黑色素的合成及小分子對其功能的調(diào)控

彭海月，汪 婷，李國瑞，黃 靜

（1.湖南大學(xué)化學(xué)生物學(xué)與納米醫(yī)學(xué)研究所,化學(xué)生物傳感與計量學(xué)國家重點實驗室,2.生物學(xué)院,3.化學(xué)化工學(xué)院,長沙410082）

黑色素是一種天然色素，起源于表皮，能夠使人的皮膚、頭發(fā)和眼睛呈現(xiàn)不同的顏色［1］.黑色素能夠保護(hù)人類皮膚免受紫外線的有害照射，并且有效避免環(huán)境污染物、有害藥物及化學(xué)物質(zhì)的危害.黑素細(xì)胞由胚胎神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)育而成，表皮上的角質(zhì)形成細(xì)胞包圍著黑素細(xì)胞［2］.黑色素在黑素細(xì)胞內(nèi)的黑素小體上合成，成熟后經(jīng)樹突狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)運，到達(dá)鄰近的角質(zhì)形成細(xì)胞，并進(jìn)一步擴(kuò)散分布于皮膚表面，從而使皮膚呈現(xiàn)不同的顏色.雖然黑色素在保護(hù)人體皮膚免受紫外線照射造成的危害方面具有重要的作用，但黑色素的異常表達(dá)也會帶來一系列的皮膚問題，如黑色素的過度沉積會導(dǎo)致黃褐斑［3］、雀斑［4］、炎癥后黑色素瘤［5］、色素沉著痤瘡疤痕和老年斑［6~8］等，而黑素細(xì)胞的功能消失是白癜風(fēng)等疾病的主要誘因［9，10］.當(dāng)皮膚暴露于紫外照射、電離輻射或者有害物質(zhì)等環(huán)境中，會導(dǎo)致皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧自由基，使機(jī)體細(xì)胞內(nèi)氧化作用與抗氧化作用失衡，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激，從而刺激黑色素的合成與色素在皮膚表面的積累.過度的紫外照射會導(dǎo)致表皮細(xì)胞內(nèi)DNA損傷、基因突變及免疫系統(tǒng)損傷等相關(guān)問題，增加皮膚損傷和患癌的風(fēng)險［11］.Sablina等［12］研究發(fā)現(xiàn)，紫外照射會導(dǎo)致皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)的抑癌基因p53激活，而p53能夠維持抗氧化的細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境，保護(hù)真皮角質(zhì)形成細(xì)胞和黑素細(xì)胞的基因組免受由活性氧所導(dǎo)致的遺傳毒性損傷和隨后惡性轉(zhuǎn)化的風(fēng)險.此外，也有研究表明，黑色素生成障礙與老年疾病相關(guān)，包括帕金森?。?3］、阿爾茨海默病和亨廷頓病［13，14］.因此，抑制黑色素的異常合成對研究皮膚相關(guān)問題以及與黑色素相關(guān)的疾病具有重要意義.

本文綜合評述了黑色素的合成，包括生物合成與人工合成、影響黑色素生物合成的因素及抑制機(jī)制，探討了小分子化合物對黑色素生成的作用機(jī)制和調(diào)控，為開發(fā)安全、高效的黑色素相關(guān)藥物提供了理論基礎(chǔ).

