胡佳妮，李 勇

（北京大学公共卫生学院，北京 100191）

海洋胶原肽（Marine collagen peptides，MCPs）是通过化学水解或酶促水解从海洋生物胶原蛋白衍生而来的具有多种生物活性的肽类。近些年来，MCPs作为一种“蓝色资源”已经引起了科学界和工业界的极大兴趣，并有望在保健品，食品和医药行业等与健康相关的各个领域中得到广泛应用。

海洋覆盖了地球表面的70%以上，海洋物种约占全球生物多样性总量的一半，因此海洋生物是一种巨大的资源。鱼类、海藻、海绵和水母等海洋生物提供了丰富的具有高营养品质的胶原蛋白，是制备胶原肽的理想来源[1−3]。源自海水鱼类的生物活性蛋白包含各种生物活性肽序列，这些肽经水解或酶解后释放出来，表现出广泛的生物活性，包括抗氧化、抗微生物、抗衰老、免疫调节等活性。在当今的全球市场上，对海洋生物各种形式的需求都在迅速增长。海产类加工后会产生大量的废弃物，比如鱼皮、鱼鳞、鱼骨和鱼鳍在内的的鱼类组织约占加工废品的60%[4]，这些海洋废弃物中含有丰富的胶原蛋白，若加以有效利用不仅能开发其巨大的生物活性资源，还能在很大程度上减轻其造成的环境污染。寻找适当的方式将这些海洋废渣转化为可利用的MCPs产品具有重要意义和经济价值，在获利能力和成本效益方面具有很强的吸引力。

本篇综述着重对MCPs的生物活性，以及MCPs在保健品、食品工业以及医疗不同领域的应用展开叙述。特别关注在国内外各项研究中正在探索的MCPs的生物活性特性，这为在未来增加对该生物材料的需求奠定了科学理论基础，除了将MCPs应用于膳食补充剂和营养食品的开发外，MCPs在组织工程或伤口愈合材料的应用也尤其重要。本文综述了MCPs应用方面的最新发展，这些都显示出MCPs在未来医疗与保健食品的市场上具有巨大的潜力。

1 胶原蛋白及其生物活性肽简介

胶原蛋白是生物体内一种重要纤维状蛋白，是生物组织细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的关键结构纤维蛋白[5]。胶原蛋白通过促进组织的分子结构，形状和机械特性，发挥结构性作用[6−7]。胶原蛋白分子由三个α链组成，其分子量约为100 kDa[8]。胶原蛋白在动物的纤维结缔组织中含量十分丰富，为组织和器官提供拉伸强度和柔韧性[9]。胶原肽相比胶原蛋白分子量较低，并且对水具有很强的亲和力，比胶原蛋白有着更高的吸收利用率和生物活性。传统上，商业胶原肽主要从畜禽动物组织（例如牛和猪）中提取，然而，陆地动物来源的胶原肽不仅具有海绵状脑病和口蹄疫等疾病的传播风险，还会引发人体免疫反应（约占人口的3%），加之宗教信仰和习俗等原因，限制了这些常规来源胶原肽的应用[10−11]。因此，迫切需要开发另一种来源的胶原肽用以替代。

海洋具有高压、低温和高盐度等特殊生态环境，海洋生物的丰度和多样性为胶原肽的开发应用带来了大量的机遇。提取的MCPs拥有较高的吸收率和生物利用度，并且具有良好的水溶性、安全性、生物相容性、高生物降解性、易提取性、低免疫原性[12−13]。比如鱼皮、鱼鳞中富含胶原蛋白，且结构较为疏松，更易加工降解成胶原肽。来自鱼类加工副产物的胶原蛋白肽的最新研究和商业化提供了潜在的胶原蛋白肽替代来源，因此海洋生物是制备胶原肽的理想来源。以海洋胶原蛋白为原料，通过采用安全、高效、无污染的生物控制酶解技术及小活性分子分离富集等技术，加工制备出高品质胶原肽产品，水解得到的海洋胶原肽的分子量非常低，其分子量可控制在500~1000 Da之间。酶促水解不仅影响肽的大小，而且影响物理化学和生物学性质[14]。如今，MCPs因其丰富的资源与广泛的生物活性引起了来自科学界和工业领域广泛的关注。

