摘  要 / Abstract

皮肤暗沉是一种普遍存在的皮肤问题，因此美白产品已成为化妆品市场上最热门的产品之一。皮肤暗沉的发生与黑色素的沉积密切相关，抑制黑色素的合成和沉积主要有3 种方法：抑制酪氨酸酶活性、抑制黑色素合成的信号通路以及干扰黑素体的转移。主流的美白功效成分主要分为化学合成成分、天然来源成分和天然提取物3 类。目前美白产品的种类繁多，功效成分复杂多样，本文总结了这些功效成分的作用机制，为新型化妆品原料的开发提供参考。

Skin dullness is a common dermatological concern, causing whitening products to become one of the most popular products in the cosmetics market. The occurrence of skin dullness is closely related to the deposition of melanin, and there are three methods to inhibit the synthesis and deposition of melanin: inhibiting tyrosinase activity, blocking the signaling pathways of melanin synthesis, and interfering with the transfer of melanosome. Mainstream whitening ingredients are mainly categorized into 3 types: chemically synthesized ingredients, ingredients of natural origin, and natural extracts. Currently, there are many types of whitening products, and the active ingredients are complex and diverse. This paper summarizes the mechanisms of these active ingredients, and provides reference for the development of new cosmetic ingredients.

关 键 词 / Key words

黑色素；酪氨酸酶；黑色素合成信号通路；美白机制；功效成分

melanin; tyrosinase; signaling pathways of melanogenesis; whitening mechanism; active ingredients

皮肤暗沉是一种普遍存在的皮肤问题，其原因主要包括紫外线刺激、皮肤氧化、激素水平波动等。由于大多数女性对美白的追求，美白产品的开发在目前化妆品研发领域占据着重要的地位。人体皮肤的表皮、真皮和皮下组织都含有色素，这些色素的合成和沉积影响了皮肤的颜色。其中，黑色素是影响皮肤颜色的最主要因素，黑色素在角质细胞中的沉积会导致皮肤暗沉。美白化妆品中功效成分的关键机制便在于抑制黑色素的合成和沉积，主要包括抑制酪氨酸酶活性、抑制黑色素合成的信号通路以及干扰黑素体的转移等。

目前，美白化妆品中添加的功效成分种类繁多， 且存在作用机制不明确、副作用大等问题。部分成分在稳定性、刺激性和皮肤渗透率等方面存在缺陷。因此，需要进一步开发和应用新型美白功效成分。本文总结了黑色素的合成过程，梳理了抑制黑色素合成的3 种机制，并对常用美白成分进行分类和综述，以期为新型美白化妆品功效成分的开发提供参考。

1、皮肤黑色素的合成与代谢

黑色素由黑色素细胞（melanocyte, MC）合成，此类细胞主要分布在皮肤表皮的基底层。黑色素细胞上存在若干与角质细胞 (keratinocyte, KC) 相连的树突状分支，这些树突是成熟黑素体的运输通道。每个黑色素细胞与近 40 个角质细胞相连，构成一个黑色素生成单位。通过一系列连续反应合成的黑色素在黑色素细胞中被包装成黑素体，随后向邻近的角质细胞转移并沉积。

