译者｜Saffy

编辑｜夏天

1、成纤维细胞合成胶原蛋白

胶原蛋白构成了维持健康皮肤所必需的支撑性基质，是决定皮肤紧致度和弹性的关键因素之一。Ⅰ型胶原蛋白是皮肤中含量最高的胶原类型，占皮肤胶原蛋白总量的 80%–90%，主要由成纤维细胞合成，这是一种位于真皮层的间充质来源细胞。成纤维细胞还合成弹性蛋白，该蛋白赋予皮肤可延展性：其长距离变形能力使皮肤得以拉伸，随后通过回弹机制使组织恢复至原有构型，从而维持皮肤的弹性与韧性[图 1]。此外，成纤维细胞的代谢活动还包括糖胺聚糖（glycosaminoglycans, GAGs）的合成，这些 GAGs 为长链、无支链的杂多糖，其中皮肤中含量最丰富的是透明质酸及硫酸皮肤素。GAGs 兼具高黏度、高吸湿性和低可压缩性，这些独特理化性质使其在维持皮肤必需水分含量等方面发挥关键作用。

图1 真皮层胶原纤维的生成过程。

成纤维细胞将前胶原纤维分泌至细胞外基质，并在此进一步聚合形成更大的胶原束；同时，弹性蛋白也被分泌并组装入以胶原为基础的大分子结构中。

成纤维细胞对其所嵌入的细胞外基质（ECM）的物理张力及多种生化刺激和信号通路均极为敏感，这些因素均可诱导成纤维细胞的激活与增殖。低分子量、可扩散的配体可与成纤维细胞膜外表面的受体结合，从而启动细胞内激活程序；同时，ECM 中的物理张力可直接作用于机械感受器及细胞内固有的细胞骨架锚定纤维，触发介导细胞-ECM 通讯的信号通路。成纤维细胞的激活表现为胶原蛋白、弹性蛋白及相关GAGs合成水平的显著升高。

许多抗衰老策略均以影响成纤维细胞对ECM组分的合成为靶点。能够调节成纤维细胞增殖与激活的配体种类繁多，包括生物活性肽、抗氧化剂、类视黄醇、维生素、ω-6 与 ω-3 脂肪酸、生长因子、羟基酸，以及种类繁多的植物提取物。这些成分大多具备一个共同特征：无论直接还是间接，它们均可调控胶原及其他 ECM 组分的生成。

自成年早期起，成纤维细胞活性逐渐降低，胶原合成量以每年约 1.0%–1.5% 的速度递减。吸烟等生活习惯及紫外线暴露等外部因素可进一步加剧这一过程。持续的日光与污染暴露，加之机体清除自由基效率下降，均会加重皮肤损伤。大量研究表明，口服摄入胶原肽（及其他活性成分）后，这些分子可随循环分布于全身，包括成纤维细胞所在部位，从而刺激成纤维细胞增加胶原、弹性蛋白及透明质酸的合成，进而使皮肤及其他组织恢复活力。该机制是长期补充剂使用后临床研究观察到胶原合成显著增加、皮肤弹性与含水量随之改善的关键基础。

Edgar 等人最近的一项体外研究表明，水解胶原肽可显著促进成纤维细胞合成胶原和弹性蛋白，同时显著抑制两种胶原酶——基质金属蛋白酶-1（MMP-1）和 MMP-3 的释放。该研究主要探讨了胶原肽与水解胶原营养补充剂 Gold Collagen® Forte 中所含其他成分（包括糖胺聚糖和抗氧化剂）之间的相互作用，并评估其对正常人原代真皮成纤维细胞功能的影响。实验比较了单独添加胶原肽或与多种生物活性及抗氧化成分联合添加的效果，并与单纯培养基进行比较。结果显示，胶原与弹性蛋白合成增加的同时，MMP 酶活性降低。MMP 酶负责细胞外基质降解及弹性蛋白分解，其活性升高与紫外线照射及活性氧自由基对 ECM 的损伤密切相关。上述数据为胶原类营养补充剂改善皮肤特性的作用提供了基于细胞的科学依据，提示口服摄入后有望增强真皮成纤维细胞来源的稳定 ECM 的形成。

2、胶原纤维的形成与表征

人体共表达约 28 种不同形式的胶原，其分子生物学、生化特性以及细胞外基质的结构与构筑特征已由 Shoulders 等人详细综述，并由 Kadler 等人作简明概述。该蛋白家族既包含成纤维型，也包含非成纤维型；然而与皮肤结构和生理功能密切相关的主要为成纤维型胶原，尤以Ⅰ型和Ⅲ型为主（罗马数字表示发现顺序）。每一型胶原均由一组基因编码，其基因座以缩写“COL”命名，后接胶原类型及其组成链的标注，如 COL1A1 指Ⅰ型胶原的 α1 链。Ⅰ型胶原作为原型且含量最丰富的成员，具有长链三股螺旋结构，由两条相同的 α1(I) 链和一条 α2(I) 链构成异源三聚体 [图 2]。该蛋白的主要结构特征为三股多肽链形成的三股螺旋，其典型氨基酸序列为 (Gly-X-Y)_n，沿纤维结构重复出现；其中 Gly 为甘氨酸，X 和 Y 常为脯氨酸或羟脯氨酸等氨基酸。

