影響皮膚黑素沉著的美白制劑及其作用機(jī)制研究進(jìn)展

孫　蓓　李　瀟　綜述，盧永波　審校

（陜西博溪生物科技有限公司陜西西安710038）

·綜述·

影響皮膚黑素沉著的美白制劑及其作用機(jī)制研究進(jìn)展

孫蓓李瀟綜述，盧永波審校

（陜西博溪生物科技有限公司陜西西安710038）

人體皮膚黑素沉著受多重機(jī)制調(diào)控，包括轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、黑素合成調(diào)節(jié)、黑素轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)及黑素分布、降解調(diào)節(jié)等。目前，美白制劑的主要調(diào)控途徑是通過在黑素合成過程中抑制酪氨酸酶活性達(dá)到美白效果，但是通過其他作用機(jī)制也能調(diào)控黑素的生成繼而影響膚色。本文主要從黑素沉著形成過程將美白制劑分類并闡述其作用機(jī)制。

美白制劑；黑素沉著；酪氨酸酶活性；黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)；黑素降解

近年來，隨著大家對皮膚表觀審美水平的提高，美白類化妝品受到越來越多東方女性的青睞。除此之外，在西方國家，美白產(chǎn)品被應(yīng)用于無規(guī)律色素過度沉著的預(yù)防和治療中，如：老年斑、雀斑等。因此，眾多化妝品公司及研究機(jī)構(gòu)在改變皮膚色素沉著方面投入大量的研究，進(jìn)行新型美白制劑的開發(fā)和驗(yàn)證。人皮膚和頭發(fā)的顏色主要是由黑素的數(shù)量、分布及類型來決定。黑素是一種高分子生物色素，由分布在表皮基底層的黑素細(xì)胞合成［1］。在黑素細(xì)胞內(nèi)，黑素的合成場所是黑素小體。黑素小體含有黑素合成所需的相關(guān)酶類，并可在黑素合成后從黑素細(xì)胞核周區(qū)域轉(zhuǎn)運(yùn)至角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)，繼而在角質(zhì)形成細(xì)胞的胞核周圍形成帽狀結(jié)構(gòu)，保護(hù)DNA免受紫外線輻射的損傷［2］。

黑素從合成到分布至角質(zhì)形成細(xì)胞最終導(dǎo)致色素沉著主要包括以下幾個步驟：①黑素合成相關(guān)酶類基因的轉(zhuǎn)錄和活化，例如：酪氨酸酶（tyrosinase，Tyr）、酪氨酸相關(guān)蛋白1（tyrosinase-related protein-1，TRP-1）、酪氨酸相關(guān)蛋白2（tyrosinaserelated protein-2，TRP-2）；②黑素在黑素小體內(nèi)的合成；③黑素小體的轉(zhuǎn)運(yùn)，主要包括黑素從黑素細(xì)胞核周區(qū)域轉(zhuǎn)運(yùn)至黑素細(xì)胞胞膜及黑素細(xì)胞胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)至角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)兩個過程；④黑素在角質(zhì)層的分布與降解。盡管目前市場上大多數(shù)美白制劑是通過抑制酪氨酸酶的酶活起作用，但是通過其他作用機(jī)制也能調(diào)控黑素的生成，影響膚色。本文主要從黑素沉著形成過程將美白制劑分類并闡述其作用機(jī)制。

