科學美白 安全有效

董銀卯　李麗

隨著化妝品科技的發展，眾多美白劑相繼被開發應用。現如今，已有多種皮膚美白劑可用于預防和治療不規則的色素沉著，包括黃褐斑，雀斑等。例如：維生素C及其衍生物、曲酸、壬二酸，果酸、熊果苷、煙酰胺等，這些物質雖具有一定的美白效果，但有些美白劑會對皮膚造成一定的損傷，存在一定的安全隱患，嚴重者會導致白斑病等。

很多美白劑主要是針對影響黑色素合成途徑中的關鍵物質如酪氨酸酶，從而減少色素含量來發揮作用。隨著科技的發展，人們逐漸認識到黑色素對人體皮膚的保護作用，如防御紫外線損傷，皮膚光老化等，如果過度干預黑色素形成，在美白的同時，降低了黑素對皮膚的保護作用，勢必影響皮膚健康。

因此在保證皮膚健康的基礎上，尋找新型的健康美白原料及相關產品，為國內外化妝品領域的研究熱點與發展趨勢。本課題組以中醫理論為指導，以君臣佐使為組方原則，從影響皮膚色度的不同角度出發進行組方，探索解決皮膚暗沉、灰黃及色素過度沉著和色素不均衡分布的途徑，達到使肌膚健康美白的目的。

1.黑色素的合成、代謝及影響因素

不同人種皮膚呈現出不同的顏色，但是皮膚的顏色都是由4種色素組成，即：氧合血紅蛋白（紅色），還原血紅蛋白（藍色），類胡蘿卜素（黃色）、黑色素（黑色或褐色）。

黑色素是在人體表皮基底層的黑素細胞內，通過一系列氧化反應形成的。酪氨酸酶是黑色素合成的關鍵酶，可催化體內黑色素生物合成途徑中的3個不同的關鍵點，即：在酪氨酸酶（Tyrosinaae，TYR）催化下酪氦酸（Tyrosine，Tyr）轉換為多巴（DOPA），DOPA在酪氨酸酶的作用下轉換為多巴醌（DQ）。多巴醌通過自動氧化轉換成多巴色素，最后生成5，6-二羥基吲哚羧酸（DHICA）以形成優黑素。后者的反應是在多巴色素互變異構酶（Dopachrometautomerase）和DHICA氧化酶的催化下進行的。同時，在以半胱氦酸或谷胱甘肽的催化下，多巴醌被轉換為半胱氨酰多巴或谷胱甘肽多巴最后生成褐黑素。

黑色素（Melanin），是不同類型的色素聚合物組成的混合物，是決定皮膚顏色的重要因素，其在黑素細胞內的黑素小體內合成，再通過樹突轉移至角質形成細胞，在保護皮膚免受氧化損傷、細胞DNA損傷及紫外線損傷中發揮重要作用。黑色素主要是隨著角質形成細胞的代謝而代謝，另外轉化為其他成分被人體吸收或排出體外。

黑色素含量受環境因素和生物因素影響較明顯，例如：UV曝露量、促黑素激素（α-MSH）、MC1R受體激動劑、刺鼠相關蛋白（agoutl-related protein）等。隨著年齡的增長，在炎癥因子，激素失衡等條件下，黑色素分布失衡的現象顯著增加，皮膚炎癥和損傷為導致色素沉著的一個重要原因。

2.度膚美白的作用途徑

目前常用的美白劑主要通過抑制黑色素細胞（melanocyte）增殖、抑制酪氨酸酶、加速角質層脫落等方式最終起到干預黑色素的形成與代謝來發揮美白功效。這種途徑雖然能夠達到一定的美白效果，但在美白的同時也存在一定的風險。因為黑色素可以吸收紫外線，阻止紫外線對機體的損害，具有抗氧化、抗損傷、清除自由基等作用。由于傳統美白劑對黑色素的過度抑制，破壞了黑色素對人體的保護作用，在美白的同時對機體也造成了一定的損傷。本文對于皮膚美白機理的研究主要致力于在不改變黑色素含量及黑色素正常代謝的情況下，即在保證黑色素對皮膚的保護作用的條件下，尋找新型的、安全的美白活性物質。通過改善皮膚膚色、增強色素分布均勻，促進血液循環、清除及減少皮膚垃圾、抑制炎性因子釋放等多種途徑達到美白的效果。既能達到肌膚美白的功效，又可以保持皮膚健康。