2 海洋胶原肽的生物活性

2.1 抗氧化活性

氧化应激的产生归因于几种活性氧的形成，包括烷基、羟基、超氧化物、过氧化物和单线态氧。在人体中，自由基和抗氧化剂之间的不平衡引起的氧化应激可能导致对细胞膜、蛋白质和DNA的氧化损伤。这些损伤会引发在一系列疾病包括皮肤损伤、炎症，癌症、神经元损伤以及衰老。许多研究表明，源自海洋生物的MCPs可通过降低与氧化应激有关的慢性疾病的风险来促进人类健康。

Zhang[15]等从西班牙鲭鱼皮的蛋白水解物中分离出的8种胶原肽段可以有效清除自由基，并且抑制脂质过氧化。有研究发现从海参胶原蛋白的水解物中分离出了一种新型的抗氧化剂肽，显现出对2，2-二苯基-1-苦基肼基（2, 2-diphenyl-1-picryl hydrazine，DPPH）自由基很强的清除活性[16]。赵玲[17]等从鳕鱼骨中利用4种不同的生物酶解法制备的鳕鱼骨胶原肽，结果显示4种鳕鱼骨胶原肽对·OH、DPPH·和均具有清除能力，具有良好的抗氧化活性。据报道，鳕鱼皮中的胶原蛋白水解物和多肽可以通过抑制内源性抗氧化酶的耗竭并抑制NF-κB和促炎性细胞因子的表达，保护小鼠皮肤免受紫外线引起的伤害，包括皱纹的形成和破坏[18]。有试验表明，罗非鱼胶原多肽可以减轻D-半乳糖诱导的衰老小鼠对肝脏和肾脏的伤害，其作用机制可能其对氧化应激的减弱和免疫功能的增强有关[19]。

2.2 抗菌活性

目前，已有大量的研究报道了海洋鱼类来源的MCPs可被用作抗微生物剂。来自海洋生物的抗菌肽构成了新一代的抗生素。抗菌肽（antimicrobial peptide，AMP）是直接针对微生物的内源性抗生素，除宿主防御外，它们还参与免疫应答的调节。对多种微生物（细菌、真菌和病毒），包括具有多重耐药性的菌株，均具有强大的活性。

有试验测定鲭鱼胶原肽对几种革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的抗菌活性，发现该肽具有广谱抑菌活性，其中金黄色葡萄球菌最敏感，该肽可以完全抑制金黄色葡萄球菌的生长，具有显著抗菌效果[20]。据报道，从尼罗罗非鱼分离的一种抗菌肽罗非鱼鱼皮素-4（TP-4），在小鼠体内表现出很强的抗菌活性，尤其在对抗由金黄色葡萄球菌引起的腹膜炎和伤口感染方面非常有效，并且不会引起肝或肾毒性以及其他免疫毒性[21]。有研究发现衍生自杂交鲈鱼分离的线性抗菌肽Piscidin-1对革兰氏阴性菌（MIC为0.8~25 μmol/L）和革兰氏阳性菌（MIC为1~16 μmol/L）具有显著活性，此外，它们还在小鼠体内显示出强大的抗内毒素活性[22]。

2.3 免疫调节活性

MCPs可以通过调节机体免疫器官或组织的生长发育、免疫细胞的活性与功能、迟发型变态反应、抗体产生、细胞因子的分泌与表达以及免疫相关信号分子的释放等机制起到调节机体免疫功能的作用。柳园等[23]也探讨了海洋胶原低聚肽对于术后患者免疫功能的影响，该研究结果表明海洋胶原低聚肽干预组的血清球蛋白（Globulin，GLB）、IgG、IgA和IgM的水平均有所升高，说明摄入海洋胶原低聚肽在一定程度上能增强手术患者的免疫功能。

2.4 抗皮肤衰老

皮肤由表皮、真皮和皮下组织组成，能够作为化学和物理屏障，保护人体免受有害的外来污染物的侵害。皮肤在维持体内平衡方面也起着重要作用，包括防止水分流失和调节体温。随着年龄的增长，人体内胶原蛋白的合成量减少且降解速度加快，从而导致皮肤弹性的丧失，皱纹的增加以及表皮厚度减少，I型胶原蛋白减少被广泛认为是皮肤衰老的主要特征。皮肤衰老由各种外部刺激，主要是紫外线（UV）辐射引起的内在时间性衰老和外在性衰老，称为光老化[24]。由于MCPs与人类胶原蛋白结构具有同源性，并具备优异的生物活性、生物相容性、稳定性和渗透能力，使其在皮肤保护领域中逐渐成为研究的热点。

