色斑形成機(jī)理及美白化妝品的開發(fā)

水谷多惠子　正木仁

1.緒言

我們判斷人的年齡主要是依據(jù)其面部的變化。該變化包括形態(tài)變化如皺紋的存在以及色調(diào)變化如色斑的存在等。隨著年齡增長(zhǎng)而增多的色斑有老年性色斑和肝性褐黃斑。日本市場(chǎng)上有作為醫(yī)藥部外品的藥用化妝品，即可以宣稱“防止日曬引起的色斑、雀斑”功效的美白化妝品。老年性色斑的形成過程中有太陽光的暴曬的影響，因此美白化妝品所針對(duì)的色斑是老年性色斑。

目前，關(guān)于紫外線暴曬刺激促進(jìn)和深化黑色素產(chǎn)生的機(jī)理已經(jīng)由眾多的研究所闡明。這些機(jī)理有很多都已經(jīng)被采用為醫(yī)藥部外品的美白主劑開發(fā)的作用機(jī)理依據(jù)。

為了理解以紫外線暴曬為誘因的黑色素產(chǎn)生的機(jī)理，本文將介紹醫(yī)藥部外品的美自主劑及其作用機(jī)理。并進(jìn)一步通過引用關(guān)于角化過程中黑色素的分解的論文，提案與抑制黑色素產(chǎn)生不同的美白化妝品的開發(fā)方向。

2.已經(jīng)通過日本審批的美白主劑的概要

已獲日本批準(zhǔn)使用的美自主劑如表1所示。大多美白主劑都是著眼酪氨酸酶（tyrosinase，TYR）。有以阻礙黑色素細(xì)胞中與色素產(chǎn)生相關(guān)的TYR的活性為主要作用機(jī)理的美白主劑；也有不是著眼TYP的活性、而是著眼在細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)定性，把促進(jìn)TYP蛋白的分解作為主要作用機(jī)理的美白主劑。

另外還有著眼因紫外線照射受到刺激的黑色素增殖因子及炎癥眭化學(xué)介質(zhì)的美白主劑獲得審批；而且也有不是控制黑色素細(xì)胞里的黑色素產(chǎn)生，而是以抑制表皮內(nèi)的黑色素?cái)U(kuò)散及促進(jìn)黑色素的排出為主要機(jī)理的美白劑。

3.關(guān)于控制TYR的機(jī)理

3l阻礙TYE的活性。TYR以酪氨酸為起始原料合成黑色素（見圖1）。首先，為了提高對(duì)活性阻礙的理解，先就黑色素生成化學(xué)進(jìn)行介紹。TYR通過其催化反應(yīng)在酪氨酸的芳香環(huán)的3位上導(dǎo)入羥基、生成多巴（dopa）。該多巴游離（被氧化）氫（質(zhì)子）、成為多巴醌（dopaqui-none）。多巴醌自動(dòng)氧化成為多巴色素（dopachrome），通過有多巴色素互變異構(gòu)酶活性的TRP-2（tyrosinase relatedprotein-2）的催化反應(yīng)，成為是黑色素單體的二羥基吲哚羧酸（dihydroxyindolecarboxylic acid，DHICA）。

DHICA通過有DHICA氧化酶活性的TRP-1（tyrosinase related protein-1）的催化反應(yīng)不斷聚合成為黑色素。而沒有受到TRP-2的催化作用的多巴色素，脫碳酸后成為二羥吲哚（dihydroxyindole，DHI）、通過自動(dòng)氧化而聚合。實(shí)際上，這些反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行又復(fù)雜地互相影響，形成黑色素單體。經(jīng)過像這樣的過程合成的黑色素單體統(tǒng)稱為真黑素（eumelanin）。

另一方面，褐黑素（pheomela-nin）的合成與SH化合物有關(guān)。通過TYR的催化反應(yīng)生成的多巴醌與半胱氨酸（cysteine，cys）或谷胱甘肽（glu-tathione，GSH）非酶性結(jié)合，成為半胱氨酰多巴（cysteinyldopa）。該半胱氨酰多巴通過聚合合成褐黑素。

有阻礙TYR活性作用的美白主劑有：抗壞血酸磷酸鎂、抗壞血酸磷酸鈉、抗壞血酸葡糖苷等維生素C衍生物，β-熊果苷、曲酸、嚕忻喏（4-丁基間苯二酚）、鞣花酸、杜鵑醇14-（4-羥基苯基）-2-丁醇）等。他們的化學(xué)構(gòu)造如圖2所示。（見圖2）

