科學人 發行日期:2012/12 刊號:130
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細胞的支架:膠原蛋白

撰文/楊嘉慧 審稿/陳松青(和康生物科技公司技術發展處協理 )、賴惠敏(工研院生醫與醫材研究所博士)

 近年來,膠原蛋白在生技產業備受矚目,廣泛應用在美容保養品、保健食品等。業者聲稱這些產品能達到美容功效,補充人體膠原蛋白的不足,這是真的嗎?

膠原蛋白(collagen)是脊椎動物體內含量最豐富的蛋白質,在人體內約佔蛋白質的1/3。它主要存在於 結締組織(connective tissue,註1)中的細胞外間質(extracellular matrix, ECM)。細胞外間質環繞在細胞外圍,由醣蛋白、蛋白纖維等蛋白質構成,是細胞與細胞之間的支架,類似鋼筋混凝土,而膠原蛋白是屬於纖維性的蛋白,作用如 同鋼筋混凝土中的鋼筋。

皮膚、軟骨、角膜、血管壁、內臟器官等均含有膠原蛋白,皮膚與血管壁有彈性、骨骼的生長、肌腱有力,膠原蛋白在其中提供了支撐細胞的機械強度。當身體缺少膠原蛋白,就可能引起皮膚皺紋、肌肉鬆垮、血管易破裂、骨骼生長不全等問題。

膠原蛋白的分子結構呈三股螺旋,由三條多胜肽(polypeptide,註2)相互纏繞構成。形成膠原蛋白纖維的過程為,由纖維母細胞或其他組 織的母細胞先製造出單條的多胜肽,之後三條胜肽鏈會相互纏繞成三股螺旋的膠原蛋白分子,膠原蛋白分子透過分子間的交聯(cross-linking,即兩 聚合物的分子鏈相連接)聚合形成纖維狀的膠原蛋白微纖維,膠原蛋白微纖維彼此間再進一步聚合成為膠原蛋白細纖維,最後聚合成膠原蛋白纖維。此為膠原蛋白在 不同等級的生物結構,由共價鍵、氫鍵等作用力,在不同階段發揮聚合作用,其中,氫鍵為三條胜肽鏈形成螺旋的主要作用力。不同種類的蛋白質有不同的聚合過 程,以形成特定的三維空間結構,而膠原蛋白的特殊結構可提供組織一定的機械強度,也能使細胞附著生長於其間。

目前已知的膠原蛋白有20多種,各由不同的多胜肽組成。不同組織的膠原蛋白種類也各不相同,例如皮膚、肌腱、韌帶主要是第I型和第Ⅲ型混合,椎間盤和大部份的軟骨主要為Ⅱ型,腎及血管管壁為第Ⅳ型膠原蛋白。

 

膠原蛋白吃的好?還是擦的有效?

  

隨著年齡增長,纖維母細胞產生膠原蛋白的能力會降低,一旦膠原蛋白流失的速度比生成速度快時,肌膚便會失去彈性。目前坊間有許多保養品聲稱只要擦了含有膠原蛋白的產品,便可以讓肌膚減少皺紋。事實上,塗抹膠原蛋白不太可能減少臉上的皺紋。

膠原蛋白分子大 不易穿透角質層

皮膚由外而內分為表皮層、真皮層與皮下組織,膠原蛋白主要是存在真皮層,提供皮膚彈性;表皮層由外而內又可再細分成角質層、顆粒層、棘皮層與基 底層等。保養品要被皮膚吸收,必須先能夠穿過角質層中細胞與細胞間的空隙,一般分子量小於500穿透效果較佳,而膠原蛋白的分子量介於1萬5000至數十 萬之間,要直接穿過狹小的皮膚空隙十分困難,過去常以注射的方法(即俗稱的小針美容)打入真皮層,此法能立刻減少皮膚的皺紋。不過,打進去的膠原蛋白會被 身體的酵素分解,每隔數月需再打一次。臨床上,也發現每四、五個人就有一人對注射膠原蛋白產生免疫排斥反應,因此現在多以多醣類的玻尿酸替代。

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