魚鰾膠原蛋白的研究進(jìn)展

李玉玲，范志強(qiáng)，劉雯恩，王梅文，周艷芳，彭新生、*

(1.廣東醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院，廣東 東莞 523808； 2.廣東醫(yī)科大學(xué) 生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，廣東 東莞 523808；3.廣東醫(yī)科大學(xué) 海洋醫(yī)藥研究院，廣東 湛江 524023)

中國水域面積遼闊，魚類資源豐富，其加工過程中產(chǎn)生了大量副產(chǎn)物，引起了研究者的關(guān)注。目前已出現(xiàn)從魚鱗、魚皮、魚骨和內(nèi)臟等魚副產(chǎn)物中提取膠原蛋白并應(yīng)用的研究報(bào)道[1-3]，但魚鱗存在腥味且含有較多鈣雜質(zhì)[4]，魚皮帶有顏色且熱變性溫度較低，在一定程度上限制了其應(yīng)用，魚鰾則成為另一種富含膠原蛋白的重要替代原料。魚鰾是魚的平衡和比重調(diào)節(jié)器官，用于感壓、發(fā)聲和輔助呼吸，又名魚膠、魚泡、魚白、魚肚、壓胞，是可用于烹飪的名貴佳肴，能養(yǎng)血補(bǔ)血、滋陰補(bǔ)腎、消疲御疾等，具有極高的食用和藥用價(jià)值[5]。

除了部分魚鰾被食用或醫(yī)用,大量魚鰾都以廢棄物形式丟棄，既浪費(fèi)了資源，也污染了環(huán)境。因此，如何實(shí)現(xiàn)魚鰾高效利用具有重要意義。魚鰾的重要組分為高級膠原蛋白，如新鮮鯽鰾組織中膠原蛋白含量為115.05 mg/g，蛋白質(zhì)含量高達(dá)84.2%，脂肪含量僅為0.2%[6-7]。魚鰾膠原蛋白具有卓越的生物相容性、低免疫原性、可降解性和高細(xì)胞直接黏附能力等，在提高免疫力、活化組織細(xì)胞、抑制癌細(xì)胞、抗氧化、止血等方面具有明顯功效[8]。目前，關(guān)于魚鰾的研究多數(shù)集中在生物活性肽的分離和評價(jià)方面[9-15]，而在高分子膠原蛋白提取并應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面尚關(guān)注不足，為此，本研究中系統(tǒng)地綜述了魚鰾膠原蛋白的研究現(xiàn)狀并探討了其應(yīng)用發(fā)展。

1 魚鰾膠原蛋白的制備方法

魚鰾膠原蛋白的制備是其應(yīng)用的前提，主要包括預(yù)處理、提取和分離純化。如無特殊要求，制備過程一般在4 ℃左右進(jìn)行。

1.1 魚鰾膠原蛋白的預(yù)處理

對魚鰾材料的預(yù)處理直接影響著最后獲得膠原蛋白的質(zhì)量。通常采用酸、堿、有機(jī)溶劑等進(jìn)行前期處理，以去除魚鰾中的灰分、雜蛋白、脂質(zhì)、色素等成分，并使膠質(zhì)膨脹，組織疏松，利于下一操作步驟。其中，色素和雜蛋白一般可用氫氧化鈉(NaOH)除去，而脫脂處理則多使用異丙醇或丁醇[16]。此外，借助超聲波、微波等方法能實(shí)現(xiàn)更好的除雜效果。不同來源魚鰾膠原蛋白制備的除雜處理如表1所示。

1.2 魚鰾膠原蛋白的提取

提取是魚鰾膠原蛋白制備過程中的核心步驟，旨在保證獲得魚鰾膠原蛋白生理活性的同時(shí)獲得最大提取率。常見的提取工藝有酸法、酶法、熱水法、鹽法、堿法和發(fā)酵法。為提高產(chǎn)率、降低成本，也可將多種方法結(jié)合使用，如利用酸-酶結(jié)合法能明顯提高黃鰭金槍魚魚鰾膠原蛋白得率[18]；用10%的NaOH和10%的Na2SO4對鱘和白魚魚鰾進(jìn)行4 h的堿鹽處理，可導(dǎo)致糖胺聚糖等膠結(jié)物質(zhì)受到破壞，纖維結(jié)構(gòu)松弛、脫落，經(jīng)檢測，膠原蛋白多肽鍵的酰胺A、酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ、酰胺Ⅲ帶完好，保留了天然結(jié)構(gòu)[28]。利用酸-水提取法提取原鶴鰻魚魚鰾膠原蛋白，最佳提取條件為0.1 mol/L乙酸下分別酸浸1 h和水解1 h，產(chǎn)率為63.35%[23]。利用乙酸、6 mol/L NaOH、鹽酸、NaCl等提取太湖白魚魚鰾，可獲得較高提取率的膠原蛋白[4]。

