膠原蛋白肽應用于運動營養食品中的研究進展

王海燕 劉愛青 鄒國慶 閆征

摘 要：本文論述了膠原蛋白肽在改善骨骼、改善關節、改善肌少癥、促進傷口愈合等與運動營養領域相關方面的研究進展，并分析了其目前在運動營養食品方面的發展狀況。

關鍵詞：膠原蛋白肽;運動營養食品;研究進展

Abstract：This paper discusses the research progress of collagen peptide in improving bone， joint， sarcopenia， promoting wound healing and so on， and analyzes its global development in sports nutrition food.

Key words：Collagen peptide; Sports nutrition food; Research

中圖分類號：TQ464.7

健康中國已經成為國家發展戰略，全面健身意識已深入人心。隨著人們健康意識的改善，越來越多的運動人群開始食用運動營養食品，為身體提供充足的物質能量并增強體質。我國運動營養食品產業起步較晚，但發展十分迅猛[1]。運動營養食品中的有效成分很多，可大致分為兩類：營養物質補充類，活性或功能因子類。在營養物質補充類中，蛋白質屬于一大類，其分解產物肽類成為當前研究熱點。肽類比完整的蛋白質更容易消化吸收。運動后不久在消化系統還沒有完全恢復正常工作的情況下補充肽類，可加快肽的酶解和氨基酸的吸收利用，有利于運動相關組織器官的快速修復以及增肌性合成代謝[2]。我國GB 24154-2015《食品安全國家標準 運動營養食品通則》中也有明確規定“運動后恢復類，以肽類為特征成分，是適用于中、高強度或長時間運動后恢復的人群使用的運動營養食品”。

膠原蛋白是很多結締組織的結構性蛋白，如皮膚、骨骼、關節和筋腱，在哺乳動物蛋白質中含量達到1/3[3]。膠原蛋白肽是膠原蛋白的酶解產物。有研究表明人體口服膠原蛋白肽后，其以小肽和游離氨基酸兩種形式被人體吸收，且一般在1～2 h后達到峰值[4]。動物實驗證實，攝入放射性膠原蛋白肽后，在股骨、脛骨、關節，肌肉等組織中都檢測到了放射性存在，膠原蛋白肽參與了上述組織的生長合成[5]。臨床研究證明膠原蛋白肽可以促進骨骼關節健康，緩解因運動導致的疼痛，改善肌少癥，促進傷口愈合等，適用于運動營養食品[3，6]。

1 膠原蛋白肽在運動營養領域的研究進展

1.1 膠原蛋白肽改善骨骼的研究進展

目前研究已經證明膠原蛋白肽有提高骨密度，促進骨骼生長，防止骨流失，增加骨力量，加快骨折愈合等作用，可以顯著提高骨中有機質含量，促進骨形成，具有在不同的生理環境下（生長、骨丟失、愈合）維持平衡骨轉換的能力，可應用于骨骼的膳食補充劑中[7-8]。

Xu的等研究發現，膠原蛋白肽可以促進生長中的雄性大鼠中長骨的發育[9]。Leem等也證實了分子

量<3kDa的膠原蛋白肽可以促進青春期雄性大鼠縱向骨生長和生長板高度，且成一定劑量相關性，而明膠無此作用[10]。

Elam等2015年研究發現，人體服用膠原蛋白肽+VD+鈣后，骨密度下降程度低于服用VD+鈣的組合[11]。Daniel等研究了膠原蛋白肽對絕經后女性骨密度的影響。實驗設計為隨機雙盲，共131名女性參加。與安慰劑組相比，口服膠原蛋白肽組中脊柱和股骨頸的骨密度分別提高了4.2%和7.7%，血液中骨形成標志性成分—I型前膠原氨基端肽含量顯著提高，而安慰劑組中骨吸收標志性成分—I型膠原C端肽（CTX-1）含量明顯高于膠原蛋白肽組[12]。