1　抑制黑素合成相關(guān)酶類基因的轉(zhuǎn)錄作用

酪氨酸酶是黑素合成的主要限速酶，因此目前市場上的美白制劑主要通過抑制酪氨酸酶的表達(dá)和活性來實(shí)現(xiàn)。黑素細(xì)胞中酪氨酸酶的基因轉(zhuǎn)錄是在小眼轉(zhuǎn)錄因子（microphthalmia transcription Factor，MITF）的調(diào)控下進(jìn)行的。MITF是黑素細(xì)胞增殖及黑素生成過程中起決定性作用的轉(zhuǎn)錄因子。現(xiàn)在研究表明，很多信號途徑參與調(diào)節(jié)MITF的表達(dá)，例如：Wnt信號途徑、cAMP信號途徑、P38及MAP激酶信號途徑等［3］。因此，很多美白制劑可通過上述信號通路影響MITF的水平，繼而影響酪氨酸酶的表達(dá)，達(dá)到美白的效果。例如：［8］-姜辣素能夠通過下調(diào)MAPK及cAMP信號通路抑制MITF的表達(dá)，隨后下調(diào)酪氨酸酶表達(dá)水平，減少皮膚黑素沉著［4］；橘皮苷能夠增強(qiáng)磷酸化的胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（p-Erk1/2）的表達(dá)水平，即通過Erk信號通路的調(diào)節(jié)削弱MITF的表達(dá)，有力減少酪氨酸酶、酪氨酸酶相關(guān)蛋白酶1及2的水平，最終導(dǎo)致黑素生成的抑制［5］。

2　抑制黑素的合成

在完成黑素合成相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄后，黑素在黑素小體內(nèi)主要通過酪氨酸酶的作用進(jìn)行合成。在此過程中，美白制劑的作用靶點(diǎn)主要有以下兩方面：①抑制酪氨酸酶的酶活；②酪氨酸酶的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)。其中抑制酪氨酸酶的酶活作用是目前市場上大多數(shù)美白化妝品類的常用作用機(jī)制。

2.1抑制酪氨酸酶的酶活

酪氨酸酶是一種含銅的金屬酶，每一個亞基含兩個金屬銅離子，兩個銅離子分別與蛋白質(zhì)分子中的組氨酸結(jié)合，構(gòu)成Tyr催化氧化反應(yīng)活性中心。當(dāng)酪氨酸等物質(zhì)與酶形成過渡態(tài)絡(luò)合物時(shí)，主要是羥基與酶的活性中心上的原子鍵合而發(fā)生作用［6］。因此，美白制劑可針對此靶點(diǎn)進(jìn)行酪氨酸酶活性的抑制。例如：醌類相關(guān)成分，主要代表物為氫醌、熊果苷等。氫醌主要通過連接至酪氨酸酶活性中心的組氨酸位點(diǎn)，直接抑制黑素的合成［7］。熊果苷是氫醌的衍生物，作用途徑同氫醌類似［8］，可在不影響酪氨酸酶基因及蛋白水平的條件下抑制黑素沉著。從微生物代謝物中提取出的活性成分，如：曲酸、壬二酸等也是通過直接抑制酪氨酸酶的酶活發(fā)揮美白作用。曲酸是由親水性真菌代謝物中提取獲得，主要通過對酪氨酸活性中心的銅原子螯合作用抑制酶活［9］；壬二酸可以連接至酪氨酸酶的氨基及羧基，阻止底物酪氨酸同酶活性中心的連接，即競爭抑制作用來抑制酶活［10］。除此之外，考慮到美白制劑作為局部用藥時(shí)的長期性所帶來的各種副作用，越來越多更高效特異且安全的美白制劑被開發(fā)驗(yàn)證。有研究者將丁雷鎖辛同氫醌、熊果苷、曲酸等傳統(tǒng)的酪氨酸酶活性抑制劑進(jìn)行安全性及功效性比較，結(jié)果顯示丁雷鎖辛在功效方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出上述三種制劑，并且毒性刺激性更弱，可以作為一個更有價(jià)值的活性物應(yīng)用于人體黑素沉著紊亂的調(diào)節(jié)［11］。

2.2酪氨酸酶的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)