图2 胶原纤维的形成。

胶原基因在成纤维细胞内转录为RNA，并翻译为蛋白质；随后发生翻译后修饰，三条α链在C端结合。三条链通过交联紧密连接并得到稳定。该三聚化过程促使α链进一步组装成纤维。

编码胶原 α 链的基因在成纤维细胞内质网中经转录生成 RNA，并翻译为蛋白质，随后在分泌囊泡内进行加工。三条 α 链首先于 C 端结合，启动三股螺旋的形成，该过程以拉链式从 C 端向 N 端延伸 [图 2]。通过此三聚化反应，α 链组装为前胶原（procollagen），后者进一步聚合成胶原纤维。随后，三股螺旋结构被分泌至细胞外基质（ECM），在此发生翻译后修饰，N 端与 C 端前肽被剪切去除 [图 3]。

图3. 胶原蛋白合成、分泌到细胞外基质（ECM）以及交联。

胶原蛋白在成纤维细胞内质网的核糖体上翻译为蛋白质。在三条螺旋链编织成前胶原之前，会发生羟基化和糖化。分泌到ECM后，N端和C端被切割，原胶原单位可以组装成更大的结构，这些结构通过赖氨酸醛衍生物与对应链上的羟赖氨酸之间的交联残基结合在一起。

胶原序列中富含脯氨酸（更准确地说是亚氨基酸，因其仲胺结构形成旋转受限的刚性环，赋予结构独特稳定性）与赖氨酸，使这两种残基得以发生一系列翻译后修饰，尤其是脯氨酸与赖氨酸的羟化。赖氨酸羟化后，可介导纤维间的交联，使该不溶性蛋白获得独特性能，包括热稳定性、机械强度以及适于形成螺旋纤维的三维结构，从而终生承受多种机械与生物学应力仍保持韧性 [图 3]。

Ⅰ型胶原广泛分布于皮肤、肌腱、血管、脏器及骨骼（其有机部分主要由Ⅰ型胶原构成，该支架随后矿化，形成强度高于钢、却足够轻便以支持敏捷活动的结构）。Ⅱ型胶原主要存在于软骨中，其光滑度远超玻璃，摩擦系数极低，且在高压力下既不易脆裂也不产生裂纹。Ⅲ型胶原常与Ⅰ型胶原共同存在，在皮肤胶原总量中约占15%，为由三条相同α1肽链构成的同源三聚体。

胶原纤维交织成广泛而坚韧的网络，为真皮层提供强度、紧致度和弹性。如图 4 所示，单根胶原纤维直径通常可达 3 μm，具有典型的螺旋卷曲结构。胶原纤维本质上由更细的胶原原纤维束构成；这些原纤维直径约 10–300 nm，长度可达数微米。每一根胶原原纤维又是由三股螺旋胶原分子（直径约 1.5 nm，长约 300 nm）汇聚而成的束状结构。这种三股螺旋的卷曲构型在立体动力学上极为有利，使各链能够紧密交织，形成极其坚固并能于组织中稳定存在多年的结构。

图4. 胶原纤维束的组织结构。

单个α链通过拉链机制编织成三螺旋结构。三螺旋结构束形成纤维，这些纤维进一步聚集成更大的纤维束。

纤维的形成依赖于与其他细胞外基质（ECM）组分（包括弹性蛋白和糖胺聚糖）的相互作用。除透明质酸（HA）外，所有糖胺聚糖均在正常生理条件下通过静电作用与胶原结合。据此推测，蛋白聚糖-胶原相互作用可直接调控胶原纤维的原位沉积，但相关机制仍有待进一步阐明。因此，蛋白与糖胺聚糖的相互作用决定了胶原基质的合成、分泌及形成，而结缔组织的渗透平衡则由透明质酸和硫酸皮肤素等糖胺聚糖的快速周转所维持。

非侵入性成像系统可用于皮肤胶原的可视化与定量分析。根据研究目的及试验设计（如检测皮肤或肌腱胶原、测试部位为手臂或面部、所需空间分辨率 µm 级、灵敏度及测量深度为乳头层或网状层等），临床研究可选用不同超声设备。推荐用于皮肤成像的频率范围为 20–25 MHz。随着分辨率技术的进步，共聚焦显微镜在真皮组分的可视化与精确定量方面已变得极为重要。多光子显微镜（MPM）与反射式共聚焦显微镜（RCM）在皮肤微形态成像中显示出良好前景。RCM 已成为分析活体人皮肤细胞图像的关键工具，可精确评估细胞大小、核大小、角质形成细胞形态（随年龄或炎症而愈发不规则）等细胞参数，并诊断胶原纤维类型的形态特征。在真皮中，胶原类型按纤维分级，分为低反射与高反射两种结构：前者提示纤维强度与清晰度不足，难以分辨单根纤维；后者则表现为定义明确、纤维状特性突出的胶原纤维。进一步将胶原描述为纤细网状、粗大、聚集或卷曲等类型，可对皮肤胶原及其随生命阶段变化进行更为详尽的刻画。

