海藻中生物活性物質在藥用化妝品中的研究進展

李九零，朱 鵬，陳海敏

寧波大學海洋生物工程重點實驗室，寧波 315211

海洋藻類的總量預計超過其它海洋植物和動物總量的兩倍。海藻在人體美容上的應用已經有很長時間了，其之所以具有藥用化妝品的潛能，源于含有大量的生物活性物質。藻類中富含維生素、無機鹽、氨基酸、糖類、脂肪等多種活性物質，這些化合物可以在不同的藥用化妝品中使用。例如褐藻和紅藻是藥用化妝品中常見的藻類，紅藻中的卡拉膠、瓊膠以及褐藻中的褐藻膠三種凝膠已經作為增稠劑、凝膠劑和乳化劑等應用在化妝品中［1］。在近海地區發現的巨藻含有許多重要的維生素、無機鹽和脂肪酸，因能促進細胞再生、保持皮膚健康而出名［2］。另外來源于褐藻的巖藻多糖和巖藻黃素在市場上是非常常見的海藻護膚產品［3］。

近幾年，來源于海藻的藥用化妝品已經在快速發展，多種高端奢侈化妝品如Elemis(英國)、La Prairie(瑞士)、Crème de la Mer(美國雅詩蘭黛)、Oceanwell(德國)等都以富含珍貴的海藻活性成分而倍受消費者青睞。盡管部分化合物已經在化妝品領域得到了應用，但仍有大量的資源有待開發。本文對海藻中的藥妝品功能物質進行了綜述。

1 海藻成分的生物活性

1.1 皮膚美白效果

決定皮膚色調的主要因素是皮膚內的黑色素。存在于黑色素細胞組織中的酪氨酸在酪氨酸酶等酶的作用下經多巴、多巴醌、二羥基吲哚等中間體逐步轉化為黑色素。其中酪氨酸酶是整個反應過程的限速酶，該酶的活性大小直接決定黑色素的合成量，所以酪氨酸酶抑制劑是非常理想的皮膚美白成分。酪氨酸酶抑制具有兩種抑制途徑:競爭性和非競爭性。前者是通過結合游離態酶而阻止底物與酶的結合;后者則通過改變酶的結構和形狀，而被改性后的酶不再具備與底物結合的能力。目前已經合成或分離出許多不同種類的酪氨酸酶抑制劑，但大多具有高毒性、不穩定性、皮膚滲透性差、低活性等缺點而使其應用遭到限制。因此從天然資源獲得的酪氨酸酶抑制劑得到了廣泛關注，尤其海藻在此方面已經得到了非常廣泛的應用［4］。

1.1.1 褐藻多酚

褐藻多酚是一種常見的褐藻次生代謝產物，由于可以螯合酪氨酸酶的活性部位Cu2+而成為有效的酪氨酸酶抑制劑［5］。據報道，許多褐藻多酚，例如7-phloroeckol 和dioxinodehydroeckol 的抑制酪氨酸酶的活性要超過熊果苷和曲酸［6］。表1 總結出可有效抑制酪氨酸酶活性的酚類。

表1 幾種褐藻的多酚類酪氨酸酶抑制劑［5，7］Table 1 Tyrosinase inhibitory activities of several brown alage polyphenols［5，7］

圖1 部分褐藻多酚的化學結構Fig.1 Chemical structures of several brown algae polyphenols

1.1.2 巖藻黃素

鹽藻黃素是一種來源于褐藻的類胡蘿卜素。皮膚暴露于紫外線會增加黑色素的產生，進而導致黑色素的沉著。已經證實，從海帶中分離的巖藻黃素可抑制UV-B 輻射后豚鼠的酪氨酸酶活性及UV-B輻射后小鼠體內黑色素的形成。且巖藻黃素的外用治療和口服治療均可有效地抑制皮膚中與黑色素生成相關的mRNA 的表達，表明了巖藻黃素可以在轉錄水平上對黑色素合成進行負調控［8］。

