抗氧化剂的机理及其在化妆品中应用的研究进展

刘艳红，唐嘉雯，李雪竹

(1 上海新高姿化妆品有限公司研究与创新中心，广东 广州 510370；2 广州澳希亚实业有限公司，广东 广州 510370)

皮肤是人体最大的器官之一，是保护机体免受外界的侵害的第一道天然屏障[1-2]。随着时间的推移，皮肤发生内源性和外源性老化，内源性的老化与遗传密切相关，而外源性的老化主要受到环境和个人生活方式的影响[3-4]。

人体正常的生命活动不可避免的会产生自由基，但由于机体本身存在抗氧化防御系统，具有清除自由基的作用，所以健康的机体内维持着自由基产生与清除的动态平衡，不会损伤机体。众所周知，过度暴晒于太阳辐射、吸烟和环境污染等会激发产生过量的自由基，而过量的自由基会破坏皮肤的生理结构，导致肌肤暗沉、无光泽、松弛、色斑、皱纹等衰老症状[5-6]。

目前，化妆品行业兴起一股抗氧化护肤浪潮，旨在通过抗氧化剂的加入来对抗氧化应激对皮肤产生的损伤，延缓皮肤衰老，解决皮肤由于氧化应激而导致的各种皮肤问题。

本文综述了自由基对皮肤的损伤机制，抗氧化剂的作用机理及其在化妆品中的应用，并对抗氧化剂在化妆品中的应用进行展望。

1 自由基对皮肤的损伤

1954年，科学家杰斯曼提出了自由基理论，自由基是含有未配对电子的分子，具有不稳定和高反应活性等特点。当体内的自由基超过了身体对其的抵抗能力时，这种状况被称为氧化性应激[7]。

自由基对皮肤的损伤表现在导致(1)脂质过氧化；(2)蛋白质氧化；(3)DNA损伤。

1.1 脂质过氧化

脂质过氧化作用是指多不饱和脂肪酸氧化变质生成脂质过氧化产物。皮脂膜是皮肤形成的一层保护膜，它是由皮脂腺里分泌出来的油脂、角质细胞产生的脂质、汗腺里分泌出来的汗液和脱落的角质细胞经过低温乳化形成的。皮脂膜pH值应维持在5～6呈弱酸性的状态，以保持皮肤的健康。自由基会攻击皮脂膜中的不饱和脂肪酸，破坏皮脂膜的成分，导致pH升高，皮肤屏障功能损伤，锁水保湿能力下降，从而导致皮肤干燥。细胞膜的磷脂双分子层是细胞膜的基本骨架，对维持细胞结构和调控细胞功能有重要作用，同时细胞膜上的脂质也是活性氧簇攻击的主要靶点。脂质过氧化作用会破坏膜的完整性并使膜的滤过功能和屏障功能丧失，影响细胞结构和功能[8-9]。

1.2 蛋白质损伤

活性氧可以通过多条信号通路转导，诱导成纤维细胞分泌基质金属蛋白酶-1、基质金属蛋白酶-3和基质金属蛋白酶-9过度表达。过量的MMPs能够降解皮肤细胞外基质，破坏胶原蛋白(纤维)的正常结构，最终导致皮肤衰老，使皮肤呈现松弛，失去弹性并产生皱纹症状[10-11]。

1.3 DNA损伤

活性氧，尤其是·OH，被认为是引起DNA氧化损伤的主要因素之一，羟自由基引起的DNA损伤，可导致DNA结构和功能的变化，进而使DNA中遗传信息的稳定性受到不同程度的破坏，导致基因突变，具有致突、致癌的潜在风险[12]。欧美患皮肤癌的概率远高于中国，这被认为与其喜爱日光浴有关系，紫外线会激增氧化压力产生大量的自由基，自由基会攻击皮肤细胞的DNA，导致遗传物质改变，造成皮肤癌。

