巖藻多糖在化妝品中的應(yīng)用功效研究進(jìn)展

寧興燕 張茂超 孫占一 張宗培 申培麗

（青島明月海藻集團(tuán)有限公司 海藻活性物質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島，266400）

海洋多糖作為生物體內(nèi)重要的生物大分子，具有多種多樣的生物活性，應(yīng)用在護(hù)膚品中具有較好的保濕性能[1]。其中巖藻多糖是廣泛存在于褐藻表面的黏滑成分，是一種水溶性雜多糖，主要有兩種類(lèi)型骨架，分別是以重復(fù)的C-1,3 鍵結(jié)合的α-L-巖藻糖和以C-1,3 鍵、C-1,4 鍵交替結(jié)合的α-L-巖藻糖（如圖1所示）。

巖藻多糖獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予其多種生物活性，包括抗氧化、抗炎、抗凝、抗病毒、促進(jìn)組織再生和抗癌作用[2-4]，以及螯合重金屬離子、親水等理化特性，使其易于被添加到乳液、膏類(lèi)制劑中。從褐藻中提取的巖藻多糖因其獨(dú)特理化性能和多種健康功效，可作為活性成分用于化妝品或藥妝品開(kāi)發(fā)。本文綜述了巖藻多糖在化妝品中的應(yīng)用功效研究進(jìn)展及相關(guān)作用機(jī)制，為巖藻多糖在化妝品領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)提供參考。

圖1 褐藻中的兩種巖藻多糖結(jié)構(gòu)[5]

1 巖藻多糖多樣功效

巖藻多糖的多種生物活性已經(jīng)通過(guò)體內(nèi)或體外實(shí)驗(yàn)被證實(shí)。

1.1 防治炎癥相關(guān)疾病

研究證實(shí)，巖藻多糖可以防治某些與炎癥反應(yīng)相關(guān)的疾病。Xu等[5]研究了低分子量巖藻多糖對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化小鼠的抗炎作用及其機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低分子量巖藻多糖可以調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子（如IL-6，IL-10，p-JNK和細(xì)胞周期蛋白D1）的產(chǎn)生和表達(dá)，降低甘油三酸脂和氧化性低密度脂蛋白的水平，從而改善炎癥反應(yīng)的發(fā)生。Takahashi等[6]針對(duì)晚期癌癥患者進(jìn)行了一項(xiàng)探索性臨床研究，結(jié)果顯示短時(shí)間內(nèi)給予巖藻多糖治療后，包括白細(xì)胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α、IL-6在內(nèi)的重要促炎細(xì)胞因子水平顯著降低。

1.2 抗凝血活性

巖藻多糖具有高抗凝血活性。就巖藻多糖的抗凝特性而言，應(yīng)考慮其主要結(jié)構(gòu)特征，包括單糖組成、硫酸化程度、分子量以及糖苷鍵的類(lèi)型。硫酸基個(gè)數(shù)比單糖殘基的個(gè)數(shù)多—被證明對(duì)巖藻多糖的抗凝活性至關(guān)重要[7-8]。 Mansour等[9]研究了海參巖藻多糖的抗凝血活性。通過(guò)激活部分凝血酶活性，以及存在抗凝血酶和肝素輔因子的情況下，對(duì)體外凝血酶的抑制作用來(lái)測(cè)量海參巖藻多糖的抗凝血活性。研究顯示，此海參巖藻多糖表現(xiàn)出高的抗凝血作用，它的抗凝血活性基本上由肝素輔因子介導(dǎo)，少部分由抗凝血酶介導(dǎo)，它們的半數(shù)抑制濃度分別為0.16 μg/mL和0.5 μg/mL。

1.3 抗病毒活性

巖藻多糖具有抗病毒活性，Sun等[10]對(duì)源自海帶的兩種低分子量巖藻多糖的抗病毒和免疫調(diào)節(jié)活性進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，兩種巖藻多糖在高劑量下均具有顯著的體外抗病毒活性；在體內(nèi)，低分子量巖藻多糖可以延長(zhǎng)病毒感染小鼠的存活時(shí)間，并且可以顯著改善病毒感染小鼠的肺指數(shù)。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組小鼠的胸腺指數(shù)、脾臟指數(shù)、吞噬指數(shù)和半溶血素值，表明低分子量巖藻多糖可以通過(guò)提高免疫器官的質(zhì)量、改善免疫細(xì)胞的吞噬作用和增強(qiáng)體液免疫來(lái)發(fā)揮抗病毒作用。Sun等[11]研究了提取自Sargassum henslowianum的兩種巖藻多糖SHAP-1、SHAP-2的抗病毒活性。噬斑減少實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，SHAP-1、SHAP-2對(duì)單純胞疹病毒1型的半數(shù)抑制濃度分別是0.89 μg/mL和 0.82 μg/mL，而對(duì)單純胞疹病毒2型的半數(shù)抑制濃度均低至0.48 μg/mL。Sun等分析了巖藻多糖的抗病毒機(jī)制可能是通過(guò)阻止單純胞疹病毒體吸附宿主細(xì)胞來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

