海藻中生物活性物質(zhì)在藥用化妝品中的研究進(jìn)展

李九零，朱 鵬，陳海敏

寧波大學(xué)海洋生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧波 315211

海洋藻類(lèi)的總量預(yù)計(jì)超過(guò)其它海洋植物和動(dòng)物總量的兩倍。海藻在人體美容上的應(yīng)用已經(jīng)有很長(zhǎng)時(shí)間了，其之所以具有藥用化妝品的潛能，源于含有大量的生物活性物質(zhì)。藻類(lèi)中富含維生素、無(wú)機(jī)鹽、氨基酸、糖類(lèi)、脂肪等多種活性物質(zhì)，這些化合物可以在不同的藥用化妝品中使用。例如褐藻和紅藻是藥用化妝品中常見(jiàn)的藻類(lèi)，紅藻中的卡拉膠、瓊膠以及褐藻中的褐藻膠三種凝膠已經(jīng)作為增稠劑、凝膠劑和乳化劑等應(yīng)用在化妝品中［1］。在近海地區(qū)發(fā)現(xiàn)的巨藻含有許多重要的維生素、無(wú)機(jī)鹽和脂肪酸，因能促進(jìn)細(xì)胞再生、保持皮膚健康而出名［2］。另外來(lái)源于褐藻的巖藻多糖和巖藻黃素在市場(chǎng)上是非常常見(jiàn)的海藻護(hù)膚產(chǎn)品［3］。

近幾年，來(lái)源于海藻的藥用化妝品已經(jīng)在快速發(fā)展，多種高端奢侈化妝品如Elemis(英國(guó))、La Prairie(瑞士)、Crème de la Mer(美國(guó)雅詩(shī)蘭黛)、Oceanwell(德國(guó))等都以富含珍貴的海藻活性成分而倍受消費(fèi)者青睞。盡管部分化合物已經(jīng)在化妝品領(lǐng)域得到了應(yīng)用，但仍有大量的資源有待開(kāi)發(fā)。本文對(duì)海藻中的藥妝品功能物質(zhì)進(jìn)行了綜述。

1 海藻成分的生物活性

1.1 皮膚美白效果

決定皮膚色調(diào)的主要因素是皮膚內(nèi)的黑色素。存在于黑色素細(xì)胞組織中的酪氨酸在酪氨酸酶等酶的作用下經(jīng)多巴、多巴醌、二羥基吲哚等中間體逐步轉(zhuǎn)化為黑色素。其中酪氨酸酶是整個(gè)反應(yīng)過(guò)程的限速酶，該酶的活性大小直接決定黑色素的合成量，所以酪氨酸酶抑制劑是非常理想的皮膚美白成分。酪氨酸酶抑制具有兩種抑制途徑:競(jìng)爭(zhēng)性和非競(jìng)爭(zhēng)性。前者是通過(guò)結(jié)合游離態(tài)酶而阻止底物與酶的結(jié)合;后者則通過(guò)改變酶的結(jié)構(gòu)和形狀，而被改性后的酶不再具備與底物結(jié)合的能力。目前已經(jīng)合成或分離出許多不同種類(lèi)的酪氨酸酶抑制劑，但大多具有高毒性、不穩(wěn)定性、皮膚滲透性差、低活性等缺點(diǎn)而使其應(yīng)用遭到限制。因此從天然資源獲得的酪氨酸酶抑制劑得到了廣泛關(guān)注，尤其海藻在此方面已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用［4］。

1.1.1 褐藻多酚

褐藻多酚是一種常見(jiàn)的褐藻次生代謝產(chǎn)物，由于可以螯合酪氨酸酶的活性部位Cu2+而成為有效的酪氨酸酶抑制劑［5］。據(jù)報(bào)道，許多褐藻多酚，例如7-phloroeckol 和dioxinodehydroeckol 的抑制酪氨酸酶的活性要超過(guò)熊果苷和曲酸［6］。表1 總結(jié)出可有效抑制酪氨酸酶活性的酚類(lèi)。

表1 幾種褐藻的多酚類(lèi)酪氨酸酶抑制劑［5，7］Table 1 Tyrosinase inhibitory activities of several brown alage polyphenols［5，7］