這類制劑主要通過加速酪氨酸酶的分解作用來調(diào)節(jié)黑素沉著，如脂肪酸中的亞麻油酸及次亞麻油酸。在黑素細(xì)胞中，酪氨酸酶經(jīng)歷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的快速處理后，亞麻油酸或次亞麻油酸可以增強(qiáng)成熟酪氨酸酶的泛素化，泛素化的酪氨酸酶能夠被整合入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)的降解途徑（ER-associated degradation，ERAD），繼而酪氨酸酶被降解，黑素生成受到抑制［12］。近年有研究者發(fā)現(xiàn)，脂肪酸中的二十二碳六烯酸（DHA）能夠在不影響MITF表達(dá)及ERK、Akt信號通路的條件下有效減少酪氨酸酶水平。通過蛋白酶體抑制劑對黑素細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理后發(fā)現(xiàn)，DHA誘導(dǎo)酪氨酸酶減少的現(xiàn)象被終止［13］。但與之相反的，脂肪酸中的棕櫚酸能夠減少酪氨酸酶的蛋白酶體降解，使黑素小體內(nèi)黑素合成，最終導(dǎo)致黑素沉著。另外，與脂肪酸通過酪氨酸酶的泛素蛋白酶體降解系統(tǒng)類似，細(xì)胞磷脂酶D2同樣也能夠通過酪氨酸酶的蛋白酶體降解作用來下調(diào)黑素合成水平，減少黑素的沉著［14］。以上制劑通過對酪氨酸酶的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)來調(diào)控黑素分泌及酪氨酸酶的降解，可以作為解決皮膚色素過度沉著的選擇方案之一。

3　抑制黑素小體的轉(zhuǎn)運(yùn)

UVB輻照是誘導(dǎo)皮膚色素沉著的強(qiáng)烈的外源性刺激因子，它除了能夠促使角質(zhì)形成細(xì)胞合成分泌多種神經(jīng)肽和促炎因子間接刺激黑素細(xì)胞合成分泌黑素外，還能夠促進(jìn)黑素小體從黑素細(xì)胞至角質(zhì)形成細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)過程［15］。目前認(rèn)為，黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)的主要調(diào)節(jié)劑是角質(zhì)形成細(xì)胞膜表面的蛋白酶活性受體2（PAR-2），PAR-2是一個七次跨膜蛋白，能通過絲氨酸蛋白酶的裂解而被活化［16］?，F(xiàn)有研究表明，在角質(zhì)形成細(xì)胞中，PAR-2介導(dǎo)的角質(zhì)形成細(xì)胞對黑素小體的吞噬作用是Rho蛋白依賴性，并且PAR-2的活化可使cAMP表達(dá)上調(diào)，最終角質(zhì)形成細(xì)胞突觸膜數(shù)量和長度增加，黑素小體的傳遞增強(qiáng)［17］。目前，具有抑制黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)作用的代表型制劑是煙酰胺。煙酰胺對蘑菇酪氨酸酶的催化活性作用沒有影響，并且對單獨(dú)培養(yǎng)的黑素細(xì)胞的黑素合成能力也沒有影響。然而，在角質(zhì)形成細(xì)胞及黑素細(xì)胞的共培養(yǎng)體系及含有黑素細(xì)胞的三維表皮模型中，煙酰胺顯示對黑素小體的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)有35%～68%的抑制作用［18］。N-煙酰胺是煙酰胺的衍生物，其不僅具有抑制黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)的作用，還可以通過基因水平抑制MITF的表達(dá)來減少黑素合成［19］。除此之外，有研究者發(fā)現(xiàn)天然酵母提取物功效成分EP-2除了具有抑制黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)的作用外，用EP-2處理B16F10黑素瘤細(xì)胞后，細(xì)胞內(nèi)的酪氨酸酶活性被減弱，同時(shí)MITF的表達(dá)沒有減少。因此認(rèn)為EP-2美白功效途徑主要是抑制黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)以及抑制酪氨酸酶活性［20］。以上制劑不僅可通過對黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié)對皮膚黑素沉著產(chǎn)生影響，而且有的制劑還可通過MITF基因表達(dá)、酪氨酸酶活性等水平影響皮膚黑素沉著。

