คอลลาเจน (collagen) เป็นโปรตีนชนิดเส้นใยที่ประสานกันอยู่นอกเซลล์ (extracellular matrix) ของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน (connective tissue) ในชั้นผิวหนังแท้ (dermis)  และมีอยู่ทั่วไปในร่างกาย  คอลลาเจนที่พบในร่างกายมีหลายชนิด (รูปที่ 1) ทำหน้าที่เสริมสร้างความแข็งแรงให้แก่กล้ามเนื้อ กระดูก และเอ็น (Ahtikoski A, 2003)

วิตามินเป็นสารอาหารที่จัดเป็นสารอินทรีย์ซึ่งจำเป็นต่อร่างกายของสิ่งมีชีวิต เกี่ยวข้องในกระบวนการเมแทบอลิซึม (metabolism) ของร่างกาย โดยมีหน้าที่เป็นสารตั้งต้นที่นำไปสร้างโคเอนไซม์ (coenzyme) ซึ่งเป็นปัจจัยร่วม (cofactor) ของเอนไซม์ในการเร่งปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ในร่างกายของสิ่งมีชีวิต  โดยทั่วไปสามารถจำแนกวิตามินออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ โดยอาศัยคุณสมบัติการละลายของวิตามินในตัวทำละลายที่ต่างกัน ได้แก่ วิตามินที่ละลายได้ในน้ำ (water-soluble vitamin ) และวิตามินที่ละลายได้ในไขมัน (fat-soluble vitamin) โดยบทความนี้จะกล่าวถึงวิตามินซีซึ่งละลายได้ในน้ำ

รูปที่ 1 ชนิดของคอลลาเจนในโครงสร้างกล้ามเนื้อ (Ahtikoski, A. 2003)

การสังเคราะห์คอลลาเจน

การสังเคราะห์คอลลาเจนเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีน เกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์ fibroblast ในผิวหนังและเซลล์ osteoblast ในกระดูกโดยมีสายพอลีเปปไทด์ที่เรียกว่า โปรโตคอลลาเจน (protocollagen) ซึ่งกรดอะมิโนเหล่านี้จะถูกกระตุ้นทำให้กรดอะมิโนโปรลีน (proline) ถูกเติมหมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl group) โดยกระบวนการ hydroxylation กลายเป็น ไฮดรอกซีโปรลีน (hydroxyproline)  (Franceschi R. et al., 1994, Sharma S. R. et al.,  2008)  และกรดอะมิโนไลซีน (lysine) จะกลายเป็นไฮดรอกซีไลซีน (hydroxylysine)  ที่ทำให้การยึดเส้นใยหน่วยย่อยของคอลลาเจนให้เป็นมัดที่เสถียร โดยกระบวนการดังกล่าวจะเกิดขึ้นที่ไรโบโซม (ribosome) และทำให้เกิดโปรคอลลาเจน (procollagen) ขึ้น  จากนั้นโปรคอลลาเจนจึงถูกเติมหมู่น้ำตาลกลูโคสและน้ำตาลกาแลคโตสโดยกระบวนการ glycosylation ให้กับไฮดรอกซิไลซีน และกรดอะมิโนแอสปาราจีน (asparagine) แล้วสายโพลีเปปไทด์สามสายจะพันเป็นเกลียว (triple helix) โดยการเกิดพันธะไดซัลไฟด์ (disulfide bond) ภายในสายเดียวกันและระหว่างสาย   แล้วโปรคอลลาเจนจะถูกขนส่งออกจาก endoplasmic reticulum ผ่าน Golgi แล้วเริ่มเกิดการเกาะกลุ่มกันกลายเป็น secretory vesicles ในระหว่างการขนส่ง (Myllyharju, J. Kivirikko, K.I., 2004)   จากนั้นจะถูกคัดหลั่งออกมาอยู่นอกเซลล์ทางช่องขนาดเล็กที่เรียกว่า microtubules  แล้วส่วนปลายสายทั้งสองข้างของโมเลกุลโปรคอลลาเจนจะถูกตัดได้ด้วยเอนไซม์เฉพาะ  ทำให้โปรคอลลาเจนเปลี่ยนไปเป็นโทรโปคอลลาเจน (tropocollagen)  หลังจากนั้น โทรโปคอลลาเจนหลายๆ โมเลกุลจะรวมตัวกันโดยการเกิดพันธะโควาเลนต์  (covalent bond) เชื่อมประสานระหว่างโมเลกุล โดยเอนไซม์ lysyl oxidase เรียงตัวเป็นเส้นใย (fibril) ซึ่งอยู่ในเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน

การสังเคราะห์คอลลาเจนเกิดขึ้นตลอดเวลาที่เรายังมีชีวิตอยู่ เพื่อการซ่อมแซมและแทนที่ส่วนที่ถูกทำลาย  การเสื่อมสภาพและทำให้คอลลาเจนที่ถูกทำลายให้กลับมาแข็งแรงนั้น กระบวนการโดยทั่วไปได้จากการสร้างโปรตีนที่ยังไม่สมบูรณ์ ซึ่งจำเป็นที่จะต้องสร้างโครงร่างของเซลล์ใหม่ เช่น กระบวนการสมานแผล เป็นต้น (Ritchie JE., 2008)

