Введение

В последние годы число функциональных продуктов питания с заявленной пользой для здоровья значительно увеличилось. Исследователи изучили пептиды, полученные из гидролизатов белка, в качестве потенциальных нутрицевтиков и в связи с разработкой функциональных продуктов питания.

Среди прочего, значительное внимание привлекла недавно обнаруженная зависимость между потребляемой пищей и состоянием кожи, в связи с физиологическим воздействием некоторых пищевых веществ на процессы старения кожи. В соответствии с этой тенденцией, появляется все большее число продуктов, притязающих в данном отношении на роль вспомогательных средств. Однако грань между функциональными продуктами питания и средствами по уходу за собой никогда не была более размытой, и этот класс продукции не включен непосредственно в законодательства многих стран. Законодательство, касающееся этого вопроса, продвигается медленными темпами, и в настоящее время добиться заметного прогресса удалось лишь в некоторых странах. Предполагается, что технологические достижения в области пищевой промышленности, в сочетании с широкомасштабными клиническими испытаниями и государственным контролем, в конечном счете, установят достоверность заявленных свойств по улучшению состояния кожи и обеспечат доверие потребителей функциональным продуктам питания.

На характеристики кожи, как известно, оказывают влияние эндогенные и экологические факторы, в том числе старение, ультрафиолетовое излучение, уровень гормонов и питание. Влиянию факторов питания на состояние кожи уделяется все больше внимания. Cosgrove и соавт. [6] оценивали связь между потреблением питательных веществ и внешним старением кожи (наличие морщин, старческая сухость и атрофия кожи) и пришли к выводу, что более высокое потребление витамина C и линолевой кислоты при снижении уровня потребления жиров и углеводов положительно сказывается на здоровье кожи. Хотя частота возникновения дефицита питательных веществ в развитых странах низка, несбалансированное и неполноценное питание в результате болезни, старения и курения может воздействовать на состояние здоровья и тем самым оказывать влияние на состояние кожи [3]. Клинические исследования в отношении последствий перорального приема витаминов, микроэлементов, жирных кислот и белков указали на вероятность того, что пищевые соединения могут модулировать функции кожи [1, 5, 11, 31, 33, 34]. Кроме того, предметом значительного числа исследований стал фотозащитный потенциал потребления антиоксидантов [8, 9].

Желатин и коллаген в настоящее время используются в различных областях, в том числе пищевой, косметической, и биомедицинской промышленности. Желатин представляет собой полипептид с высоким молекулярным весом, получаемый из коллагена, основного белкового компонента соединительной ткани. Несмотря на то, что в желатине не хватает незаменимых аминокислот, он часто используется в качестве дополнения к другим белкам, для получения более высокого показателя содержания белка, чем может дать любой из компонентов. Кроме того, его отличная усвояемость делает желатин хорошим источником белка [2]. Промышленная подготовка желатина включает в себя контролируемый гидролиз организованной структуры коллагена для получения растворимого желатина. Наиболее важными источниками коллагена для производства желатина являются бычьи шкуры, кости и свиная кожа. Результатом дальнейшего ферментативного расщепления желатина становится продукт под названием гидролизат коллагена (ГК), который содержит пептиды со средней молекулярной массой 3-6 кДа [7, 22].

Сообщается, что желатин и гидролизат коллагена в течение некоторого времени имеют благотворные биологические функции, что обосновывает его использование в биологически активных пищевых добавках и фармацевтических препаратах. Клинические исследования показывают, что потребление гидролизата коллагена уменьшает боли у пациентов, страдающих от остеоартрита. Также было установлено, что гидролизованный коллаген участвует в синтезе хрящевой ткани [21, 24]. Кроме того, Wu и соавт. [36] продемонстрировали безопасность перорального приема высоких доз (1,66 г / кг массы тела) гидролизата коллагена на животной модели. Положительное воздействие перорального введения желатина на состояние кожи наблюдалось ранее. Это воздействие включало в себя улучшение качества ногтей [29, 35], влияние на свойства волос и их рост [20, 30].

