胶原聚集体及其聚集行为研究进展

王光宇, 肖美添, 赵 鹏*, 陈俊德

1.华侨大学化工学院, 福建 厦门 361021；2.国家海洋局第三海洋研究所, 国家海洋局海洋生物资源综合利用工程技术研究中心, 福建 厦门 361005

胶原聚集体及其聚集行为研究进展

王光宇1,2, 肖美添1, 赵 鹏1*, 陈俊德2*

1.华侨大学化工学院, 福建 厦门 361021；2.国家海洋局第三海洋研究所, 国家海洋局海洋生物资源综合利用工程技术研究中心, 福建 厦门 361005

胶原是生物体重要的结构蛋白，具有良好的生物相容性、可降解性、低免疫原性、止血性和促细胞生长等生物特性，被广泛地应用到生物医学材料、食品、化妆品和药品等领域。胶原的聚集行为是影响胶原产品质量的重要因素，是胶原生产过程中急需解决的科学技术问题。总结了近年来胶原聚集行为的研究进展，着重介绍了胶原聚集行为和胶原聚集体、胶原聚集体结构对其生物学功能的影响、胶原聚集行为的影响因素、胶原聚集行为检测技术以及胶原聚集体的应用，以期为胶原产品的开发提供新思路。

胶原；聚集；影响因素；检测技术

胶原是动物体内含量最多、分布最广的结构蛋白。胶原使得细胞外基质具有很好的机械性能和结构完整性，具有支撑器官、保护机体的功能，对维持机体的结构及生理功能起着关键作用。胶原及其衍生物具有独特的生物相容性、可降解性和低免疫原性等生物学功能[1]，在生物医学材料、食品、化妆品和药品等领域得到了广泛关注[2]。聚集行为是胶原最重要的特性，胶原的聚集行为几乎存在于胶原生产加工的各个环节，如何控制好胶原的聚集过程、定向聚集成所期望的聚集体，是确保胶原产品质量的核心技术问题。因此，本文对胶原聚集行为及胶原聚集体、胶原聚集体结构对其生物学功能的影响、胶原聚集行为的影响因素、胶原聚集行为检测技术以及胶原聚集体的应用做一简要综述，以期为突破制约胶原产业发展的技术瓶颈和高值开发胶原产品提供思路。

1 胶原聚集行为及胶原聚集体

1.1 胶原聚集行为

胶原聚集行为是指胶原分子受到外界因素影响后，分子表面水化膜丧失，存在于胶原分子内部的疏水性氨基酸暴露出来，同时，胶原分子相互碰撞的机率变大，从而引起分子之间疏水基团的相互作用，最终形成大小形态各异的聚集体。

1.2 胶原聚集体

胶原分子发生聚集行为形成多种胶原聚集体。根据胶原聚集体的形成机制与结构特点等，胶原聚集体可分为纤维化聚集体和无定型聚集体。纤维化聚集体是通过自组装聚集和横纵聚集2种方式形成的纤维化聚集态[3～5]；而无定型聚集体则具有多种聚集形态，具体可分为：网络结构聚集态、成串珠丝聚集态、锚定型聚集态等[6～8]。

2 胶原聚集体结构对其生物学功能的影响

胶原聚集体的结构是影响其生物学功能的关键因素，其对聚集体功能的影响主要表现在保持良好的生物相容性、提高抗降解能力、止血性能，以及诱导、促进细胞生长等方面。

2.1 保持良好的生物相容性

通过诱导聚集的胶原聚集体能够保持原有良好的生物相容性。王秋玲等[9]研究发现，Ⅰ型胶原与纳米羟基磷灰石、聚乳酸-羟基乙酸、透明质酸钠发生聚集反应，形成复合骨-软骨聚集体支架，该聚集体支架孔径为100～300 μm，孔隙率为92.3%，与骨髓基质干细胞保持着良好的生物相容性。草鱼鱼皮和猪皮胶原可聚集形成胶原海绵聚集体，该聚集体呈现多孔、疏松状结构，而Ⅰ型胶原与聚羟基丁酸-羟基辛酸共混聚集，也可形成具有同类结构的聚集体支架，该结构具有良好的生物相容性[10～11]。