表1 不同魚類魚鰾膠原蛋白制備的除雜處理Tab.1 Deimpurity treatment of swim bladder from different fish species

1.2.1 酸法提取 酸法提取是指在較低濃度酸溶液條件下，由于介質(zhì)離子滲入，破壞魚鰾分子間的鹽鍵、希夫(Schiff)鍵和醛胺鍵等，引起膨脹、纖溶，膠原蛋白發(fā)生游離而溶出的方法，常用乙酸、鹽酸、檸檬酸等[29]。此法提取時(shí)間短，通過電泳圖譜分析發(fā)現(xiàn)，提取得到的膠原蛋白的酰胺條帶清晰且一般無雜帶，因此，酸法能在最大程度上保持魚鰾膠原蛋白的三股螺旋結(jié)構(gòu)，保持天然活性，尤其適用于生物醫(yī)用材料的制備。但膠原蛋白末端存在醛基相互作用和分子共價(jià)交聯(lián)作用，酸溶出的膠原蛋白量較少，另外可能出現(xiàn)溶劑殘留、設(shè)備受腐蝕和環(huán)境污染等問題。酸法較常用于魚鰾膠原蛋白的提取，不同來源魚鰾膠原蛋白的酸法提取過程如表2所示。

表2 不同來源魚鰾膠原蛋白的酸法提取

Tab.2 Acid extraction of swim bladder collagen from different fish species

魚鰾來源fish species酸試劑(乙酸)/(mol·L-1)acid處理時(shí)間/htime文獻(xiàn)來源 references 黃鰭金槍魚Thunnus alba-cares0.548 Kaewdang等[18]草魚Ctenopharyngodon idella0.572 Liu等[19]鰱和草魚H.nobilis, C.idella0.572 Hu等[21]原鶴鰻Muraenesox talabon0.548 Kartika等[22]草魚C.idella0.5 24 Wu等[24]鯉Cyprinus carpio0.572 Pal等[10]原鶴鰻Muarenesox talabon0.2572 Gadi等[27]鮸Miichthys miiuy0.548 Zhao等[12]

1.2.2 酶法提取 通過酶的作用選擇性切除膠原蛋白分子的末端肽使其溶于酶液中。常用工藝包括直接酶提法、混合酶分步提取法和酸堿初步水解后酶提法。常用的酶包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、復(fù)合蛋白酶、木瓜蛋白酶等。影響提取效率的因素包括酶的種類、酶濃度、酶解溫度、提取時(shí)間及pH值等。酶法提取率明顯高于酸法，因其能進(jìn)一步切割端肽，有利于膠原蛋白分子溶出，如利用酶法提取得到的草魚魚鰾膠原蛋白產(chǎn)率為114 g/kg，遠(yuǎn)高于酸法提取的51 g/kg[24]。相比較，用酸法提取可能由于魚鰾膠原蛋白交聯(lián)組分的存在而在電泳圖譜中出現(xiàn)高分子量的條帶，而酶法提取則可能出現(xiàn)低分子量小肽片段條帶[19]。另外，使用酶法可有效縮短膠原蛋白的提取時(shí)間，以及保證膠原蛋白中與活性相關(guān)的結(jié)構(gòu)的完整性，作用條件溫和，材料無毒無污染，是目前較常使用的一種工藝[16]，但成本較高。酶法也是魚鰾膠原蛋白提取的常用方法，不同來源魚鰾膠原蛋白的酶法提取過程如表3所示。