Биологически активные пептиды, выделяемые из гидролизатов коллагена, продемонстрировали несколько видов биологической активности, такие как антигипертензивная и антиоксидантная активность. Kim и соавт. [12] сообщили, что некоторые пептиды, полученные из бычьей кожи, продемонстрировали антигипертензивную активности по ингибированию действия ангиотензин I-превращающего фермента. В рамках исследований in vitro пептиды коллагена, полученные из рыбьей, бычей и свиной кожи, продемонстрировали способность оказывать мощное антиоксидантное воздействие в различных окислительных системах [13, 15, 18].

Целью настоящей статьи является обобщение эффектов потребления гидролизата коллагена на свойства кожи с доклинической точки зрения. В целом, работа станет важным вкладом в понимание возможностей использования гидролизата коллагена в пищевых продуктах.

Биодоступность гидролизата коллагена

Для того чтобы быть активными в отношении кожи, пищевые соединения должны обладать способностью пересекать кишечный барьер и попадать в кровь. Этот этап может стать фактором, ограничивающим эффективность этих веществ в отношении кожи. Поэтому, прежде чем рассуждать о механизме эффективности воздействия гидролизата коллагена на состояние кожи, важно проверить, может ли он всасываться в кишечнике и, кроме того, в какой форме и количестве.

По информации Richelle и соавт. [28], биодоступность определяется как относительное количество пищевых биологически активных соединений, которое попадает в кровь и доступно для метаболических процессов или накопления в организме, в данном контексте, в коже. Биодоступность гидролизованного коллагена после перорального ведения у животных и человека была описана в некоторых научных докладах. Oesser и соавт. [23] исследовали динамику абсорбции гидролизата коллагена и его последующее распределение в различных тканях мышей с использованием гидролизата коллагена, меченого 14C. Девяносто пять процентов энтерально введенного гидролизата коллагена всасывалось в течение первых 12 часов. Радиоактивность в коже достигала максимальных значений через 12 14часов после введения гидролизата коллагена, меченого C, и, в отличие от таковой в плазме, активность 14С оставалась относительно высокой до 96 часов. Oesser и соавт. [23] также проводили эксперименты на "перевязанном сегменте кишечника" для количественной оценки молекулярно-массового распределения абсорбированного гидролизата коллагена с использованием электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия и высокоэффективной жидкостной хроматографии. После введения гидролизата коллагена они определили пептиды в диапазоне от 1 до 10 кДа на стороне серозной оболочки кишечника, демонстрируя тем самым, что гидролизат коллагена в некоторой степени может всасываться в высокомолекулярной форме.

Iwai и соавт. [10] указали, что в крови здоровых добровольцев, которые принимали гидролизат коллагена из свиной кожи, куриных ног и хрящей после 12 часов голодания, имелось значительное количество гидроксипролина в пептидной форме, полученного из гидролизата коллагена. Количество этих гидроксипролин-содержащих пептидов возрастало после приема коллагена, достигая максимального уровня через 2 часа, а затем снизилась до половины максимального уровня через 4 часа после перорального приема. Авторы также сообщают, что структура пептидов, извлекаемых из пищи, в крови человека отличалась при применении коллагена I и II типа. Тем не менее, они определили небольшой пептид (Pro-Hyp (пролил-гидроксипролин)), представленный в крови после приема обоих типов коллагена. Количество пептида Pro-Hyp в плазме крови человека после перорального приема от 9,4 до 23 грамм гидролизата коллагена составило 25-60 нмоль / мл. Наличие значительно более высокого уровня Pro-Hyp в крови может быть частично объяснено обилием последовательности пептида Pro-Hyp в коллагене. Исходя из первичной структуры субъединиц коллагена первого типа, из 25 г желатина потенциально может быть высвобождено приблизительно 1,7 г пептида Pro-Hyp. По информации Iwai и соавт. [10], Pro-Hyp можно рассматривать как один из неперевариваемых пептидов, на которые не воздействует пептидаза в крови человека, поскольку после реакции in vitro с сывороткой крови человека в течение 24 часов осталось более 75% пептида Pro-Hyp.