Song等以老年鼠為研究對象，分析了膠原蛋白肽對骨流失的預防效果和改善骨微觀結構情況[13]。實驗結果顯示攝入膠原蛋白肽后，骨的機械強度，骨密度和膠原含量顯著提高，骨小梁網狀微觀結構也明顯改善。進一步研究發現，膠原蛋白肽可以上調與膠原蛋白合成相關的TGF-β和Smad3水平，下調Smad7水平。此外，血清抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）水平下降顯著，TRAP是破骨細胞的標志性成分，其含量下降，表明膠原蛋白肽可以通過降低破骨細胞活性來抑制骨吸收。結果證實攝入膠原蛋白肽通過提高膠原蛋白合成和抑制骨吸收來可以預防因年齡引起的骨流失，改善骨微觀結構。

Hata等研究了膠原蛋白肽對脛骨損傷的大鼠骨修復過程的影響。脛骨皮質骨缺損（直徑1 mm）通過內側皮質和髓質形成[14]。結果發現對照組骨缺損區有血凝塊，缺損周圍有一薄層結締組織。而膠原蛋白肽組骨缺損區充滿肉芽組織、血凝塊和大量成骨細胞。研究結果證實飼喂膠原蛋白肽對骨愈合有一定的促進作用，有助于大鼠皮質骨缺損后的骨愈合。

膠原蛋白肽改善骨骼的機理尚不明確，目前的實驗證明膠原蛋白肽可以促進人體成骨細胞增殖，抑制破骨細胞活性，提高成骨細胞分化和礦化骨基質形成，刺激I型膠原蛋白mRNA表達和蛋白質生成，增加堿性磷酸酶活性和骨鈣素產生。從分子水平上看，膠原蛋白肽可以提高Runx2的表達和活性，激活成骨細胞信號轉導通路ERK1/2、JNK1/2、p38和ELK1磷酸化;即膠原蛋白肽可以通過ERK1/2MAPK信號通路促進I型膠原蛋白基因表達和膠原蛋白的合成[8]。Song等認為服用膠原蛋白肽后可以提高膠原蛋白含量，而膠原蛋白在骨結構的維持和力的傳遞中起著重要的作用。更為重要的是，它決定了礦物沉積量，所以口服膠原蛋白肽能夠提高骨密度。此外，膠原蛋白肽可以調節TGF-β/Smad信號轉導途徑。在成骨細胞中，TGF-β是通過Smad信號轉導途徑刺激膠原合成的主要因素之一[13]。

1.2 膠原蛋白肽改善關節的研究進展

膠原蛋白肽改善關節炎的研究非常多，主要集中在改善骨關節炎方面。Schauss等進行了雞胸軟骨中提取的膠原蛋白肽改善骨關節炎的臨床研究，實驗設計為隨機雙盲，采用VAS和WOMAC進行評估。實驗結果顯示，實驗組的疼痛、僵直和進行日常生活活動困難程度都有明顯改善;能夠明顯改善人體運動靈活性，對骨關節炎患者有很好的康復效果[15]。

McAlindon等采用dGEMRIC方法研究臨床口服膠原蛋白肽后對人體膝關節多糖的影響。結果發現口服膠原蛋白肽24周后，與安慰劑組相比脛骨內側和脛骨外側dGEMRIC指數明顯提高。dGEMRIC指數可反映軟骨中GAG的分布，該值低說明此部位氨基葡萄糖缺失較嚴重。研究結果證明口服膠原蛋白肽有利于軟骨中多糖的生成[16]。

Clark等研究了147名運動員口服膠原蛋白肽改善關節疼痛的效果。結果發現與對照組相比，實驗組有5組參數疼痛感明顯降低，分別是休息時關節疼痛感，行走時關節疼痛感，站立時關節疼痛感，負重時關節疼痛感，舉重時關節疼痛感。實驗結果表明口服膠原蛋白肽有利于關節健康，能夠降低運動員這一關節病高風險人群發病的概率[17]。Zdzieblik等2017年也研究了膠原蛋白肽對運動員在運動中膝關節功能性疼痛的影響。實驗共139名運動員參與，實驗周期為12周。研究結果發現，與安慰劑組相比，口服膠原蛋白肽可以降低36%因減輕運動導致的疼痛，疼痛緩解率高達88%[18]。

國內也有學者探討膠原蛋白肽對關節的改善作用。高路等對120例主訴為關節疼痛的50～70歲中老年骨質疏松患者，分別補充鈣劑，膠原蛋白肽、鈣劑和膠原蛋白肽。結果發現與空白組相比，這3組的關節疼痛均有改善，其中鈣劑和膠原蛋白肽組改善最明顯，且癥狀緩解最快[19]。蔣建新等的臨床研究也證實口服膠原蛋白多肽能有效改善中老年女性膝骨關節炎患者的臨床癥狀和功能，緩解疼痛，提高生活質量[20]。