維生素C以外的美白主劑幾乎都和酪氨酸一樣有苯酚性羥基、有著類似的化學(xué)構(gòu)造，由此也可以看出這些美自主劑是對(duì)TYR的活性中心呈對(duì)抗性阻礙。維生素C衍生物是作為質(zhì)子給予體對(duì)TYR的氧化酶反應(yīng)發(fā)揮還原性作用來阻礙活性的。曲酸是通過對(duì)TYP的活性中心的Cu2+的螯合作用來抑制活性的。

3.2阻礙TYR的成熟及促進(jìn)TYP的分解。黑色素是在黑色素細(xì)胞（melanocyte，色素細(xì)胞）內(nèi)的小器官黑素小體（mela-nosome，MS）中合成的。也就是說，在細(xì)胞內(nèi)合成的TYR只要不轉(zhuǎn)移到MS中就不會(huì)和黑色素產(chǎn)生有關(guān)。MS在黑色素細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過第1期到第4期的過程而成熟化，最終從黑色素細(xì)胞的樹突的頂端轉(zhuǎn)移到角化細(xì)胞（見圖3）。

與MS的成熟相關(guān)的MS關(guān)聯(lián)蛋白有：是MS的構(gòu)造蛋白的Pme117（silverlocus protein）、TRP-1（DHICAoxidase）、TRP-2（Dopachrometautomerase）。Pme117在MS內(nèi)構(gòu)筑纖維狀構(gòu)造，幫助轉(zhuǎn)送過來的TYP在MS內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化。MS的形成是從黑色素細(xì)胞的細(xì)胞膜的內(nèi)部凹陷由單層的生體膜形成內(nèi)涵體（endo-some）開始（第1期MS）。第1期MS時(shí)能觀察到Pme117的纖維，第2期時(shí)該P(yáng)me117聚合MS成為橢圓體。直到第2期MS為止MS內(nèi)黑色素都尚未沉積（聚合），包括由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）產(chǎn)生的TYE及黑素小體關(guān)聯(lián)蛋白的被膜小泡（coated vesicle）被輸送到MS中后，黑色素合成才由此開始，黑色素開始聚合成纖維狀。

開始聚合的黑色素與MS內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)合形成巨大的黑色素蛋白復(fù)合體（第3期MS）。然后黑色素的聚合再進(jìn)一步深化的話，就成為填滿了許多黑色素蛋白復(fù)合體的第4期MS。該過程叫做MS的成熟（見圖3）。

TYR在轉(zhuǎn)送到MS的過程中，受到糖鏈修飾成熟化后顯現(xiàn)機(jī)能。TYR一開始作為不帶糖鏈的55kDa的蛋白被合成后，在ER中受到N聚合的糖鏈修飾。在該過程中，TYR受到α-葡萄糖苷酶Ⅰ、Ⅱ的糖鏈處理，通過分子伴娘蛋白calnexin和calreticulin的作用被恰當(dāng)?shù)卣郫B，把Cu2+收進(jìn)分子內(nèi)。之后，被轉(zhuǎn)送到高爾基體（Golgi body）中，進(jìn)一步受到高級(jí)糖鏈修飾、成為80kDa的成熟型TYR5。成熟型TYR經(jīng)過反面高爾基體管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（rans-Colgi network，TGNI被轉(zhuǎn)送到MS。轉(zhuǎn)送到的TYE貫穿并存在于MS膜上，細(xì)胞質(zhì)側(cè)的結(jié)構(gòu)域被蛋白激酶C-β（proteinkinase C-β，PKCβ）磷酸化而活化，發(fā)揮黑色素的合成能力（見圖4）。endprint

主要作用機(jī)理是阻礙TYR的成熟化及促進(jìn)TYR分解的厚樸木酚素（見圖5.5）二丙基聯(lián)苯2，2二醇）是有苯酚性二聚體構(gòu)造的化合物，可減少向MS內(nèi)轉(zhuǎn)移的TYR蛋白。在處理了厚樸木酚素的黑素瘤細(xì)胞上，雖然在TYR的mRNA表達(dá)量上看不到變化，但可以確認(rèn)到TYR及TRP-2的蛋白量隨著厚樸木酚素的處理濃度變化而減少。

而且，由使用通過Endoglycosi-daseH（EndoH）脫糖化處理的消化實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)到了未成熟的TYP的存在。通過綜合性考慮該結(jié)果可知，厚樸木酚素通過阻礙TYR的成熟化抑制黑色素生成。

