Пептиды коллагена. Трипептид-29

Стабильность пептидов. Хранение
04.02.2020
BPC-157. Стабильные формы
08.02.2020

Коллаген является основным структурным белком во внеклеточном матриксе в различных соединительных тканях организма. Коллаген является одним из длинных, волокнистых структурных белков, функции которых сильно отличаются от функций глобулярных белков. Жесткие пучки коллагена, называемые коллагеновыми волокнами, являются основным компонентом внеклеточного матрикса, который поддерживает большинство тканей и их внешнюю клеточную структуру. Волокна коллагена обладают большой прочностью на разрыв и являются основным компонентом фасции, хряща, связок, сухожилий, кости и кожи [1, 2]. Наряду с эластином и мягким кератином, он отвечает за прочность и эластичность кожи, а его деградация приводит к появлению морщин, сопровождающих старение [3]. Он укрепляет кровеносные сосуды и играет роль в развитии тканей. Как основной компонент соединительной ткани, коллаген является наиболее распространенным белком у млекопитающих, составляющим от 25% до 35% всего содержания белка в организме [4] (> 70% сухой массы дермы нормальной человеческой кожи [5]).

Отличительной особенностью коллагена является регулярное расположение аминокислот в каждой из трех цепей этих субъединиц коллагена. Наиболее частой аминокислотной последовательностью в этих фрагментах является Gly-Pro-X. Наиболее частой аминокислотой в положении X является Hyp.

При гидролизе коллаген превращается в короткие пептиды, которые могут вводиться в организм в виде пищевой добавки или функциональных продуктов питания и напитков с целью улучшения здоровья суставов и костей и улучшения здоровья кожи [6-8]. Гидролизованный коллаген имеет гораздо меньшую молекулярную массу по сравнению с нативным коллагеном. Исследования показывают, что более 90% гидролизованного коллагена переваривается и поступает в виде небольших пептидов в кровоток в течение одного часа [9]. Из крови пептиды, в т.ч., содержащие гидроксипролин, транспортируются в ткани-мишени (например, кожу, кости и хрящи), где пептиды действуют как строительные блоки для локальных клеток и помогают ускорить образование новых волокон коллагена [10, 11]. Также структурным единицами коллагена являются такие известные пептиды, как KTTKS, GHK и ряд других, нашедших применение в антивозрастных средствах для ухода за кожей [12].

Различные факторы способствуют старению кожи человека. Фотостарение кожи индуцируется хроническим воздействием солнечного света и является формой внешнего старения, тогда как собственное старение возникает, в основном, из-за снижения биологической функции и действия активных форм кислорода, выделяющихся в качестве продуктов клеточного метаболизма [13]. Профилактические средства фотостарения кожи необходимы из-за неизбежности воздействия солнечного света. Коллаген часто применяется в качестве функциональной пищевой добавки благодаря его эффективности по улучшению здоровья кожи. Коллагеновые гидролизаты или коллагеновые пептиды (КП) также привлекают внимание, при этом исследования in vitro и in vivo изучают свойства различных КП, в том числе гидролизатов рыбьего коллагена, полученных из коллагена кожи рыб типа I. У безволосых мышей пероральное введение смеси низкомолекулярных коллагеновых пептидов (НКП) способствует восстановлению коллагеновых волокон и нормальных эластичных волокон в коже из поврежденного коллагена и аномальных эластичных волокон, вызванных облучением ультрафиолетом, ингибированию разрушения дермального коллагена и приводит к значительному сокращению морщин на коже и трансэпидермальной потери воды, а также повышает эластичность и гидратацию кожи [14].

В недавнем исследовании [15] авторы определили влияние гидролизата рыбьего коллагена на уровни мРНК коллагена I в культуре дермальных фибробластов человека. Общеизвестно, что шкура рыб является важным субпродуктом в рыбной промышленности, особенно в случае некоторых видов, где шкуры рыб могут составлять до 20% от общей массы тела рыбы. Пептиды из коллагеновых гидролизатов были давно описаны как полезные для предотвращения старения кожи и остеоартрита, однако механизм биологической активности недостаточно известен. Фибробласты являются основными типами клеток, участвующих в синтезе коллагена. В работе [15] дермальные фибробласты человека подвергались обработке пептидами коллагена двух разных диапазонов молекулярной массы (две фракции: остаточная фракция с пептидами в диапазоне от 10 до 3 кДа и фракция с пептидами ниже 3 кДа), в состав которых входили фрагменты трипептида-29 – Pro-Hyp и Hyp-Gly. Фибробласты человека культивировали в присутствии различных количеств гидролизатов коллагена кожи голубой акулы (Prionace glauca) и коммерческого гидролизата коллагена (по 500 мкг/мл, 100 мкг/мл и 50 мкг/мл).

