生物活性多肽在美容護膚領域應用及技術研究進展

李小靜 黃虎 陶侃 郭莉莉 常懷龍

01生物活性多肽概述

1.1 生物活性多肽簡介

肽（Peptides）[1] 是分子結(jié)構(gòu)介于氨基酸和蛋白質(zhì)的一類化合物，由2 個或2 個以上氨基酸通過α- 氨基（-NH2）和α- 羧基（-COOH） 脫水縮合形成肽鍵后連接形成。氨基酸為其組成單位，本質(zhì)與蛋白質(zhì)相同并保留一定的生理活性，是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能片段（見圖1）。生物活性肽是指對生物機體的生命活動有益或具有生理作用的肽類化合物， 又稱功能肽。人體存在20 種氨基酸， 不同的氨基酸按照特定序列脫水縮合形成肽鍵，由于氨基酸的種類、數(shù)量及排列順序差異以及其可能存在二級、三級結(jié)構(gòu)不同，導致形成的多肽種類十分龐大[2]。每一種活性肽都具有獨特的組成結(jié)構(gòu)，因此肽類具有復雜的結(jié)構(gòu)與功能。

1.2 多肽常見分類及來源

一般說來， 活性生物多肽按照化學方法分為天然活性多肽、半合成多肽、合成多肽；按照分子量或氨基酸的組成數(shù)量的大小可分為大分子多肽和小分子多肽；按照結(jié)構(gòu)[3] 可分為直鏈多肽（Linear Polypeptide）、環(huán)狀多肽（Cyclic Polypeptide）、環(huán)酯肽（Cyclo Depsipeptide） 等；按照來源可以分為植物多肽、動物多肽、海洋生物多肽、化學合成多肽等[4]；按照功能性機制可以分為信號肽、承載肽、神經(jīng)遞質(zhì)抑制肽、酶抑制劑等[5]；另外，按照應用方向可分為食品感官肽、藥物活性肽、美容多肽等。（表1 為多肽分類及其示例）。

目前，生物活性肽的制備方法包括直接提取法（即分離提?。⒚附到夥?、基因重組及人工合成法等。其中分離提取法是將活性肽從相應的組織或器官中提取出來，由于生物體多肽含量低，不利于規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，且成本高，逐步被替代；另外酶降解法是用生物酶催化蛋白質(zhì)降解得到多肽，其分離純化難度大，不利于得到純肽；人工合成法是目前最常用的方法，主要包括化學合成、生物合成等。目前，化學合成技術成熟，已經(jīng)廣泛應用在工業(yè)量產(chǎn)中。另外，多肽的生物合成法主要通過傳統(tǒng)的酶法與基因工程串聯(lián)表達后再酶切為主，由于酶切特異性及修飾基的多樣性加大了合成難度，故此方法目前仍處于逐步發(fā)展階段，一旦技術成熟，前景可觀。

02生物學功能特點解析

早在1902 年，德國科學家赫爾曼·埃米爾·費雪就開拓了蛋白質(zhì)研究，確定了多肽由氨基酸通過肽鍵連接形成，費雪也因此獲得了諾貝爾化學獎。百年來，諾貝爾獎曾經(jīng)為肽類研究設立了20 次獎，有十多位科學家榮獲過這一至高榮譽，涵蓋諾貝爾化學獎、諾貝爾生理及醫(yī)學獎等。1984 年，美國科學家利菲爾德發(fā)現(xiàn)了多肽對人體的生長發(fā)育、新陳代謝、疾病、衰老、死亡起著關鍵性作用，他也榮獲了諾貝爾化學獎。在皮膚新陳代謝及衰老領域研究中，多肽在皮膚細胞增殖、遷移、再生、修復、清除色素、蛋白合成及分泌、代謝和調(diào)控等方面都取得了明顯的成果[6]。1986 年美國科學家因發(fā)現(xiàn)小分子活性多肽促進表皮細胞生長，獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎。1999 年，諾貝爾獎獲得者美國布洛貝爾教授發(fā)現(xiàn)信號肽，它決定了蛋白質(zhì)在細胞間的轉(zhuǎn)移和定位，這也是生物多肽重要的生理學功能、效應以及臨床應用意義。