1.1 黑色素的合成步骤

黑色素主要分为真黑素和褐黑素，由苯丙氨酸（Phe）和酪氨酸（Tyr）经过一系列复杂反应合成。苯丙氨酸在苯丙氨酸羟化酶（PAH）的作用下发生羟基化反应生成酪氨酸，而酪氨酸在酪氨酸酶（tyrosinase，TYR）的催化下进一步羟基化生成多巴（DOPA）。随后，多巴氧化为多巴醌（dopaquinone，DQ），并以不同的途径分别合成褐黑素和真黑素。半胱氨酸（Cys）经由跨膜蛋白MFSD12 介导进入黑素体[1]。当半胱氨酸充足时，多巴醌在半胱氨酸的作用下生成半胱氨酸多巴（Cys-DOPA）异构体，随后氧化为半胱氨酸多巴醌（Cys-DQ），半胱氨酸多巴醌再重新排列生成苯并噻嗪（benzothiazine，BT） 和苯并噻唑（benzothiazole，BZ）中间体[2]，2 种中间体聚合生成褐黑素[3]。当半胱氨酸缺乏时，多巴醌自发进行环化和氧化生成多巴色素（dopachrome）。多巴色素又通过2 种反应途径合成真黑素[4]。一是自发反应，部分多巴色素自发脱羧，形成5,6- 二羟基吲哚（5, 6-dihydroxyindole，DHI）， 并进一步氧化生成吲哚-5,6- 醌（indole-5,6- quinone，IQ）。二是酶催化反应，酪氨酸酶相关蛋白1（TYRP1）和酪氨酸酶相关蛋白2（TYRP2） 在其中发挥着重要的作用。酪氨酸酶相关蛋白2 能够催化多巴色素反应生成5,6- 二羟基吲哚-2- 羧酸（5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid， DHICA）。随后，该产物在酪氨酸酶相关蛋白1 的作用下氧化为吲哚-5,6- 醌-2- 羧酸（indole- 5,6-quinone-2-carboxylic acid，IQCA）。真黑素是一种高度非均相的聚合物，由以上2 种反应途径的最终产物吲哚-5,6- 醌和吲哚-5,6- 醌-2- 羧酸共同聚合而成[5]。褐黑素和真黑素的合成过程见图1。

1.2 黑素体的发育和成熟

黑素体是一种含有黑色素的单层膜细胞结构， 同时也是黑色素的合成场所。黑素体主要有4 个发育阶段[6]。Ⅰ期黑素体与晚期内体类似，成透明的茧状；Ⅱ期黑素体内部生成大量由黑素体特异性蛋白（PMEL17）形成的纤维结构[7] ；在第Ⅲ期，黑色素合成所需的酶和离子转运蛋白从高尔基体网络转移到黑素体[8-11]，同时黑色素开始合成，并沉积在黑素体中的纤维结构上；Ⅳ期黑素体为成熟黑素体，内部变为深色，并通过树突向角质形成细胞转移。黑素体的发育和成熟过程见图2。

1.3 黑色素的代谢

从黑色素细胞排出以后，一部分黑色素在皮肤内被分解，再经血液循环至肾脏进行代谢；另一部分黑色素通过黑色素细胞的树突结构运输至角质形成细胞中重新分布。随着细胞的分化，黑色素迁移至角质层中，造成肉眼可见的色素沉积。小部分黑色素在细胞中可通过自噬代谢[12]，大部分黑色素最后随着老化的角质细胞脱落而脱离机体。

2、美白成分的作用机制

2.1 抑制黑色素合成过程中关键酶的活性

在黑色素合成涉及的多个酶促反应中，酪氨酸酶催化合成多巴是最重要的限速步骤，因此酪氨酸酶被认为是黑色素生物合成过程中最关键的限速酶。一旦酪氨酸酶的活性被抑制，褐黑素和真黑素的合成都会受到影响。这也是目前大多数美白功效成分的作用靶点。抑制酪氨酸酶活性的方法主要有3 种，一是竞争性抑制酪氨酸酶；二是作用于酪氨酸酶活性中心以外的区域，非竞争性抑制酪氨酸酶的活性；三是结合维持酪氨酸酶活性所需的铜离子，使酪氨酸酶失活。此外，一些功效成分还可以同时抑制酪氨酸酶相关蛋白1 和酪氨酸酶相关蛋白2 的活性。

2.2 抑制黑色素合成的信号通路

细胞内黑色素的合成主要受到5 条信号通路调控，即cAMP 依赖性信号通路[13]、PI3K/Akt 信号通路[14]、MAPK 信号通路[15]、Wnt/β-连环蛋白通路[16] 和NO 信号通路[17]，而小眼相关转录因子（MITF）是各条通路的最终靶标。

cAMP 依赖性信号通路是调控黑色素生成最主要的一条信号通路。当皮肤受到紫外线B 段（UVB） 刺激时，角质细胞中生成α-黑色素细胞刺激素（α-MSH），与黑色素细胞表面的黑素皮质素1 受体（MC1R）结合，导致细胞内cAMP 浓度增加， 进而激活蛋白激酶A（PKA），促进cAMP 反应元件结合蛋白（CREB）磷酸化，增加小眼相关转录因子的表达，从而促进黑色素的生成[18]。一些美白成分能够作用于信号通路中的细胞因子，进而阻断一条或几条信号通路，抑制小眼相关转录因子的表达，从而减少黑色素的生成。