2.2 提高抗降解能力

天然胶原存在降解速度快的缺点，影响其应用范围，可通过聚集技术提高胶原的抗酶降解能力。汪海波等[12]发现草鱼鱼鳞酸溶性胶原和酶溶性胶原可经自组装聚集成纤维聚集体，与胶原相比，该聚集体的抗酶降解性得到提高，其中酸溶性胶原降解率从90.61%下降到86.66%，酶溶性胶原降解率从74.65%下降至70.60%。此外，天然胶原可与碳化二亚胺交联聚集反应，形成甲基化胶原。与天然胶原相比，甲基化胶原的孔径由95.08 μm增加到适合细胞粘附及生长的203.18 μm，并在大孔径的周围布满了平均尺寸为5 μm的贯通孔隙结构，此结构使得聚集体的孔隙率由16.19%提高到76.67%，从而进一步提高其机械强度，即提高了甲基化胶原的抗酶降解能力[13]。Ⅰ型牛胶原与1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺和N-羟基与酰胺亚胺交联聚集，与胶原相比，该聚集体的完全降解时间由原来的2 h延长为7 d，表明聚集反应可显著提高胶原的抗酶降解能力[14]。

2.3 提高止血性能

胶原能诱导血小板附着、激活凝血因子黏附在出血处，通过聚集形成的胶原聚集体能够提高胶原的止血性能。蒙俊桦等[15]将类人胶原与微孔淀粉、戊二醛交联聚集，形成类人胶原蛋白-微孔淀粉聚集体止血材料，与微孔淀粉止血剂相比，该聚集体吸水率提高了420%，止血时间减少了27 s。鱼鳞Ⅰ型胶原可与壳聚糖交联聚集反应，形成复合止血海绵聚集体，该聚集体的止血时间与吸收性明胶海绵和医用脱脂棉相比分别提高了24.4%和45.6%[16]。鱿鱼皮酶溶性胶原结合碳化二亚胺交联聚集反应，形成胶原海绵聚集体，相对于医用纱布，胶原海绵聚集体的出血量由0.35 g降至0.16 g，止血时间由239 s降至112 s，能够达到快速止血的效果[17]。

2.4 诱导及促进细胞生长

胶原与壳聚糖、羟基磷灰石等发生聚集反应，形成的聚集体复合材料能够诱导并促进细胞的生长、迁移和增殖。詹兴旺等[18]的研究表明，Ⅰ型胶原与壳聚糖混合聚集形成的胶原-壳聚糖聚集体支架，具有多孔、互相连接的网格片状结构，能够诱导并促进软骨细胞的粘附、增殖和分化。Ⅰ型胶原和羟基磷灰石发生聚集反应，形成聚集体，兔骨髓基质细胞在此聚集体支架上生长状况良好[19]。Ⅰ型胶原和羟基磷灰石发生聚集反应，形成胶原/羟基磷灰石聚集体支架，接种的骨髓间允质干细胞与支架黏附，生长良好，可促进干细胞成骨、成软骨分化[20]。

3 胶原聚集行为的影响因素

胶原聚集行为易受到外界因素的影响[21,22]，主要影响因素有溶液pH、胶原浓度、温度、离子强度和小分子化合物等。

3.1 溶液pH

溶液pH是影响胶原聚集行为的主要因素，pH能改变胶原分子表面的电荷量。当胶原分子表面相同电荷增加时，胶原分子间及内部排斥力增强，胶原分子更容易发生聚集行为，形成不同结构的聚集体。Li等[23]发现牛真皮胶原在pH 6.6时，胶原聚集成直径为85 nm的小纤维聚集体；当pH 6.9～8.0时，胶原聚集成直径约为200 nm的纤维聚集体，聚集速率随着pH升高而增大。小牛皮胶原在pH 2.7～3.0条件下，胶原聚集成网状结构聚集体；在pH 7.2～7.4条件下，胶原形成纤维状聚集体，聚集体的纤维直径和长度均高于其他pH条件下的值[24]。牛皮胶原在pH 2.5和pH 3.5条件下，胶原聚集成紧密排列的类似于球状突起、颗粒状的结构；在pH 4.5时，为细长的小球；在pH 5.5～9.5条件下，易形成纤维结构；当pH>10.5时，仅有少量或没有纤维结构[25]。鱼鳞Ⅰ型胶原在pH 2.7时，低浓度下胶原以单体和线性小聚集体的形式存在，而高浓度下则形成无规则线团结构聚集体；在pH 7.2条件下，形成不规则的片状聚集体并通过横向聚集形成多孔网状结构的聚集体[26]。