概括來說，多肽體現(xiàn)生理活性主要為參與調(diào)節(jié)生物體蛋白質(zhì)的合成、轉(zhuǎn)運、分解以及代謝，促進生物體內(nèi)相關細胞增殖和分化，對機體的生命活動、生理系統(tǒng)進行有效的調(diào)控，是機體重要的組成部分。隨著多肽在抗氧化、抗菌、抗腫瘤、調(diào)節(jié)神經(jīng)信息傳遞、免疫、微量元素運輸、降膽固醇、降血壓等方面的功能逐漸被發(fā)現(xiàn)，其已經(jīng)被廣泛應用于食品、藥品、醫(yī)學等領域[7-9]。

03美容護膚領域應用技術進展研究

3.1 活性肽在美容護膚領域應用現(xiàn)狀

基于以上的多肽理論，外用活性多肽起到一定的護理和防御、減緩衰老、恢復皮膚年輕態(tài)的作用，美容化妝品不斷涌入市場，以其溫和、顯著、高效的特性而備受追捧[10]。我國早期應用美容護膚多肽類主要以肌肽、谷胱甘肽為主，該兩種多肽為天然活性肽，具有較強的抗皺和美白功效，得到了消費者的廣泛認可。其中，肌肽可清除過剩的自由基、活性代謝產(chǎn)物，從而具有明顯的延緩皮膚衰老作用[11]。另外，谷胱甘肽能顯著抑制黑色素的生成，清除自由基，顯著調(diào)節(jié)、改善皮膚的抗氧化能力[12]。1973 年，銅肽開始應用在美容護膚領域，美國學者發(fā)現(xiàn)銅肽在修復皮膚損傷、治療傷口方面有明顯的效果。杜蘭大學醫(yī)學院通過臨床試驗證實銅肽能改善皮膚的衰老，對皮膚損傷進行修復，提升皮膚彈性。

近年來，活性多肽被廣泛應用在美容護膚領域如皮膚抗衰老和美容方面[13]，尤其是小分子活性肽，具備高生物活性、溫和無毒的特點，能顯著改善皮膚相關問題[14]。隨著消費者對于美容護膚的需求不斷提升，越來越多的廠商開始投入多肽研究，市場上知名化妝品企業(yè)也不斷推出多肽的產(chǎn)品，如《已使用化妝品原料目錄（2021 年版）》中多肽種類可達70 余種。筆者匯總了截至目前美麗修行大數(shù)據(jù)收錄的備案產(chǎn)品使用次數(shù)排名靠前的多肽及其使用品牌，并歸納了相關多肽的作用機制（見表2）。

從整體角度來看，現(xiàn)階段我國市面上美容護膚品中所涉及的多肽主要為小分子功能性多肽，這些多肽大部分為化學合成。在功能機制上，具有抗皺、緊致、美白等功效的多肽仍然是目前原料使用的主流方向。同時，在美容護膚領域中信號肽如棕櫚酰五肽-4、承載肽如三肽-1 銅（藍銅肽）、神經(jīng)遞質(zhì)肽如乙酰基六肽-8，由于其作用機制特點等應用廣泛，具有消費者認知度、接受度高的特點。國內(nèi)外品牌中，如寶潔的SK-II、OLAY 的“大紅瓶” 等使用棕櫚酰五肽-4 作為抗皺、緊致主打；資生堂旗下醉象打造的藍銅系列主打敏感抗老修護；珀萊雅推出“紅寶石面霜” 等以乙酰基六肽-8 等多肽復配作為抵御動態(tài)紋宣傳。消費者需求呈逐年上升趨勢，多肽依舊是美容護膚領域三大明星成分之一，極具市場潛力。