Было обнаружено, что, в частности, наличие Pro-Hyp и Hyp-Gly вблизи клеток фибробластов повышает активность фибробластов. Эти данные согласуются с более высоким содержанием Hyp, показывая более высокую мРНК коллагена типа I после 48 ч обработки. Результаты показывают, что пептиды коллагена с более высокой молекулярной массой вызывают более эффективный синтез мРНК коллагена типа I, и, следовательно, можно предположить, что предварительный выбор молекулярной массы может быть важным шагом для максимизации влияния гидролизатов коллагена на синтез коллагена типа I дермальными фибробластами [15].

В состав суммы пептидов, получаемых при гидролизе коллагена, входит также биологически высокоактивный пептид – трипептид-29. Трипептид-29 (tripeptide-29; tripeptide 29, G-P-Hyp tripeptide; CAS 2239-67-0) представляет собой синтетический пептид, состоящий из глицина, пролина и гидроксипролина (H-Gly-Pro-Hyp-OH). Этот трипептид содержит аминокислотный остаток, который является одной из непротеиногенных (некодируемых) α-аминокислот. Гидроксипролин отличается от пролина наличием гидроксильной (ОН) группы, присоединенной к гамма-атому углерода. Гидроксипролин образуется путем гидроксилирования аминокислотного пролина ферментом пролилгидроксилазой после синтеза белка (в качестве посттрансляционной модификации). Катализируемая ферментами реакция происходит в просвете эндоплазматического ретикулума. Гидроксипролин составляет примерно 4% всех аминокислот, содержащихся в тканях животных [16]. Гидроксипролин является основным компонентом белка коллагена [17], составляя примерно 13,5% коллагена млекопитающих. Гидроксипролин и пролин играют ключевую роль в стабильности коллагена [18]. В канонической коллагеновой триаде Xaa-Yaa-Gly (где Xaa и Yaa представляют собой любую аминокислоту) пролин, занимающий положение Yaa, гидроксилируется с образованием последовательности Xaa-Hyp-Gly. Эта модификация остатка пролина увеличивает стабильность тройной спирали коллагена. Первоначально предполагалось, что стабилизация происходит из-за молекул воды, образующих сеть водородных связей, связывающих пролилгидроксильные группы и карбонильные группы главной цепи [19]. Впоследствии было показано, что увеличение стабильности происходит главным образом за счет стереоэлектронных эффектов и что гидратация остатков гидроксипролина обеспечивает небольшую дополнительную стабильность [20]. Для гидроксилирования пролина требуется аскорбиновая кислота (витамин С). Наиболее очевидные эффекты (проблемы с деснами и волосами) отсутствия аскорбиновой кислоты у людей происходят из-за нарушения гидроксилирования пролиновых остатков коллагена со снижением стабильности молекулы коллагена.

Трипептид-29 составляет около 36 мольн.% смеси продуктов распада коллагена, полученной после 6 часов расщепления трехспиральных фрагментов коллагена типа I бактериальной коллагеназой [21]. Было обнаружено, что трипептидный компонент оказал ускоряющее влияние на синтез коллагена основным типом клеток в дерме – фибробластами [22]. Этим обусловлен высокий интерес к трипептиду-29 со стороны исследователей-разработчиков антивозрастных средств для кожи.

В работе [23] ученые исследовали гидратацию, улучшение эластичности и уменьшение образования морщин на коже человека при пероральном приеме трипептида-29. В качества терапевтического агента был выбран низкомолекулярный коллагеновый пептид (НКП), представляющий собой смесь коротких пептидов с содержанием трипетида (Gly-X-Y) > 15%, включая 3% трипептида-29. Людям (64 добровольца женского пола в возрасте 40–60 лет с диагнозом «фотостарение кожи») случайным образом назначали принимать плацебо или 1000 мг НКП один раз в день в течение 12 недель. Параметры гидратации, морщин и эластичности кожи были оценены в начале исследования и через 6 недель и 12 недель. По сравнению с группой плацебо показатель гидратации кожи в тестируемой группе был в 7,23 раза больше через 6 недель, и в 2,9 раза больше через 12 недель. После 12 недель в группе НКП показатель визуальной оценки и три параметра морщин на коже были значительно улучшены по сравнению с группой плацебо. Улучшение морщин по визуальной шкале в тестовой группе было в 10,5 раз больше, чем в группе плацебо через 12 недель. В случае эластичности кожи один параметр из трех был значительно улучшен в группе НКП по сравнению с исходным уровнем через 12 недель, в то время как по сравнению с группой плацебо два параметра из трех в группе НКП были значимо выше через 12 недель. С точки зрения безопасности НКП, результаты анализов крови, мочи и показателей жизненно важных функций показали, что все измеренные параметры в тестовой группе и группе плацебо находились в нормальных пределах до и после приема. Статистический анализ всех данных не выявил существенных отличий от нормального диапазона. Никаких побочных реакций не наблюдалось ни у одного из участников в ходе исследования.