3.2 胶原浓度

胶原的质量浓度是影响胶原聚集行为的重要因素。胶原在低浓度下不易发生聚集行为，在高浓度下易发生聚集行为，但是浓度过高对胶原聚集行为有阻碍作用。如猪皮胶原在浓度为0.1～0.5 mg/mL时，以小聚集体为主；在浓度为0.5～1.5 mg/mL时，胶原聚集成无规则的线团结构；在浓度为1.5～3.0 mg/mL时，形成大聚集体[27]。而罗非鱼皮胶原在浓度为0.23～2.12 mg/mL时，胶原聚集速率随浓度的增加呈现先升高后降低的特点，浓度在0.94 mg/mL时聚集速率最高[28]。此外，不同浓度下胶原形成的聚集体也不同。Raspanti等[29]研究发现，牛皮胶原在质量浓度为0.1 mg/mL时，聚集体为超微纤维结构；浓度为0.5 mg/mL时，为不规则的三维网状结构；浓度为1 mg/mL时，为连续网状结构。鼠尾肌腱胶原在浓度低于0.5 mg/mL时，没有胶原纤维结构；而当浓度髙于0.5 mg/mL时，可观察到具有D周期的纤维结构聚集体[30]。

3.3 温度

温度也是影响胶原聚集行为的一个重要因素。低温不能提供足够的能量，使得胶原无法聚集。随着温度的升高，胶原分子结构逐渐展开，内部的疏水性氨基酸基团暴露出来，发生聚集；而当温度过高时，胶原变性失活。闫鸣艳和秦松[28]发现罗非鱼皮胶原在20℃、30℃、37℃时均可发生聚集行为，且在30℃时，胶原聚集速率最高，说明此温度是其聚集的最适温度。而草鱼鱼鳞胶原在4℃、25℃和35℃时都能发生聚集，在25℃时，胶原聚集程度最高[31]。牛皮胶原在10℃时，胶原分子处于分散状态；在30℃时，聚集体进一步聚集成疏水微区且聚集程度最高；当温度高于50℃时，胶原三螺旋结构被破坏，胶原变性[32]。

3.4 离子强度

胶原与其他蛋白质一样是典型的两性电解质，加入大量的中性盐后，盐在破坏水化膜、暴露胶原疏水区域的同时，中和胶原表面电荷，进而诱导胶原聚集。当盐浓度过高时，胶原表面电荷达到饱和度，过量的离子促使胶原分子与溶剂之间相互形成氢键的能力加强，抑制胶原聚集。Yan等[33]的研究表明，狭鳕鱼皮胶原在NaCl浓度为30～60 mmol/L时，促进胶原聚集；继续提高NaCl浓度，胶原聚集受到抑制。大马哈鱼胶原在NaCl浓度为0～70 mmol/L时，聚集速率随浓度升高而增大；而当NaCl浓度为140 mmol/L时，胶原聚集受到抑制[34]。草鱼皮胶原在NaCl浓度为0～200 mmol/L时，胶原聚集速率与聚集程度随浓度增大而增加；而当NaCl浓度为300 mmol/L时，胶原聚集完全受到抑制[35]。

3.5 小分子化合物

小分子化合物也是影响胶原聚集行为的重要因素。小分子化合物通过影响胶原分子间的氢键、静电作用等非共价键，调控胶原的聚集行为。如鼠尾肌腱胶原中加入糖和多元醇，可通过破坏螺旋结构间氢键的水桥，从而达到抑制胶原聚集行为的目的[36]。小牛皮胶原中加入丙三醇，可通过增强三螺旋结构来抑制胶原聚集行为[37,38]。Ⅰ型胶原中加入交联剂戊二醛，可促进胶原分子间的交联聚集，使胶原聚集成致密的网状结构[39]。牛皮胶原中加入交联剂己二酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯，在37℃时会抑制牛皮胶原的聚集行为，而39℃时则会促进胶原的聚集行为[40]。猪皮胶原中加入透明质酸，二者质量比为5∶5时，透明质酸通过静电引力和氢键作用阻止胶原聚集成片状结构[41]。

