白肽后，有利于獲得更好地阻力訓(xùn)練效果[22]。此外Kitakaze等研究發(fā)現(xiàn)，膠原蛋白肽中特征性二肽Hyp-Gly可以顯著提高成肌細(xì)胞融合成肌管，增加肌管短軸的直徑，促進(jìn)重鏈肌球蛋白和原肌球蛋白的表達(dá)。而單獨(dú)的羥脯氨酸和甘氨酸僅能增加重鏈肌球蛋白水平，對(duì)其他因素?zé)o影響。這說明HYP-GLY可以促進(jìn)成肌細(xì)胞分化，提高肌管尺寸，而單獨(dú)的氨基酸無此效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明HYP-GLY通過激活PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路來促進(jìn)成肌細(xì)胞分化[25]。

1.4 膠原蛋白肽促進(jìn)傷口愈合的研究進(jìn)展

Hu等研究發(fā)現(xiàn)，羅非魚來源分子量<5 kDa的膠原蛋白肽對(duì)實(shí)驗(yàn)兔子燙傷后的傷口有明顯的愈合效果，尤其是燙傷后第11 d，膠原蛋白肽組傷口愈合率達(dá)到38.8%±22.8%，明顯高于模型組8.7%±17.2%和陽性對(duì)照組19.5%±35.0%，第18 d模型組愈合率達(dá)到僅為72.1%±13.9%，而膠原蛋白肽組基本完全愈合[26]。Felician等研究發(fā)現(xiàn)膠原蛋白肽對(duì)全層皮膚切傷小鼠的傷口收縮有積極影響。組織學(xué)評(píng)估顯示顯著的再上皮化、組織再生和膠原沉積增加等跡象，皮膚切片免疫結(jié)果表明膠原蛋白肽能促進(jìn)β-成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（β-FGF）和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1（TGF-β1）表達(dá)顯著增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)膠原蛋白肽可以加速傷口愈合過程，未來可以應(yīng)用于傷口愈合的產(chǎn)品中[27]。Wang等的研究結(jié)果也與上述研究類似[28]。

1.5 膠原蛋白肽與運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域相關(guān)的其他研究進(jìn)展

已有臨床發(fā)現(xiàn)口服膠原蛋白肽可以提高血液中NO含量，有利于血液循環(huán)，提高動(dòng)脈彈性[22]。Matsuda等研究了口服膠原蛋白肽對(duì)跟腱細(xì)胞外基質(zhì)的影響。飼喂兔56 d后，與空白組相比，膠原蛋白肽組可以顯著增加膠原纖維直徑，影響跟腱中糖蛋白組成，有提高跟腱功能的可能[29]。Lee等研究了膠原蛋白肽對(duì)高脂肪飼喂的模型鼠肥胖癥中的脂肪細(xì)胞分化和體重增加的影響。結(jié)果顯示膠原蛋白肽能夠通過控制降低脂肪細(xì)胞的C/EBP-α和PPAR-γ基因表達(dá)，抑制3T3-L1脂肪前細(xì)胞的分化和轉(zhuǎn)化為脂肪細(xì)胞，從而降低體重，并提高血液中HDL含量，降低LDL含量，改變體內(nèi)脂肪細(xì)胞的大小[30]。研究證實(shí)膠原蛋白肽還具有促進(jìn)血液循環(huán)，改善跟腱功能和降低體重等作用。

2 膠原蛋白肽在運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品中的應(yīng)用

根據(jù)INNOVA數(shù)據(jù)顯示，2015—2019年，全球共發(fā)布了約4.8萬件運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品。2019年美國(guó)發(fā)布新產(chǎn)品數(shù)為2 300多件，為全球發(fā)布運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品最多的國(guó)家，中國(guó)發(fā)布了200多件新產(chǎn)品，排名第10;其中有3 200多件新產(chǎn)品中添加了膠原蛋白肽，約占總量的6.7%。Myprotein公司5年內(nèi)共發(fā)布了813件添加了膠原蛋白肽的運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品，為全球數(shù)量發(fā)布最多的公司。美國(guó)和德國(guó)是發(fā)布添加了膠原蛋白肽的運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品最多的國(guó)家。膠原蛋白肽在運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品中的形式多為營(yíng)養(yǎng)棒，占到50%以上的比例，其次為固體飲料，比例大約為23%。中國(guó)康比特開發(fā)了針對(duì)青少年高考體育生保護(hù)關(guān)節(jié)軟組織的骨膠原蛋白片，里面添加了水解膠原蛋白，骨膠原蛋白。

2018年膠原蛋白肽的食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，標(biāo)志該產(chǎn)品有了統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。膠原蛋白肽在本世紀(jì)初在國(guó)內(nèi)開始興起，目前發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，但大部分都是應(yīng)用于美容食品中。而膠原蛋白肽具有易吸收，提高免疫力，保護(hù)骨骼關(guān)節(jié)健康，改善肌少癥，促進(jìn)傷口愈合等功效，非常適用于運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品。隨著中國(guó)運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品市場(chǎng)的興起，膠原蛋白肽也將逐步應(yīng)用其中，勢(shì)必會(huì)以其優(yōu)良的加工性和科學(xué)的功效性推動(dòng)中國(guó)運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)食品市場(chǎng)的健康發(fā)展。

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