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皮肤泛黄机理及影响因素研究

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摘要:综述了皮肤泛黄的形成因素、发生机制及影响因素,最后总结了化妆品用祛黄功效产品设计思路,以期指导相应祛黄功效化妆品的开发。

关键词:化妆品;皮肤泛黄;影响因素;机理

与西方白种人相比,黄种亚洲人更加追求白皙、莹润、有光泽的皮肤。亚洲区域化妆品研究人员更加注重对改善肤色的研究,但研究较多集中在黑色素对皮肤影响方面,对于皮肤泛黄研究较少。笔者对皮肤泛黄的形成因素、发生机制及影响因素进行综述,以期指导相关化妆品的开发。

1皮肤泛黄形成因素及机制

1.1类胡萝卜素

类胡萝卜素通常是指C40的碳氢化合物(胡萝卜素)和他们的氧化衍生物(叶黄素)两大类色素的总称。除八氢番茄红素、六氢番茄红素等几种类胡萝卜素无色外,绝大部分类胡萝卜素呈黄色、橙色或红色[1]。其中叶黄素具有着色功能,当大量摄入后会在表皮积聚,主要沉积在基底层[2]。类胡萝卜素是一种外源性脂类,人体自身无法合成,主要依赖饮食摄入,当单次摄入过多类胡萝卜素会造成皮肤泛黄。值得注意的是,类胡萝卜素沉积造成的皮肤泛黄会随着类胡萝卜素的代谢而消失[3],越来越多的医学研究表明,类胡萝卜素在淬灭自由基、增强人体免疫力、预防心血管疾病和防癌抗癌等保护人类健康方面起着重要作用[1],故通过控制外源性类胡萝卜素的摄入不是对抗皮肤泛黄的科学途径。

1.2皮肤生物黄色素

导致皮肤泛黄的生物黄色素主要有:脂褐素、羰化蛋白、非酶糖基化终末产物(advancedglycationendproducts,AGEs)、褐黑素。1.2.1脂褐素脂褐素(lipofuscin,LPF)也称为脂褐质,因其常在老年动物细胞中存在,故又叫“老年色素”[4],老年斑便是沉积在老年人皮肤表面的脂褐素。脂褐素是一种棕褐色、电子密度高的具有自发荧光性的不溶性颗粒,难溶于水、不易被排除。采用光学显微镜进行观测,脂褐素呈现淡黄色、深黄色及橙红色的自发荧光[4]。脂褐素化学组成复杂,用密度梯度离心法分离研究发现脂类约占50%,蛋白质约占30%,抗水解有色物质约占20%[5],主要分布在皮肤的角质细胞、基底细胞、棘细胞、黑素细胞中。由于其难溶于水,不易水解被排出,在皮肤细胞内大量聚集从而导致皮肤泛黄。值得注意的是,脂褐素是膜结合细胞废物,不能降解也不能从细胞排出,只能通过细胞分裂被稀释。脂褐素形成原因主要是脂质过氧化产物作用结果。脂质过氧化终产物丙二醛(MDA)具有强烈的交联性质,能够与体内含游离氨基的磷脂、酰乙醇胺、蛋白质或核酸等生物大分子交联形成Schiff碱,使膜脂蛋白之间或其本身之间相互交联,变成比原来大几倍甚至几十倍的不溶于水的大分子聚合物,经溶酶体吞噬后,逐步沉积形成脂褐素[5]。1.2.2羰基化蛋白羰基化蛋白为棕黑色具有自发荧光性的不溶性颗粒[6],为羰基化反应产物。羰基化反应是在人体包括皮肤中被发现的另一种类型的蛋白质改变,这种改变可以从蛋白质与各种醛类发生的反应中被观察到[7],羰基化蛋白一般沉积在角质层与真皮上层。角质层有相当数量的羰基化蛋白,尽管角质层代谢周期较短,但长期暴露在氧化刺激因素下会出现羰基化蛋白的增加;真皮中含有大量的胶原蛋白、弹性蛋白等基质成分,故此会出现羰基化蛋白的累积,有研究表明,羰基化蛋白在真皮上层的堆积能明显引起皮肤颜色的变化[8]。羰基化反应主要是醛类与蛋白质发生的反应,醛类物质具有较强的生化反应活性,是荧光色素产物——羰基化蛋白的主要前体物[6]。醛类的产生可分为外源性及内源性两种,外源性醛类如香烟喷雾的丙烯醛、空气污染物甲醛等,源性醛类主要通过两步反应产生:超氧阴离子、羟自由基等活性氧导致皮肤不饱和脂肪酸形成脂过氧化物和环化过氧化物;脂质过氧化产物、环化过氧化物分解成不饱和醛类,包括丙二醛等。值得注意的是,羰基化反应与非酶糖基化反应很相似,但却是完全不同的蛋白质化学反应。1.2.3非酶糖基化终末产物糖化也称非酶性糖基化,是指在无酶催化条件下,还原性糖的醛基或酮基与蛋白质等大分子中的游离氨基酸反应生成可逆或不可逆结合物-高级糖基化终末产物的过程[9]。AGEs为棕色或黑色具有荧光特性的大分子物质,其具有不可逆性、交联性、不易被降解性等,存在于表皮层和真皮层。糖类与脂质反应,导致生成schiff碱,Schiff碱不稳定,进一步形成amadori产物,amadori产物是早期糖化作用的标志性物质,可与其他物质作用,通过氧化或非氧化途径产生AGEs。AGEs产生过程(如图1)主要通过3步反应产生[4]:a具有还原性氨基的大分子与葡萄糖等含有醛基物质发生加成反应,形成可逆的schiff碱;b可逆的schiff碱发生重排,形成amadori产物,该物质能在蛋白质中沉积;cAmadori产物经过一系列的脱水、重排,形成具有高度活性的羰基化合物,其与蛋白质的还原性氨基发生反应,生成AGEs,进而又与相邻蛋白上的游离氨基以共价键结合,形成AGEs交联结构。1.2.4褐黑素皮肤中的黑色素分为优黑素(真黑素)和褐黑素,优黑素为黑色或暗棕色不溶聚合物,褐黑素为红、黄色含硫可溶性聚合物。褐黑素在黑色素细胞内合成,形成成熟的黑素小体,沿微管、微丝运动被运输到黑素细胞的树突上,通过胞吞作用至周边的角质形成细胞中[10]。在角质形成细胞分化过程中,黑素小体被酸性水解酶降解,最终随角质层脱落而排出体外[11]。陆洪光等[12]研究不同肤色人种皮肤角质层细胞黑素颗粒颜色区别,结果表明白种人角质层细胞中黑色素外观呈淡红、黄红或红棕色,而黄种人和黑种人角质层细胞中黑色素外观呈棕色、棕黑或黑色,该研究也表明了不同人种皮肤优黑素和褐黑素含量水平的差异。褐黑素与真黑素都是以酪氨酸酶为底物,在酪氨酸酶作用下合成黑素,褐黑素与真黑素合成比例主要与酪氨酸酶活性有关。体内酪氨酸在酪氨酸酶催化下,生成3,4-二羟基苯丙氨酸即多巴,进而结构重排形成多巴醌。一部分多巴醌与半胱氨酸形成半胱胺多巴,再通过脱羧形成褐黑素[13],另一部分多巴醌在酪氨酸酶催化下,经多聚化反应与氧化反应生成多巴色素,进一步在多巴色素互变酶的作用下形成二羟基吲哚(DHI)、二羟基吲哚乙酸(DHICA),再通过DHI氧化酶、DHICA氧化酶形成DHI-黑素、DHICA-黑素,即真黑素,形成途径见图2。1.3皮肤表面脂质氧化皮肤表面脂质是由甘油三酯、蜡酯、角鲨烯、脂肪酸以及少量胆固醇、胆固醇酯和双甘酯组成的非极性脂类混合物[14],其中角鲨烯具有高度的不饱和性,在UV诱导下,角鲨烯脂质过氧化形成角鲨烯过氧化物(SQOOH)以及丙二醛(MDA)[15],增加羰基化反应、糖基化反应,从而导致皮肤泛黄。

