化妆品中微量重金属及抗氧化剂的研究进展*

梁 卉，刘 杭

(萍乡卫生职业学院医学技术系，江西 萍乡 337000)

近年来，世界各地的个人护理和美容产品的使用不断增加。目前，越来越多的化合物正被作为化妆品的配方，如防腐剂、芳香剂、表面活性剂等。加强化妆品的性能、质量、价值和使用寿命。然而，许多这些化学添加剂对人体产生有毒影响，表现出从轻度过敏到危及生命的过敏反应或致命过敏中毒的健康风险。因此，化学添加剂的使用最近已成为公共卫生面临的一个重要的问题。本综述主要关注暴露于化妆品配方中微量重金属，同时还讨论了微量重金属诱导的损伤及化妆品中的抗氧化剂。

1 化妆品中的微量重金属及诱导的损伤

1.1 铅

1.1.1 铅对人体的损伤

铅(Pb)是一种持久性金属，由于其不寻常的物理化学性质，常被应用于各种工业，同时也在许多化妆品中发现，如染发剂、口红、 眼影、眼线笔、发霜等。意大利、中国和美国样本中眼影的铅含量为0.25～81.50 μg/g[1]。根据FDA报告400个口红样本中，13个口红的最高含量为7.19 μg/g[2]。在洗发水(0.98～1.59 μg/g)和肥皂(3.8～4.63 μg/g)中记录了高浓度的铅[3]。口服或吸入是铅进入人体的主要途径[4]。铅毒性与神经疾病、高血压、认知障碍等的发病率有关。低剂量的铅导致斑马鱼胚胎毒性、行为改变和学习记忆缺陷。另一项研究观察到，在接触>2000 mg铅/千克干重时，蚯蚓死亡率很高，体重明显减轻，生殖受到抑制[5]。Gargouri等[6]将HEK293肾细胞暴露于铅中，导致细胞活力下降、细胞扭曲、凝聚力丧失、超氧阴离子的产生和脂质过氧化。

1.1.2 铅毒性的机制

Pb是通过产生自由基引起对生命系统的损害，主要包括两个独立的机制。第一个是ROS的直接形成，包括单线态氧、过氧化氢和氢过氧化物，第二个机制是通过耗尽细胞中的抗氧化剂。这两种机制之间存在相互关系，一侧ROS的增加同时导致另一侧抗氧化剂的耗竭[7]。铅可以抑制两种酶的活性：δ-氨基乙酰丙酸脱水酶(ALAD)和谷胱甘肽还原酶(GR)。铅对ALAD的抑制增加了底物δ-氨基乙酰丙酸(ALAD)的水平，能刺激ROS的形成。GR可将氧化型谷胱甘肽(GSSG)循环转化为还原型谷胱甘肽(GSH)，铅可干扰这一循环，导致GSH水平下降，而ROS、MDA、GSSG 逐渐上升[8]。

1.2 镉

1.2.1 镉对人体的损伤

镉(Cd)由于其着色特性，常被用于不同的化妆品。Gondal等发现，唇部化妆品中的Cd浓度在4.9～10.6 μg/g之间[9]。同样，在洗发水、肥皂、凝胶、沐浴露和护肤霜中也发现了低含量的Cd[10]。

镉(Cd)是一种有毒重金属，人体摄入镉主要通过肺、肠和皮肤等途径，可在生物系统中积累。镉暴露会导致体内和尿液中Zn、Mg和Cu的失衡。镉暴露增加往往与各种健康问题有关，如肾功能衰竭、osteal障碍、神经紊乱、贫血、男性生殖系统等[11]。镉是一种人体强致癌物，会导致前列腺癌、肺癌、胃肠道癌、胰腺、癌等问题[12]。

1.2.2 镉毒性的机制

镉本身不能直接产生自由基，在体内，它与金属硫蛋白结合，镉-金属硫蛋白复合物分布于各种组织和器官，人体内没有镉的排泄机制，因此镉在组织中积累[13]。它通过影响细胞硫醇氧化还原平衡而导致氧化应激。细胞Cd影响细胞中的许多蛋白质及其功能，因此它可以抑制DNA合成，并以剂量和时间依赖性的方式引起DNA损伤。 通过在p53的锌指结构域中替换Zn，Cd可以导致DNA修复中的错误，导致DNA病变的积累，从而增加癌症的风险。因此在分子水平上，Cd会导致活性氧的产生，DNA损伤，抑制DNA修复[14]。