未成熟的TYR由、ER和Golgi逆輸送到細(xì)胞質(zhì)、泛素化后受到蛋白酶體分解（泛素-蛋白酶體系統(tǒng)）。亞油酸增加泛素化TYR的量、促進(jìn)蛋白酶體分解TYP。雖然結(jié)果會(huì)使TYR蛋白量減少，但可以確認(rèn)到該減少會(huì)通過蛋白酶體的阻礙劑恢復(fù)。有趣的是，飽和脂肪酸棕櫚酸與亞油酸相反，通過減少泛素化酪氨酸酶的量抑制酪氨酸酶分解、促進(jìn)黑色素合成。

4關(guān)于抑制黑色素細(xì)胞活化的機(jī)理

接下來我們來看一下生成黑色素的場(chǎng)所一黑色素細(xì)胞。所謂黑色素細(xì)胞的活化，具體來看是指，由UVB暴曬誘導(dǎo)的促進(jìn)黑色素細(xì)胞增殖，促進(jìn)黑色素細(xì)胞內(nèi)的TYR的產(chǎn)生、及促進(jìn)MS成熟。抑制這些黑色素細(xì)胞活化，成為了近年來美白化妝品的作用對(duì)象。

黑色素細(xì)胞并非是自我活化，而是通過由照射了紫外線的角化細(xì)胞和真皮成纖維細(xì)胞形成的旁分泌網(wǎng)絡(luò)活化（見圖6）。通過UVB暴曬，角化細(xì)胞首先分泌出IL-1，IL-1促進(jìn)內(nèi)皮素-1（ET-1）的表達(dá)及分泌。ET-1通過和黑色素細(xì)胞的細(xì)胞膜上的內(nèi)皮素B受體（ETs-R）結(jié)合，活化PKC信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)、促進(jìn)黑色素細(xì)胞的增殖及TYR的合成。母菊提取物就是通過阻斷該ET-1-ETs-R途徑獲得審批的美白主劑。

而且，暴曬UVB的角化細(xì)胞產(chǎn)生SCF（stem cell factor），通過黑色素細(xì)胞上存在的c-kit活化MAPK的信號(hào)通路，促進(jìn)黑色素細(xì)胞的增殖及TYR的合成。

另一方面，暴曬UVB的角化細(xì)胞上，POMC（pro-opiomelanocortin）的產(chǎn)生加劇。POMC通過PCI（Proproteinconvertase1）及PC2（Proproteinconvertase2）的作用轉(zhuǎn)化為α-MSH（α-melanocyte stimulat-mg hormone），通過黑色素細(xì)胞的細(xì)胞膜上存在的MC-1受體活化PKA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。α-MSH的生成因N-ace-tylcysteine的添加而減少，這也說明因暴曬UVB而加速產(chǎn)生的活性氧（reactiveoxygen species，ROS）與α-MSH的產(chǎn)生有關(guān)。

而且，暴曬UVB的角化細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的ROS促進(jìn)環(huán)氧合酶-2{cyclooxygen-ase-2，COX-2）的表達(dá)及蛋白合成，通過PLA2（phospholipase A2）的作用以由細(xì)胞膜排出的二十碳四烯酸為基質(zhì)促進(jìn)前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）的產(chǎn)生。

FGE2通過口受體促進(jìn)黑色素細(xì)胞的增殖及樹突的伸長(zhǎng)。一般來看PGE2被稱作炎癥性的化學(xué)媒介、通過促進(jìn)血管的透過性引起炎癥。以抑制PGE2的產(chǎn)生為主要機(jī)理獲得審批的美自主劑有氨甲環(huán)酸（見圖7）、氨甲環(huán)酸十六烷基酯、抗壞血酸四異棕櫚酸酯。

5.關(guān)于MS的擴(kuò)散及排泄的機(jī)理

5.1抑制成熟MS向表皮內(nèi)的分散。MS向表皮內(nèi)的分散是通過角化細(xì)胞的MS巨噬作用進(jìn)行的。最近的研究發(fā)現(xiàn)，要從視覺上識(shí)別到色素斑必須要有成熟化的MS向表皮的分散。也就是說，如果把向角化細(xì)胞的MS輸送停止掉的話，從視覺上看就不會(huì)認(rèn)知到色素斑。

關(guān)于MS向角化細(xì)胞的轉(zhuǎn)送，目前來看有以下過程。①成熟的MS移動(dòng)至樹突的頂端、該頂端與角化細(xì)胞的細(xì)胞膜融合、轉(zhuǎn)送MS、②成熟的MS移動(dòng)至樹突頂端、角化細(xì)胞吞下整個(gè)頂端。③黑色素細(xì)胞分泌MS、角化細(xì)胞吞噬該MS。不過，近年來認(rèn)為可能性最高的過程是，成熟MS聚集在樹突頂端、該頂端作為中間變細(xì)的MS復(fù)合小泡從黑色素細(xì)胞分離、被角化細(xì)胞吞噬。

