重组I/III型嵌合胶原蛋白通过增强成纤维细胞活力延缓皮肤衰老的创新研究

《BMC Biotechnology》：Recombinant type I & III chimeric collagen significantly enhances the vitality of fibroblasts and decelerates the skin aging process

本研究针对传统动物源胶原蛋白存在的免疫原性和疾病传播风险，以及重组胶原蛋白溶解度低、活性不足等问题，通过翻译暂停技术成功构建了兼具I型和III型胶原功能域的重组嵌合胶原(DuCol)，在大肠杆菌中实现1.36 g/L的高效可溶性表达。实验证实DuCol能显著促进成纤维细胞增殖、迁移和黏附，刺激内源性胶原合成，在线虫模型中延长寿命并增强抗氧化应激能力，人体试验显示其可有效改善皮肤水分含量和皱纹状况，为抗衰老领域提供了新型安全高效的生物材料解决方案。

　　

胶原蛋白作为哺乳动物细胞外基质中最丰富的蛋白质，占皮肤干重的70%以上，其中I型和III型胶原是维持皮肤结构完整性和功能性的关键成分。然而随着年龄增长和紫外线照射，皮肤胶原降解加速而合成减少，导致皮肤松弛、皱纹形成等衰老现象。传统动物源胶原存在免疫原性、疾病传播风险和品质不稳定等局限，而重组人源胶原虽安全性更高，却面临溶解度差和表达效率低的技术瓶颈。

为解决这一难题，研究人员在《BMC Biotechnology》发表了创新性研究，通过巧妙的分子设计将I型胶原的细胞黏附功能域与III型胶原的增殖迁移功能域进行嵌合，并利用翻译暂停理论优化密码子使用，成功实现了重组嵌合胶原(DuCol)在大肠杆菌中的高效可溶性表达。该研究不仅突破了重组胶原生产的技術瓶颈，更通过多维度实验验证了其显著的抗衰老功效。

关键技术方法包括：采用翻译暂停技术进行密码子优化实现DuCol的高效可溶性表达；通过细胞实验评估其对成纤维细胞增殖(CCK-8法)、迁移(划痕实验)和黏附的影响；利用秀丽隐杆线虫模型进行寿命和抗氧化应激测试；结合双光子显微镜观察小鼠皮肤透皮吸收行为；招募30名中国女性志愿者进行为期56天的人体功效评价。

Construction and expression of DuCol

研究人员通过精准选择I型胶原(COL1A1 2848-3225 nt)和III型胶原(COL3A1 1780-2187 nt)的功能域序列，融合C端前肽结构域，利用核糖体翻译速率预测软件RiboTempo进行密码子优化，使DuCol在大肠杆菌中的表达量达到1.36 g/L。Western blot验证显示优化后的序列不仅表达量显著提高，且通过C端前肽介导形成了正确的二聚体和三聚体结构。

DuCol promotes cell proliferation, migration and adhesion

细胞实验表明，浓度超过1 μg/mL的DuCol可显著促进NIH/3T3细胞增殖，在5 μg/mL浓度下，其促进细胞迁移的能力(伤口愈合率>60%)显著优于传统牛源胶原。细胞黏附实验进一步证实DuCol能提供更优越的细胞黏附界面，完美整合了I型和III型胶原的生物活性特征。

DuCol promotes expression of type I& III collagen in fibroblasts

Western blot分析显示，DuCol能以浓度依赖方式上调内源性I型和III型胶原表达。在12.5 μg/mL处理下，III型胶原表达增加1.7倍；50 μg/mL处理时，I型胶原表达提升3.4倍，证实其具有促进细胞自我合成胶原的双重功能。

DuCol prolonged the lifespan of C. elegans

在线虫模型中，DuCol处理使平均寿命延长21.13%，最大寿命延长12.33%。同时显著改善运动能力，在氧化应激(H₂O₂和百草枯)条件下，处理组线虫存活时间分别延长37.34%和30.00%，表明其具有系统性的抗衰老作用。

DuCol permeates the dermis of the skin to increase collagen fiber synthesis

荧光标记示踪显示DuCol在1.5小时即可穿透表皮到达真皮层，并显著增强内源性胶原纤维信号。透皮实验和免疫组化证实其通过细胞间隙和毛囊途径渗透，最终定位于成纤维细胞周围及内部。

DuCol increases the moisture content of the skin and reduces the appearance of wrinkles

人体试验数据显示，56天使用后皮肤经皮水分流失(TEWL)从13.4 g/h·m²降至11.6 g/h·m²，角质层含水量显著提升。鱼尾纹和眼下皱纹的数量、体积、面积和长度在14天即出现显著改善，且效果持续至实验结束。

该研究创新性地通过翻译暂停技术解决了重组胶原表达难题，获得的DuCol兼具I/III型胶原优势功能，其独特的透皮吸收能力和双向调节作用(直接补充+促进内源合成)为抗衰老领域带来了突破性进展。研究从分子设计、体外功能、动物模型到人体试验形成了完整证据链，为重组胶原的临床应用奠定了坚实基础，不仅为化妆品行业提供优质原料，更在组织工程和再生医学领域展现广阔前景。