表3 不同來源魚鰾膠原蛋白的酶法提取

Tab.3 Enzyme extraction of swim bladder collagen from different fish species

魚鰾來源fish species酶制劑enzyme處理時(shí)間/htime文獻(xiàn)來源 references 黃鰭金槍魚Thun-nus albacares粗胃液48 Kaewdang等[18]雜交鱘hybrid0.1%豬胃蛋白酶48Zhang等[17]草魚C.idella0.1%胃蛋白酶72Liu等[19]南亞野鯪Labeo rohita胃蛋白酶10～12Sripriya等[20]市場收集market collection木瓜蛋白酶240～360李振宇等[30]草魚C.idella豬胃蛋白酶24Wu等[24]鯉Cyprinus carpio0.2%胃蛋白酶72Pal等[10]南亞野鯪L.rohita2 g/kg胃蛋白酶48 Gaurav等[25]日本黃姑魚Nibea japonica1.4%～1.7%胃蛋白酶23～25唐云平等[26]鮸Miichthys miiuy20 U/g豬胃蛋白酶48Zhao等[12]

1.2.3 熱水法提取 熱水提取法一般是指將預(yù)處理后的魚鰾用約65 ℃的水直接浸提和回流，使氫鍵等斷開而得到魚鰾膠原蛋白的方法。熱水提取法相對于前兩種方法使用略少，與酸法提取相比，該法可獲得具有更高亞氨酸含量的膠原蛋白[22]。此法操作簡單、成本低廉、安全環(huán)保，且獲得的魚鰾膠原蛋白純度較高，水溶性好。諸永志等[31]發(fā)明了一種工藝，可使用熱水將腌制后的鯽魚鰾利用梯度加熱的方式充分溶出膠原蛋白，并經(jīng)降溫獲得膠原蛋白。以1∶1的原鶴鰻魚鰾和熱液質(zhì)量體積比在40 ℃下反應(yīng)2 h，過濾，凍干，得到膠原蛋白[22]。用50～60 ℃的去離子水對經(jīng)碳酸鈉浸泡處理后的鲇魚鰾進(jìn)行2～3 h的攪拌提取，冷卻離心后在-30～-20 ℃下真空干燥20～24 h，得到魚鰾膠原蛋白[32]。以1∶5的黃唇魚魚鰾與飲用水料液比在80 ℃下反應(yīng)2 h，提取魚鰾膠原蛋白[33]，但此法存在溫度過高而導(dǎo)致膠原蛋白共價(jià)鍵斷裂改性的不足，常與其他方法結(jié)合使用。如涂宗財(cái)?shù)萚34]用3倍體積的0.15% NaOH浸提草魚魚鰾，水洗并用硫酸處理后，再用80 ℃熱水浸泡2 h獲得魚鰾膠原蛋白。

1.2.4 鹽法提取 一定濃度的中性鹽溶液如NaCl、三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽(Tris-HCl)、檸檬酸鹽等可使魚鰾膠原蛋白溶解。在提取鯽魚鰾膠原蛋白的過程中使用一定濃度的NaCl可使膠原蛋白表面電荷增加，從而與水分子間的作用力增強(qiáng)，加速膠原的溶出，但鹽濃度不宜過高，否則導(dǎo)致鹽析反應(yīng)而降低得率[31]。此法能保證膠原分子的完整性和穩(wěn)定性，但可能引入雜質(zhì)離子。

1.2.5 堿法提取 堿法是指利用堿性物質(zhì)使材料中的肽鍵水解得到膠原蛋白，常用的堿有NaOH、Ca(OH)2等。用0.1 mol/L的NaOH溶液浸泡大黃魚魚鰾4 h，并經(jīng)水洗、乙酸中和、沉淀等步驟可獲得膠原蛋白[7]。此法操作簡單、提取速度快，但產(chǎn)物相對分子質(zhì)量較低，膠原在堿性條件下不穩(wěn)定，易過度水解使膠原的三螺旋結(jié)構(gòu)受到破壞,此外殘留的堿提取劑有毒性作用，因此，實(shí)際應(yīng)用相對較少。

1.2.6 發(fā)酵法提取 此法是通過發(fā)酵過程中微生物所產(chǎn)生的蛋白酶對魚鰾進(jìn)行水解提取，可通過調(diào)控發(fā)酵時(shí)間獲得活性最佳的膠原蛋白；發(fā)酵法提取效率高、成本低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)，已成為現(xiàn)今最常用的提取方法[35]。

1.3 魚鰾膠原蛋白的分離純化

分離純化是獲得魚鰾膠原蛋白關(guān)鍵性的一步，指根據(jù)膠原蛋白的分子量大小、溶解度、親和性和帶電性等，利用透析、鹽析、層析、離心、色譜、電泳、冷凍干燥等方法除去相關(guān)雜質(zhì)，如提取過程中產(chǎn)生的裂解肽、殘留溶劑及膠原聚合物中的雜質(zhì)部分，獲得純膠原蛋白。魚鰾膠原蛋白的分離純化報(bào)道見表4。在實(shí)際應(yīng)用過程中常常多種方法結(jié)合使用，以達(dá)到更好的純化效果，如超濾膜分離技術(shù)與色譜技術(shù)結(jié)合達(dá)到逐級分離純化的效果[36]。