膠原蛋白肽能改善關節的作用機理尚不明確。從以往研究來看，人體口服膠原蛋白肽后，體內會有產生Pro-Hyp，這種二肽可以刺激滑膜細胞合成HA。膠原蛋白肽還能刺激關節軟骨中的II型膠原蛋白合成和多糖生成。這種刺激作用可以抵消軟骨組織的磨損過程，有助于修復微損傷，從而降低細胞外基質的降解，減少炎癥的發生和疼痛刺激。這一假設目前已得到了臨床實驗的支持，證明補充膠原蛋白肽可以誘導甘氨酸介導的細胞因子釋放抑制[21]。

1.3 膠原蛋白肽改善肌少癥的研究進展

Zdzieblik等2015年以肌少癥I或II級患者為研究對象，研究了膠原蛋白肽對肌少癥的影響。實驗選用了年齡72.2±4.68的53名男性肌少癥I或者II級患者進行抗阻訓練12周，訓練結束后1 h內，干預組每天口服15 g膠原蛋白肽，安慰劑組口服二氧化硅。實驗前后分別用雙能X線骨密度儀檢測去脂體重（FFM），脂肪重量（FM），骨重量（BM），并用等速測力法評估右腿股四頭肌力量（IQS），同時采用標準化單腿穩定性試驗（SMC）調查感覺運動控制能力。通過抗阻訓練，所有志愿者的FFM，BM，IQS，SMC都明顯提高，FM明顯降低。其中干預組與對照組的結果如下：FFM（TG+4.2（SD2.31）kg/PG+2.9（SD1.84）kg;P<0.05）;IQS（TG+16.5（SD12.9）Nm/PG+7.3（SD13.2）Nm;P<0.05）;FM（TG–5.4（SD3.17）kg/

PG–3.5（SD2.16）kg;P<0.05）。實驗結果表明，與安慰劑組相比，膠原蛋白肽與訓練相結合，能夠更為有效提高去脂體重和肌肉力量，降低脂肪體重[22]。

日本學者Okiura等2016年研究了膠原蛋白肽對SAMP6小鼠的脛骨前肌和股骨影響。研究結果表明，飼喂膠原蛋白肽60周后，脛骨前肌中肌纖維琥珀酸脫氫酶（SDH）染色強度和SDH活性，股骨頭皮質密度、骨小梁密度及血清骨鈣素水平均高于對照組。這說明膠原蛋白肽可抑制SAMP6小鼠肌肉氧化能力和骨密度的下降，有降低年齡引起的肌肉骨骼系統退行性變化的可能[23]。

Opez等研究了雞軟骨來源的膠原蛋白肽對健康人群肌肉和結締組織的作用。實驗結果證明口服膠原蛋白肽后可以具有更強健的肌肉恢復性和適應性，對結締組織具有很好的保護作用，有助于從事常規抗阻訓練者和心血管鍛煉者的恢復[24]。

研究者分析了膠原蛋白肽能夠改善肌肉的作用機理：①已有研究表明，與乳清蛋白相比，在低蛋白質膳食中，膠原蛋白肽能更好地維護氮平衡和體重，這可能是因為膠原蛋白肽的分子量低，或者是因為其氨基酸組成中含有更多的氮原子。②蛋白質補充的時間和吸收的速度也會影響其有效性。有研究表明，快速消化和吸收蛋白質能夠提高肌肉增大，運動后90～120 min服用蛋白質是最佳窗口期。在上述研究中膠原蛋白肽在訓練后60 min內攝入，因此很可能會快速消化吸收。③膠原蛋白肽中富含精氨酸和甘氨酸，這兩種氨基酸是合成肌酸的重要物質，有研究證明肌酸能夠增大增強肌肉，減少肌少癥。④有研究證明膠原蛋白肽可以血液微循環，因此有利于服用蛋白質后氨基酸運輸，提高厭氧反應，因此與其他蛋白質相比，更有利于肌肉的增長。⑤同時有研究表明，膠原蛋白肽可以改善骨關節炎，緩解關節疼痛。因此補充膠原蛋白肽后，有利于獲得更好地阻力訓練效果[22]。此外Kitakaze等研究發現，膠原蛋白肽中特征性二肽Hyp-Gly可以顯著提高成肌細胞融合成肌管，增加肌管短軸的直徑，促進重鏈肌球蛋白和原肌球蛋白的表達。而單獨的羥脯氨酸和甘氨酸僅能增加重鏈肌球蛋白水平，對其他因素無影響。這說明HYP-GLY可以促進成肌細胞分化，提高肌管尺寸，而單獨的氨基酸無此效果。實驗結果還表明HYP-GLY通過激活PI3K/Akt/mTOR信號通路來促進成肌細胞分化[25]。

