《Journal of Applied Polymer Science》：Marine-Derived Type I Collagen From Scyliorhinus canicula: Extraction, Characterization, and Biomedical Applications
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海洋来源的生物材料作为可持续且生物相容的陆地来源替代品已引起越来越多的关注。本研究采用酸溶法从猫鲨（Scyliorhinus canicula）皮肤中提取了I型胶原蛋白（Coll-I），其干重得率为7.08% ± 0.11%。通过结构、热学和形态学分析对提取的
海洋来源的生物材料作为可持续且生物相容的陆地来源替代品已引起越来越多的关注。本研究采用酸溶法从猫鲨（Scyliorhinus canicula）皮肤中提取了I型胶原蛋白（Coll-I），其干重得率为7.08% ± 0.11%。通过结构、热学和形态学分析对提取的胶原蛋白进行了表征。差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）揭示了冻干胶原蛋白的热行为，显示在大约81°C处有一个与脱水相关的不可逆吸热转变，以及在约203°C处对应降解过程开始的高温热事件。扫描电子显微镜（SEM）揭示了其特征性的层状形态。生物相容性实验证实了其对真皮细胞无细胞毒性作用。Coll-I显著促进了成纤维细胞的迁移，在25 μg/mL和12.5 μg/mL浓度下分别实现了98% ± 1.6%和81.99% ± 1.6%的伤口闭合率。它还降低了脂多糖诱导的原代巨噬细胞一氧化氮产生，并通过降低酪氨酸酶活性和细胞内黑色素含量表现出抗黑色素生成活性。这些发现突显了猫鲨来源的胶原蛋白作为一种多功能海洋生物材料在伤口愈合和皮肤化妆品应用中的潜力。
论文解读文章
研究背景与意义
I型胶原蛋白是细胞外基质中最丰富的结构蛋白，为皮肤、肌腱等组织提供机械强度和弹性，因其良好的生物相容性和低免疫原性被广泛应用于医药和化妆品领域。传统上，I型胶原蛋白主要来源于牛、猪等陆生动物，但这带来了人畜共患病传播风险（如疯牛病、口蹄疫）以及宗教文化限制等问题。因此，寻找安全、可持续的替代来源成为研究热点。海洋生物，尤其是常作为副渔获物被丢弃的低值软骨鱼类，如猫鲨（Scyliorhinus canicula），其皮肤是尚未充分利用的胶原蛋白资源。尽管已有研究对猫鲨胶原蛋白的提取工艺进行优化，但缺乏将其理化性质与多种皮肤相关细胞的生物学活性（如抗炎、抗黑色素生成、促伤口愈合）相结合的综合评估。因此，本研究旨在系统地表征猫鲨皮肤来源的酸溶性I型胶原蛋白（Coll-I）的理化特性，并全面评估其在皮肤修复和化妆品领域的潜在应用价值。
研究方法概述
研究人员从突尼斯莫纳斯提尔批发鱼市获取猫鲨皮肤样本。采用酸溶法（0.5 M乙酸）于4°C下提取胶原蛋白，经氯化钠沉淀、透析及冷冻干燥纯化获得Coll-I。利用扫描电子显微镜（SEM）观察冻干胶原的形态；采用热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）评估其热稳定性。生物学评价方面，选用小鼠3T3-L1成纤维细胞、人HaCaT角质形成细胞、B16-F10黑色素细胞和大鼠腹腔原代巨噬细胞四种皮肤相关细胞，通过MTT法检测细胞毒性，并进一步评估其抗炎活性（测定一氧化氮NO产量、溶酶体活性及TNF-α分泌）、抗黑色素生成活性（测定酪氨酸酶活性和黑色素含量）以及促伤口愈合能力（划痕实验）。
