引言

         胶原蛋白是构成真皮细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的主要结构蛋白。完整胶原由三条长多肽链形成三股螺旋，并进一步组装为胶原原纤维和胶原纤维，为皮肤提供抗拉强度和力学支撑。[1]

         胶原三肽（collagen tripeptide，CTP）是胶原蛋白经酶解后形成的低分子胶原肽原料。它保留了胶原来源的短氨基酸序列，但不再具有完整胶原的三股螺旋和纤维结构。外用CTP的作用证据可分为三个层级：在皮肤表面和角质层参与水合；在体外模型中调节氧化、糖化和胶原降解相关指标；部分具有生物活性的短肽若能获得相应的皮肤分布并在局部达到有效浓度，还可能影响成纤维细胞及细胞外基质代谢。[1,2,4,5,9,10]

         关键词：胶原三肽（CTP）；Gly–X–Y序列；角质层递送；角质层水合；基质保护；成纤维细胞；细胞外基质；胶原稳态。

1 胶原三肽的分子结构

1.1 胶原酶解如何形成短肽

蛋白酶通过水解肽键，将胶原长链切割为不同长度的肽段。肽键水解可简化表示为：

         R¹–CO–NH–R² + H₂O ──蛋白酶──→ R¹–COOH + H₂N–R²

         胶原多肽链经过多次肽键水解后，可形成多肽、寡肽、三肽、二肽和游离氨基酸。胶原来源、酶的切割特异性、水解时间、温度、pH和后续分离工艺，都会影响最终原料的肽链长度和序列组成。[2]

         护肤原料中的“胶原三肽”通常指三肽组分含量较高的胶原水解物，而不是组成完全单一的化合物。实际原料中还可能存在二肽、四肽、较长胶原肽和少量游离氨基酸。评价CTP原料时，三肽含量和肽谱比单独的平均分子量更能反映其组成特征。[2]

1.2 Gly–X–Y是胶原的标志性序列

胶原三股螺旋区域具有连续的：

（Gly–X–Y）ₙ

重复序列。

         其中，甘氨酸（glycine，Gly）每隔三个氨基酸出现一次；X位和Y位可由多种氨基酸占据，脯氨酸（proline，Pro）和4-羟脯氨酸（4-hydroxyproline，Hyp）较常见。[1]

         甘氨酸的侧链只有一个氢原子，能够位于三股螺旋狭窄的中心区域。脯氨酸和羟脯氨酸能够限制多肽链的构象自由度，促进胶原链形成适于三股螺旋组装的空间构象。胶原的结构特征来自大量Gly–X–Y单元的连续排列，而不是某一个孤立的三肽。[1]

1.3 Gly–Pro–Hyp与胶原三肽原料的关系

         Gly–Pro–Hyp是较具代表性的胶原来源三肽，由甘氨酸、L-脯氨酸和羟脯氨酸通过两个肽键依次连接。其分子式为C₁₂H₁₉N₃O₅，相对分子质量为285.30。[3]

         Gly–Pro–Hyp只包含三个氨基酸残基，无法形成天然胶原所具有的连续三股螺旋，也不能自行组装为具有力学支撑功能的胶原纤维。它保留的是胶原来源的短序列信息，而不是完整胶原的高级结构。

胶原三肽原料与Gly–Pro–Hyp的关系如下：

2 完整胶原、水解胶原与CTP的外用差异

胶原水解不仅降低分子量，也会改变溶解性、成膜能力、配方释放和皮肤分布。

         普通水解胶原中较长的肽链具有较多连续极性位点，容易在皮肤表面形成亲水膜。CTP链长较短，表面成膜持续性通常较弱，但水溶性、扩散性和序列特异性可能更加突出。[2]

完整胶原、普通水解胶原和CTP不是同一种原料的简单尺寸变化。完整胶原强调蛋白质结构和成膜性质；水解胶原强调不同链长肽段的综合性能；CTP则强调低分子短肽组成及其可能产生的生物活性。[1,2]

3 角质层屏障与CTP的皮肤递送

3.1 角质层的屏障结构

         角质层由角质细胞和包围角质细胞的细胞间脂质组成。细胞间脂质主要包括神经酰胺、胆固醇和游离脂肪酸，并形成高度有序的层状结构。该脂质结构是限制外界物质进入皮肤、减少体内水分丢失的重要屏障。[4]