1 黑色素的合成

1.1 黑色素的生物合成

黑色素的生物合成是一個復(fù)雜的過程，包括一系列發(fā)生在黑素小體內(nèi)的酶參與的生物化學(xué)催化反應(yīng).黑素細(xì)胞能夠產(chǎn)生2種黑色素，一種是真黑素（棕/黑色不溶性聚合物），另一種是褐黑素（紅/黃色可溶性聚合物）［15］.真黑素和褐黑素以不同的比例混合能夠使皮膚呈現(xiàn)不同的顏色.在黑色素的生物合成中，酪氨酸酶（TYR）、酪氨酸酶相關(guān)蛋白1（TRP-1）及酪氨酸酶相關(guān)蛋白2（TRP-2，也被稱為多巴色素異構(gòu)酶）是3種主要的調(diào)控因子.尤其是TYR，在黑色素的合成過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用.如圖1所示，首先，L-酪氨酸（L-tyrosine）被TYR氧化為多巴醌（DQ），DQ的形成是黑色素形成過程中的限速步驟，因為其它反應(yīng)步驟可以在生理pH條件下自發(fā)反應(yīng)進(jìn)行，并且DQ是合成真黑素和褐黑素的底物［16，17］.在真黑素的合成過程中，DQ能夠發(fā)生自身環(huán)化，產(chǎn)生白色多巴色素（Leukodopachrome），而白色多巴色素和DQ能夠進(jìn)一步發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成多巴色素（Dopachrome）.多巴色素經(jīng)脫羧反應(yīng)得到5，6-二羥基吲哚（DHI），在TRP-2的催化作用下，進(jìn)一步得到5，6-二羥基吲哚羧酸（DHICA）.最終，DHI與DHICA發(fā)生氧化聚合，形成真黑素（Eumelanin）［18，19］.在褐黑素（Pheomelanin）的合成過程中，DQ與半胱氨酸反應(yīng)產(chǎn)生半胱氨酸多巴，進(jìn)一步發(fā)生氧化聚合反應(yīng)產(chǎn)生可溶性聚合物褐黑素［20］.

Fig.1 Biosynthesis process of melanin

1.2 黑色素的人工合成

1.2.1 真黑素的人工合成 除了生物合成，黑色素也可通過化學(xué)合成途徑人工獲得.早期，Deziderio等［21］提出通過氧化L-酪氨酸或者L-多巴（L-Dopa）得到人工合成黑色素，但該方法費時較長.普遍接受的方法是多巴胺在堿性溶液中氧化聚合，得到聚多巴胺（PDA），即多巴胺黑色素（見圖2）［22~25］.PDA是一種最為常用的人工合成真黑素，類似于在人體中發(fā)現(xiàn)的真黑色素［26］.PDA包含4個組成單元，分別是多巴胺、環(huán)化的多巴胺、環(huán)化真黑素型吲哚及環(huán)化真黑素型吲哚醌（見圖2）［27］.在化學(xué)合成真黑素過程中，初始原料除多巴胺外，還可以是L-Dopa、酪氨酸、DHICA、DHI、酪胺、腎上腺素和去甲腎上腺素.這些初始原料可以通過不同酶或化學(xué)氧化劑處理，得到形態(tài)和結(jié)構(gòu)各異的真黑素.雖然多巴胺黑色素PDA與真黑素的理化性質(zhì)相似，但它們在結(jié)構(gòu)組成上存在差異.天然真黑素含有高比例的DHICA衍生單元，而PDA主要含DHI衍生單元［28］.合成真黑素的不同單體之間雖然存在共性，但聚合物細(xì)微結(jié)構(gòu)的改變會產(chǎn)生性能迥異的真黑素.

Fig.2 Synthesis of eumelanin:PDA and beyond PDA with different monomers

1.2.2 褐黑素的人工合成 褐黑素最常見于紅頭發(fā)中，具有高度的曬傷和皮膚癌傾向.在自然界中很少觀察到純的褐黑素，它通常占總黑色素的25%［29，30］.褐黑素的人工合成主要由L-Dopa與半胱氨酸單體共聚而成（圖3）［29，31］以及由半胱氨酸多巴單體合成（圖3）［32~34］.此外，也有研究者認(rèn)為苯并噻唑是合成褐黑素的一部分等［35］.

Fig.3 Synthesis of pheomelanin with L?Dopa and cysteine monomer and cysteinyl?dopa heterodimer

1.2.3 黑色素衍生物的人工合成 黑色素是一種無序聚合物，不同于DNA和蛋白質(zhì)等有序的生物大分子.因此，研究黑色素的結(jié)構(gòu)與功能調(diào)節(jié)之間的關(guān)系尤為困難.為打破這一困境，研究人員致力于合成黑色素衍生物，希望以此來發(fā)現(xiàn)黑色素結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系.受大自然的啟發(fā)，一系列高效、可持續(xù)和生物相容的多功能分子——黑色素衍生物被人工合成，并應(yīng)用于材料及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域.Li等［36］通過在多巴胺黑色素中摻雜氨基酸分子的方法，破壞黑色素的有序致密層狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了人造黑色素材料的結(jié)構(gòu)與性能之間的調(diào)控.Ulijn等［37］利用含酪氨酸的三肽為前體，使之自組裝為超分子結(jié)構(gòu)，再用酪氨酸酶氧化聚合成類似黑色素的聚合物.通過簡單變換三肽的序列，還可以調(diào)節(jié)該類黑色素聚合物的光學(xué)和電化學(xué)性質(zhì).Gianneschi等［38~44］在黑色素衍生物合成領(lǐng)域作出了一系列工作，設(shè)計了多種黑色素衍生物功能分子，并深入研究了其結(jié)構(gòu)、功能與調(diào)控作用.

