抗氧化劑的機(jī)理及其在化妝品中應(yīng)用的研究進(jìn)展

劉艷紅，唐嘉雯，李雪竹

(1 上海新高姿化妝品有限公司研究與創(chuàng)新中心，廣東 廣州 510370；2 廣州澳希亞實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 510370)

皮膚是人體最大的器官之一，是保護(hù)機(jī)體免受外界的侵害的第一道天然屏障[1-2]。隨著時(shí)間的推移，皮膚發(fā)生內(nèi)源性和外源性老化，內(nèi)源性的老化與遺傳密切相關(guān)，而外源性的老化主要受到環(huán)境和個(gè)人生活方式的影響[3-4]。

人體正常的生命活動(dòng)不可避免的會(huì)產(chǎn)生自由基，但由于機(jī)體本身存在抗氧化防御系統(tǒng)，具有清除自由基的作用，所以健康的機(jī)體內(nèi)維持著自由基產(chǎn)生與清除的動(dòng)態(tài)平衡，不會(huì)損傷機(jī)體。眾所周知，過度暴曬于太陽輻射、吸煙和環(huán)境污染等會(huì)激發(fā)產(chǎn)生過量的自由基，而過量的自由基會(huì)破壞皮膚的生理結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致肌膚暗沉、無光澤、松弛、色斑、皺紋等衰老癥狀[5-6]。

目前，化妝品行業(yè)興起一股抗氧化護(hù)膚浪潮，旨在通過抗氧化劑的加入來對(duì)抗氧化應(yīng)激對(duì)皮膚產(chǎn)生的損傷，延緩皮膚衰老，解決皮膚由于氧化應(yīng)激而導(dǎo)致的各種皮膚問題。

本文綜述了自由基對(duì)皮膚的損傷機(jī)制，抗氧化劑的作用機(jī)理及其在化妝品中的應(yīng)用，并對(duì)抗氧化劑在化妝品中的應(yīng)用進(jìn)行展望。

1 自由基對(duì)皮膚的損傷

1954年，科學(xué)家杰斯曼提出了自由基理論，自由基是含有未配對(duì)電子的分子，具有不穩(wěn)定和高反應(yīng)活性等特點(diǎn)。當(dāng)體內(nèi)的自由基超過了身體對(duì)其的抵抗能力時(shí)，這種狀況被稱為氧化性應(yīng)激[7]。

自由基對(duì)皮膚的損傷表現(xiàn)在導(dǎo)致(1)脂質(zhì)過氧化；(2)蛋白質(zhì)氧化；(3)DNA損傷。

1.1 脂質(zhì)過氧化

脂質(zhì)過氧化作用是指多不飽和脂肪酸氧化變質(zhì)生成脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物。皮脂膜是皮膚形成的一層保護(hù)膜，它是由皮脂腺里分泌出來的油脂、角質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的脂質(zhì)、汗腺里分泌出來的汗液和脫落的角質(zhì)細(xì)胞經(jīng)過低溫乳化形成的。皮脂膜pH值應(yīng)維持在5～6呈弱酸性的狀態(tài)，以保持皮膚的健康。自由基會(huì)攻擊皮脂膜中的不飽和脂肪酸，破壞皮脂膜的成分，導(dǎo)致pH升高，皮膚屏障功能損傷，鎖水保濕能力下降，從而導(dǎo)致皮膚干燥。細(xì)胞膜的磷脂雙分子層是細(xì)胞膜的基本骨架，對(duì)維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)和調(diào)控細(xì)胞功能有重要作用，同時(shí)細(xì)胞膜上的脂質(zhì)也是活性氧簇攻擊的主要靶點(diǎn)。脂質(zhì)過氧化作用會(huì)破壞膜的完整性并使膜的濾過功能和屏障功能喪失，影響細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能[8-9]。

1.2 蛋白質(zhì)損傷

活性氧可以通過多條信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞分泌基質(zhì)金屬蛋白酶-1、基質(zhì)金屬蛋白酶-3和基質(zhì)金屬蛋白酶-9過度表達(dá)。過量的MMPs能夠降解皮膚細(xì)胞外基質(zhì)，破壞膠原蛋白(纖維)的正常結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致皮膚衰老，使皮膚呈現(xiàn)松弛，失去彈性并產(chǎn)生皺紋癥狀[10-11]。