1.4 增強(qiáng)免疫力

Lee等[12]研究了富含巖藻多糖的裙帶提取物對(duì)環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)的免疫抑制小鼠的免疫修復(fù)活性。研究顯示，富含巖藻多糖的裙帶提取物能夠?qū)h(huán)磷酰胺誘導(dǎo)的免疫抑制小鼠的免疫力恢復(fù)到正常水平。這與細(xì)胞頻率的增加以及自然殺傷細(xì)胞、T細(xì)胞的功能性激活密切相關(guān)。Gora等[13]研究發(fā)現(xiàn)，富含巖藻多糖的海藻提取物是roeoita Labeo幼魚(yú)的潛在免疫刺激劑。

1.5 抗癌活性

巖藻多糖可以抑制某些腫瘤細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)其凋亡，He等[14]評(píng)估了巖藻多糖在人乳腺癌MCF-7細(xì)胞中的抗癌潛力。研究發(fā)現(xiàn)來(lái)自巖藻多糖治療的大鼠的條件血清可顯著抑制乳腺癌細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，同時(shí)細(xì)胞遷移和侵襲也顯著減少。所觀察到的條件血清的作用與E-鈣黏蛋白的上調(diào)和基質(zhì)金屬蛋白酶9的下調(diào)有關(guān)。巖藻多糖處理的條件血清可以抑制MCF-7細(xì)胞的增殖并促進(jìn)其凋亡。細(xì)胞入侵和遷移受到抑制，可能是通過(guò)減少上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）過(guò)程實(shí)現(xiàn)的。Roza等[15]對(duì)來(lái)自褐藻Padina boryana的巖藻多糖的體外抗癌活性進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示巖藻多糖濃度在400 μg/mL以下均無(wú)細(xì)胞毒性，并且濃度在200 μg/mL時(shí)抑制癌細(xì)胞集落的形成。Palanisamy等[16]研究了分離自Sargassumpolycystum的巖藻多糖，體外實(shí)驗(yàn)顯示，高巖藻多糖組分表現(xiàn)出自由基清除活性以及誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡活性，證實(shí)了其對(duì)人乳腺癌和結(jié)腸癌細(xì)胞系的抗氧化和抗癌特性。彭雍博等[17]對(duì)提取自日本厚葉海帶的巖藻多糖進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其對(duì)肝癌細(xì)胞、肺癌細(xì)胞和結(jié)腸癌細(xì)胞均具有抑制活性，表明日本厚葉海帶巖藻多糖具有發(fā)展成為有效的天然抗腫瘤藥物的潛力。

1.6 促進(jìn)組織再生

巖藻多糖可以促進(jìn)組織再生，Kim等[18]首先進(jìn)行了體外研究，確認(rèn)了巖藻多糖對(duì)人間充質(zhì)干細(xì)胞中成骨細(xì)胞分化的作用，進(jìn)一步的體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)巖藻多糖在顱骨缺損的兔模型中加速了新血管的形成并部分促進(jìn)了骨的形成。