2 影響黑色素生成的因素

2.1 氧化應(yīng)激對黑色素合成的影響

氧化應(yīng)激是機(jī)體細(xì)胞內(nèi)氧化作用和抗氧化作用失衡的一種狀態(tài)［45］.紫外照射會使角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生大量的活性氧，這些活性氧可以遷移至鄰近的黑素細(xì)胞，并將信號傳遞至黑素細(xì)胞內(nèi)，打破黑素細(xì)胞內(nèi)的氧化還原穩(wěn)態(tài)，刺激與黑色素合成相關(guān)蛋白的表達(dá)，從而使黑色素的合成量增加.皮膚表皮細(xì)胞內(nèi)的巰基類化合物，特別是谷胱甘肽，可以通過絡(luò)合酪氨酸酶活性中心的銅離子而使酪氨酸酶失活.紫外照射等因素會使大量的活性氧自由基聚集在黑素細(xì)胞的表面，掠奪還原型輔酶Ⅱ及其氧化形式轉(zhuǎn)化過程中的電子而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激，氧化巰基使之失去抑制TYR活性的能力，最終導(dǎo)致黑色素的合成量增加［46］.

2.2 酪氨酸酶對黑色素合成的影響

在黑色素的合成過程中，主要涉及酪氨酸酶基因家族的3種酶，包括TYR，TRP-1和TRP-2［47］.其中，TYR是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的含銅離子氧化還原酶，作為催化黑色素生物合成的關(guān)鍵限速酶，能夠催化L-酪氨酸生成L-3，4-二羥基苯丙氨酸（L-Dopa），然后進(jìn)一步催化產(chǎn)生多巴醌（DQ）［48］.TYR定位于黑素小體的膜上，通常被用作黑色素異常沉著的分子靶標(biāo).例如，在一些黑色素瘤細(xì)胞中TYR高表達(dá)，研究人員通過設(shè)計合成易被黑色素瘤中酪氨酸酶激活的前藥，實現(xiàn)對黑色素瘤的選擇性抑制［49，50］.此外，也可以通過抑制TYR的活性來減少黑色素的合成，從而使角質(zhì)細(xì)胞內(nèi)色素沉著減少，達(dá)到治療相關(guān)疾病的目的.目前，根據(jù)抑制機(jī)理不同，可將TYR抑制劃分為酪氨酸酶的破壞性和非破壞性抑制兩類.

2.2.1 酪氨酸酶的破壞性抑制 酪氨酸酶的破壞性抑制是指破壞TYR的活性中心，通過修飾TYR的活性中心使其喪失生物活性，無法進(jìn)一步催化生物體內(nèi)黑色素的合成［51］.目前對該類抑制劑的研究主要是從一些植物中提取天然化合物，在對人體細(xì)胞產(chǎn)生最小毒性的同時能夠抑制黑色素的合成.而這些天然化合物對TYR活性的抑制主要是對TYR活性中心Cu2+的破壞，例如黃酮類化合物山奈酚［52］與酪氨酸、多巴以及多巴醌等化合物具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，能夠與其競爭Cu2+結(jié)合位點，使TYR失去活性，從而抑制黑色素的合成.

2.2.2 酪氨酸酶的非破壞性抑制 酪氨酸酶的非破壞性抑制是指通過尋找TYR底物的類似物或者直接抑制TYR的合成，不對TYR本身進(jìn)行改變，來實現(xiàn)抑制黑色素的合成.例如，氫醌與酪氨酸具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)［53］，可與酪氨酸競爭酪氨酸酶上的活性位點，使酪氨酸酶失活，從而抑制黑色素的合成.由于蒽醌類與苯丙類化合物與酪氨酸酶底物的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，也可以作為TYR的競爭性抑制劑，通過與底物競爭，破壞黑色素的生物合成，從而達(dá)到抑制黑色素合成的目的.