4　加快黑素在角質(zhì)層的降解

黑素小體從黑素細(xì)胞傳遞至角質(zhì)形成細(xì)胞后，隨著角質(zhì)形成細(xì)胞不斷向表皮角質(zhì)層上移并完成分化過程，其胞質(zhì)內(nèi)的黑素小體也不斷降解，黑素小體結(jié)構(gòu)在達(dá)到角質(zhì)層時(shí)消失。因此，很多美白成分可以通過加速表皮層的脫落達(dá)到皮膚亮白的效果。如全反式維A酸對皮膚的美白作用主要通過促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖以及加速表皮層的脫落來實(shí)現(xiàn)，用全反式維A酸處理單層培養(yǎng)的黑素細(xì)胞以及含黑素細(xì)胞的三維皮膚模型時(shí)，并未觀測到對黑素合成的抑制作用。用全反式維A酸處理含黑素細(xì)胞的三維皮膚模型，盡管其表皮層的脫落速度被加快，但由于模型中含有黑素顆粒的角質(zhì)層需要通過快速而強(qiáng)勁的沖洗才能夠去除，這對于暴露于空氣后再培養(yǎng)1周的皮膚模型來說很難再現(xiàn)。因此，以上結(jié)果中黑素生成未增加提示全反式維A酸不能直接對黑素細(xì)胞產(chǎn)生黑素合成的抑制作用，同時(shí)也不能對黑素細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞之間的細(xì)胞間影響，如旁分泌帶來抑制作用［21］。除此之外，羥基乙酸也可通過誘導(dǎo)角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖脫落來起到美白作用。研究者發(fā)現(xiàn)，三維皮膚模型進(jìn)行羥基乙酸的處理后，表皮層的基底細(xì)胞增殖能力明顯提升，這種應(yīng)答是通過瞬時(shí)受體電位離子通道1（TRPV1）的活化及ATP的釋放來介導(dǎo)。以上美白制劑主要通過刺激細(xì)胞更新，去除黑素化的角質(zhì)形成細(xì)胞來造成黑色素的損耗［22］。美白制劑及其相關(guān)作用機(jī)制見表1。

5　小結(jié)

隨著對皮膚黑素沉著機(jī)制研究的深入，美白制劑的作用靶點(diǎn)途徑也隨之增多。盡管目前市場上美白制劑的功效性仍以抑制酪氨酸酶途徑為主，但以聯(lián)合多種美白作用機(jī)制來增強(qiáng)美白功效的策略受到越來越多化妝品公司及研究機(jī)構(gòu)的重視。除此之外，美白制劑的安全性也是皮膚亮白功效研究中的重中之重。因此，未來可供使用的美白類化妝品及可用于治療和預(yù)防作用的美白制劑的安全性及功效性的提高，還有賴于對皮膚黑素沉著通路的進(jìn)一步研究探索。

表1　美白制劑及其相關(guān)作用機(jī)制

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Whitening agents for skin hyperpigmentation and their mechanisms of action

SUN Bei，LI Xiao，LU Yong-bo
（Shaanxi BioCell Biotechnology Co.Ltd，Xi'an 710038，Shaanxi，China）

Skin pigmentation is mainly realized through the following process:melanogenesis gene transcription，the synthesis of melanin，melanosomes transfer into keratinocytes，the distribution of melanin in skin cells and degradation.The effect of whitening agents mainly from inhibiting the activity of tyrosinase，through other mechanisms also can regulate the formation of melanin that affect the skin color.In this article，we classified the whitening agents and described their mechanisms according to the formation of melanin pigmentation.

whiteningagents；hyperpigmentation；tyrosinaseactivity；melanosomestransfer；melanin degradation

R364.2+3

A

1008-6455（2015）22-0082-04

2015-08-12

2015-10-28

編輯/李陽利

盧永波，陜西博溪生物科技有限公司首席運(yùn)營官；研究方向：體外重組皮膚及體外測試技術(shù)研發(fā)