依克多因的护肤功效研究进展.pdf
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1、香料香精化妆品FLAVOUR FRAGRANCE COSMETICS2024年4月第2期Apr.2024,No.2专论与综述51www.ffc-www.ffc-作 者华熙生物科技股份有限公司研发中心,山东济南 250101 王志华 任姝静 黄思玲 郭学平 王玉玲#依克多因的护肤功效研究进展摘 要依克多因,又名四氢甲基嘧啶羧酸,是一种广泛存在于嗜盐菌和耐盐菌中的渗透压保护物质。就依克多因在护肤领域的应用进行了论述,详细介绍了依克多因的细胞修护特性及其在保湿、美白、抗炎、光防护等方面的机理及应用,期望为依克多因在护肤领域的进一步开发和应用提供参考。关键词依克多因 细胞保护 保湿 美白 抗炎 光防护
2、Research Progress on Skin Care Efficacy of EctoinWANG Zhihua REN Shujing HUANG Siling GUO Xueping WANG Yuling#(R&D Center,Bloomage Biotechnology Co.,Ltd.,Jinan 250101,Shandong,China)Abstract:Ectoin,also known as tetrahydromethylpyrimidine carboxylic acid,is an osmotic pressure protective substance w
3、idely present in halophilic and halotolerant bacteria.In this paper,the application of ectoin in the field of skin care was reviewed.The cell repair characteristics of ectoin and its mechanism and application in moisturizing,whitening,anti-inflammatory and light protection were summarized.It was exp
4、ected to provide a reference for the further development and application of ectoin in the field of skin care.Keywords:ectoin cytoprotection moisturizing whitening anti-inflammatory photoprotection作 者 简 介王志华(1996),女,初级工程师,主要从事功能性护肤品开发。#通信作者:王玉玲(1978),女,高级工程师,主要从事功能性护肤品开发。联系电话:13605316115E-mail:DOI:10
5、.20099/j.issn.1000-4475.2023.0061收稿日期:2023-03-07;修回日期:2023-07-04自然界中高温、高压、高盐、高辐射强度以及严寒和干旱等极端环境会破坏细胞内外水分平衡,导致细胞无法正常代谢,从而限制了大部分微生物的生长和繁殖。依克多因作为大多数中度嗜盐菌中主要的渗透压补偿溶质,在细胞内高浓度积累可平衡外界渗透压,其特点是高度水溶性、不带静电荷、没有活性基团,所以即使在高细胞质含量下也不会影响细胞的其他代谢途径,因此被恰当地命名为相容性溶质1-2。此外,由于依克多因的环状结构(如图 1 所示)显示出较强的电负性,容易络合水分子形成氢键,使水分子在其周围
6、定向排列,即“kosmotropic effect”,促进水分子团簇缔合3,从而稳定蛋白质水合层,保护酶、DNA 等生物大分子和细胞膜结构,进一步帮助细胞及动植物抵抗各种不利环境。正是因为其独有的保护机制,依克多因不仅可以阻止应激因子损伤细胞、减少皮肤水分流失,还可以预防紫外线引起的皮肤光老化等,以上这些作用和特点也已通过体内外试验证明,然而鲜见相关综述。因此,围绕依克多因在护肤领域的功效研究进展进行论述,以期为其后续开发应用提供 参考。专论与综述2024 年 4 月香料香精化妆品52www.ffc-www.ffc-1 依克多因的护肤功效研究1.1 保护细胞,增强皮肤免疫功能相容性溶质依克多因
