透明質(zhì)酸在化妝品中的應用

朱文驛　鄧小鋒　孟宏　李麗　董銀卯

透明質(zhì)酸（Hyaluronic acid，HA）又稱糖醛酸、玻尿酸、琉璃糖碳基酸，是一種高分子鏈的直鏈多糖。1934年美國哥倫比亞大學眼科教授Mayer等首先從牛眼玻璃體中分離出該物質(zhì)。透明質(zhì)酸是皮膚和其他組織中廣泛存在的天然生物因子，被國際上稱為理想的保濕因子，存在于結(jié)締組織如關(guān)節(jié)、玻璃體、滑液、臍帶、軟骨、皮膚、雞冠之中，以滿足一些重要功能如韌性、支持結(jié)構(gòu)以及細胞的代謝調(diào)節(jié)。皮膚中的透明質(zhì)酸占據(jù)了身體總透明質(zhì)酸的50%，真皮中的透明質(zhì)酸含量顯著高于表皮層，透明質(zhì)酸與皮膚的關(guān)系非常緊密，在化妝品中的運用也越來越廣泛。

透明質(zhì)酸的結(jié)果

透明質(zhì)酸的生物分子結(jié)構(gòu)是兩個雙糖單位D葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺組成的大型多糖類，分子量在10萬至400百萬之問。與其他粘多糖不同，它不含硫。透明質(zhì)酸分子中的每雙糖單位均含有個羧基，在生理條件下均可解離成負離子，等空間距離的負離子相互排斥，使透明質(zhì)酸分子在水溶液中處于松散狀態(tài)，可結(jié)合多于本身500-1000倍的水分，占據(jù)較大的空間。除了一級結(jié)構(gòu)外，透明質(zhì)酸被發(fā)現(xiàn)具有二三級結(jié)構(gòu)。其中，透明質(zhì)酸的二級結(jié)構(gòu)由每個二糖單位通過180度的扭轉(zhuǎn)和前后的二糖單位結(jié)合，經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)折回到原來的方向，形成一條單鏈。透明質(zhì)酸的三級結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它具有親水區(qū)和疏水區(qū)，具有高度的親水性及疏水性。當其在水溶液中，疏水性分子集聚在起，減少了與溶劑的接觸。每一個透明質(zhì)酸二級結(jié)構(gòu)都可以和其他的形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不管是低濃度還是高濃度，不管是相對分子質(zhì)量大的，還是相對分子質(zhì)量小的。透明質(zhì)酸也可與其他細胞外大分子如蛋白多糖等相互作用，在生理狀態(tài)下形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

不同動物組織和細菌來源的透明質(zhì)酸無種屬差異，由不同精制方法獲得的透明質(zhì)酸，相對分子質(zhì)量不同，但也無種屬差異。

透明質(zhì)酸與皮膚

1.透明質(zhì)酸在皮膚中的生理作用

在人體中，透明質(zhì)是由成纖維細胞和表皮的角朊細胞或其他的胞漿膜形成，透明質(zhì)酸，是皮膚的主要成分，來源于真皮，是填充在細胞間的主要基質(zhì)。將透明質(zhì)酸進行染色處理，顆粒層到基底層顯色明顯，基底層下的結(jié)締組織染色呈陽性，網(wǎng)狀層的顯色稍弱。除此之外，皮膚附屬器官（皮脂腺和毛囊）也均被染色。透明質(zhì)酸的功能在上皮組織中不太明顯，其中的細胞被緊密填充，胞外空間似乎非常小。實際上，高濃度的透明質(zhì)酸可能會膨脹到細胞外空間，有可能破壞上皮細胞之問的凝聚力和損害上皮細胞通透性。透明質(zhì)酸，自由基的有效清除劑，也可以通過清除由紫外線照射產(chǎn)生的活性氧，對表皮起保護作用。透明質(zhì)酸的快速周轉(zhuǎn)可能有助于消除和清除表皮有毒化合物，例如，朗格漢斯細胞和淋巴細胞移動進出表皮。透明質(zhì)酸創(chuàng)造了促進這些細胞流動的胞外空問，同時由于CD44受體提供了低親和性結(jié)合位點。體內(nèi)透明質(zhì)酸的合成速度很快，立刻就會被排除胞外或者被透明質(zhì)酸酶降解。在軟骨中，透明質(zhì)酸的半衰期通常是2～3周，在角質(zhì)形成細胞中，細胞主動合成和分解透明質(zhì)酸。其透明質(zhì)酸的半衰期更短，不足天，血液中透明質(zhì)酸的半衰期僅僅只有幾分鐘。人體內(nèi)，大約平均每天有三分之的乙酰透明質(zhì)酸在不斷更新。

