胶原蛋白发展历史、结构、应用场景、制备工艺及分类介绍

应用广泛，壁垒较高。

1. 胶原蛋白历史悠久，人体分布广泛

人体中含量最多的蛋白质为胶原， 其广泛分布于人体结缔组 织中。早在古埃及时期，动物胶作为粘合剂已经被人们广泛使用， 但整个胶原蛋白产业的发端来自于医疗领域的应用。1958 年， Gross&Krik 首次从新鲜牛小皮中提取胶原蛋白，拉开了胶原蛋白 临床研究与终端运用的帷幕。1981 年，全球第一支胶原蛋白植入 剂 Zyderml 真皮注射剂经美国 FDA 批准上市。2009 年，中国台湾 双美胶原蛋白成为进入大陆市场的第一款胶原蛋白填充剂，胶原 蛋白作为美容护肤新原料逐渐进入大众视野。胶原蛋白作为细胞 外基质的主要构成成分，在细胞的增殖、分化和发育方面发挥重 要作用。胶原蛋白还是动物体内含量最多的蛋白质，大约占人体 中蛋白质的 1/4，广泛分布于人体组织中，包括皮肤、韧带、软骨 和肌肉等组织器官上。

2. 独特三螺旋结构，胶原类型丰富

胶原的特殊结构构成其一定特性。胶原蛋白由三条肽链以紧 密的三螺旋缠绕在一起，每条链的长度超过 1400 个氨基酸，甘氨 酸、脯氨酸和羟脯氨酸构筑起了胶原的核心构建块胶原基肽，三 种氨基酸的重复序列形成了胶原坚固的结构。甘氨酸在三螺旋内 形成一个微小的弯头，而脯氨酸和羟脯氨酸将链平滑分布在螺旋 周围。过多的脯氨酸会在链中形成难以容纳典型球状蛋白质的扭 结，形成了胶原蛋白的正确构型；而羟脯氨酸对胶原蛋白的稳定 性至关重要。作为蛋白质的一种，胶原蛋白加热会发生变性，三 重螺旋展开并且链条分离，当冷却后会吸收周围的水分形成明胶。

胶原类型丰富。科学家已鉴定出约 30 种不同类型的胶原蛋白， 其中人体含有的胶原类型有 28 种。不同类型的胶原蛋白主要功效 有一定差异，I 型胶原在人体中胶原蛋白含量的占比超过九成，是 皮肤的主要成分；II 型胶原蛋白与软骨细胞的分化有关，用于关节 炎和眼科治疗；III 型胶原蛋白对于伤口愈合有重要作用。

胶原三螺旋结构使其拥有良好的力学和生物学性能，并决定 其使用性能。力学上，理论和分子模型表明胶原纤维可在变形过 程中提供大量能量耗散，从而创造出坚韧且坚固的材料。生物学 上，胶原材料无论是在被吸收前作为新组织的骨架，还是吸收后 同化进入人体，都与细胞周围的基质有着良好的相互作用，具有 良好的生物相容性。其独特的三螺旋结构使其具备高拉伸强度、 生物降解性能、低抗原活性、低刺激性、低细胞毒性。胶原蛋白 因具有良好的生物相容性、可生物降解性以及生物活性，因此在 食品、医药、组织工程、化妆品等领域获得广泛的应用。

3.应用场景：领域多元，不断扩大

胶原蛋白广泛应用于美容与健康领域。美丽领域中胶原蛋白 除了能用作一般性护肤之外，以保湿、滋养、美白为导向的功效 性护肤和以创面修复为主的医用敷料也逐渐使用胶原蛋白。胶原 蛋白作为医美填充注射材料，广泛应用于肌肤焕活领域。健康领 域中胶原用于生物医用材料，如皮肤、口腔、关节的修复治疗等。 另外，以胶原蛋白为主要成分的功能性食品正在逐渐发展壮大。

4. 制备工艺：两种路径，各有千秋

胶原蛋白可分为动物源胶原蛋白和重组胶原蛋白。动物源胶 原主要通过热水提取法、酸提法和酶提法等从动物材料上提取， 该方法历史悠久，工艺成熟，门槛和成本较低，胶原蛋白具有完整的三维螺旋结构和良好的生物活性，但是存在原材料被微生物 病毒污染、过敏和免疫排斥等问题。重组胶原蛋白是通过基因工 程技术，将人体胶原蛋白基因进行特定序列设计、酶切和拼接、 连接载体后转入工程细胞，通过发酵表达生产胶原蛋白。重组法 有效避免了天然胶原中潜在的病毒、杂蛋白的影响，整个生产过 程可控，可以很好的提高重组胶原结构的准确性和重组方面的参 数准确性。由于重组法存在技术不够成熟、成本和生产要求偏高 的情况，动物源性胶原蛋白仍然处于主流地位，但重组胶原蛋白 相对动物胶原蛋白的优良特性或使其在未来成为行业主流。

5.分类：三类重组胶原蛋白

我国将重组胶原蛋白划分为重组类人胶原蛋白、重组人源化 胶原蛋白、重组人胶原蛋白三类，与天然人胶原的一致性递增、 合成难度也递增。重组类人胶原蛋白是胶原氨基酸序列片段或功 能性氨基酸序列片段的组合，与天然人胶原蛋白的同源性较低。 重组人源化胶原蛋白是人胶原蛋白特定型别基因编码的全长或部 分氨基酸序列片段或功能片段组合，不含非人胶原蛋白氨基酸序 列，具有良好的水溶性和生物活性，与人的同源化程度相对较高， 但量产技术难度大，生产成本高，难以商业化。重组人胶原蛋白 是具有人胶原蛋白特定型别基因编码的全长氨基酸序列，与人胶 原蛋白结构性质几乎完全相同。综合成本和技术条件限制，市面 上主流的胶原蛋白产品是重组类人胶原蛋白和重组人源化胶原蛋 白。