圖1 部分褐藻多酚的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structures of several brown algae polyphenols

1.1.2 巖藻黃素

鹽藻黃素是一種來(lái)源于褐藻的類(lèi)胡蘿卜素。皮膚暴露于紫外線會(huì)增加黑色素的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致黑色素的沉著。已經(jīng)證實(shí)，從海帶中分離的巖藻黃素可抑制UV-B 輻射后豚鼠的酪氨酸酶活性及UV-B輻射后小鼠體內(nèi)黑色素的形成。且?guī)r藻黃素的外用治療和口服治療均可有效地抑制皮膚中與黑色素生成相關(guān)的mRNA 的表達(dá)，表明了巖藻黃素可以在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)黑色素合成進(jìn)行負(fù)調(diào)控［8］。

圖2 鹽藻黃素的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.2 Chemical structure of fucoxanthin

1.1.3 海藻糖類(lèi)物質(zhì)

褐藻糖膠是所有褐藻所固有的細(xì)胞間多糖，除具有保濕、抗氧化等特性外，被證明可抑制一種催化酚類(lèi)物質(zhì)氧化的酪氨酸酶的活性，這表明了褐藻糖膠作為化妝品中美白劑的潛力［9］。瓊膠是石花菜、紫菜、江蘺等紅藻中提取的一種親水性多糖，可以被水解得到不同聚合度的瓊膠寡糖。Kobayashi 等［10］將低分子量的中性新瓊二糖作用于小鼠B16 黑素瘤細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)其具有美白性能，并表現(xiàn)出很低的細(xì)胞毒性。陳海敏［11］、傅曉妍［12］等都研究了不同聚合度的瓊膠寡糖抑制酪氨酸酶的單酚酶和二酚酶活性的獨(dú)特功效，證明了瓊膠寡糖不僅能夠減少皮膚中黑色素的形成，且抑制活性好，可作為美白成分添加于化妝品中。

1.2 日光防護(hù)作用

長(zhǎng)期經(jīng)紫外線照射的皮膚會(huì)有異常的皮膚反應(yīng)如表皮增生，膠原蛋白分解，炎癥反應(yīng)等。UV-B 輻射早期被認(rèn)為是皮膚紅斑(曬傷)產(chǎn)生的主要原因，另皮膚長(zhǎng)期暴露在陽(yáng)光下可造成DNA 損傷和免疫抑制，最終導(dǎo)致皮膚癌。

相較于其他海洋生物而言，海藻已經(jīng)被證實(shí)是一種光保護(hù)劑的優(yōu)質(zhì)來(lái)源。像類(lèi)菌胞素氨基酸(Mycosporine-like amino acids，MAAs)、類(lèi)胡蘿卜素和多酚類(lèi)等這些光保護(hù)化合物已經(jīng)從不同類(lèi)型的海藻中提取。

1.2.1 類(lèi)菌胞素氨基酸

紅藻屬的小珊瑚藻(Corallina pilulifera)的甲醇提取物對(duì)由UV-A 引起的人體皮膚成纖維細(xì)胞的氧化應(yīng)激具有光防護(hù)作用［13］。紅藻中含有大量的MAAs，由于其對(duì)310 和360 nm 之間的紫外光有很高的吸收作用，因此認(rèn)為珊瑚藻的光保護(hù)性能跟MAAs 的含量相關(guān)。MAAs 分子中含有氨基環(huán)己烯酮或氨基環(huán)己烯胺結(jié)構(gòu)，分子量低(＜400Da)，可溶于水。許多研究證明，MAAs 是海藻中最常見(jiàn)的防曬化合物［14，15］。關(guān)于角叉菜和鹿角菜這兩種生長(zhǎng)于德國(guó)潮間帶和潮下帶區(qū)域的紅藻之間的競(jìng)爭(zhēng)的研究表明，鹿角菜的MAAs 含量更高，因?yàn)槁菇遣松钤诠庹瘴恢茫?6］。這些結(jié)果表明MAAs 是吸收紫外線的化合物，可以保護(hù)海藻免受紫外線傷害。

圖3 MAA 的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.3 Chemical structure of MAA

