从损伤靶点到精准修复：重组角蛋白生物材料的应用价值

期刊：International Journal Of Cosmetic Science（《国际化妆品科学杂志》）

发表时间：2025年12月，第47卷第6期，第1104-1114页

原文标题：Key locations of oxidative damage in human hair keratins after heat and ultraviolet light exposure

DOI：10.1111/ics.13081

原文作者：Jeffrey E. Plowman、Anita J. Grosvenor、Santanu Deb-Choudhury、Stefan Clerens（新西兰 AgResearch 智能食品与生物制品研究所）；Fraser Bell、Julie Roberts（联合利华研发中心，英国）

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文章摘要：

热造型工具的高温作用、长期日光紫外线辐照，会造成人发角蛋白关键半胱氨酸位点氧化修饰、二硫键断裂，破坏角蛋白卷曲，最终造成发丝力学性能下降、结构完整性丧失。普洛曼团队借助LC-MS/MS蛋白质组学技术解析I型K31、II型K85两种毛发核心角蛋白在高温热造型、紫外线日晒条件下的氧化损伤位点。

实验模拟长达一年的夹板热处理与自然日光辐照，证实热、紫外应激会引发半胱氨酸发生翻译后修饰，生成磺基半胱氨酸、脱氢丙氨酸，直接破坏二硫键网络；明确了损伤集中发生在角蛋白头部/尾部无定形结构域以及α螺旋卷曲区。

基于该损伤机理，为新一代分子级护发修复原料开发提供靶点依据，为热损伤、光损伤头发提供了全新修复技术路径，推动护发修护从表面覆膜向发芯分子级修复迭代升级。

一、毛发受热及紫外线氧化损伤的分子机制

1、实验模型构建

实验采用未预处理的深棕色欧洲人发束，构建两类梯度损伤模型：

对不同损伤梯度的头发样本提取蛋白并酶解，通过LC-MS/MS质谱检测，将氨基酸修饰位点映射至 K31、K85 二级结构图谱，实现氧化损伤的精准定位。

2、人发角蛋白结构与二硫键功能

发皮质中间丝由I型、II型角蛋白配对形成异二聚体，组装成高级结构，镶嵌在高半胱氨酸的KAP基质中。单个角蛋白分子包含两个核心功能区域：

半胱氨酸形成的二硫键是整个蛋白网络的纽带：头部/尾部半胱氨酸介导角蛋白-KAP基质交联；卷曲杆区半胱氨酸介导角蛋白-角蛋白异二聚体交联。

3、K31、K85 的差异化损伤位点

热、紫外线氧化攻击半胱氨酸，会将巯基转化为磺基半胱氨酸、脱氢丙氨酸，直接打断原有二硫键交联，瓦解整套蛋白交联网络，两类角蛋白呈现不同的损伤特征：

当损伤累积至极高水平（模拟1年热/紫外处理）时，质谱反而检测不到修饰信号。原因是大量蛋白发生广泛交联、降解，肽段无法被质谱识别，代表发丝已经发生更深层次的结构性破坏，肉眼可见干枯、脆断只是损伤的宏观表象。

该研究揭示了一个重要现实：传统护发原料大多只能附着毛鳞片表面，无法干预发芯内部已经发生的半胱氨酸氧化修饰与二硫键断裂，难以从根源上恢复发丝力学性能。

二、基于损伤靶点：重组角蛋白生物材料的应用价值

1、传统角蛋白原料的技术局限

市面主流护发产品多采用动物源的水解角蛋白（羊毛、羽毛等）使用水解羊毛、羽毛角蛋白，通过酸碱水解制备，存在三大天然缺陷：

行业亟需可复刻人发原生角蛋白序列与高级空间结构的新型生物材料，以合成生物学技术为核心的重组角蛋白生物新材料成为破局方向。

2、重组角蛋白：合成生物学赋能原生蛋白仿生修复

海默斯生物依托合成生物学平台，通过基因工程技术将人源角蛋白基因导入工程菌株，经过发酵、复性、精密纯化，获得具备正确α-螺旋高级折叠的重组角蛋白，突破传统提取工艺的局限，实现ISO9001体系下稳定规模化量产。其核心技术价值精准匹配毛发分子损伤的多层级修复需求：

三、总结与展望

Plowman团队的研究阐明了热造型、日晒致头发损伤的分子本质：损伤并非蛋白的无差别降解，而是以K31、K85半胱氨酸位点靶向破坏、二硫键网络断裂为核心的有序过程。该研究为护发原料从“表面调理”走向“发芯分子修复”提供了清晰的理论依据。

重组角蛋白通过基因重组技术，可复刻K31、K85天然蛋白结构，突破传统水解角蛋白的片段化缺陷，针对文献证实的两类损伤结构域，实现二硫键重建、基质互作修复、卷曲螺旋组装稳定的多重作用。未来结合合成生物学技术，可进一步强化角蛋白抗紫外、抗高温氧化的氨基酸位点，开发兼具主动防护与损伤修复的新一代护发生物材料，为高频热造型、长期日晒、烫染受损人群提供更科学的发质解决方案。

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