引言

         棕榈酰五肽-4是一种由棕榈酰脂肪链与五肽KTTKS连接形成的合成脂肽，国际化妆品原料名称为Palmitoyl Pentapeptide-4，研究中常写作Pal-KTTKS或C16-KTTKS。

         KTTKS对应于Ⅰ型前胶原α1链羧基端前肽中的特定序列，合成KTTKS在体外可影响成纤维细胞的细胞外基质合成。连接棕榈酰基后，分子的脂质亲和力、皮肤沉积和稳定性得到改善，使这一亲水性短肽具有用于外用制剂的可能性。

         从研究和应用历史看，棕榈酰五肽-4可归为经典的抗老信号肽之一。它的主要作用并不是直接补充胶原蛋白，而是通过前胶原来源的KTTKS序列调节细胞外基质合成。其实际功效还受到皮肤递送、分子稳定性、配方释放和持续使用时间等因素影响。

1 棕榈酰五肽-4的结构由什么组成

1.1 KTTKS代表五个氨基酸

KTTKS是五个氨基酸的一字母序列：

未修饰KTTKS可表示为：

         Lys—Thr—Thr—Lys—Ser

棕榈酰五肽-4则可表示为：

         棕榈酰基—Lys—Thr—Thr—Lys—Ser

         棕榈酰基是一条含16个碳原子的饱和脂肪酰链，连接在肽链N端。由此形成的分子同时具有疏水脂肪链和亲水肽链，属于两亲性脂肽。

1.2 两个结构部分承担不同功能

棕榈酰五肽-4的结构—功能关系可概括为：

         KTTKS是生物活性序列的主要来源，棕榈酰链主要解决外用递送和分子分配问题。棕榈酰链本身不能替代KTTKS的序列作用，KTTKS单独使用时又面临较强的角质层屏障和酶降解限制。

2 KTTKS为什么能够作为基质调节信号

2.1 KTTKS对应于Ⅰ型前胶原羧基端前肽中的特定序列

         成纤维细胞合成的Ⅰ型胶原最初以Ⅰ型前胶原形式存在。前胶原分子的两端分别带有N端前肽和C端前肽。这些前肽有助于维持前胶原的可溶状态，减少胶原分子在细胞内提前聚集。

         前胶原分泌到细胞外后，特异性蛋白酶切除两端前肽。去除前肽后的胶原分子进一步排列、组装和交联，逐渐形成胶原原纤维和胶原纤维。

         1993年的研究从Ⅰ型前胶原α1链C端前肽片段中定位出KTTKS序列。该五肽对应前肽区域的第212—216位残基，可促进培养成纤维细胞产生Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原和纤连蛋白[1]。

         因此，KTTKS不是成熟胶原三股螺旋中的典型Gly-X-Y重复单元，也不是用于直接组装胶原纤维的结构片段。它对应于Ⅰ型前胶原C端前肽中的特定序列，合成KTTKS在体外实验中显示出调节细胞外基质合成的活性。

2.2 KTTKS模拟前胶原加工相关信息

         细胞外基质（extracellular matrix，ECM）由胶原、弹性蛋白、纤连蛋白、蛋白聚糖和其他成分组成。它不仅决定组织的结构和力学性质，也可以通过基质片段、细胞表面受体和机械作用调节细胞行为。

         某些来源于细胞外基质或其前体的活性肽段可称为基质来源调节肽 matrikine。这些肽段可能影响细胞迁移、增殖、分化和基质合成。

         KTTKS模拟的是Ⅰ型前胶原C端前肽中的特定序列。成纤维细胞接触这一序列后，Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原和纤连蛋白相关合成可发生变化[1]。

         这一作用与完整伤口愈合过程并不相同。伤口愈合还包括凝血、炎症细胞募集、角质形成细胞迁移、血管生成、成纤维细胞活化和组织收缩等多个过程。Pal-KTTKS主要涉及基质合成与重塑相关调节，不会单独重现整套损伤修复反应。

         一项人真皮成纤维细胞和三维胶原凝胶研究显示，0.1 μmol/L Pal-KTTKS可降低α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）阳性应力纤维、成纤维细胞向肌成纤维细胞的转分化以及胶原凝胶收缩；在0.5 μmol/L条件下，部分抑制作用不再明显[5]。这一结果表明，Pal-KTTKS并不是单向增强全部伤口收缩反应，其作用受到浓度和细胞状态影响。

