岩藻多糖在化妆品中的应用功效研究进展

宁兴燕 张茂超 孙占一 张宗培 申培丽

（青岛明月海藻集团有限公司 海藻活性物质国家重点实验室，山东青岛，266400）

海洋多糖作为生物体内重要的生物大分子，具有多种多样的生物活性，应用在护肤品中具有较好的保湿性能[1]。其中岩藻多糖是广泛存在于褐藻表面的黏滑成分，是一种水溶性杂多糖，主要有两种类型骨架，分别是以重复的C-1,3 键结合的α-L-岩藻糖和以C-1,3 键、C-1,4 键交替结合的α-L-岩藻糖（如图1所示）。

岩藻多糖独特的化学结构赋予其多种生物活性，包括抗氧化、抗炎、抗凝、抗病毒、促进组织再生和抗癌作用[2-4]，以及螯合重金属离子、亲水等理化特性，使其易于被添加到乳液、膏类制剂中。从褐藻中提取的岩藻多糖因其独特理化性能和多种健康功效，可作为活性成分用于化妆品或药妆品开发。本文综述了岩藻多糖在化妆品中的应用功效研究进展及相关作用机制，为岩藻多糖在化妆品领域的开发提供参考。

图1 褐藻中的两种岩藻多糖结构[5]

1 岩藻多糖多样功效

岩藻多糖的多种生物活性已经通过体内或体外实验被证实。

1.1 防治炎症相关疾病

研究证实，岩藻多糖可以防治某些与炎症反应相关的疾病。Xu等[5]研究了低分子量岩藻多糖对动脉粥样硬化小鼠的抗炎作用及其机理。实验结果表明，低分子量岩藻多糖可以调节炎症细胞因子（如IL-6，IL-10，p-JNK和细胞周期蛋白D1）的产生和表达，降低甘油三酸脂和氧化性低密度脂蛋白的水平，从而改善炎症反应的发生。Takahashi等[6]针对晚期癌症患者进行了一项探索性临床研究，结果显示短时间内给予岩藻多糖治疗后，包括白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α、IL-6在内的重要促炎细胞因子水平显著降低。

1.2 抗凝血活性

岩藻多糖具有高抗凝血活性。就岩藻多糖的抗凝特性而言，应考虑其主要结构特征，包括单糖组成、硫酸化程度、分子量以及糖苷键的类型。硫酸基个数比单糖残基的个数多—被证明对岩藻多糖的抗凝活性至关重要[7-8]。 Mansour等[9]研究了海参岩藻多糖的抗凝血活性。通过激活部分凝血酶活性，以及存在抗凝血酶和肝素辅因子的情况下，对体外凝血酶的抑制作用来测量海参岩藻多糖的抗凝血活性。研究显示，此海参岩藻多糖表现出高的抗凝血作用，它的抗凝血活性基本上由肝素辅因子介导，少部分由抗凝血酶介导，它们的半数抑制浓度分别为0.16 μg/mL和0.5 μg/mL。

1.3 抗病毒活性

岩藻多糖具有抗病毒活性，Sun等[10]对源自海带的两种低分子量岩藻多糖的抗病毒和免疫调节活性进行了研究。结果显示，两种岩藻多糖在高剂量下均具有显著的体外抗病毒活性；在体内，低分子量岩藻多糖可以延长病毒感染小鼠的存活时间，并且可以显著改善病毒感染小鼠的肺指数。通过分析实验组和对照组小鼠的胸腺指数、脾脏指数、吞噬指数和半溶血素值，表明低分子量岩藻多糖可以通过提高免疫器官的质量、改善免疫细胞的吞噬作用和增强体液免疫来发挥抗病毒作用。Sun等[11]研究了提取自Sargassum henslowianum的两种岩藻多糖SHAP-1、SHAP-2的抗病毒活性。噬斑减少实验结果显示，SHAP-1、SHAP-2对单纯胞疹病毒1型的半数抑制浓度分别是0.89 μg/mL和 0.82 μg/mL，而对单纯胞疹病毒2型的半数抑制浓度均低至0.48 μg/mL。Sun等分析了岩藻多糖的抗病毒机制可能是通过阻止单纯胞疹病毒体吸附宿主细胞来实现的。

1.4 增强免疫力

Lee等[12]研究了富含岩藻多糖的裙带提取物对环磷酰胺诱导的免疫抑制小鼠的免疫修复活性。研究显示，富含岩藻多糖的裙带提取物能够将环磷酰胺诱导的免疫抑制小鼠的免疫力恢复到正常水平。这与细胞频率的增加以及自然杀伤细胞、T细胞的功能性激活密切相关。Gora等[13]研究发现，富含岩藻多糖的海藻提取物是roeoita Labeo幼鱼的潜在免疫刺激剂。

