综述：纤维状胶原的酶促与非酶促氧化

《Redox Report》：Enzymatic and non-enzymatic oxidation of fibrillar collagen

　　

胶原是承重组织细胞外基质中存在的长寿命蛋白，其氨基酸组成独特，以甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸为主，这种特征性三螺旋结构贯穿整个分子。在细胞外空间，胶原首先因其高疏水性通过非酶促、熵驱动的过程发生相互作用；随后，赖氨酰氧化酶（Lysyl Oxidase, LOX）等酶在三螺旋之间形成共价键（即交联），该过程会副产活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）。此外，近期研究发现胶原本身在受到拉伸时也会生成ROS。因此，鉴于ROS生成源在空间上高度邻近，胶原很可能发生非酶促氧化。本综述讨论了胶原的结构、交联形成机制及胶原氧化相关内容。现有结果虽已大量阐明LOX介导的胶原氧化机制，但关于非酶促氧化对胶原化学与生物物理性质的影响，及其对细胞和组织的作用仍缺乏充分数据。本文结合此类修饰所诱导的免疫原性与蛋白水解作用，探讨了胶原氧化可能导致持续性损伤这一假说。总体而言，现有证据支持应进一步探索胶原的氧化修饰，这有望成为衰老与慢性疾病中尚未被揭示的新机制。

引言

细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）是人体不可或缺的组成部分，具有多种功能，包括调控细胞分化、维持组织强度与弹性，同时为构成组织和器官的细胞提供锚定位点，参与组织建模与伤口愈合。ECM由多种蛋白组成，其中胶原占比最高，约占人体总蛋白质量的30%。目前已鉴定出近30种胶原类型，结构、功能与分布各异，均参与细胞分化、黏附，并为肌腱、肌肉等组织提供结构完整性与抗张强度，介导肌纤维间的力量传递。本综述聚焦于含量最丰富的Ⅰ型胶原（以下简称胶原），其占体内总胶原质量的约90%，尽管与其他胶原类型存在结构与功能相似性，但不同类型参与的功能与分布存在差异，其组装与交联方式直接影响结构稳定性及细胞信号传导。这些过程与活性氧介导的氧化还原信号密切相关。尽管目前尚不清楚慢性疾病中的促氧化功能障碍是否直接影响胶原结构，但多项关联性研究提示，过量氧化剂生成会影响ECM与细胞信号传导。本综述聚焦胶原分子的酶促与非酶促氧化的生化层面，现有关于赖氨酰氧化酶介导的胶原氧化的数据已十分丰富，但非酶促机制的相关文献仍十分匮乏。鉴于既往综述多仅关注糖基化形成的交联，本文汇总了活性氧直接改变胶原结构与功能的文献，并简要讨论糖基化机制。现有数据提示胶原氧化可能参与慢性非传染性疾病的病理生理过程，但其化学、生化与生物物理机制仍有待完善。