有報(bào)告提到，MS被角化細(xì)胞吞噬與肌動(dòng)蛋白纖維的聚合形成偽足有關(guān)，對(duì)于偽足形成，PAR-2（protease activatedreceptor-2）發(fā)揮著極其重要的作用。PAR-2是7次跨膜型的G蛋白，細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域的N末端一旦因胰蛋白酶等絲氨酸蛋白酶切斷，由切斷產(chǎn)生的切斷處就會(huì)成為配體、自我活化。有報(bào)告提到PAR-2的拮抗劑抑制MS進(jìn)入角化細(xì)胞、而激動(dòng)劑促進(jìn)MS進(jìn)入角化細(xì)胞。有阻礙MS向角化細(xì)胞轉(zhuǎn)移的作用的美自劑有煙酰胺（圖7）。

5.2促進(jìn)MS的排泄。吞噬了在黑色素細(xì)胞產(chǎn)生的黑色素的角化細(xì)胞，隨著分化向表皮上層轉(zhuǎn)移、最終變成污垢被排泄到體外。在該過程中一個(gè)黑色素細(xì)胞和通過黑色素的交接互相關(guān)聯(lián)的復(fù)數(shù)角化細(xì)胞形成一個(gè)單位，這叫做表皮黑色單元（epidermal melanin unit）。

在老人性色素斑部位可以確認(rèn)到表皮的肥厚。有報(bào)告提到，在吞噬了老人性色素斑的色素斑部位正下方的黑色素的基底細(xì)胞中，細(xì)胞增殖標(biāo)志Ki67的表達(dá)降低，與角化細(xì)胞的分化有關(guān)的絲聚合蛋白、外皮蛋白等蛋白的表達(dá)也在下降。

作者等解析老人性色素斑的角質(zhì)層細(xì)胞內(nèi)的黑色素顆粒的數(shù)量及角質(zhì)層細(xì)胞面積，確認(rèn)了這些有正相關(guān)性。綜合性考慮這些關(guān)于組織所見及基因表達(dá)的報(bào)告的話，雖然有關(guān)于老人性色素斑部位的表皮肥厚的矛盾，但可以得知色素斑部位的角化細(xì)胞的增殖及分化的降低引發(fā)剝離延遲。

由此可知，作為一種美白方法，促進(jìn)基底細(xì)胞的增殖及分化是有合理性的。通過刺激基底細(xì)胞的增殖促進(jìn)黑色素的排泄，以這樣的概念獲得審批的美白主劑有腺苷一磷酸二鈉。另外，通過促進(jìn)角質(zhì)層的剝離、促進(jìn)角質(zhì)細(xì)胞中的黑色素的排泄，以此為作用機(jī)理的美白主劑有4-MSK（4-甲氧基水楊酸鉀鹽）（見圖7）。

6.抑制黑色素單體的聚合

因暴曬UVA引起的皮膚的即時(shí)黑化反應(yīng)，在UVA的照射能量較高時(shí)變成持續(xù)型黑化、與色素的形成有關(guān)。該色素形成是基于黑色素單體DHICA及DHI的氧化聚合反應(yīng)產(chǎn)生的。以抑制該聚合反應(yīng)為主要作用的美自主劑有抗壞血酸乙基醚。

7.結(jié)語

色素斑中有照射長(zhǎng)波長(zhǎng)紫外線光才能看到的色素斑。該色素斑一般被叫做隱性色斑。最近，有報(bào)告顯示自體吞噬泡（Autophagy）可能與MS的分解有關(guān)。所謂自體吞噬泡，是指通過細(xì)胞質(zhì)中不要的物質(zhì)與是細(xì)胞小器官的溶酶體融合而深化的細(xì)胞內(nèi)清掃體系。

溶酶體中存在的蛋白酶的阻礙劑pepstatin A使是MS的構(gòu)造蛋白的Pme117在細(xì)胞內(nèi)蓄積，以及敲除自體吞噬泡關(guān)聯(lián)蛋白的Pme117的細(xì)胞內(nèi)蓄積加劇，這些都已經(jīng)得到了確認(rèn)。

另外，在處理了自體吞噬泡活化劑的含MS再構(gòu)筑表皮上也能確認(rèn)到色調(diào)的淡色化。還有，也確認(rèn)了高加索人由來的角化細(xì)胞中黑色素的分解和Pme117的分解能力比非洲美國(guó)人由來的要高。這些都說明，分化過程中角化細(xì)胞內(nèi)的自體吞噬泡的MS的高分解能力，有可能影響到了膚色及色素沉積，期待能夠成為新美白劑開發(fā)的機(jī)理。endprint