2 抗氧化剂的分类

人体具有对自由基的内源性防御机制，分为酶类和非酶类的抗氧化活性机制。

2.1 酶类抗氧化剂

抗氧化酶系统广泛存在于动物、植物和微生物体中，能够有效清除生物体代谢活动产生的活性氧，保护生物体内的生物大分子免受活性氧自由基的氧化损伤。目前在化妆品行业中，应用广泛的酶类抗氧化剂有超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶。

2.1.1 超氧化物歧化酶

2.1.2 过氧化氢酶

过氧化氢酶(CAT)是生物演化过程中建立起来的生物防御系统的关键酶之一。过氧化氢酶广泛存在于原核生物和真核生物体内的末端氧化酶，能够清除生物体内的活性氧过氧化氢，在延缓机体衰老、抵御疾病等方面发挥着重要的作用[14]。过氧化氢酶清除H2O2的原理是催化其发生歧化反应，该反应是以H2O2为底物，通过两步氧化还原反应，催化一对电子的转移而将其歧化为H2O和O2，进而阻断与O2在铁螯合物作用下生成性质活泼的强氧化剂OH·。在这个过程中，必须有两分子H2O2，先后与CAT 的活性位点相遇并紧密结合，才能驱动反应。单功能血红素CAT 参与催化时，一分子H2O2氧化血红素形成一种含氧的共轭形式，另一分子H2O2则作为还原剂与共轭形式的酶结合，再生成水和氧气[15]。总化学反应式为：

2.1.3 谷胱甘肽过氧化物酶

谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)是生物机体内广泛存在的一种重要的过氧化物分解酶。谷胱甘肽过氧化物酶可以通过清除过氧化氢和脂质过氧化物来降低活性氧对机体的损伤。GSH-PX 的催化活性位点是硒半胱氨酸，位于酶分子表面的凹穴处，易于与有机氢过氧化物等底物结合发生反应，GSH-PX 通过催化GSH(还原型谷胱甘肽)与过氧化物反应变为GSSG(氧化型谷胱甘肽)，将对机体有害的过氧化物还原成无毒的醇类，同时使H2O2分解为H2O 和O2，以减轻或消除过氧化物对细胞造成的损伤[15-16]。

目前，在化妆品行业，一部分抗氧化护肤产品会通过添加酶类抗氧化剂来起效，如大宝品牌的SOD蜜，是通过添加超氧化物歧化酶SOD来发挥抗氧化效果，一部分抗氧化产品会通过间接物质的添加来调节促进皮肤组织内超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶活性表达，从而降低氧化压力带来的皮肤损伤。在酶类抗氧化剂应用过程中也存在很多局限，如何保持酶的活性使其能够稳定作用到皮肤上是亟待解决的问题。

2.2 非酶类抗氧化剂

目前应用到化妆品中配方中的非酶类抗氧化成分主要有：维生素C、维生素E、辅酶Q10、谷胱甘肽、α-硫辛酸、类胡萝卜素、天然植物多酚等。这些成分具有良好的抗氧化的功效，可以改善皮肤的状态，延缓皮肤由于氧化导致的衰老症状，在很多化妆品中配方中都有广泛使用。

2.2.1 维生素C

维生素C又称抗坏血酸，是目前广泛应用在护肤品配方中对的水溶性抗氧化剂之一。维生素C有还原型和氧化型两中分子结构，还原型维生素C可直接清除O2·，R·和·OH等自由基。还原型维生素C是通过提供1个氢原子给自由基可转化为半脱氢维生素C，半脱氢维生素C再提供1个氢原子给自由基则可转化为氧化型维生素C。一般认为，维生素C清除自由基的效果与维生素C的浓度有关联，当浓度低时，给出电子形成VC自由基；当浓度较高时给出氢原子，发挥清除自由基的作用[17]。