1.5 抗癌活性

岩藻多糖可以抑制某些肿瘤细胞的增殖并诱导其凋亡，He等[14]评估了岩藻多糖在人乳腺癌MCF-7细胞中的抗癌潜力。研究发现来自岩藻多糖治疗的大鼠的条件血清可显著抑制乳腺癌细胞增殖，促进细胞凋亡，同时细胞迁移和侵袭也显著减少。所观察到的条件血清的作用与E-钙黏蛋白的上调和基质金属蛋白酶9的下调有关。岩藻多糖处理的条件血清可以抑制MCF-7细胞的增殖并促进其凋亡。细胞入侵和迁移受到抑制，可能是通过减少上皮-间质转化（EMT）过程实现的。Roza等[15]对来自褐藻Padina boryana的岩藻多糖的体外抗癌活性进行了研究，结果显示岩藻多糖浓度在400 μg/mL以下均无细胞毒性，并且浓度在200 μg/mL时抑制癌细胞集落的形成。Palanisamy等[16]研究了分离自Sargassumpolycystum的岩藻多糖，体外实验显示，高岩藻多糖组分表现出自由基清除活性以及诱导癌细胞凋亡活性，证实了其对人乳腺癌和结肠癌细胞系的抗氧化和抗癌特性。彭雍博等[17]对提取自日本厚叶海带的岩藻多糖进行研究，发现其对肝癌细胞、肺癌细胞和结肠癌细胞均具有抑制活性，表明日本厚叶海带岩藻多糖具有发展成为有效的天然抗肿瘤药物的潜力。

1.6 促进组织再生

岩藻多糖可以促进组织再生，Kim等[18]首先进行了体外研究，确认了岩藻多糖对人间充质干细胞中成骨细胞分化的作用，进一步的体内研究发现岩藻多糖在颅骨缺损的兔模型中加速了新血管的形成并部分促进了骨的形成。

2 岩藻多糖在化妆品中的应用功效

关于岩藻多糖在化妆品中的应用功效研究也已经有较全面的报道，本文主要围绕其以下几个方面进行综述。

2.1 吸湿与保湿功效

多糖的多羟基以及空间网络结构决定大多数多糖具有一定的黏度和较好的成膜性，可以在皮肤表面形成一层均匀的薄膜，从而具备保湿功效[19]。Liu B Y等[20]对提取的羊栖菜岩藻多糖保湿性能进行研究，发现在相对湿度为43%和81%的条件下，羊栖菜岩藻多糖粗提取物（crude extract offucoidan fromS.fusiform, CEFSF）的短效吸湿性（8 h）优于甘油、丁二醇及海藻酸钠； 质量分数为1%的CEFSF 溶液的保湿性能优于质量分数为1%的丁二醇或海藻酸钠溶液，与质量分数为5%的甘油溶液相当。皮肤水分含量测定和经表皮水分散失速率测定结果表明: 质量分数为5%的CEFSF 溶液具有良好的保湿效果。孔繁东等[21]以丙三醇、山梨醇为参照物，对裙带菜孢子中提取的岩藻多糖进行吸湿、保湿性能的初步研究，结果显示，岩藻多糖具有良好的保湿性能，可作为化妆品的保湿剂加以开发。胡佩红等以甘油和山梨醇为参照物，分别在两种相对湿度下考察了岩藻多糖粗品和较纯品的吸湿、保湿率以及随时间的变化情况，并且探讨了保湿剂的选择原则。结果表明, 岩藻多糖具有一定程度的吸湿性和较持久的保湿性，尤其在较干燥环境下，保湿性优于甘油和山梨醇[22]。陶传云等[23]对海黍子中提取的3种岩藻多糖(SKP1, SKP2和SKP3)的保湿性能进行研究，SKP1和SKP2的吸湿活性分别高出透明质酸钠22.32%和2.38%, 3种岩藻多糖的保湿率分别比甘油大35.88%, 27.96%和22.31%, 且相对分子质量越大, 保湿与吸湿活性越大。Cha等[24]研究了用于功能性美容剂的岩藻多糖的性质。岩藻多糖是从裙带菜孢子叶Undaria pinnatifida中提取获得。为了测试岩藻多糖作为化妆品材料的可能性，对其进行了保水性测定。结果显示，岩藻多糖的保水性能高于透明质酸，而透明质酸优于传统保湿剂，其中，随着岩藻多糖分子量的降低，岩藻多糖的保水性略有增加。岩藻多糖的MTT毒性实验显示即使在100 μg/mL时细胞存活率也为92.7%，表明岩藻多糖因其低毒性和皮肤刺激而适用于敏感性皮肤。以上研究表明，岩藻多糖具有良好的保湿性能，且其保湿性能优于传统保湿剂。