2.3 酪氨酸酶相關(guān)蛋白對黑色素合成的影響

除了酪氨酸酶，黑色素生物合成的主要調(diào)控蛋白還有酪氨酸酶相關(guān)蛋白1（TRP-1）和酪氨酸酶相關(guān)蛋白2（TRP-2），TRP-1和TRP-2在真黑素的合成過程中發(fā)揮重要作用.其中，TRP-1具有氧化酶的活性［54］，可將5，6-二羥基吲哚羧酸（DHICA）氧化為5，6-二羥基吲哚醌（ICAQ）.而TRP-2，也稱為多巴色素異構(gòu)酶，其作用機(jī)理是使細(xì)胞內(nèi)的多巴色素自動脫羧基產(chǎn)DHI，同時部分多巴色素分子在TRP-2的作用下發(fā)生分子內(nèi)重排，生成5，6-二羥基吲哚羧酸（DHICA）［55］.DHICA又可作為TRP-1的底物，從而影響黑色素的合成.

2.4 黑素細(xì)胞的增殖及黑素顆粒的擴(kuò)散對黑色素合成的影響

黑素細(xì)胞由胚胎神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)育而成，黑色素在黑素小體內(nèi)合成，成熟后經(jīng)樹突狀結(jié)構(gòu)遷移至鄰近的角質(zhì)細(xì)胞，然后分布于皮膚表層.因此，可以通過抑制黑素細(xì)胞增殖或黑素小體轉(zhuǎn)移的方法來阻斷黑色素的合成.如壬二酸（Azelaic aicd）［56］可抑制異常的黑素細(xì)胞的增殖，從而阻止酪氨酸酶的合成，達(dá)到抑制黑色素合成的目的.此外，煙酰胺［57］已被證明可以抑制黑素小體的遷移來減少黑色素在皮膚表層的沉積.

3 調(diào)節(jié)黑色素生成的小分子化合物

3.1 通過氧化應(yīng)激抑制黑色素生成的小分子化合物

氧化應(yīng)激反應(yīng)過程中產(chǎn)生的過量活性氧（ROS）會長期蓄積，并激活參與黑色素生成的相關(guān)信號傳導(dǎo)途徑.據(jù)報道，一些小分子抑制劑可以通過抗氧化作用和清除ROS的方式參與氧化應(yīng)激過程，抑制酪氨酸酶的活性，進(jìn)一步抑制或延緩色素沉著，如白藜蘆醇和氧化白藜蘆醇［58］、生育三烯醇［59］、原兒茶酸［60］和抗壞血酸［61］等（圖4）.

Fig.4 Structures of melanin inhibitors

3.1.1 白藜蘆醇和氧化白藜蘆醇 白藜蘆醇（Resveratrol）是一種多酚化合物，可以調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)及基因表達(dá)［62~64］.它也是細(xì)胞內(nèi)羥基自由基（·OH）、一氧化氮自由基（NO·）、超氧陰離子自由基（·O2-）和過氧亞硝酸鹽（ONOO-）等活性氧的清除劑［65~67］.當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ROS水平增加，氧化還原平衡被破壞，就會導(dǎo)致氧化應(yīng)激.白藜蘆醇可以通過清除ROS，同時借助核因子E2相關(guān)因子（Nrf2）介導(dǎo)的機(jī)制增強(qiáng)細(xì)胞抗氧化能力，從而減輕氧化應(yīng)激.白藜蘆醇還可以通過PI3K/Akt依賴的機(jī)制刺激Nrf2的磷酸化，并從Kelch-like ECH相關(guān)蛋白1（Keap1）中釋放Nrf2［68~70］.Nrf2的核易位導(dǎo)致與基因相關(guān)的抗氧化反應(yīng)元件的激活.通過這種方式，白藜蘆醇可以減少氧化損傷、皮膚過早老化、色素異常以及其它與年齡相關(guān)的疾病.