2 巖藻多糖在化妝品中的應(yīng)用功效

關(guān)于巖藻多糖在化妝品中的應(yīng)用功效研究也已經(jīng)有較全面的報(bào)道，本文主要圍繞其以下幾個(gè)方面進(jìn)行綜述。

2.1 吸濕與保濕功效

多糖的多羥基以及空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)決定大多數(shù)多糖具有一定的黏度和較好的成膜性，可以在皮膚表面形成一層均勻的薄膜，從而具備保濕功效[19]。Liu B Y等[20]對(duì)提取的羊棲菜巖藻多糖保濕性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在相對(duì)濕度為43%和81%的條件下，羊棲菜巖藻多糖粗提取物（crude extract offucoidan fromS.fusiform, CEFSF）的短效吸濕性（8 h）優(yōu)于甘油、丁二醇及海藻酸鈉； 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的CEFSF 溶液的保濕性能優(yōu)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的丁二醇或海藻酸鈉溶液，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的甘油溶液相當(dāng)。皮膚水分含量測(cè)定和經(jīng)表皮水分散失速率測(cè)定結(jié)果表明: 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的CEFSF 溶液具有良好的保濕效果?？追睎|等[21]以丙三醇、山梨醇為參照物，對(duì)裙帶菜孢子中提取的巖藻多糖進(jìn)行吸濕、保濕性能的初步研究，結(jié)果顯示，巖藻多糖具有良好的保濕性能，可作為化妝品的保濕劑加以開(kāi)發(fā)。胡佩紅等以甘油和山梨醇為參照物，分別在兩種相對(duì)濕度下考察了巖藻多糖粗品和較純品的吸濕、保濕率以及隨時(shí)間的變化情況，并且探討了保濕劑的選擇原則。結(jié)果表明, 巖藻多糖具有一定程度的吸濕性和較持久的保濕性，尤其在較干燥環(huán)境下，保濕性?xún)?yōu)于甘油和山梨醇[22]。陶傳云等[23]對(duì)海黍子中提取的3種巖藻多糖(SKP1, SKP2和SKP3)的保濕性能進(jìn)行研究，SKP1和SKP2的吸濕活性分別高出透明質(zhì)酸鈉22.32%和2.38%, 3種巖藻多糖的保濕率分別比甘油大35.88%, 27.96%和22.31%, 且相對(duì)分子質(zhì)量越大, 保濕與吸濕活性越大。Cha等[24]研究了用于功能性美容劑的巖藻多糖的性質(zhì)。巖藻多糖是從裙帶菜孢子葉Undaria pinnatifida中提取獲得。為了測(cè)試巖藻多糖作為化妝品材料的可能性，對(duì)其進(jìn)行了保水性測(cè)定。結(jié)果顯示，巖藻多糖的保水性能高于透明質(zhì)酸，而透明質(zhì)酸優(yōu)于傳統(tǒng)保濕劑，其中，隨著巖藻多糖分子量的降低，巖藻多糖的保水性略有增加。巖藻多糖的MTT毒性實(shí)驗(yàn)顯示即使在100 μg/mL時(shí)細(xì)胞存活率也為92.7%，表明巖藻多糖因其低毒性和皮膚刺激而適用于敏感性皮膚。以上研究表明，巖藻多糖具有良好的保濕性能，且其保濕性能優(yōu)于傳統(tǒng)保濕劑。

2.2 抗氧化功效

皮膚的衰老是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，自由基學(xué)說(shuō)認(rèn)為，過(guò)氧化作用是造成人體皮膚老化的根本原因，而過(guò)氧化作用主要是由氧自由基造成的[25-26]，而活性氧自由基是細(xì)胞代謝過(guò)程中不斷生成的生理代謝物。

大量的研究表明，巖藻多糖在體外實(shí)驗(yàn)中有顯著的抗氧化活性，它是一種優(yōu)良的天然抗氧化劑，對(duì)于防止自由基介導(dǎo)的疾病有巨大的潛力。巖藻多糖對(duì)超氧陰離子自由基清除作用最強(qiáng)，其次是對(duì)羥自由基，對(duì) 1,1-二苯基-2-苦肼基（DPPH）影響最小。分子量越大的巖藻多糖，其抗氧化活性反而越低，在一定范圍內(nèi)，巖藻糖硫酸根的含量與其清除超氧自由基的能力是成正比關(guān)系的[27]。賁永光等[28]研究海帶中提取的巖藻多糖對(duì)羥基、超氧陰離子和DPPH 自由基的清除作用，并比較它們的清除自由基能力。在一定范圍內(nèi)，巖藻多糖對(duì)DPPH 自由基、·OH 自由基、O2-自由基的清除率會(huì)隨著巖藻多糖的濃度增加而迅速增加，且增加趨勢(shì)會(huì)逐漸趨于平緩。當(dāng)其濃度增加到6.752 μg/mL，對(duì)DPPH自由基的清除率達(dá)到最大值59.1%。當(dāng)其濃度增加到7.596 μg/mL 時(shí)，對(duì)·OH 自由基的清除率達(dá)到最大值81.8%。當(dāng)其濃度增加到74.16 μg/mL時(shí)，對(duì)O2