Daniel 等［17］將從臍型紫菜(Porphyra umbilicalis)中分離出的Porphyra-334 MAAs 密封于脂質(zhì)體中用作防曬霜，應(yīng)用于由紫外線引起的皮膚老化的研究中。通過(guò)比較皮膚脂質(zhì)氧化和皮膚老化參數(shù)，例如彈性、皺紋深度、粗糙程度等，發(fā)現(xiàn)Porphyra-334 MAAs 脂質(zhì)體與合成的紫外線防曬霜具有相同的效果。另外Porphyra-334 MAAs 在輻射中不會(huì)產(chǎn)生活性中間體，表明其能將吸收的紫外線轉(zhuǎn)化為無(wú)害的熱能，不會(huì)快速喪失保護(hù)能力［18］。因此可以認(rèn)為Porphyra-334 MAAs 是潛在的良好的光保護(hù)劑。

近幾年已經(jīng)有好多研究證明MAAs 不僅能保護(hù)皮膚免遭紫外線輻射，還可以作為抗氧化劑來(lái)清除活性氧(ROS)［19］。已經(jīng)從海藻中分離出多種不同的MAAs，且被證實(shí)具有潛在的抗氧化活性。為了提高外用防曬霜的光保護(hù)功效，可以將防光性、耐光性和抗氧化物質(zhì)相結(jié)合，因此來(lái)源于海藻的MAAs具有發(fā)展?jié)摿?，可以作為光保護(hù)劑抵抗紫外線傷害。

1.2.2 褐藻多酚

與紅藻含中豐富的MAAs 不同，綠藻和褐藻中MAAs 含量有限。大多數(shù)綠藻和褐藻中不含或僅含微量MAAs，所以應(yīng)該存在其它吸收紫外線的化合物來(lái)保護(hù)這些藻類(lèi)免受紫外線輻射損害。

早在二十年前就有報(bào)道過(guò)多酚化合物可以作為紫外吸收劑，吸收280 到320 nm 的紫外線，如來(lái)源于褐藻泡葉藻(Ascophyllum nodosum)的多酚。褐藻多酚的飲食療法和局部外用療法證明了其可以抑制SKH 老鼠由UV-B 照射引起的皮膚腫瘤的發(fā)展。這種作用表現(xiàn)在抑制環(huán)氧酶-2(COX-2)的表達(dá)、前列腺素水平的升高和腫瘤細(xì)胞的增殖。因此，褐藻多酚能夠保護(hù)皮膚細(xì)胞免受由UV-B 照射引發(fā)的皮膚腫瘤和慢性炎癥［20］。最近研究發(fā)現(xiàn)空莖昆布(E.cava)的多酚提取物對(duì)由UV-B 照射引起的人永生化角質(zhì)細(xì)胞的損傷和人成纖維細(xì)胞的光氧化應(yīng)激都具有保護(hù)作用［21］。此外，diphlorethohydroxycarmalol，一種來(lái)源于鐵釘菜(I.okamure)的多酚物質(zhì)，經(jīng)證實(shí)，具有強(qiáng)效的光保護(hù)性能，能通過(guò)防止纖維母細(xì)胞中的DNA 損傷和改變形態(tài)來(lái)防止UV-B 的輻射［22］。

1.2.3 類(lèi)胡蘿卜素

類(lèi)胡蘿卜素是可以直接提供光保護(hù)、抵抗紫外線引起的皮膚光氧化的重要天然脂溶性色素，且β-胡蘿卜素也可以調(diào)控長(zhǎng)波紫外線引起的人體基因損傷。巖藻黃素來(lái)源于褐藻，分子中積累著二烯烴、共軛羰基、環(huán)氧化物和乙酰基等獨(dú)特結(jié)構(gòu)。從褐藻中分離得到的巖藻黃素可以減弱紫外線引起的細(xì)胞損傷。根據(jù)Heo 等［23］的報(bào)道，馬尾藻中分離的巖藻黃素有阻止UV-B 輻射誘發(fā)的氧化應(yīng)激的能力，另外蝦青素這種類(lèi)胡蘿卜素也可在人體成纖維細(xì)胞中通過(guò)抑制DNA 的損害以及抗氧化而具有防護(hù)皮膚的作用［22］。