2.不同年齡透明質(zhì)酸的分布

3月齡的胎兒，透明質(zhì)酸集中在表皮層，隨著胎齡的增加，逐漸由表皮層向真皮層轉(zhuǎn)移，這是科學家研究透明質(zhì)酸分布與無瘢痕愈合的一個重要契合點。大多數(shù)胎兒組織中是非常豐富的透明質(zhì)酸，形成凝膠狀，可提供所需的空間和可塑性，為快速增殖的胚胎細胞和遷移提供空間。人體在胚胎時期透明質(zhì)酸含量最高，出生后逐漸減少，如果把20歲的人體內(nèi)的透明質(zhì)酸含量定位到100%，則30、50、60歲分別下降為65%、45%、25%。當透明質(zhì)酸低于某一水平時，造成皮膚含水量降低，角質(zhì)層代謝緩慢、老化，這一現(xiàn)象一般出現(xiàn)在25歲以后，這也是中老年人與兒童皮膚有差距的主要原因。

3.外源性透明質(zhì)酸的皮膚滲透吸收

將相同濃度的不同分子量的透明質(zhì)酸涂抹于完整豬皮膚和剝離了角質(zhì)層的豬皮膚。在正常皮膚中，分子量為5kDa的透明質(zhì)酸位于及角質(zhì)層和表皮層，分布較零散；較高分子量的透明質(zhì)酸局限在角質(zhì)層。在被剝離了角質(zhì)層的豬皮膚中，與5kDa的不同分子量相比，表皮中100kDa和1MDa的含量更多。

在化妝品中應用

1.透明質(zhì)酸的保濕功能以及滲透劑功能

皮膚屏障功能的主要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是表面角質(zhì)細胞形成的角質(zhì)層、角質(zhì)細胞間的脂類、天然保護因子（natural moisturizing fac-tot，NMF）等。細胞角蛋白和角蛋白中間絲相關(guān)蛋白是角質(zhì)屏障的基礎(chǔ)。透明質(zhì)酸就是通過改善皮膚的水合作用起到保濕的功效。大分子的透明質(zhì)酸減少表皮水分的流失，小分子的透明質(zhì)酸通過改變角蛋白的結(jié)構(gòu)，降低皮膚的屏障功能。不論高分子透明質(zhì)酸還是低分子透明質(zhì)酸，都具有保濕效果，聯(lián)合使用能達到協(xié)同作用。

所以透明質(zhì)酸在化妝品中的應用，除了自身優(yōu)良的保濕性能外，還有促進皮膚滲透的功能。研究人員將透明質(zhì)酸和BSA（牛血清蛋白）混合，結(jié)果表明分子量為5000Da的透明質(zhì)酸能和BSA協(xié)同運輸?shù)狡つw中。初步猜測是皮膚保濕與角質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用，以及蛋白質(zhì)與透明質(zhì)酸共同轉(zhuǎn)運，有助于透過角質(zhì)層。透明質(zhì)酸穿過這些層，并沒有細胞外液的內(nèi)向動力，其過程必須通過細胞外擴散或主動轉(zhuǎn)運穿過細胞或者兩種方式結(jié)合運輸。透明質(zhì)酸的兩性性質(zhì)可能有助于其結(jié)合到細胞膜。

在化妝品經(jīng)皮吸收的過程中，由于一些生物大分子的高分子量和親水性的屬性，皮膚優(yōu)異的阻隔性能幾乎完全限制了這些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。通常透明質(zhì)酸作為皮膚滲透劑添加到化妝品中，用來降低皮膚的屏障強度以及達到保濕效果。

2.透明質(zhì)酸的防曬修復功能

透明質(zhì)酸還具有防曬修復的作用。透明質(zhì)酸通過促進表皮細胞增殖和分化以及清除氧自由基，可促進受傷部位皮膚再生。其作用機制與防曬霜中常用的紫外線吸收劑不同，因具有協(xié)同作用，可同時減少紫外線透射并修復紫外線所致的皮膚損傷，達到雙重保護。皮膚輕度燒傷時，表皮涂抹含透明質(zhì)酸水劑化妝品可減輕疼痛，加速受傷部位愈合。

3.透明質(zhì)酸的抗衰老功能

細胞間透明質(zhì)酸網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能防止微粒、大分子靠近細胞膜。相同濃度的高分子量透明質(zhì)酸比低分子量透明質(zhì)酸具有更強的保護作用。高分子量網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的透明質(zhì)酸能與相鄰細胞表面靶點的透明質(zhì)酸分子重疊和連接。低分子量網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的透明質(zhì)酸，鏈不夠長而不能重疊和連接相鄰細胞的透明質(zhì)酸，形成了微粒靠近細胞膜的空間和通道。與低分子量的透明質(zhì)酸相比，高分子量透明質(zhì)酸能有效地防止葡萄糖氧化酶的產(chǎn)生，顯著地減少細胞損傷。

