影响皮肤黑素沉着的美白制剂及其作用机制研究进展

孙　蓓　李　潇　综述，卢永波　审校

（陕西博溪生物科技有限公司陕西西安710038）

·综述·

影响皮肤黑素沉着的美白制剂及其作用机制研究进展

孙蓓李潇综述，卢永波审校

（陕西博溪生物科技有限公司陕西西安710038）

人体皮肤黑素沉着受多重机制调控，包括转录调节、黑素合成调节、黑素转运调节及黑素分布、降解调节等。目前，美白制剂的主要调控途径是通过在黑素合成过程中抑制酪氨酸酶活性达到美白效果，但是通过其他作用机制也能调控黑素的生成继而影响肤色。本文主要从黑素沉着形成过程将美白制剂分类并阐述其作用机制。

美白制剂；黑素沉着；酪氨酸酶活性；黑素小体转运；黑素降解

近年来，随着大家对皮肤表观审美水平的提高，美白类化妆品受到越来越多东方女性的青睐。除此之外，在西方国家，美白产品被应用于无规律色素过度沉着的预防和治疗中，如：老年斑、雀斑等。因此，众多化妆品公司及研究机构在改变皮肤色素沉着方面投入大量的研究，进行新型美白制剂的开发和验证。人皮肤和头发的颜色主要是由黑素的数量、分布及类型来决定。黑素是一种高分子生物色素，由分布在表皮基底层的黑素细胞合成［1］。在黑素细胞内，黑素的合成场所是黑素小体。黑素小体含有黑素合成所需的相关酶类，并可在黑素合成后从黑素细胞核周区域转运至角质形成细胞内，继而在角质形成细胞的胞核周围形成帽状结构，保护DNA免受紫外线辐射的损伤［2］。

黑素从合成到分布至角质形成细胞最终导致色素沉着主要包括以下几个步骤：①黑素合成相关酶类基因的转录和活化，例如：酪氨酸酶（tyrosinase，Tyr）、酪氨酸相关蛋白1（tyrosinase-related protein-1，TRP-1）、酪氨酸相关蛋白2（tyrosinaserelated protein-2，TRP-2）；②黑素在黑素小体内的合成；③黑素小体的转运，主要包括黑素从黑素细胞核周区域转运至黑素细胞胞膜及黑素细胞胞膜转运至角质形成细胞内两个过程；④黑素在角质层的分布与降解。尽管目前市场上大多数美白制剂是通过抑制酪氨酸酶的酶活起作用，但是通过其他作用机制也能调控黑素的生成，影响肤色。本文主要从黑素沉着形成过程将美白制剂分类并阐述其作用机制。

1　抑制黑素合成相关酶类基因的转录作用

酪氨酸酶是黑素合成的主要限速酶，因此目前市场上的美白制剂主要通过抑制酪氨酸酶的表达和活性来实现。黑素细胞中酪氨酸酶的基因转录是在小眼转录因子（microphthalmia transcription Factor，MITF）的调控下进行的。MITF是黑素细胞增殖及黑素生成过程中起决定性作用的转录因子。现在研究表明，很多信号途径参与调节MITF的表达，例如：Wnt信号途径、cAMP信号途径、P38及MAP激酶信号途径等［3］。因此，很多美白制剂可通过上述信号通路影响MITF的水平，继而影响酪氨酸酶的表达，达到美白的效果。例如：［8］-姜辣素能够通过下调MAPK及cAMP信号通路抑制MITF的表达，随后下调酪氨酸酶表达水平，减少皮肤黑素沉着［4］；橘皮苷能够增强磷酸化的胞外信号调节激酶1/2（p-Erk1/2）的表达水平，即通过Erk信号通路的调节削弱MITF的表达，有力减少酪氨酸酶、酪氨酸酶相关蛋白酶1及2的水平，最终导致黑素生成的抑制［5］。

2　抑制黑素的合成

在完成黑素合成相关基因转录后，黑素在黑素小体内主要通过酪氨酸酶的作用进行合成。在此过程中，美白制剂的作用靶点主要有以下两方面：①抑制酪氨酸酶的酶活；②酪氨酸酶的转录后调节。其中抑制酪氨酸酶的酶活作用是目前市场上大多数美白化妆品类的常用作用机制。

