透明質(zhì)酸在皮膚護(hù)理上的應(yīng)用

文/曲文杰

近兩年，透明質(zhì)酸（HA，又稱玻尿酸、玻璃酸）在醫(yī)療美容領(lǐng)域、化妝品領(lǐng)域聲名鵲起，受到廣大消費者的喜愛和追捧。但其實人們對透明質(zhì)酸的了解仍僅停留在表面。透明質(zhì)酸作為一種高分子多糖，在人體中廣泛分布，是構(gòu)成人體細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞信息傳遞蛋白聚糖鏈的重要成分。由于HA具有極強(qiáng)的保水性，獨特的流變學(xué)特性，良好的生物相容性，高生物活性，因此被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域。

透明質(zhì)酸簡介

透明質(zhì)酸（Hyaluronic Acid，HA）是由葡糖醛酸和N－乙酰氨基葡糖為重復(fù)單位組成直鏈高分子多糖，是一種廣泛存在于脊椎動物組織細(xì)胞外基質(zhì)的生物大分子物質(zhì)，在醫(yī)藥領(lǐng)域透明質(zhì)酸又被稱作玻璃酸，目前透明質(zhì)酸的商品形式均為其鈉鹽。

1934年美國哥倫比亞大學(xué)的Karl Meyer和John W. Palmer首次從牛眼玻璃體中分離獲得透明質(zhì)酸，此后，人們對透明質(zhì)酸的分布、生理作用、化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、制備工藝及其在醫(yī)療和化妝品方面的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛深入的研究，目前，它主要應(yīng)用于臨床治療、診斷、化妝品基質(zhì)和保健品原料等方面。透明質(zhì)酸廣泛存在于動物的各種組織間質(zhì)中，如皮膚、臍帶、關(guān)節(jié)滑液、軟骨、眼玻璃體、雞冠、雞胚、卵細(xì)胞、血管壁等，其中以人臍帶、公雞冠、關(guān)節(jié)滑液、眼玻璃體含量較高。

透明質(zhì)酸的制備方法主要有兩種，動物組織提取和發(fā)酵法，早期透明質(zhì)酸主要從人臍帶和雞冠中制備，發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸的研究起步于20世紀(jì)90年代，進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的歷史僅十余年，發(fā)酵液法生產(chǎn)透明質(zhì)酸的微生物學(xué)基礎(chǔ)在于：透明質(zhì)酸是鏈球菌莢膜的主要成份。由不同來源、不同精制方法獲得的透明質(zhì)酸雖分子量不同，卻無種屬差異，對人及動物無抗原性。透明質(zhì)酸鈉作為藥物成份自2000年起就被收錄在《歐洲藥典》，歐洲藥典對透明質(zhì)酸鈉來源的規(guī)定是：來自于雄雞冠提取或鏈球菌發(fā)酵。

透明質(zhì)酸的應(yīng)用

透明質(zhì)酸的應(yīng)用起始于20世紀(jì)70年代，美國科學(xué)家首創(chuàng)了使用透明質(zhì)酸凝膠應(yīng)用于眼科彈性手術(shù)，之后陸續(xù)開發(fā)出其他透明質(zhì)酸醫(yī)藥產(chǎn)品，如防治骨關(guān)節(jié)炎、預(yù)防手術(shù)后粘連、滴眼液等。自20世紀(jì)90年代以后，由于透明質(zhì)酸出色的保濕能力，透明質(zhì)酸產(chǎn)品開始陸續(xù)應(yīng)用在化妝品領(lǐng)域。進(jìn)入2000年，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和大眾對健康問題的日益關(guān)注，定位于膳食補充劑、改善關(guān)節(jié)和皮膚功能的保健食品開始面世，并得到市場的逐步認(rèn)可。