2.3 干扰黑素体的转运过程

从黑色素的合成机制来看，黑色素在黑色素细胞中成熟后沿树突迁移到角质形成细胞并沉积。因此，可以通过抑制黑色素细胞树突的生成和抑制角质形成细胞对黑色素的摄取2 种方法干扰黑素体的转移。蛋白酶激活受体2（PAR2）在黑色素进入角质细胞的过程中发挥着重要的作用[19]，其表达的增加能够促进角质形成细胞对黑色素的吞噬，从而诱导黑色素的转移。因此，蛋白酶激活受体2 也是抑制黑素体转移的靶点之一[20]。抑制黑色素合成的3 种机制见图2。

3、常见的美白功效成分

3.1 化学合成成分

3.1.1 抗坏血酸及其衍生物

抗坏血酸是最早应用于美白化妆品的美白成分之一。抗坏血酸的美白作用机制主要包括两方面。一是抑制黑色素的生物合成。抗坏血酸能够将多巴醌还原为多巴[21]，从而阻断黑色素的合成通路，减少黑色素的生成。二是还原已生成的黑色素。抗坏血酸能够将黑色素结构中的醌式结构还原成为没有颜色的酚式结构，从而减轻皮肤色素沉积。这些作用都依赖于抗坏血酸极强的还原性。此外，抗坏血酸还可以通过螯合铜离子使酪氨酸酶失活。

然而，抗坏血酸也存在稳定性差、酸性过强等缺点，大大限制了其在化妆品中的应用。因此，目前美白产品中添加的多为抗坏血酸衍生物，例如抗坏血酸葡糖苷（AA2G）[22]、抗坏血酸磷酸酯镁（MAP）[23]、抗坏血酸四异棕榈酸酯（VC-IP）[24-25]、抗坏血酸乙基醚（EAC）[26]、抗坏血酸棕榈酸酯磷酸酯三钠（APPS）[27-28] 等。此外，也有文献报道了己基甘油抗坏血酸酯（VC-HG）[29-30] 等新一代抗坏血酸衍生物的开发。

3.1.2 烟酸衍生物

烟酰胺是一种经典的美白成分，属于烟酸的衍生物之一。与单纯作用于酪氨酸酶不同，烟酰胺通过抑制角质细胞中蛋白酶激活受体2 的活性[31]，从而阻止黑素体从黑色素细胞向角质细胞的转移[32]。烟酰胺对角质形成细胞摄取黑色素过程的抑制作用已经得到证实[33]。当部分黑色素到达角质层后，烟酰胺又能够促进角质细胞的更新，从而加快黑色素的代谢。然而，烟酰胺对于黑色素转移的抑制作用是可逆的[31]，且需要较高浓度才能达到一定的抑黑效果，可能导致皮肤刺激性增加。

其他几种烟酸的衍生物也因美白效果好、副作用小等优点而备受关注。其中，N-烟酰多巴胺（NND）的作用机制与烟酰胺类似，通过抑制黑素体的转移达到美白效果[34]，但对酪氨酸酶活性和黑色素的合成均无抑制作用[35] ；N-烟酰酪胺（NNT） 同样不直接抑制酪氨酸酶活性，而是通过下调小眼相关转录因子的表达来抑制黑色素生成[36] ；烟酸异羟肟酸酯（NAH）则通过抑制MAPK 和 PI3KIAkt 信号通路，导致小眼相关转录因子的表达降低，进而下调酪氨酸酶的活性，抑制黑色素的合成。研究表明， 烟酸异羟肟酸酯对小鼠黑色素瘤B16-F10 细胞的黑色素含量和酪氨酸酶活性具有剂量依赖性的抑制作用[37]。