2.2 抗氧化功效

皮肤的衰老是一个复杂的过程，自由基学说认为，过氧化作用是造成人体皮肤老化的根本原因，而过氧化作用主要是由氧自由基造成的[25-26]，而活性氧自由基是细胞代谢过程中不断生成的生理代谢物。

大量的研究表明，岩藻多糖在体外实验中有显著的抗氧化活性，它是一种优良的天然抗氧化剂，对于防止自由基介导的疾病有巨大的潜力。岩藻多糖对超氧阴离子自由基清除作用最强，其次是对羟自由基，对 1,1-二苯基-2-苦肼基（DPPH）影响最小。分子量越大的岩藻多糖，其抗氧化活性反而越低，在一定范围内，岩藻糖硫酸根的含量与其清除超氧自由基的能力是成正比关系的[27]。贲永光等[28]研究海带中提取的岩藻多糖对羟基、超氧阴离子和DPPH 自由基的清除作用，并比较它们的清除自由基能力。在一定范围内，岩藻多糖对DPPH 自由基、·OH 自由基、O2-自由基的清除率会随着岩藻多糖的浓度增加而迅速增加，且增加趋势会逐渐趋于平缓。当其浓度增加到6.752 μg/mL，对DPPH自由基的清除率达到最大值59.1%。当其浓度增加到7.596 μg/mL 时，对·OH 自由基的清除率达到最大值81.8%。当其浓度增加到74.16 μg/mL时，对O2

-自由基的清除率达到最大值80. 8%。这些结果表明，岩藻多糖对DPPH 自由基、羟自由基、超氧阴离子自由基都有一定的清除能力，且随着岩藻多糖浓度的增加，清除率有明显的上升趋势，达到某一个极限值。其中对超氧阴离子自由基的清除作用明显弱于DPPH 自由基和羟自由基。Fernando等从斯里兰卡收获的尚未开发的褐藻Chnoospora minima(CMF) 和Sargassum polycystum(SPF)中纯化岩藻多糖，并评估它们作为化妆品的属性。纯化的岩藻多糖中均检测到相对较高的硫酸基含量。通过实验评价岩藻多糖的抗氧化效果，结果表明CMF和SPF均显示对DPPH和烷基的清除活性，这有助于抵消氧化应激[29]。Cha等研究了从裙带菜孢子叶Undaria pinnatifida中提取获得的岩藻多糖的抗氧化性能。DPPH实验结果显示，岩藻多糖在低浓度下即显示出与维生素C相似的抗氧化能力[24]。Park等研究了从裙带菜Undaria pinnatifida提取的低分子量岩藻多糖对皮肤伤口的影响。实验结果显示，低分子量岩藻多糖处理组大鼠脂质过氧化反应减少并且抗氧化活性增加[30]。Putra等[31]研究了来源于Sargassumsp.的岩藻多糖的浓度对护肤乳液抗氧化活性的影响，实验结果表明含岩藻多糖的护肤品的抗氧化活性较弱，而储存30 d可提高其抗氧化活性。以上研究表明，岩藻多糖可通过自由基清除作用发挥抗氧化活性，且不同来源的岩藻多糖抗氧化活性强弱有差异。

2.3 抗炎功效

炎症是一种重要的生物学反应，它是由多种刺激和有害条件引起的，包括紫外线照射、刺激物、感染或细胞损伤[32-34]。暴露在紫外线下可诱导DNA损伤和活性氧物质的产生，其通过炎症的信号传导途径和细胞外基质重塑蛋白、胶原蛋白和基质金属蛋白酶（MMP）的调节引起皮肤光老化。Kim等[35]以小鼠为模型研究低分子量的岩藻多糖对紫外照射引起的光老化的保护作用，结果显示，低分子量岩藻多糖可使皮肤促炎酶活性降低，而抗炎细胞因子IL-10水平显著增加。Fernando等从Chnoospora minima(CMF) 和Sargassum polycystum(SPF)中纯化岩藻多糖，通过实验评价岩藻多糖的抗炎效果，结果表明CMF和SPF均可剂量依赖性地减轻脂多糖刺激的RAW 264.7巨噬细胞的炎症反应[29]，从而起到抗辐射的作用。岩藻多糖也是趋化因子受体CXCR4的有效抑制剂，可抑制过敏性皮肤炎症模型中嗜酸性粒细胞的积聚，具有应用于晒后修复化妆品的潜力[36]。以上研究表明，岩藻多糖可以增加抗炎细胞因子水平，减轻炎症反应，抑制嗜酸性粒细胞的积聚，具有较好的抗炎效果。