3.6 其他因素

除了以上影响因素，光照和金属离子也能对胶原聚集行为产生影响。研究发现，紫外线照射能够促进Ⅰ型胶原分子间的交联聚集，使胶原纤维直径从15～50 nm变为100 nm左右，并相互交织呈网状结构[39,42]。牛筋胶原在pH 5.0、0～2.5 mmol/L浓度范围内，铜离子和锌离子可促进胶原的聚集行为，而钾离子抑制胶原的聚集行为[43]。

4 胶原聚集行为检测技术

胶原的聚集行为可通过各种技术手段进行检测，常用的检测技术有显微镜技术、光散射技术和荧光分析技术等，各检测技术的优缺点和适用范围见表1。

除了上述检测技术，研究人员还利用X射线晶体衍射、电子晶体学、多维核磁共振波谱与冷冻电子显微镜等多种技术手段检测胶原的聚集行为。陈善飞等[46]利用X射线晶体衍射检测，发现在鱼皮胶原与壳聚糖聚集体共混膜中胶原与壳聚糖分子之间可产生较强的相互作用。

表1 胶原聚集行为检测技术Table 1 The detection techniques of aggregation behavior.

5 胶原聚集体的应用

胶原聚集形成的聚集体，在热稳定性、机械力学性能和抗酶降解性等方面均优于胶原单体[47～50]，故胶原聚集体在生物医学材料、食品、化妆品和药品等领域具有广泛的用途。

5.1 生物医学材料领域的应用

天然胶原具有良好的生物学功能，但存在着热稳定性和机械力学性能差等缺点，因而，研究人员诱导胶原与其他活性物质发生聚集反应，形成稳定性和机械力学性能良好的胶原聚集体生物医学材料。Yan等[51]将胶原与壳聚糖共混聚集，形成了壳聚糖-胶原聚集体多孔支架材料，该聚集体与骨髓间充质干细胞保持良好的生物相容性，是理想的组织工程支架材料。罗非鱼皮胶原与聚乳酸发生聚集反应，形成聚集体纤维支架，与鱼皮胶原相比，该聚集体具有更好的稳定性和低降解率，与L929成纤维细胞保持良好的生物相容性[52]。

5.2 食品领域的应用

胶原聚集体广泛地应用于食品领域。Wang等[53]的研究表明，Ⅰ型胶原与琼脂、藻酸发生聚集反应，形成三元混合生物水凝胶聚集体薄膜，该聚集体薄膜具有抗拉强度好、防雾和屏障性能好的优点，可作为食品包装材料，延长食品的保质期。Ⅰ型胶原与乙二醛、戊二醛聚集反应，形成的聚集体热稳定性和拉伸强度显著提高，是作为人工肠衣的理想原料[54]。

5.3 化妆品的应用

胶原聚集体对皮肤具有良好的亲水性，具有修复保湿和保护效果。刘克海等[55]将鱿鱼皮胶原与硬脂酸、十六醇等共混聚集，形成的胶原聚集体营养保湿乳，具有无毒、保湿效果好等优点。Ⅰ型胶原与壳聚糖、细胞激活素等发生聚集反应，形成胶原聚集体晚霜，将其涂在人体皮肤表面，能够起到保湿以及修复、保护皮肤的作用[56]。

5.4 药品领域的应用

胶原聚集体还是一种安全、有效的药物载体材料。如Ⅰ型胶原与聚乳酸聚集形成的微球载体，可减缓阿司匹林的释放，是良好的药物控制释放载体[57]。猪皮Ⅰ型胶原与纤维蛋白胶聚集合成的缓释药膜，具有双重缓释的作用，可减少药物的突释，使药物的释放更加平稳缓慢[58]。

