褐藻多酚在化妝品中的應(yīng)用及研究進展

陳紅紅，王 勤，陳 貝，蘇永昌，潘 南，陳清西*，劉智禹*

(1.廈門大學生命科學學院，福建 廈門 361102；2.福建省水產(chǎn)研究所，福建省海洋生物增殖與高值化利用重點實驗室，福建省海洋生物資源開發(fā)利用協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 廈門 361013)

在高鹽、高壓、低溫、低營養(yǎng)、無光照及化學組分極為復(fù)雜的海洋生態(tài)環(huán)境中，蘊含著豐富多彩的海洋生物，其中，藻類種類繁多，有8 000余種。根據(jù)化學成分和營養(yǎng)成分的不同，可以將海藻分為紅藻門、褐藻門、綠藻門，其中褐藻門海藻因藻體大、繁殖快、分布廣等特點在我國沿海地帶被大量栽培，褐藻門約有250屬，1 500種以上，常見的褐藻有羊棲菜、海帶、裙帶菜、馬尾藻等[1-2]。正是因為生長在這種極其復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境下，褐藻機體內(nèi)的代謝特點與代謝產(chǎn)物與陸地植物有較大的差異，褐藻體內(nèi)往往會產(chǎn)生一些具有拒食功能的次級代謝產(chǎn)物使其免受外界的毒害，這些次級代謝產(chǎn)物是海洋天然藥物的重要來源，其化學結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜，且生物活性很強。褐藻多酚就是這類次級代謝產(chǎn)物的代表，它是一類結(jié)構(gòu)中含有多羥基化合物的總稱。近年來，隨著對海洋資源的大力開發(fā)，褐藻多酚這類具有多種生物活性的海藻次級代謝產(chǎn)物受到研究者們的廣泛關(guān)注。

功能性化妝品具有消除皮膚炎癥、改善膚色、減少皺紋抵抗皮膚衰老等美容功效。來源于海洋生物的活性物質(zhì)如多酚、藻膽蛋白、多糖等，由于天然無毒、資源豐富、具有多種生物功效，其成為功能性化妝品的成分來源。世界上已有多家頂級護膚品品牌將海洋活性成分應(yīng)用于其產(chǎn)品中，包括Elemis(The Steiner Group，英國)、La Prairie(Beiersdorf，瑞士)、Crème de la Mer(Estée Lauder，美國)、Blue Therapy(Biotherm，法國)、 SeaCode?(Lipotec，西班牙)、RefirMAR?(BIOALVO， 葡萄牙)等。本文就近幾年國內(nèi)外有關(guān)褐藻多酚的來源、種類、結(jié)構(gòu)及其化妝品生物活性研究進展作簡要綜述，以期為褐藻多酚在功能性化妝品中的研究和開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 褐藻多酚的來源和種類

褐藻多酚是僅存在于海洋褐藻中的次級代謝產(chǎn)物，與陸地植物單寧具有類似的結(jié)構(gòu)，是結(jié)構(gòu)中含有多個羥基的化合物。褐藻多酚根據(jù)其組成復(fù)雜程度可以分為簡單酚類和多酚類化合物。其中，褐藻簡單酚類又可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)中是否含有鹵元素，被分為鹵代酚類和不含鹵酚類，在鹵代酚類中絕大多數(shù)的鹵元素為溴元素，還有少部分鹵元素為氯元素，具體見表1[3-4]。