7、是一种具有两亲性和两性离子特征的有机小分子,可在细胞中大量聚集,抵抗高渗透压冲击,亦可作为生物大分子和整个细胞的稳定剂以及压力保护剂,有助于细胞抵抗冷冻、高温高压、酸碱、辐射等各种逆境因素的影响4。通常,频繁使用或不当接触表面活性剂会对皮肤角质层造成损伤,降低皮肤保水能力,甚至导致干燥、紧绷、瘙痒。Bujak 等5研究发现,加入质量分数 2.5%的依克多因后,表面活性剂溶液对皮肤的刺激性下降约 20%,脂质溶解程度下降 10%20%,进一步证明了依克多因可以通过减少阴离子表面活性剂对皮肤细胞的损伤来提高清洁类产品的安全性。Harishchandra 等6研究表明,水分子在依克多因周围形成有组织
8、的水分子簇,使磷脂质膜表面的水合作用增强,导致脂质膨胀,从而增加其脂质头部基团的流动性,进而使脂质层流化(如图 2 所示),从而提高细胞膜承受温度或渗透压等极端环境的能力,并进一步加速细胞修复,这也很好地解释了为什么依克多因能够保护细胞膜结构免受外界压力的伤害。此外,魏胜华等7研究发现,依克多因可用来提高中性蛋白酶热稳定性,相比于空白组,添加有 3 mmol/L 依克多因的蛋白酶酶液经 50 处理后,其相对酶活可提高 12.7%。Bnger 等8研究发现,相同处理条件下,与安慰剂组相比,依克多因可以有效保护朗格汉斯细胞(肌肤的免疫细胞,位于表皮层),从而增强皮肤免疫力,抵抗紫外辐射等外界刺激的
9、侵害。由此可见,依克多因不仅可以帮助皮肤缓解各种外界压力(干燥环境、表面活性剂损伤、紫外辐射等)、增强细胞免疫力、帮助皮肤抵御微生物及过敏原的侵袭,起到抗过敏、抗炎效果,而且还能增加细胞修复能力,加速皮肤健康的恢复,作为“神奇的修护因子”被广泛添加于各种化妆品中。1.2 高度亲水,长效保湿依克多因作为一种有机小分子物质,广泛存在于好氧、化学异养及嗜盐微生物中,这些微生物通过胞内依克多因的大量合成和富集,保护其生物聚合物(生物膜、蛋白质、酶和核酸等)免受高温、高盐浓度和低水活度引起的脱水,从而得以在极端条件下生存。这是因为:作为一种渗透压补偿溶质,依克多因可以在失水部位以氢键形式与蛋白质等生物大
10、分子相连,构成一层新的保护膜替代其原有的水膜(见图 3 的示意图),保护氢键位置不被直接暴露在周围环境中,使得生物大分子在缺水条件下仍能维持其天然结构和功能特性(水替代假说)9。图 1 依克多因结构式图 2 依克多因对磷脂单分子层的保护作用示意图依克多因的这一保护特性不仅适用于微生物,同样适用于人体皮肤。正常情况下,成人皮肤表面每天丢失的水分约 240 480 mL,皮肤屏障受损时水分的丢失可增加 10 倍10。不同于其他保湿剂的短时间性和依赖性,相对小分子质量的依克多因能深入皮肤表皮层,提升皮肤锁水力,改善透明质酸水光治疗后,因屏障破坏而导致的水分图 3 依克多因缔合水分子示意图第 2 期专
11、论与综述王志华,等:依克多因的护肤功效研究进展53www.ffc-快速流失,真正做到 1+12。Yu 等11通过分子动力学的方式,证明了依克多因可通过减缓蛋白周围水分子扩散,聚集蛋白表面水分,从而发挥皮肤保湿作用。Ruediger 等12用动态分子模拟的方式证明了依克多因-水分子簇在很高温度下仍然有超强的簇状锁水能力,且可以在一段时间内保持相对稳定。同时他们分别将含有和不含依克多因的 2 种化妆品制剂局部应用于志愿者的前臂下部,测试了其短期(24 h)和长期保湿效果,结果表明含有依克多因的乳液可以明显提高皮肤的水分含量,且停止涂抹后皮肤仍然保持较高的角质层含水量,即依克多因具有良好的长效保湿及
12、预防皮肤干燥的作用。1.3 抑制酪氨酸酶活性,减少黑色素产生黑色素是皮肤中黑色素细胞产生的重要色素,而酪氨酸酶是黑色素生成过程中起决定性作用的酶,其主要作用是把酪氨酸转化成多巴及多巴醌,从而进一步加速体内黑色素的生成,即酪氨酸酶活性越高,皮肤中黑色素生成的量就越多。因此,美白类原料及产品开发时,抑制酪氨酸酶生成及其活性就是非常重要的手段,市场上大多美白剂的原理都是抑制酪氨酸酶活性、阻止黑色素聚集或转移。Yao 等13研究发现使用含有依克多因的样品可以显著降低小鼠黑色素瘤细胞 B16-F0 和人黑色素瘤细胞 A2058 中的黑色素含量。这是因为依克多因对酪氨酸酶活性具有强烈的抑制作用,浓度为50
