胶原蛋白结构、分类、发展历程及优势有哪些?

最佳答案 匿名用户编辑于2025/02/26 14:54

相比透明质酸、植物活性成分,胶原蛋白在抗衰和皮肤修复方面更具备优势。

1.什么是胶原蛋白?

胶原蛋白是人体主要的细胞外基质(ECM),约占细胞外基质 85%,是人体组织器 官的主要结构蛋白,约占人体蛋白质总量的 30%~40%,主要存在于皮肤、血管、肌腱、 筋膜等部位,全方位参与人体组织器官的修复和再生。胶原蛋白由原胶原组成,每个原 胶原都由 3 条α-螺旋的肽链缠绕而成,具有典型的三螺旋结构,众多胶原蛋白大分子 又相互交织形成胶原蛋白纤维,因此其具有柔韧性和较大的抗拉强度。此外,胶原蛋白还 具有生物降解性、低免疫原性、生物相容性、以及促进细胞增长等生物特性。 目前,人类已经发现 28 种型别的胶原蛋白。根据发现的时间顺序,胶原蛋白的型别 以罗马数字 I–XXVIII 命名,由不同的基因编码。其中,人体中较为常见的胶原蛋白是 I 型、III 型、IV 型和 V 型,广泛分布在人体结缔组织中。

据 Current Insights into Collagen Type I 报告显示,1)I 型胶原蛋白是人体内最常见的胶原蛋白类型,约占总胶原 90%左 右,主要分布在皮肤、骨骼、肌肉、结缔组织等部位,起到构建身体的基础结构,形成坚 韧的支架的作用。I 型胶原蛋白不仅决定了人体胶原弹力网的紧致度和强度,还在器官的 组织发育、细胞增殖、组织重塑等过程中起着至关重要的作用。2)III 型胶原蛋白在人体 中的含量仅次于 I 型胶原蛋白,主要分布在血管、肾脏和肝脏等组织中。与 I 型胶原蛋白 相似,III 型胶原蛋白也形成了支持性的结构,但它的分子结构更为细长,赋予组织更大 的柔韧性,能使器官组织保持柔软和弹性。在婴儿时期体内,III 型胶原蛋白含量最高, 但随着生长发育,III 型胶原蛋白含量逐渐下降。

2.胶原蛋白的发展历程

胶原 Collagen 源于古希腊。18 世纪中叶,法国化学家布兰特 J•Brandt 博士发现皮肤 衰老的过程就是胶原蛋白被分解流失的过程。20 世纪初,科学家们开始对胶原蛋白的结 构进行研究。1937 年,科学家布拉格父子利用 X 射线衍射技术首次揭示了胶原蛋白的分 子结构。20 世纪中叶,科学家们开始研究胶原蛋白的生物合成机制。后续,胶原蛋白沿 着“脱敏和降本”的迭代主线开启了产业化进程。 动物源胶原第一阶段:1971 年,美国将胶原制品列入了医疗器械进行管理。1981 年 医诺美(后被艾尔建收购)的牛胶原蛋白植入物 Zyderm I 获 FDA 批准,这是全球首款被 FDA 批准上市的胶原蛋白植入剂,至此拉开胶原蛋白产业化序幕。两年后,公司还推出 Zyderm II,这个版本填充剂中牛胶原含量由 3.5%提升至 6.5%,作用部位也由浅层皮肤转 变为中层皮肤。然而,早期的牛胶原致敏率高,且疯牛病传播使得产品安全性面临考验, 再叠加 2003 年玻尿酸产品获批,胶原蛋白市场受到较大的冲击。

动物源胶原第二阶段:2009 年,强生公司胶原蛋白填充剂 Evolence 获 FDA 批准上 市,这款猪胶原蛋白采用了 D-核糖交联技术,极大降低了致敏率,胶原蛋白市场出现转 机。同年,中国台湾双美公司的胶原蛋白通过 NMPA 认证,并进入大陆市场,成为国内 首个获批的胶原蛋白注射剂。双美凭借着先天的技术优势(特殊的乳猪材料和优化的去 端肽技术)极大地降低了致敏率,从而在大陆地区迎来了高速发展。然而,虽然临床数据 显示猪胶原的过敏率远低于牛胶原蛋白的,但为进一步降低感染风险,动物胶原往往需 要向上追溯三代,以确保没有疾病史,因此产能受限、供应链抗风险能力弱等均成为制约 胶原蛋白产业化发展的重要问题。 重组胶原蛋白阶段:早在 1997 年,芬兰奥卢大学胶原蛋白研究中心在毕赤酵母中表 达出 III 型胶原蛋白。1999 年,科学家分别利用汉森酵母和毕赤酵母作为宿主菌,表达人 I 型胶原蛋白的 1 肽链。但由于存在成本高、时间周期长等问题,重组胶原蛋白长期困于 实验室,未能取得产业化应用。2000 年,随着范代娣博士团队成功研发了胶原蛋白技术, 随后其团队凭借关于“一种类人胶原蛋白及生产方法”获得行业内首个发明专利授权,并 用于相关重组胶原蛋白护理产品,中国重组胶原蛋白开启了新纪元。与此同时,国内的监 管端高度重视重组胶原蛋白的产业化。“十五”期间,科技部、发改委等部委开启了对重 组胶原蛋白研发及产业化的连续多年多个科研项目的立项和支持。2006 年,范博士所在 的巨子生物在国际上首次实现了重组胶原蛋白发酵规模吨级突破,迈出了重组胶原蛋白 规模化生产的关键一步。与此同时,锦波生物、聚源生物、创健医疗等也加快了重组胶原 蛋白产业化步伐,构建起适合商业化生产的工艺。2017 年,聚源生物实现了重组胶原蛋 白发酵规模吨级突破。2021 年,丸美股份研发出了全球独家首创的“I 链 III+C”嵌合型 全人源™胶原蛋白。2023 年,福瑞达正式发布了重组人源化胶原蛋白的成果。据国家药 监局显示,截至目前,我国境内已注册的基于胶原蛋白的医疗器械产品超 1000 种,众多 医美企业均布局了胶原蛋白赛道。

3.为什么关注胶原蛋白?