การเสื่อมสลายของคอลลาเจน

การเสื่อมสลายของคอลลาเจนที่เรียกว่า โปรตีโอไลซิส (proteolysis) จะทำให้คอลลาเจนที่อยู่ในเนื่อเยื่อเกี่ยวพันแตกออกเป็นชิ้นเล็กๆ  เกิดขึ้นโดยเอนไซม์เมทริกซ์เมทัลโลโปรตีเนส (matrix metalloprotenase หรือ MMPs) ที่ถูกคัดหลั่งออกจากเซลล์    เอนไซม์ที่สามารถตัดย่อยคอลลาเจน (collagenases) ได้ ตัวอย่างเช่น MMP-1 (Collagenase-1) คัดหลั่งจากเซลล์ fibroblast สามารถย่อยสลายคอลลาเจนชนิกที่ 1, 2, 3, 7, 8, 10 และเจลาติน, MMP-9 คัดหลั่งจากเซลล์ leucocyte สามารถย่อยสลายคอลลาเจนชนิดที่ 4, 5, 7, 10 และ 14 ได้ และ MMP-13 (Collagenase-3) คัดหลั่งจาก myofibroblast สามารถย่อยสลายคอลลาเจนชนิดที่ 1-5, 9-11 และเจลาตินได้  (Egeblad, M., Werb, Z., 2002) ดังนั้นการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ MMPs จะช่วยทำให้คอลลาเจนถูกทำลายลดลงได้

วิตามินซี

วิตามินซี มีชื่อทางเคมีที่นิยมเรียกกันทั่วไปว่า กรดแอสคอร์บิค (ascorbic acid)  มีบทบาทต่อการสร้างคอลลาเจนในปฏิกิริยาไฮดรอกซิเลชั่น (hydroxylation) ซึ่งเป็นการเติมหมู่ไฮดรอกซีบนโมเลกุลของกรดอะมิโนโพรลีน (proline) และไลซีน (lysine) ในโปรคอลลาเจน โดยเอนไซม์โพรลิลไฮดรอกซีเลส (prolyl hydroxylase) และไลซิลไฮดรอกซีเลส (lysyl hydroxylase) จะใช้กรดแอสคอร์บิกเป็นปัจจัยร่วม ทั้งนี้ hydroxyproline มีบทบาทสำคัญในการทำให้เกลียวสามสายภายในโมเลกุลของคอลลาเจนแข็งแรง และ hydroxylysine เป็นตำแหน่งที่ทำให้เกิดพันธะเชื่อมกันระหว่างโมเลกุลของคอลลาเจนที่เรียกว่า glycosylation    การเกิดแผลที่มุมปากจากโรคลักปิดลักเปิด (scurvy) ที่มักนิยมเรียกว่า โรคปากนกกระจอกนั้น เกิดขึ้นเนื่องจากการขาด hydroxyproline ในสายคอลลาเจน   นอกจากนี้การวิจัยของฟีฝเฝอร์และคณะในปี 1998 แสดงให้เห็นว่าการรับประทานวิตามินซีในประมาณที่เพียงพอจะช่วยลดการสร้างเอนไซม์เมทริกซ์เมทัลโลโปรตีเนสได้ ทำให้คอลลาเจนถูกทำลายได้น้อยลง  ดังนั้นการรับประทานผักและผลไม้ที่อุดมไปด้วยวิตามินซีจึงมีส่วนช่วยให้ร่างกายเราสามารถดูดซึมวิตามินดังกล่าวมาใช้ในการเสริมสร้างคอลลาเจนให้แข็งแรงได้  การศึกษาของเคาและคณะ ในปี 1998 แสดงให้เห็นว่าผู้สูงอายุที่รับประทานเครื่องดื่มที่ผสมผลไม้หรือผักพร้อมอาหารมื้อเช้า ทุกวันเป็นเวลา 2 สัปดาห์ เช่น สตรอเบอร์รี่ 240 กรัม หรือผักขม (spinach) 294 กรัม จะตรวจพบปริมาณวิตามินซีในปัสสาวะสูงกว่าผู้สูงอายุที่ดื่มน้ำมะพร้าวหรือดื่มไวน์แดงที่กำจัดแอลกอฮอล์ออกแล้วปริมาตร 300 มิลลิลิตร (ระดับวิตามินซีเฉลี่ยในปัสสาวะ เท่ากับ 217±23, 197±33, 173±24 และ 177±19 ไมโครโมลต่อชั่วโมงต่อลิตร (µmol/h·l) ตามลำดับ)

โดยทั่วไปแล้ววิตามินซีที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการสร้างคอลลาเจนจะต้องอยู่ในรูป L-ascorbic acid (รูปที่ 3ก) แต่เนื่องจากวิตามินซีในรูปแบบดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะสลายตัวอย่างรวดเร็ว เช่น เมื่ออยู่ในระบบทางเดินอาหารของเราจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น (oxidation) ขึ้น วิตามินซีจะกลายเป็น L-dehydroascorbic acid ดังแสดงในรูปที่ 3ข อย่างไรก็ตามสารดังกล่าวเมื่อซึมผ่านเข้าไปในเซลล์หรือในกระแสเลือดแล้วจะสามารถเปลี่ยนกลับไปเป็น L-ascorbic acid ได้ง่าย

