胶原蛋白四大分类及其功能概述
胶原蛋白四大分类及其功能概述
胶原蛋白是动物界中最丰富的蛋白质，占人体总蛋白质的三分之一。它是细胞外基质的主要结构组分，对各种组织的机械稳定性、组织结构和形态起着重要作用。人类已知有28种不同的胶原蛋白类型，具有不同的高级组织结构。其中最普遍的是形成纤维的胶原蛋白；这些蛋白质以独特的层次结构组装，胶原分子呈平行、交错排列，形成长的纤维纳米结构，进而形成更高级别的结构。
胶原蛋白结构
胶原蛋白家族的成员是三聚体。 由三 条 α链组成，每条α链含有(Gly-X-Y)n重复序列，其中X和Y通常是脯氨酸和羟脯氨酸。胶原蛋白通过编码的基因合成，然后经过后翻译修饰和加工成为成熟的蛋白质。形成纤维的胶原蛋白在合成时为前胶原蛋白。 它们至少具有一个胶原或COL结构域，以及非胶原或NC结构域。 前体肽经过处理后，生成的胶原分子组装成有条纹的纤维。每个纤维性胶原分子大约长约300纳米，直径约1.5纳米。在纤维中，胶原分子呈N到C交错排列，形成D周期重复的模式。
胶原蛋白分类及功能
胶原蛋白在脊椎动物和更高等无脊椎动物的基因组中，编码至少45个基因的28种不同的胶原糖蛋白。这些胶原蛋白按照发现的时间顺序被赋予罗马数字（I-XXVIII），根据其结构和功能胶原蛋白可分为四大类。第一类是纤维型胶原包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅺ、ⅩⅣ和ⅩⅩⅦ型，主要在体内广泛分布，其中Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型最为常见。第二类是三螺旋纤维型胶原（FACIT），包括Ⅸ、Ⅻ、ⅩⅣ、ⅩⅥ、ⅩⅨ和ⅩⅫ型，这些胶原不形成纤维，但通过与其他胶原相互作用调节纤 维的组装和大小。第三类是网状型胶原，如Ⅳ、Ⅶ和ⅩⅩⅧ型，Ⅳ型形成纤维状网状结构，Ⅶ型则组装成锚定纤维，连接表皮与真皮。第四类是间断螺旋型胶原（MACITs），包括ⅩⅢ、ⅩⅩⅢ和ⅩⅩⅤ型，这些胶原具有特定的结构域，如跨膜结构域和胞外域，发挥重要的生物学功能。
胶原蛋白的生物合成
胶原蛋白的生物合成可分为细胞内和细胞外2个阶段，在细胞核中，胶原分子的遗传信息由 信使RNA (mRNA)转录到核糖体，以合成包含超过1,000个氨基酸残基的肽链。这些肽链进入内质网（ER），在这里经历羟基化和糖基化修饰。羟基化修饰由脯氨酸羟化酶和赖氨酸羟化酶催化，增强了三股螺旋的稳定性。糖基化修饰则由半乳糖基转移酶和葡萄糖基转移酶介导，有助于纤维的有序排列。修饰后的溶胶原蛋白形成三股螺旋前胶原并分泌至细胞外。在细胞外，溶胶原蛋白经过内切酶的作用，水解N-末端和C-末端的肽链，形成原胶原蛋白。原胶原蛋白在中性pH条件下通过分子间的电荷吸引自动聚合成胶原纤维，但这种聚合是不稳定的，需要赖氨酸氧化酶的催化将赖氨酸转变为醛赖氨酸。醛赖氨酸进一步与组氨酸反应形成醇醛组氨酸，最终与5-羟赖氨酸发生醛胺缩合，形成席夫碱结构，使得胶原微纤维的张力增强，韧性提高，溶解度降低，形成不溶性的胶原纤维。
胶原蛋白应用
胶原蛋白在生物医药领域有着广泛的应用，组织工程和再生医学中，胶原蛋白被用作支架材料，用于促进受损组织的再生，如皮肤、软骨和骨骼组织的修复。胶美容产品和皮肤护理中，用于改善皮肤的弹性和紧致度，减少皱纹和细纹的出现。作为药物的载体或包裹物，可以用于控制释放药物，改善药物的生物利用度和稳定性，提高药物的疗效和安全性。研究发现，ECM基因（核心基质体蛋白包括胶原蛋白）过表达与卵巢癌、肺癌、胃癌和结肠癌患者预后不良相关。一项针对TCGA数据的分析发现，胃癌胶原蛋白基因的体细胞突变率高于背景突变率，且COL7A1基因体细胞突变可预测生存获益。另外，ECM中胶原蛋白可能是抗肿瘤治疗的有效靶点。抗肿瘤细胞因子白介素-2 （IL-2） 和IL-12与胶原结合蛋白lumican （一种控制细胞增殖的富含亮氨酸的小蛋白多糖家族的成员） 融合后，可延长细胞因子在肿瘤内滞留时间，为免疫疗法增效。