表1 褐藻多酚化合物的分類

嚴小軍[5]對中國沿海地帶常見褐藻的含量進行測定，包括羊棲菜(Hizikiafusiforme)、海帶(Laminariajaponica)、海黍子(Sargassumkjellmanianum)、裙帶菜(Undariapinnatifida)、鼠尾藻(Sargassumthunbergii)等，其中海黍子多酚含量最高，占其干重2.8%；第二為羊棲菜，其多酚含量約為干重2%；裙帶菜、鼠尾藻、海帶中多酚含量分別占其干重0.1%、0.9%、0.3%；從目前研究來看，馬尾藻科中褐藻多酚含量較為豐富。Shibata等[6]測得海帶科褐藻愛森藻(Eiseniabicyclis)和空莖昆布(Eckloniacava)中多酚的含量分別為3.1%和3.3%，其Eckol類多酚含量分別占褐藻總多酚含量的77.4%、57.6%，推測Eckol類多酚可能是褐藻多酚化合物的主要成分。Nagayama等[7]測得昆布(Eckloniakurome)中多酚的含量占其干重的3%，通過柱層析法分離純化得到了phloroglucinol、 eckol、phlorofucofuroeckol A、dieckol 和8，8-bieckol等5種化合物。

2 褐藻多酚的化學結(jié)構(gòu)

褐藻多酚化合物最主要的官能基團為羥基，其各種生物活性以及獨特的化學性質(zhì)均由羥基決定。已知，不同種類的褐藻多酚化合物的基本結(jié)構(gòu)單元均是間苯三酚，但在不同褐藻內(nèi)，單體間苯三酚構(gòu)成多酚化合物的連接方式千變?nèi)f化，且數(shù)量也不同，由此導(dǎo)致褐藻多酚化合物的結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。自20世紀90年代以來，一些研究者采用核磁共振、色譜、預(yù)先乙?；?、質(zhì)譜等方法以及多種方法聯(lián)用，已經(jīng)從多種褐藻中分離并鑒定了上百種褐藻多酚化合物[8-9]。目前，根據(jù)單體間苯三酚聚合方式的不同，低聚的褐藻多酚化合物主要分為以下 6 種類型：

1)多羥基聯(lián)苯型Fucols——聚合單體間苯三酚之間以C-C鍵即芳基環(huán)對環(huán)相互聯(lián)接(圖1A)，這種類型的多酚化合物主要在墨角藻屬(Fucus)、囊載藻屬(Cystophoratorulosa)、網(wǎng)地藻屬(Dictyotadichotoma)中存在。

2)多羥基苯醚型Phlorethols——此類型的褐藻多酚化合物，每個間苯三酚分子之間通過醚鍵連接(圖1B)。在囊載藻屬、馬尾藻屬(Sargassumspinuligerum)、黃白海帶(Laminariaochroleuca)中發(fā)現(xiàn)這種類型的褐藻多酚化合物的存在。

3)混合多羥基聯(lián)苯多苯醚型Fucophlorethols——寡聚物中同時含有芳基鍵(C-C)和醚鍵(-O-)，是多羥基聯(lián)苯型和多羥基苯醚型的混合型(圖1C)。在囊載藻屬、馬尾藻屬、長條海藻(Himanthaliaelongata)、墨角藻屬中有分離出此類多酚化合物。

4)多(間、鄰)羥基苯醚型Fuhalols——組成多酚化合物的基本單元間苯三酚分子的連接方式類似于多羥基苯醚型Phlorethols多酚化合物，但是聚合物中每個間苯三酚分子均有三個相鄰位置被氧化，含有鄰羥基化合物(圖1D、圖1E)。這類多酚化合物在馬尾藻屬、二岐雙叉藻(Bifurcariabifurcata)、長角藻(Halidryssiliquosa)以及蘭博藻(Landsburgiaquercifolia)中均有發(fā)現(xiàn)。

5)二苯雜二氧和二苯呋喃型Eckols——3個以上間苯三酚單元環(huán)化和羥基化后脫水形成寡聚物，脫水寡聚物中2個間苯三酚分子之間進一步環(huán)化形成二苯雜二氧型多酚化合物，或者2個間苯三酚分子之間進一步芳基化聯(lián)接后脫水形成二苯呋喃型多酚化合物(圖1F、圖1G)。這種雜環(huán)多酚化合物主要存在于馬尾藻屬、昆布屬(Ecklonia)。

6)鹵代、烷基化、硫酸酯化型Halogenated、Sulphated——此類化合物中存在鹵元素、烷基等取代基團(圖1H、圖1I)，其生物活性與酚羥基、取代基團有關(guān)。

注：A.多羥基聯(lián)苯型；B.多羥基苯醚型；C.混合多羥基聯(lián)苯多苯醚型；D、E.多(間、鄰)羥基苯醚型；F、G.二苯雜二氧和二苯呋喃型；H、I.鹵代、烷基化、硫酸酯化型。

Notes：A was fucols；B was phlorethols；C was fucophlorethols；D～E were fuhalols；F～G were eckols；H～I were halogenated and sulphated.