在一系列精巧的研究中，Ueda 等人将多光子显微镜（MPM）成像与双轴组织拉伸技术相结合，展示了 36–75 岁男女受试者网状真皮层胶原纤维在体的三维构筑。组织样本取自重建手术。该技术可在纤维紧密缠绕至伸展或扩张构象的不同状态下，实现对纤维结构的高分辨成像。结果显示，网状真皮内存在相对粗大、呈特征性波浪形态的胶原纤维，虽致密排列，但仍清晰可辨为交织结构，并具有水平层状排列。进一步观察发现，真皮结构随深度而异：深部网状真皮胶原纤维更粗，而真皮中部区域的纤维排列更为致密。这些发现正推动我们对胶原在决定人类皮肤柔韧性的基本机制的理解。

胶原蛋白的生成最初始于妊娠早期第 5 周左右的胚胎期，此时可于发育中的胎儿观察到纤细的胶原原纤维。在随后的发育过程中，胶原基质持续增多，并以更大的原纤维组装成更粗的纤维束。早在妊娠 15 周时，即可分辨出真皮乳头层与网状层的明确区域。

I 型胶原含量约占全期胎龄胶原总量的 70%–75%，III 型胶原约占 18%–21%。与成人皮肤相比（I 型胶原约 85%–90%，III 型胶原约 8%–11%），胎儿皮肤 I 型胶原比例较低，而 III 型胶原比例升高。该差异被认为反映了胎儿发育过程中对胶原生成的更高需求，以支持血管与神经系统的构建。研究显示，胶原纤维合成所需酶的活性随年龄而异；例如，羟化酶与葡萄糖基转移酶的活性在胎儿皮肤中达峰值，并在幼儿皮肤中维持高于成人的水平。

在儿童期，自青春期前生长阶段至性激素驱动的青春期变化，胶原处于快速且广泛的周转状态。目前关于青春期前与青春期个体胶原生成的研究多聚焦于 I 型胶原，其作为有机支架基质经矿化后参与骨骼发育。胶原持续合成并沉积于细胞外基质（ECM），继而被酶（尤其是基质金属蛋白酶，MMPs）降解，形成维持生长的动态平衡。发育期胶原周转迅速，至成年期趋于静止，而在晚年再次加速，以代偿时序老化与光老化所致累积性损伤。因此，胶原的合成与降解是受精密调控且生化机制复杂的过程，对组织发育、损伤后修复及不同解剖与生理系统的组织稳态均至关重要。

皮肤衰老源于一系列彼此分化的过程，这些过程影响皮肤的多种组分，进而改变其外观。皮肤衰老主要有两大机制，即内源性（intrinsic）与外源性（extrinsic）衰老。内源性过程主要由遗传及激素变化调控，而外源性因素则包括吸烟、饮酒、长期日晒、压力及其他多种因子。外源性衰老皮肤的临床特征表现为细纹出现与皱纹加深、回弹能力下降、皮肤脆性增加，以及黑素生成与皮肤色素沉着的改变。

皮肤中胶原类型的比例随年龄而变化。年轻皮肤由约 80% 的 I 型胶原和约 15% 的 III 型胶原构成。随年龄增长，胶原的自然更新能力以每年约 1.0%–1.5% 的速度递减。这一胶原减少是出现细纹及更深皱纹的典型特征之一[图 5]。此外，在真皮深层，作为细胞外基质主要组分的纤维状胶原、弹性纤维及透明质酸均发生显著的结构与功能改变。

图5. 皮肤胶原含量在 20 至 30 岁间达到峰值，此后胶原（及其相关 ECM 成分如弹性蛋白和糖胺聚糖）逐渐耗损并减少。胶原的减少与外观改变——即通常所称的细纹与皱纹——呈现显著相关性。

胶原蛋白与弹性蛋白均为稳定蛋白，其半衰期以年计（皮肤胶原半衰期 ≈ 15 年），因此易于遭受长期细胞应激。就胶原束而言，由于各原纤维紧密堆积，大部分胶原蛋白实际上处于不可及状态。即使在胶原束的外层，蛋白质亦通过化学交联与束内纤维相连，难以被蛋白酶直接切割。这凸显了 MMP 酶的重要性：它们能够切断胶原三股螺旋，使纤维暴露于降解酶并进入细胞再循环。

在 MMP 家族中，胶原酶负责执行第一步降解：将胶原纤维切割为特征性的 ¼ 和 ¾ 片段[图 6]。依据 Lauer-Fields 模型，切割发生于紧密三股螺旋区（富含亚氨基酸）与松散三股螺旋区（亚氨基酸含量低）的交界处；在该位点，酶可解开三股螺旋链，并对单链启动水解。此初始步骤完成后，其他蛋白酶继续降解胶原纤维，包括明胶酶（MMP-2）、丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶及天冬氨酸蛋白酶。

图6. 胶原酶（亦称基质金属蛋白酶，MMP）结合并局部解旋三股螺旋结构，使暴露的肽键得以随后水解。该酶优先作用于 I 型胶原的 α2(I) 链，并依次切割 3 条 α 链，最终产生特征性的 3/4 和 1/4 片段。