分子量会影响扩散速度，但不能单独决定皮肤渗透。CTP在皮肤中的分布还受到以下因素影响：

         ① 分子的亲水性和脂溶性；

         ② 电离状态和净电荷；

         ③ 可形成氢键的基团数量；

         ④ 分子构象和水合半径；

         ⑤ 从配方基质中释放的能力；

         ⑥ 与角质层脂质及角蛋白的相互作用；

         ⑦ 角质层含水量和屏障完整性。

         CTP含有肽键、氨基、羧基和其他极性基团，水溶性较高，但从水相进入角质层脂质区域的分配能力可能有限。分子尺寸降低有利于扩散，较强亲水性则构成另一项递送限制。[5]

3.2 分子量与皮肤分布的关系

         单个Gly–Pro–Hyp的相对分子质量约为285.30，低于许多普通胶原肽，但较小分子量并不等同于较高真皮暴露量。亲水性、电荷、配方结合和皮肤酶降解均可能减少完整短肽向深层皮肤的迁移。[3,5]

评价CTP的皮肤递送时，需要区分以下指标：

3.3 CTP可能涉及的皮肤递送路径

         根据角质层结构和亲水性小分子的扩散研究，CTP可能涉及以下三类皮肤递送路径；不同路径对具体CTP原料和配方的实际贡献仍需实验确认。

① 细胞间脂质路径

         短肽沿角质细胞之间曲折的脂质区域扩散。亲水性CTP从水相进入脂质相时存在分配阻力，因此这一路径的效率受配方组成和肽的电离状态影响。

② 经角质细胞路径

         亲水性小分子可进入角质细胞内部的水合区域，或沿角质层中的局部极性微区扩散。研究提出，氨基酸、尿素和部分亲水性肽的角质层扩散可能包含经角质细胞及角质桥粒区域的通路。[6]

③ 毛囊及皮肤附属器路径

         毛囊开口可绕过部分连续角质层，并形成局部储库。该路径的贡献受身体部位、毛囊密度、配方流变性、涂布方式和接触时间影响。

脂质体、柔性脂质载体、角质层水合和适宜的促渗体系，可改变短肽的配方释放、角质层滞留和表皮分布。载体是否增加真皮暴露，需要通过具体配方的皮肤分层实验确认。[5,6]

         CTP的皮肤作用涉及表面水合、潜在皮肤分布及不同层级的基质相关效应，其整体路径和证据层级如下图所示。图中的深层作用以活性短肽能够到达相应皮肤层级并达到有效浓度为前提。

4 CTP对皮肤表面和角质层的作用

4.1 极性基团参与皮肤水合

         CTP分子含有肽键羰基、酰胺基、末端氨基和羧基。这些极性基团能够与水分子形成氢键或离子—偶极相互作用。

         外用后，分布于皮肤表面和角质层浅部的CTP可与配方中的水、甘油和透明质酸等共同维持局部水合环境。该作用不依赖CTP进入真皮，也不涉及CTP转化为完整胶原。

4.2 角质层水合对皮肤外观的影响

角质层中的水参与维持角蛋白的构象、天然保湿因子的溶解状态和角质细胞的机械柔韧性。角质层含水量下降时，角质细胞柔韧性降低，表面粗糙、脱屑和干燥纹理增加。

CTP参与角质层水合后，可能产生以下外观和触感变化：

         ① 减轻干燥和紧绷感；

         ② 改善角质层柔韧性；

         ③ 减少干燥引起的粗糙和脱屑；

         ④ 暂时改善浅表细纹；

         ⑤ 改善产品涂布后的肤感。

4.3 CTP与较长胶原肽的表面作用差异

较长胶原肽含有较多连续肽键和相互作用位点，通常具有较明显的表面成膜能力。CTP的肽链较短，其主要特征可归纳为：

         ① 水溶性较高；

         ② 分子尺寸较小；

         ③ 从水相配方中释放的条件通常较有利，但后续皮肤扩散仍受亲水性、电荷和配方组成限制；

         ④ 某些明确序列可能具有独立的短肽活性。

         较长胶原肽和CTP的作用重点不同：前者偏向表面成膜和即时肤感，后者偏向水合、角质层分布和序列相关作用。实际表现取决于原料的完整分子量分布和成品配方。

5 CTP对胶原损伤环境的影响

         真皮胶原状态取决于合成、成熟、降解和损伤之间的动态平衡。氧化应激、糖化和基质金属蛋白酶活性增加，均可促进胶原网络老化。

5.1 氧化应激与胶原降解

         紫外线照射可增加皮肤中的反应性氧（reactive oxygen species，ROS），并激活与炎症和基质降解相关的细胞信号。随后，多种基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）表达增加。