在化妆品行业中，VC是应用最为广泛的水溶性抗氧化剂之一，但是由于VC本身的强还原性，导致其遇空气、热、光和碱性物质均会加速其氧化变色。目前行业内采取解决方法主要有3个方面：一是开发稳定的VC衍生物，如抗坏血酸葡糖苷、VC乙基醚、抗坏血酸磷酸酯镁/钠和抗坏血酸棕榈酸酯；二是从配方体系上加入多种抗氧化剂来协同抗氧化，延缓VC的氧化；三是从产品包装上利用不透光包材来避免光线对VC造成的氧化加速反应。高浓度的VC护肤品越来越受到消费者的喜爱，如市面上销售的10% VC精华乳，12.5%的VC精华乳因其良好的功效备受消费者喜爱。

2.2.2 维生素E

维生素E(VE)又称生育酚，是一种脂溶性抗氧化剂。VE通过向脂氧自由基或脂过氧自由基提供氢离子来中断脂质过氧化链式反应，从而避免位于皮肤皮脂膜和角质层细胞膜中的多不饱和脂肪酸受到氧自由基的攻击，维护皮肤的屏障功能[17]。同时维生素E还可以直接清除单线态氧，保护维生素C 不被氧化，二者协同作用，具有更好的抗氧化效[18-19]。由于维生素E优良的抗氧性能，可以从源头对抗引起皮肤衰老的自由基，抑制光老化引起的日晒红斑，减少皱纹，滋润肌肤，同时可以提高化妆品配方体系的稳定性，故被广泛的应用到化妆品配方中。

2.2.3 辅酶Q10

辅酶Q10又称泛醌，有氧化型和还原型2种存在状态，发挥抗氧化作用的是还原型Q10。还原型辅酶Q10 可以直接清除自由基，从而发挥抗氧化作用；还原型辅酶Q10可以显著降低由UVA 照射引起的胶原酶mRNA的表达，从而对抗UVA引起胶原纤维的降解；还原型辅酶Q10可以帮助维生素E 转换成稳定状态，协同发挥抗氧化作用[20]。

2.2.4 谷胱甘肽

谷胱甘肽(Glutathione，GSH)是由3个氨基酸组成的小分子活性三肽，有氧化型谷胱甘肽(GSSG)和还原型谷胱甘肽(GSH)两种形式存在。GSH的抗氧化作用依赖于GSH-过氧化物酶-还原酶(GSH- Px-Rx)系统，还原型谷胱甘肽在谷胱甘肽过氧化物酶催化作用下，通过传递电子和质子来清除体内的自由基和脂质过氧化物，而自身被氧化成GSSG。在GSH-过氧化物酶-还原酶(GSH-Px-Rx)系统中，两种类型的谷胱甘肽保持着动态平衡，当氧化型谷胱甘肽积累过多时，谷胱甘肽还原酶就会发挥作用，将部分氧化型谷胱甘肽还原成GSH[21-22]。

2.2.5 α-硫辛酸

α-硫辛酸(Lipoic acid，LA)，是一种以R型对映异构体形式低浓度存在于动植物、微生物等所有细胞中的天然物质。研究表明LA及其还原态二氢硫辛酸(dihydrolipoic acid，DHLA)，具有清除活性氧自由基[23]。丁书红[24]的研究表明正常情况下α-硫辛酸能显著提高黑素细胞的活力，同时还能明显降低氧化应激时黑素细胞内ROS水平，减轻细胞内超微结构的损伤，阻止线粒体去极化及细胞内钙离子的累积，延缓树突的回缩，促进增殖及降低过度激活的自噬水平(P<0.05)。α-硫辛酸兼具水溶和油溶性，易于被皮肤吸收和利用，发挥其抗氧化功效，是天然的良好的抗氧化成分。