胶原纤维随时间累积损伤，致使其功能逐渐下降。内源性衰老皮肤通常表现为真皮萎缩，胶原纤维、弹性蛋白及透明质酸的密度均显著减少。除密度降低外，与年轻健康皮肤相比，衰老皮肤中的胶原及弹性纤维排列紊乱且形态异常。随着胶原水平开始下降，胶原结构愈发脆弱易碎，导致皮肤结构支撑减弱。皮肤失去体积与紧致度，逐渐变薄并出现皱纹。胶原生成的减少亦伴随透明质酸的流失，进一步影响皮肤的水合能力与柔韧性。

Sibilla 等人的研究显示，受试者胶原含量于 25–34 岁达到峰值，其后呈逐步下降趋势，经 40年累计下降约 25%（25–34 岁胶原评分 73.28 ± 14.3，65–74 岁降至 55.3 ± 13.1，n = 64，图 7）。衰老皮肤中胶原的减少已通过多种方法学手段加以测定，所得结果总体一致，支持胶原流失为皮肤外观随年龄退化的关键决定因素这一假说。

图7. 皮肤胶原含量在约 25 岁前持续上升，随后于数十年间逐步下降。

与时间衰老相关的激素水平变化以不同方式影响机体各部位。青春期激素波动常使青少年出现痤疮，其机制涉及激素、皮脂和常驻菌的相互作用，并伴随炎症、红肿及丘疹。痤疮临床表现可极为严重，造成皮肤瘢痕。瘢痕修复需进行组织重塑，包括重塑以胶原为基础的细胞外基质 (ECM)，以修复长期炎症及组织萎缩所带来的损伤。

激素水平升高伴随皮脂腺活性增强，尤以雄激素增多为甚，导致皮脂分泌过剩。进入成年早期后，激素水平开始下降，痤疮症状随之减轻；然而面部病变仍可贯穿整个成年期。女性成年后痤疮常周期性复发，尤以月经期明显，多囊卵巢综合征（PCOS）患者更为严重。该内分泌疾病干扰月经周期，并可显著加剧痤疮。大多数女性的痤疮困扰可持续至绝经期，此时雌激素水平迅速下降。

多项研究表明，遵循健康均衡饮食有助于痤疮治疗，尤其富含维生素 A、D、B3 与 B5 的食物，可通过抗炎作用减轻炎症、皮损及瘢痕。烟酰胺（维生素 B3）因其抗炎特性常用于缓解红肿，并可调节皮脂腺的油脂分泌；此外，烟酰胺还能调控肤色，淡化皮肤印记，减轻色素沉着外观。临床研究显示，健康成人轻至中度痤疮患者每日口服泛酸（维生素 B5）补剂，8 周和 12 周后总面部痤疮及瑕疵数目均较安慰剂对照组显著减少。维生素 D（25-羟维生素 D₃）缺乏与痤疮皮损严重程度增加相关，而每日口服 1000 IU 胆钙化醇补充 2 个月可缓解该现象。

妊娠和产后期间胶原蛋白合成与降解的变化有助于理解ECM重塑中的胶原蛋白更新。胶原蛋白和弹性蛋白在妊娠期间显著增加，随后在复旧期间迅速下降。孕妇可能会经历许多皮肤结构的变化，包括皮肤拉伸和脱发（可能发生在产前或产后），而产后皮肤弹性需要通过紧致腹部皮肤来恢复。随着孕周增加，腹部、臀部、大腿和乳房周围的皮肤扩张，许多女性会出现妊娠纹。妊娠纹在后期很常见，影响高达90%的孕妇，这取决于皮肤的粘弹性张力。在妊娠期间，激素通过削弱胶原纤维间的交联使其软化，从而增加妊娠纹的形成。产后腹部皮肤松弛非常普遍，且多难以完全恢复至原有弹性。

其他类型的膨胀纹为跨越皮肤的线状或条纹状损害，通常较窄，可呈粉红、红色或紫色。其初发时色泽较深，随时间推移逐渐变淡，最终在皮肤上留下苍白的痕迹与条纹。最常受累的部位为腹部、乳房及大腿。膨胀纹亦可因突然生长、体重增加（如肥胖）或青春期而诱发。

孕期及产后（尤其是哺乳期）补充胶原蛋白，可在机体经历剧变的关键时期提供重要支持：维持皮肤的水润与弹性结构，使其更加健康强韧，尤以产后为甚。此外，其对关节、韧带及肌肉亦有多重益处，可在妊娠期帮助承托胎儿，并缓解肌肉酸痛与损伤。

自 1941 年 Albright 等的开创性研究以来，皮肤萎缩、女性绝经状态与骨质疏松患病率之间的关联已被广泛探讨。研究显示，随着雌激素浓度下降，皮肤厚度及胶原含量均随之降低。绝经相关症状包括潮热、失眠、皮肤弹性下降、皮肤水合减少、静脉曲张、脂肪团及认知功能受损。这些症状可引发沮丧情绪，并对生活质量产生负面影响。相比之下，男性的睾酮水平呈缓慢下降趋势（对胶原含量影响较小），因此在相似特征与年龄条件下，其症状较女性为轻。多项研究支持雌激素在绝经后女性中的抗衰老作用，证实其可增加皮肤胶原含量、厚度、弹性及水合，并促进创面愈合、减少创面并发症。