3 褐藻多酚的化妝品功效研究

3.1 褐藻多酚的美白活性

人的膚色與體內(nèi)黑色素的形成有很大的關(guān)系，因而具有保護皮膚免受紫外線(UV)的輻射、清除有毒藥物和化學物質(zhì)以及抑制黑色素的生成等功能物質(zhì)，長期以來都受到研究者的廣泛關(guān)注。生物體內(nèi)黑色素的生物合成過程，首先由酪氨酸酶作用于L-酪氨酸形成左旋多巴，然后多巴被氧化形成多巴琨，在一系列酶的催化作用下，多巴琨經(jīng)過多級反應(yīng)形成黑色素。酪氨酸酶是黑色素形成過程的關(guān)鍵酶，因此，可以通過在化妝品中添加酪氨酸酶抑制劑來抑制黑色素的形成，從而達到化妝品的美白功效，實現(xiàn)美白效果。

Kang等[10]從匍匐昆布(Eckloniastolonifera)中分離出來了5種多酚(dieckol、eckol、eckstolonol、phlorofucofuroeckol、phloroglucinol)，并以L-酪氨酸作為蘑菇酪氨酸酶的底物，判定了這5種褐藻多酚化合物抑制酪氨酸酶的活性，結(jié)果表明，昆布褐藻多酚能夠顯著抑制酪氨酸酶的活性。Yoon等[11-12]從腔昆布中(Eckloniacava)分離得到了phloroglucinol、dioxinodehydroeckol、7-phloroeckol等3種多酚化合物，并發(fā)現(xiàn)其能夠抑制B16F10小鼠黑色素瘤癌細胞中蘑菇酪氨酸酶和3-異丁基-1-甲基黃嘌呤誘導(dǎo)黑色素形成的過程，在這3種多酚化合物中，7-phloroeckol抑制酪氨酸酶的活性最強，其IC50值為0.85 μmol/L，遠低于商業(yè)酪氨酸酶抑制劑熊果苷和曲酸的IC50，分別為243.16和40.28 μmol/L。從腔昆布中提取的多酚類化合物通過抑制酪氨酸酶活性從而阻斷黑色素的形成過程，來實現(xiàn)美白效果。后續(xù)實驗也表明，從腔昆布多種多酚化合物中分離的雙鵝掌菜(Eiseniaarborea)酚能顯著抑制酪氨酸酶活性，防止黑色素的形成和累積。Jang等[13]從羊棲菜水提物中分離得到簡單酚類化合物4-羥基苯乙基乙醇(4-HPEA)，以B16黑色素瘤細胞和棕色豚鼠進行體內(nèi)實驗和體外實驗，結(jié)果顯示，4-HPEA簡單酚類化合物能夠促進棕色豚鼠皮膚上UVB誘導(dǎo)色素沉著斑點的褪色，從而證明了褐藻多酚具有美白的功效。