2.1 促進色素均勻化分布

MCH（melanin-concentratinghormone）黑色素聚集激素，最初是從大馬哈魚垂體腺體中分離出來的環形19個氨基酸的神經肽，后來又從大鼠下丘腦分離出該肽。它調節硬骨魚（teleost）的膚色，使黑色素顆粒在黑色細胞中聚集。在哺乳動物，MCH主要被定位于外側下丘腦（thelateral hypothalamus）和未定帶區（zonalncerta），并在大腦內有著廣泛的神經投射，包括神經垂體。解剖分布表明MCH作為神經遞質或神經調質發揮著有目標的行為（goal-directed behavior）調節的神經功能，如覺醒，刺激食欲，減少新陳代謝率。MCH調節能量平衡，是體內的關鍵能量調節器。MCH包括MCH1和MCH2，其中MCH1分布較廣泛，科學界對MCH1的研究較深入；而MCH2因其存在較少，已發現其在靈長類動物及狗、貓等動物中存在，但不存在于嚙齒動物。目前，MCHR1與其拮抗劑的作用機制還不太明確。神經肽激素可在特定波長下調節激素和褪黑激素的分泌從而影響膚色。

研究表明，MCH的mRNA表達與色素沉著息息相關。在色素沉著的個體中MCH的mRNA的表達水平明顯低于正常個體，MCH活性降低可引起色素沉著，同時MCH對α-MSH具有一定的拮抗作用。通過神經系統調控的黑素細胞中MCH-R2受體，可以激活MCH，皮膚黑色素和黃色素均與MCH有關，通過調節MCH活力可以抑制黑色素聚集，提升色素分布的均勻性。

2.2 促進血液循環、加速新陳代謝

從中醫的角度分析，黑色素的過度沉積是由于氣血阻滯、肝氣郁結，腎陰不足和勞神傷脾等原因造成。所以醫學上常采用具有補血、活血和理氣作用的植物中草藥，通過養血、活血和舒肝解郁來減少色素沉著。常用的活血化瘀類植物中紅花、當歸和三七等具有顯著的美白功效。

血液循環不僅為皮膚中的成纖維細胞、膠原蛋白等提供充足的氧分和營養物質，還可將細胞的代謝產物和各種有害物質如超氧陰離子等及時清除，從而減少膠原纖維的氧化，維持皮膚中各種細胞良好的功能，保證皮膚中細胞的新陳代謝。皮膚微循環不暢，則血色素凝聚或者含量下降，導致膚色暗紅或蒼白。若皮膚微循環速度加快，則在單位時間內通過皮膚血管的紅細胞數量增多，紅色的氧化血紅蛋白也隨之增多，從而增加皮膚的紅色素含量，從表觀上就會發現膚色變得紅潤、有光澤。

2.3 抑制膠原蛋白降解

膠原是細胞外最重要的水不溶性纖維蛋白，是構成細胞外基質的骨架。膠原蛋白是人體內含量最豐富的蛋白質，占全身總蛋白質的30%以上。膠原纖維主要含有膠原蛋白，氨基酸如甘氨酸，脯氨和羥脯氨酸等。皮膚的彈性及松弛度的影響因素主要為真皮層中的膠原纖維，其可賦予皮膚張力和韌性。科學界對膠原纖維的研究大多數集中在皮膚的抗衰老研究。

近幾年，有人提出膠原纖維也與皮膚色澤有很大關系。一方面，當光線照射到人體皮膚時，一部分光線被皮膚吸收，一部分光線發生反射，其中評價人體膚色主要是通過進入人眼的可見光線量決定的。當皮膚內膠原纖維分布不均勻或結構變化時，將導致光線不能被均勻地反射，而使得膚色不均勻且沒有光澤。另一方面，紫外線、自由基、炎癥因子等刺激可以導致膠原蛋白變性，其顏色發生改變，導致皮膚暗沉、發黃、失去光澤。促進膠原蛋白合成，可從一定程度上改善膠原蛋白降解及變性對膚色造成的影響。