2.1抑制酪氨酸酶的酶活

酪氨酸酶是一种含铜的金属酶，每一个亚基含两个金属铜离子，两个铜离子分别与蛋白质分子中的组氨酸结合，构成Tyr催化氧化反应活性中心。当酪氨酸等物质与酶形成过渡态络合物时，主要是羟基与酶的活性中心上的原子键合而发生作用［6］。因此，美白制剂可针对此靶点进行酪氨酸酶活性的抑制。例如：醌类相关成分，主要代表物为氢醌、熊果苷等。氢醌主要通过连接至酪氨酸酶活性中心的组氨酸位点，直接抑制黑素的合成［7］。熊果苷是氢醌的衍生物，作用途径同氢醌类似［8］，可在不影响酪氨酸酶基因及蛋白水平的条件下抑制黑素沉着。从微生物代谢物中提取出的活性成分，如：曲酸、壬二酸等也是通过直接抑制酪氨酸酶的酶活发挥美白作用。曲酸是由亲水性真菌代谢物中提取获得，主要通过对酪氨酸活性中心的铜原子螯合作用抑制酶活［9］；壬二酸可以连接至酪氨酸酶的氨基及羧基，阻止底物酪氨酸同酶活性中心的连接，即竞争抑制作用来抑制酶活［10］。除此之外，考虑到美白制剂作为局部用药时的长期性所带来的各种副作用，越来越多更高效特异且安全的美白制剂被开发验证。有研究者将丁雷锁辛同氢醌、熊果苷、曲酸等传统的酪氨酸酶活性抑制剂进行安全性及功效性比较，结果显示丁雷锁辛在功效方面要远远高出上述三种制剂，并且毒性刺激性更弱，可以作为一个更有价值的活性物应用于人体黑素沉着紊乱的调节［11］。

2.2酪氨酸酶的转录后调节

这类制剂主要通过加速酪氨酸酶的分解作用来调节黑素沉着，如脂肪酸中的亚麻油酸及次亚麻油酸。在黑素细胞中，酪氨酸酶经历内质网到高尔基体的快速处理后，亚麻油酸或次亚麻油酸可以增强成熟酪氨酸酶的泛素化，泛素化的酪氨酸酶能够被整合入内质网相关的降解途径（ER-associated degradation，ERAD），继而酪氨酸酶被降解，黑素生成受到抑制［12］。近年有研究者发现，脂肪酸中的二十二碳六烯酸（DHA）能够在不影响MITF表达及ERK、Akt信号通路的条件下有效减少酪氨酸酶水平。通过蛋白酶体抑制剂对黑素细胞进行预处理后发现，DHA诱导酪氨酸酶减少的现象被终止［13］。但与之相反的，脂肪酸中的棕榈酸能够减少酪氨酸酶的蛋白酶体降解，使黑素小体内黑素合成，最终导致黑素沉着。另外，与脂肪酸通过酪氨酸酶的泛素蛋白酶体降解系统类似，细胞磷脂酶D2同样也能够通过酪氨酸酶的蛋白酶体降解作用来下调黑素合成水平，减少黑素的沉着［14］。以上制剂通过对酪氨酸酶的转录后调节来调控黑素分泌及酪氨酸酶的降解，可以作为解决皮肤色素过度沉着的选择方案之一。

3　抑制黑素小体的转运

UVB辐照是诱导皮肤色素沉着的强烈的外源性刺激因子，它除了能够促使角质形成细胞合成分泌多种神经肽和促炎因子间接刺激黑素细胞合成分泌黑素外，还能够促进黑素小体从黑素细胞至角质形成细胞的转运过程［15］。目前认为，黑素小体转运的主要调节剂是角质形成细胞膜表面的蛋白酶活性受体2（PAR-2），PAR-2是一个七次跨膜蛋白，能通过丝氨酸蛋白酶的裂解而被活化［16］。现有研究表明，在角质形成细胞中，PAR-2介导的角质形成细胞对黑素小体的吞噬作用是Rho蛋白依赖性，并且PAR-2的活化可使cAMP表达上调，最终角质形成细胞突触膜数量和长度增加，黑素小体的传递增强［17］。目前，具有抑制黑素小体转运作用的代表型制剂是烟酰胺。烟酰胺对蘑菇酪氨酸酶的催化活性作用没有影响，并且对单独培养的黑素细胞的黑素合成能力也没有影响。然而，在角质形成细胞及黑素细胞的共培养体系及含有黑素细胞的三维表皮模型中，烟酰胺显示对黑素小体的转运系统有35%～68%的抑制作用［18］。N-烟酰胺是烟酰胺的衍生物，其不仅具有抑制黑素小体转运的作用，还可以通过基因水平抑制MITF的表达来减少黑素合成［19］。除此之外，有研究者发现天然酵母提取物功效成分EP-2除了具有抑制黑素小体转运的作用外，用EP-2处理B16F10黑素瘤细胞后，细胞内的酪氨酸酶活性被减弱，同时MITF的表达没有减少。因此认为EP-2美白功效途径主要是抑制黑素小体转运以及抑制酪氨酸酶活性［20］。以上制剂不仅可通过对黑素小体转运的调节对皮肤黑素沉着产生影响，而且有的制剂还可通过MITF基因表达、酪氨酸酶活性等水平影响皮肤黑素沉着。