胶原交联与化学结构

胶原链主要由甘氨酸（Gly）、脯氨酸（Pro）和羟脯氨酸（Hyp）三种氨基酸组成，三者共占胶原链的近60%，并以Gly-X-Y的重复序列排列（X常为Pro，Y常为Hyp）。甘氨酸是分子量最小的必需氨基酸，允许分子发生急剧弯曲，其高丰度（约占胶原总氨基酸的35%）产生的空间位阻极小，对维持胶原三螺旋结构至关重要。羟脯氨酸残基位于多肽链的Y位时，其羟基可促进蛋白骨架形成，对螺旋稳定性与正确构象至关重要，同时通过羟基作为水分子锚定位点参与胶原分子水合，进一步增强三螺旋稳定性。其余残基如丝氨酸、天冬酰胺、丙氨酸等虽含量较低，但也参与调控纤维的稳定性、柔韧性与机械抗张强度：赖氨酸残基可通过平行于三螺旋的盐桥相互作用提高纤维熔融温度，增强抗热降解能力，该过程由赖氨酰氧化酶催化赖氨酸转化为烯丙氨酸，形成分子间共价交联，赋予胶原抗张强度；半胱氨酸等含硫氨基酸对内质网内前胶原的三螺旋折叠与形成至关重要；组氨酸则通过与其他三种氨基酸结合促进纤维稳定。除成熟胶原纤维的结构作用外，半胱氨酸残基在前胶原分子内质网成熟早期还参与二硫键形成，该过程被称为“半胱氨酸密码”，由内质网氧化还原酶（如蛋白二硫异构酶A1，PDIA1）介导，决定三螺旋是否正确折叠或被降解，凸显氧化还原过程在细胞内前胶原成熟阶段的调控作用。若前胶原生物合成过程中氧化还原平衡被破坏（如氧化应激状态），会损害内质网内酶的折叠功能，成为氧化条件影响胶原结构与功能的另一机制。特定氨基酸的修饰可提升胶原稳定性与强度，反之也可能导致病理性改变：例如甘氨酸被丙氨酸替代与致死性成骨不全相关，被丝氨酸替代则与轻型病例相关；甲硫氨酸因更易被氧化，可导致蛋白构象丧失并形成聚集体，证明微小的氨基酸残基改变即可严重影响分子结构与稳定性。

除单体属性外，原纤维与纤维的形成依赖提供ECM结构完整性的分子间相互作用，即胶原交联，其由酶促反应与氧化还原过程介导，对基质 cohesion 至关重要。根据参与成键的氨基酸，胶原交联可分为不同类型：成熟（三价）胶原交联依赖赖氨酰氧化酶，其形成过程为：赖氨酸首先经赖氨酰羟化酶（Lysyl Hydroxylase, LH）羟化为羟赖氨酸，再经LOX氧化为羟烯丙氨酸，最终形成脱氢-二羟赖氨酰正亮氨酸（deH-DHLNL，多见于骨等刚性组织）；若赖氨酸未被LH羟化，LOX直接将其氧化为烯丙氨酸，形成脱氢-赖氨酰正亮氨酸（deH-LNL，属于较不成熟的交联，多见于皮肤、肌肉等柔性组织）；若仅一个赖氨酸被羟化，则形成脱氢-羟赖氨酰正亮氨酸（deH-HLNL）。不同交联类型对应组织的不同力学特性，刚性组织以成熟交联为主，柔性组织则以不成熟交联为主，允许组织变形而不破裂。

参与胶原交联的酶

胶原交联的主要来源是赖氨酰氧化酶家族，哺乳动物中包括LOX及4种LOX样酶（LOXL1至LOXL4），主要作用于纤维状胶原Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅺ及弹性蛋白。该家族酶具有保守的羧基末端催化域，高度依赖铜离子（Cu²⁺）作为结构因子并提供电子通量。胶原分子分泌到细胞外后，首先因高疏水性发生非酶促结合形成小原纤维，随后LOX酶选择性作用于新生原纤维，催化端肽区赖氨酸与羟赖氨酸脱氨基，分别生成烯丙氨酸与羟烯丙氨酸，实现胶原端肽间的稳定交联，这是原纤维生成的关键步骤，同时副产大量过氧化氢（H₂O₂）。生理条件下，胶原与LOX反应释放的H₂O₂可作为信号分子调控成纤维细胞基因表达，影响ECM内其他酶活性；但在LOX过表达的病理状态下，高水平H₂O₂可导致邻近基质蛋白与细胞的氧化损伤，如心脏病中观察到的表型。