基質金屬蛋白酶（MMPs）家族是成纖維細胞分泌的，其主要生理作用為降解細胞基質。MMPs幾乎能降解細胞基質中的各種蛋白成分，是主要的蛋白水解酶。MMPs在發揮作用時需要Ca²⁺、Zn²⁺等金屬離子作為輔助因子。與此同時，在特定條件下，MMPs能夠消化細胞外基質和基底膜成分的跨膜蛋白。MMPs在成纖維細胞中分泌，當有外來特定信號刺激這些細胞時，MMPs合成增加并立即分泌到細胞基質中去發揮降解作用。MMPs可以被多種刺激因素激活，如UV照射，生長因子和細胞因子。同時UV照射或其他外部因素的刺激可以導致角質形成細胞內部炎癥因子及自由基的釋放，刺激成纖維細胞跨膜蛋白MMPs過度表達，從而引發膠原蛋白降解。MMPs家族已分離鑒別出26個成員，編號分別為MMP1～MMP26。其中，基質金屬蛋白酶1（MMP1）主要降解Ⅰ和Ⅲ型膠原明膠及蛋白多糖。所以其過度表達會破壞細胞外基質，破壞膠原纖維的結構和分布，同時影響成纖維細胞的正常生長。當膠原纖維結構遭受迫害分布不均時會導致照射在皮膚的光線不能被均勻地反射，從而使皮膚顏色呈現不均勻，皮膚粗糙，并且導致皮膚暗淡、無光澤、光老化。MMP-9和MMP-2與表皮基底膜和細胞外基質降解、皺紋形成有關，它們可通過促進type Ⅳ膠原蛋白降解，從而導致皮膚老化，皺紋增加，影響皮膚白皙度。

新型美白劑可以從MMPs產生的機制出發，通過抑制MMPs產生，提高膠原蛋白合成，從而改善膚色。

2.4 抗氧化損傷

皮膚中的光敏物質或色基吸收UV能量后，通過電子傳遞可產生ROS。ROS的產生是紫外線破壞真皮層膠原纖維結構的一個主要原因。一方面ROS通過引起脂類過氧化反應，生成具有兩個或多個官能團的羰基化合物（DMCs）。DMCs的活性很強，可以和真皮層中膠原蛋白的氦基交聯，聚合重疊，生成結構復雜的物質——棕黃色的生物垃圾。丙二醛（MDA）是脂質過氧化過程中的一個主要羰基化合物，可評判脂質過氧化的程度。另一方面，ROS可作為第二信使，參與啟動UV輻射后的細胞內信號傳導，激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號傳導通路，包括細胞外信號調節激酶（ERK）、cJun氨基末端激酶（JNK）和p38的活化。MAPK活化進一步使原來在細胞內低表達的cJun蛋白表達升高，它與cfos結合成異二聚體，與其他蛋白質一起形成活化的轉錄因子AP-1，上調彈力蛋白基質金屬蛋白酶（MMP）等基因的表達，下調膠原蛋白的表達。

2.5 增加角質層含水量

角質層含水量多少是皮膚健康與否的重要標志之一。一般角質層含水量占表皮的20%～35%，低于10%皮膚就會干燥、粗糙。當角質層過厚或含水量低時，皮膚反射光線的能力降低而呈現黯淡的膚色。角質層皮膚含水量充分，則使皮膚具有光澤。

2.6 抑制炎癥因子釋放

角質形成細胞釋放的炎癥因子IL-1可刺激ACTH和α-MSH，從而激活角質形成細胞表面PAR2蛋白受體，通過細胞外ASP受體，激活黑素細胞表面的MC1R，進而激活黑素合成途徑關鍵酶及蛋白，使黑素表達量在炎癥部位增加。對角質形成細胞炎癥因子釋放的抑制，可以有效緩解由于皮膚組織損傷導致的黑素過度沉積造成的黑斑、曬斑等。

在黑素細胞中，Akt磷酸化和ERK或p38磷酸化抑制可以導致炎癥因子的高表達，研究表明，通過對Akt磷酸化的抑制和ERK或p38磷酸化的激活，可以有效抑制炎癥因子釋放，抑制黑素合成。

2.7 阻止黑素轉運

由黑素細胞生成的黑色素會轉移至周邊的表皮細胞（角化細胞）。以28天作為1個皮膚周期，吞入了黑色素的角化細胞經過這個周期后，將顯現在皮膚表面，從而很大程度上左右了膚色。在轉移的過程中，其中一個重要的步驟就是角化細胞的吞噬作用。所謂的吞噬作用是指細胞將異物吞入細胞內，也可以說這是細胞本身所具有的“食欲”，這種反應是本能的防御反應。例如與免疫系統有關的巨噬細胞和白血球細胞也會經常發生。角化細胞也存在這種吞噬作用，會出現將黑色素吞入細胞內部的情況。因為存在于該周邊的角化細胞會持續地吞噬由黑素細胞生成的黑色素，所以角化細胞在黑色素的作用下呈現黑色化。研究發現，一旦控制了這種角化細胞的“食欲”，就可以防止皮膚變黑。