透明質(zhì)酸在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用

● 保水作用

HA在皮膚組織中的保水作用是其最重要的生理功能之一，其理論保水值高達(dá)1000ml/g以上。HA在較高濃度時，其長的分子鏈相互絞織成網(wǎng)狀，加之與水以氫鍵結(jié)合，從而起到很強(qiáng)的保水作用。HA在細(xì)胞間質(zhì)中的主要作用是保持水分，與其它硫酸化黏多糖和膠原蛋白、彈性蛋白等纖維狀蛋白質(zhì)，共同組成含大量水分的胞外膠狀基質(zhì)，成為細(xì)胞代謝的物質(zhì)交換介質(zhì)。這種含水的膠狀基質(zhì)，使皮膚柔韌、富有彈性，充足的水分使肌膚光滑細(xì)嫩。當(dāng)皮膚的濕潤感消失，出現(xiàn)皺紋時，有人認(rèn)為就是由于HA的減少而引起的。隨著年齡的增長，皮膚中HA的含量降低，皮膚組織細(xì)胞和細(xì)胞間的水分含量減少，細(xì)胞間的以HA為主組成的膠狀基質(zhì)所填充的空間減小，導(dǎo)致細(xì)胞排列緊密，膠原蛋白失水硬化，使皮膚粗糙，失去彈性。因此水分對于皮膚健康是至關(guān)重要的。保水保濕一直是護(hù)膚化妝品（skin care cosmetic）最主要的研究課題之一，也是護(hù)膚品的主要的功能之一。

● 維持細(xì)胞外的空間

HA與硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、膠原等成分及其所包含的大量水分，共同組成細(xì)胞外基質(zhì)—細(xì)胞的生存空間。有利于營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)和代謝廢物的排放，表皮細(xì)胞的遷移。

● 大離子功能

HA分子鏈上每一個雙糖單位帶有一個負(fù)電荷，使它具有類似離子交換劑的作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞周圍陽離子的流動和濃度。

● 參與角蛋白細(xì)胞的變化過程

HA在表皮層中密切參與角蛋白細(xì)胞的增殖、向外層遷移和分化等，調(diào)節(jié)整個變化過程，而其本身的代謝受激素、生長因子和細(xì)胞活素等信號分子的調(diào)控。視黃酸和表皮生長因子（EGF）可刺激HA的生物合成，增加皮膚中HA的含量。

● 受體結(jié)合作用

HA與表皮細(xì)胞表面的CD44結(jié)合，促進(jìn)表皮細(xì)胞的正常分化。CD44受體是表皮的正常生長和分化的標(biāo)志，而皮膚發(fā)生鱗狀細(xì)胞癌時，角蛋白細(xì)胞的分化停止，與CD44受體的減少和HA從細(xì)胞表面的脫落有關(guān)。HA是細(xì)胞存活的信號物質(zhì)，它與角蛋白細(xì)胞表面受體的結(jié)合，產(chǎn)生刺激作用，可減緩向最終凋亡的角質(zhì)細(xì)胞分化。

● 清除自由基的作用

HA在表皮中可清除陽光中的紫外線照射所產(chǎn)生的活性氧自由基,保護(hù)皮膚免受其害，被稱為高效的自由基“清道夫”。氧自由基可導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，破壞細(xì)胞膜，殺傷細(xì)胞，并與皮膚的色素沉著有關(guān)。HA與氧自由基發(fā)生反應(yīng)，自由基被清除，HA被降解。因此HA還具有防曬作用。

當(dāng)HA涂于皮膚表面時，會形成一層具有黏彈性的透明水化膜，它像天然存在于皮膚細(xì)胞間基質(zhì)中的HA一樣，起到優(yōu)良的保水功效，而且具有良好的透氣性，無油膩感，令皮膚感覺自然，光滑柔軟。HA以其特有的保濕功效和理化性質(zhì)，已成為國際上公認(rèn)的優(yōu)良天然保濕因子，可以應(yīng)用于所有的高檔化妝品。

透明質(zhì)酸的商業(yè)化現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代，Endre Balazs博士和他的研發(fā)團(tuán)隊開發(fā)了一種從雞冠和人臍帶中分離純化透明質(zhì)酸的工藝，并實現(xiàn)了透明質(zhì)酸在眼科黏彈劑的小范圍使用，但產(chǎn)量較低，難以滿足不斷擴(kuò)展的終端應(yīng)用市場。20世紀(jì)80年代，日本首次報道使用鏈球菌發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸。

20世紀(jì)80年代，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)先后設(shè)計研究了利用人臍帶、公雞冠及動物眼玻璃體等原料提取制備透明質(zhì)酸的工藝，并取得了一定進(jìn)展。20世紀(jì)90年代，國內(nèi)部分科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了發(fā)酵法制備透明質(zhì)酸工藝的研究，推動了我國透明質(zhì)酸生產(chǎn)的發(fā)展。國家科委對發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸項目非常重視，先后將此項目列入國家“八五”和“九五”重點科技攻關(guān)項目計劃。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，我國透明質(zhì)酸的發(fā)酵技術(shù)水平以及產(chǎn)量和質(zhì)量均已達(dá)到國際先進(jìn)水平，我國已成為全球最大的透明質(zhì)酸原料生產(chǎn)國之一。