1.3 DNA損傷

活性氧，尤其是·OH，被認(rèn)為是引起DNA氧化損傷的主要因素之一，羥自由基引起的DNA損傷，可導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)和功能的變化，進(jìn)而使DNA中遺傳信息的穩(wěn)定性受到不同程度的破壞，導(dǎo)致基因突變，具有致突、致癌的潛在風(fēng)險(xiǎn)[12]。歐美患皮膚癌的概率遠(yuǎn)高于中國，這被認(rèn)為與其喜愛日光浴有關(guān)系，紫外線會(huì)激增氧化壓力產(chǎn)生大量的自由基，自由基會(huì)攻擊皮膚細(xì)胞的DNA，導(dǎo)致遺傳物質(zhì)改變，造成皮膚癌。

2 抗氧化劑的分類

人體具有對(duì)自由基的內(nèi)源性防御機(jī)制，分為酶類和非酶類的抗氧化活性機(jī)制。

2.1 酶類抗氧化劑

抗氧化酶系統(tǒng)廣泛存在于動(dòng)物、植物和微生物體中，能夠有效清除生物體代謝活動(dòng)產(chǎn)生的活性氧，保護(hù)生物體內(nèi)的生物大分子免受活性氧自由基的氧化損傷。目前在化妝品行業(yè)中，應(yīng)用廣泛的酶類抗氧化劑有超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶。

2.1.1 超氧化物歧化酶

2.1.2 過氧化氫酶

過氧化氫酶(CAT)是生物演化過程中建立起來的生物防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶之一。過氧化氫酶廣泛存在于原核生物和真核生物體內(nèi)的末端氧化酶，能夠清除生物體內(nèi)的活性氧過氧化氫，在延緩機(jī)體衰老、抵御疾病等方面發(fā)揮著重要的作用[14]。過氧化氫酶清除H2O2的原理是催化其發(fā)生歧化反應(yīng)，該反應(yīng)是以H2O2為底物，通過兩步氧化還原反應(yīng)，催化一對(duì)電子的轉(zhuǎn)移而將其歧化為H2O和O2，進(jìn)而阻斷與O2在鐵螯合物作用下生成性質(zhì)活潑的強(qiáng)氧化劑OH·。在這個(gè)過程中，必須有兩分子H2O2，先后與CAT 的活性位點(diǎn)相遇并緊密結(jié)合，才能驅(qū)動(dòng)反應(yīng)。單功能血紅素CAT 參與催化時(shí)，一分子H2O2氧化血紅素形成一種含氧的共軛形式，另一分子H2O2則作為還原劑與共軛形式的酶結(jié)合，再生成水和氧氣[15]?？偦瘜W(xué)反應(yīng)式為：

2.1.3 谷胱甘肽過氧化物酶

谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)是生物機(jī)體內(nèi)廣泛存在的一種重要的過氧化物分解酶。谷胱甘肽過氧化物酶可以通過清除過氧化氫和脂質(zhì)過氧化物來降低活性氧對(duì)機(jī)體的損傷。GSH-PX 的催化活性位點(diǎn)是硒半胱氨酸，位于酶分子表面的凹穴處，易于與有機(jī)氫過氧化物等底物結(jié)合發(fā)生反應(yīng)，GSH-PX 通過催化GSH(還原型谷胱甘肽)與過氧化物反應(yīng)變?yōu)镚SSG(氧化型谷胱甘肽)，將對(duì)機(jī)體有害的過氧化物還原成無毒的醇類，同時(shí)使H2O2分解為H2O 和O2，以減輕或消除過氧化物對(duì)細(xì)胞造成的損傷[15-16]。