         基质金属蛋白酶-1（matrix metalloproteinase-1，MMP-1）能够启动纤维状Ⅰ型和Ⅲ型胶原的切割。胶原碎片化后，成纤维细胞与完整胶原纤维之间的力学联系减弱，细胞内氧化压力和MMP-1表达可能进一步增加，形成胶原碎片化与氧化应激相互促进的循环。[7,8]

         在特定CTP原料的体外细胞实验中，研究者观察到ROS和MMP相关指标下降。这些结果提示该原料在相应模型条件下可能调节胶原损伤环境。[9]

5.2 糖化对胶原结构的影响

糖化是还原糖或活性羰基化合物与蛋白质游离氨基发生的非酶促反应。以葡萄糖等还原性醛糖为例，其过程可简化表示为：

         蛋白质–NH₂ + 还原糖 ⇌ 席夫碱 → Amadori产物 → 晚期糖化终产物

         晚期糖化终产物（advanced glycation end products，AGEs）是一组结构复杂的反应产物。乙二醛、甲基乙二醛等活性二羰基化合物还可直接修饰蛋白质，促进晚期糖化终产物及相关交联产物形成。

         胶原周转速度较慢，容易长期积累糖化修饰。胶原糖化可引起非生理性交联增加、纤维柔韧性下降、基质硬度改变和胶原更新受阻，并影响成纤维细胞与细胞外基质之间的相互作用。[10]

         护肤原料的抗糖化作用可体现在减少早期糖化反应、降低活性羰基压力、减少AGE形成或改善糖化条件下的细胞状态。它不等同于完全清除已经形成的胶原交联。

5.3 外用CTP的现有研究结果

         一项2022年发表的研究包括特定CTP原料的体外人成纤维细胞实验和一项为期4周的外用先导试验。体外实验中，CTP处理与ROS、AGE积累、变性胶原和MMP诱导下降相关，同时观察到Ⅰ型胶原指标增加。人体部分纳入22名亚洲女性，研究报告了皱纹、弹性、皮肤密度和皮肤AGE相关指标的变化。[9]

         该人体研究采用单臂设计，样本量较小，未设置不含CTP的载体对照；人体观察对象也是含有CTP的完整配方。研究结果提供了初步的抗糖化、抗氧化和皮肤状态改善信号，但尚不能确定全部变化均由CTP单独引起，也未直接测定完整CTP在人体真皮中的浓度。[9]

6 CTP对成纤维细胞和细胞外基质的作用

6.1 成纤维细胞与胶原基质相互调节

         真皮成纤维细胞负责合成Ⅰ型、Ⅲ型胶原、透明质酸、蛋白聚糖及其他细胞外基质组分。成纤维细胞通过整合素等黏附结构与胶原纤维连接，并感受周围基质的张力和完整性。

         在结构完整的胶原基质中，成纤维细胞能够充分伸展并维持基质合成功能。胶原纤维持续碎片化后，细胞的机械支撑减弱，胶原合成下降，MMP相关降解反应增加。胶原保护与成纤维细胞状态因此构成相互影响的循环。[7,8]

6.2 不同胶原短肽具有不同细胞活性

         胶原来源短肽并不是作用相同的一组分子。肽链长度、氨基酸排列、羟脯氨酸位置、端基状态和空间构象，都会影响肽的稳定性、酶降解和细胞识别。

         胶原来源二肽Pro–Hyp在培养的人真皮成纤维细胞中被观察到可促进细胞增殖和透明质酸合成，并提高透明质酸合酶2相关表达。[11] 该结果来自Pro–Hyp直接作用于培养细胞的体外实验，不能据此证明外用Pro–Hyp能够在人体真皮达到相同的暴露水平。