Ohara и соавт. [25] сравнили количество и структуру извлекаемых из пищи гидролизатов желатина в крови человека из трех источников коллагена первого типа в рамках одностороннего слепого перекрестного исследования. Пять здоровых мужчин-добровольцев потребляли гидролизаты желатина первого типа из чешуи рыб, рыбьей кожи или свиной кожи после 12 часов голодания. В течение 24-часового периода количество гидроксипролин-содержащих пептидов составляло примерно 30% от всего обнаруженного гидроксипролина. Общая площадь под кривой зависимости концентрация-время в группе потребления желатина из чешуи рыб была значительно выше, чем в группе потребления желатина из свиной кожи. Пептид Pro-Hyp является одной из основных составляющих гидроксипролин-содержащих пептидов всех групп: рыбьей чешуи (39%), рыбьей кожи (42%) и свиной кожи (95%). Авторы пришли к выводу, что количество и структура гидроксипролин-содержащих пептидов в крови человека после перорального введения гидролизата коллагена зависит от источника желатина. Принято считать, что пептиды подвергаются гидролизу в желудочно-кишечном тракте до абсорбции, так что в кровь преимущественно поступают свободные аминокислоты [4, 17]. Тем не менее, существуют значительные доказательства того, что пептиды также могут всасываться. Гидроксипролин всасывается как в форме аминокислоты (в свободной форме), так и в пептидной форме. Хотя количество гидроксипролин-содержащих пептидов может различаться в зависимости от источника желатина, пролил-гидроксипролин представляет собой основной пептид в плазме крови человека после перорального введения любых гидролизатов коллагена.

Некоторые лабораторные исследования показали, что пептиды Pro-Hyp и Pro-Hyp-Gly (пролил-гидроксипролил-глицин) обладают хемотаксической активностью в отношении фибробластов человека [27] и нейтрофилов периферической крови [14], а также моноцитов [26] в системе культуры клеток. Хемотаксический ответ фибробластов коллагеновых пептидов кожи человека был количественно определен Postlethwaite и соавт. [27] посредством анализа in vitro. Когда коллаген I, II и III типа расщеплялся бактериальной коллагеназой, полученные пептиды оказались химио-аттрактантами для фибробластов. Кроме того, синтетические ди- и трипептиды, содержащие гидроксипролин, также были хемотаксическими. По мнению авторов, поскольку коллаген расщепляется и перестраивается в местах повреждения тканей и воспаления, данные результаты показывают, что коллаген и пептиды, образующиеся в результате расщепления коллагена, могут действовать в качестве стимуляторов хемотаксиса фибробластов in vivo и привлекать эти клетки в область повреждения для восстановления поврежденных тканей. Таким образом, вполне вероятно, что биологическая активность принимаемого перорально гидролизата коллагена в коже может быть достигнута, по крайней мере, частично, пептидом Pro-Hyp, который может действовать как биологический мессенджер и вызывать синтез новых коллагеновых волокон и реорганизацию внеклеточного матрикса посредством стимуляции фибробластов.

Пероральное потребление гидролизата коллагена и его воздействие на состояние кожи

Minaguchi и соавт. [19] исследовали влияние ежедневного перорального потребления двух доз (0,2 г / кг и 1,0 г / кг массы тела) гидролизата коллагена в течение 56 дней на внеклеточный матрикс ахиллесова сухожилия кролика. Как размер фибриллы коллагена, так и количество гликозаминогликанов были измерены в сравнении с таковыми у кроликов, которых кормили контрольным белком, лактоальбумином, или только водой. Потребление гидролизата коллагена или лактоальбумина вызвало значительное увеличение диаметра фибрилл коллагена и уменьшение плотности фибрилл, за исключением случаев применения высоких доз лактоальбумина, по сравнению с таковыми в контрольной группе на воде. В группе, где кроликов кормили только водой, самый высокий процент составили фибриллы диаметром 20-60 нм. Стоит отметить, что результатом употребления высоких доз гидролизата коллагена стал высокий процент коллагеновых волокон с диаметром около 160-180 нм и что встречаемость диаметра более 200 нм была самой высокой при низких дозах гидролизата коллагена. Средний диаметр фибрилл и массовый средний диаметр при использовании высокой дозы коллагенового пептида были значительно ниже, чем таковые при применении низкой дозы. Было показано, что воздействие гидролизата коллагена на фибриллы коллагена в этой ткани отличалось от воздействия лактоальбумина и что виды воздействия гидролизата коллагена при применении низких и высоких доз были различны. Количество дерматансульфата повышалось в группах с высокой дозой, в то время как количество гиалуроновой кислоты уменьшалось у кроликов, которых кормили коллагеновым пептидом или лактоальбумином, при применении любых доз.