1.3 汞

1.3.1 汞对人体的损伤

汞(Hg)在化妆品中的主要来源包括口红、洗发水、护发素/凝胶、指甲油、眼线、眼影等[15]。汞是一种有毒重金属，以元素、无机、有机三种形式存在。它在人体内暴露主要是通过摄入和吸入受汞污染的食物、水、空气及化妆品。接触元素汞与症状有关，如咳嗽、呼吸困难、发烧、震颤、不适、轴突传感器运动性多发性神经病、牙龈炎、妄想、幻觉和Mercurial红细胞增多症[16]。无机汞可引起失眠、体重减轻、红斑、瘙痒、过度出汗和过度排尿、肾小管功能障碍和神经精神障碍。接触有机汞(MeHg)与智力迟钝、脑瘫、耳聋、 失明和构音障碍有关。产前接触MeHg与大脑和小脑皮质发育不良和大脑后神经元异位有关[17]。低浓度的汞暴露会引起氧化应激、细胞毒性和β淀粉样蛋白的增加，这与成人的帕金森病和阿尔茨海默病等神经退行性疾病有关[18]。

1.3.2 汞毒性的机制

汞通常与巯基(-SH)或硒酰(-SeH)反应，巯基是蛋白质等生物分子的亲核分子。汞与生物分子的亲核分子反应形成稳定的复合物。巯基蛋白和GSH与汞化合物相互作用引起消耗，GSH耗竭会对线粒体造成损害。线粒体损伤增强自由基ROS的产生。因此氧化应激可能是由于生物分子抗氧化剂的耗竭和活性氧(ROS)的形成所致。活性氧可能导致酶、核酸和脂质的损伤，并可能导致细胞死亡[19]。

1.4 砷

1.4.1 砷对人体的损伤

砷(As)是一种天然存在的重金属，在自然界中常以有机和无机形式存在，在对公众健康有毒的有害物质清单中，排名第一，对环境和人类健康产生不利影响[20]。在护肤霜、化妆粉、眼影、眼线笔、洗发水、发胶和淋浴产品中均发现了低水平的砷[21]。

短期接触低水平砷可减少红细胞和白细胞的产生、血管损伤、恶心和呕吐、心跳异常以及手和腿的刺痛感，但长期接触砷往往会导致皮肤病变、周围血管疾病、肺部疾病和心血管疾病、神经问题、糖尿病和某些类型的癌症[22]。

1.4.2 砷毒性机制

砷毒性的一个重要作用模式是产生活性氧(ROS)和氮物种(RNS)[23]。 除了ROS外，活性氮物种(RNS)也被认为直接参与了暴露于砷的细胞中脂质、蛋白质和DNA的氧化损伤。 最近的许多研究提供了实验证据，表明砷诱导的自由基的产生可以通过激活氧化敏感信号通路。谷胱甘肽是一种非常有效的细胞抗氧化剂，在维持细胞氧化还原状态中起着重要作用。此外，GSH水平是生物体氧化应激的良好标志。 据报道，口服砷后，雄性Wistar大鼠肝脏GSH浓度明显降低，在6个月的砷暴露后，小鼠肝脏GSH和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和GPx酶明显降低[24]。GSH可能是将五价砷化合物还原为三价砷化合物的电子供体，亚砷酸盐对GSH具有很高的亲和力。

化妆品中含有不同的微量重金属，它们通过不同的毒性机制对人类健康造成影响，如表1所示。

表1 不同金属存在形式、化妆品来源、毒性机制和健康影响

2 化妆品中的抗氧化剂

抗氧化剂是最重要的药妆品之一，具有抑制细胞损伤的能力。局部皮肤施用抗氧化剂对于最大程度地减少皮肤老化和更好地保护皮肤免受有害自由基的侵害至关重要[25]。

2.1 非酶类抗氧化剂

2.1.1 褪黑激素

褪黑激素是一种内源性激素，通常与调节睡眠有关，同时，它还具有抗炎、抗氧化、组织再生和线粒体保护的功能，有利于皮肤健康。人类皮肤和毛囊表达功能性褪黑激素受体，还参与大量的褪黑激素合成。通过支持皮肤稳态，褪黑激素及其代谢物可以减弱致癌作用和其他病理过程，包括过度增殖和炎症。褪黑素具有较强的抗氧化(ROS-清除活性)和抗炎特性。这种天然抗氧化剂可通过直接发挥作用，或者通过调节抗氧化酶的表达和活性间接发挥作用。外用褪黑激素已被证明可以减少活性氧的形成并逆转皮肤老化的迹象，因此褪黑激素可作为抗衰老和皮肤的保护剂在局部使用，既安全又有效[26]。

