提議:能否把膠原蛋白的結構活性用在抗擊新冠病毒中

最近看到在治療新冠肺炎中把蛋白作為提高免疫力的方法,而作為人體系統中的骨骼皮膚成分的膠原蛋白卻被忽略了。

實際上,在中醫藥中,含有膠原蛋白成分的動物骨骼、動物皮膚早已應用對侵入性疾病的治療上。而牛黃等一些由動物體內生成的抗病結核,其形成原因和主要成分是膠原蛋白。我們知道,中醫對侵入性疾病,一般疾病稱為溼熱,重症則稱為毒邪,治療這些疾患,往往離不開含有膠原蛋白成分的中藥,比如,外用除溼熱的虎骨膏酒,內服抗毒邪的牛黃、夜明砂等一些動物機體中具有膠原蛋白成分物質結構作為藥物。同時,中醫藥中還含有受到病菌病毒感染的人體或動物組織中的病原體感染的痂疥,通過曬烤炙等高溫處理後用於治療毒邪藥物,我們可以看到,人類第一次成功抗疫的天花疫苗,其主要來源或研究對象就是牛痘,而牛痘實際上就是由牛皮膚中的膠原蛋白抗擊病毒感染形成的痂疥,而這些痂疥主要成分依然是膠原蛋白。這就意味著膠原蛋白具有一定的抗病毒作用。

能否把膠原蛋白的結構活性用在抗擊新冠病毒中,並在預防和治療新冠病毒引起的肺炎中起作用呢?

我們可以根據現代科學對膠原蛋白已經有了的較為成熟的研究理論作為依據進行討論。

現代科學和醫學對膠原蛋白的研究以及應用範圍可以概括為此段下面所述的九個方面。通過此段下面九個方面的概述,我們知道,膠原蛋白是人體系統中的重要組成部分,其成分構成的皮膚是阻擋病毒攻擊的第一道防線。而作為細胞的外基質的一種結構蛋白質,膠原蛋白也等同於細胞的皮膚,也可以說是人體系統抵禦病毒攻擊的第二道防線。而有沒有膠原蛋白這個外皮,也是病毒作為一種非生物蛋白酶,與細胞或細菌等活體生物的區別 。我們知道,新冠病毒的構成是蛋白酶包裹的簡單DNA,也就是蛋白酶包裹的簡單基因片段,不具有生物特徵,無法通過皮膚攻擊人體系統,同時,新冠病毒攻擊特徵是通過呼吸道等沒有皮膚包裹的渠道進入人體,並主要通過蛋白酶的活性對細胞外基質進行突破,進入細胞,對細胞內蛋白體進行催化中分裂繁殖,造成細胞感染死亡,引起人類機體感染造成疾病。那麼,既然膠原蛋白是抵抗病毒攻擊的第一道防線,是不是可以說,加固這道防線,就意味著可以取得對新冠病毒攻擊防禦作用。同時,新冠病毒的攻擊攻擊目標是具有膠原蛋白這個外基質的細胞,那麼,通過對人體系統輸入由膠原蛋白組分的藥物誘導新冠病毒攻擊,從而達到殺滅或把病毒驅逐出人體系統。而對新冠病毒的免疫是否可以通過對膠原蛋白卡。抗疫生成的新成分進行研究提取培養生成免疫疫苗,輸入人體系統,達到治病或免疫效果?

下面是現代科學醫學對膠原蛋白研究的九個方面的概述:

一、膠原蛋白作為生物高分子,動物結締組織中的主要成分

膠原蛋白(也稱膠原)是細胞外基質的一種結構蛋白質,英文名“collagen”,由希臘文演化而來,多糖蛋白,呈白色,含有少量的半乳糖和葡萄糖,是細胞外基質(ECM)的主要成分,約佔膠原纖維固體物的85%。膠原蛋白是動物體中普遍存在的一種大分子蛋白,主要存在於動物的結締組織(骨、軟骨、皮膚、腱、韌等)中,佔哺乳動物體內蛋白質的25%~30%,相當於體重的6%。在許多海洋生物,如魚類的皮,佔其蛋白質含量甚至高達80%以上。對機體和臟器起著支持、保護、結合以及形成界隔等作用。除了生物力學方面的以外,還具有諸如信號轉導、生長因子與細胞因子的運輸等功能。

二、膠原蛋白是一類蛋白質家族

目前已至少發現了30餘種膠原蛋白鏈的編碼基因,可以形成16種以上的膠原蛋白 分子,根據其結構,可以分為為纖維膠原、基膜膠原、微纖維膠原、錨定膠原、六邊網狀膠原、非纖維膠原、跨膜膠原等。根據它們在體內的分佈和功能特點,可以將膠原分成間質膠原、基底膜膠原和細胞外周膠原。間質型膠原蛋白分子佔整個機體膠原的絕大部分,包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原蛋白分子,Ⅰ型膠原蛋白主要分佈於皮膚、肌腱等組織,也是水產品加工廢棄物(皮、骨和鱗)含量最多的蛋白質,佔全部膠原蛋白含量的80-90%左右,在醫學上的應用最為廣泛。