3 棕榈酰化如何改善皮肤递送

3.1 未修饰KTTKS为什么难以通过角质层

         KTTKS含有两个赖氨酸、两个苏氨酸和一个丝氨酸，具有多个羟基、氨基和可离子化基团，整体亲水性较强。

         角质层细胞间区域则富含神经酰胺、胆固醇和游离脂肪酸。亲水、带电或氢键作用较强的分子通常难以从配方水相进入这一脂质区域。

         KTTKS还可能受到皮肤表面及皮肤组织中肽酶和蛋白酶的降解。皮肤稳定性实验显示，KTTKS和Pal-KTTKS在皮肤提取物及皮肤匀浆中均会发生较快降解；加入蛋白酶抑制剂后，两者的稳定性明显提高[3]。

未修饰KTTKS外用时主要面临两项限制：

         1. 从水相进入角质层脂质的分配能力较低；

         2. 到达活性皮肤层之前可能被肽酶降解。

3.2 棕榈酰链提高脂质亲和力

         C16棕榈酰链增加了KTTKS的疏水性，使Pal-KTTKS能够在水相、油水界面、乳化剂聚集体和角质层脂质之间重新分配。

         这一变化有助于分子进入角质层，但并不代表它可以不受限制地穿过整个皮肤。

外用Pal-KTTKS需要连续经历多个分配过程：

         配方水相或载体 → 配方油水界面 → 角质层细胞间脂质 → 活表皮水相环境 → 真皮细胞外环境

         分子疏水性不足时，进入角质层的比例较低；脂质亲和力过强时，分子也可能滞留在油相、胶束或角质层脂质中。棕榈酰化改善的是这些环境之间的分配关系。

3.3 皮肤实验显示以沉积为主

         2014年的离体研究比较了KTTKS和Pal-KTTKS在全层无毛小鼠皮肤中的分布。实验结束后，两种肽均未在受体液中检出，说明在该实验条件下，它们没有穿过完整的全层皮肤。

         未修饰KTTKS未在角质层、表皮和真皮中检出。Pal-KTTKS则分布在三个皮肤层中：

         这组结果说明，棕榈酰化提高了KTTKS在皮肤中的沉积，其中大部分位于角质层和表皮，真皮中的检测量相对较低[3]。

         棕榈酰五肽-4的皮肤递送过程可表示为：

配方释放

→ 进入角质层脂质

→ 角质层和表皮沉积

→ 少量分子进入真皮

→ 可能接近成纤维细胞及其周围基质

         上述实验采用无毛小鼠离体皮肤和特定载体，不能直接代表人体面部皮肤中的实际分布。分子在某一皮肤层中被检出，也不等同于全部分子仍保持完整结构或具有相同生物活性。

4 Pal-KTTKS到达活性皮肤层后发生什么

4.1 主要涉及Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原和纤连蛋白

         早期KTTKS研究显示，该序列可促进培养成纤维细胞产生Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原和纤连蛋白[1]。

         Ⅰ型胶原是真皮中含量较高的纤维型胶原，主要参与组织抗拉和结构支撑。

         Ⅲ型胶原常与Ⅰ型胶原共同分布，参与形成较细的网状纤维，并与组织更新和早期修复相关。

         纤连蛋白不是胶原蛋白，而是一种细胞外基质黏附糖蛋白。它可以与细胞表面受体、胶原和蛋白聚糖相互作用，参与细胞黏附、迁移及新生基质组织。

         2013年的研究进一步观察了C16-KTTKS对人真皮成纤维细胞和人角膜成纤维细胞胶原产生的影响。结果显示，胶原响应与C16-KTTKS浓度及其自组装状态相关[2]。

4.2 TGF-β相关调节可能参与Ⅰ型胶原表达

         转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）是调节成纤维细胞功能和细胞外基质合成的重要细胞因子。

         一项大鼠跟腱细胞研究显示，未棕榈酰化KTTKS可提高Ⅰ型胶原蛋白表达，增加α1（Ⅰ）型前胶原和TGF-β的信使核糖核酸表达，并减缓已有α1（Ⅰ）型前胶原信使核糖核酸的降解。培养液中的TGF-β浓度也随KTTKS处理剂量增加[4]。

这一结果支持以下调节关系：

         KTTKS处理 

         → α1（Ⅰ）型前胶原信使核糖核酸表达及稳定性提高

         → Ⅰ型胶原蛋白表达增加

同时观察到：

         TGF-β信使核糖核酸表达及培养液中TGF-β浓度升高 

         该研究使用大鼠跟腱细胞和未棕榈酰化KTTKS，说明TGF-β相关调节可能参与KTTKS作用，但尚不能据此确认TGF-β升高是前胶原信使核糖核酸稳定性提高的直接原因，也不能直接等同于人体皮肤中Pal-KTTKS已经确定的完整信号通路。