4　加快黑素在角质层的降解

黑素小体从黑素细胞传递至角质形成细胞后，随着角质形成细胞不断向表皮角质层上移并完成分化过程，其胞质内的黑素小体也不断降解，黑素小体结构在达到角质层时消失。因此，很多美白成分可以通过加速表皮层的脱落达到皮肤亮白的效果。如全反式维A酸对皮肤的美白作用主要通过促进角质形成细胞的增殖以及加速表皮层的脱落来实现，用全反式维A酸处理单层培养的黑素细胞以及含黑素细胞的三维皮肤模型时，并未观测到对黑素合成的抑制作用。用全反式维A酸处理含黑素细胞的三维皮肤模型，尽管其表皮层的脱落速度被加快，但由于模型中含有黑素颗粒的角质层需要通过快速而强劲的冲洗才能够去除，这对于暴露于空气后再培养1周的皮肤模型来说很难再现。因此，以上结果中黑素生成未增加提示全反式维A酸不能直接对黑素细胞产生黑素合成的抑制作用，同时也不能对黑素细胞、角质形成细胞、成纤维细胞之间的细胞间影响，如旁分泌带来抑制作用［21］。除此之外，羟基乙酸也可通过诱导角质形成细胞的增殖脱落来起到美白作用。研究者发现，三维皮肤模型进行羟基乙酸的处理后，表皮层的基底细胞增殖能力明显提升，这种应答是通过瞬时受体电位离子通道1（TRPV1）的活化及ATP的释放来介导。以上美白制剂主要通过刺激细胞更新，去除黑素化的角质形成细胞来造成黑色素的损耗［22］。美白制剂及其相关作用机制见表1。

5　小结

随着对皮肤黑素沉着机制研究的深入，美白制剂的作用靶点途径也随之增多。尽管目前市场上美白制剂的功效性仍以抑制酪氨酸酶途径为主，但以联合多种美白作用机制来增强美白功效的策略受到越来越多化妆品公司及研究机构的重视。除此之外，美白制剂的安全性也是皮肤亮白功效研究中的重中之重。因此，未来可供使用的美白类化妆品及可用于治疗和预防作用的美白制剂的安全性及功效性的提高，还有赖于对皮肤黑素沉着通路的进一步研究探索。

表1　美白制剂及其相关作用机制

［1］Inês Ferreira dos Santos Videira，Daniel Filipe Lima Moura，Sofia Magina.Mechanisms regulating melanogenesis［J］.An Bras Dermatol，2013，88（1）:76-83.

［2］Yamaguchi，YujiHearing，VincentJ.Physiologicalfactors that regulate skin pigmentation［J］.Bio Factors，2009，35（2）: 193-199.

［3］Ho-Sung Lee1，Myeong-Jin Goh，Junil Kim，et al.A systemsbiological study on the identification of safe and effective molecular targets for the reduction of ultraviolet B-induced skin pigmentation［J］.Sci Rep，2015，5:10305.

［4］Huey-Chun Huang，Yin-Chun Chou，Chia-Yin Wub，et al.［8］-Gingerol inhibits melanogenesis in murine melanoma cells through down-regulation of the MAPK and PKA signal pathways［J］.BiochemBiophysResComm，2013，438（2）: 375-381.

［5］HeunJooLee，WooJinLee，SungEunChang，etal. Hesperidin，A Popular Antioxidant Inhibits Melanogenesis via Erk1/2 Mediated MITF Degradation［J］.Int J Molecul Sci，2015，16（8）:18384-18395.

［6］van Gastel M，Bubacco L，Groenen EJ，et al.EPR study of the dinuclear active copper site of tyrosinase from Streptomyces antibioticus［J］.FEBS Lett，2000，474（2-3）:228-32.

［7］Anna Palumbo，Marco d'lschia，Giovanna Misuraca，et al. Mechanism of inhibition of melanogenesis by hydroquinone［J］.Biochim BiophysActa，1991，1073（1）:85-90.