研究表明，白藜蘆醇可在TYR的作用下發(fā)生氧化生成氧化型白藜蘆醇（Oxyresveratrol），這是一種更強(qiáng)的酪氨酸酶抑制劑［71~73］.一方面，L-Dopa作為酪氨酸酶的底物時，白藜蘆醇作為競爭性抑制劑可與L-Dopa競爭酪氨酸酶的活性位點；另一方面，白藜蘆醇能夠被TYR氧化為氧化型白藜蘆醇，從而抑制酪氨酸酶的活性.白藜蘆醇和氧化白藜蘆醇均不能螯合酪氨酸酶活性中心的Cu2+，而是通過與活性位點附近的組氨酸殘基發(fā)生相互作用，從而導(dǎo)致TYR的構(gòu)像發(fā)生改變，進(jìn)一步影響酪氨酸酶的活性［74，75］.Yang等［58］根據(jù)白藜蘆醇和氧化白藜蘆醇與TYR的結(jié)合參數(shù)得出酶與小分子的結(jié)合比為1∶1；結(jié)合是自發(fā)過程；其復(fù)合物中的主要作用力是范德華力和氫鍵.

3.1.2 生育三烯醇 生育三烯醇（δT3）屬于維生素E家族，研究表明δT3在神經(jīng)保護(hù)、抗氧化、抗癌、抗肥胖和降低膽固醇等方面發(fā)揮作用，其生物活性比抗氧化劑生育酚（δTocopherol）更好［76，77］.δT3可以通過抑制TYR的氧化來降低小鼠黑色素瘤細(xì)胞中的黑色素生成［57］，也可以通過下調(diào)TRP-1，TRP-2和酪氨酸酶的表達(dá)導(dǎo)致黑色素含量下降［78］.研究表明，δT3對黑色素的形成和ROS的產(chǎn)生有較強(qiáng)的抑制作用，這可能與它具有較高的抗氧化效率有關(guān)［79］.因此，δT3清除自由基的作用可能是其抑制黑素生成作用的關(guān)鍵.

3.1.3 原兒茶酸 原兒茶酸（Protocatechuic acid）是一種苯甲酸衍生物，存在于蔬菜、堅果、糙米、水果和草藥中，具有很強(qiáng)的抗氧化作用［80］.原兒茶酸在體外可以防止氧化損傷，在體內(nèi)能降低氧化應(yīng)激.Koji等［81］評估了原兒茶酸通過酪氨酸酶生物活化途徑增強(qiáng)小鼠皮膚炎癥性白細(xì)胞對抗氧化應(yīng)激的有效性.Nakamura等［82］發(fā)現(xiàn)酪氨酸酶催化反應(yīng)的醌中間體可與蛋白質(zhì)的親核殘基結(jié)合，這些中間體部分參與細(xì)胞免疫功能的改變，包括生成氧自由基的白細(xì)胞向炎癥區(qū)域的遷移.原兒茶酸對TYR的催化活性無直接抑制效果，而是通過抑制黑色素相關(guān)基因表達(dá)來減少黑色素產(chǎn)生［60］.

3.1.4 L?抗壞血酸 L-抗壞血酸（AA，又名維生素C）是一種水溶性抗氧化劑，被廣泛用作皮膚美白劑［83］.研究表明，長波紫外線（UVA）介導(dǎo)的黑素生成量增加與氧化應(yīng)激之間存在相關(guān)性.氧化應(yīng)激會產(chǎn)生過量的ROS和活性氮（RNS），特別是不同的一氧化氮合成酶（NOSs），比如內(nèi)源的和誘導(dǎo)的NOS產(chǎn)生一氧化氮（NO）［84］.UVA被認(rèn)為通過氧化應(yīng)激誘導(dǎo)途徑在促進(jìn)黑素生成中發(fā)揮著重要作用，這是由涉及NO/NOS系統(tǒng)的RNS和氧化劑的過量產(chǎn)生及抗氧化防御的損傷引起的［85］.AA抑制黑色素形成的機(jī)理可能是將多巴醌還原成多巴，或者是直接還原已生成的黑色素［61］.AA作為一種潛在的RNS清除劑［86］，具有美白作用，因為它能夠通過上調(diào)NO/NOS而抑制UVA誘導(dǎo)的黑素生成.然而，由于黑色素瘤細(xì)胞的抗氧化防御網(wǎng)絡(luò)和黑素生成的調(diào)控機(jī)制很可能不同，AA在黑素細(xì)胞中的抗黑素生成作用和作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究［87］.TYR發(fā)揮作用的最佳pH≈6.8，如果pH<5.5，酪氨酸酶的催化活性將大大降低，進(jìn)而導(dǎo)致黑色素合成減少［88］.由于AA是一種僅比稀釋過的醋酸稍強(qiáng)的弱酸（p Ka=4.2），Lei等［89］研究指出，AA抑制黑色素形成的機(jī)理可能是改變了TYR作用環(huán)境的pH值，導(dǎo)致酪氨酸酶的催化效果減弱.