3.2 褐藻多酚的抗氧化活性

機體中的活性氧自由基包括過氧化氫(H2O2)、羥自由基(HO·)以及超氧陰離子(O2-)，當這些活性氧在生物體中含量過高時，人體正常細胞、組織以及生物活性物質(zhì)會遭受較強的破壞，因此，清除機體內(nèi)過多的活性氧自由基有利于增強機體免疫力。褐藻多酚類化合物的基本結(jié)構(gòu)單元是間苯三酚，由多個間苯三酚聚合而成，因而含有大量的酚羥基，具有很強的還原性。這些酚羥基可以與O2-、HO·基團反應(yīng)生成水H2O，從而清除生物體內(nèi)的活性氧，保護機體免受活性氧的損傷。同時，生物體內(nèi)的金屬離子作為催化劑能夠催化氧化反應(yīng)的發(fā)生，褐藻多酚化合物中大量酚羥基通過與金屬離子反應(yīng)，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，減少了金屬的催化效率，抑制了氧化反應(yīng)?？奠o等[14]通過實驗證明海帶多酚能有效降低小鼠的血清和肝臟中丙二醛(MDA)的含量，提高超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活性，從而證明了海帶多酚可顯著提高小鼠抗氧化能力。Choi等[15]從褐藻鐵釘菜(IshigeokamuraeYendo)中提取的多酚化合物，經(jīng)過乙酸乙酯萃取后，通過體外抗氧化實驗發(fā)現(xiàn)，其萃取后得到的多酚化合物具有較強清除DPPH能力以及較好的總抗氧化能力(T-AOC)，其清除DPPH自由基的半效應(yīng)濃度IC50低于抗氧化劑二丁基羥基甲苯(BHT)，僅為0.17 mg/mL，說明其抗氧化活性更強。楊小青等[16]研究發(fā)現(xiàn)，從羊棲菜多酚化合物中分離出的相對分子質(zhì)量大于30 000 kD的多酚組分的抗氧化活性與相對分子質(zhì)量小于30 000 kD的多酚組分的抗氧化活性存在明顯的差異，分子量大于30 000 kD的羊棲菜多酚的抗氧化活性更強。此外，國外學者Fujii等[17]通過檢測愛森藻多酚化合物及其衍生物的氧化自由基吸收能力(ORAC)發(fā)現(xiàn)，與維生素C抗氧化劑相比，愛森藻多酚化合物的抗氧化活性更強，且多酚抗氧化能力隨多酚分子質(zhì)量的增加而增加。

3.3 褐藻多酚的抗皺活性

皮膚老化是機體發(fā)生的內(nèi)在或遺傳程序性衰老的復(fù)雜生物過程。隨著年齡增長，機體內(nèi)膠原蛋白的表達量下降，而且皮膚由于長期暴露在環(huán)境中如紫外線輻射，皮膚的彈性、厚度會逐漸降低以及彈性纖維會慢慢卷曲，從而形成褶皺。已知皮膚衰老與基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)、透明質(zhì)酸酶和彈性蛋白酶等3種酶的活性以及膠原蛋白的表達量有關(guān)，在化妝品中添加能夠抑制這3種酶的活性以及可以增強膠原蛋白表達量的活性成分是新型抗皺化妝品的發(fā)展方向[18]。研究表明，褐藻多酚的抗衰老活性主要與抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的活性有關(guān)[19]。

MMPs是一類具有蛋白水解活性的Zn2+依賴性內(nèi)肽酶，能夠水解細胞外基質(zhì)并參與胚胎發(fā)育、形態(tài)發(fā)生、細胞增殖、組織退化和重塑等重要的生物過程，在腫瘤細胞的遷移過程中起重要作用，除此之外，MMPs能夠降解膠原蛋白，在皮膚皺紋的形成過程中具有重要的作用[20]。一些研究表明，由于自然老化和光老化，MMPs在皮膚成纖維細胞中的含量呈上升趨勢[21]。MMP-1、核轉(zhuǎn)錄因子(NF-κB)和轉(zhuǎn)錄激活因子(AP-1)的過量表達可引起間質(zhì)膠原蛋白的降解和多種蛋白質(zhì)的水解。膠原蛋白降解、MMPs表達量增加以及皮膚結(jié)締組織損傷增多，從而導(dǎo)致皮膚皺紋的形成。Sugiura等[22]證實了，從鵝掌菜中提取的多酚化合物能夠抑制MMP-1、NF-κB和AP-1的表達，并且褐藻多酚化合物能夠吸收環(huán)境中紫外線，當皮膚受到紫外線照射時，多酚可以抑制機體中膠原蛋白的損失，防止產(chǎn)生皺紋。此外，有學者研究發(fā)現(xiàn)，從褐藻腔昆布中分離出的多酚化合物能夠保護人永生化表皮細胞HaCaT細胞免受紫外線輻射，避免由輻射造成的細胞損傷和光老化侵害，從而證明了腔昆布多酚具有光保護作用[12]。據(jù)國外一項研究報道，研究者用29種褐藻提取物來評價核因子NF-κB和AP-1的轉(zhuǎn)錄活性以及MMP-1在人類皮膚成纖維細胞中的表達量。在這項研究中，從褐藻匍匐昆布中分離的酚類化合物eckol和dieckol對NF-κB和AP-1的活性以及MMP-1的表達具有強烈抑制作用[23]。在另一項研究中，從腔昆布中分離的多酚化合物6，6-bieckol已被證實其能通過激活NF-κB信號通路顯著下調(diào)MMP-2和MMP-9的表達，且呈劑量依賴性關(guān)系[24]。