褐藻多酚和類(lèi)胡蘿卜素的光保護(hù)功效主要是通過(guò)抗氧化性，抑制細(xì)胞凋亡和DNA 損傷來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？偟膩?lái)說(shuō)，來(lái)源于紅藻的MAAs 和來(lái)源于褐藻的酚類(lèi)及類(lèi)胡蘿卜素有希望成為有效的光保護(hù)藥劑成分。

1.3 恢復(fù)皮膚彈性

彈性是皮膚年輕健康的特征指標(biāo)，但在整個(gè)生命進(jìn)程中皮膚彈性會(huì)因?yàn)槟z原的流失而逐漸喪失。皮膚暴露在紫外線中，基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的表達(dá)量會(huì)升高，因其能降解膠原，故膠原流失的速率會(huì)更快。盡管對(duì)于發(fā)展海藻活性物質(zhì)來(lái)抑制MMPs活性的研究仍處于初期，但大量的研究已經(jīng)報(bào)道幾種海藻MMP-1 抑制劑。

褐藻糖膠是一種源于褐藻細(xì)胞壁的硫酸化巖藻糖基聚合物。Noel 等［24］證明，在人皮膚成纖維細(xì)胞中，褐藻糖膠不僅可以抑制由VU-B 誘導(dǎo)的MMP-1的表達(dá)，同時(shí)可以促進(jìn)I 型前膠原在mRNA 和蛋白質(zhì)水平的表達(dá)。此外，愛(ài)森藻(Eisenia bicyclis)、空莖昆布(E.cava)和黑藻(E.stolonifera)提取物也能有效地抑制人皮膚成纖維細(xì)胞中MMP-1 的表達(dá)［25］。

ROSs 可通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑使MMPs 的表達(dá)增多，所以一些天然抗氧化物質(zhì)能夠直接抑制MMPs的表達(dá)，從而減少膠原的降解流失。據(jù)報(bào)道，海藻能夠在不同細(xì)胞系和動(dòng)物模型中顯示很強(qiáng)的抗氧化性。Kang 等［26］就證明了從空莖昆布(E.cava)中分離來(lái)的小分子量褐藻多酚物質(zhì)triphlorethol-A 對(duì)由氧化脅迫引起的人角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)的MMP-1 具有保護(hù)作用。

圖4 Triphlorethol-A 的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.4 Chemical structure of triphlorethol-A

另外，皮膚真皮層主要由膠原纖維和彈性纖維構(gòu)成框架，提供最基本的支撐作用賦予組織彈性和抗張能力。彈性纖維的主要成分是彈性蛋白，其與拉伸后組織能恢復(fù)原狀的能力相關(guān)，在許多病理學(xué)癥狀中，它經(jīng)常與炎癥和氧化應(yīng)激聯(lián)系在一起。在慢性炎癥或氧化應(yīng)激的狀態(tài)下，一種彈性蛋白酶被激活，過(guò)度分解彈性纖維，導(dǎo)致皮膚彈性的喪失。很多研究報(bào)道了抗衰老和抗皺紋過(guò)程與彈性蛋白酶活性的降低密切相關(guān)。經(jīng)證實(shí)，良布海藻(E.Arborea)和空莖昆布(E.cava)兩種海藻都有希望作為彈性蛋白酶抑制劑［27］來(lái)恢復(fù)皮膚彈性。

這表明，要尋找有效、無(wú)毒、可調(diào)控導(dǎo)致皮膚彈性流失的危害因子的藥用化妝品成分，海藻是一種潛在的優(yōu)良資源。

1.4 祛痘效果

痤瘡是最常見(jiàn)的皮膚疾病。它的特征是黑頭粉刺、丘疹、膿皰和囊腫的出現(xiàn)和消失。治療痤瘡包括使用局部藥物和口服藥物來(lái)抑制皮脂產(chǎn)生、去除死皮和殺死細(xì)菌。海藻能有效治療痤瘡。Sargafuran是一種來(lái)源于馬尾藻(Sargassum macrocarpum)的活性組分，可以用來(lái)有效去痘。Sargafuran 具有低細(xì)胞毒性，抑制痤瘡丙酸桿菌的最小劑量是15 μg/mL，這表明它對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌具有廣泛的抗菌效果［28］。而且，墨角藻(巖藻)提取物已被稱(chēng)為OXY range 和Clearskin Max 的痤瘡護(hù)理產(chǎn)品用作必須組分，這兩套護(hù)理產(chǎn)品由曼秀雷敦公司開(kāi)發(fā)。