［8］Kazuhisa maeda，minoru fukuda，Minoru Fukuda.Arbutin: MechanismofItsDepigmentingActioninHuman Melanocyte Culture［J］.J Pharmacol Exper therap，1996，2（276）:765-769.

［9］CabanesJ，ChazarraS，Garcia-CarmonaF.Kojicacid，a cosmetic skin whitening agent，is a slow-binding inhibitor of catecholase activity of tyrosinase［J］.J PharmPharmacol，1994，12（46）:982-985.

［10］Parvez S，Kang M，Chung HS，et al.Survey and Mechanism of Skin Depigmenting and Lightening Agents［J］.Phytother Res，2006，20:921-934.

［11］Kolbe L，Mann T，Gerwat W，et al.4-n-butylresorcinol，a highlyeffectivetyrosinaseinhibitorforthetopical treatment of hyperpigmentation［J］.J Eur Aca Dermatol Venereol，2013，27:19-23.

［12］Ando H，Wen ZM，Kim HY，et al.Intracellular composition of fatty acid affects the processing and function of tyrosinase through the ubiquitin-proteasome pathway［J］. Biochem J，2006，394（1）:43-50.

［13］BalcosMC.Docosahexaenoicacidinhibitsmelanin synthesis in murine melanoma cells in vitro through increasing tyrosinase degradation［J］.Acta Pharmacol Sin，2014，35（4）:489-495.

［14］Balcos MC，Kim SY，Jeong HS，et al.Down-regulation of Melanogenesis by Phospholipase D2 through Ubiquitin Proteasome-mediatedDegradationofTyrosinase［J］.J Biolog Chem，2004，279（26）:27774-27780.

［15］Virador VM，Muller J，Wu X.Influence of a-melanocytestimulating hormone and of ultraviolet radiation on the transfer of melanosomes to keratinocytes［J］.The FASEB J，2001，16（1）:105-107.

［16］Seiberg M，Paine C，Sharlow E.Inhibition of Melanosome Transfer Results in Skin Lightening［J］.J Invest Dermatol，2000，115:162-167.

［17］ScottG，LeopardiS，ParkerL，etal.TheProteinase-Activated Receptor-2 Mediates Phagocytosis in a Rho-Dependent Manner in Human Keratinocytes［J］.J Invest Dermatol 2003，121:529-541.

［18］Hakozaki T，Minwalla L，Zhuang J，et al.The effect of niacinamide on reducing cutaneous pigmentation and suppression of melanosome transfer［J］.Bri J Dermatol，2002，147（1）:20-31.

［19］Kim B，Lee SH，Choi KY，et al.N-nicotinoyl tyramine，a novel niacinamide derivative，inhibits melanogenesis by suppressing MITF gene expression［J］.Eur J Pharmacol，2015，764:1-8.

［20］Lee WJ，Rhee do Y，Bang SH，et al.The natural yeast extract isolated by ethanol precipitation inhibits melanin synthesis by modulating tyrosinase activity and downregulating melanosome transfer［J］.Biosci Biotechnol Biochem，2015，79（9）:1504-1511.

［21］Yoshimura K，Tsukamoto K，Okazaki M，et al.Effects of alltrans retinoic acid on melanogenesis in pigmented skin equivalents and monolayer culture of melanocytes［J］.J Dermatol Sci，2001，27 Suppl 1:S68-75.

［22］Denda S，Denda M，Inoue K，et al.Glycolic acid induces keratinocyte proliferation in a skin equivalent model via TRPV1 activation［J］.J Dermatol Sci，2010，57（2）:108-113.

Whitening agents for skin hyperpigmentation and their mechanisms of action

SUN Bei，LI Xiao，LU Yong-bo
（Shaanxi BioCell Biotechnology Co.Ltd，Xi'an 710038，Shaanxi，China）

Skin pigmentation is mainly realized through the following process:melanogenesis gene transcription，the synthesis of melanin，melanosomes transfer into keratinocytes，the distribution of melanin in skin cells and degradation.The effect of whitening agents mainly from inhibiting the activity of tyrosinase，through other mechanisms also can regulate the formation of melanin that affect the skin color.In this article，we classified the whitening agents and described their mechanisms according to the formation of melanin pigmentation.

whiteningagents；hyperpigmentation；tyrosinaseactivity；melanosomestransfer；melanin degradation

R364.2+3

A

1008-6455（2015）22-0082-04

2015-08-12

2015-10-28

编辑/李阳利

卢永波，陕西博溪生物科技有限公司首席运营官；研究方向：体外重组皮肤及体外测试技术研发