在对绝经期皮肤胶原含量的研究中发现，绝经后前 15–18 年内，胶原含量平均每年下降 2.1%，皮肤厚度每年减少 1.13%。另一项纳入 65 名年龄及月经周期状态各异女性的研究显示，绝经后女性胶原含量降低[图 8]。结果显示，绝经女性胶原评分（Percent Collagen Score = 59.8 ± 18.1，n = 27）低于绝经前受试者（Percent Collagen Score = 67.9 ± 12.1，n = 38）。值得注意的是，研究期间月经周期规律与否与胶原评分并无直接关联（规律月经组：67.4 ± 12.5，n = 25；不规律月经组：68.9 ± 11.7，n = 13）。

图8. 对于月经周期规律或不规律的女性，皮肤中的胶原蛋白含量没有明显差异。然而，对于绝经后的女性群体，趋势显示皮肤中的胶原蛋白含量大约减少了13%。

研究人员已经探索了使用雌激素相关疗法来改善皮肤状况的创新策略。尽管雌激素对皮肤的作用机制尚未完全阐明，但已知女性雌激素水平下降与多种皮肤改变相关，而这些改变多数可通过补充雌激素样物质得到逆转或改善。激素替代疗法（HRT）是一种缓解绝经期症状的治疗手段，通常联合使用雌激素与孕激素，以替代随绝经进展而降低的全身激素水平。HRT 的主要益处包括帮助恢复皮肤胶原、缓解潮热、减少夜间盗汗、调控情绪波动、减轻阴道干涩等。

无论是否联用孕激素，雌激素 HRT 已被用于缓解绝经期症状，并预防骨质疏松与心血管疾病等远期并发症。在一项为期 1 年的随机、安慰剂对照试验中，评估了染料木黄酮对绝经后女性潮热的影响：与 HRT 所用合成激素类似物相比，染料木黄酮使潮热评分下降 24%，而合成激素组下降 54%。

异黄酮（Isoflavones）与木脂素（lignans）是植物雌激素的两大主要类别。异黄酮为多酚类化合物，兼具雌激素激动与拮抗双重活性。大豆制品中富含异黄酮成分，如染料木黄酮及大豆苷元。染料木黄酮（genistein）是研究最广泛的异黄酮，具有抗血管生成、植物雌激素及抗氧化特性，对人类退行性疾病具有潜在益处；大豆苷元（daidzein）则可促进阴道上皮纤维肌层及人皮肤成纤维细胞的增殖。另一项双盲、安慰剂对照临床试验评估了异黄酮对 50–75 岁绝经女性更年期症状（皮肤干燥、面部多毛、性欲减退及阴道干涩）的影响；连续 3 个月摄入含植物雌激素的大豆补充剂，其症状缓解效果与安慰剂无显著差异。遗憾的是，目前尚缺乏足够数据以阐明植物雌激素长期使用的潜在影响。

图9. 当未成对电子攻击附近原子外层电子时，就会发生自由基损伤。抗氧化剂通过捐赠一个电子来中和自由基物种，从而保护细胞成分，之后这些成分可以被回收、修复、再生或清除。

抗坏血酸能够与多种自由基反应，促使其解毒；在此过程中，抗坏血酸自身被转化为稳定的抗坏血酸自由基，该自由基活性极低，因而几乎不会对细胞组分造成氧化损伤。随后，抗坏血酸可通过胞质中依赖谷胱甘肽的途径或膜上依赖 NADH 的还原酶途径得以再生。此外，维生素 C 还能将生育酚自由基还原为其活性形式，从而恢复维生素 E 的生物学功能。

需要认识到，活性氧（ROS）对细胞外基质（ECM）中胶原蛋白完整性和含量的威胁可以通过多种不同途径产生。除了紫外线辐射外，其他机制还包括晚期糖化终末产物（AGEs）、晚期脂质氧化终末产物（ALEs）的生成，饮食和生活方式，酒精摄入，吸烟或与污染相关的异生物质代谢，这些都与多环芳烃类物质的产生有关。

在胶原主链内部，早期糖化反应即可发生：葡萄糖以非酶、可逆的方式与赖氨酸的自由氨基结合。尽管该反应可逆，但随着氧化应激的累积，糖化与氧化的协同作用会形成不可逆的蛋白质加合物，最终演化为晚期糖化终产物（AGE），具体表现为羧甲基赖氨酸和戊糖苷加合物 [图 10]。在另一相关但不同的机制中，晚期脂质氧化终产物（ALE）以多不饱和脂肪酸为自由基攻击的首要靶点，产生脂质过氧自由基、脂质氢过氧化物及醛类产物 [图 11]。丙二醛（MDA）和 4-羟基-2-壬烯醛（4-HNE）是关键的脂质氧化产物，它们可与胶原蛋白质的自由氨基（主要为赖氨酸）再次反应；由于胶原中其他易与 MDA 和 4-HNE 反应的氨基酸（组氨酸和半胱氨酸）含量极低，赖氨酸成为主要反应位点。鉴于胶原更新缓慢，这些损伤可在数年乃至数十年间不断累积。ALE 与 AGE 对细胞外基质中胶原蛋白的累积性破坏，会扰乱其正常结构与代谢，导致胶原僵硬、失去柔韧性，并最终功能丧失。