6.3 胶原来源短肽的基质信号属性

         细胞外基质蛋白经蛋白水解后，部分片段可表现出与完整母体蛋白不同的生物活性。这类能够调节细胞迁移、增殖、炎症、血管生成或基质重塑的片段，称为基质肽（matrikines）。[12]

         部分经验证具有生物活性的胶原来源短肽可作为细胞外基质降解和重塑过程中的生化信息，但其作用具有序列特异性。不同片段可能支持组织修复，也可能参与炎症或异常基质降解。[12]

CTP形成可测量的细胞作用，涉及以下连续条件：

         ① 原料中含有具有相应活性的肽序列；

         ② 活性肽能够从配方中释放；

         ③ 活性肽能够进入相应皮肤层级；

         ④ 活性肽在局部环境中保持足够稳定；

         ⑤ 组织中的实际浓度能够引起细胞响应。

6.4 胶原相关指标的层级差异

研究CTP对成纤维细胞的作用时，常见指标包括：

         ① 成纤维细胞迁移和增殖；

         ② 胶原Ⅰ型α1链基因（collagen type I alpha 1 chain，COL1A1）表达；

         ③ Ⅰ型前胶原含量；

         ④ Ⅰ型胶原蛋白水平；

         ⑤ MMP表达或活性；

         ⑥ 透明质酸及其他细胞外基质组分。

         这些指标分别对应转录、蛋白合成、分泌和基质形成等不同阶段。COL1A1信使RNA增加不等于成熟胶原纤维增加；细胞内胶原蛋白升高，也不表示胶原已经完成胞外组装和交联。

7 CTP与胶原合成、成熟和降解的关系

7.1 胶原合成不是短肽的直接拼接

         CTP可被进一步分解为二肽和游离氨基酸，并进入一般肽和氨基酸代谢。新生胶原并不是将外用Gly–Pro–Hyp直接接入原有胶原纤维。

以下以真皮中的Ⅰ型和Ⅲ型等纤维形成型胶原为例，胶原形成包括以下过程：

         ① 胶原基因转录；② 前α链翻译；③ 脯氨酸和赖氨酸残基羟化；④ 部分羟赖氨酸糖基化；⑤ 三条前α链形成前胶原三股螺旋；⑥ 前胶原分泌至细胞外；⑦ N端和C端前肽切除；⑧ 胶原分子组装为原纤维；⑨ 分子间形成稳定交联。[1,13]

         CTP可能通过特定短肽调节成纤维细胞状态和胶原相关表达，但它不替代胶原合成、翻译后修饰和胞外装配过程。

7.2 脯氨酸和赖氨酸羟化

         在前胶原合成过程中，脯氨酸和赖氨酸残基分别由胶原脯氨酰羟化酶和赖氨酰羟化酶催化羟化。两类酶均属于Fe²⁺和2-氧代戊二酸（α-酮戊二酸）依赖性双加氧酶。[13]

主要反应可简化表示为：

前胶原-Pro + 2-氧代戊二酸 + O₂

──胶原脯氨酰4-羟化酶、Fe²⁺──→ 前胶原-4-Hyp + 琥珀酸 + CO₂

前胶原-Lys + 2-氧代戊二酸 + O₂

──赖氨酰羟化酶、Fe²⁺──→前胶原-Hyl + 琥珀酸 + CO₂

         其中，Hyl表示羟赖氨酸。维生素C有助于维持酶活性中心铁离子的还原状态，减少羟化酶的失活，从而支持羟化反应和正常胶原成熟。[13,14]

7.3 CTP对胶原稳态的整体作用

CTP的外用作用可概括为：

         ① 表面与角质层作用：CTP从配方中释放后，可在皮肤表面和角质层参与水合，改善角质层柔韧性和干燥纹理。

         ② 体外机制证据：在特定细胞模型中，CTP原料与ROS、AGEs、MMP及Ⅰ型胶原相关指标的变化相关。

         ③ 潜在深层作用：具有相应活性的短肽若能获得足够的活体表皮或真皮分布，并在局部达到有效浓度，可能影响成纤维细胞及胶原合成—降解平衡。

         普通外用产品较容易实现的是表面和角质层水合作用；涉及活体表皮或真皮成纤维细胞的作用，仍需结合肽序列、配方释放、皮肤分布、局部稳定性和有效浓度进行验证。[5,6,9]