3.2 影響酪氨酸酶活性的小分子化合物

3.2.1 兒茶素 兒茶素（Epigallocatechin gallate）是一種酚類活性物質(zhì)（圖4），主要存在于茶葉等天然植物中，具有較強(qiáng)的抗氧化作用［90］.一方面，兒茶素能夠清除細(xì)胞內(nèi)的活性氧自由基，并且能夠螯合酪氨酸酶活性中心的Cu2+，使酪氨酸酶的作用底物L(fēng)-酪氨酸以及L-多巴無法進(jìn)入酶的催化位點，從而降低TYR的活性，抑制黑色素的合成，減少色素的沉著［91］.另一方面，兒茶素能夠抑制小眼畸形相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子MITF（Microphthalmic transcription factor）和TYR等相關(guān)基因的表達(dá)，使一些黑色素合成必需酶的合成量降低，從而無法進(jìn)一步催化黑色素的合成［92］.

3.2.2 槲皮素 槲皮素（QUE）屬于黃酮類化合物［93］，具有抗炎、抗氧化、抗癌及抗病毒等多種生物活性和藥理作用.槲皮素由A，B和C 3個芳香環(huán)構(gòu)成，其骨架中的3，5，7，3′，4′位點上的氫原子被羥基所取代，形成五羥基黃酮.槲皮素（圖4）對酪氨酸酶活性的抑制可能是由于其結(jié)構(gòu)中具有的兒茶酚結(jié)構(gòu)（C環(huán)上的3′，4′-二羥基）能夠螯合TYR活性中心的Cu2+，從而阻止L-多巴進(jìn)入酪氨酸酶的催化中心［94］.此外，槲皮素與L-酪氨酸或L-多巴的相互作用會導(dǎo)致底物的消耗，從而抑制黑色素的合成［95］.

3.2.3 山奈酚 山奈酚（Kaempferol）與槲皮素一樣，同屬于黃酮類化合物（圖4）［96］，具有抗氧化、抗炎癥、抗腫瘤及止咳等生物活性［97~99］.山奈酚能夠抑制L-多巴的氧化，而且作為一種競爭性抑制劑，它能夠螯合酪氨酸酶活性中心的銅離子，從而使酪氨酸酶的作用底物無法進(jìn)入活性位點，抑制了酪氨酸酶的活性，進(jìn)而影響黑色素的合成［100］.Zhang等［101］提出，以可逆競爭結(jié)合的方式抑制多巴醌的形成可能也是槲皮素抑制黑色素產(chǎn)生的一種機(jī)制.由疏水作用驅(qū)動的槲皮素與酪氨酸酶的結(jié)合會導(dǎo)致多肽結(jié)構(gòu)展開，使其穩(wěn)定性降低.槲皮素與TYR作用的吉布斯自由能改變量、熵變和焓變值表明，該過程是自發(fā)進(jìn)行的，且氫鍵是主要作用力.槲皮素可以與氨基酸殘基中的羰基和碳氮單鍵相互作用，導(dǎo)致多肽結(jié)構(gòu)發(fā)生重排，蛋白結(jié)構(gòu)改變使其催化活性降低.

3.2.4 大黃素 大黃素（Emodin）是一種蒽醌類化合物（圖4），主要來自于廖科植物虎杖（Polygonum Cuspidatum）的葉及根部，具有抑菌和抗腫瘤等生物活性［102，103］.大黃素具有三環(huán)共平面結(jié)構(gòu).在黑色素的合成過程中，由于大黃素與酪氨酸酶底物具有相似的結(jié)構(gòu)，在酪氨酸酶的氧化作用下，大黃素會競爭酪氨酸酶的結(jié)合位點，使酪氨酸酶失去催化活性，從而抑制黑色素的合成.此外，大黃素會抑制TYR及其相關(guān)蛋白的基因的表達(dá)，進(jìn)一步影響黑色素的合成［104］.