图10. 晚期糖化终末产物(AGE)是当葡萄糖或戊糖等糖类与胶原蛋白主链中的赖氨酸残基发生反应时形成的，最终会生成非交联型AGE物质（如CML），或交联型AGE物质（如戊糖胺）。

图11. 当多不饱和脂肪酸被氧化时，会形成晚期脂质过氧化终产物（ALE），产生脂质自由基，这些自由基能导致生成活性物质，如丙二醛（MDA）或4-羟基-2-壬烯醛（4-HNE），这些活性物质会与胶原蛋白主链上的赖氨酸残基发生反应，在长时间内导致累积性损伤。

通过在水溶性与脂溶性抗氧化剂之间取得良好平衡，并以经优化吸收、血管分布及细胞生物利用度的配方制成补充剂，便可延缓皮肤衰老并改善皮肤状况。

已有研究指出，皮肤的健康与美观是消费者整体幸福感和“健康感知”的主要标志。生理老化皮肤（变薄、干燥、细纹）与光老化皮肤（增厚、色素沉着、深纹、表面粗糙）的差异，为制定精准干预策略提供了依据。麦克阿瑟成功老龄化研究被誉为“新老年学”，提出健康而积极的晚年具有现实可能。这一观点与传统的“衰退与丧失”范式形成对照；后者将衰老视为一系列个体功能的递减，需要老年人及社会去适应或调整。无论秉持何种理念，人们始终希望尽可能减轻皮肤老化的可见征象。

刺激胶原生成和/或抑制胶原降解可通过多种途径实现，包括手术美学治疗、外用制剂，以及口服补充剂（常称“营养美容品”）。欧盟发布的一份报告明确指出，宏量营养素与微量营养素对积极健康的老龄化均至关重要。Schagen 等亦系统综述了营养与皮肤衰老的关联；在其列举的 11 条干预路径/策略中，有 7 条直接与皮肤胶原含量相关，凸显该蛋白对皮肤完整性与衰老进程的核心作用。

含生物活性水解胶原肽的饮品常与维生素、矿物质及植物源抗氧化剂配伍，作为营养美容品用于提升皮肤弹性、含水量，并减轻细纹与皱纹等可见老化迹象。此外，研究亦发现其对指甲生长具有促进效应，并可减少指甲断裂、脆弱及劈裂相关症状。

所有蛋白质和多肽都必须先在肠道内水解，才能吸收入血并运送至全身 [图 12]。口服后，补充剂中的部分水解胶原肽在胃肠道内进一步被消化和水解。胃的酸性环境以及肠道中的特异酶（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶）共同作用，将胶原肽裂解为更小分子量的片段。随着肽段在肠道腔内推进，它们被逐步分解，最终生成小分子肽（主要为二肽和三肽）及游离氨基酸。据估算，吸收入血的蛋白质约 90% 以游离氨基酸形式存在于循环系统中，仅约 10% 以二肽或三肽形式存在。这一酶促处理过程借助转运蛋白（如氨基酸共转运系统或低亲和力、高容量的肽转运蛋白 PEPT1）实现细胞摄取，将营养物质自肠腔递送至肠上皮细胞，再穿过基底外侧膜进入血流。

图12. 胶原蛋白，无论是完整的还是部分水解的，都会在肠道中被酶解成氨基酸、二肽和三肽，这使其能够穿过肠壁进入血液(A,B,C)。肽和氨基酸的灌注以及在细胞外基质中的生物利用度可以刺激成纤维细胞和胶原蛋白的合成(D)。

以液体形式摄入时，营养成分通常在饮后约 20 分钟即可被吸收入血；相比之下，固体食物的消化吸收往往需要数小时。与蛋白质的消化和吸收过程类似，绝大多数矿物质、维生素及其他营养素（如糖、脂质）也以简单分子形式被吸收入血。随后，这些成分随血流分布至全身。微量营养素自毛细血管袢渗出并进入皮肤，在局部营造出一个富含营养的微环境，持续浸润真皮层。

水解胶原在体内发挥两种截然不同却互为补充的作用。首先，胶原在胃肠道水解后释放的氨基酸，成为成纤维细胞合成新胶原的原料。由于胶原富含甘氨酸、脯氨酸（以及由翻译后修饰生成的羟脯氨酸），这些氨基酸恰是构建新胶原纤维所需的“专供”构件。其次，某些独特的寡肽序列，尤其是含羟脯氨酸的二肽，可通过受体介导的信号通路激活成纤维细胞，诱导新的胶原纤维合成。虽然这些寡肽在血液中的绝对浓度远低于游离氨基酸，但因其能直接作用于成纤维细胞受体，即使含量较低，也具备显著的生物活性。