表4 不同來源魚鰾膠原蛋白的分離純化

Tab.4 Isolation and purification of swim bladder collagen from different fish species

魚鰾來源fish species主要方法method文獻(xiàn)來源 references 黃鰭金槍魚Thun-nus albacares0.1 mol/L乙酸透析12 h,蒸餾水透析Kaewdang等[18]雜交鱘hybrid蒸餾水透析24 hZhang等[17]草魚Ctenopharyn-godon idella離心20 min,NaCl透析12 h,7 000透析袋透析Liu等[19]南亞野鯪Labeo rohita2.5 mol/L NaCl差速鹽析,離心Sripriya等[20]鰱和草魚H.nob- ilis,C.idella2.0 mol/L NaCl鹽析12 h,離心20 min,0.1 mol/L乙酸透析Hu等[21]草魚C.idella0.1 mol/L乙酸透析48 hWu等[24]南亞野鯪L.rohitaNaCl鹽析,離心,0.1 mol/L乙酸透析48 hGaurav等[25]太湖白魚Erythro-culter ilishaeformis超純水透析12 h王園園等[4]日本黃姑魚Nibea japonica0.57～0.68 mol/L NaCl浸泡后離心,0.08～0.12 mol/L乙酸和蒸餾水透析1.5～2.3 h唐云平等[26]原鶴鰻M.talabon0.1 mol/L乙酸透析24 hGadi等[27]鮸Miichthys miiuy離心30 min,0.1 mol/L乙酸透析12 h,蒸餾水透析48 hZhao等[12]

2 魚鰾膠原蛋白的特征

魚鰾膠原蛋白呈白色，不透明狀態(tài)，不溶于水。這與動物體內(nèi)分布最廣、含量最高的膠原蛋白類型[29]一致，魚鰾所含為Ⅰ型膠原蛋白，由兩條α1、一條α2和三條左旋多肽鏈組成右手三重螺旋結(jié)構(gòu)，并含二聚體β鏈和三聚體γ鏈，相對分子質(zhì)量較穩(wěn)定，約300 000[10，12，19-20]。紅外光譜分析在230 nm處可見羥脯氨酸特征吸收峰；其中，甘氨酸是含量最高的氨基酸，約占總量的1/3，脯氨酸含量較高，酪氨酸和組氨酸含量較低，幾乎不含胱氨酸和色氨酸[37]，因此，在280 nm處無明顯吸收峰，可用于與一般膠原蛋白相區(qū)別。紅外光譜分析顯示，在1078 cm-1處出現(xiàn)顯著吸收峰，這是魚鰾膠原蛋白與陸生哺乳動物膠原蛋白相區(qū)別的特征峰[38]。與哺乳動物相比，魚鰾膠原蛋白的絲氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸含量較高，羥脯氨酸較低[38]。不同魚類來源魚鰾膠原蛋白的甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸和天冬氨酸含量存在一定差異，其他氨基酸種類和含量相近[8]。魚鰾膠原蛋白通過甘氨酸三聯(lián)體的氫鍵等共價(jià)交聯(lián)作用形成高拉伸強(qiáng)度，維持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)脯氨酸的亞穩(wěn)定狀態(tài)提供結(jié)構(gòu)靈活性，賦予膠原蛋白一定的柔韌性[39]。

魚鰾中膠原蛋白含量與魚的種類和年齡等有關(guān)。通常，魚鰾膠原蛋白含量與魚皮相當(dāng)，明顯高于魚骨、魚鱗、魚鰭、魚肉及內(nèi)臟[3-4，6，16-17，40]。小牛皮和鱘魚皮等膠原原纖維形成速度慢且穩(wěn)定性不佳[41]，而魚鰾膠原蛋白由于黏度適合，具有極快速的原纖維形成能力[10]，從而明顯提高變性溫度[17]。因此，魚鰾膠原蛋白較適合作為哺乳動物膠原蛋白替代來源。