2.4 美白、抗皱与抗辐射

决定皮肤色调的主要因素是皮肤内的黑色素，黑色素的生成主要与酪氨酸酶、多巴醌互变异构酶及5 ，6-二羟基吲哚-2-羧酸氧化酶的作用有关；另外，致使肤色变黑的物理因素主要是紫外线的辐射作用[37]。岩藻多糖具有皮肤美白效果，并通过增加水合作用来维持皮肤的弹性[36]。

从表皮细胞和结缔组织的损伤判断，皱纹是皮肤老化的迹象之一。由成纤维细胞产生的胶原蛋白和弹性蛋白纤维是纤维结缔组织中的两种主要成分，其保持人体皮肤的光滑外观。胶原蛋白和弹性蛋白纤维的降解主要由胶原酶和丝氨酸蛋白酶(MMP)介导，丝氨酸蛋白酶又包括弹性蛋白酶。因此，评估对胶原酶和弹性蛋白酶的抑制活性是评估物质抗皱纹潜力的一般方法[29]。

岩藻多糖是著名的胶原酶和弹性蛋白酶的有效抑制剂，并具有通过激活其抑制剂来下调MMP的能力。Fernando等[38-39]从CMF和SPF中纯化岩藻多糖，通过实验评价岩藻多糖的酶抑制效果，结果表明CMF岩藻多糖和SPF岩藻多糖都能剂量依赖性地降低胶原酶和弹性蛋白酶的活性，这两种酶负责降解纤维结缔组织，而纤维结缔组织可以保持皮肤的舒适和光滑，因此岩藻多糖表现出作为抗皱药妆成分的潜力。相比之下，SPF岩藻多糖的弹性蛋白酶抑制活性高于CMF岩藻多糖[29]。另外，CMF岩藻多糖和SPF岩藻多糖可抑制B16F10角质形成细胞中的酪氨酸酶和黑色素合成，表明其有作为增白剂的潜质[29]。以上研究表明，岩藻多糖通过发挥酶抑制作用而表现出较好的美白、抗皱与抗辐射功效。

2.5 修护皮肤组织功效

皮肤的弹性、光滑度等外观在一定程度上是由构成皮肤细胞的增殖和分化所决定的， 而这一过程受到了皮肤内各种细胞因子的综合调节， 例如表皮生长因子能促进皮肤表皮细胞的新陈代谢，碱性成纤维细胞生长因子能促进成纤维细胞和表皮细胞代谢、增殖、生长和分化，促进弹性纤维细胞的发育及增强其功能[40]。Robert等[41]通过形态计量学方法测试了以岩藻糖多糖作为活性成分的制剂对皮肤表面微浮雕的影响，并对治疗前和治疗4周后的结果进行比较。其可以在20位年龄在39至71岁之间的女性志愿者身上证明，使用上述制剂治疗4周后，20位志愿者中有17位皮肤表面的起伏有了显著改善，她们的皮肤状态趋于年轻化。结果表明，用富含岩藻糖的多糖制剂进行治疗可以减缓人类皮肤的衰老，甚至可以逆转年龄依赖性的皮肤改变。研究证实， 岩藻多糖有助于产生各类细胞生长因子。Péterszegi[42]等研究发现，在体外细胞培养液中添加岩藻多糖，能够促进纤维细胞的增殖分化。以上研究表明，岩藻多糖可通过促进纤维细胞的增殖分化而起到修护皮肤组织，使皮肤呈现年轻态的作用。

2.6 其他功效

岩藻多糖还具有应用到化妆品中的其他优势，纯化的岩藻多糖可以很容易掺入乳霜和乳液中，使化妆品具有增加真皮成纤维细胞和胶原紧密度的作用，另外还通过抑制基质酶和抗炎活性起到抗衰老的作用[43]。

3 展望

岩藻多糖因其理化特性和生理活性，广泛应用于功能食品、保健品和医药领域，在化妆品上应用还处于基础研发探索阶段。随着科学技术的不断进步，通过生物、医药、化工、材料等技术的集成进一步验证岩藻多糖在化妆品上的应用功效，明确其结构和功效相关性、阐明其作用机制，为岩藻多糖在高端领域应用提供理论依据。充分挖掘岩藻多糖在化妆品领域应用的巨大潜力，扩大海藻资源在健康产品领域的广泛应用，造福人类健康。