水解胶原之所以具有生物学活性与临床功效，既得益于其独特的氨基酸谱，也与其特异的寡肽序列密切相关，这解释了水解胶原作为健康补充剂在人体内大获成功的关键特征。其他来源的蛋白质——如酪蛋白、花生或豆腐中的蛋白——氨基酸组成不同，且用于核糖体蛋白合成所需的特定氨基酸的相对贡献较低（该过程依赖氨酰-tRNA 合成酶，通过酯键将正确氨基酸连接至相应 tRNA）。正确的 tRNA 复合体随后在细胞内质网核糖体上完成蛋白合成。由于胶原是细胞外基质中含量最丰富的蛋白，tRNA 库必须富集胶原合成所需的蛋白原性前体。然而，谷氨酰胺、谷氨酸和天冬氨酸等氨基酸在肠道内高度代谢，血液中几乎检测不到显著浓度，使情况更为复杂。Albaugh 等人的综述系统总结了补充特定氨基酸（如脯氨酸）以刺激胶原合成的研究，但证实其优于水解胶原的直接证据仍需进一步研究。

消化过程中会原位生成大量二肽和三肽。理论上，18 种蛋白原氨基酸可组成 324 种二肽或 5832 种三肽。即便考虑到甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸的富集，能够潜在刺激成纤维细胞合成新胶原的肽段数目仍过于庞大，难以在体内逐一验证。已有研究显示，人口服不同胶原水解产物后，血液中可检测到显著水平的 Pro-Hyp、Ala-Hyp、Ala-Hyp-Gly、Pro-Hyp-Gly、Leu-Hyp、Ile-Hyp 和 Phe-Hyp 等二肽或三肽；部分上述肽段在体外实验中已被证实可刺激成纤维细胞。然而，迄今为止，尚无证据表明单一或合成肽优于经消化产生的复杂寡肽混合物。在确凿证据出现之前，继续使用经消化系统处理的水解胶原，仍是获得促成纤维细胞肽段的最佳选择。同样，外用胶原肽产品不仅难以提供如此广泛的生物活性肽谱，还面临寡肽经角质层透皮吸收受限的问题。

“美容维生素”一词常被用来描述多种维生素，但维生素 C 对皮肤的独特意义在于：它不仅是胶原合成过程中多种酶的辅因子，还能作为抗氧化剂抵御自由基损伤。研究显示，功能性胶原纤维的形成离不开维生素 C：它作为脯氨酰羟化酶和赖氨酰羟化酶的辅因子，催化前胶原中脯氨酸残基的羟基化（稳定三股螺旋结构）以及赖氨酸残基的羟基化（用于交联纤维，赋予结构刚性与稳定性）。这两种羟化反应均由依赖 Fe²⁺ 的双加氧酶催化。胶原脯氨酸-4-羟化酶（C-P4H）通过在 X-Y-Gly 序列的 Y 位引入 4-羟脯氨酸（4-Hyp）来修饰胶原，此过程需要 Fe²⁺、分子氧和维生素 C。该修饰发生于三股螺旋形成之前的内质网内。4-Hyp 的含量是决定胶原三股螺旋稳定性的关键；若缺乏，则可能出现坏血病等疾病。

如图 3 所示，在成纤维细胞的内质网内，赖氨酰羟化酶将特定的赖氨酸残基羟化生成羟赖氨酸。随后，前胶原肽链上的某些羟赖氨酸残基可在相应转移酶作用下，分别发生 O-连接糖基化，形成半乳糖基羟赖氨酸或葡萄糖半乳糖基羟赖氨酸。

赖氨酸残基的修饰对胶原纤维最终一步的共价交联至关重要。这种交联既有分子内也有分子间，赋予胶原纤维强度、刚性及长久稳定性[图 3]。I 型胶原仅有 4 处位点参与这一过程：肽链两端各 2 个端肽位点，以及沿主干的 2 个三股螺旋位点。胶原交联存在两条途径：一条以赖氨酸衍生的醛为基础，另一条以羟赖氨酸衍生的醛为基础。其中，赖氨酸途径是构建皮肤胶原细胞外基质的关键。

在细胞外空间，N 端和 C 端肽区的赖氨酸残基可在赖氨酰氧化酶作用下发生氧化脱氨，生成活性醛。赖氨酰氧化酶是一种含铜金属酶，需以维生素 B6（磷酸吡哆醛）为辅因子，可将赖氨酸（及/或羟赖氨酸）侧链的氨基转化为相应醛基。这些活性醛随后与主链上的羟赖氨酸残基发生一系列非酶促缩合反应，形成共价的分子内和分子间交联[图 3]。尽管这一酶促修饰过程初看复杂，但其精妙之处在于，让庞大的胶原纤维最终交联步骤在细胞外的 ECM 中完成，从而构建出支撑皮肤的大型结构蛋白骨架与弹性基质。

常言道“情人眼里出西施”，暗示美是一种主观、感性的认知过程，难以度量。然而，美终究由可见且可测的物理特征构成，并由此决定外观。Igarashi 等人对皮肤外观特征的分类体系已作详尽论述，可依尺寸由小到大，将皮肤组分划分为微观（micro）、中观（meso）和宏观（macro）三个层次。借助高分辨率检测手段，每一尺度均可进一步细化，并与生理及解剖结构相对应。因此，皮肤外观属性可在多个不同层面呈现，其美感价值则依所追求的目标而异。