LOX活性主要受组织氧分压调控：缺氧时，缺氧诱导因子1α（HIF-1α）通过与缺氧反应元件（HREs）互作促进LOX表达，这是组织损伤后修复的关键步骤，参与伤口愈合。LOX蛋白合成后，其信号肽需经骨形态发生蛋白1（BMP-1）在 periostin 介导下切除，该过程是胶原交联的调控环节，因为裂解后的LOX量直接限制交联程度。除LOX通路外，组织修复过程中转谷氨酰胺酶（尤其是转谷氨酰胺酶2，TG-2）也可作为胶原交联的替代机制，该酶在纤维化组织形成中也发挥作用。与依赖铜离子与氧的LOX不同，TG酶不依赖氧，需钙离子（Ca²⁺）发挥功能，通过形成赖氨酸与谷氨酰胺之间的肽键，产生抗性强、力学刚性的连接，这是纤维化组织的典型特征。LOX与其他产ROS酶（如NADPH氧化酶）的差异在于不需要解离辅因子，而是利用赖氨酰酪氨酸醌（Lysyl Tyrosylquinone, LTQ）辅因子，该辅因子由LOX酶链中酪氨酸与赖氨酸交联形成，其生成需要铜原子催化赖氨酸残基的羟化与氧化。LOX经高尔基体分泌到ECM后，与新生胶原原纤维接触，发生氧化还原反应：还原阶段LOX从赖氨酸残基移除质子，随后断裂与胶原残基的连接，将其转化为烯丙氨酸，此时LTQ处于还原态；之后酶被分子氧氧化，氧在活性位点铜离子介导下接受电子，还原后的氧移除还原阶段获得的质子，生成H₂O₂与氨（NH₃），使LTQ恢复原始状态，可参与后续反应。

不同LOX同工型虽共享共同机制，但序列差异显著，尤其N端区域决定其与配体的互作方式，据此分为两个亚家族：LOX与LOXL1亚家族，以及LOXL2亚家族。前者N端区域无序且保守性低，分泌到ECM后依赖细胞外翻译后修饰；LOXL1专门负责皮肤、肺、肌肉等持续变形组织的纤维形成与维持，不能直接结合胶原底物，需辅因子Fibulin-5（又称发育动脉与神经嵴EGF样蛋白，DANCE）作为中介，DANCE通过其N端结构域结合原弹性蛋白，同时招募LOXL1，将其催化位点定位到赖氨酸与羟赖氨酸残基附近完成交联。后者包含LOXL2、LOXL3、LOXL4，以LOXL2含量最高，其特征为含有4个清道夫受体富含半胱氨酸（Scavenger Receptor Cysteine-Rich, SRCR）结构域，无需切除N端即可发挥催化活性，主要存在于纤维化组织与肿瘤中，可通过去除特定赖氨酸残基的胺基，激活成纤维细胞，增加多种组织的病理性刚度，诱导上皮-间质转化，降低上皮细胞黏附性与极性，导致侵袭表型。LOXL3结构与功能类似LOXL2，但表达模式不同，在胚胎发生过程中高表达，参与颅面与软骨形成，其突变与严重腭裂、椎体畸形等骨疾病相关，对软骨中主要的Ⅱ型与Ⅺ型胶原具有高亲和力，交联功能障碍会导致上述疾病。LOXL4是LOX家族最新发现的成员，功能尚未完全明确，在肿瘤中发挥双重作用：在膀胱癌中作为抑癌酶，其表达具有细胞静止效应，膀胱癌细胞中常观察到LOXL4基因沉默；而在头颈部鳞状细胞癌、乳腺癌等其他癌症中，LOXL4过表达与不受控的细胞增殖和侵袭相关。

胶原氧化的酶促机制

胶原成熟过程（包括交联形成）对ECM稳定性至关重要，是一个复杂且受调控的过程，期间胶原会发生多种修饰，其中最主要的是前述LOX家族酶介导的氧化。这些修饰不仅改变胶原与其他胶原分子的互作方式，还会改变其溶解性，使其从可溶性未成熟纤维转变为不可溶性成熟纤维。LOX家族酶的作用主要位于Ⅰ型与Ⅲ型胶原的端肽区，通过胺氧化为醛的往复机制实现。近期研究设计了特异性荧光探针，以烯丙氨酸作为胶原氧化的替代标志物，发现缺血再灌注损伤后，氧化胶原会在小鼠与斑马鱼心脏中积累，且种间差异显著，该效应很可能与成熟交联和不成熟交联的形成有关；同时氧化胶原也存在于小鼠主动脉交叉处，该部位存在振荡剪切应力。

