基于仿生海洋粘附蛋白涂层的抗皮肤光老化疗效及细胞机制

药物化学 高分子化学 医学检验 纳米 化学 医学 材料化学 生命科学 细胞生物学
仿生 海洋粘附蛋白 皮肤光老化 抗氧化 组织修复 湿性粘附 保护涂层

利用仿生海洋粘附蛋白涂层进行皮肤光老化防治的研究成果

皮肤光老化是当前全球面临的重大健康问题之一，尤其对于长期暴露在户外紫外线（UV）辐射下的人群而言，其表现包括胶原蛋白的减少、皱纹增加、皮肤弹性丧失、结构性减弱等。这些生理变化不但影响个体的外貌，还增加了相关并发症的风险。然而，尽管日常生活中已应用防晒品、局部药物（如维甲酸）和抗氧化剂等治疗方案，但目前仍无一种真正高效且持久的皮肤光老化防治策略可供应用。

针对上述挑战，本文的研究聚焦于一种新型仿生海洋粘附蛋白涂层，并探讨其在皮肤光老化防治领域的潜力。这项研究由Bo Xue带领的研究团队完成，作者来自中国海洋大学（Ocean University of China）的College of Marine Life Science。本文发表于2025年《Advanced Healthcare Materials》，DOI为10.1002/adhm.202402019。

背景与研究意义

海洋生物学特别是海洋粘附蛋白的研究长期以来在生物医学材料领域具有重要意义。目前已知，海洋来源的蛋白质具有优异的湿粘附特性（wet adhesion）和生物功能活性，如抗氧化特性和类细胞外基质（ECM, extracellular matrix）结构模拟能力。这些特性使其非常适合应用于创伤修复和组织再生。然而，在水环境中实现涂层的长期粘附以及有效功能性仍面临挑战。

本文通过一种从扇贝丝着结构蛋白（scallop byssal protein）中提取的天然重组蛋白SBP9𝚫开发了一种创新的涂层。研究的中心目标是探索这种涂层在抗紫外线B（UVB）诱导的皮肤光老化中的修复作用机理、细胞行为影响和整体治疗潜力。

研究流程概述

研究由以下几大步骤构成：

1. 涂层的制备与表征

SBP9𝚫重组蛋白通过在大肠杆菌Escherichia coli中克隆表达获得，分子量约为19 kDa。研究采用了一种快速相分离法，结合二价钙（Ca2+）离子交联，使SBP9𝚫蛋白在玻璃基底上形成均匀且致密的涂层。同时，采用Coomassie Brilliant Blue染色、光学显微镜和原子力显微镜（AFM, atomic force microscopy）对涂层进行了形貌表征。结果显示，SBP9𝚫涂层呈现一种多孔状3D结构，具有约20纳米的颗粒尺寸和约2微米的涂层厚度。这种结构在细胞黏附和扩展相关领域具有良好的潜能。

2. 涂层的生物相容性测试

良好的生物相容性是组织修复涂层的基础要求。在体外实验中，研究使用表皮细胞HaCaT、成纤维细胞L929和血管内皮细胞HUVEC，采用活/死染色（live/dead staining）和MTT细胞活力检测评估涂层的安全性。实验结果表明，经过72小时的培养，无显著细胞凋亡或细胞毒性，且L929细胞的存活率和活力在SBP9𝚫涂层存在下显著增加。小鼠的体内实验也显示，在皮肤伤口涂敷后14天无明显炎症浸润，60天内未观察到主要器官的不良变化。

3. SBP9𝚫涂层促进细胞行为的能力

涂层显著促进了与皮肤组织修复相关细胞的黏附、扩展、增殖和迁移。体外实验表明，经SBP9𝚫涂层修饰的表面比对照组和聚-L-赖氨酸（poly-L-lysine）修饰组更能有效提高HaCaT细胞的黏附速率和扩展面积。同时，定量PCR检测（qRT-PCR）显示黏附相关基因如整合素β1（Integrin β1）和维库林（Vinculin）的表达水平显著提升。此外，SBP9𝚫涂层还提高了Ki67阳性细胞比例，及细胞生长因子如EGF、VEGF与TGF-β1的mRNA表达，进一步证实涂层对于细胞增殖的促进效果。

4. 涂层的抗氧化及抗凋亡作用

通过活细胞荧光染色及ROS活性检测，研究显示SBP9𝚫涂层在H2O2诱导的氧化应激环境中显著减轻了细胞内活性氧（ROS）的积累。同时，与对照组相比，SBP9𝚫涂层显著降低了凋亡相关蛋白如Caspase-3及Caspase-9的mRNA水平。此外，涂层在H2O2诱导的细胞损伤中显著增加了细胞内抗氧化物质如谷胱甘肽（GSH）和超氧化物歧化酶（SOD）的含量，并减少了丙二醛（MDA）的生成。

5. 体内抗紫外线实验

为了验证SBP9𝚫涂层的临床应用潜力，研究建立了小鼠UVB诱导的皮肤光老化模型。试验结果表明，涂层能够有效保护皮肤免受UVB辐射引起的氧化损伤，包括减少表皮增厚和胶原纤维丢失，以及恢复正常胶原分布。此外，SBP9𝚫涂层处理显著提高了小鼠皮肤中的SOD和GSH水平，同时降低了MDA的生成，进一步证明涂层的抗氧化及组织保护作用。

研究结论与价值

本文揭示了SBP9𝚫涂层作为一种仿生材料的多重优越性：

  1. 促进细胞行为：SBP9𝚫涂层提高了细胞黏附、扩展、增殖及迁移能力，为修复相关细胞提供优质的微环境。
  2. 抗氧化和抗凋亡作用：涂层有效清除ROS并减少氧化应激引发的细胞凋亡，保护框架蛋白（如ECM）免受损伤。
  3. 抗光老化的实际应用：SBP9𝚫涂层显示出在长时间UVB暴露环境下的保护优势，是一种“湿黏附”和“可再生”的皮肤保护解决方案。

研究亮点

  1. 用于皮肤光老化的创新型涂层设计。
  2. 结合海洋蛋白优良特性和多功能化自组装特性，提出潜在解决方案。
  3. 无毒无害、生物相容性良好，具有广泛的应用前景。

SBP9𝚫涂层的研发为应对皮肤光老化难题及未来广泛的组织再生领域提供了重要探索方向，其潜在的商业和医疗应用价值不可估量。