魚類屬于變溫動物，魚鰾膠原蛋白的熱變性溫度一般略低于陸生哺乳動物膠原，這與亞氨酸(脯氨酸和羥脯氨酸)的含量呈正相關(guān)[12]，因亞氨酸中吡咯環(huán)能形成穩(wěn)定三螺旋結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵。但也存在更高的情況，如溫帶羅湖魚魚鰾膠原蛋白變性溫度為42.16 ℃[25]，高于牛皮、豬皮、鼠尾等常見陸生動物源膠原蛋白[41]，且受季節(jié)影響不大，變化幅度0.5 ℃[21]。魚鰾膠原蛋白亞氨酸含量一般高于魚皮、魚鱗及其他內(nèi)部器官[6，16，20，24]，相應(yīng)的熱變性溫度也高[4，19，40]，這是其作為水產(chǎn)膠原蛋白的一大優(yōu)勢。另外，溫水或淺表層膠原蛋白的亞氨酸含量較冷水或深海層膠原蛋白多，同時(shí)熱變性溫度也較高[20，42]，如分布于溫水中上層的太湖白魚魚鰾膠原蛋白的脯氨酸、羥脯氨酸、亞氨酸分別占11.4%、8.5%、19.9%，熱變性溫度為36.4 ℃[4]，而溫水底棲類鱘魚鰾3種氨基酸含量分別為10.2%、8.8%、19.0%，熱變性溫度為32.9 ℃[17]。

3 魚鰾膠原蛋白的醫(yī)學(xué)應(yīng)用

魚鰾膠原蛋白具有組織相容性、低抗原性、凝膠乳化性、可降解性，以及促進(jìn)細(xì)胞定向黏附并生長增殖、促進(jìn)止血等良好的理化性質(zhì)，且來源廣、生物安全性高，可被加工成各種形式的生物醫(yī)用材料(如制作心臟瓣膜、作為創(chuàng)傷燒傷修復(fù)材料、人造皮膚、止血劑等[36])、高分子復(fù)合材料和細(xì)胞組織工程支架。

3.1 應(yīng)用于骨科

人體內(nèi)骨骼的軟支撐組織一旦受傷，難以在體內(nèi)自發(fā)修復(fù)再生。膠原蛋白是軟組織的主要成分，可將其制成人工軟骨組織凝膠用于骨組織缺損修復(fù)，刺激細(xì)胞生長并對新生細(xì)胞起定向支架作用，隨骨組織修復(fù)逐漸被降解，從而改善損傷愈合。

魚鰾膠原蛋白可制成復(fù)合制劑治療關(guān)節(jié)損傷。楊子中等[43]利用濃度為1.5%～2.5%的羧甲基幾丁質(zhì)與10%～20%的大黃魚魚鰾膠原蛋白溶液制備出一種復(fù)合交聯(lián)醫(yī)用幾丁糖制劑，在關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)或退行性骨關(guān)節(jié)炎治療方面展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景；幾丁糖水溶性好，能抑制纖維細(xì)胞生長；魚鰾膠原蛋白生物相容性良好，可為軟骨細(xì)胞的生長提供立體支架及基質(zhì)環(huán)境，將二者形成的復(fù)合制劑進(jìn)行關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射能有效促進(jìn)損傷修復(fù)。

魚鰾膠原蛋白可作為人工軟骨材料。Mredha等[41]基于雙網(wǎng)絡(luò)概念，從鱘魚鰾中提取膠原蛋白溶于酸性溶液中，注入大量的緩沖鹽溶液，由于酸性膠原蛋白具有快速纖維生成能力，制備出柱狀物理水凝膠作為一網(wǎng)，并采用化學(xué)交聯(lián)聚合物N,N-二甲基丙烯酰胺作為二網(wǎng)，紫外365 nm波長照射引發(fā)兩種網(wǎng)絡(luò)單體聚合成雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，表面以羥基磷灰石作為涂層，成功研制出一種應(yīng)用于骨組織的修復(fù)材料——膠原基硬質(zhì)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠；其中，一網(wǎng)具備剛性、脆性及良好的生物相容性，可與二網(wǎng)帶來的柔軟性和靈活性相結(jié)合；將此膠原基硬質(zhì)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠植入兔膝關(guān)節(jié)軟骨缺損模型中，其具有的高黏結(jié)強(qiáng)度表現(xiàn)出了較強(qiáng)的骨形成能力，經(jīng)推出試驗(yàn)等力學(xué)性能測試，發(fā)現(xiàn)在植入四周后膠原水凝膠并未降解，仍保持高強(qiáng)度，有望代替脆性較大的傳統(tǒng)材料羥基磷灰石等，作為人工骨移植材料制作人工軟骨。