有多项研究发现，摄取一定量的MCPs物质可以改善皮肤衰老相关症状。一项随机双盲安慰剂对照试验结果显示，鱼衍生胶原肽与鸟氨酸的复合补充剂可以通过提高IGF-1的水平来改善皮肤衰老相关的变化，使志愿者的皮肤弹性得到很大的改善[25]。Marotta等[26]利用一种新开发的添加了抗氧化剂组合物（即辅酶Q10+硒+木犀草素+葡萄皮）的MCPs，在其在对人体皮肤活检的初步体外实验中显示出对UVA的抵御效果，对紫外线辐射诱导的皮肤光老化有明显的保护作用。

2.5 促进组织修复功能

胶原是构成皮肤和粘膜的重要组成成分。已知一些富含甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸，分子量小于5 kDa的海洋胶原蛋白衍生肽在对皮肤角质形成细胞进行治疗时具有趋化作用。这些肽具有促进细胞增殖和迁移到伤口部位的能力，从而加速伤口愈合，促进组织修复过程。有研究评估了从尼罗罗非鱼皮肤经复合酶水解制备的MCPs伤口愈合活性，证明了罗非鱼MCPs可以在体外增强人角质形成细胞的划痕闭合能力，并且罗非鱼MCPs在兔子深部较厚烫伤创面试验中，可有效促进创面愈合[27]。据报道，口服鲑鱼皮MCPs可增强大鼠皮肤伤口的愈合和血管生成[28]。王志聪等[29]从鳕鱼皮中提取的胶原蛋白多肽，能通过增强胃粘膜屏障和降低氧化应激，对大鼠急性胃粘膜损伤具有保护作用。

2.6 调节血压血糖作用

降压肽，又称血管紧张素转化酶（angiotensin converting enzyme，ACE）抑制肽，通常指通过对血管紧张素转化酶抑制作用而具有调节血压功效的肽类。近年来，发现在海洋鱼类蛋白水解物中存在大量降压肽，源于海洋生物的ACE抑制肽已成为当今世界生物医学领域的研究热点。Choonpicharn等[30]研究发现罗非鱼皮肤明胶水解产物能有效清除ABTS自由基并具有抑制血管紧张素-I转换酶的活性，具备抗氧化剂和抗高血压药的功效。有研究从三文鱼明胶水解物获得的ACE抑制肽对自发性高血压大鼠进行干预，其收缩压在4 h内从181 mmHg显著降低至161 mmHg，同时舒张压、心率平均动脉血压也有所降低[31]。有报告显示具有低分子量（<1 kDa）的鱼蛋白胶原肽表现出较高的抗高血压活性，肽的分子量在抑制ACE中起着至关重要的作用[32]。

有学者使用2型糖尿病（T2DM）大鼠模型研究MCPs对葡萄糖代谢和胰岛素抵抗的影响。发现经MCPs治疗的T2DM大鼠葡萄糖和胰岛素水平明显降低，胰岛素敏感性指数显著增高并防止了大鼠体重的减轻，说明MCPs可改善T2DM大鼠的葡萄糖代谢和胰岛素抵抗，这种改善效果可能是由于MCPs通过降低氧化应激，炎症反应以及对葡萄糖运载体4（Glucose transporter 4，GLUT4）和PPAR-α表达的上调作用所介导的[33]。在一项随机对照试验中，T2DM患者被随机分为治疗组和对照组。治疗组的患者连续3个月每天额外补充MCPs，胰岛素敏感性指数和高密度脂蛋白显著低于对照组，MCPs治疗可改善T2DM患者的葡萄糖和脂质代谢[34]。