-自由基的清除率達(dá)到最大值80. 8%。這些結(jié)果表明，巖藻多糖對(duì)DPPH 自由基、羥自由基、超氧陰離子自由基都有一定的清除能力，且隨著巖藻多糖濃度的增加，清除率有明顯的上升趨勢(shì)，達(dá)到某一個(gè)極限值。其中對(duì)超氧陰離子自由基的清除作用明顯弱于DPPH 自由基和羥自由基。Fernando等從斯里蘭卡收獲的尚未開(kāi)發(fā)的褐藻Chnoospora minima(CMF) 和Sargassum polycystum(SPF)中純化巖藻多糖，并評(píng)估它們作為化妝品的屬性。純化的巖藻多糖中均檢測(cè)到相對(duì)較高的硫酸基含量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)巖藻多糖的抗氧化效果，結(jié)果表明CMF和SPF均顯示對(duì)DPPH和烷基的清除活性，這有助于抵消氧化應(yīng)激[29]。Cha等研究了從裙帶菜孢子葉Undaria pinnatifida中提取獲得的巖藻多糖的抗氧化性能。DPPH實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，巖藻多糖在低濃度下即顯示出與維生素C相似的抗氧化能力[24]。Park等研究了從裙帶菜Undaria pinnatifida提取的低分子量巖藻多糖對(duì)皮膚傷口的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，低分子量巖藻多糖處理組大鼠脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)減少并且抗氧化活性增加[30]。Putra等[31]研究了來(lái)源于Sargassumsp.的巖藻多糖的濃度對(duì)護(hù)膚乳液抗氧化活性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明含巖藻多糖的護(hù)膚品的抗氧化活性較弱，而儲(chǔ)存30 d可提高其抗氧化活性。以上研究表明，巖藻多糖可通過(guò)自由基清除作用發(fā)揮抗氧化活性，且不同來(lái)源的巖藻多糖抗氧化活性強(qiáng)弱有差異。

2.3 抗炎功效

炎癥是一種重要的生物學(xué)反應(yīng)，它是由多種刺激和有害條件引起的，包括紫外線照射、刺激物、感染或細(xì)胞損傷[32-34]。暴露在紫外線下可誘導(dǎo)DNA損傷和活性氧物質(zhì)的產(chǎn)生，其通過(guò)炎癥的信號(hào)傳導(dǎo)途徑和細(xì)胞外基質(zhì)重塑蛋白、膠原蛋白和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）的調(diào)節(jié)引起皮膚光老化。Kim等[35]以小鼠為模型研究低分子量的巖藻多糖對(duì)紫外照射引起的光老化的保護(hù)作用，結(jié)果顯示，低分子量巖藻多糖可使皮膚促炎酶活性降低，而抗炎細(xì)胞因子IL-10水平顯著增加。Fernando等從Chnoospora minima(CMF) 和Sargassum polycystum(SPF)中純化巖藻多糖，通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)巖藻多糖的抗炎效果，結(jié)果表明CMF和SPF均可劑量依賴(lài)性地減輕脂多糖刺激的RAW 264.7巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)[29]，從而起到抗輻射的作用。巖藻多糖也是趨化因子受體CXCR4的有效抑制劑，可抑制過(guò)敏性皮膚炎癥模型中嗜酸性粒細(xì)胞的積聚，具有應(yīng)用于曬后修復(fù)化妝品的潛力[36]。以上研究表明，巖藻多糖可以增加抗炎細(xì)胞因子水平，減輕炎癥反應(yīng)，抑制嗜酸性粒細(xì)胞的積聚，具有較好的抗炎效果。

2.4 美白、抗皺與抗輻射

決定皮膚色調(diào)的主要因素是皮膚內(nèi)的黑色素，黑色素的生成主要與酪氨酸酶、多巴醌互變異構(gòu)酶及5 ，6-二羥基吲哚-2-羧酸氧化酶的作用有關(guān)；另外，致使膚色變黑的物理因素主要是紫外線的輻射作用[37]。巖藻多糖具有皮膚美白效果，并通過(guò)增加水合作用來(lái)維持皮膚的彈性[36]。

從表皮細(xì)胞和結(jié)締組織的損傷判斷，皺紋是皮膚老化的跡象之一。由成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的膠原蛋白和彈性蛋白纖維是纖維結(jié)締組織中的兩種主要成分，其保持人體皮膚的光滑外觀。膠原蛋白和彈性蛋白纖維的降解主要由膠原酶和絲氨酸蛋白酶(MMP)介導(dǎo)，絲氨酸蛋白酶又包括彈性蛋白酶。因此，評(píng)估對(duì)膠原酶和彈性蛋白酶的抑制活性是評(píng)估物質(zhì)抗皺紋潛力的一般方法[29]。