黑素轉移至角化細胞的路徑有很多個，一般情況下，如果在黑素細胞內合成黑素，黑素細胞呈樹狀凸起延伸，受到角化細胞的吞噬作用，黑素被轉移。一旦黑素細胞內蓄積的黑素量過剩，黑素將排放至細胞外，排放的黑素在角化細胞的吞噬作用下被吞噬，即角化細胞受到吞噬作用，從多個路徑積極地吞入黑素。另外，還需要關注的問題是，在各個角化細胞中，吞入黑素的能力有差別時，就會造成角化細胞的顏色不均勻。而正是因為這種顏色的偏差，造成膚色的不均甚至色斑。事實上，色斑和實際年齡存在關聯性，隨著年齡的增長，色斑會惡化。

通過熒光微粒的角化細胞的吞噬作用抑制試驗，可以篩選對角化細胞吞噬黑色素具有抑制作用的活性物質。通過對角化細胞對黑素吞噬的抑制，實現黑素細胞的不表達，不傳遞到皮膚表面，從而不會造成肌膚變黑，為新的阻止黑素轉運的途徑。

2.8 防紫外線

UV照射到皮膚表面，通過CAMP和PKA介導信號系統及蛋白激酶C（PKC），可能增加MITF表達，導致酪氨酸酶活化。通過特異性PKC抑制劑可減少皮膚的曬黑反應，使其毛發顏色變淡。UV可通過降低p53表達和上調MMP2和MMP9的表達，從而激活AK蛋白，導致皮膚色素增加，對UV的防護可降低MMP2和MMP9對黑素生成的影響及對膠原蛋白分解的影響，從而改變膚色。同時UVN以刺激皮膚表面自由基的產生，從而在皮膚表面形成脂褐素，可以通過清除自由基及過氧化產物發揮祛斑，防曬及抗皮膚色素沉著的功效。

3.復方植物美白劑

中醫認為，氣血乃潤養肌膚之本，理氣活血，以血養白乃中醫美白之精髓。現代研究表明，植物中的有效成分可通過改善皮膚的微循環，從而增加皮膚微血管血流量，促進身體的營養和微量元素的吸收，加快新陳代謝，加速黑色素代謝。同時可以使皮膚的角質形成細胞和成纖維細胞等，能夠得到充足的氧分和營養物質，使肌膚的細胞變得飽滿充盈，皮膚更加健康和白皙。

以傳統中藥牡丹皮、甘草，白蒺藜，黃精為主要原料的復方植物美白劑，是根據宮廷美容古方演繹而來。按照“君臣佐使”組方思想進行組方，分別從促進血液微循環、促進黑素在皮膚表面均勻分布、抗皮膚膠原蛋白降解，抗氧化損傷及提升皮膚水合度幾個方面發揮提亮膚色、改善皮膚暗沉、增加皮膚紅潤度的作用。

君藥：牡丹皮，中醫有“諸花皆散”之說，即花類藥物具有散瘀，散郁以美白消斑之效。現代機理研究，其中所含丹皮酚具有促進局部血液微循環的作用。臣藥：白蒺藜，具有祛風消斑之效，風邪入侵，頭面先傷，邪科腠理，營衛不和，致氣血不調，日久生瘀，故與君藥相輔，驅逐風源。現代科學研究表明，白蒺藜中的主要活性成分可以抑制炎癥因子及自由基代謝產物，刺激膠原蛋白降解導致的膚色改變。佐藥：甘草，甘溫除熱，清熱祛斑，解肌膚之毒火，火燥結滯淤于面部，致使顏面氣血不和，致氣滯血瘀，甘草雖為佐使之品，卻有襄贊之功。現代科學研究表明甘草中的活性成分可以促進色素均勻化分布，改善色素沉積對膚色造成的影響。使藥：黃精，滋陰養血，潤澤肌膚之效。其加入組方中主要通過增加角質層皮膚含水量，使皮膚光澤，改善膚色。

中藥組方的根本思想是在不影響皮膚黑色素合成及代謝的情況下，從不同角度和途徑達到健康美白肌膚的目的。其具有多成分、多靶點的作用優勢。可以分別從促進血液微循環、促進黑色素在皮膚表面均勻分布、抗皮膚膠原蛋白降解，抗氧化損傷及提升皮膚水合度幾個方面發揮提亮膚色、改善皮膚暗沉，增加皮膚紅潤度的作用。

4.美白效果詮釋

根據美白作用通路，其美白功效評價方法主要包括生化水平評價、細胞水平評價和人體評價。其中生化水平評價試驗主要包括功效物質的抗氧化損傷測試；細胞水平評價方法主要包括對相應細胞中炎性因子，基質金屬蛋白酶、黑色素聚集激素、蛋白激酶含量的測試以及熒光微粒的角化細胞的吞噬作用抑制試驗；人體評價試驗主要包括對皮膚顏色的分析以及對角質層含水量的測試、皮膚血液微循環的改善性測試。