2.7 其他生理作用

MCPs还具有其他多种生理功能。有实验表明源自鲑鱼鱼皮的MCPs可以通过降低大脑中的氧化损伤和乙酰胆碱酯酶（acetylcholin esterase，AchE）活性以及减少海马神经元的丢失，增加海马磷酸化（p-CREB）和脑源性神经营养因子的表达来促进围产期窒息（perinatal asphyxia，PA）雄性大鼠的长期学习和记忆，有效改善PA雄性大鼠的生理和神经行为发育，具有神经保护作用[35]。近年来，有报道称来源于海洋生物的胶原肽具有潜在的抗HIV病毒活性。一项体内研究表明，从阿拉斯加狭鳕鱼提取的氨基酸序列为Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly-Pro-Hyp-Gly的胶原肽APHCP，能通过抑制人T细胞系中HIV诱导的细胞裂解或HIV感染的细胞与靶细胞之间的融合以抑制合胞体形成，具有强大的HIV-1抑制活性[36]。如今，利用MCPs的独特功能进行骨修复也是一大研究热点。Elango等[37]从鲯鳅鱼骨中获得的分子量约为1 kDa的鱼骨胶原肽，该肽通过上调骨髓间充质干（bone marrow mesenchymal stem，BMMS）细胞的分化，显著提高了BMMS细胞中的胶原蛋白，碱性磷酸酶和骨钙素等成骨生物标志物水平，促进了骨细胞中成骨细胞的生长以及胶原和矿物质合成的上调，具有对老年和更年期妇女骨质疏松潜在防治效果。

3 海洋胶原肽的应用

近些年来，从海洋鱼类的胶原蛋白中获得的低分子量生物活性肽因为具有良好的保湿性、溶解度、吸收性、低变应原性和药理活性，在营养保健食品、食品工业和生物医药行业中有着很高的应用价值。

3.1 营养保健品应用

海水鱼胶原蛋白和胶原蛋白肽与人类胶原蛋白结构具有同源性，通过胃肠道屏障的高生物利用度和有效的生物活性已被广泛用作功能性食品或膳食补充剂[2]。皮肤是人体最大的器官，胶原蛋白、弹性纤维和透明质酸是其主要结构成分。衰老是涉及人体变化的自然过程，随着年龄增长，皮肤的形态、结构和功能逐渐恶化。主要原因在于胶原蛋白和弹性蛋白纤维的减少，促进了皮肤细纹和皱纹的形成。目前，寻找可靠且有效的抗衰老疗法已成为食品和生物医学公司的热点，抑制皮肤衰老的营养保健品的使用正在稳步增长。

胶原蛋白在皮肤中是真皮层的主要组成成分，充足的胶原蛋白可使皮肤保持充盈饱满的状态，有研究表明MCPs充当配体，与成纤维细胞膜上的受体结合，促进皮肤成纤维细胞的增殖，并刺激新胶原蛋白产生[38−39]。继而增强皮肤的水合作用，提高皮肤柔软度并减少皱纹的形成。Kim等[40]对年龄在40~60岁且被诊断为皮肤光老化的女性进行12周的口服MCPs补充剂体内研究，结果表明口服胶原肽可显着改善皮肤的水分、皱纹和弹性，具有抗皮肤光老化效果。有一项临床试验研究，让35~65岁之间妇女口服三个月的包含胶原肽，维生素C的营养补充剂，随后采用高频超声和皮肤活检法进行了临床评估，大多数使用者的皮肤厚度、皮肤紧致度和弹性得到改善[41]。印度Nitta明胶公司采用源于罗非鱼鳞片的胶原肽制成规格为20 mL的饮品，30~60岁的健康女性服用该饮料超过12周后，结果发现通过饮食摄入MCPs可明显减少眼眶周围皱纹，增加面部皮肤水分和皮肤弹性，并且未产生任何副作用或不良事件[42]。综上，MCPs在许多试验中表现出良好的持水、保湿以及抗皮肤老化的能力，在保健食品行业中作为皮肤抗衰老的天然膳食补充剂将具有很大的市场。

3.2 食品工业应用

MCPs具有多样的生物活性，有研究发现其呈现出强大的抗氧化和抗微生物活性。在食品中，脂质氧化发生在含不饱和脂肪酸的食品中，例如肉类、低水分食品、油和坚果。该过程会导致食物变质以及产生潜在的有毒产品。通常，人们会在食物中采用许多合成抗氧化剂，例如丁基羟基甲苯、丁基羟基茴香醚能够抑制食品工业中的过氧化过程。此外，合成抗菌剂和化学食品防腐剂存在着潜在健康风险。近年来随着人们健康意识的提升，天然抗氧化和抗菌剂引起越来越多的关注。从各种鱼类和海洋无脊椎动物群中获得的具有抗氧化和抗菌活性的MCPs，可在食品工业用作食物中抗氧化还原剂和抗菌防腐剂。