1.4其他

除以上因素外,皮肤含水量、光泽度、粗糙度等也会影响皮肤表观颜色的视觉效果。当角质层含水量降低[16],皮肤光泽度低、粗糙度高时,皮肤反射光线的能力降低而呈现黯淡状态,从而影响人眼对皮肤整体肤色的判断。

2皮肤泛黄影响因素

2.1空气污染

空气污染物包括颗粒物(PM2.5和PM10)、臭氧、二氧化氮、二氧化硫和一氧化碳等[17],空气污染物能够对皮肤表观状态造成影响。文献[18]表明,空气污染严重的墨西哥城,人群皮肤氧化蛋白含量显著升高、维生素E、角鲨烯含量显著降低,说明空气污染物能够介导ROS的产生,导致脂质过氧化和蛋白质氧化,最终形成醛类物质,从而进一步形成脂褐素、羰基化蛋白、非酶糖基化终末产物。

2.2外源性摄入

皮肤中沉积的生物黄色素,只有类胡萝卜素是通过外源性摄入,无法在人体内合成,单次大量摄入类胡萝卜素会造成其在皮肤堆积,从而造成皮肤“泛黄”。黄丽等[19]研究膳食胡萝卜素摄入量与皮肤类胡萝卜素水平关系发现,膳食中的胡萝卜素摄入量与皮肤类胡萝卜素水平呈正相关。除此之外,含糖以及高碳水化合物的饮食也会加速非酶糖基化反应,从而加快非酶糖基化终末产物在皮肤中的累积。

2.3年龄

随着年龄增长,自然老化或光老化都会造成皮肤生物黄色素的堆积,其中年龄与脂褐素含量的关系早有报道[20]。随着年龄增长,脂褐素会在人体细胞内逐渐沉积,不仅影响皮肤颜色,而且能够通过挤占细胞空间位置,影响细胞正常功能。随着年龄增长,对脂褐素的清除能力降低,进一步造成脂褐素沉积。有研究表明,AGEs随自然衰老在细胞内逐步累积,王培昌等[21]研究北京健康人群AGEs水平,结果表明在30~69岁区间,血清AGEs水平与年龄增长呈显著正相关(P<0.005)。

2.4UV

UV造成皮肤老化的研究十分广泛,UV辐射通过增加单线态氧、羟自由基等活性氧从而加快皮肤生物黄色素的累积以及皮肤表面脂质的氧化,从而影响皮肤泛黄。

3结语

导致皮肤泛黄的因素很多,主要包括:外源性类胡萝卜素的过度摄入;皮肤生物黄色素的累积;皮肤表面脂质的氧化;皮肤表观问题。类胡萝素为维持人体健康的必须成分,且其造成的皮肤泛黄具有可逆性、短暂性;褐黑素为皮肤黑色素的一种,而皮肤中的黑色素能帮助皮肤避免光损伤。故此,在构建对抗皮肤泛黄途径中需要综合考虑,重点对抗有害生物黄色素,加速有害生物黄色素的代谢以及提高皮肤的光泽度、降低皮肤粗糙度,从而满足消费者对祛黄功效化妆品的需求。

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作者:王雅琴 杜一杰 许艳勇 马来记 单位:北京明弘科贸有限责任公司

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