研究结果
3.1 提取得率：酸提取的Coll-I得率为7.08%（干重），处于鱼类酸溶性胶原蛋白得率的常见范围内（5.47%–15.5%），高于猪皮（4.53%）和鸭皮（3.14%）。
3.2 扫描电子显微镜（SEM）：冻干胶原蛋白呈现致密的片层状形态，由不规则的片状结构和细小的纤维状元素相互连接构成。
3.3 热重分析（TGA）：热重曲线显示两个明显的质量损失阶段。第一阶段发生在约130°C以下，失重约14.37%，对应水分蒸发；第二阶段从约190°C延伸至450°C，对应胶原蛋白多肽链的热降解，最大降解速率出现在333.5°C。
3.4 差示扫描量热法（DSC）：首次加热扫描显示两个吸热峰。第一个峰位于约81°C（起始温度约25°C），在后续扫描中消失，结合TGA判断为与脱水相关的不可逆结构转变。第二个峰位于约203°C（起始温度约190°C），在所有扫描中均存在，对应于热降解的开始。
3.5 细胞毒性评估：MTT实验表明，Coll-I在所有测试浓度（6.25–100 μg/mL）下对四种细胞均无细胞毒性，细胞活力均高于ISO 10993-5规定的70%阈值。不同细胞呈现特异性反应模式：HaCaT、B16-F10和巨噬细胞在低浓度（6.25–12.5 μg/mL）时活力最高，呈类激素效应；而3T3-L1成纤维细胞则呈现剂量依赖性增殖增强。
3.6 抗炎活性及细胞炎症反应：在LPS刺激的巨噬细胞中，Coll-I（12.5和25 μg/mL）均显著降低了亚硝酸盐浓度（NO的间接指标），其中12.5 μg/mL效果更优（约9.6 μM）。在非刺激条件下，Coll-I降低了巨噬细胞的溶酶体活性，并在3T3-L1成纤维细胞中未诱导TNF-α分泌增加（12.5 μg/mL时甚至显著降低），表明其不引发促炎反应。
3.7 皮肤化妆品潜力：Coll-I显著抑制了B16-F10细胞的酪氨酸酶活性（12.5 μg/mL时降至约30%）和细胞内黑色素含量（25 μg/mL时降至约52%），显示出抗黑色素生成的潜力。
3.8 伤口愈合效果：划痕实验结果显示，Coll-I以剂量依赖方式显著促进3T3-L1成纤维细胞迁移。处理24小时后，25 μg/mL组伤口闭合率达98% ± 1.6%，12.5 μg/mL组为81.99% ± 1.6%，均显著高于对照组（66.62%）。
讨论与结论总结
讨论部分指出，猫鲨皮肤胶原蛋白具有良好的生物相容性，且展现出抗炎（抑制巨噬细胞NO产生）、抗黑色素生成（抑制酪氨酸酶活性和黑色素合成）及促进成纤维细胞迁移（加速伤口闭合）等多重生物学功能。其抗炎活性可能源于抑制iNOS活性和NO生成，而其促迁移效应可能与激活整合素受体（α1β1、α2β1）及盘状结构域受体2（DDR2）等信号通路有关。这些特性使其在组织工程、伤口愈合和皮肤化妆品领域具有应用潜力。
研究结论：总之，从猫鲨皮肤中成功分离并全面表征了I型胶原蛋白。热分析揭示了冻干胶原的特征性行为，包括约81°C处与脱水相关的不可逆结构转变和约203°C处对应于热降解开始的高温热事件。SEM分析确认了特征性的层状形态得以保持，反映了冻干胶原基质的结构组织。体外生物学实验表明，这种海洋来源的胶原蛋白具有生物相容性，并展现出有前景的多功能特性，包括抑制巨噬细胞来源的一氧化氮产生、在伤口愈合实验中增强成纤维细胞迁移，以及通过降低酪氨酸酶活性和黑色素含量减少黑色素生成。总体而言，从猫鲨皮肤中分离的胶原蛋白代表了在组织工程、伤口愈合和皮肤化妆品应用中具有潜力的生物材料。此外，猫鲨皮肤副产物的增值利用有助于海洋来源生物材料的可持续发展，并为传统的哺乳动物胶原蛋白来源提供了环境友好的替代品。