Хотя такое воздействие наблюдалось в сухожилиях, результаты могут подтверждать наличие полезных для кожи свойств, поскольку и в тех, и в других тканях коллаген первого типа является основным компонентом внеклеточного матрикса.
Для того чтобы выяснить, является ли воздействие применения гидролизата коллагена на кожу специфичным для коллагена или связанным с приемом внутрь белка как такового, Matsuda и его коллеги [16] изучали влияние пептида коллагена на фибробласты и внеклеточный матрикс в дерме. Гидролизованный коллаген перорально в течение 62 суток вводился свиньям в дозе 0,2 г / кг массы тела в сутки, и его воздействие сравнивалось с показателями в группе лактоальбумина и в контрольной группе на воде. Плотность и диаметр фибробластов, а также плотность коллагеновых волокон в группе, где применялся коллагеновый пептид, были значительно более высокими, нежели в контрольных группах. Это означает, что воздействие гидролизата коллагена было специфичным для белка и не зависит только от увеличения дозы потребления аминокислоты. Показатели по дерматан сульфату и гиалуроновой кислоте, основным компонентам гликозаминогликанов кожи, не имели значимого различия во всех трех группах. Содержание дерматан сульфата был самым высоким в группе потребления коллагенового пептида. Декорин существует на поверхности коллагеновых фибрилл в виде дерматансульфата и передает усилие другим коллагеновым фибриллам посредством образования взаимосвязей между ними. Функции декорина также включают сопротивление сжатию, регулирование диаметра фибрилл коллагена и обеспечение удлинения фибрилл. Эти результаты позволяют предположить, что употребление коллагенового пептида вызывает повышение плотности фибробластов и стимулирует образование коллагена в дерме белок-специфичным образом.

С клинической точки зрения, Sumida и соавт. [32] оценили влияние ежедневного приема гидролизата коллагена (10 г) на увлажнение кожи 20 здоровых японских женщин и сравнили его с показателями в группе плацебо (19 добровольцев). Постепенное улучшение водопоглощающей способности через 60 дней наблюдалось у добровольцев, которые потребляли гидролизат коллагена, в сравнении с группой плацебо. Однако это повышение не было статистически значимым между группами. Важно подчеркнуть, что пищевая добавка, которая использовалась в обеих группах в рамках данного исследования содержала также 0,4 г витамина С. Таким образом, можно предположить, что воздействие коллагена имело место в присутствии витамина С.

Эти исследования показывают, что уникальный аминокислотный и пептидный профиль коллагена может быть причиной наблюдаемого ранее влияния перорально вводимого гидролизата коллагена на физиологию кожи. Тем не менее, необходимы дополнительные исследования, чтобы определить механизмы, лежащие в основе этого воздействия гидролизата коллагена на ткани кожи. Ведутся испытания на человеке для подтверждения предполагаемого положительного эффекта перорального приема гидролизатов желатина.

Выводы

Данный комментарий обобщает имеющуюся научную информацию, касающуюся плохо изученного вопроса, имеющего отношение к дерматологии. Была выдвинута гипотеза о том, что введение с пищей гидролизата коллагена способствует синтезу коллагена в коже. Таким образом, представляется возможным, что коллагеновые пептиды могут влиять на пролиферацию фибробластов и образование коллагена специфичным для коллагена образом. По крайней мере достаточно убедительные научные данные свидетельствуют о том, что клиническое воздействие на кожу может быть достигнуто путем перорального потребления гидролизата коллагена, но результаты доклинических исследований являются в слишком большой мере спровоцированными для того, чтобы давать общие клинические рекомендаций.