魚鰾膠原蛋白可用于制作骨修復(fù)的支架。李璐等[32]以50～60 ℃去離子水處理鲇魚鰾獲取魚鰾膠原蛋白，以乙二胺四乙酸提取珍珠蛋白，以4%的NaOH、20%過氧化氫、1%磷酸鈉緩沖液處理牛骨塊制得雙相磷酸鈣粉；將三者混勻、制模、固化可得納米骨修復(fù)材料，其中雙相磷酸鈣為基本骨架，其骨誘導(dǎo)性、生物活性、降解性均高，魚鰾膠原蛋白和珍珠蛋白作為填充材料，能夠改善材料的力學(xué)性能；整個納米材料作為三維支架，能誘導(dǎo)成骨細(xì)胞生長分化，促進(jìn)骨吸收，其降解速率與骨組織生長速率相協(xié)調(diào)，可有效應(yīng)用于骨修復(fù)過程。

3.2 應(yīng)用于組織細(xì)胞的培養(yǎng)

魚鰾膠原蛋白的組織相容性和促進(jìn)細(xì)胞定向黏附并生長增殖的特性顯示出了組織細(xì)胞培養(yǎng)的潛能。在25 ℃下對鱘魚鰾膠原蛋白進(jìn)行擴(kuò)散誘導(dǎo)凝膠試驗(yàn)，鑒于制成的水凝膠的快速凝膠生成率、高溶解度、均質(zhì)性、低黏度、凝膠擴(kuò)散誘導(dǎo)可控、高凝膠強(qiáng)度、變性溫度高于機(jī)體生理溫度等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步證實(shí)了其適用于細(xì)胞的培養(yǎng)和用作人工生物材料[44]。若直接制成支架其機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性相對不足，亟待進(jìn)一步的優(yōu)化；Zhang等[17]在一定的試驗(yàn)條件下得到的鱘魚鰾膠原蛋白具有高熱穩(wěn)定性和高纖維形成能力，可促進(jìn)膠原纖維梭形結(jié)構(gòu)的形成，提高機(jī)械強(qiáng)度。

3.3 應(yīng)用于止血和傷口修復(fù)

魚鰾膠原蛋白可通過凝聚血小板、調(diào)節(jié)凝血因子并激活外源性凝血途徑促進(jìn)止血過程，有望做成體外貼敷料或植入體內(nèi)加速止血過程，并輔助皮膚和黏膜的損傷修復(fù)。

魚鰾膠原蛋白可制成膠原膜治療創(chuàng)傷。將南亞野鯪魚鰾膠原蛋白制成膠原膜，經(jīng)紫外照射交聯(lián)促進(jìn)膠原中芳香氨基酸中的殘基自由基間成鍵作用，提高拉伸強(qiáng)度至(120.02±1.0) kg/cm2；將小鼠胚胎成纖維細(xì)胞和成肌細(xì)胞(L6)株接種在魚鰾膠原蛋白基質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞增殖率高，生長形態(tài)良好[20]，有望作為生物醫(yī)學(xué)植入物、涂層材料等應(yīng)用于傷口愈合和重建外科中。從鱘和白魚魚鰾中提取膠原蛋白制成的膠原薄膜具有減少創(chuàng)口面積、縮短肉芽組織形成時(shí)間和傷口愈合時(shí)間等療效[28]，加之膠原薄膜具有無定形的特點(diǎn)，可用于預(yù)防和治療皮膚和黏膜炎癥并治療創(chuàng)傷。

魚鰾膠原蛋白制成的醫(yī)用材料可較少發(fā)生炎癥反應(yīng)，而能促進(jìn)傷口修復(fù)。以0.5%脫氧膽酸鈉處理羅湖魚魚鰾，制得富含膠原的脫細(xì)胞魚鰾基質(zhì)，用1%的1,4-丁二醇二縮水甘油醚對基質(zhì)進(jìn)行交聯(lián)處理，并制成雙層支架貼附于家兔背部全層皮膚創(chuàng)面，每周觀察一次，連續(xù)3周，發(fā)現(xiàn)在創(chuàng)面愈合過程中無動物感染死亡，肉眼不見化膿性炎癥，支架內(nèi)層與傷口整合良好，有利于細(xì)胞貼附生長，后期蛋白酶降解支架，新生表皮覆蓋創(chuàng)面，有新血管生成，經(jīng)檢測和對照，總IgG免疫應(yīng)答反應(yīng)降低，交聯(lián)劑處理能有效降低支架的抗原性[45]?？梢?，交聯(lián)后的富含膠原的脫細(xì)胞魚鰾基質(zhì)具有免疫惰性、抗菌活性，能刺激血管生成，可作為皮膚臨時(shí)支架促進(jìn)皮膚傷口的修復(fù)。