3.2 活性肽美容護膚應用局限性分析

在實際應用中，活性生物多肽因獨特的結(jié)構(gòu)特點及生理功能性導致其存在一定的局限性，如親水性較強、滲透性略低、難以滯留皮膚、生物利用率低等。筆者概括了其局限性問題，以供參考。

3.2.1 功效方向相對單一性

多肽一般作用于皮膚某個微觀受體（ 通常稱為靶點），具有抗皺、美白、保濕、抗氧化、修復等不同功效，且有比較高的生物活性，一般只需要添加幾個到幾百個ppm 即可有顯著效果[15]。多數(shù)多肽在功效上機理通路比較單一，導致其作用靶點特異性強，因而某多肽只在某功效領域或者皮膚層次中起作用，無法體現(xiàn)功效的全面性，增大了使用成本。如經(jīng)典抗皺肽乙?；?8 可以抑制動態(tài)紋，其作用機理是抑制乙酰膽堿的釋放，但是對促進膠原蛋白表達方面暫無相關報道；目前市場常見的美容肽功效一般比較單一，皮膚獲得的效果有限，大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)應用上選擇協(xié)同復配，即多種多肽聯(lián)合使用或者復配其他高效原料共同使用，以期得到更高功效而提升市場競爭力?？梢?，開發(fā)全面性的功效、多重靶點的高能多肽，可大大提升原料利用率，達到極簡護膚的效果。

3.2.2 生物利用度相對較低

一直以來人們根據(jù)分子的大小來對其吸收程度大小進行判斷，片面地認為小分子物質(zhì)更容易被吸收和利用。然而，多肽結(jié)構(gòu)上含有游離的氨基或者羧基決定了其親水性更強，不易在皮膚上透皮吸收。據(jù)調(diào)研，大多數(shù)美容多肽在皮膚上的滲透率僅為1% 左右。美容肽的皮膚滲透性差，在皮膚上施用后會導致大量的浪費；同時，多肽類是許多蛋白酶水解的底物，大部分多肽類會在皮膚組織中被各種蛋白酶降解成片段或者短肽，進而使其失去原有功效性，難以高量滯留在皮膚中，使用時生物利用度很低，實際應用中受到很大限制。這種產(chǎn)品的高成本強加給了消費者，卻沒有產(chǎn)生與之相配的肽的效果。

3.2.3 缺乏行業(yè)統(tǒng)一安全質(zhì)控標準

目前，由于缺乏國家統(tǒng)一的質(zhì)量及安全標準，活性肽在生產(chǎn)應用中基本上按照企業(yè)標準來執(zhí)行，大多靠企業(yè)自身約束，輸出市場產(chǎn)品品質(zhì)參差不齊，消費者的權益也無法得到保障。

據(jù)了解，多肽命名方式大多沿用國際化妝品原料名，即美國個人護理品協(xié)會 （PCPC） 對肽的命名描述規(guī)則，由修飾基—氨基酸數(shù)—后綴序號三部分組成，比較簡略且缺乏細節(jié)指導，存在同一INCI 名，但實際可能不是同一個物質(zhì)，如氨基酸的種類與個數(shù)一致，但排序不一致的情況。另外，還存在同一俗名下實際是不同多肽的情況，如Lipotec 公司有兩款功能完全不同的“乙酰六肽”，抗皺功效或豐胸功效。

不同多肽導致功效性差異大，缺乏一定的指導原則，質(zhì)量控制如雜質(zhì)含量不明確等也給實際生產(chǎn)應用造成了一定的困難。

04活性肽美容護膚應用技術研究

隨著消費者對于美容多肽的需求日益提升，國內(nèi)外眾多原料商以及日化企業(yè)在實際生產(chǎn)中，不斷優(yōu)化應用技術，如對多肽進行結(jié)構(gòu)修飾、超分子自組裝、載體遞送技術促滲及維持穩(wěn)定性等，以下簡單匯總了幾類近年來的多肽應用技術，以為實際生產(chǎn)應用提供思路參考。