皮膚老化與皮膚水分流失有關(guān)，低分子透明質(zhì)酸和高分子透明質(zhì)酸加強皮膚的保濕作用和彈性能力有著顯著的效果區(qū)別。學者們將50kDa、300kDa、800kDa和1500kDa的透明質(zhì)酸進行試驗，發(fā)現(xiàn)低分子透明質(zhì)酸可能由于其更強的滲透能力，影響了表皮中許多基因的表達，包括老化皮膚和光損傷皮膚中減少的促進角質(zhì)形成細胞分化和與細胞間緊密相連的有關(guān)基因。相比高分子透明質(zhì)酸，低分子透明質(zhì)酸的保濕和維持皮膚彈性效果更優(yōu)良。

4.透明質(zhì)酸的生發(fā)功能

抑制脫發(fā)的藥物除了抑制睪酮的產(chǎn)生外，其他藥物作用機理并不明確。抑制睪酮的非那雄胺并不適用于男性患者。Kaitlyn Sadtler發(fā)現(xiàn)通過小鼠皮下注射低分子量的透明質(zhì)酸周后，顯著地誘導了毛發(fā)生長。低分子量透明質(zhì)酸的皮下注射有效率為100%。初步推測皮下注射低分子量的透明質(zhì)酸能誘發(fā)毛發(fā)生長初級階段，可能是由于透明質(zhì)酸能夠與影響毛發(fā)生長的受傷組織的受體結(jié)合。

5.透明質(zhì)酸的傷口愈合

透明質(zhì)酸具有促進傷口愈合的功能早已有文獻進行了闡述。近期，學者們發(fā)現(xiàn)皮下注射透明質(zhì)酸能夠促進深層真皮傷口的難愈性傷口的愈合。通過對十名健康的志愿者進行前臂腹側(cè)血液采集刺血模擬標準的真皮深層傷口，并施以透明質(zhì)酸皮下注射、生理鹽水皮下注射以及未處理的皮膚傷口愈合進行了對比。并在兩周內(nèi)進行了組織成像系統(tǒng)、組織學和蛋白組學的分析和觀察，得出皮內(nèi)注射透明質(zhì)酸能誘導深層真皮傷口加速表皮新生以及改變了其蛋白表達。

6.透明質(zhì)酸的抗炎癥與抗皮膚刺激作用

Topical

Hyaluronic

AcidCombats Skin Irritation，Inflamation

7.透明質(zhì)酸的清除自由基作用

透明質(zhì)酸具有阻止氧化還原反應或者電離輻射中產(chǎn)生的自由基，從而導致細胞損傷的生物功能。透明質(zhì)酸還被廣泛用于減緩組織或器官中的炎癥反應。透明質(zhì)酸的抗炎癥能力很大程度上都歸因于其抗氧化活性。透明質(zhì)酸促進傷口愈合的功能可能也和抗氧化功效有關(guān)。Zbigniew Darzynkiewicz等人闡述了透明質(zhì)酸能明顯減弱外源性氧化劑誘發(fā)的DNA損傷信號，尤其是高分子的透明質(zhì)酸。在成纖維細胞培養(yǎng)基中，高分子透明質(zhì)酸比低分子透明質(zhì)酸具有更優(yōu)良的抗氧化性能。同時，透明質(zhì)酸也能減少蛋白損傷、脂質(zhì)過氧化以及羥基自由基的形成。

討論

伴隨科學家對透明質(zhì)酸的認識有了一個質(zhì)的飛躍，透明質(zhì)酸在化妝品中的應用也越來越廣泛。現(xiàn)階段，化妝品中透明質(zhì)酸的應用仍有局限性，應加強對透明質(zhì)酸的應用性開發(fā)。

目前最重要的問題是透明質(zhì)酸的分子量與透皮吸收的問題，究竟皮膚對于外源性透明質(zhì)酸吸收的最大分子量是多少，透明質(zhì)酸滲透到表皮、真皮的生物利用率是多少，是個亟待解決的問題。通過本文的總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，高分子透明質(zhì)酸和低分子透明質(zhì)酸各有不同功效，高低分子量的透明質(zhì)酸協(xié)同使用到化妝品中，功效會更佳。另外值得提的是，低分子透明質(zhì)酸的生發(fā)功能，可以更多運用到護發(fā)或者生發(fā)產(chǎn)品中，既達到了頭發(fā)保濕滋養(yǎng)的效果，又有生發(fā)的作用。據(jù)新近公布的《中國脫發(fā)人群調(diào)查》數(shù)據(jù)表明，我國脫發(fā)人群約2億，其中男性脫發(fā)人數(shù)約1.3億。我國男性脫發(fā)率近20%，且發(fā)病率以每年至少1 5%的速度遞增，中國生發(fā)市場潛力巨大。今年5月分歐萊雅在上海美博會展示了新的無硅油洗護產(chǎn)品——透明質(zhì)酸洗發(fā)水，這可能將會是下次洗護頭發(fā)產(chǎn)品的新潮流。總之，透明質(zhì)酸可廣泛運用到護膚類、護發(fā)類產(chǎn)品，同時，隨著消費者對彩妝護膚概念的接受程度越來越高，透明質(zhì)酸在彩妝品基礎(chǔ)保濕領(lǐng)域也具有巨大的市場。