LOX氧化赖氨酸残基生成的烯丙氨酸形成的交联稳定性较低，对pH与化学切割更敏感，这与希夫碱的特性有关。烯丙氨酸形成后会与另一个赖氨酸反应，生成脱氢赖氨酰正亮氨酸交联，其稳定依赖还原过程，但ECM中该过程效率较低，因此这类交联不稳定。近期研究意外发现，一种特定的三价（成熟）交联——吡啶诺林，可作为牺牲键，在拉伸时断裂，均裂后生成ROS（即机械自由基），随即被邻近氨基酸清除，形成二羟基苯丙氨酸（DOPA）。

羟烯丙氨酸的生成与烯丙氨酸的差异在于LOX氧化前的步骤：赖氨酸残基首先经赖氨酰羟化酶2添加羟基转化为羟赖氨酸，再由LOX转化为羟烯丙氨酸，该额外步骤为交联形成提供了更稳定的基础，可形成脱氢羟赖氨酰正亮氨酸等更稳定的交联，在刚性组织中含量丰富。综上，交联形成是依赖酶的进程，需要胶原内特定氨基酸的氧化，LOX介导的交联生成ROS作为副产物；同样，力应力（如拉伸）导致的牺牲键断裂也会生成ROS（推测为H₂O₂）。过渡金属离子Fe²⁺、Cu²⁺在LOX与胶原附近的共存，加上ROS生成过程，支持胶原氨基酸也可能发生非酶促氧化的假说，但目前仍缺乏体内确凿证据。

非酶促氧化

非酶促氧化是不依赖特定酶作用的氧化过程，由活性物种（Reactive Species, RS）与目标分子互作引发。胶原作为含量丰富、定位于细胞外且结构特殊的蛋白，是RS反应的主要靶点之一，这类反应会导致翻译后修饰（Post-Translational Modifications, PTMs），可能改变蛋白结构并损害其生物学功能。RS可由多种机制在细胞内与细胞外生成，来源包括内源性因素与外源性因素，涵盖活性氧（ROS）、活性氮物种（RNS）、活性硫物种（RSS）、活性卤素物种（RHS）与活性羰基物种（RCS），本部分重点关注ROS，其他修饰因相关研究匮乏仅简要讨论。

ROS分为自由基与非自由基两类：自由基ROS包括羟基自由基（·OH）、超氧阴离子（O₂^·-）、过氧自由基（ROO·）、烷氧自由基（RO·）与氢过氧自由基（HO₂·），含一个或多个未配对电子，极不稳定且反应性极高；非自由基ROS包括H₂O₂、单线态氧（¹O₂）与臭氧（O₃），虽无不配对电子，但是强氧化剂，可作为RS的前体。RS中部分可与几乎所有邻近生物分子反应，另一些则更具选择性，靶向特定分子与位点。RS引发的氧化PTMs种类多样，取决于靶点、参与的RS种类及特定蛋白功能对应的生物学应答。ROS生成过量且抗氧化系统失效时，会引发氧化应激状态。尽管ROS作为信号分子参与多种生理过程，但过量水平会导致不良反应，造成各类生物分子的PTMs，参与糖尿病、心血管疾病、癌症、神经退行性疾病等慢性疾病的发生与维持。

存在于细胞外环境的谷胱甘肽过氧化物酶3（GPx3）是谷胱甘肽过氧化物酶家族的重要抗氧化酶，可催化H₂O₂、氢过氧化物与脂质氢过氧化物的还原，保护多种组织免受氧化应激损伤。研究证实GPx3主要由肾脏产生，除循环于血浆外，还可特异性结合特定基底膜（如胃肠道、男性生殖道、肺、肾的基底膜），这种结合具有高度特异性，发生在需要调控细胞外H₂O₂浓度、对氧化应激损伤更敏感的区域，但具体互作机制尚未明确。ECM广泛分布于机体，其多个组分均为RS的靶点；胶原因分布广、半衰期长、蛋白结构特殊，是重要的RS靶标。目前已有大量研究探讨RS诱导的不同蛋白PTMs，但针对分离胶原PTMs的研究仍十分有限，大部分证据来自20世纪90年代，随着新技术发展，亟需深入探索这类修饰的生物物理特征与生物学关联。