4.1 分子改性研究

由于小分子直鏈肽存在穩(wěn)定性低、易降解、失活、透皮吸收率差等問題，研究人員不斷進行拓展，采用包括非天然氨基酸修飾、逆肽策略、環(huán)化策略以及高級脂肪酸修飾、聚乙二醇修飾等增強多肽分子代謝穩(wěn)定性，其中高級脂肪酸修飾最為普遍、簡便。

4.1.1 疏水基團改性

高級脂肪酸包括但不限于棕櫚酸、油酸、肉豆蔻酸等，或乙酸等親脂基團通過酰化反應將其修飾到多肽氨基酸殘基末端、或者中端，大大提升了多肽的親油疏水性。改性疏水基團能夠達到促進多肽吸收的作用，同時使多肽滲透后不易被降解，滯留在皮膚層次中從而起效。另外，疏水基團的加入增強了與其他基團的親和性，更容易與脂質(zhì)體、細胞膜等結(jié)合，起到緩釋、穩(wěn)定的作用。研究表明，棕櫚酰五肽-4 作為一種信使肽，能夠促進皮膚真皮層中膠原蛋白和彈性蛋白的合成，其改性后其滲透能力相比于原五肽-4 大大提升進而發(fā)揮作用[16]。如表2 所示，棕櫚酰五肽-4 被廣泛應用在如SK-II、高絲、萊珀妮等知名高端品牌中，主打抗皺、緊致等功效，深受消費者喜愛。

4.1.2 約束肽技術

自然界中植物、真菌，以及海洋生物等生物有機體中存在環(huán)狀肽[17]。環(huán)狀肽是具有特殊的生物活性、較強的藥理活性的一類肽。與其他線性肽相比，大多數(shù)環(huán)肽結(jié)構(gòu)具有約束性結(jié)構(gòu)，屬于約束肽，更加穩(wěn)定，具有脂溶性高、穿膜性強、體內(nèi)半衰期長等優(yōu)點[18]，環(huán)肽的這種獨特的拓撲化學結(jié)構(gòu)使它們對化學、熱和生物降解異常穩(wěn)定，超強的穩(wěn)定性使其在醫(yī)藥領域方面取得很多進展[19，20]。自然界中已發(fā)現(xiàn)1000 多種環(huán)狀肽，其中臨床已獲批了超過40 種環(huán)肽藥物，在醫(yī)藥領域環(huán)肽功效豐富[21]。

目前，環(huán)狀肽在化妝品領域中的應用較為少見。德國默克推出一款Cyclopeptide-5 環(huán)五肽[22]，其穩(wěn)定性、生物特性優(yōu)于一般小分子肽。據(jù)其體外研究結(jié)果，該肽一方面能夠抑制膠原酶和彈性蛋白酶等細胞外基質(zhì)的蛋白降解酶；另一方面，它激活纖維蛋白、層黏連蛋白和膠原來增強細胞外基質(zhì)的穩(wěn)定性，從而達到抗皺、緊致的功效?？梢姡s束肽策略制備多肽并應用在化妝品領域，是極具有創(chuàng)新性的潛在方向。

4.1.3 超分子自組裝技術

眾所周知，小分子肽可透皮但易被蛋白酶切割與降解，長肽則因分子量大難以透皮。佰鴻集團研究人員利用多肽自組裝技術實現(xiàn)納米級別的多肽束[23]，據(jù)其稱該技術得到的納米“膠束”，可以穩(wěn)定透皮吸收，并攜帶其他活性成分進入皮膚組織中，但此法對于多肽分子結(jié)構(gòu)、分子量大小等要求較高，廣譜性較差，目前應用范圍不廣泛。