2.1.2 天然色素

天然色素，包括类胡萝卜素、黄酮类化合物和花青素。这些天然色素是必需的次生代谢产物，具有很强的抗氧化活性特征。这些天然色素在食品、医药、化妆品等行业有广阔的应用前景[27]。活性氧(ROS)是由生物体中的氧化反应产生的[28]。ROS引起的生化失衡可能会损伤许多生物大分子，包括DNA、RNA、脂质和蛋白质，导致多种退化性疾病硬化症、癌症和老年痴呆症[29]。类胡萝卜素的特征结构是共轭多不饱和双键，这种特殊的化学结构具有抑制自由基的能力。共轭多不饱和双键也给予类胡萝卜素具有亲脂性，因此可以保护脂蛋白和细胞膜免受自由基的攻击[30]。黄酮类化合物和花青素能够直接通过提供氢原子清除自由基或通过螯合游离金属离子间接抑制自由基[31-32]。

2.1.3 白藜芦醇

白藜芦醇是一种多元酚类的植物抗毒素，大量存在于红葡萄和浆果中。许多研究表明具有促进健康特性，对心血管系统有积极影响，降低低密度脂蛋白的浓度，以及抑制环氧合酶活性的能力。此外，它具有抗增殖、抗血管生成、抗炎、抗氧化和抗菌特性。在美容学和皮肤病学中应用较多主要是它能够穿透皮肤屏障和具有抗衰老活性。研究表明，白藜芦醇的配方可以刺激成纤维细胞的增殖，并促进胶原蛋白III浓度的增加。白藜芦醇对雌激素蛋白受体(ERα和ERβ)有亲和力，从而有助于刺激I型和II型胶原蛋白的产生。此外，白藜芦醇也具有抗氧化特性，因此可以保护细胞免受与自由基和紫外线的影响相关的氧化损伤[33]。

2.1.4 谷胱甘肽

谷胱甘肽(GSH)是一种非编码的三肽硫醇，包括两种存在形式即有氧化型谷胱甘肽(GSSG)和还原型谷胱甘肽(GSH)。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[34]。GSH的主要功能是维持与GSH浓度直接相关的细胞的氧化还原电位，并防止活性氧或有毒重金属造成的细胞损伤。由于其抗氧化特性，它被广泛应用于制药、化妆品和食品工业[35]。

2.2 酶类抗氧化剂

酶抗氧化剂由SOD、CAT、GPx和Trx系统组成。酶抗氧化剂具有有效的保护作用，具有分解ROS的能力，以对抗活性和大量的氧化攻击[36]。其中，超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和Trx系统等酶类抗氧化剂在化妆品行业中有广泛的应用。

2.2.1 超氧化物歧化酶(SOD)

超氧化物歧化酶(SOD)是生物体内存在的一种抗氧化酶。SOD可以催化超氧化物歧化为过氧化氢和氧气而被清除。由此可见，通过超氧化物歧化酶得作用可以降低过量超氧阴离子对机体造成得氧化损伤[37]。

2.2.2 过氧化氢酶(CAT)

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[38]。

2.2.3 谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)

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[39]。

2.2.4 Trx系统

Trx系统作为内源性抗氧化系统,由NADPH、硫氧还蛋白还原酶(TrxR)和Trx组成,在抗氧化应激中起着非常重要的作用。Trx抗氧化剂通过还原核糖核酸还原酶和蛋氨酸亚砜还原酶在DNA和蛋白质修复中发挥作用。此外，还发现Trx系统参与了免疫反应的反应[40]。

化妆品中的抗氧剂包括非酶类和酶类两种，它们有不同的功能及应用，如表2所示。

表2 抗氧化剂的功能及应用

3 结 论

化学成分与复杂的化妆品配方相结合，可提高人类生活的美丽、健康和质量。但化妆品可能会产生不良或有毒的影响，从而对人类健康造成并发症。这就需要监管和化妆品质量控制机构应更关注在化妆品中加入无毒性的新物质，以防止损害人体健康。