3.3 影響酪氨酸酶相關(guān)蛋白活性的小分子化合物

TYR，TRP-1和TRP-2是參與黑色素生物合成的3種黑色素生成酶.研究表明，苯硫脲（PTU）［105］和構(gòu)樹醇U（Kazinol U）［106］可以抑制TYR和TRP-2的活性，從而破壞黑色素的生物合成途徑.其中，PTU通過疏水相互作用與酶結(jié)合，阻止底物進(jìn)入活性位點從而抑制黑色素的生成［105］.構(gòu)樹醇U是另一種通過抑制酪氨酸酶和酪氨酸相關(guān)蛋白，顯著干擾黑素生成的化合物.構(gòu)樹醇U是從?？浦参锏奶崛∥镏蟹蛛x得到的戊烯基黃酮.研究表明，構(gòu)樹醇U通過抑制黑色素合成過程中的轉(zhuǎn)錄因子MITF及其下游靶基因酪氨酸酶、TRP-1和TRP-2來降低黑素生成［107］.構(gòu)樹醇U結(jié)構(gòu)中的異戊二烯基可能有利于細(xì)胞滲透性的提高，因此其對TYR的抑制效果比熊果苷更好［108］.

3.4 影響黑素細(xì)胞增殖及黑素顆粒擴(kuò)散的小分子化合物

人類皮膚的色素沉著是由黑素小體和黑素細(xì)胞合成并轉(zhuǎn)移到角質(zhì)形成細(xì)胞的黑色素含量決定的［109］.黑素小體可以通過胞吐作用、細(xì)胞吞噬作用、漿膜融合和膜小泡等多種機(jī)制向角質(zhì)形成細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)移［110］.壬二酸（Azelaic Acid）是一種直鏈飽和二元羧酸類化合物，主要從小麥、黑麥和大麥中獲取.壬二酸已被證實是一種酪氨酸酶的競爭性抑制劑［111］，并影響黑素小體的轉(zhuǎn)運過程［56］.煙酰胺（3-吡啶羧酰胺，NA，又名維生素B3）是一種廣為熟知的皮膚美白劑，具有抑制黑素小體轉(zhuǎn)移的功能［57］.Kim等［112］認(rèn)為硝酰多巴胺（NND）是一種NA的類似物，可以減少皮膚色素沉著.隨后，Kim等［113］闡明了NND與色素沉著過程相關(guān)的美白機(jī)制.用NND處理B16F10黑色素瘤細(xì)胞時，結(jié)果顯示NND不抑制TYR的表達(dá)，與NA相比，NND能有效抑制黑素小體轉(zhuǎn)移，且不影響細(xì)胞活力.此外，Eisenman等［114］證實NND通過吞噬作用抑制黑素小體的轉(zhuǎn)移.

4 總結(jié)與展望

人類皮膚色素過度沉著不僅影響美觀，同時也給人們的生活和健康帶來一系列的困擾，因此有關(guān)黑色素的合成、影響黑素合成的因素以及相關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制的研究有一定意義.近年來，人們對黑素細(xì)胞生物學(xué)及其潛在機(jī)制的認(rèn)識取得了重大進(jìn)展，為發(fā)現(xiàn)新的黑素生成抑制劑開辟了新的研究方向.然而，在黑色素的化學(xué)合成以及化學(xué)調(diào)控方面的研究仍存在著很多困難和挑戰(zhàn)，尤其是缺乏小分子對黑色素功能調(diào)控的具體化學(xué)機(jī)制或反應(yīng)機(jī)理的研究報道，大多停留在探究小分子與黑色素合成的相關(guān)通路和酶的相互作用層面.在自然界中，黑色素顆粒有無數(shù)明確的形狀和大小，如常見的桿狀、片狀和中空等形式［115］.通過化學(xué)手段合成不同形態(tài)的黑色素可能具有一些新的功能，而這些新方向有待化學(xué)家、材料學(xué)家和生物學(xué)家的共同探索.