孫欣欣

膠原蛋白是一個既古老又現(xiàn)代的話題。人們曾經(jīng)從7500萬年前的恐龍化石中檢測出膠原纖維；公元前4000年古埃及人開始用動物皮制膠，我國西漢以前開始利用動物皮熬制中藥；1935年人們初步確定了膠原的三螺旋結(jié)構(gòu)，1945年后歐洲出現(xiàn)水解膠原產(chǎn)品，1980年后膠原蛋白肽吸收和功效的研究日益增多。到了21世紀，生物材料蓬勃發(fā)展，膠原逐漸被用于組織工程和組織醫(yī)學，又漸漸拓展至干細胞轉(zhuǎn)化、細胞培養(yǎng)、藥物控釋和醫(yī)美等領域。在我國，膠原材料已經(jīng)被列入國家重點研發(fā)計劃和重點專項。

面向行業(yè)需求重點攻關

張貴鋒進入膠原領域是從研究阿膠質(zhì)量控制方法開始的。

真?zhèn)舞b別一直是阿膠行業(yè)面臨的難題。2001年，張貴鋒所在團隊承擔了阿膠企業(yè)委托的真?zhèn)舞b別課題，他認真研究了以往文獻，發(fā)現(xiàn)其中多以阿膠中低豐度物質(zhì)為研究對象，從整體上考察不同動物膠的宏觀性質(zhì)，方法缺乏針對性且難以消除制膠工藝對阿膠的影響。經(jīng)過多次現(xiàn)場考察并分析動物皮膚降解過程，他發(fā)現(xiàn)了生產(chǎn)過程中的關鍵步驟以及驢皮成分的動態(tài)變化，確定了以阿膠中含量最高的膠原降解物作為研究對象。但隨后又發(fā)現(xiàn)，阿膠中的膠原降解物屬于分子量高度分散、等電點接近、親疏水性相似的多肽混合物——當“不同動物來源的阿膠怎么分析都一致”，要鑒別清楚其動物來源談何容易！

關鍵時刻，愛因斯坦的一句經(jīng)典名言點醒了張貴鋒：“我們面對的重大問題永遠不能在產(chǎn)生問題本身的層次上被解決?！彼_始嘗試跳出固有思路，不再執(zhí)著于阿膠組成分析，而是轉(zhuǎn)向不同動物膠原的序列差異?！凹热话⒛z是驢皮降解物，驢皮中主要是膠原，不同動物膠原的氨基酸序列存在差異。在序列上比較這些差異就可能獲得膠原的動物來源?！彼氲健?/p>

為了打開思路，張貴鋒先后到美國學習質(zhì)譜、到日本學習多肽序列解析、到杭州參加蛋白質(zhì)組學特訓班，終于在2005年建立了膠原的動物溯源方法。在這之前，國際上缺乏膠原類型識別和動物溯源的方法，捷克科學家Z.Deyl研發(fā)的基于CNBr裂解的方法由于使用劇毒試劑且對分離方法依賴性較高，該方法始終未獲得大規(guī)模推廣。

張貴鋒的目標當然還是落在推廣上。膠原的動物溯源方法建成之后，他從全國30多家企業(yè)收集了豐富的阿膠樣品，對該方法進行完善，確立起基于特征多肽的阿膠真?zhèn)舞b別方法雛形。他的研究得到了中國藥品生物制品鑒定研究院中藥研究所的認可，并對其研究方法加以簡化，簡化后的方法2012年成為我國《藥典》補充檢測方法，后又被正式列入《藥典》。至此，阿膠成為我國第一個基于特征多肽進行真?zhèn)舞b別的品種。張貴鋒也因此先后獲得中國分析測試協(xié)會優(yōu)秀青年、山東省科技進步獎和中國儀器儀表學會科技創(chuàng)新獎等榮譽。但最令他欣慰的是，基于特征多肽的類型識別和動物溯源方法，由于理論依據(jù)明確、針對性強且兼具定性和定量的特點，目前已經(jīng)成為國際最主要的膠原分析方法。

從基礎研究助推產(chǎn)業(yè)升級

膠原應用非常廣，涵蓋了食品、藥品、醫(yī)療器械、生物材料、細胞培養(yǎng)等諸多領域。張貴鋒早就發(fā)現(xiàn)國際上膠原蛋白肽產(chǎn)品日益增多，2003年日本膠原蛋白肽產(chǎn)品年需求量僅1200多噸，到2008年發(fā)展到近5000噸。我國膠原蛋白肽產(chǎn)品的市場容量每年以20%的速率增長，且當時我國產(chǎn)品在分子量范圍、生物利用度、味道和色澤等方面與國外產(chǎn)品存在很大差距，進口產(chǎn)品價格昂貴，每年數(shù)百億的銷售被國外公司帶走。為此，張貴鋒將注意力逐漸轉(zhuǎn)移到膠原蛋白肽產(chǎn)品制備工藝創(chuàng)新上。