6 展望

胶原及其衍生物被广泛应用于生物医学材料、食品、保健品、化妆品和药品等领域。胶原及其衍生物全球市场销售额达数十亿美元[59]，并呈增长趋势，具有广阔的市场前景。胶原聚集行为几乎存在于胶原的提取、分离纯化和干燥等各个生产加工环节中，是影响胶原质量的关键因素[45]。目前，研究人员在胶原聚集方面已经取得了丰硕的成果，但仍存在许多问题，具体如下：①胶原、胶原聚集体结构与功能关系的研究不够深入，导致其在生物医学材料、食品、保健品、化妆品和药品等方面的潜力得不到应有的开发；②胶原产品质量控制标准低下，缺乏指导胶原规模化生产的胶原聚集、解离动力学模型，无法监测胶原生产加工过程中结构的变化情况，无法精准指导胶原的生产加工，产品质量差、产品附加值低；③由于疯牛病、口蹄疫和禽流感等流行病的发生，限制了陆地生物源胶原的应用。海洋生物源胶原以其丰富的原料来源和区别于陆地生物源胶原的结构、功能和理化性质成为近年来胶原研究的热点。然而，胶原聚集体的研发工作仍主要集中在陆地生物源胶原上，在海洋生物源胶原方面只有零星的研发工作[26]。

针对上述胶原聚集行为急需解决的问题，我国应充分利用国内海洋生物资源丰富的优势，以海洋生物源胶原聚集行为研究为切入点，以高校、研究所为依托，重点研究胶原产品的原料筛选、胶原构效关系、胶原动力学、胶原产品质量控制标准和胶原聚集行为检测技术等。在胶原生产设计中，根据胶原的生产工艺，通过优选集成多种胶原聚集行为的检测技术，在此基础上，构建严格的全程质量控制体系，全面控制胶原产品的生产过程，加强胶原构效关系和动力学研究，并通过政府引导，将这些技术应用到企业胶原产品生产上，提高产品的附加值和利润，进而吸引国内外投资者涉足这一行业，带动企业从资源依赖型向技术带动型转变，从数量增长型向质量效益型转变，形成以生物医学材料、食品、保健品、化妆品和药品等为主的胶原产业集群，产生重大经济效益，并带动海洋胶原研发领域生产力质的飞跃。

[1] Mlyniec A, Tomaszewski K A, Spiesz E M,etal.. Molecular-based nonlinear viscoelastic chemomechanical model incorporating thermal denaturation kinetics of collagen fibrous biomaterials [J]. Polym. Degrad. Stabil., 2015, 119:87-95.

[2] Sinthusamran S, Benjakul S, Kishimura H. Comparative study on molecular characteristics of acid soluble collagens from skin and swim bladder of seabass (Latescalcarifer) [J]. Food Chem., 2013, 138(4):2435-2441.

[3] 李 林, 李学敏, 宿广昊, 等. 胶原聚集体自组装机制研究[A]. 见：天津市生物医学工程学会第三十四届学术年会论文集[C]. 天津：天津市生物医学工程学会学术年会, 2014.

[4] Cisneros D A, Hung C, Franz C M,etal.. Observing growth steps of collagen self-assembly by time-lapse high-resolution atomic force microscopy[J]. J. Struct. Biol., 2006, 154(3):232-245.

[5] 蒋挺大. 胶原与胶原蛋白[M]. 北京: 化学工业出版社, 2006.

[6] Stephan S, Sherratt M J, Hodson N,etal.. Expression and supramolecular assembly of recombinant α1(viii) and α2(viii) collagen homotrimers [J]. J. Biol. Chem., 2004, 279(20):21469-21477.

[7] Birk D E, Bruckner P. Collagen suprastructures[J]. Top. Curr. Chem., 2005, 247:185-205.

[8] Lunstrum G P, Kuo H J, Rosenbaum L M,etal.. Anchoring fibrils contain the carboxyl-terminal globular domain of type VII procollagen, but lack the amino-terminal globular domain [J]. J. Biol. Chem., 1987, 262(28):13706-13712.

[9] 王秋玲, 谢德明, 吕玉明. 分层复合骨-软骨支架的制备及生物相容性初步研究[J]. 南方医科大学学报, 2010, 30(11):2477-2481.