1.5 抗氧化和抗衰老化合物

抗氧化成分能使化妝品具有抗衰老功能，越來(lái)越多的水生植物作已經(jīng)被用作抗氧化劑來(lái)源。海藻中存在多種抗氧化物質(zhì)，如多糖、多酚、類(lèi)胡蘿卜素等。紅藻和褐藻中的硫酸多糖如卡拉膠寡糖、瓊膠寡糖、褐藻糖膠、巖藻多糖等都是良好的抗氧化劑，都被證實(shí)具有良好的清除自由基的能力［29，30］。盡管機(jī)理尚未有明確的解釋?zhuān)芯堪l(fā)現(xiàn)其主要功能來(lái)自于糖環(huán)上的還原性羥基，通過(guò)捕捉脂質(zhì)過(guò)氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中產(chǎn)生的活性氧而阻斷或減緩脂質(zhì)過(guò)氧化的進(jìn)行［31］，或者與產(chǎn)生0H·等所必需的金屬離子(Fe2+、Cu2+等)絡(luò)合，使其不能產(chǎn)生啟動(dòng)脂質(zhì)過(guò)氧化的羥自由基，從而抑制活性氧的產(chǎn)生［32］。褐藻中的多酚有多達(dá)8 個(gè)相互連接的環(huán)，因此較于其他多酚是更有效的自由基清除，具有很強(qiáng)的抗氧化活性，這可能與他們獨(dú)特的分子骨架有關(guān)［33］。另外，褐藻中的巖藻黃素對(duì)H2O2誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗氧化活性［34］。

1.6 其它生物活性

人類(lèi)在溫泉浴和海水浴中使用海藻產(chǎn)品已有很長(zhǎng)時(shí)間了，一些多糖類(lèi)如褐藻糖膠等可以增加皮膚保水性等。大量的如葉綠素A、葉黃素、巖藻黃素、藻紅素等海藻色素已經(jīng)得到分離，且被證實(shí)具有較好的生物活性，這些海藻色素有望作為天然染色劑應(yīng)用于在藥用化合物中，尤其可作為合成染料的替代品。另外，為了創(chuàng)造一個(gè)濕潤(rùn)的環(huán)境，使傷口快速愈合，褐藻酸鹽、殼多糖、褐藻多糖硫酸酯和巖藻糖的混合粉形成的凝膠片已經(jīng)被開(kāi)發(fā)作為功能性的傷口敷料［35］。另外，從褐藻中分離得到的一些多酚衍生物還表現(xiàn)出了潛在抗過(guò)敏的活性［36］。

2 總結(jié)與展望

隨著消費(fèi)者對(duì)健康的追求越來(lái)越高，藥妝品由于具有更多的抗衰老、美白、防曬等功能而開(kāi)始逐漸代替普通化妝品。在海洋生物中，海藻被認(rèn)定為是一種未被充分開(kāi)發(fā)的植物資源和藥妝品成分來(lái)源。海藻中的不同種類(lèi)的代謝物，如多糖、類(lèi)胡蘿卜素、多酚、MAAs、藻膽蛋白等具有多種生物功效、天然無(wú)毒、資源豐富等多重特點(diǎn)，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。然而盡管大部分的海藻化合物已有證據(jù)顯示其作為藥妝品功能性成分的潛能，但由于其工業(yè)化生產(chǎn)工藝、檢測(cè)技術(shù)、實(shí)際應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)等問(wèn)題的存在，尚處于研究階段。因此，針對(duì)更多海藻天然產(chǎn)物的生物活性的挖掘、工業(yè)化提取、純化及檢測(cè)方法的建立、功效評(píng)價(jià)體系的建立等，都將成為未來(lái)海藻藥妝品發(fā)展的方向，并推動(dòng)海藻藥妝品工業(yè)的加速發(fā)展。

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