8 CTP与其他护肤成分的复配

8.1 CTP与维生素C

         维生素C参与维持胶原脯氨酰羟化酶和赖氨酰羟化酶的正常功能，支持前胶原羟化、三股螺旋形成和胶原成熟。[13,14]

CTP与维生素C的作用环节不同：

         两者涉及的作用环节不同，具有理论上的互补性。成品功效还受到维生素C形式、体系pH、溶解氧、金属离子、包装阻氧性和CTP稳定性的影响。[14]

8.2 CTP与棕榈酰三肽-5

         棕榈酰三肽-5（palmitoyl tripeptide-5）由三肽部分和棕榈酰链组成。棕榈酰链增加了分子的疏水部分，使其在配方中的分配和与皮肤脂质的相互作用不同于未脂化的CTP。[15]

         CTP偏向水相，具有胶原来源短肽和角质层水合特征；棕榈酰三肽-5具有脂化结构，两者在配方释放和皮肤滞留方面可能表现出不同特征。

         脂化可增加脂质亲和性，也可能增加角质层滞留。棕榈酰三肽-5与CTP组合后的实际皮肤分布和功效，需要通过成品的稳定性、分层递送和人体对照实验确定。

8.3 CTP与保湿及屏障成分

         甘油、透明质酸、泛醇、依克多因和神经酰胺类成分，可分别从吸湿、水合、脂质补充和屏障支持等环节改善角质层状态。

这些成分与CTP复配主要用于：

         ① 提高角质层含水量；

         ② 减轻干燥和紧绷；

         ③ 改善皮肤表面纹理；

         ④ 维持亲水性短肽周围的水合环境；

         ⑤ 改善产品耐受性和使用感。

         这类复配强化的是角质层和皮肤表面作用，不直接代表真皮胶原含量增加。

8.4 CTP与维A类及防晒体系

         视黄醇、视黄醛等维A类成分可影响表皮更新和真皮细胞外基质相关过程。CTP与维A类复配时，保湿和屏障支持有助于改善配方使用过程中的干燥感。

         紫外线可促进ROS、炎症信号和MMP表达，是胶原持续降解的重要外源因素。[7] 防晒体系通过减少紫外线暴露，降低胶原损伤源头，与CTP的水合和基质保护作用形成互补。

9 胶原三肽结构、皮肤递送、基质保护与胶原稳态调节相关代表化学品分类及科研应用

表1 胶原核心材料、结构单元与代表性短肽

表2 胶原羟化、成熟、降解与信号通路研究相关产品

表3 糖化、羰基应激与氧化损伤研究相关产品

表4 角质层水合、屏障脂质与短肽递送研究相关产品

         注：以上为阿拉丁代表性科研及配方研究相关产品，更多产品规格、级别、COA信息可用“品名/CAS/货号”在阿拉丁官网检索。

参考文献

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[2] León-López A, Morales-Peñaloza A, Martínez-Juárez V M, Vargas-Torres A, Zeugolis D I, Aguirre-Álvarez G. Hydrolyzed Collagen—Sources and Applications. Molecules, 2019, 24(22): 4031. DOI: 10.3390/molecules24224031.

[3] National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Summary for CID 21252274, Gly-Pro-Hyp.

[4] van Smeden J, Janssens M, Gooris G S, Bouwstra J A. The Important Role of Stratum Corneum Lipids for the Cutaneous Barrier Function. Biochimica et Biophysica Acta—Molecular and Cell Biology of Lipids, 2014, 1841(3): 295–313. DOI: 10.1016/j.bbalip.2013.11.006.

[5] Mortazavi S M, Moghimi H R. Skin Permeability, a Dismissed Necessity for Anti-Wrinkle Peptide Performance. International Journal of Cosmetic Science, 2022, 44(2): 232–248. DOI: 10.1111/ics.12770.

[6] Neubert R H H. Mechanisms of Penetration and Diffusion of Drugs and Cosmetic Actives through the Stratum Corneum. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2024, 202: 114394. DOI: 10.1016/j.ejpb.2024.114394.

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[15] National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Summary for CID 11950477, Palmitoyl Tripeptide-5.

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