骨胶原蛋白代谢研究

概述^[1]

胶原蛋白是一种纤维蛋白，主要存在于动物的皮、骨、软骨、肌腱、韧带和血管等组织中，发挥支撑器官和保护机体等多种作用。胶原蛋白因具有良好的成膜性和生物兼容性在医学、食品和化妆品等领域获得广泛的应用。在医学上已用于人工皮肤和胶囊的制备以及血管、食管、心脏瓣膜、创伤及烧伤的修复和止血剂的开发等。骨细胞中的骨胶原蛋白是羟基磷灰石的黏合剂，其与羟基磷灰石共同构成了骨骼的主体。骨胶原蛋白在骨骼中主要分布于骨松质，胶原蛋白含量增加，可使骨小梁变厚，韧性增加。胶原就像骨骼中的一张充满小洞的网，它会牢牢地留住就要流失的钙、磷等矿物质。胶原蛋白的特征氨基酸羟基脯氨酸是运输钙到骨细胞的运载工具。

骨胶原蛋白代谢研究^[2]

正常骨代谢的主要形式是在破骨细胞的作用下不断吸收旧骨，而在成骨细胞作用下，又再合成新骨，这种骨吸收和骨形成的协调活动形成了体内骨转换的稳定状态，而骨吸收过多或形成不足引起平衡失调的最终结果会导致骨量的减少和骨微细结构的变化，就会形成骨质疏松。激素水平、运动方式、运动强度、脂肪含量等都会影响到机体的骨代谢，而骨胶原蛋白做为骨中有机质的主要组分和无机矿物质沉积的载体，其代谢平衡将直接影响到骨代谢稳定状况。

国内外很多研究发现，与年龄相关的松质骨微体系结构性退变和胶原蛋白交联浓度的改变可导致骨骼脆性增加。在去卵巢小鼠个体中，骨胶原蛋白纤维被随机排列，其结构与正常纤维相比发生较大变化，所有去卵巢小鼠的骨胶原纤维直径明显小于对照组)。大鼠去卵巢后引起的骨中胶原蛋白纤维形成和稳定性失去平衡，引起骨质疏松。同时去卵巢鼠骨中胶原蛋白纤维被随机排列，其结构与正常鼠纤维相比被扰乱。

以上动物实验表明，去卵巢可引起动物体内雌激素分泌减少，影响骨中有机质合成和钙、磷等矿物质沉积。在人体中，发生骨质疏松与否的主要差异是骨基质中胶原蛋白转录后调节，即交联稳定和胶原蛋白的羟化。饮食中摄取较多的水解胶原蛋白可提高成骨细胞活性，有助于骨量增加并且水解胶原蛋白在骨重塑和增加股骨皮质区外部直径中起到重要作用。

制备^[2-3]

除了以禽类及鱼类加工副产物作为提取原料外，胶原蛋白通常是从畜类动物的皮和骨中获得。

1.骨原料的预处理

除胶原蛋白外，动物骨中还含有油脂、多种矿物质和其他杂质，因此在被用于提取胶原蛋白之前必须进行预处理。先剔除动物骨上残留的肉质和肌腱等杂物，粉碎后用正丁醇或正己烷萃取出骨油。最后除去骨中无机物以提高胶原蛋白的得率。Moy等以30～50g/L盐酸溶液在8～10℃下处理动物骨20～200min，发现其适宜的脱盐时间为120min；研究发现，可用0.5～0.6mol/LHCl溶液在室温或4℃下对骨料进行脱盐处理。此外，TakeshiNagai等用EDTA溶液(pH7.4)浸泡骨料5d，可有效脱去骨料中的羟基磷灰石。因此，稀酸或EDTA溶液可用于除去骨中的矿物质。

2.骨胶原蛋白的提取

酸法或碱法：提取一定浓度的酸液或碱液可以使骨胶原蛋白发生部分降解，然后释放到溶剂中。通常的做法是将适当浓度的酸液或碱液按一定料液比加入到经过预处理的骨粉中，于0～25℃搅拌提取一定时间。在采用酸法或碱法进行胶原蛋白的提取时，注意提取温度不宜过高，以免胶原蛋白的生物活性发生破坏。采用0.5mol/L醋酸溶液于室温下(22～23℃)提取骨胶原蛋白；分别采用醋酸-盐酸的混合酸液(pH3.0)和NaOH溶液(pH12.0)提取骨胶原蛋白，发现该两种提取液溶剂均可有效地提取胶原蛋白；MariaSadowska等[16]用0.5mol/L柠檬酸在室温下提取骨胶原蛋白，其提取率略低于醋酸提取。酸法或碱法提取胶原蛋白不仅容易影响胶原蛋白的生物活性，而且提取后产生的酸性或碱性废液必须进行适当处理，才不会对环境造成污染。

3.胶原蛋白的分离纯化

可用于胶原蛋白的分离纯化方法包括盐析法、透析法、离心法、电泳法和色谱法，其中盐析法、离心法和电泳法最为常用。由于单一方法难以完全分离纯化胶原蛋白，实际操作都是通过复合法来达到分离纯化胶原蛋白的目的。盐析法一般采用高浓度NaCl；离心法常选用制备型低温超速离心机；电泳法多采用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳法(SDSPAGE)，该法既可用于胶原蛋白的分离纯化，还可用来测定胶原蛋白分子的相对分子质量。

主要参考资料

[1] 运动与骨胶原蛋白

[2] 骨胶原蛋白的制备及性能表征研究进展

[3] 胶原蛋白的制备及用作生物医用材料的研究进展