Несмотря на отсутствие контролируемых исследований в отношении признаков старения кожи, которые проводились бы с пероральным потреблением гидролизата коллагена, можно отметить, что получаемые из пищи коллагеновые пептиды в крови могут быть вовлечены в некоторые виды биологической активности кожи, что предполагается экспериментами на животных и человеке. Тем не менее, нет никаких данных о структуре коллагеновых пептидов, извлекаемых из пищи, и механизмах их действия в отношении улучшения свойств кожи. По этой причине, механизм предполагаемого воздействия при пероральном введении продуктов на основе желатина еще предстоит объяснить.

В целом, данная работа является важным вкладом в понимание возможностей использования гидролизата коллагена в диетических или функциональных продуктах питания и необходимости проведения хорошо спланированных клинических исследований для обоснования заявленных свойств в отношении улучшения состояния кожи.

Библиография

1. Barel A, Calomme M, Timchenko A et al (2005) Effect of oral intake of choline-stabilized orthosilicic acid on skin, nails and hair in women with photodamaged skin. Arch Dermatol Res 297:147153. doi: 10.1007/s00403-005-0584-6
2. Baziwane D, He Q (2003) Gelatin: the paramount food additive. Food Rev Int 19:423-435. doi:10.1081/FRI-120025483
3. Boelsma E, van de Vijver LPL, Goldbohm RA et al (2003) Human skin condition and its associations with nutrient concentrations in serum and diet. Am J Clin Nutr 77:348-355
4. Boullin DJ, Crampton RF, Heading CE, Pelling D (1973) Intestinal absorption of dipeptides containing glycine, phenylalanine, proline, beta-alanine or histidine in the rat. Clin Sci Mol Med 45:49-58
5. Chiu AE, Chan JL, Kern DG et al (2005) Double-blinded, pla- cebo-controlled trial of green tea extracts in the clinical and histologic appearance of photoaging skin. Dermatol Surg 31:855-859
6. Cosgrove MC, Franco OH, Granger SP et al (2007) Dietary nutrient intakes and skin-aging appearance among middle-aged American women. Am J Clin Nutr 86:1225-1231
7. Djagny KB, Wang Z, Xu S (2001) Gelatin: A valuable protein for food and pharmaceutical industries. Crit Rev Food Sci Nutr 41:481-492. doi:10.1080/20014091091904 Review
8. Fuchs J (1998) Potentials and limitations of the natural antioxidants RRR-alpha-tocopherol, L-ascorbic acid and β-carotene in cutaneous photoprotection. Free Radic Biol Med 25:848-873. doi:10.1016/S0891-5849(98)00161-0
9. Heinrich U, Tronnier H, Stahl W et al (2006) Antioxidant supplements improve parameters related to skin structure in humans. Skin Pharmacol Physiol 19:224-231. doi:10.1159/000093118
10. Iwai K, Hasegawa T, Taguchi Y et al (2005) Identification of food- derived collagen peptides in human blood after oral ingestion of gelatin hydrolysates. J Agric Food Chem 53:6531-6536. doi:10.1021/jf050206p
11. Kieffer ME, Efsen J (1998) Imedeen® in the treatment of photo-aged skin: an efficacy and safety trial over 12 months. J Eur Acad Dermatol Venereol 11:129-136
12. Kim SK, Byun HG, Park PJ, Shahidi F (2001) Angiotensin I con- verting enzyme inhibitory peptides puriWed from bovine skin gelatin hydrolysate. J Agric Food Chem 49:2992-2997. doi:10.1021/ jf001119u
13. Kim SK, Kim YT, Byun HG et al (2001) Purification and charac- terization of antioxidative peptides from bovine skin. J Biochem Mol Biol 34:219-224
14. Laskin DL, Kimura T, Sakakibara S et al (1986) Chemotactic activity of collagen-like polypeptides for human peripheral blood neutrophils. J Leukoc Biol 39:255-266
15. Li B, Chen F, Wng X et al (2007) Isolation and identification of antioxidant peptides from porcine collagen hydrolysate by consecutive chromatography and electrospray ionization-mass spectrometry. Food Chem 102:1135-1143. doi:10.1016/j.foodchem.2006. 07.002