4.2 載體遞送增強穩(wěn)定性及生物利用度

基于多肽親水的特性，研究人員通過一定的高分子材料和制劑工藝進行修飾和改性，或通過特殊載體進行遞送，如將脂質(zhì)體、乳化劑、囊泡、納米粒子等與多肽結(jié)合，該技術顯著增加功效成分在護膚靶部位高濃度滯留，不易被降解，提高活性成分的穩(wěn)定性，進而有效提升多肽的生物利用度。

4.2.1 載體遞送增強滲透性

將多肽/ 修飾后，利用相似相容原理將其包裹入具有兩親結(jié)構(gòu)的特殊分子中，多肽包裹于脂質(zhì)體囊泡中形成封閉包膜，使有效成分與外界接觸幾率減少，有效成分更加穩(wěn)定，減緩其進入皮膚層次后被降解的程度，緩釋后滯留皮膚中起效。

如寡肽-1 功效強但穩(wěn)定性差，易降解失活，研究人員采用納米脂質(zhì)體包裹后，其穩(wěn)定性高、滲透性好，并且相關成分如卵磷脂屬于人體仿生結(jié)構(gòu)，安全無刺激，相比于原寡肽-1，其在實際應用中極具競爭力[24]。

4.2.2 穿膜肽增強滲透性

1988 年，美國圣路易斯大學醫(yī)學院Green 等首次報道具有跨過多種細胞膜作用的短肽Tat，該短肽被命名為穿膜肽（Cell-penetrating peptides，CPPs）[25]。穿膜肽能透過細胞膜，還可攜帶比其分子量大100 倍的具有不同活性的物質(zhì)進入細胞，其運載能力相比與其他載體，具有穩(wěn)定、快速、高效、廣譜、易吸收的特點，且在一定范圍內(nèi)不會受到機體環(huán)境的影響而造成細胞損傷。穿膜肽攜帶有效成分穿過細胞膜直達皮膚層次發(fā)揮作用，有效滯留，從而達到理想的護膚效果。

2006 年，暨南大學醫(yī)藥生物技術研究中心利用自主構(gòu)建的穿膜肽作為跨膜轉(zhuǎn)運載體，成功攜帶了aFGF 酸性成纖維細胞生長因子進入皮膚細胞內(nèi)，證明了其攜帶大分子蛋白透皮轉(zhuǎn)運的能力。該技術申請了發(fā)明專利[26“] 穿膜肽Tat 介導的生長因子在透皮轉(zhuǎn)運中的應用”。穿膜肽通過涂抹方式使有效成分快速被吸收，相比于各種美容儀器更加便捷高效。

這類透皮短肽代表了基于生物學的新型皮膚滲透促進劑，為大分子透皮提供了新的思路和路徑。另外，將穿膜肽嫁接到相關功效多肽上，實現(xiàn)功效性的同時還可提升滲透率，也是其潛在應用方向之一。

05結(jié)語與展望

隨著醫(yī)學美容、化妝品科學的快速發(fā)展，國內(nèi)近年來在活性生物多肽美容護膚化妝品研究和發(fā)展方面得到了較好的成果。另外，新法規(guī)下國內(nèi)開放關于新原料注冊備案也意味著國內(nèi)關于多肽領域的設計研發(fā)逐步走向突破國外壁壘，實現(xiàn)自主設計與研究的階段。未來在皮膚美容抗衰老化妝品研究應用方面，多肽將會持續(xù)成為主流，通過分子修飾、促滲、經(jīng)皮傳導、控釋、靶向等技術來拓展活性生物多肽的應用范圍另外，其也是諸多抗老除皺等產(chǎn)品最為青睞的主角之一。同時，廣泛使用計算機輔助設計理論模擬篩選多肽功效靶點、功效層次、機理的高通量篩選、預測等具有巨大潛力，可精準定制相關功效的多肽。關于合成多肽，綠色純凈、環(huán)境友好型的生物合成技術也在逐步邁入前沿發(fā)展階段。