แหล่งของวิตามินซี

ในร่างกายของคนเราไม่สามารถสังเคราะห์วิตามินซีขึ้นเองได้  ดังนั้นเราจำเป็นต้องรับประทานผักและผลไม้ที่มีวิตามินซี ดังแสดงในตารางที่ 1 และ 2  อย่างไรก็ตามวิตามินซีเป็นวิตามินที่มีการเสื่อมสลายได้ง่าย   การเก็บรักษาผักและผลไม้จึงมีผลต่อปริมาณวิตามินซีที่คงเหลือในผักและผลไม้ ดังรายงานการวิจัยของฟาเวลล์ ในปี ค.ศ.1998 โดยการแช่เย็นผักต่างๆ ไว้ในอุณหภูมิ 20°C และ 4°C พบว่า ผักที่เก็บไว้ที่อุณหภูมิ 20°C จะมีการเสื่อมสลายของวิตามินซีเร็วกว่าผักที่เก็บไว้ในตู้เย็นที่อุณหภูมิ 4°C  โดยวิตามินซีที่มีอยู่ในถั่วและบรอคโคลี่จะยังคงเหลือประมาณ 50% ของปริมาณที่พบในผักสด เมื่อเก็บไว้ที่อุณหภูมิ 4°C เป็นเวลา 21 วัน  ขณะทิ่วิตามินซีในถั่วเขียวและผักโขมจะมีปริมาณลดลงอย่างรวดเร็วภายใน 14 วัน ไม่ว่าจะเก็บไว้ที่อุณหภูมิ 4°C หรือ 20°C  อย่างไรก็ตามแครอทที่เก็บไว้ที่อุณหภูมิทั้งสองสภาวะ เป็นเวลา 21 วัน ยังคงมีปริมาณวิตามินซีเหลือไม่น้อยกว่า 50% ซึ่งการเสื่อมสลายของวิตามินซีสามารถอธิบายได้ด้วยสมการทางคณิตศาสตร์แบบปฏิกิริยาอันดับหนึ่ง (first-order  reaction) (Van den Broeck, I. et al., 1998)

ตารางที่ 1 ปริมาณวิตามินซีในผลไม้บางชนิด (มิลลิกรัมต่อน้ำหนักผลไม้สด 100 กรัม)

ที่มา   Postharvest Biology and Technology 20 (2000) หน้า 209

ตารางที่ 2 ปริมาณวิตามินซีในผักบางชนิด (มิลลิกรัมต่อน้ำหนักผักสด 100 กรัม)

ที่มา   Postharvest Biology and Technology 20 (2000) หน้า 209

สรุป

วิตามินซีในรูป L-ascorbic acid ซึ่งพบได้จากธรรมชาติในผักและผลไม้ต่างๆ มีความสามารถในการกระตุ้นการสร้างคอลลาเจนได้ โดยวิตามินซีมีบทบาทในปฏิกิริยา hydroxylation ที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการสร้างคอลลาเจน  นอกจากนี้ยังสามารถยับยั้งเอนไซม์ matrix metalloprotenase (MMPs) ซึ่งมีคุณสมบัติที่สามารถตัดย่อยคอลลาเจน   วิตามินซีมีบทบาทในการเป็นปัจจัยร่วมระหว่างขั้นตอนการสังเคราะห์คอลลาเจน หากร่างกายขาดวิตามินซี คอลลาเจนที่สร้างขึ้นก็จะเกิดการแตกหัก ซึ่งจะนำไปสู่อาการผิดปกติของโรคต่างๆ เช่น โรคลักปิดลักเปิดได้   โดยทั่วไปการรับประทานผักและผลไม้ที่เป็นแหล่งของวิตามินซีจะมีความปลอดภัยสูง   อย่างไรก็ตามการเสริมวิตามินซีในขนาดที่สูงจะต้องระวังโดยเฉพาะอย่างยิ่งในคนที่มีภาวะพร่องหรือขาดเอนไซม์ glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) เนื่องจากมีรายงานวิจัยที่ให้วิตามินซีประมาณ 80 กรัม โดยการฉีดเข้าหลอดเลือดดำ  พบการตกตะกอนของวิตามินซีและยังทำให้เกิดภาวะโลหิตจางรุนแรงเนื่องจากเม็ดเลือดแดงแตก (hemolytic anemia) ได้  (Beutler, E., 1994)   อย่างไรก็ตามกลไกการทำให้เม็ดเลือดแดงแตกยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดเนื่องจากวิตามินซีไม่สามารถทำให้เม็ดเลือดแดงในหลอดทดลอง  แต่ในร่างกายของผู้ป่วยจะพบเม็ดเลือดแดงที่มีลักษณะของการบาดเจ็บเนื่องจากออกซิเจน (oxidative injury)