[10] 汪海婴, 梁艳萍, 李云雁, 等. 鱼源胶原蛋白海绵材料的构建及其生物学性能[J]. 华中科技大学学报(医学版), 2012, 41(6):709-715.

[11] 李二峰, 王增荣, 陆兴, 等. 羟基丁酸-羟基辛酸聚合物-胶原骨软骨支架的制备及应用[J]. 中国组织工程研究, 2012, 16(47):8751-8754.

[12] 汪海波, 梁艳萍, 汪海婴, 等. 草鱼鱼鳞胶原蛋白的提取及其部分生物学性能[J]. 水产学报, 2012, 36(4):553-561.

[13] 王丽霞, 赵 寰, 靳淑凤, 等. EDC交联离子化胶原支架材料的生物学表征[J]. 口腔医学研究, 2015, 31(4): 343-348.

[14] 杨春蓉. 交联对胶原生物学和物理性能的影响[J]. 中国组织工程研究, 2009, 13(3):521-524.

[15] 蒙俊桦, 王琪凯, 范代娣, 等. 类人胶原蛋白-微孔淀粉的制备及生物学评价[J]. 西北大学学报(自然科学版), 2014, 44(1):61-65.

[16] 王 茵, 黄 煜, 林彩平, 等. 鱼鳞胶原复合止血海绵的制备及其效果的验证 [J]. 福建农业学报, 2013, 28(4):315-319.

[17] 徐志霞, 赵 昕, 邹峥嵘, 等. 鱿鱼皮胶原蛋白医用止血材料的研究[J]. 中国海洋药物, 2014, 33(5):64-70.

[18] 詹兴旺, 韦曙东, 姜 艳, 等. 胶原-壳聚糖支架与软骨细胞的生长[J]. 中国组织工程研究, 2011, 15(38):7090-7094.

[19] 杨 波, 胡蕴玉, 毕 龙, 等. 胶原/羟基磷灰石骨软骨一体化支架的生物学特性研究[J]. 中国矫形外科杂志, 2010, 18(4):304-307.

[20] Zhou J A, Xu C X, Wu G,etal..Invitrogeneration of osteochondral differentiation of human marrow mesenchymal stem cells in novel collagen-hydroxyapatite layered scaffolds[J]. Acta Biomater., 2011, 7(11):3999-4006.

[21] Ding C C, Zhang M, Wu K,etal.. The response of collagen molecules in acid solution to temperature[J]. Polymer, 2014, 55(22):5751-5759.

[22] Yang H, Xu S C, Shen L R,etal.. Changes in aggregation behavior of collagen molecules in solution with varying concentrations of acetic acid[J]. Int. J. Biol. Macromol., 2016, 92:581-586.

[23] Li Y P, Asadi A, Monroe M R,etal.. pH effects on collagen fibrillogenesisinvitro: Electrostatic interactions and phosphate binding[J]. Mat. Sci. Eng. C-Mater., 2009, 29(5):1643-1649.

[24] 何晓青, 蔡继业, 赵 涛, 等. Ⅰ型胶原蛋白在云母表面自组装的AFM研究[J]. 生物技术, 2004,14(2):35-37.

[25] Jiang F Z, Hörber H, Howard J,etal.. Assembly of collagen into microribbons: Effects of pH and electrolytes[J]. J. Struct. Biol., 2004, 148(3):268-278.

[26] 钟朝辉, 李春美, 顾海峰, 等. 原子力显微镜研究鱼鳞胶原蛋白的溶液聚集行为[J]. 精细化工, 2006, 23(10):983-987.

[27] 史向阳, 吴世康, 孙曹民. 荧光探针法研究胶原蛋白的水溶液聚集状态[J]. 高分子学报, 1998(4):406-411.

[28] 闫鸣艳, 秦 松. 聚集条件对罗非鱼皮Ⅰ型胶原自聚集动力学的影响[J]. 食品工业科技, 2016, 37(2):93-102.

[29] Raspanti M, Viola M, Sonaggere M,etal.. Collagen fibril structure is affected by collagen concentration and decorin[J]. Biomacromolecules, 2007, 8(7): 2087-2091.