圖2 鹽藻黃素的化學結構Fig.2 Chemical structure of fucoxanthin

1.1.3 海藻糖類物質

褐藻糖膠是所有褐藻所固有的細胞間多糖，除具有保濕、抗氧化等特性外，被證明可抑制一種催化酚類物質氧化的酪氨酸酶的活性，這表明了褐藻糖膠作為化妝品中美白劑的潛力［9］。瓊膠是石花菜、紫菜、江蘺等紅藻中提取的一種親水性多糖，可以被水解得到不同聚合度的瓊膠寡糖。Kobayashi 等［10］將低分子量的中性新瓊二糖作用于小鼠B16 黑素瘤細胞后發現其具有美白性能，并表現出很低的細胞毒性。陳海敏［11］、傅曉妍［12］等都研究了不同聚合度的瓊膠寡糖抑制酪氨酸酶的單酚酶和二酚酶活性的獨特功效，證明了瓊膠寡糖不僅能夠減少皮膚中黑色素的形成，且抑制活性好，可作為美白成分添加于化妝品中。

1.2 日光防護作用

長期經紫外線照射的皮膚會有異常的皮膚反應如表皮增生，膠原蛋白分解，炎癥反應等。UV-B 輻射早期被認為是皮膚紅斑(曬傷)產生的主要原因，另皮膚長期暴露在陽光下可造成DNA 損傷和免疫抑制，最終導致皮膚癌。

相較于其他海洋生物而言，海藻已經被證實是一種光保護劑的優質來源。像類菌胞素氨基酸(Mycosporine-like amino acids，MAAs)、類胡蘿卜素和多酚類等這些光保護化合物已經從不同類型的海藻中提取。

1.2.1 類菌胞素氨基酸

紅藻屬的小珊瑚藻(Corallina pilulifera)的甲醇提取物對由UV-A 引起的人體皮膚成纖維細胞的氧化應激具有光防護作用［13］。紅藻中含有大量的MAAs，由于其對310 和360 nm 之間的紫外光有很高的吸收作用，因此認為珊瑚藻的光保護性能跟MAAs 的含量相關。MAAs 分子中含有氨基環己烯酮或氨基環己烯胺結構，分子量低(＜400Da)，可溶于水。許多研究證明，MAAs 是海藻中最常見的防曬化合物［14，15］。關于角叉菜和鹿角菜這兩種生長于德國潮間帶和潮下帶區域的紅藻之間的競爭的研究表明，鹿角菜的MAAs 含量更高，因為鹿角菜生活在光照位置［16］。這些結果表明MAAs 是吸收紫外線的化合物，可以保護海藻免受紫外線傷害。

圖3 MAA 的化學結構Fig.3 Chemical structure of MAA

Daniel 等［17］將從臍型紫菜(Porphyra umbilicalis)中分離出的Porphyra-334 MAAs 密封于脂質體中用作防曬霜，應用于由紫外線引起的皮膚老化的研究中。通過比較皮膚脂質氧化和皮膚老化參數，例如彈性、皺紋深度、粗糙程度等，發現Porphyra-334 MAAs 脂質體與合成的紫外線防曬霜具有相同的效果。另外Porphyra-334 MAAs 在輻射中不會產生活性中間體，表明其能將吸收的紫外線轉化為無害的熱能，不會快速喪失保護能力［18］。因此可以認為Porphyra-334 MAAs 是潛在的良好的光保護劑。

近幾年已經有好多研究證明MAAs 不僅能保護皮膚免遭紫外線輻射，還可以作為抗氧化劑來清除活性氧(ROS)［19］。已經從海藻中分離出多種不同的MAAs，且被證實具有潛在的抗氧化活性。為了提高外用防曬霜的光保護功效，可以將防光性、耐光性和抗氧化物質相結合，因此來源于海藻的MAAs具有發展潛力，可以作為光保護劑抵抗紫外線傷害。

1.2.2 褐藻多酚

與紅藻含中豐富的MAAs 不同，綠藻和褐藻中MAAs 含量有限。大多數綠藻和褐藻中不含或僅含微量MAAs，所以應該存在其它吸收紫外線的化合物來保護這些藻類免受紫外線輻射損害。