復方植物美白劑是通過大量的體外生化實驗（酪氦酸酶抑制實驗、抗氧化實驗）篩選出活性較好的植物組合物。通過成纖維細胞實驗及黑色素細胞實驗闡明發揮美白作用的機理，同時通過人體實驗，分別采用皮膚氧分壓測試儀及激光多普勒測試，所得到的提取物配方對人體皮膚血液微循環的改變，對其進行人體功效評價。

4.1 生化水平評價方法

DPPH是一種穩定的有機自由基，在可見光區最大吸收峰為517nm。在乙醇溶液中，每個DPPH分子在溶液中可生成一個穩定的含氮自由基，具有典型紫色。當它與提供1個電子的自由基清除劑作用時，生成無色產物，使溶液的典型紫色變淺。其褪色程度與配對電子數成化學計量關系；因而可用分光光度法進行定量分析，來檢測自由基清除情況，從而評價樣品清除自由基的能力。其能力用清除率來表示，清除率越大，則表明其清除自由基、抗氧化能力越強。

羥基自由基是活性氧中化學性質最活潑的自由基，它幾乎能與活細胞中任何生物大分子發生反應，且反應速度極快，是對機體危害最大的自由基。但在反應體系中加入水楊酸，能有效地捕獲OH·，并產生有色產物2.3-二羥基苯甲酸。該有色產物在510nm處有強吸收峰，若在體系中加入具有清除OH·功能的待測物，且待測物捕捉OH·的作用大于水楊酸時，便能及時清除OH·，從而使有色產物的生成量減少，導致吸光度減小。所以采用固定反應時間法，在510nm處測量含待測物反應液的吸光度，并與空白液比較，便能測定待測物對OH·的清除作用。

亞鐵離子螯合能力測定、抗氧化劑可以作為活性氧的淬滅劑、自由基受體或金屬離子螯合劑等多種方式阻止自由基鏈式反應，消除脂質過氧化等其他物質的氧化對生物體的傷害。因此測定金屬離子如亞鐵離子螯合能力的大小也是評價氧化劑抗氧化性能常用的方法。

4.2 細胞水平評價方法

根據上述美白機理新途徑可知：細胞中產生的炎性因子、基質金屬蛋白酶、黑色素聚集激素、蛋白激酶含量都會直接或間接地對皮膚的顏色、光澤等產生重要影響。

選擇皮膚真皮成纖維細胞為實驗材料，研究功效物質對皮膚暗沉老化的保護作用。分別測定功效物質對人皮膚成纖維細胞增殖率、膠原蛋白含量，SOD的活性，脂質過氧化程度的影響，以及對成纖維細胞MMP1，2，9的表達影響，闡明樣品對膠原蛋白合成的促進及抗氧化損傷的作用機制。

黑素是影響人皮膚顏色的重要因素，功效物質對黑素的分布均勻度也會產生一定的影響。故可通過培養人黑素細胞后加入功效物質，利用共聚焦顯微鏡觀察功效物質對黑素分布均勻度的影響。同時通過測定MCH活性及mRNA表達可以測定樣品對黑素均勻分布影響的作用機制。

4.3 人體評價方法

可以通過Lab色度分析，考察樣品對膚色的整體改變。激光多普勒法檢測皮膚血液微循環，利用氦氖激光管發出激光束經探頭照射至被測組織，觀察被測組織血管中的紅細胞數差以判斷血流量大小。經皮氧分壓監測儀利用電化學原理通過電極經皮對血液中的血氧進行測量，間接測定皮膚局部的血液微循環。角質層含水量測試儀測定角質層的含水量，從而比較不同樣品作用于皮膚后皮膚水分含量的變化。

結果表明，組方提取物可以從整體上改善提亮膚色、加速血液微循環，促進黑素代謝及提高角質層含水量以達到健康美白肌膚的目的。

5.結語

隨著美白產品研究的深入，現代人對美白化妝品有了更高、更新的追求，美白和健康肌膚并進。崇尚自然之美，追求美白的同時又得到了肌膚的營養，使皮膚從內到外真正達到白皙和充盈。應用可以達到活血化瘀、疏通瘀阻，具備充足營養的中草藥植物成分作為美白劑，添加到美白產品中，開發出健康、環保，綠色和高效的美白產品。健康科學美白才是美白化妝品發展的新趨勢。

參考文獻：（略）