任倩倩，吴华，金建明

北京工商大学化学与材料工程学院化妆品系

亚洲国家，特别是中国和日本都是美白产品的消费大国。在我国，更是有“一白遮三丑”的俗语，可见美白化妆品的市场潜力巨大。黑色素是人类皮肤色素沉着的主要原因。大部分美白原料的分子作用机制是通过减少黑色素的产生而改善肤色；其中，抑制酪氨酸酶活性是减少黑色素产生的主要策略之一。但一些传统有效的抑制酪氨酸酶活性的美白原材料如曲酸和对苯二酚长期使用会引起皮肤敏感和癌变等副作用。因此，利用植物提取物及其有效成分来抑制酪氨酸酶活性越来越具有应用前景。大多抑制酪氨酸酶活性的植物提取物和单体成分都是在抑制蘑菇酪氨酸酶（mTYR）活性的基础上确定的，而对人酪氨酸酶（hTYR）的抑制活性研究较少。但是后者比前者具有更大实际的研究价值。因此，本文主要介绍黑色素的生物合成途径，酪氨酸酶及其抑制机理，不同类型的抑制酪氨酸酶活性的植物成分及其构效相关性，以期为相关研究工作者提供帮助。

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黑色素的生物合成途径

黑色素的生物合成涉及一系列的酶促催化反应。黑色素细胞产生两种类型的黑色素：棕黑色的真黑素和由半胱氨酸或谷胱甘肽生成的红黄色的褐黑素（图1）。黑色素生物合成途径的第一步是由关键酶酪氨酸酶（TYR）催化L-酪氨酸氧化生成多巴醌，多巴醌进一步作为合成真黑素和褐黑素的底物。催化合成多巴醌是黑色素生物合成途径的限速步骤。多巴醌经过分子内环化反应生成无色多巴色素。无色多巴色素和多巴醌的氧化还原反应产生多巴色素和L-多巴，而L-多巴可被酪氨酸酶催化进一步氧化为多巴醌。无色多巴色素也可以进一步氧化为吲哚-5，6-醌-2-羧酸（ICAQ）。多巴色素可脱羧降解为5，6-二羟基吲哚，也可以通过多巴色素异构酶TRP-2转化为5，6-二羟基吲哚羧酸。同时，5，6-二羟基吲哚在酪氨酸酶催化下生成吲哚-5，6-醌（IQ）。最后，IQ，DHICA和ICAQ都可氧化生成真黑素。同时，在半胱氨酸或谷胱甘肽参与下，多巴醌被转化为半胱氨酸多巴或谷氨酸多巴，随后氧化为醌，很快再氧化为中间物半胱苯肼噻嗪，最后生成褐黑素。真黑素和褐黑素一起组成了黑色素。因此，在黑色素的生物合成途径涉及的多个酶促催化反应中，酪氨酸酶是黑色素生物合成途径关键的限速酶。

图1黑色素的生物合成途径

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酪氨酸酶

酪氨酸酶（EC1.14.18.1）是一种含铜离子的单加氧酶，催化单酚的邻羟基化为相应的邻苯二酚（单酚酶或甲酚酶活性），并接着将邻苯二酚氧化为相应的邻醌（二酚酶或邻苯二酚酶活性）。由于mTYR生产成本比较低，而hTYR的生产成本一直都很高。因此，大部分的植物提取物和单体成分仅使用mTYR进行抑制活性研究，通过mTYR抑制活性确定的植物提取物或单体成分被认为可能是潜在的hTYR抑制剂。虽然大多数发现的酪氨酸酶抑制剂都是在抑制mTYR活性的研究基础上进一步确定的，但mTYR和hTYR的差别很大：mTYR是一种存在于胞液的可溶性寡聚酶，而hTYR是一种锚定在黑素体膜上的高度糖基化的单体蛋白；hTYR与mTYR的同源性只有22%~24%，而且二者的活性部位也有显著的差异。因此，许多mTYR抑制剂进一步采用hTYR验证得到的结果并不令人满意。这包括一些广泛使用的作为美白原料的酪氨酸酶抑制剂：它们对hTYR抑制值（抑制常数Ki或半抑制浓度IC50）比对mTYR的高倍或0倍（表1）。

表1一些抑制剂对蘑菇酪氨酸酶和人酪氨酸酶的活性比较

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酪氨酸酶的抑制机理

抑制剂对酪氨酸酶的抑制作用为可逆抑制，包括竞争性、反竞争性、混合型（竞争性/反竞争性）和非竞争性4种。竞争性抑制剂通过阻止底物与酶结合的方式抑制酪氨酸酶活性，通常与底物在同一结合位点进行竞争性结合。酪氨酸酶的竞争性抑制剂包括底物衍生物、铜络合剂和非代谢类似物。而反竞争性抑制剂是与酪氨酸酶-底物复合物结合。混合型（竞争性和反竞争性）抑制剂不仅能与酪氨酸酶结合，还能与酪氨酸酶-底物复合物结合。对于大多数混合型抑制剂，它们与游离酶和酶-底物复合物的结合常数是不同的。然而，非竞争性抑制剂，它与游离酶和酶-底物复合物结合，具有相同的结合常数。由于植物提取物的成分比较复杂，因此难以研究其抑制机理。相关的研究主要集中在植物单体成分对酪氨酸酶的抑制机理，并且阐明了一些植物活性成分的构效相关性。