巖藻多糖是著名的膠原酶和彈性蛋白酶的有效抑制劑，并具有通過(guò)激活其抑制劑來(lái)下調(diào)MMP的能力。Fernando等[38-39]從CMF和SPF中純化巖藻多糖，通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)巖藻多糖的酶抑制效果，結(jié)果表明CMF巖藻多糖和SPF巖藻多糖都能劑量依賴(lài)性地降低膠原酶和彈性蛋白酶的活性，這兩種酶負(fù)責(zé)降解纖維結(jié)締組織，而纖維結(jié)締組織可以保持皮膚的舒適和光滑，因此巖藻多糖表現(xiàn)出作為抗皺藥妝成分的潛力。相比之下，SPF巖藻多糖的彈性蛋白酶抑制活性高于CMF巖藻多糖[29]。另外，CMF巖藻多糖和SPF巖藻多糖可抑制B16F10角質(zhì)形成細(xì)胞中的酪氨酸酶和黑色素合成，表明其有作為增白劑的潛質(zhì)[29]。以上研究表明，巖藻多糖通過(guò)發(fā)揮酶抑制作用而表現(xiàn)出較好的美白、抗皺與抗輻射功效。

2.5 修護(hù)皮膚組織功效

皮膚的彈性、光滑度等外觀在一定程度上是由構(gòu)成皮膚細(xì)胞的增殖和分化所決定的， 而這一過(guò)程受到了皮膚內(nèi)各種細(xì)胞因子的綜合調(diào)節(jié)， 例如表皮生長(zhǎng)因子能促進(jìn)皮膚表皮細(xì)胞的新陳代謝，堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子能促進(jìn)成纖維細(xì)胞和表皮細(xì)胞代謝、增殖、生長(zhǎng)和分化，促進(jìn)彈性纖維細(xì)胞的發(fā)育及增強(qiáng)其功能[40]。Robert等[41]通過(guò)形態(tài)計(jì)量學(xué)方法測(cè)試了以巖藻糖多糖作為活性成分的制劑對(duì)皮膚表面微浮雕的影響，并對(duì)治療前和治療4周后的結(jié)果進(jìn)行比較。其可以在20位年齡在39至71歲之間的女性志愿者身上證明，使用上述制劑治療4周后，20位志愿者中有17位皮膚表面的起伏有了顯著改善，她們的皮膚狀態(tài)趨于年輕化。結(jié)果表明，用富含巖藻糖的多糖制劑進(jìn)行治療可以減緩人類(lèi)皮膚的衰老，甚至可以逆轉(zhuǎn)年齡依賴(lài)性的皮膚改變。研究證實(shí)， 巖藻多糖有助于產(chǎn)生各類(lèi)細(xì)胞生長(zhǎng)因子。Péterszegi[42]等研究發(fā)現(xiàn)，在體外細(xì)胞培養(yǎng)液中添加巖藻多糖，能夠促進(jìn)纖維細(xì)胞的增殖分化。以上研究表明，巖藻多糖可通過(guò)促進(jìn)纖維細(xì)胞的增殖分化而起到修護(hù)皮膚組織，使皮膚呈現(xiàn)年輕態(tài)的作用。

2.6 其他功效

巖藻多糖還具有應(yīng)用到化妝品中的其他優(yōu)勢(shì)，純化的巖藻多糖可以很容易摻入乳霜和乳液中，使化妝品具有增加真皮成纖維細(xì)胞和膠原緊密度的作用，另外還通過(guò)抑制基質(zhì)酶和抗炎活性起到抗衰老的作用[43]。

3 展望

巖藻多糖因其理化特性和生理活性，廣泛應(yīng)用于功能食品、保健品和醫(yī)藥領(lǐng)域，在化妝品上應(yīng)用還處于基礎(chǔ)研發(fā)探索階段。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，通過(guò)生物、醫(yī)藥、化工、材料等技術(shù)的集成進(jìn)一步驗(yàn)證巖藻多糖在化妝品上的應(yīng)用功效，明確其結(jié)構(gòu)和功效相關(guān)性、闡明其作用機(jī)制，為巖藻多糖在高端領(lǐng)域應(yīng)用提供理論依據(jù)。充分挖掘巖藻多糖在化妝品領(lǐng)域應(yīng)用的巨大潛力，擴(kuò)大海藻資源在健康產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，造福人類(lèi)健康。