胶原的非酶促氧化

RS可通过氢提取、电子提取、富电子位点电子添加等不同机制发生反应。蛋白修饰可分为可逆、部分可逆与不可逆三类：可逆修饰多参与信号传导，反映氧化应激状态，常见于半胱氨酸的氧化、亚磺酰化、S-亚硝基化与S-谷胱甘肽化；不可逆修饰的典型代表是羰基（C=O）添加到侧链（羰基化），是氧化应激的强标志物，脯氨酸、组氨酸、赖氨酸、精氨酸、苏氨酸等氨基酸更易发生此类修饰，羰基化会促进蛋白交联并最终导致聚集；另一种不可逆反应是酪氨酸的硝化，由ONOO^?反应生成，已有大量综述详细讨论这些过程。下文具体讨论RS氧化胶原分子的相关研究。

氧化剂可在细胞内与细胞外生成，氧化反应的发生需要氧化剂与目标分子空间邻近。胶原易被这些氧化剂氧化：如前所述，胶原受机械应力时可自身生成H₂O₂；胶原通过结合GPVI受体激活血小板时也会生成H₂O₂，且该过程与NADPH氧化酶组装偶联，同时生成超氧阴离子；LOX酶促氧化胶原的过程也会副产H₂O₂。因此，胶原分子附近至少存在三个氧化剂生成源：胶原自身、信号细胞与LOX酶。

部分研究观察到超氧阴离子暴露对胶原的修饰作用，包括Ⅰ型胶原片段化、胞外超氧化物歧化酶的作用，以及酸性条件下胶原降解并释放4-羟脯氨酸。还有研究显示，组氨酰羟赖氨酰正亮氨酸（HHL）及其前体组氨酸是单线态氧（¹O₂）氧化的靶点，可促进胶原纤维间交联形成，可能导致纤维刚度增加。尽管H₂O₂是最丰富、分布最广的ROS之一，但针对其与胶原体外互用的研究仍较少：一项研究评估了H₂O₂对罗非鱼皮Ⅰ型胶原降解的影响，发现胶原暴露于H₂O₂后降解加速，有序结构发生改变，力学抗性测试显示胶原纤维在H₂O₂孵育后快速软化，扫描电镜显示暴露时间越长胶原纤维降解越明显，纤维束更疏松，X射线衍射分析表明特征性三螺旋结构受损，但傅里叶变换红外光谱提示部分螺旋结构在处理后仍得以保留。另一项研究评估了H₂O₂暴露对胶原结构的影响及不同细胞类型的应答，扫描电镜显示胶原原纤维直径随H₂O₂浓度升高而减小，水接触角检测显示胶原纤维亲水性增加，推测源于H₂O₂氧化胶原生成了新的羟基，傅里叶变换红外光谱显示对照组与氧化胶原的谱图存在差异，提示胶原结构组织发生改变，但分子间胶原键似乎保持完整。细胞实验显示，氧化胶原可增加脂肪基质干细胞与A-431表皮样癌细胞的黏附，且对A-431的作用更强，但MG-63骨肉瘤细胞的黏附数随H₂O₂浓度升高而下降；细胞活力检测显示A-431细胞暴露于氧化胶原后活力升高，证明非酶促H₂O₂介导的氧化可诱导胶原结构改变，并影响细胞应答。

O₂^·-与H₂O₂可通过芬顿反应与哈伯-韦斯反应分别生成·OH，该过程由铁或铜离子催化。羟基自由基反应性极高，被认为是所有ROS中反应性最强的，可氧化几乎任何邻近蛋白，但其半衰期极短（10^-9秒），难以定量与体内检测。胶原附近存在H₂O₂的证据支持芬顿反应生成·OH，利用位点可用的铁、铜离子。·OH靠近胶原时会发生氧化反应，文献报道·OH与胶原的反应速率常数接近扩散极限（4×10⁸–10¹⁰mol^-1·s^-1，pH 7.0）。值得注意的是，重要抗氧化剂抗坏血酸也可通过还原Fe³⁺与Cu²⁺离子促进芬顿或类芬顿反应，加快反应速率，增加·OH生成量；同时抗坏血酸也是胶原成熟相关酶（如脯氨酰-3-羟化酶、脯氨酰-4-羟化酶、赖氨酰羟化酶）的辅因子，综上，胶原邻近环境高度利于·OH生成。