4.3 直接受体与胞内信号通路的研究现状

         成纤维细胞可以通过整合素识别胶原、纤连蛋白和其他细胞外基质成分。整合素被激活后，还可调节黏附斑激酶、细胞骨架及丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）等信号网络。

现有Pal-KTTKS核心研究已经观察到胶原产生、胶原表达、细胞收缩和自组装状态等变化，但尚未确认Pal-KTTKS直接结合某一种整合素。公开研究中还缺少以下证据：

         ①Pal-KTTKS与纯化整合素的直接结合实验；

         ②明确的受体亚型和结合常数；

         ③整合素阻断或基因敲低后Pal-KTTKS作用消失；

         ④Pal-KTTKS与特定受体形成复合物的结构证据。

         MAPK广泛参与成纤维细胞增殖、应激反应、胶原表达和基质降解，现有研究也未建立一条已经确认的“Pal-KTTKS—整合素—黏附斑激酶—MAPK”连续通路[1-5]。

5 胶原表达增加如何转化为皮肤外观变化

5.1 新合成前胶原还要经过成熟过程

成纤维细胞提高胶原相关基因或蛋白表达后，新合成的前胶原还需经历多个步骤：

         1. 前胶原α链合成；

         2. 脯氨酸和赖氨酸残基羟化；

         3. 三股螺旋形成；

         4. 前胶原分泌到细胞外；

         5. N端和C端前肽切除；

         6. 胶原分子排列和原纤维组装；

         7. 胶原纤维交联；

         8. 与基质降解过程重新达到动态平衡。

         因此，细胞实验中的胶原表达增加属于基质重塑过程的前段，不代表成熟胶原纤维立即增加。

5.2 皮肤状态取决于合成与降解的净变化

         真皮胶原持续处于合成、组装和降解过程中。紫外线、慢性炎症和氧化应激可促进基质金属蛋白酶表达，加快胶原降解。

现有Pal-KTTKS研究主要集中于基质合成相关指标和成纤维细胞表型调节。最终能否产生可测量的结构变化，还取决于：

         ①新合成前胶原能否完成成熟；

         ②胶原纤维能否正常组装和交联；

         ③胶原降解速度是否同时升高；

         ④皮肤是否持续受到紫外线和炎症刺激；

         ⑤使用时间是否足以形成基质更新。

6 配方工艺为什么影响实际功效

6.1 原料添加量与活性肽浓度不同

         商业多肽原料常以水、甘油、二醇和防腐体系组成的预配液形式供应。配方中加入一定比例的原料液，不代表成品中含有相同比例的Pal-KTTKS。

         评价成品中的实际剂量需要区分：

6.2 自组装改变游离肽比例

         Pal-KTTKS含有疏水棕榈酰链和亲水肽链，可形成纳米带、胶束或其他聚集结构。2013年的研究显示，C16-KTTKS的胶原刺激作用与其浓度及自组装行为相关[2]。

         在成品中，Pal-KTTKS可能以不同状态存在：游离单分子；小型肽聚集体；纳米带或胶束样结构；吸附在乳化剂聚集体表面；分配在油滴或磷脂双层中；与带电聚合物发生相互作用。

         聚集状态可能改变游离肽比例、扩散和释放行为。因此，成品总含量相同，并不表示皮肤可利用度相同，仍需结合具体配方进行验证。

6.3 载体需要兼顾保护和释放

         磷脂囊泡、脂质体及其他胶体载体可用于改善Pal-KTTKS的分散和稳定状态。

         2024年的研究将N-棕榈酰KTTKS整合进磷脂酰胆碱脂质体膜，并在小鼠成纤维细胞模型中观察到脂质体递送的Pal-KTTKS具有较明显的胶原产生响应[7]。该研究表明，脂质体中的呈递状态可以改变Pal-KTTKS在体外成纤维细胞模型中的胶原产生响应，但尚未直接证明其提高了人体皮肤递送或细胞摄取。

6.4 生产和储存条件需要成品验证

         Pal-KTTKS在实际配方中的状态可能受到温度、pH、乳化剂、电解质、增稠聚合物和防腐体系影响。

生产时需要结合原料资料和成品试验确定加料阶段，减少不必要的高温暴露。储存期间则应检测：

         ①Pal-KTTKS完整分子的剩余含量；

         ②配方外观和粒径变化；

         ③沉淀或不可逆聚集；

         ④与包装材料的相容性；

         ⑤不同温度和光照条件下的稳定性。

         配方外观稳定不能代替活性肽含量、释放能力和皮肤沉积评价。

7 人体研究与实际产品功效

7.1 现有人体研究支持细纹改善潜力

         一项随机、双盲、载体对照、左右脸分区研究纳入93名35—55岁女性。受试者连续使用产品12周，一侧面部使用基础保湿配方，另一侧使用含3 ppm Pal-KTTKS的相同基础配方。