三、膠原蛋白是一種兩性電解質

其一,膠原每個肽鏈具有許多酸性或鹼性的側基;其二,每個肽鏈的兩端有α-羧基和α-氨基,都具有接受或給予質子的能力,它們可在特定的pH值範圍內,解離產生正電荷或負電荷,換句話說,隨著介質的pH值,不同膠原即成為帶有許多正電荷或負電荷的離子。膠原肽鏈側基的pKa值與其組成氨基酸側基的pKa值略有不同,這是由於在蛋白質分子中受到鄰近電荷的影響所造成的。等電點是7.5~7.8,呈現出偏鹼性,因為膠原的肽鏈中鹼性氨基酸比酸性氨基酸多一點。由於是高分子,在水溶液中具有膠體性質和一定粘度,粘度在等電點時最低,而且溫度越低,粘度越大。

四、天然高分子材料中最具代表性的是天然蛋白質和天然多糖

多糖主要有軟骨素、HA(透明質酸)、殼聚糖、肝素等,多糖複合材料比較集中於可吸收性外科縫線、藥物釋放的載體、皮膚替代物、透析膜、止血劑、醫用引導組織再生材料、骨替代材料、組織培養系統的支架。

五、生物學性狀低免疫原性

膠原作為醫用生物材料,最重要的特點在於其低免疫原性,與其它具有免疫原性的蛋白質相比,膠原蛋白的免疫原性非常低。人們甚至曾認為膠原不具有抗原性,研究表明:膠原具有低免疫原性,不含端肽時免疫原性尤其低。膠原有三種類型的抗原分子,第一類是膠原肽鏈非螺旋的端肽,在天然和變性膠原中均存在。

六、生物相容性

生物相容性是指膠原與宿主細胞及組織之間良好的相互作用。膠原本身是構成細胞外基質的骨架,其三股螺旋結構及交聯所形成的纖維或網絡對細胞起到錨定和支持作用,併為細胞的增值生長提供適當的微環境。無論是在被吸收前作為新組織的骨架,還是被吸收同化進入宿主成為宿主的一部分,都與細胞周圍的基質有著良好的相互作用,表現出相互影響的協調性,併成為細胞與組織正常生理功能整體的一部分。

七、生物降解性

膠原能被特定的蛋白酶降解,即生物降解性。因膠原具有緊密牢固的螺旋結構,所以絕大多數蛋白酶只能切斷其側鏈,只有膠原酶、彈性蛋白酶等特定的蛋白酶在特定的條件下才能降解膠原蛋白,斷裂膠原肽鍵。膠原的肽鍵一旦斷裂,其螺旋結構隨即被破壞而徹底水解為小分子多肽或氨基酸,小分子物質可以進入血液循環系統,被機體重新利用或代謝排出。可生物降解性是膠原蛋白能作器官移植材料被利用的基礎。

八、生物凝血性

膠原具有止血性能,該性能的發揮通過兩方面實現,即促進血小板凝聚和血漿結塊。膠原可以與血小板通過粘合、聚集形成血栓起到止血作用。當血管壁的內皮細胞被剝離時,血管中的膠原纖維暴露於血液中,血液中的血小板立刻與膠原纖維吸附在一起,發生凝聚反應,生成纖維蛋白並形成血栓,進而血漿結塊阻止血流。膠原的天然結構膠原具有凝聚能力的基礎。膠原是參與創傷癒合的主要結構蛋白。止血活性依賴於膠原聚集體的大小和分子的天然結構,變性的膠原(明膠)誘導止血無效。研究表明,膠原蛋白能有效誘導血小板聚集,與二磷酸腺苷比較,膠原蛋白誘導不受初始劑量、濃度等因素的影響,表現迅速而徹底。

九、組織工程

由於膠原蛋白廣佈於人體各組織中,系各組織中的重要成分並構成組織細胞外基質(Extracelluarmatrix,ECM),其性質是一種天然的組織支架材料。從臨床應用的角度,人們用膠原蛋白製成各種各樣的組織工程支架,如皮膚、骨組織、氣管和血管支架等。然而以膠原本身而言就有兩大類,即純膠原製備的支架和與其它成分複合而成的複合物支架。純膠原蛋白組織工程支架具有生物相容性好、易加工、可塑性並能促進細胞黏附、增殖等優點,但也有膠原蛋白的力學性能差,在含水時難以塑形,無法支撐組織重建等不足。其次在修復處的新生組織會產生各種各樣的酶,將膠原蛋白水解,導致支架崩解,而採用交聯或複合的方式能改善與提高。現已成功地將膠原蛋白基生物材料用於人工皮膚、人工骨、軟骨移植和神經導管等組織工程產品。有人用嵌入軟骨細胞的膠原蛋白凝膠來修復軟骨缺陷並嘗試用上皮、內皮和角膜細胞附在膠原蛋白海綿以適應角膜組織。還有人混合自體同源的間葉細胞中的莖狀細胞和膠原蛋白凝膠製作肌腱用於腱後修復。

以膠原蛋白為基質作真皮輔以上皮成分構成的組織工程人工皮膚藥物緩釋膠以膠原蛋白為主要成分的給藥系統應用非常廣泛,可以把膠原蛋白水溶液塑造成各種形式的給藥系統,如眼科方面的膠原蛋白保護物、燒傷或創傷使用的膠原海綿、蛋白質傳輸的微粒、膠原蛋白的凝膠形式、透過皮膚給藥的調控材料以及基因傳輸的納米微粒等。此外,還可作為組織工程包括細胞培養系統的基質、人工血管和瓣膜的支架材料等。



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