[30] Fang M, Goldstein E L, Matich E K,etal.. Type I collagen self-assembly: The roles of substrate and concentration[J]. Langmuir, 2013, 29(7):2330-2338.

[31] 梁艳萍, 王 艳, 汪海波, 等. 草鱼鱼鳞胶原蛋白体外自组装行为的研究[J]. 食品科学, 2011, 32(23):15-20.

[32] 吴万烨, 武 昆, 李国英. 利用二维同步荧光相关光谱研究温度对胶原溶液中分子聚集行为的影响[J]. 光谱学与光谱分析, 2015, 35(2):409-414.

[33] Yan M Y, Li B F, Zhao X,etal.. Effect of concentration, pH and ionic strength on the kinetic self-assembly of acid-soluble collagen from walleye pollock (Theragrachalcogramma) skin[J]. Food Hydrocolloid., 2012, 29(1):199-204.

[34] Yunoki S, Nagai N, Suzuki T,etal.. Novel biomaterial from reinforced salmon collagen gel prepared by fibril formation and cross-linking[J]. J. Biosci. Bioeng., 2004, 98(1):40-47.

[35] 赵 燕, 鲁 亮, 杨 玲, 等. 草鱼皮胶原的体外自组装动力学研究[J]. 食品科学, 2014, 35(11):21-26.

[36] Kuznetsova N, Chi S L, Leikin S. Sugars and polyols inhibit fibrillogenesis of type I collagen by disrupting hydrogen-bonded water bridges between the helices[J]. Biochemistry, 1998, 37(34): 11888-11895.

[37] Li J H, Li G Y. The thermal behavior of collagen in solution: Effect of glycerol and 2-propanol [J]. Int. J. Biol. Macromol., 2011,48(2):364-368.

[38] Li J H, Liu W T, Li G Y. The effect of glycerol and 2-propanol on the molecular aggregation of collagen in solution[J]. Int. J. Biol. Macromol., 2015, 72:1097-1103.

[39] 梁志红, 周长忍, 李立华. 几种改性方法对胶原膜微观结构的影响[J]. 高分子材料科学与工程, 2006, 22(2):181-184.

[40] Zhang M, Wu K, Li G Y. Interactions of collagen molecules in the presence of N-hydroxysuccinimide activated adipic acid (NHS-AA) as a cross linking agent [J]. Int. J. Biol. Macromol., 2011, 49(4): 847-854.

[41] 赵 帅, 王 璐, 李国英. 胶原/透明质酸共混海绵的性能研究[J]. 皮革科学与工程, 2008, 18(5):12-17.

[42] 梁志红, 周长忍, 蔡基业, 等. 原子力显微镜研究UV-B对Ⅰ型胶原结构的影响[J]. 激光生物学报, 2004, 13(3):207-209.

[43] 邢建宇, 白 波, 李宇亮, 等. 不同金属离子在胶原蛋白自聚集过程中的影响研究[J]. 应用化工, 2015(6):1041-1044.

[44] Tenni R, Sonaggere M, Viola M,etal.. Self-aggregation of fibrillar collagens I and II involves lysine side chains[J]. Micron, 2006, 37(7):640-647.

[45] Yan M Y, Li B F, Zhao X. Determination of critical aggregation concentration and aggregation number of acid-soluble collagen from walleye pollock (Theragrachalcogramma) skin using the fluorescence probe pyrene[J]. Food Chem., 2010, 122(4):1333-1337.

[46] 陈善飞, 伍久林, 葛尚英, 等. 多糖对鲢鱼皮胶原蛋白膜性能的影响[J]. 食品工业科技, 2013, 34(6):325-329.

[47] Nguyen T M, Aubry J F, Touboul D,etal.. Monitoring of cornea elastic properties changes during UV-A/riboflavin-induced corneal collagen cross-linking using supersonic shear wave imaging: A pilot study [J]. Invest. Ophth. Vis. Sci., 2012, 53(9):5948-5965.

[48] Lim E S, Lim M J, Min K S,etal.. Effects of epicatechin, a crosslinking agent, on human dental pulp cells cultured in collagen scaffolds[J]. J. Appl. Oral Sci., 2016, 24(1):76-84.