研究显示Ⅰ型胶原暴露于·OH后会发生结构修饰，傅里叶变换红外光谱检测到残余羰基（C=O）逐渐减少，推测其参与了与·OH的反应；由于胶原含有多个暴露于外界的残余C=O基团，易成为·OH的反应靶点，体外实验也证实胶原可从介质中清除·OH，提示其可作为·OH的清除剂。另一项针对·OH氧化Ⅱ型胶原的研究通过紫外吸收光谱与圆二色性检测到结构改变：氧化胶原吸光度较未氧化组升高，圆二色性分析显示负信号改变，提示胶原部分去折叠，二级结构改变，且氧化修饰后的胶原免疫原性与致关节炎性增强。PTMs还可能干扰胶原的蛋白水解降解：氧化等修饰可能增加蛋白清除率，而糖基化等修饰则可能降低清除率，但胶原PTMs后的降解证据仍十分有限。

综合现有研究，胶原可与ROS发生反应并产生PTMs，这些修饰导致蛋白结构的重要改变，可能干扰胶原降解，既可能导致修饰胶原积累，也可能促进降解并触发代偿性合成增强。鉴于完整胶原的半衰期很长，且存在非酶促氧化的相关证据，可假设胶原氧化PTMs可能参与慢性疾病的发生与进展，探索该假说有助于深入理解潜在机制，进而识别新的药理靶点。

胶原与活性氮物种、活性卤素物种

研究显示Ⅱ型胶原暴露于过氧亚硝基阴离子（ONOO^?）后，与对照组相比，在软骨细胞培养中可引发更强的炎症反应，激活p38 MAPK、ERK通路与转录因子NF-κB，增加一氧化氮与前列腺素E2（PGE-2）的生成，提示氧化剂暴露不仅改变胶原结构，还会促进炎症进程。另有研究评估了羟基自由基、次氯酸、过氧亚硝基阴离子等不同氧化剂修饰的Ⅱ型胶原能否在类风湿关节炎背景下产生新抗原表位，同时观察到糖基化胶原与天然胶原的迁移率与荧光存在差异，羟基自由基、次氯酸或过氧亚硝基阴离子处理会导致胶原片段化；炎症关节中广泛分布氧化剂，修饰胶原可作为自身抗原，促进类风湿关节炎的慢性化并刺激免疫系统攻击这些自身抗原。次氯酸盐（HOCl/OCl^?）由中性粒细胞髓过氧化物酶产生，可修饰Ⅱ型胶原的氨基酸侧链与二级结构，其氯化作用会改变蛋白的免疫原性与致病性，与类风湿关节炎相关。有趣的是，HOCl/OCl^?物种、N-氯胺与Cl₂可氧化关节软骨Ⅱ型胶原中的吡啶诺林交联（即前述牺牲键），推测这类氧化PTMs可能增强或削弱胶原结构，但尚未有研究验证该假设。针对HOCl与N-氯胺对胶原的作用研究显示，生理浓度的HOCl与胶原反应会导致蛋白片段化并阻止凝胶化；N-氯胺暴露虽仅引起少量片段化，但会增加蛋白水解介导的降解，提示部分PTMs可能促进胶原蛋白水解，不会随时间积累。