1.4 膠原蛋白肽促進傷口愈合的研究進展

Hu等研究發現，羅非魚來源分子量<5 kDa的膠原蛋白肽對實驗兔子燙傷后的傷口有明顯的愈合效果，尤其是燙傷后第11 d，膠原蛋白肽組傷口愈合率達到38.8%±22.8%，明顯高于模型組8.7%±17.2%和陽性對照組19.5%±35.0%，第18 d模型組愈合率達到僅為72.1%±13.9%，而膠原蛋白肽組基本完全愈合[26]。Felician等研究發現膠原蛋白肽對全層皮膚切傷小鼠的傷口收縮有積極影響。組織學評估顯示顯著的再上皮化、組織再生和膠原沉積增加等跡象，皮膚切片免疫結果表明膠原蛋白肽能促進β-成纖維細胞生長因子（β-FGF）和轉化生長因子β1（TGF-β1）表達顯著增加。實驗結果證實膠原蛋白肽可以加速傷口愈合過程，未來可以應用于傷口愈合的產品中[27]。Wang等的研究結果也與上述研究類似[28]。

1.5 膠原蛋白肽與運動營養領域相關的其他研究進展

已有臨床發現口服膠原蛋白肽可以提高血液中NO含量，有利于血液循環，提高動脈彈性[22]。Matsuda等研究了口服膠原蛋白肽對跟腱細胞外基質的影響。飼喂兔56 d后，與空白組相比，膠原蛋白肽組可以顯著增加膠原纖維直徑，影響跟腱中糖蛋白組成，有提高跟腱功能的可能[29]。Lee等研究了膠原蛋白肽對高脂肪飼喂的模型鼠肥胖癥中的脂肪細胞分化和體重增加的影響。結果顯示膠原蛋白肽能夠通過控制降低脂肪細胞的C/EBP-α和PPAR-γ基因表達，抑制3T3-L1脂肪前細胞的分化和轉化為脂肪細胞，從而降低體重，并提高血液中HDL含量，降低LDL含量，改變體內脂肪細胞的大小[30]。研究證實膠原蛋白肽還具有促進血液循環，改善跟腱功能和降低體重等作用。

2 膠原蛋白肽在運動營養食品中的應用

根據INNOVA數據顯示，2015—2019年，全球共發布了約4.8萬件運動營養食品。2019年美國發布新產品數為2 300多件，為全球發布運動營養食品最多的國家，中國發布了200多件新產品，排名第10;其中有3 200多件新產品中添加了膠原蛋白肽，約占總量的6.7%。Myprotein公司5年內共發布了813件添加了膠原蛋白肽的運動營養食品，為全球數量發布最多的公司。美國和德國是發布添加了膠原蛋白肽的運動營養食品最多的國家。膠原蛋白肽在運動營養食品中的形式多為營養棒，占到50%以上的比例，其次為固體飲料，比例大約為23%。中國康比特開發了針對青少年高考體育生保護關節軟組織的骨膠原蛋白片，里面添加了水解膠原蛋白，骨膠原蛋白。

2018年膠原蛋白肽的食品安全國家標準發布，標志該產品有了統一的產品質量標準。膠原蛋白肽在本世紀初在國內開始興起，目前發展已經初具規模，但大部分都是應用于美容食品中。而膠原蛋白肽具有易吸收，提高免疫力，保護骨骼關節健康，改善肌少癥，促進傷口愈合等功效，非常適用于運動營養食品。隨著中國運動營養食品市場的興起，膠原蛋白肽也將逐步應用其中，勢必會以其優良的加工性和科學的功效性推動中國運動營養食品市場的健康發展。

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