目前，在化妝品行業(yè)，一部分抗氧化護(hù)膚產(chǎn)品會(huì)通過添加酶類抗氧化劑來起效，如大寶品牌的SOD蜜，是通過添加超氧化物歧化酶SOD來發(fā)揮抗氧化效果，一部分抗氧化產(chǎn)品會(huì)通過間接物質(zhì)的添加來調(diào)節(jié)促進(jìn)皮膚組織內(nèi)超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶活性表達(dá)，從而降低氧化壓力帶來的皮膚損傷。在酶類抗氧化劑應(yīng)用過程中也存在很多局限，如何保持酶的活性使其能夠穩(wěn)定作用到皮膚上是亟待解決的問題。

2.2 非酶類抗氧化劑

目前應(yīng)用到化妝品中配方中的非酶類抗氧化成分主要有：維生素C、維生素E、輔酶Q10、谷胱甘肽、α-硫辛酸、類胡蘿卜素、天然植物多酚等。這些成分具有良好的抗氧化的功效，可以改善皮膚的狀態(tài)，延緩皮膚由于氧化導(dǎo)致的衰老癥狀，在很多化妝品中配方中都有廣泛使用。

2.2.1 維生素C

維生素C又稱抗壞血酸，是目前廣泛應(yīng)用在護(hù)膚品配方中對(duì)的水溶性抗氧化劑之一。維生素C有還原型和氧化型兩中分子結(jié)構(gòu)，還原型維生素C可直接清除O2·，R·和·OH等自由基。還原型維生素C是通過提供1個(gè)氫原子給自由基可轉(zhuǎn)化為半脫氫維生素C，半脫氫維生素C再提供1個(gè)氫原子給自由基則可轉(zhuǎn)化為氧化型維生素C。一般認(rèn)為，維生素C清除自由基的效果與維生素C的濃度有關(guān)聯(lián)，當(dāng)濃度低時(shí)，給出電子形成VC自由基；當(dāng)濃度較高時(shí)給出氫原子，發(fā)揮清除自由基的作用[17]。

在化妝品行業(yè)中，VC是應(yīng)用最為廣泛的水溶性抗氧化劑之一，但是由于VC本身的強(qiáng)還原性，導(dǎo)致其遇空氣、熱、光和堿性物質(zhì)均會(huì)加速其氧化變色。目前行業(yè)內(nèi)采取解決方法主要有3個(gè)方面：一是開發(fā)穩(wěn)定的VC衍生物，如抗壞血酸葡糖苷、VC乙基醚、抗壞血酸磷酸酯鎂/鈉和抗壞血酸棕櫚酸酯；二是從配方體系上加入多種抗氧化劑來協(xié)同抗氧化，延緩VC的氧化；三是從產(chǎn)品包裝上利用不透光包材來避免光線對(duì)VC造成的氧化加速反應(yīng)。高濃度的VC護(hù)膚品越來越受到消費(fèi)者的喜愛，如市面上銷售的10% VC精華乳，12.5%的VC精華乳因其良好的功效備受消費(fèi)者喜愛。

2.2.2 維生素E

維生素E(VE)又稱生育酚，是一種脂溶性抗氧化劑。VE通過向脂氧自由基或脂過氧自由基提供氫離子來中斷脂質(zhì)過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而避免位于皮膚皮脂膜和角質(zhì)層細(xì)胞膜中的多不飽和脂肪酸受到氧自由基的攻擊，維護(hù)皮膚的屏障功能[17]。同時(shí)維生素E還可以直接清除單線態(tài)氧，保護(hù)維生素C 不被氧化，二者協(xié)同作用，具有更好的抗氧化效[18-19]。由于維生素E優(yōu)良的抗氧性能，可以從源頭對(duì)抗引起皮膚衰老的自由基，抑制光老化引起的日曬紅斑，減少皺紋，滋潤肌膚，同時(shí)可以提高化妝品配方體系的穩(wěn)定性，故被廣泛的應(yīng)用到化妝品配方中。

2.2.3 輔酶Q10

輔酶Q10又稱泛醌，有氧化型和還原型2種存在狀態(tài)，發(fā)揮抗氧化作用的是還原型Q10。還原型輔酶Q10 可以直接清除自由基，從而發(fā)揮抗氧化作用；還原型輔酶Q10可以顯著降低由UVA 照射引起的膠原酶mRNA的表達(dá)，從而對(duì)抗UVA引起膠原纖維的降解；還原型輔酶Q10可以幫助維生素E 轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定狀態(tài)，協(xié)同發(fā)揮抗氧化作用[20]。