         3 ppm相当于0.0003%的活性Pal-KTTKS。研究通过定量图像分析、专家评价和受试者自评观察皮肤变化。定量图像分析和专家评价显示，含Pal-KTTKS的配方在部分时间点的细纹和皱纹相关指标上优于基础配方，并表现出良好耐受性[6]。

         这项研究说明，在特定配方、剂量和使用周期下，Pal-KTTKS具有改善光老化面部细纹外观的潜力。

         同时，这项研究评价的是完整成品，而不是单独的Pal-KTTKS分子。皱纹外观还会受到角质层含水量、表面平整度、皮肤光学性质和真皮结构等多种因素影响。外观改善不能直接换算为人体真皮中某一种胶原增加了多少。

7.2 如何判断一款产品中的Pal-KTTKS

         评价含棕榈酰五肽-4的产品时，可以关注以下信息：

①确认具体成分名称。

         Palmitoyl Pentapeptide-4与棕榈酰三肽-1、棕榈酰四肽-7、棕榈酰三肽-38属于不同肽序列，不能相互替代。

②区分原料液比例和纯肽浓度。

         “添加1%多肽原料”不等于含有1% Pal-KTTKS。

③关注成品研究。

         单一原料的细胞实验不能直接代表成品。相同基础配方对照、明确使用周期和仪器测量结果具有较高参考价值。

④结合使用时间判断。

         胶原生成、分泌和纤维重塑需要时间。短期保湿带来的皮肤平滑感与长期基质调节应分别评价。

⑤结合防晒和屏障护理。

         紫外线可持续促进胶原降解。减少光损伤、维持角质层稳定和调节基质合成共同影响长期皮肤状态。

8 棕榈酰五肽-4结构构建、皮肤递送、胶原基质响应与信号通路研究相关代表化学品分类及科研应用

表1 KTTKS序列构建、棕榈酰化与固相多肽合成相关产品

表2 胶原、纤连蛋白及细胞外基质成熟与降解研究相关产品

表3 胶原沉积、染色与羟脯氨酸定量分析相关产品

表4 脂质递送与候选信号通路验证相关产品

         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

[1] Katayama K, Armendariz-Borunda J, Raghow R, Kang AH, Seyer JM. A pentapeptide from type I procollagen promotes extracellular matrix production. Journal of Biological Chemistry. 1993;268(14):9941–9944. DOI: 10.1016/S0021-9258(18)82153-6.

[2] Jones RR, Castelletto V, Connon CJ, Hamley IW. Collagen stimulating effect of peptide amphiphile C16-KTTKS on human fibroblasts. Molecular Pharmaceutics. 2013;10(3):1063–1069. DOI: 10.1021/mp300549d.

[3] Choi YL, Park EJ, Kim E, Na DH, Shin YH. Dermal stability and in vitro skin permeation of collagen pentapeptides (KTTKS and palmitoyl-KTTKS). Biomolecules & Therapeutics. 2014;22(4):321–327. DOI: 10.4062/biomolther.2014.053.

[4] Tsai WC, Hsu CC, Chung CY, Lin MS, Li SL, Pang JHS. The pentapeptide KTTKS promoting the expressions of type I collagen and transforming growth factor-β of tendon cells. Journal of Orthopaedic Research. 2007;25(12):1629–1634. DOI: 10.1002/jor.20455.

[5] Park H, An E, Cho Lee AR. Effect of Palmitoyl-Pentapeptide (Pal-KTTKS) on Wound Contractile Process in Relation with Connective Tissue Growth Factor and α-Smooth Muscle Actin Expression. Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 2017;14(1):73–80. DOI: 10.1007/s13770-016-0017-y.

[6] Robinson LR, Fitzgerald NC, Doughty DG, Dawes NC, Berge CA, Bissett DL. Topical palmitoyl pentapeptide provides improvement in photoaged human facial skin. International Journal of Cosmetic Science. 2005;27(3):155–160. DOI: 10.1111/j.1467-2494.2005.00261.x.

[7] Vitali A, Paolicelli P, Bigi B, Trilli J, Di Muzio L, Carriero VC, Casadei MA, Petralito S. Liposome Encapsulation of the Palmitoyl–KTTKS Peptide: Structural and Functional Characterization. Pharmaceutics. 2024;16(2):219. DOI: 10.3390/pharmaceutics16020219.

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