微观尺度由各种细胞组分与皮肤层决定，这些亚细胞结构尺寸极小，肉眼几乎无法分辨。其包括细胞与纤维，它们与入射光的光学相互作用取决于散射与吸收等光学现象。关键的可测参数是各组分的折射率，例如细胞外基质中的胶原纤维与入射光束作用后会引起光子的强烈散射。细胞水平的组分涵盖表皮、真皮及皮下组织。

皮肤及其可见特征构成了中观尺度。在这一尺度，组分已能被肉眼直接观察，其视觉表现主要由更细微尺度的结构所决定。皮肤由外层的角质、皮脂膜、凸出的毛囊、细纹及更深的皱纹共同组成，这些特征又可因色素而进一步界定。此外，色素沉着斑（如日光性雀斑）及毛孔（如小汗腺、皮脂腺导管）等其他皮肤特征，也会影响整体外观与肤色均匀度的感知。

身体各区域与部位被归为宏观尺度。皮肤的外观在不同身体区域间差异显著，这是由于更微观层次的生理—解剖特征在不同部位间存在明显区别。深层骨骼肌结构的影响也更为直观：例如，躯干部位相对平坦，而面部与颈部则呈现出丰富多变的解剖轮廓。

在一项开放标签研究中，217 名女性志愿者服用营养补充剂 Pure Gold Collagen®，以评估其减轻可见衰老迹象的能力，并与美容外科干预（如肉毒毒素、激光治疗或真皮填充）进行比较。研究以鼻唇沟（自鼻翼延伸至口角的褶皱）作为观察指标；该沟随年龄加深，且较面部其他纹路更为突出，因此其深度可作为衡量抗衰老产品效果的有效参数。结果显示，经专业视觉评估，受试者平均评分较基线下降 24%；其中 37% 受试者鼻唇沟深度显著改善，平均评分降低 44%。值得注意的是，无论受试者是否在该区域接受外科治疗，鼻唇沟深度均显著减少。治疗 60 天后，接受其他美容治疗的受试者鼻唇沟深度亦出现下降：激光治疗下降 15%，肉毒毒素 50%，填充剂 28%，鼻唇沟区域治疗 41%，中胚层疗法 18%，皮肤磨削 10%。在上面部（眉间纹或鱼尾纹）接受皮肤磨削、激光或肉毒毒素治疗的受试者，鼻唇沟可见度分别下降 4%、12% 与 18%。不出所料，Ⅱ级皱纹减少幅度最大的为在鼻唇沟接受填充剂治疗者（29%）；接受中胚层疗法或富血小板血浆治疗者Ⅱ级皱纹亦减少 25%。在面颊或唇部接受填充剂增容的受试者，Ⅲ级皱纹减少 25%。

一项独立、双盲、随机、安慰剂对照临床试验评估了胶原类营养补充剂（Gold Collagen® Forte）对皮肤弹性的影响。试验为期 90 天，受试者分为两组：一组接受面部美容治疗（填充剂或肉毒毒素），另一组未接受任何美容治疗，两组均每日服用该营养补充剂。结果显示，干预 90 天后皮肤弹性显著提高，且无论是否接受美容治疗，受试者均单独出现皮肤弹性提升；而安慰剂组中，无论是否接受美容治疗，皮肤弹性均未显著变化。弹性增加提示，这款含胶原肽等功能性成分的食品补充剂，有助于恢复细胞外基质中胶原、弹性蛋白等的正常水平。此外，结果还表明真皮层日光弹性组织变性和角化过度均有所减轻。

提升胶原合成、纤维形成、细胞外基质完整性及延缓皮肤衰老的关键，最终仍取决于成纤维细胞的活性。然而，随着时间推移，磨损、氧化损伤及其他细胞影响不断累积，成纤维细胞逐渐进入衰老状态——即丧失增殖能力（复制性衰老）。细胞衰老过程中，端粒逐渐缩短（端粒是位于染色体末端的 DNA 串联重复序列，每经历一次细胞分裂便缩短一次）。尽管衰老的成纤维细胞仍具代谢活性，其正常细胞功能却逐步下降。炎症与累积损伤会加速端粒缩短，因此端粒长度可作为老年皮肤中细胞衰老、基因组不稳定及细胞老化的生物标志。结果，皮肤难以高效修复受损胶原，功能性支撑基质逐渐丧失，细纹、皱纹和松弛等可见老化迹象随之出现。

利用氧化应激模型，可同时测定端粒长度与端粒酶活性，并评估抗氧化剂的保护效应。体外实验表明，单次高剂量 UVA 照射即可缩短人皮肤成纤维细胞的端粒长度。由此推测，急性光损伤可能通过端粒缩短机制，加速人类皮肤早期光老化。然而，该机制是否同样适用于体内情形，尚待验证。

寻找干预成纤维细胞衰老的新机制，以及能够阻止端粒缩短或修复 DNA 损伤的新型活性成分，正成为令人振奋的前沿研究领域，有望为对抗皮肤老化带来全新治疗手段。

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