早在二十年前就有報道過多酚化合物可以作為紫外吸收劑，吸收280 到320 nm 的紫外線，如來源于褐藻泡葉藻(Ascophyllum nodosum)的多酚。褐藻多酚的飲食療法和局部外用療法證明了其可以抑制SKH 老鼠由UV-B 照射引起的皮膚腫瘤的發展。這種作用表現在抑制環氧酶-2(COX-2)的表達、前列腺素水平的升高和腫瘤細胞的增殖。因此，褐藻多酚能夠保護皮膚細胞免受由UV-B 照射引發的皮膚腫瘤和慢性炎癥［20］。最近研究發現空莖昆布(E.cava)的多酚提取物對由UV-B 照射引起的人永生化角質細胞的損傷和人成纖維細胞的光氧化應激都具有保護作用［21］。此外，diphlorethohydroxycarmalol，一種來源于鐵釘菜(I.okamure)的多酚物質，經證實，具有強效的光保護性能，能通過防止纖維母細胞中的DNA 損傷和改變形態來防止UV-B 的輻射［22］。

1.2.3 類胡蘿卜素

類胡蘿卜素是可以直接提供光保護、抵抗紫外線引起的皮膚光氧化的重要天然脂溶性色素，且β-胡蘿卜素也可以調控長波紫外線引起的人體基因損傷。巖藻黃素來源于褐藻，分子中積累著二烯烴、共軛羰基、環氧化物和乙酰基等獨特結構。從褐藻中分離得到的巖藻黃素可以減弱紫外線引起的細胞損傷。根據Heo 等［23］的報道，馬尾藻中分離的巖藻黃素有阻止UV-B 輻射誘發的氧化應激的能力，另外蝦青素這種類胡蘿卜素也可在人體成纖維細胞中通過抑制DNA 的損害以及抗氧化而具有防護皮膚的作用［22］。

褐藻多酚和類胡蘿卜素的光保護功效主要是通過抗氧化性，抑制細胞凋亡和DNA 損傷來實現的。總的來說，來源于紅藻的MAAs 和來源于褐藻的酚類及類胡蘿卜素有希望成為有效的光保護藥劑成分。

1.3 恢復皮膚彈性

彈性是皮膚年輕健康的特征指標，但在整個生命進程中皮膚彈性會因為膠原的流失而逐漸喪失。皮膚暴露在紫外線中，基質金屬蛋白酶(MMPs)的表達量會升高，因其能降解膠原，故膠原流失的速率會更快。盡管對于發展海藻活性物質來抑制MMPs活性的研究仍處于初期，但大量的研究已經報道幾種海藻MMP-1 抑制劑。

褐藻糖膠是一種源于褐藻細胞壁的硫酸化巖藻糖基聚合物。Noel 等［24］證明，在人皮膚成纖維細胞中，褐藻糖膠不僅可以抑制由VU-B 誘導的MMP-1的表達，同時可以促進I 型前膠原在mRNA 和蛋白質水平的表達。此外，愛森藻(Eisenia bicyclis)、空莖昆布(E.cava)和黑藻(E.stolonifera)提取物也能有效地抑制人皮膚成纖維細胞中MMP-1 的表達［25］。

ROSs 可通過信號轉導途徑使MMPs 的表達增多，所以一些天然抗氧化物質能夠直接抑制MMPs的表達，從而減少膠原的降解流失。據報道，海藻能夠在不同細胞系和動物模型中顯示很強的抗氧化性。Kang 等［26］就證明了從空莖昆布(E.cava)中分離來的小分子量褐藻多酚物質triphlorethol-A 對由氧化脅迫引起的人角質形成細胞內的MMP-1 具有保護作用。

圖4 Triphlorethol-A 的化學結構Fig.4 Chemical structure of triphlorethol-A

另外，皮膚真皮層主要由膠原纖維和彈性纖維構成框架，提供最基本的支撐作用賦予組織彈性和抗張能力。彈性纖維的主要成分是彈性蛋白，其與拉伸后組織能恢復原狀的能力相關，在許多病理學癥狀中，它經常與炎癥和氧化應激聯系在一起。在慢性炎癥或氧化應激的狀態下，一種彈性蛋白酶被激活，過度分解彈性纖維，導致皮膚彈性的喪失。很多研究報道了抗衰老和抗皺紋過程與彈性蛋白酶活性的降低密切相關。經證實，良布海藻(E.Arborea)和空莖昆布(E.cava)兩種海藻都有希望作為彈性蛋白酶抑制劑［27］來恢復皮膚彈性。