MCPs还可用于食品加工中，用作食品补充剂及功能性成分，提升食物的品质与质感。Ibrahim等[43]调查了MCPs作为水牛肉馅饼中脂肪替代品的效果，在肉类产品中使用MCPs可以产生更高的蛋白质含量，更低的脂肪含量，同时具有相似的感官接受性和更好的质地，有潜力在生产低脂肉饼中用作脂肪替代品。鱼胶原肽可以添加到橙汁等饮料中（2.5%），使饮料的营养和功能特性得到改善，让饮品具有更高的蛋白质含量、生物利用度、低粘度以及在水中的高溶解度[44]。

3.3 生物医学应用

组织工程学是再生医学的主要组成部分之一，再生医学利用共同设计的生物材料，细胞进行组织置换。该技术有助于恢复，维持或改善由于受伤、外伤、疾病等原因而损坏或丢失的组织/器官的功能。胶原肽由于具有促进细胞迁移，细胞基质相互作用和组织再生的作用，并且它可支持多种类型的结缔组织，包括皮肤、腱、骨、软骨、血管和韧带，被认为是用于组织工程的合适生物材料[45]。由于MCPs的低分子量和氨基酸成分具有更高的生物利用度,有助于骨骼和关节疾病的治疗，并通过促进胶原蛋白的合成诱导更好的骨整合[46]。有研究从罗非鱼鳞片中提取的MCPs可以诱导原代大鼠骨髓间充质干细胞的多向分化，其中MCPs不仅可以促进细胞活力，而且可以显着上调成骨标志物和内皮标志物的表达，这表明MCPs具有用于骨组织工程的生物材料的潜在用途[47]。有研究报道了水母胶原肽多孔支架，可用于软骨再生并促进人间充质干细胞（human mesenchymal stem cell，hMSCs）增殖，用hMSC进行的细胞毒性试验未显示该支架具有任何细胞毒性作用[48]。

此外，多项研究表明，胶原蛋白可在药物递送系统中用作载体。在药物递送中使用大尺寸材料具有局限性，包括体内不稳定性、不良的生物利用度和溶解性和人体组织的吸收差。现如今，纳米技术在药物释放和递送起着重要作用。利用鱼鳞片和海藻酸钙生产的MCPs来制备直径约400 nm的核壳MCPs螯合钙/海藻酸钙纳米颗粒，能改善钙的吸收，增加大鼠股骨的骨矿物质密度和钙含量，这表明基于MCP的纳米颗粒可能是补充钙的理想载体[49]。使用MCPs治疗与代谢异常有关的医学问题的是一项有前景的新策略。有研究发现MCPs可改善T2DM大鼠模型的葡萄糖代谢和胰岛素抵抗，降低氧化应激生物标志物的表达以及炎性细胞因子和脂肪细胞因子的水平[33]。有一项采用两种商业MCPs产品的临床研究发现，Nutripeptin和Hydro MN肽表现出稳定T2DM患者血糖水平，降低肥胖风险的疗效[50]。以上结果表明，MCPs在医药领域具有作为一种新型的治疗工具的潜力。

4 结论与展望

海水鱼类衍生的蛋白质和肽类由于其多样化的生物活性和天然丰度，越来越引起人们的关注，而且它们来自于未充分利用的海洋自然资源，有极大潜力成为营养保健食品、生物医学行业的重要材料。MCPs是通过化学水解或酶促水解从海洋生物中产生的，被认为是开发健康产品的更安全选择。MCPs可从鱼类加工废料（骨头，鱼鳞和皮肤）中获得，这些副产品的回收利用既可以帮助减少这类废弃物产生的污染，还能将其转变为具有高功能价值的新产品。MCPs由于具有多种生物学特性，包括抗氧化、抗菌、促进组织修复、调节免疫和降血压血糖等作用，加之良好的生物相容性、无毒性和高吸收率，显示出MCPs在食品、保健品行业等产品开发方向上具有广阔的市场。由于其固有的生物活性，肽可用作治疗剂或预防剂。因此，由海洋胶原蛋白生产肽治疗剂是制药工业可利用的有前途的方法。但MCPs中的大多数现仍处于实验阶段，需要就其配方和长期安全性在人群中进行更为深入的研究。