目前國內(nèi)主要的透明質(zhì)酸鈉生產(chǎn)商包括，華熙生物、安華、銀河、和東辰等，截止日前，華熙生物已完成對東辰的收購，至此，在國內(nèi)透明質(zhì)酸生產(chǎn)市場的版圖上華熙生物獨占半壁江山。

微生物發(fā)酵是運用酶工程、微生物代謝工程和生化工程的原理和技術(shù)，定向生產(chǎn)目標(biāo)活性物，是現(xiàn)代生物高新技術(shù)。透明質(zhì)酸產(chǎn)生菌在發(fā)酵過程中是一個復(fù)雜的生物反應(yīng)器，有復(fù)雜的酶系生化反應(yīng)，存在多通道代謝途徑，除透明質(zhì)酸外，還會產(chǎn)生乳酸、蛋白質(zhì)、核酸等多種雜質(zhì)代謝產(chǎn)物。

商業(yè)化的透明質(zhì)酸原料產(chǎn)品分子量一般介于500kDa至2,000kDa，超過此范圍的超高分子量、低分子量、寡聚透明質(zhì)酸的生產(chǎn)均較困難。透明質(zhì)酸在生產(chǎn)過程中，不同菌種發(fā)酵出的產(chǎn)品分子量不同，通常1,500kDa左右，且提取純化過程高分子容易降解，難以生產(chǎn)出2,000 kDa以上的高分子量透明質(zhì)酸。低分子量透明質(zhì)酸通常采用過氧化氫、酸、堿降解等化學(xué)方法生產(chǎn)，此類降解反應(yīng)過程不易控制且產(chǎn)品分子量分布不均，對透明質(zhì)酸的結(jié)構(gòu)破壞較大，同時存在環(huán)保和生產(chǎn)安全問題。

華熙生物采用全球領(lǐng)先的透明質(zhì)酸發(fā)酵、酶切及分離純化技術(shù)，實現(xiàn)了2kDa到4,000kDa分子量范圍內(nèi)不同分子量段透明質(zhì)酸的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)突破，低分子量段如2-5kDa、5-10kDa、30-50kDa、200-400kDa等，高分子量段如2,400-2,600kDa、3,000-3,500kDa、3,500-4,000kDa等。一方面，憑借自主研發(fā)于全球首次實現(xiàn)透明質(zhì)酸酶的規(guī)?；a(chǎn)，酶活比行業(yè)水平高10倍以上；基于自產(chǎn)的透明質(zhì)酸酶于全球首次使用微生物酶切法大規(guī)模生產(chǎn)寡聚透明質(zhì)酸，該分子量的透明質(zhì)酸平均分子尺寸小于25納米，易于實現(xiàn)透皮吸收，且相較于傳統(tǒng)化學(xué)降解法得到的產(chǎn)品純度更高，結(jié)構(gòu)更加完整，能夠發(fā)揮更高的生物活性和生物利用度，包括抗氧化活性、保濕性及細(xì)胞損傷修復(fù)作用等。另一方面，通過誘變篩選得到了可生產(chǎn)高分子透明質(zhì)酸的優(yōu)質(zhì)菌株，并采用分段控溫發(fā)酵和純化技術(shù)，實現(xiàn)了分子量高達(dá)4,000 kDa透明質(zhì)酸的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

結(jié)語

以透明質(zhì)酸為核心的一系列生物活性物產(chǎn)品，透明質(zhì)酸產(chǎn)品包括醫(yī)藥級、外用級和食品級三大品類、近200個規(guī)格，廣泛應(yīng)用于藥品、醫(yī)療器械、化妝品及功能性食品領(lǐng)域。其他生物活性物產(chǎn)品包括γ-氨基丁酸、聚谷氨酸、依克多因、小核菌膠水凝膠、納豆提取液、糙米發(fā)酵濾液、麥角硫因等。目前國內(nèi)原料產(chǎn)品已出口至美國、歐盟、日本等40余個國家和地區(qū)，亦可根據(jù)客戶需求，提供產(chǎn)品定制開發(fā)。核心技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)應(yīng)用已非常成熟。