3.4 應(yīng)用于制藥及保健食品

(1)制藥催化劑。魚鰾膠原蛋白復(fù)合物可作為制藥過程中重要的催化劑。將魚鰾細(xì)粉與靛紅衍生物、苊醌、亞甲基腈、1,3-二羰基等混合，經(jīng)一系列操作得到一種純的生物催化劑IG[46]，它主要由膠原蛋白組成，可在水中催化合成螺環(huán)吲哚和螺環(huán)萘，這是許多藥物重要的核心結(jié)構(gòu)，兼之具有雙功能有機(jī)催化、生物相容性好、安全無毒等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)藥制劑行業(yè)展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。

(2)營養(yǎng)保健食品。魚鰾膠原蛋白可被人體吸收利用，用于補(bǔ)充和合成蛋白質(zhì)；此外，還具有增強(qiáng)消化功能、提高思維能力、維持腺體分泌的作用，也可滋潤皮膚、增強(qiáng)肌肉彈性、延緩衰老等功效。魚鰾膠原蛋白具有滋補(bǔ)養(yǎng)生、抗疲勞和免疫調(diào)節(jié)的功效，可制備成營養(yǎng)口服液；也可將其制成魚鰾膠珠，可補(bǔ)真氣，調(diào)氣血[37]。

(3)炮制中藥品。魚鰾膠可入藥。往魚鰾膠中加入蛤粉和滑石粉等輔料，炮制成各種質(zhì)量穩(wěn)定的魚鰾膠飲片，具有散瘀消腫，滋養(yǎng)筋脈的功效[47]。利用魚鰾膠蛋白與枸杞、菊花、熟地黃等中藥配伍制得杞菊地黃膏，具有滋補(bǔ)肝腎、育陰潛陽的功效，適用于健忘失眠，肝腎陰虛導(dǎo)致聽力下降者[48]。此外，魚鰾經(jīng)炸酥、壓碎等處理后可用于輔助治療食道癌和胃癌[5]。

(4)膠原口腔噴霧。魚鰾膠原蛋白可制成口腔噴霧制劑用于治療多種口腔疾病。將石首魚、鱘、鱈、鯉等的魚鰾膠原蛋白溶于乙酸或檸檬酸中，以一定的比例和工藝按順序加入綠茶粉、復(fù)合水果汁、透明質(zhì)酸、精油、蜂蜜、中草藥混合均勻，經(jīng)超聲處理后即得一種新型口氣清新噴霧藥劑，具有殺菌消炎的作用[49]。

3.5 其他應(yīng)用

(1)魚鰾膠原蛋白可用于制作納米發(fā)電機(jī)，在生物電的開發(fā)應(yīng)用中展現(xiàn)出了巨大潛力。Ghosh等[50]開發(fā)了一種基于魚鰾膠原蛋白的納米發(fā)電機(jī)——生物壓電納米發(fā)電機(jī)(BPNG)，經(jīng)測量，BPNG的壓電能量轉(zhuǎn)換效率為0.3%，輸出功率密度為4.15 μW/cm2，魚鰾膠原纖維高度有序，其固有的化學(xué)鍵和結(jié)晶度使其保持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，膠原纖維具有良好的生物相容性，因此，BPNG在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景，如將其植入活體內(nèi)可從心跳、呼吸、血液循環(huán)等信號中獲取生物能量。

(2)魚鰾膠原蛋白具有護(hù)膚功效。用成分為5%～10%的魚鰾膠原蛋白提取液、3%～5%的蘑菇提取液、3%～5%的落地生根提取液、2%～5%的海藻提取液、2%～5%的石斛提取液、0.3%～0.5%的吐溫60、0.1%～0.3%的檸檬酸液、8%～12%的甘油、防腐劑、純水，以及少量香精等制作一種護(hù)膚精華液，該精華液具有滋潤皮膚，保持彈性，除皺抗衰老等功效[51]。相比哺乳動物，海洋魚類的膠原蛋白由于凝固點(diǎn)較低、抗凍活性好[52]，適用于生產(chǎn)高寒地區(qū)護(hù)膚品。