04

抑制酪氨酸酶活性的植物提取物

4.1对苯二酚类

对苯二酚（氢醌）广泛存在于茶叶和小麦等植物中（图2），曾被认为是长期治疗色素沉着的标准疗法。对苯二酚竞争性地抑制酪氨酸酶活性，从而抑制黑色素的合成。但对苯二酚可引起严重的长期副作用，因此被大多数国家禁止在化妆品中使用。而对苯二酚衍生物如熊果苷在化妆品中被作为美白剂使用。熊果苷根据葡萄糖基的构型不同分为β-熊果苷和α-熊果苷（图2）。β-熊果苷存在于熊果叶和蔓越莓等植物中。β-熊果苷以剂量依赖的方式抑制黑素细胞的酪氨酸酶活性，美白作用与曲酸相当，而且对黑素细胞的毒性低于对苯二酚。但β-熊果苷对hTYR的IC50值比较高；而且在黑色素皮肤模型中，对黑色素的产生也没有明显的抑制作用。另外，β-熊果苷不是很稳定，可以水解产生对苯二酚。而对苯二酚和蔗糖经人工生物合成的α-熊果苷，其对皮肤的美白效果是β-熊果苷的10倍以上。

图2对苯二酚和β-熊果苷

4.2苯甲醛和苯甲酸酯类

苯甲醛的醛基能与蛋白质中的氨基酸的亲核基团如巯基、氨基和羟基反应，对酪氨酸酶的抑制机制是在酶中形成一个带有一级氨基的Schiff碱。而苯甲酸通过螯合铜离子抑制酪氨酸酶活性；其抑制机制涉及其非电离形式与酶活性中心铜离子的相互作用。虽然没食子酸对mTYR的抑制活性也并不是很好；但没食子酸类似于抗坏血酸，具有很好的抗氧化性，能将多巴醌还原为左旋多巴，从而抑制黑色的生物合成。而芒果种仁和牡丹根中的1，2，3，4，6-O-五没食子酰葡萄糖的抑制mTYR活性比没食子酸的高16倍，并以非竞争抑制方式抑制mTYR的单酚酶活性。另外，白头翁根提取物中的苯甲酸、苯甲醛、茴香酸、茴香醛、肉桂酸和甲氧基肉桂酸，小茴香中的4-取代苯甲醛类，非洲白参根中的2-羟基-4-甲氧基苯甲醛，绿咖啡豆中的羟基肉桂酰衍生物，黑米糠中的香草酸及其衍生物等均对mTYR具有抑制活性。但来自植物的苯甲醛和苯甲酸酯类化合物大部分只表现出弱到中等的mTYR抑制活性，其抑制活性不如曲酸。

4.3苯乙素类

红景天提取物中的红景天苷和酪醇对mTYR的抑制作用也比熊果苷强，其抑制机制与熊果苷相似[21]。而白首乌提取物中的苯乙酮衍生物2，5-二羟基苯乙酮（2，5-DHAP）和2，6-二羟基苯乙酮（2，6-DHAP）均能抑制小鼠酪氨酸酶活性；其中2，5-DHAP通过非竞争性抑制小鼠酪氨酸酶活性；在B16小鼠黑素瘤细胞、斑马鱼和小鼠模型中，2，5-DHAP均强烈抑制细胞酪氨酸酶活性和黑色素生成；在B16细胞中，2，5-DHAP抑制酪氨酸酶活性是熊果苷的4倍，并且无细胞毒性；复配2，5-DHAP的凝胶显著提升小鼠皮肤亮度的均值，且与对苯二酚的效果相似。

4.4苯丙素类

苯丙素类包括对香豆酸、咖啡酸、肉桂酸、肉桂醛、阿魏酸、香豆素和木质素等（图3）。对香豆酸广泛存在于各种植物中，对mTYR的抑制作用较弱，但对hTYR和小鼠酪氨酸酶的抑制作用较强，是hTYR的混合型抑制剂。对香豆酸能有效地抑制暴露于UVB的人表皮黑素细胞的黑素生成。肉桂酸在结构上与对香豆酸相近，对mTYR有明显的抑制活性，也能抑制黑素细胞中酪氨酸酶的表达。肉桂酸的甲氧基取代衍生物，如2-甲氧基肉桂酸，3-甲氧基肉桂酸和4-甲氧基肉桂酸，都提高了对mTYR活性的抑制作用。另外，肉桂醇对mTYR活性的抑制活性比肉桂酸的更显著；咖啡酸对mTYR的抑制活性也比曲酸的更显著。

图3苯丙素类化合物

香米水稻中的对香豆酸、阿魏酸和咖啡酸，通过抑制酪氨酸酶活性而抑制B16F10黑素瘤细胞中黑色素的合成，同时具有剂量依赖的抗氧化活性，而且无细胞毒性。红花种子提取物中的N-阿魏酰-5-羟色胺也具有抑制mTYR活性。白芷提取物中的9-羟基-4-甲氧基补骨脂素对mTYR的抑制活性比曲酸的强很多。而乌饭树提取物中的对香豆素，对人胚肾(HEK)-TYR细胞表达的hTYR活性的抑制效果显著，但对mTYR则几乎没有抑制作用。另外，黄荆子中的木脂素成分显示出比曲酸更好的mTYR抑制活性，其中(+)-南烛木树脂酚的抑制活性是曲酸的5倍。

作者介绍

金建明

北京工商大学化学与材料学院博士，教授

年至今在北京工商大学被聘为教授开始从事教学和科研工作。主要从事植物原料的开发应用和天然小分子生物合成途径的研究。至今已发表科研论文50多篇。主持二项国家自然科学基金项目，二项省级自然科学基金项目以及多项校企合作项目；参与“十二五”国家科技支撑计划子课题芦荟项目和科技部星火项目；参与编制并出版3本专著。

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