相比透明质酸、植物活性成分,胶原蛋白在抗衰和皮肤修复方面更具备优势。在美 容护理市场中,透明质酸、植物活性成分、胶原蛋白三大生物活性成分均有较高的市场认 可和广泛应用。其中,透明质酸作为一种天然存在于人体皮肤组织中的保湿因子,以其独 特的黏弹性和卓越的保水性著称。它能深层渗透肌肤,为细胞提供充足的水分,有效缓解 肌肤干燥、细纹等问题;植物活性成分则是从各种天然植物,如熊果苷、人参皂苷、绿茶 提取物、马齿苋提取物、青刺果提取物、芦荟提取液等中提取的具有生物活性的物质,种 类繁多,且具有不同的功效,常用于缓解皮肤过敏和炎症,以及提供抗氧化等。而作为人 体含量最多的蛋白质,胶原蛋白不仅能够为皮肤提供结构支撑,促进止血及细胞黏附,还 能刺激细胞再生及增殖,有效修复受损皮肤屏障。尤其重要的是,它能够针对老化及问题 皮肤提供必要营养,使肌肤重焕活力与新生。因此,胶原蛋白在医学敷料、再生医学、创 伤修复、以及人造器官等领域中展现出了更为广阔的应用前景。

近年来,生物活性成分的广泛应用带动了我国功效性护肤和专业皮肤护理市场的快 速增长。据巨子生物招股说明书引用的弗若斯特沙利文数据预测,2027 年,我国功效性 护肤品、专业皮肤护理产品市场规模将分别达到 2118 亿元、2810 亿元,2022 年-2027 年 的复合年增长率对应为 38.8%、36%。而胶原蛋白更是凭借其在皮肤修护和抗衰方面独特 的优势,展现了强劲的发展势能。据弗若斯特沙利文预测,基于胶原蛋白的功效性护肤品 的市场规模将从 2022 年的 94 亿元增长至 2027 年的 775 亿元,年复合增长率为 52.6%, 增速远高于基于透明质酸和植物活性成分的护理产品;而基于胶原蛋白的专业皮肤护理 品的市场规模将由 2022 年的 200 亿元增长至 2027 年的 1144 亿元,年复合增长率为 42.78%,此外,从市场份额来看,据巨子生物招股说明书显示,自 2020 年起,胶原蛋白 专业皮肤护理产品的市场份额已超过了基于植物活性成分产品的市场份额,且预计到 2026 年将超过基于透明质酸产品的市场份额,占据市场领先地位。

另外,根据来源和制备方式不同,胶原蛋白一般分为动物组织提取的动物源胶原蛋 白和生物合成的重组胶原蛋白。其中,1)动物源胶原蛋:又被称为天然胶原蛋白,一般 通过酸碱水解法、酶解法、热水浸提法等方法从牛皮、猪皮、鱼皮等胶原含量高的动物组 织中进行提取。其提取工艺较为成熟、生产成本较低、生产过程相对简单,且三螺旋结构 保留完整,但存在动物源疾病感染、免疫排斥或过敏反应等风险。2)重组胶原蛋白:则 是采用重组 DNA 技术,对编码所需人胶原蛋白质的基因进行遗传操作和修饰,利用质粒 或病毒载体将目的基因带入适当的宿主细胞(细胞、酵母或其他真核细胞等)中,表达翻 译成胶原蛋白或类似胶原蛋白的多肽,经过提取和纯化等步骤制备而成。 与动物源性胶原蛋白相比,重组胶原蛋白具备生物活性及生物相容性更高、免疫原 性更低、漏检病原体隐患风险更低、水溶性更佳、无细胞毒性、可进一步加工优化等优 点。更重要的是,相较于动物源性胶原蛋白 40°C 的变性温度,重组胶原蛋白变性温度 在 72°C 以上,更利于运输和储存。据巨子生物招股说明书引用的弗若斯特沙利文数据 预测,基于重组胶原蛋白的功效性护肤品市场渗透率预计将从 2022 年 17.6%增长至 2027 年的 30.5%;市场规模将从 2022 年 72 亿元增长至 2027 年 645 亿元,复合年增长率高达 55%。综上所述,重组胶原蛋白相比动物源性胶原蛋白具有更明显的优势、更安全且更契 合于美丽与健康产品的需求,具备广阔的发展空间。因此,下文将着重围绕重组胶原蛋 白进行分析。

此外,根据 2021 年 3 月国家药监局发布的《重组胶原蛋白生物材料命名指导原则》, 重组胶原蛋白又可以分为重组人胶原蛋白、重组人源化胶原蛋白和重组类胶原蛋白。其 中,重组人胶原蛋白是重组胶原蛋白最高的一级,要求需同时具备“全长氨基酸序列”和 “三螺旋结构”两大核心要素,生物活性最优。其次分别是重组人源化胶原蛋白、重组类 胶原蛋白。