3.2 天然来源成分

3.2.1 熊果苷及其衍生物

熊果苷，又名对苯二酚葡萄糖苷，是一种从杜鹃花科植物熊果的叶中提取的成分。目前已知的熊果苷包括α-熊果苷、β-熊果苷和脱氧熊果苷。熊果苷在结构上与酪氨酸酶的底物酪氨酸和多巴有着相似性，因此能够竞争酪氨酸酶分子的结合位点， 进而干扰黑色素细胞，影响黑色素的合成。目前， 最常用的熊果苷是β-熊果苷。α-熊果苷是β-熊果苷的差向异构体，研究表明α-熊果苷对小鼠黑色素瘤酪氨酸酶的抑制作用是β-熊果苷的10 倍；α-熊果苷对酪氨酸酶表现为竞争性混合型抑制，而β-熊果苷则表现为非竞争性抑制[38]。β-熊果苷除抑制黑色素合成外，对黑色素细胞的增殖功能也有一定的抑制作用。与相同浓度的β-熊果苷相比，α-熊果苷对细胞生长几乎没有影响，具有更低的细胞毒性和更高的安全性[39]。脱氧熊果苷是酪氨酸酶的竞争性抑制剂，对蘑菇酪氨酸酶的抑制作用是β-熊果苷的350 倍[40]。此外，一些熊果苷衍生物，如熊果苷-β-糖苷[41]、熊果苷-α-糖苷[42]、乙酰化熊果苷[43] 等，也表现出类似的酪氨酸酶抑制效果。

3.2.2 光甘草定

光甘草定是一种异黄酮类化合物，最初从豆科植物光果甘草中提取得到。光甘草定对黑色素合成具有较强的浓度依赖性抑制作用，且细胞毒性较小[44]。光甘草定具有全面的美白作用机制。首先，光甘草定对黑色素生成过程中的多种酶有抑制作用，尤其是酪氨酸酶。研究显示，光甘草定不直接与酪氨酸酶的活性位点结合，表现出可逆的非竞争性抑制作用[45]。其次，光甘草定能够影响调控黑色素合成的2 条信号通路[46]，即cAMP 依赖性信号通路和MAPK 信号通路。在cAMP 依赖性信号通路中，光甘草定能够通过降低蛋白激酶A 和cAMP 反应元件结合蛋白的表达来抑制黑色素的生物合成。对于MAPK 信号通路，光甘草定能够显著下调c-Jun 氨基末端激酶（JNK）和p38 蛋白激酶（p38 MAPK）的表达， 从而影响黑色素的合成。此外，光甘草定还能够降低皮肤受到刺激后产生的cAMP 表达，显著改善紫外线A 段辐射导致的皮肤色素沉着[46]。

3.3 天然提取物

3.3.1 人参提取物

人参是应用最广泛的中药之一，在美容护肤方剂中的应用历史悠久。人参提取物能够抑制酪氨酸酶活性，并降低在α-黑色素细胞刺激素刺激下的小鼠黑色素瘤B16 细胞内黑色素的合成数量[47]，已被广泛应用于美白化妆品中。研究表明，人参提取物中的多种单一成分也具有美白功效。其中，人参皂苷Rb1 不仅可以下调酪氨酸酶的活性，并且以剂量依赖性方式显著抑制了α-黑色素细胞刺激素的黑色素生成促进作用[48]。人参皂苷Rh4 则显著降低了小鼠黑色素瘤B16 细胞中cAMP 的水平，进而影响cAMP 下游分子的磷酸化，阻断cAMP 依赖性信号通路，减少黑色素的合成[49]。人参皂苷F1 通过调控Rho GTP 酶（Rac1、Cdc42、Rho），从而抑制黑色素细胞树突的形成和伸长，进而抑制黑素体向角质细胞转移[50]。此外，人参皂苷F1 能够促进人表皮细胞白介素-13（IL-13）的生成，通过白介素-13 抑制黑色素合成过程中酪氨酸酶和酪氨酸酶相关蛋白2 两种关键酶的活性，从而减少黑色素的生成[51]。人参提取物中含量最高的酚酸香草酸也被证明通过抑制NO 信号通路抑制了黑色素的生成[52]。

