基于天然弹性蛋白启发的融合肽与角蛋白相互作用增强受损头发性能的研究

针对化学烫染导致的头发损伤问题，研究人员开展了肽-角蛋白相互作用增强头发性能的研究。通过分子对接和动力学模拟揭示非共价键作用机制，发现KP::Resilin(1)能显著恢复受损头发的力学性能（Young's modulus）和热稳定性（α-helix denaturation temperature），同时具备色彩保护功能，为开发可持续生物灵感化妆品提供了新策略。

　　

头发作为人体皮肤的重要附属器官，其健康状态直接影响个人形象与自信心。然而在日常生活中，烫发、染发、漂白等化学处理以及高温造型等物理操作，都会导致头发纤维结构的严重损伤。这些损伤主要体现在分子层面——头发角蛋白中关键的化学键被破坏：离子键、二硫键和氢键的断裂会导致头发力学强度下降、热稳定性降低以及保湿功能减弱。其中二硫键（disulfide bonds）的破坏尤为关键，这类共价键为头发提供长期的结构稳定性和弹性恢复能力。当胱氨酸（cystine）在漂白过程中被氧化成两个游离的半胱氨酸（cysteic acid, CYA）时，头发的热力学稳定性显著降低，更易受高温损伤。

针对这一问题，生物灵感多肽（bioinspired peptides）修复技术应运而生。这类多肽通过模拟天然结构蛋白（如蚕丝、弹性蛋白、胶原蛋白等）的特殊序列，能与受损角蛋白建立多种化学相互作用，从而恢复头发性能。在这项发表于《Cell Reports Physical Science》的研究中，Carvalho等人设计了一系列融合肽（fusion peptides），将角蛋白肽（Keratin Peptide, KP）与不同弹性蛋白模体（如Resilin、Abductin等）融合，系统评估了它们对受损头发的修复效果。

研究人员采用多参数分析方法，结合实验测量和计算机模拟，对12种新型融合肽进行了全面评估。通过Young's modulus测定、湿式差示扫描量热法（wet-DSC）、分子对接（docking）和分子动力学（MD）模拟等技术，发现KP::Resilin(1)（序列：GGVCGPSPPCITTGARRSSPGYAGPGGGN）表现最为突出，能显著提高头发的力学强度和热稳定性，同时还展现出优异的色彩保护功能。

关键技术方法包括：1）使用三次漂白循环制备受损头发模型（OBC3）；2）通过尺寸排阻色谱（SEC-UV）分析多肽与角蛋白模型的相互作用；3）采用傅里叶变换红外光谱（micro-FTIR）分析头发二级结构变化；4）利用分子对接和分子动力学模拟研究肽-角蛋白相互作用机制；5）通过荧光显微镜观察多肽在头发横截面中的渗透分布。实验所用头发样本为亚洲人来源的原始头发，经过标准漂白处理获得受损模型。

多参数分析揭示肽特性与头发性能的关联

通过主成分分析（PCA）对多肽的分子量（MW）、等电点（pI）、疏水性（GRAVY）等本征特性与头发力学、热学性能改善效果进行关联分析。结果显示KP::Resilin(1)、KP::Linker1(5)和KP::Silk(2)等低分子量多肽（MW<3,000 Da）与Young's modulus和角蛋白α螺旋变性温度高度相关。这些多肽能更好地渗透到头发皮质层，通过建立共价和非共价键相互作用改善纤维性能。Ellman assay证实KP::Resilin(1)能与头发建立二硫键，使游离巯基含量降低3.3%。

多肽在受损头发中的渗透特性

荧光显微镜观察显示，11种多肽能穿透头发角质层到达皮质层甚至髓质。高分子量多肽（>3,000 Da）如KP::Linker4(15)和KP::Elastin(6)主要积聚在角质层，而低分子量多肽如KP::Resilin(1)、KP::Silk(2)和KP::Linker3(5)能在整个头发横截面均匀分布，这表明分子量是影响多肽渗透能力的关键因素。

分子对接与动力学模拟揭示相互作用机制

分子对接显示所有多肽与含CYA的损伤角蛋白模型都具有高结合评分，其中KP::Resilin(1)得分达-195.22，能形成7个氢键。分子动力学模拟证实肽-角蛋白复合物稳定性良好，氢键数量在模拟过程中保持或增加。径向分布函数（RDF）分析表明KP::Resilin(1)与角蛋白表面的距离最近（0.15-0.30 nm），表明其能建立紧密的氢键或离子相互作用。特别值得注意的是，KP::Resilin(1)与CYA的相互作用概率最高，这解释了其在受损头发修复中的优异表现。

KP::Resilin(1)与角蛋白模型的化学相互作用

SEC-UV分析显示，在90°C孵育1小时后，单独存在的KP和KP::Resilin(1)氧化率分别从9.6%升至82.5%和从1.3%升至46.3%，而当与角蛋白模型肽（KeraPep）共同孵育时，氧化被显著抑制（分别为12.1%和6.3%），表明多肽与角蛋白之间存在化学相互作用。色谱图中10.62分钟处的新峰可能对应多肽-KeraPep结合物，间接估算的结合率分别为10.3%（KP）和7.6%（KP::Resilin(1)）。

KP::Resilin(1)的热保护与色彩保护能力

micro-FTIR分析显示，经热损伤后，未处理头发的α螺旋含量减少3.6%，β折叠结构增加8.8%，而KP::Resilin(1)处理能维持α螺旋含量仅变化6.7%，表明其对头发二级结构具有保护作用。在色彩保护方面，经210°C热处理10、20和30秒后，未处理羊毛的色强度（%WSUM）下降至约70%，而KP::Resilin(1)处理组保持94%以上，证明其具有显著的色彩保护效果。

研究结论表明，KP::Resilin(1)通过其独特的氨基酸组成（富含甘氨酸和脯氨酸提供柔韧性，酸性碱性氨基酸形成离子相互作用）与受损头发角蛋白建立多种化学键（二硫键、氢键、离子键），能有效恢复头发的力学性能和热稳定性，同时提供色彩保护功能。这种生物灵感多肽为开发更安全、可持续的头发化妆品提供了新思路，减少了对合成成分的依赖，同时降低了产品生命周期对环境的影响。该研究的创新之处在于将天然弹性蛋白的特性与角蛋白特异性结合能力相结合，为头发修复领域带来了突破性进展。