[49] Kwansa A L, De Vita R, Freeman J W. Tensile mechanical properties of collagen type I and its enzymatic crosslinks[J]. Biophys. Chem., 2016, 214-215: 1-10.

[50] Wu X M, Liu Y W, Liu A J,etal.. Improved thermal-stability and mechanical properties of type I collagen by crosslinking with casein, keratin and soy protein isolate using transglutaminase[J]. Int. J. Biol. Macromol., 2017, 98: 292-301.

[51] Yan F, Yue W, Zhang Y L,etal.. Chitosan-collagen porous scaffold and bone marrow mesenchymal stem cell transplantation for ischemic stroke[J]. Neural Regen. Res., 2015, 10(9):1421-1426.

[52] Zhang Q, Lv S, Lu J,etal.. Characterization of polycaprolactone/collagen fibrous scaffolds by electrospinning and their bioactivity[J]. Int. J. Biol. Macromol., 2015, 76:94-101.

[53] Wang L F, Rhim J W. Preparation and application of agar/alginate/collagen ternary blend functional food packaging films[J]. Int. J. Biol. Macromol., 2015, 80:460-468.

[54] 陈秀金, 曹 健, 汤克勇. 胶原蛋白和明胶在食品中的应用[J]. 郑州工程学院学报, 2002, 23(1):66-69.

[55] 刘克海, 秦玉青, 徐海波,等. 鱿鱼皮胶原蛋白的提取及在化妆品中的应用[J]. 水产科学, 2008, 27(8):411-413.

[56] 南 伟, 孙丽萍, 袁秀芝. 具有活肤修复作用晚霜的研究[J]. 北京日化, 2003，24(4):6-8.

[57] Li X, Liu L L, Yang P F,etal.. Synthesis of collagen-modified polylactide and its application in drug delivery [J]. J. Appl. Polym. Sci., 2013, 129(6):3290-3296.

[58] 陈红丽, 徐佳迪, 南文滨, 等. 胶原/纤维蛋白胶复合药膜的性质及其体外抑瘤效应初步研究[J]. 国际生物医学工程杂志, 2016, 39(1): 1-5.

[59] 陈俊德, 易瑞灶, 陈 晖. 鱼胶原蛋白及其活性肽的研究进展[J]. 中国海洋药物, 2009, 28(4):52-56.

ProgressonCollagenAggregatesandTheirAggregationBehavior

WANG Guangyu1,2, XIAO Meitian1, ZHAO Peng1*, CHEN Junde2*

1.CollegeofChemicalEngineering,HuaqiaoUniversity,FujianXiamen361021,China; 2.MarineBiologicalResourceComprehensiveUtilizationEngineeringResearchCenteroftheStateOceanicAdministration,theThirdInstituteofOceanographyoftheStateOceanicAdministration,FujianXiamen361005,China

Collagen is an important structural protein of the organism. Due to the unique biocompatibility, biodegradability, low immunogenicity, hemostatic, promoting cell growth and other biological characteristics, collagen has been widely used in fields including biomedical materials, foods, cosmetics and drugs. The aggregation behavior of collagen is an important factor affecting the quality of collagen products, and it is a scientific and technical problem that needs to be solved urgently in the process of collagen production. In this paper, the research progress of collagen aggregation behavior in recent years was summarized, the aggregation behavior and aggregates of collagen, the influence of aggregates structure on their biological function, the affecting factors and detection techniques of aggregation behavior as well as the applications of collagen aggregates were introduced, which were expected to provide new thought for development of collagen products.

collagen; aggregation; affecting factors; detection techniques

2017-06-15;接受日期2017-07-21

国家自然科学基金项目(41106149;41676129)；国家海洋局第三海洋研究所基本科研业务费专项(海三科2016007)资助。

王光宇，硕士研究生，主要从事蛋白质工程研究。E-mail: 17859733637@163.com。*通信作者：赵 鹏，副教授，主要从事天然产物的提取与精制研究。E-mail:zhaopeng@hqu.edu.cn；陈俊德，副研究员，主要从事蛋白质工程研究。E-mail:jdchen@tio.org.cn

10.19586/j.2095-2341.2017.0058