這表明，要尋找有效、無毒、可調控導致皮膚彈性流失的危害因子的藥用化妝品成分，海藻是一種潛在的優良資源。

1.4 祛痘效果

痤瘡是最常見的皮膚疾病。它的特征是黑頭粉刺、丘疹、膿皰和囊腫的出現和消失。治療痤瘡包括使用局部藥物和口服藥物來抑制皮脂產生、去除死皮和殺死細菌。海藻能有效治療痤瘡。Sargafuran是一種來源于馬尾藻(Sargassum macrocarpum)的活性組分，可以用來有效去痘。Sargafuran 具有低細胞毒性，抑制痤瘡丙酸桿菌的最小劑量是15 μg/mL，這表明它對革蘭氏陽性菌具有廣泛的抗菌效果［28］。而且，墨角藻(巖藻)提取物已被稱為OXY range 和Clearskin Max 的痤瘡護理產品用作必須組分，這兩套護理產品由曼秀雷敦公司開發。

1.5 抗氧化和抗衰老化合物

抗氧化成分能使化妝品具有抗衰老功能，越來越多的水生植物作已經被用作抗氧化劑來源。海藻中存在多種抗氧化物質，如多糖、多酚、類胡蘿卜素等。紅藻和褐藻中的硫酸多糖如卡拉膠寡糖、瓊膠寡糖、褐藻糖膠、巖藻多糖等都是良好的抗氧化劑，都被證實具有良好的清除自由基的能力［29，30］。盡管機理尚未有明確的解釋，但研究發現其主要功能來自于糖環上的還原性羥基，通過捕捉脂質過氧化鏈式反應中產生的活性氧而阻斷或減緩脂質過氧化的進行［31］，或者與產生0H·等所必需的金屬離子(Fe2+、Cu2+等)絡合，使其不能產生啟動脂質過氧化的羥自由基，從而抑制活性氧的產生［32］。褐藻中的多酚有多達8 個相互連接的環，因此較于其他多酚是更有效的自由基清除，具有很強的抗氧化活性，這可能與他們獨特的分子骨架有關［33］。另外，褐藻中的巖藻黃素對H2O2誘導的細胞損傷表現出較強的抗氧化活性［34］。

1.6 其它生物活性

人類在溫泉浴和海水浴中使用海藻產品已有很長時間了，一些多糖類如褐藻糖膠等可以增加皮膚保水性等。大量的如葉綠素A、葉黃素、巖藻黃素、藻紅素等海藻色素已經得到分離，且被證實具有較好的生物活性，這些海藻色素有望作為天然染色劑應用于在藥用化合物中，尤其可作為合成染料的替代品。另外，為了創造一個濕潤的環境，使傷口快速愈合，褐藻酸鹽、殼多糖、褐藻多糖硫酸酯和巖藻糖的混合粉形成的凝膠片已經被開發作為功能性的傷口敷料［35］。另外，從褐藻中分離得到的一些多酚衍生物還表現出了潛在抗過敏的活性［36］。

2 總結與展望

隨著消費者對健康的追求越來越高，藥妝品由于具有更多的抗衰老、美白、防曬等功能而開始逐漸代替普通化妝品。在海洋生物中，海藻被認定為是一種未被充分開發的植物資源和藥妝品成分來源。海藻中的不同種類的代謝物，如多糖、類胡蘿卜素、多酚、MAAs、藻膽蛋白等具有多種生物功效、天然無毒、資源豐富等多重特點，因此具有廣泛的應用前景。然而盡管大部分的海藻化合物已有證據顯示其作為藥妝品功能性成分的潛能，但由于其工業化生產工藝、檢測技術、實際應用效果的評價等問題的存在，尚處于研究階段。因此，針對更多海藻天然產物的生物活性的挖掘、工業化提取、純化及檢測方法的建立、功效評價體系的建立等，都將成為未來海藻藥妝品發展的方向，并推動海藻藥妝品工業的加速發展。

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