3.3.2 白芷提取物

白芷具有祛风除湿、排脓生肌的功效，是常用的美白中药，在《本草纲目》等众多医书中均有记载。白芷提取物能够降低β-连环蛋白、淋巴增强因子-1（LEF）、小眼相关转录因子、酪氨酸酶的表达，并增加糖原合酶激酶3（GSK3β）的表达， 从而有效抑制黑色素合成中Wnt/β-连环蛋白信号通路的传导[53]。白芷提取物中的功效成分主要为欧前胡素和异欧前胡素等香豆素类成分。异欧前胡素通过抑制miR-3619 基因，可以显著降低黑素体特异性蛋白水平和黑色素含量[54]。

3.3.3 其他天然提取物

其他许多植物提取物也显示出潜在的美白活性。例如，桔梗提取物对酪氨酸酶的抑制率高达97.71%，并能抑制活性氧（ROS）对酪氨酸酶的活化，达到协同美白的作用[55]。黄芪提取物则通过增加MAPK 信号通路中细胞外信号调节激酶（ERK） 的磷酸化来触发小眼相关转录因子的表达，导致其降解并随后下调黑色素生成，经黄芪提取物处理后的细胞内小眼相关转录因子和酪氨酸酶等均明显减少[56]。当归提取物能够降低酪氨酸酶相关蛋白1 和酪氨酸酶相关蛋白2 的mRNA 水平，下调小眼相关转录因子的mRNA 表达，并以剂量依赖性方式显著降低黑色素含量[57]。茯苓提取物对蘑菇酪氨酸酶中单酚酶和二酚酶的活性都有较好的抑制作用，且对小鼠黑色素瘤B16 细胞酪氨酸酶活性有一定的抑制作用[58]。各类美白功效成分的作用机制见表1。

4、结   语

本文综述了目前化妆品中常用美白成分的作用机制，重点分析了美白成分抑制黑色素合成的3 种机制和目前常见的3 种美白成分。抗坏血酸主要通过抑制酪氨酸酶活性来减少黑色素的生成，而烟酸衍生物则通过抑制黑素体的转移发挥作用。这些化学合成成分存在作用机制较为单一、刺激性较大等问题，因此逐渐被其他成分替代，或仅作为辅助成分添加。例如，烟酰胺能够抑制黑素体的转移，但对黑色素的生成无抑制作用，停用会出现“返黑” 现象；抗坏血酸的酸性问题也一直限制着其应用。一些天然来源物质，如光甘草定，既能抑制酪氨酸酶， 又能抑制黑色素生成的信号通路，多角度多靶点发挥作用。而天然提取物成分众多，不同成分之间机制互补，能够取得更优的美白效果。因此，相比化学合成成分，天然来源成分和天然提取物作用机制更加全面，美白效果更好，展现出更广阔的应用前景。

美白功效成分的优化策略主要有2 种。一是对其结构进行衍生化修饰。例如，抗坏血酸葡糖苷为抗坏血酸的糖苷衍生物，抗坏血酸四异棕榈酸酯则引入了4 个异棕榈酸结构，外来基团的加入显著提升了抗坏血酸的稳定性和皮肤渗透率。二是对其结构进行异构化。例如，β-熊果苷天然存在于植物中，而α-熊果苷是根据β-熊果苷的结构由酶合成法制得，相比于β构型有着更好的酪氨酸酶抑制作用和安全性。这也为新型美白成分的开发提供了2 种可行的思路。

随着人们生活水平的提高，消费者对化妆品成分的安全性和有效性提出了更高的要求。与化学合成成分相比，天然提取物因其全面的作用机制和优秀的美白效果受到了广泛关注，目前已有多种天然提取物应用于美白产品中。但天然提取物为多种成分的混合物，作用机制尚未完全阐明，目前对于天然提取物的应用也较为粗浅，创新度较低。建议未来研究者着眼于我国宝贵的传统中医药资源，深入探究天然提取物中各成分的美白机制和协同作用， 从而开发新型美白原料，为美白化妆品市场注入新的活力。

引用本文

李煜文,肖琦瑶,彭丽华*.浅析美白护肤品中功效物质的活性与皮肤调节机制[J].《化妆品与皮肤科学》网络专刊,2024(1):33-43.