При пероральном приеме гидролизатов коллагена в крови человека можно обнаружить небольшие пептиды, полученные из коллагена (такие, как трипептид-29), с пиковыми концентрациями, наблюдаемыми через 1–2 ч после приема. Трипептид-29 легко всасывается неповрежденным через кишечник в кровь у крыс и людей [24]. Поглощенный трипептид-29 остается в плазме в течение нескольких часов с максимальной концентрацией ~ 2–4 ч после введения и может быть обнаружен в различных тканях, особенно в коже, где он остается дольше, чем в других тканях.

Результаты, полученные авторами [23], позволяют предположить, что НКП можно использовать в качестве оздоровительного пищевого ингредиента для улучшения гидратации и эластичности, а также уменьшения морщин кожи человека.

Таким образом, матриксный пептид – трипептид-29 – улучшает эластичность и гидратацию кожи, стимулирует выработку коллагена, разлаживает мелкие морщины, действуя на клеточном уровне путем усиления активности фибробластов. Благодаря высокой биодоступности и отсутствию побочных эффектов, пептид обладает мощным потенциалом в качестве антивозрастного препарата.

В настоящее время трипептид-29 входит в состав таких косметических средств, как Collistar – Twist Gloss Ultrabrillante (блеск для губ) и Luxury Cell Peptide Ultra Moisturising Creme корейской фирмы Skindom (коллагеновый крем для лица), ингредиентов для антивозрастнх и увлажняющих средств Apep Colla-5 и Finexell-T11 (компания A&PEP), AC NanoVector System P3 (Active Concepts) и Matrix Peptide (The Herbarie). Также известен и широко применяется с теми же целями более липофильный пальмитоил трипептид-29, который представляет собой продукт, полученный реакцией пальмитиновой кислоты и трипептида-29 [25, 26].    

1.         Fratzl, P., Collagen: Structure and Mechanics, an Introduction, in Collagen: Structure and Mechanics, P. Fratzl, Editor. 2008, Springer US: Boston, MA. p. 1-13.

2.         Buehler, M.J., Nature designs tough collagen: Explaining the nanostructure of collagen fibrils. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2006. 103(33): p. 12285. DOI: 10.1073/pnas.0603216103.

3.         Skin aging handbook: an integrated approach to biochemistry and product development. 2008, NY: William Andrew Inc. p. 536.

4.         Di Lullo, G.A., Sweeney, S.M., Körkkö, J., Ala-Kokko, L., San Antonio, J.D., Mapping the Ligand-binding Sites and Disease-associated Mutations on the Most Abundant Protein in the Human, Type I Collagen. 2002. 277(6): p. 4223-4231. DOI: 10.1074/jbc.M110709200.

5.         Hopkinson, I., Molecular components of the extracellular matrix. Journal of wound care, 1992. 1(1): p. 52-54. DOI: 10.12968/jowc.1992.1.1.52.

6.         Guillerminet, F., Beaupied, H., Fabien-Soulé, V., Tomé, D., Benhamou, C.-L., Roux, C., Blais, A., Hydrolyzed collagen improves bone metabolism and biomechanical parameters in ovariectomized mice: An in vitro and in vivo study. Bone, 2010. 46(3): p. 827-834. DOI: 10.1016/j.bone.2009.10.035.

7.         Daneault, A., Prawitt, J., Fabien Soulé, V., Coxam, V., Wittrant, Y., Biological effect of hydrolyzed collagen on bone metabolism. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2017. 57(9): p. 1922-1937. DOI: 10.1080/10408398.2015.1038377.

8.         Asserin, J., Lati, E., Shioya, T., Prawitt, J., The effect of oral collagen peptide supplementation on skin moisture and the dermal collagen network: evidence from an ex vivo model and randomized, placebo-controlled clinical trials. Journal of Cosmetic Dermatology, 2015. 14(4): p. 291-301. DOI: 10.1111/jocd.12174.

9.         Watanabe-Kamiyama, M., Shimizu, M., Kamiyama, S., Taguchi, Y., Sone, H., Morimatsu, F., Shirakawa, H., Furukawa, Y., Komai, M., Absorption and Effectiveness of Orally Administered Low Molecular Weight Collagen Hydrolysate in Rats. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010. 58(2): p. 835-841. DOI: 10.1021/jf9031487.