2.2.6 类胡萝卜素

类胡萝卜素通常是指含40 碳的碳氢化合物(胡萝卜素) 及其衍生物(叶黄素)两大类色素的总称[25]。类胡萝卜素具有共同的化学结构特征，是由8个异戊二烯基本单位组成的多烯链，通过共轭双键构成的一类化合物或其衍生物[26]。类胡萝卜素可以通过电子转移的方式来清除自由基也可以通过阻断脂质氧化的链式反应两种途径发挥抗氧化作用。除此之外，类胡萝卜素还可以与自由基发生加成反应，形成类胡萝卜素加合自由基[27]。类胡萝卜素清除氧自由基的能力与其分子中共轭双键的数目成正比[28]，常见的类胡萝卜素淬灭氧的能力为番茄红素>虾青素>β-胡萝卜素>>玉米黄素。其中β-胡萝卜素缺乏时会造成VA 缺乏症，进而会影响上皮组织细胞的生长和分化，使人的皮肤变厚、干燥，痂变或产生皱纹。目前在化妆品行业应用比较广泛的有番茄红素、虾青素和β-胡萝卜素。很多日化公司开发了含该类活性成分的护肤品，来改善皮肤。但由于类胡萝卜素对光、热、氧、酸敏感，易发生降解或异构化，所以在应用过程中存在很多局限性。未来需要开发不同的包裹技术来改善类胡萝卜素的稳定性，以便更好的发挥抗氧化的效果。

2.2.7 天然植物多酚

植物多酚(plant polyphenol)是一类广存在于植物体内的具有多元酚结构的次生代谢物。植物多酚的酚羟基结构中的邻位酚羟基容易被氧化成醌类结构，从而消耗环境中的氧，同时对活性氧等自由基具有很强的捕捉能力， 这使多酚具有较强的抗氧化性以及清除自由基的能力[29]。目前，植物多酚作为功能性成分的有益作用被广泛应用到化妆品行业，已经开发出许多基于富含植物多酚提取物的皮肤护理产品。例如，积雪草提取物、芦荟提取物、金缕梅提取物、银杏叶提取物被广泛应用于舒缓修复型化妆品中；以茶多酚为主的茶叶提取物和富含葡萄多酚的的葡萄籽提取物被广泛应用于抗衰老护肤型化妆品中。虽然越来越多的植物多酚被应用到化妆品中，但在多酚的溶解及皮肤渗透方面仍需要进一步研究。为了发挥生物活性，局部应用的物质必须能够从配方中释放出来，到达皮肤，最终克服角质层屏障，渗透到表皮，活性物质进一步透皮释放主要取决于分子性质，如分子量和亲脂性。

3 结 语

在化妆品行业，合理使用抗氧化剂对产品的质量至关重要，如维持配方的稳定性，防止产品颜色香味发生变化，延长产品货架期。目前消费者对一款护肤品的功效需求越来越强烈，抗氧化剂的加入也有利于产品发挥功效作用。无论是酶类抗氧化剂还是非酶类抗氧化剂，由于物质本身的活性，导致其很容易失去活，如何确保这些物质在作用皮肤之前保持活性，是亟待解决的问题。目前行业内针对这一问题的解决方案主要有:①使用包裹技术，使抗氧化剂在作用皮肤发挥作用前与外界隔离;②化学修饰技术，如通过酯化技术修饰，可以改变抗氧化剂的稳定性，溶解性，让其作用到皮肤上更好的发挥作用;③复配抗氧化剂，一个配方中加入多种复合抗氧化剂，如添加维生素C、维生素E以及阿魏酸可以达到协同增效的作用，保护主体抗氧化剂失效。3种方法能在一定程度上解决抗氧化剂不稳定的问题，但是也有局限性，如包裹技术中包封剂的加入也会增加成本，降低有效成分的浓度；化学修饰改变了抗氧化剂的结构，对原有抗氧化剂的功效性可能会造成影响；复配抗氧化剂加入多种抗氧化剂，也是牺牲一部分抗氧化剂的效果为代价。

随着人们对日渐恶劣环境导致氧化压力激增引起的皮肤伤害认知的不断加深，以及对皮肤健康和美观的追求，抗氧化剂在日化行业发展具有较大的潜力。结合抗氧化机理以及皮肤科学研究，在化妆品配方中合理利用抗氧化剂，对开发出安全有效高品质的护肤品非常重要。目前开发出稳定高效的抗氧化剂的研究仍然是日化高效护肤品未来发展的重要课题。