3.4 褐藻多酚抗過敏及抗炎活性

當機體受到有害刺激物或病原體的侵害時，機體內(nèi)的免疫系統(tǒng)會發(fā)起清除有害物的炎癥反應(yīng)，保護自身免受傷害。根據(jù)日本過敏反應(yīng)研究報告統(tǒng)計，大約有35%兒童和22%成人都遭受過不同程度的炎癥疾病和過敏反應(yīng)[25]，因此，尋找新的具有抗過敏、抗炎癥的天然活性物質(zhì)，已成為當前治療過敏性及炎癥疾病研究的熱點。已知透明質(zhì)酸酶是參與過敏反應(yīng)的主要化合物[26]，Samee等[27]檢測了5種褐藻多酚化合物(Sargassumcervicorne、Sargassumtennerimum、Sargassumgraminifoliumturn、Sargassumthunbergii、Laminariajaponica)對透明質(zhì)酸酶的抑制活性，其對透明質(zhì)酸酶抑制活性的半效濃度IC50值分別為109.5、21、134、269和148 μg/mL，其中S.tennerimum的IC50值低于商業(yè)抗過敏藥物透明質(zhì)酸酶抑制劑色甘酸二鈉(DSCG)的IC50值39 μg/mL，說明S.tennerimum多酚化合物是透明質(zhì)酸酶的有效抑制劑，是可用于治療過敏的天然抗過敏藥物。Kim等[28]研究發(fā)現(xiàn)，從腔昆布乙醇提取物中分離的鵝掌菜酚類化合物(dieckol)能夠下調(diào)小鼠巨噬細胞白血病細胞(RAW 264.7)中促炎因子腫瘤壞死因子TNF-α、白細胞介素-1β(IL-1β)和白細胞介素-6(IL-6)的表達量，證實了褐藻多酚化合物具有良好的抗炎活性，可用于治療炎癥。Corona等[29]研究發(fā)現(xiàn)，從泡葉藻(Ascophyllumnodosum)中提取的多酚經(jīng)過分離得到大分子質(zhì)量的多酚化合物，在人體內(nèi)經(jīng)過消化后被分解成3種小分子質(zhì)量的多酚化合物，從而上調(diào)機體內(nèi)白細胞介素-8(IL-8)抗炎因子的含量，刺激機體產(chǎn)生抗炎反應(yīng)。

4 展望

在大力發(fā)展海洋資源的21世紀，褐藻多酚化合物作為一種具有多種生物活性的天然海洋生物活性物質(zhì)，近年來，已成為研究者的新寵，但是，目前的研究主要集中在褐藻多酚的提取、生物活性研究，而對褐藻多酚的結(jié)構(gòu)以及功能性結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系研究較少，應(yīng)用褐藻多酚化合物活性特點開發(fā)新型化妝品也處于起步階段，這主要是因為褐藻多酚化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對其結(jié)構(gòu)鑒定的方法還不夠成熟。因此，加強對褐藻多酚化合物結(jié)構(gòu)的研究以及對其結(jié)構(gòu)進行修飾，并應(yīng)用于新型化妝品的開發(fā)，將可作為褐藻多酚化合物應(yīng)用研究的另一主要方向。