2.2.4 谷胱甘肽

谷胱甘肽(Glutathione，GSH)是由3個(gè)氨基酸組成的小分子活性三肽，有氧化型谷胱甘肽(GSSG)和還原型谷胱甘肽(GSH)兩種形式存在。GSH的抗氧化作用依賴于GSH-過氧化物酶-還原酶(GSH- Px-Rx)系統(tǒng)，還原型谷胱甘肽在谷胱甘肽過氧化物酶催化作用下，通過傳遞電子和質(zhì)子來清除體內(nèi)的自由基和脂質(zhì)過氧化物，而自身被氧化成GSSG。在GSH-過氧化物酶-還原酶(GSH-Px-Rx)系統(tǒng)中，兩種類型的谷胱甘肽保持著動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)氧化型谷胱甘肽積累過多時(shí)，谷胱甘肽還原酶就會(huì)發(fā)揮作用，將部分氧化型谷胱甘肽還原成GSH[21-22]。

2.2.5 α-硫辛酸

α-硫辛酸(Lipoic acid，LA)，是一種以R型對(duì)映異構(gòu)體形式低濃度存在于動(dòng)植物、微生物等所有細(xì)胞中的天然物質(zhì)。研究表明LA及其還原態(tài)二氫硫辛酸(dihydrolipoic acid，DHLA)，具有清除活性氧自由基[23]。丁書紅[24]的研究表明正常情況下α-硫辛酸能顯著提高黑素細(xì)胞的活力，同時(shí)還能明顯降低氧化應(yīng)激時(shí)黑素細(xì)胞內(nèi)ROS水平，減輕細(xì)胞內(nèi)超微結(jié)構(gòu)的損傷，阻止線粒體去極化及細(xì)胞內(nèi)鈣離子的累積，延緩樹突的回縮，促進(jìn)增殖及降低過度激活的自噬水平(P<0.05)。α-硫辛酸兼具水溶和油溶性，易于被皮膚吸收和利用，發(fā)揮其抗氧化功效，是天然的良好的抗氧化成分。

2.2.6 類胡蘿卜素

類胡蘿卜素通常是指含40 碳的碳?xì)浠衔?胡蘿卜素) 及其衍生物(葉黃素)兩大類色素的總稱[25]。類胡蘿卜素具有共同的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，是由8個(gè)異戊二烯基本單位組成的多烯鏈，通過共軛雙鍵構(gòu)成的一類化合物或其衍生物[26]。類胡蘿卜素可以通過電子轉(zhuǎn)移的方式來清除自由基也可以通過阻斷脂質(zhì)氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)兩種途徑發(fā)揮抗氧化作用。除此之外，類胡蘿卜素還可以與自由基發(fā)生加成反應(yīng)，形成類胡蘿卜素加合自由基[27]。類胡蘿卜素清除氧自由基的能力與其分子中共軛雙鍵的數(shù)目成正比[28]，常見的類胡蘿卜素淬滅氧的能力為番茄紅素>蝦青素>β-胡蘿卜素>>玉米黃素。其中β-胡蘿卜素缺乏時(shí)會(huì)造成VA 缺乏癥，進(jìn)而會(huì)影響上皮組織細(xì)胞的生長和分化，使人的皮膚變厚、干燥，痂變或產(chǎn)生皺紋。目前在化妝品行業(yè)應(yīng)用比較廣泛的有番茄紅素、蝦青素和β-胡蘿卜素。很多日化公司開發(fā)了含該類活性成分的護(hù)膚品，來改善皮膚。但由于類胡蘿卜素對(duì)光、熱、氧、酸敏感，易發(fā)生降解或異構(gòu)化，所以在應(yīng)用過程中存在很多局限性。未來需要開發(fā)不同的包裹技術(shù)來改善類胡蘿卜素的穩(wěn)定性，以便更好的發(fā)揮抗氧化的效果。