16. Matsuda N, Koyama Y, Hosaka Y et al (2006) Effects of ingestion of collagen peptide on collagen Wbrils and glycosaminoglycans in the dermis. J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo) 52:211-215. doi:10.3177/jnsv.52.211
17. Matthews DM, Laster L (1965) Absorption of protein digestion products: a review. Gut 6:411-426. doi:10.1136/gut.6.5.411
18. Mendis E, Rajapakse N, Kim S-K (2005) Antioxidant properties of a radical-scavenging peptide purified from enzymatically prepared fish skin gelatin hydrolysate. J Agric Food Chem 53:581-587. doi:10.1021/jf048877v
19. Minaguchi J, Koyama Y, Meguri N et al (2005) Effects of inges- tion of collagen peptide on collagen Wbrils and glycosaminogly- cans in Achilles tendon. J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo) 51:169-174
20. MorgantiP,RandazzoSD(1984)Nutritionandhair.JApplCosmetol 2:41-49
21. MoskowitzRW(2000)Roleofcollagenhydrolysateinboneandjoint
22. Nemati M, Oveisi MR, Abdollahi H, Sabzevari O (2004) Differentiation of bovine and porcine gelatins using principal component analysis. J Pharm Biomed Anal 34:485-492. doi:10.1016/S0731- 7085(03)00574-0
23. Oesser S, Adam M, Babel W, Seifert J (1999) Oral administration of 14C labeled collagen hydrolysate leads to an accumulation of radioactivity in cartilage of mice (C57/BL). J Nutr 129:18911895
24. Oesser S, Seifert J (2003) Stimulation of type II collagen biosynthesis and secretion in bovine chondrocytes cultured with degraded collagen. Cell Tissue Res 311:393-399
25. Ohara H, Matsumoto H, Ito K et al (2007) Comparison of quantity and structures of hydroxyproline-containing peptides in human blood after oral ingestion of gelatin hydrolysates from diVerent sources. J Agric Food Chem 55:1532-1535. doi:10.1021/ jf062834s
26. Postlethwaite AE, Kang A (1976) Collagen and collagen peptide induced chemotaxis of human blood monocytes. J Exp Med 143:1299-1307. doi:10.1084/jem.143.6.1299
27. Postlethwaite AE, Seyer JM, Kang AH (1978) Chemotactic attraction of human fibroblasts to type I, II, and III collagens and colla- gen-derived peptides. Proc Natl Acad Sci USA 75:871-875. doi:10.1073/pnas.75.2.871
28. Richelle M, Sabatier M, Steiling H, Williamson G (2006) Skin bioavailability of dietary vitamin E, carotenoids, polyphenols, vitamin C, zinc and selenium. Br J Nutr 96:227-238. doi:10.1079/ BJN20061817
29. Rosenberg SW (1957) Further studies in the use of gelatin in the treatment of brittle nails. AMA Arch Derm 76:330-335
30. Scala J, Hollies NRS, Sucher KP (1976) Effect of daily gelatin ingestion on human scalp hair. Nutr Rep Int 13:579-592
31. Skovgaard GR, Jensen AS, Sigler ML (2006) Effect of a novel dietary supplement on skin aging in post-menopausal women. Eur J Clin Nutr 60:1201-1206. doi:10.1038/sj.ejcn.1602438
32. Sumida E, Hirota A, Kuwaba K et al (2004) The effect of oral ingestion of collagen peptide on skin hydration and biochemical data of blood. J Nutr Food 7:45-52
33. Thom E (2001) Efficacy and tolerability of Hairgain® in individuals with hair loss: a placebo-controlled, double-blind study. J Int Med Res 29:2-6
34. Thom E (2005) A randomized, double-blind, placebo-controlled study on the clinical efficacy of oral treatment with DermaviteTM on ageing symptoms of the skin. J Int Med Res 33:267-272
35. Tyson TL (1950) The effect of gelatin on fragile finger nails. J Invest Dermatol 14:323-325
36. Wu J, Fujioka M, Sugimoto K (2004) Assessment of effectiveness of oral administration of collagen peptide on bone metabolism in growing and mature rats. J Bone Miner Metab 22:547-553. doi:10.1007/s00774-004-0522-2