10.       Ichikawa, S., Morifuji, M., Ohara, H., Matsumoto, H., Takeuchi, Y., Sato, K., Hydroxyproline-containing dipeptides and tripeptides quantified at high concentration in human blood after oral administration of gelatin hydrolysate. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 2010. 61(1): p. 52-60. DOI: 10.3109/09637480903257711.

11.       Shigemura, Y., Kubomura, D., Sato, Y., Sato, K., Dose-dependent changes in the levels of free and peptide forms of hydroxyproline in human plasma after collagen hydrolysate ingestion. Food Chemistry, 2014. 159: p. 328-332. DOI: 10.1016/j.foodchem.2014.02.091.

12.       Bissett, D.L., Johnson, M.B., Oblong, J., Cosmetic Antiaging Ingredients, in Textbook of Aging Skin, M.A. Farage, Miller, K.W., Maibach, H.I., Editors. 2017, Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg. p. 1839-1851.

13.       Ichihashi, M., Ando, H., Yoshida, M., Niki, Y., Matsui, M., Photoaging of the skin. Anti-Aging Medicine, 2009. 6(6): p. 46-59. DOI: 10.3793/jaam.6.46.

14.       Pyun, H.B., Kim, M., Park, J., Sakai, Y., Numata, N., Shin, J.Y., Shin, H.J., Kim, D.U., Hwang, J.K., Effects of Collagen Tripeptide Supplement on Photoaging and Epidermal Skin Barrier in UVB-exposed Hairless Mice. Preventive nutrition and food science, 2012. 17(4): p. 245-253. DOI: 10.3746/pnf.2012.17.4.245.

15.       Sanchez, A., Blanco, M., Correa, B., Perez-Martin, R.I., Sotelo, C.G., Effect of Fish Collagen Hydrolysates on Type I Collagen mRNA Levels of Human Dermal Fibroblast Culture. Mar Drugs, 2018. 16(5): p. 144. DOI: 10.3390/md16050144.

16.       Gorres, K.L., Raines, R.T., Prolyl 4-hydroxylase. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 2010. 45(2): p. 106-124. DOI: 10.3109/10409231003627991.

17.       Szpak, P., Fish bone chemistry and ultrastructure: implications for taphonomy and stable isotope analysis. Journal of Archaeological Science, 2011. 38(12): p. 3358-3372. DOI: 10.1016/j.jas.2011.07.022.

18.       Nelson, D.L., Cox, M.M., Lehninger Principles of Biochemistry Lecture Notebook. 2004: Macmillan.

19.       Bella, J., Eaton, M., Brodsky, B., Berman, H.M., Crystal and molecular structure of a collagen-like peptide at 1.9 A resolution. Science, 1994. 266(5182): p. 75. DOI: 10.1126/science.7695699.

20.       Kotch, F.W., Guzei, I.A., Raines, R.T., Stabilization of the Collagen Triple Helix by O-Methylation of Hydroxyproline Residues. Journal of the American Chemical Society, 2008. 130(10): p. 2952-2953. DOI: 10.1021/ja800225k.

21.       Telejko, E., Wróbel, K., Wiśniewski, K., Bańkowski, E., Pharmacological and physicochemical properties of collagen breakdown-products. Acta Neurobiologiae Experimentalis, 1992. 52(4): p. 223-232.

22.       Sakai, Y., The development of highly skin-permeable collagen tripeptide (CTP) with glycine at N-terminus. Fragrance Journal, 2001. 29: p. 73-77.

23.       Kim, D.-U., Chung, H.-C., Choi, J., Sakai, Y., Lee, B.-Y., Oral Intake of Low-Molecular-Weight Collagen Peptide Improves Hydration, Elasticity, and Wrinkling in Human Skin: A Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Study. Nutrients, 2018. 10(7): p. 826. DOI: 10.3390/nu10070826.

24.       Yamamoto, S., Deguchi, K., Onuma, M., Numata, N., Sakai, Y., Absorption and Urinary Excretion of Peptides after Collagen Tripeptide Ingestion in Humans. Biological and Pharmaceutical Bulletin, 2016. 39(3): p. 428-434. DOI: 10.1248/bpb.b15-00624.

25.       Johnson, W.J., Heldreth, B., Safety Assessment of Palmitoyl Oligopeptides as Used in Cosmetics 2012, Cosmetic Ingredient Review: Washington, DC.

26.       Bae, S.-M., Ahn, Y.-H., Jung, J.-K., Hwang, J.-G., A Study on the Skin Anti-wrinkle Effect of Novel Palmitoyl Tripeptide. Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea, 2010. 36(1): p. 65-69.