13、0 mol/L时的抑制率分别可达49.8%(B16-F0)和 60.2%(A2058)。此外,细胞外调节蛋白激酶(ERK)的激活可以引起 MITF 降解,从而减少酪氨酸酶的生成,进一步抑制黑色素生成14。MITF是黑色素在黑色素细胞中的主要调节因子,通过绑定TYR、TRP-1和TRP-2基因表达的启动子区域,调节 TYR、TRP-1 和 TRP-2 的转录从而调控黑色素生成。在上述研究中,依克多因处理后 2 个黑色素瘤细胞系中 MITF 含量均有所下降。由此推测,依克多因可以诱导 ERK 通路激活,MITF 的下调导致酪氨酸酶、TRP1 和 TRP2 失活,从而抑制了黑色素合成。Hseu 等1
14、5的研究表明低浓度的依克多因(0.5 1.5 mol/L)可以通过抑制 UVA照射下角质形成细胞中的阿黑皮素原(POMC)和酪氨酸酶途径来下调-黑素细胞刺激素(-MSH)及黑色素的产生,且高浓度的依克多因(50 400 mol/L)在 B16-F10 黑色素瘤细胞中显示出类似的效果。张芳等16用分光光度法考察了依克多因与不同类型的美白剂复配时对酪氨酸酶的抑制效果,并通过控制变量进一步研究了其作用机制,结果显示依克多因对酪氨酸酶的抑制效果呈浓度依赖性,抑制类型属于可逆抑制中的非竞争性抑制,抑制常数(Km)是 0.41 g/L。综上可见,依克多因可用作皮肤美白剂添加至护肤品中。1.4 抗炎舒缓,修
15、复受损肌肤皮肤屏障完好时,朗格汉斯细胞会自动识别皮肤共生菌,但皮肤屏障功能受损时,皮肤表面的非致病菌(细菌、真菌、病毒等)进入真皮后会被树突细胞识别,而后共生菌抗原激活免疫系统,引发炎症。因此,当皮肤屏障功能受损后,会使得湿疹、特异性皮炎、银屑病等免疫相关皮肤病症状加重17。周湖武等18采用细胞炎症模型(LPS 诱导 RAW264.7 细胞发生炎症)进行试验发现,在一定浓度范围内,依克多因单独使用以及依克多因与羟基积雪草甙组合使用均可抑制LPS 诱导的 RAW264.7 细胞产生 NO,由此证明了依克多因具有一定的抗炎功效。Buommino 等19发现依克多因还可以抑制蛋白 IB-的降解,从而
16、起到与钙蛋白酶抑制剂(NF-B 抑制剂)相同的抗炎效果。Marini 等20对含有质量分数 7%依克多因的乳膏进行评估发现,其治疗效果与非甾体抗炎霜(Atopiclair)相当。Atopiclair,已获得美国 FDA 批准,用于缓解轻度至中度特应性皮炎相关的瘙痒、灼热和疼痛。Wilkowska 等21使用SCORAD 指数评估皮肤变化的强度(以 0 3 等级评估红斑、糜烂、肿胀和丘疹、渗出和结痂、苔藓化和皮肤干燥的强度,以 1 10 的模拟量评估瘙痒程度),结果亦表明,使用含有依克多因的乳膏 4 周后,SCORAD 指数从 42 降至 15,瘙痒程度从 5.6 降至 2.2,皮炎症状得以持续
17、改善。广州旭帆实验团队对 20 名志愿者进行测试:前臂内侧皮肤涂抹十二烷基硫酸钠(SDS)破坏皮肤屏障,相关部位分别涂抹质量分数 1%的依克多因和质量分数 0.25%的氢化可的松(Ebenol 软膏)每天 2 次,共 7 天,之后测量皮肤红斑和表面水分损失。结果显示,质量分数 1%依克多因的抗炎作用可以媲美质量分数 0.25%的氢化可的松(一种糖皮质激素),能够减轻受损肌肤的泛红、改善过敏皮炎症状、促进皮肤屏障修复,且无激素的副作用,可www.ffc-专论与综述2024 年 4 月香料香精化妆品54www.ffc-用于湿疹、皮炎等皮肤疾病的治疗。1.5 保护 DNA 免受紫外线及可见光损伤随着
18、年龄的增长,皮肤的胶原蛋白会逐渐流失,随之而来的便是皮肤出现皱纹、光老化等各种问题。皮肤老化受到内源因素(体内细胞衰老)和外源因素(紫外线辐射等)的综合影响,其中紫外线辐射导致的“肌肤光老化”是加速皮肤老化的主要原因之一。这是因为当紫外线作用于皮肤时,可直接或通过自由基的形成而损伤蛋白质和核酸,而皮肤细胞通过各种保护和修复机制,免受紫外线引起的细胞损伤以及其他物理和化学应激因素的影响。比如,健康的皮肤细胞可通过细胞中含有的抗氧化剂捕获自由基或刺激热休克蛋白的合成,从而保护蛋白质和核酸;已经受损的分子可以通过其特定的蛋白质来识别,然后进行修复。然而一旦细胞被损伤到无法修复的程度,就会发生细胞死亡
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