國際上傳統(tǒng)膠原蛋白肽制備工藝簡單描述為“一鍋法”，張貴鋒發(fā)現(xiàn)這種工藝中美拉德反應難以抑制，“席夫堿”會導致產(chǎn)品顏色極深，腥味嚴重，蛋白質(zhì)隨機降解導致多肽分子量范圍難以控制。他利用膠原穩(wěn)定性研究基礎，研發(fā)出第二代膠原蛋白肽制備工藝，關鍵技術在海南等地方進行了產(chǎn)業(yè)化。

在他看來，通過基礎研究助推工藝升級是一條必由之路。多年來，他將建立的膠原分析方法逐漸拓展至含膠原和明膠產(chǎn)品的質(zhì)量控制，同時在膠原基礎研究上大力突破，除了上述“膠原穩(wěn)定性”研究，體內(nèi)膠原含量及動態(tài)變化、翻譯后修飾和生物大分子間相互作用等也是他的切入點。

舉個例子，張貴鋒研發(fā)的第三代制備工藝，就是看中了“脫酰胺過程是影響多肽生物活性的關鍵”，果然，升級后的第三代工藝使膠原蛋白肽呈現(xiàn)出多種生物活性狀態(tài)。面對人們對膠原蛋白肽認識的差異，張貴鋒也開展了大量產(chǎn)品評價試驗——包括膠原蛋白肽中精氨酸對微循環(huán)的影響、血漿中羥脯氨酸含量變化對金屬基質(zhì)蛋白酶活性的影響以及長期服用膠原蛋白肽對不同類型膠原合成的影響等，以期這些多肽在非傳染慢性疾病防控方面發(fā)揮作用。至今，張貴鋒參加了2個國家原“863”項目，參與制定了行業(yè)標準和國家標準，協(xié)助合作單位完成了6項科技成果鑒定或科技成果評價。

目前，我國膠原蛋白肽市場規(guī)模已經(jīng)超過6000噸，進口產(chǎn)品在我國市場占有率大幅度降低，許多企業(yè)的產(chǎn)品出口到日本、美國、加拿大、泰國、馬來西亞等國家，對減少產(chǎn)品進口和提升我國產(chǎn)品的國際競爭力做出了貢獻。

瞄準膠原行業(yè)更大的挑戰(zhàn)

“作為細胞外基質(zhì)的主要成分，膠原在人體內(nèi)幾乎無處不在，如在皮膚真皮層中含量高達70%，在角膜、軟骨、血管、跟腱等組織等也非常高，目前在人體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了27種不同類型的膠原。”張貴鋒說。

膠原合成和代謝變化都會對人體產(chǎn)生巨大影響，如皺紋的產(chǎn)生、老年人身高的萎縮、牙齒和發(fā)質(zhì)的變化等。許多疾病與膠原合成或代謝異常密切相關，如Alport綜合征是因編碼Ⅳ型膠原一條鏈的基因突變所致，動脈血管瘤與Ⅲ型膠原的表達異常有關，有些成骨不全病癥以及類風濕關節(jié)炎是由于Ⅱ型膠原的表達或代謝異常所致。2019年4月，東京齒科大學的研究人員在Nature上發(fā)表了一項研究，XVII型膠原能夠干預表皮干細胞的良性競爭，讓衰老細胞不斷更新從而保持肌膚的年輕狀態(tài)。

事實上，近年來，國際上膠原研究持續(xù)升溫，以膠原為主題進行Web of Science檢索，1999年全球發(fā)表的論文約7200篇，2019年總數(shù)增至24800余篇，增長了3倍多。同時，Johnson&Johnson、BD、Integra、Geistlich、Biocer、HB等公司膠原基生物材料種類繁多，產(chǎn)品在我國市場占有率也非常高。

在這樣的局面下，張貴鋒希望有更多人關注膠原研究。如今，他本人將研究目標瞄準了一個更具挑戰(zhàn)性的方向——在分子層次上研究膠原動態(tài)變化對生物大分子間相互作用的影響，包括膠原含量、類型和翻譯后修飾等纖維鏈接蛋白、生長因子或細胞因子以及細胞增殖粘附等行為的影響。

在2019年11月底召開的第七屆膠原蛋白高峰論壇上，張貴鋒作為大會執(zhí)行主席再次發(fā)出了“加強膠原相關基礎研究”的呼吁，并指出要同時加強膠原（含脫細胞基質(zhì)）在泛細胞領域和皮膚管理中創(chuàng)新應用?！案鶕?jù)國家醫(yī)療器械相關法規(guī)，動物膠原只能做Ⅲ類醫(yī)療器械”，張貴鋒介紹，在這次論壇上，與會專家呼吁希望在風險可控的前提下能把外用膠原基材料列入Ⅱ類醫(yī)療器械管理，為健康管理等提供基礎材料支撐。

“在干細胞、組織工程和再生醫(yī)學領域，膠原的應用空間巨大，這將是我國相關產(chǎn)業(yè)跨越發(fā)展的重要機遇?！睆堎F鋒表示。這也將是他和同行專家們下一個階段要挑戰(zhàn)的重點。