2.2.7 天然植物多酚

植物多酚(plant polyphenol)是一類廣存在于植物體內(nèi)的具有多元酚結(jié)構(gòu)的次生代謝物。植物多酚的酚羥基結(jié)構(gòu)中的鄰位酚羥基容易被氧化成醌類結(jié)構(gòu)，從而消耗環(huán)境中的氧，同時(shí)對(duì)活性氧等自由基具有很強(qiáng)的捕捉能力， 這使多酚具有較強(qiáng)的抗氧化性以及清除自由基的能力[29]。目前，植物多酚作為功能性成分的有益作用被廣泛應(yīng)用到化妝品行業(yè)，已經(jīng)開發(fā)出許多基于富含植物多酚提取物的皮膚護(hù)理產(chǎn)品。例如，積雪草提取物、蘆薈提取物、金縷梅提取物、銀杏葉提取物被廣泛應(yīng)用于舒緩修復(fù)型化妝品中；以茶多酚為主的茶葉提取物和富含葡萄多酚的的葡萄籽提取物被廣泛應(yīng)用于抗衰老護(hù)膚型化妝品中。雖然越來越多的植物多酚被應(yīng)用到化妝品中，但在多酚的溶解及皮膚滲透方面仍需要進(jìn)一步研究。為了發(fā)揮生物活性，局部應(yīng)用的物質(zhì)必須能夠從配方中釋放出來，到達(dá)皮膚，最終克服角質(zhì)層屏障，滲透到表皮，活性物質(zhì)進(jìn)一步透皮釋放主要取決于分子性質(zhì)，如分子量和親脂性。

3 結(jié) 語

在化妝品行業(yè)，合理使用抗氧化劑對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要，如維持配方的穩(wěn)定性，防止產(chǎn)品顏色香味發(fā)生變化，延長產(chǎn)品貨架期。目前消費(fèi)者對(duì)一款護(hù)膚品的功效需求越來越強(qiáng)烈，抗氧化劑的加入也有利于產(chǎn)品發(fā)揮功效作用。無論是酶類抗氧化劑還是非酶類抗氧化劑，由于物質(zhì)本身的活性，導(dǎo)致其很容易失去活，如何確保這些物質(zhì)在作用皮膚之前保持活性，是亟待解決的問題。目前行業(yè)內(nèi)針對(duì)這一問題的解決方案主要有:①使用包裹技術(shù)，使抗氧化劑在作用皮膚發(fā)揮作用前與外界隔離;②化學(xué)修飾技術(shù)，如通過酯化技術(shù)修飾，可以改變抗氧化劑的穩(wěn)定性，溶解性，讓其作用到皮膚上更好的發(fā)揮作用;③復(fù)配抗氧化劑，一個(gè)配方中加入多種復(fù)合抗氧化劑，如添加維生素C、維生素E以及阿魏酸可以達(dá)到協(xié)同增效的作用，保護(hù)主體抗氧化劑失效。3種方法能在一定程度上解決抗氧化劑不穩(wěn)定的問題，但是也有局限性，如包裹技術(shù)中包封劑的加入也會(huì)增加成本，降低有效成分的濃度；化學(xué)修飾改變了抗氧化劑的結(jié)構(gòu)，對(duì)原有抗氧化劑的功效性可能會(huì)造成影響；復(fù)配抗氧化劑加入多種抗氧化劑，也是犧牲一部分抗氧化劑的效果為代價(jià)。

隨著人們對(duì)日漸惡劣環(huán)境導(dǎo)致氧化壓力激增引起的皮膚傷害認(rèn)知的不斷加深，以及對(duì)皮膚健康和美觀的追求，抗氧化劑在日化行業(yè)發(fā)展具有較大的潛力。結(jié)合抗氧化機(jī)理以及皮膚科學(xué)研究，在化妝品配方中合理利用抗氧化劑，對(duì)開發(fā)出安全有效高品質(zhì)的護(hù)膚品非常重要。目前開發(fā)出穩(wěn)定高效的抗氧化劑的研究仍然是日化高效護(hù)膚品未來發(fā)展的重要課題。