其他修饰——胶原糖基化与谷胱甘肽化

除酶促与非酶促氧化外，胶原也易发生糖基化。蛋白羰基化是不可逆PTMs的重要来源，除RS反应引入外，羰基也可通过蛋白与脂质过氧化、糖氧化过程的产物反应添加。脂质过氧化是含多不饱和脂肪酸的氧化过程，会释放脂质氢过氧化物等多种产物，其分解生成4-羟基-2-壬烯醛、4-氧代-2-壬烯醛、丙烯醛、丙二醛等高反应性醛类化合物，倾向于与蛋白反应，添加羰基。此外，核糖、葡萄糖等糖可直接与胶原分子中的赖氨酸、精氨酸氨基基团反应，经还原生成晚期糖基化终末产物（Advanced Glycation End-Products, AGEs）；乙二醛可由脂质过氧化与还原糖氧化生成，甲基乙二醛的主要生成途径是糖酵解（与高血糖状态相关），也可由还原糖氧化生成。

蛋白糖基化与AGEs与多种病理生理过程密切相关，尤其与衰老相关的长寿命蛋白（如胶原）关系密切。结合胶原的AGEs可引发蛋白结构改变，如纤维刚度增加、弹性降低，进而导致高血压、内皮功能障碍等生物学效应；AGEs可激活晚期糖基化终末产物受体（RAGE），该受体广泛存在于多种细胞（尤其是肺细胞），促进过度炎症反应。研究显示老年小鼠暴露于氨基胍（AGE抑制剂）后肾纤维化减轻，提示胶原糖基化可通过激活RAGE受体引发持续有害应答，促进ROS生成。甲基乙二醛糖基化的胶原可增加成纤维细胞ROS生成，诱导慢性细胞应激并最终导致细胞凋亡，参与皮肤衰老与糖尿病等慢性疾病。胶原糖基化的更多细节可参考既往综述。

除以上过程外，胶原的另一PTM是谷胱甘肽化，即三肽谷胱甘肽（GSH）与胶原中的半胱氨酸残基共轭结合。研究发现特发性肺纤维化（IPF）患者肺样本裂解液中胶原S-谷胱甘肽化水平升高，前胶原在内质网的加工由多种蛋白调控，其中PDIA3、ERO1A、PRDX4参与氧化还原调控；IPF样本中这三种蛋白表达均升高，推测源于内质网氧化还原失衡，营造了利于胶原谷胱甘肽化的氧化环境。研究证实胶原S-谷胱甘肽化可增加成纤维细胞的胶原分泌并促进其增殖，可能加重IPF病情；负责去谷胱甘肽化的谷氧还蛋白（GLRX）被抑制后，谷胱甘肽化胶原水平升高，且谷胱甘肽化胶原对胶原酶的降解抵抗力更强。

结论与未来展望

胶原是ECM中的长寿命蛋白，对生理与疾病状态下的细胞功能至关重要，主要由甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸组成，赋予其三螺旋结构。在细胞外空间，LOX等酶氧化胶原形成交联，组装为原纤维、纤维与纤维束，LOX依赖性氧化的机制已十分明确，但非酶促氧化及其他PTMs对胶原的影响仍知之甚少。近期数据显示胶原本身是ROS生成源，而LOX催化反应的副产物也是ROS，胶原介导的细胞信号（如血小板GPVI受体通路）也会生成ROS，因此胶原发生非酶促氧化的假说具有合理性，且考虑到胶原的半衰期，这类PTMs可能参与慢性疾病的发生发展。

未来研究应探索不同氧化剂如何修饰胶原结构，以及是否导致细胞功能障碍，例如需明确氧化PTMs是否影响胶原的刚度、压电特性等生物物理性质，可利用原子力显微镜（AFM）等技术开展研究；氧化PTMs也可能影响细胞外微环境中原胶原的熵组织，高速AFM等新工具可用于解析这类复杂现象。此外，氧化胶原可能结合与完整胶原不同的受体，类似低密度脂蛋白与氧化低密度脂蛋白的差异，因此需要先进分子生物学工具识别氧化胶原的受体。同时，新型工具（如针对氧化胶原的荧光探针）对追踪和识别氧化剂诱导的特定胶原PTMs至关重要，这将帮助明确疾病中氧化胶原的积累是潜在机制还是仅关联性发现。总体而言，对这一被忽视领域的深入研究，将为“长寿命蛋白修饰可导致持久损伤”这一经典假说提供新的视角。