(3)魚鰾膠原蛋白具有抗疲勞功效。將小鼠設(shè)置成高、中、低劑量黃唇魚魚鰾膠原蛋白組和等體積純凈水替代的空白對照組，灌胃40 d后，利用金屬鉛塊對小鼠進(jìn)行負(fù)重自由游泳測試，發(fā)現(xiàn)3組魚鰾膠原蛋白組平均游泳時(shí)間均較空白對照組長，速率也較快，且劑量越高表現(xiàn)出的運(yùn)動耐力越強(qiáng)；將小鼠處死后，測其部分生化指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，與空白對照組比，魚鰾膠原蛋白組血乳酸含量較低，乳酸脫氫酶活性較高，肝糖原與肌糖原儲備量較高，尿素氮含量較少，整體呈現(xiàn)出機(jī)體運(yùn)動能力更強(qiáng)、有效抗疲勞的特性，且高劑量更有利于抗疲勞[33]。

4 存在問題與展望

整體來說，魚鰾膠原蛋白比陸生動物源膠原蛋白安全，比魚的其他部位膠原蛋白產(chǎn)量高且熱穩(wěn)定性更好，對其開發(fā)是基于生物醫(yī)藥上原材料來源的迫切需要，也是更好地實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要途徑。然而，魚鰾膠原蛋白的發(fā)展仍存在不足，今后需要從以下6個方面開展更深入的研究與應(yīng)用。

(1)安全性?，F(xiàn)階段的研究大多集中于表層魚類的魚鰾，而對于深海中種類繁多的魚類魚鰾膠原蛋白的開發(fā)利用欠缺，從深海魚魚鰾中分離出的膠原蛋白可能含有更少的寄生蟲，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用中具有更高的安全性。

(2)熱穩(wěn)定性。從不同種類的魚鰾中得到的膠原蛋白熱穩(wěn)定性存在差異，可能需要更全面地研究分析，使其作為生物醫(yī)用材料在制作支架的過程中能落實(shí)對溫度參數(shù)的調(diào)控，從而滿足生物體各部位對生物材料的溫度需求。

(3)機(jī)械性能。魚鰾膠原蛋白的力學(xué)性能不足，使得其在生物體支撐組織方面的應(yīng)用程度不高，一般只作為輔助材料使用?？煽紤]通過對溫度、pH、反應(yīng)速率、離子強(qiáng)度、膠原與試劑的配比等的調(diào)控，以及膠原組裝過程中排列方式的監(jiān)控等，提高膠原支架的強(qiáng)度。

(4)異型雜化。目前魚鰾膠原蛋白常以單一膠原形式應(yīng)用，然而許多生物體組織中的膠原以雜化形式存在，如真皮組織由Ⅰ/Ⅲ型膠原蛋白構(gòu)成，可考慮將魚鰾膠原蛋白與其他類型膠原蛋白通過溫箱培育、磁場輔助等方法進(jìn)行體外異型組裝后使用，使得膠原支架更易于發(fā)揮組織的正常功能。

(5)制備新技術(shù)。魚鰾膠原蛋白最終應(yīng)走向產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)更大的社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值。魚鰾膠原蛋白要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，優(yōu)化制備工藝是首要任務(wù)。在提取方面，目前已產(chǎn)生了集超聲系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和冷卻裝置于一體的工業(yè)超聲波膠原蛋白提取系統(tǒng)，有效提高提取率并降低總經(jīng)濟(jì)成本[53]。然而，后續(xù)的膠原蛋白純化程度仍不理想，可考慮借助超濾技術(shù)，高效地實(shí)現(xiàn)膠原蛋白的純化，除去小分子肽段，避免在醫(yī)療應(yīng)用過程中引起免疫排斥等反應(yīng)。

(6)配套工藝環(huán)保化。目前常用的魚鰾膠原蛋白的制備方法中使用了酸堿和有機(jī)溶劑等易造成環(huán)境污染，故相關(guān)的互補(bǔ)配套設(shè)施或環(huán)保工藝的研發(fā)有著重大意義，如設(shè)計(jì)出與膠原蛋白的提取相結(jié)合，用于同步處理酸、堿、有機(jī)溶劑等的設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)回收利用、減少污染。