化妝品中微量重金屬及抗氧化劑的研究進展*

梁 卉，劉 杭

(萍鄉(xiāng)衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)系，江西 萍鄉(xiāng) 337000)

近年來，世界各地的個人護理和美容產(chǎn)品的使用不斷增加。目前，越來越多的化合物正被作為化妝品的配方，如防腐劑、芳香劑、表面活性劑等。加強化妝品的性能、質(zhì)量、價值和使用壽命。然而，許多這些化學(xué)添加劑對人體產(chǎn)生有毒影響，表現(xiàn)出從輕度過敏到危及生命的過敏反應(yīng)或致命過敏中毒的健康風(fēng)險。因此，化學(xué)添加劑的使用最近已成為公共衛(wèi)生面臨的一個重要的問題。本綜述主要關(guān)注暴露于化妝品配方中微量重金屬，同時還討論了微量重金屬誘導(dǎo)的損傷及化妝品中的抗氧化劑。

1 化妝品中的微量重金屬及誘導(dǎo)的損傷

1.1 鉛

1.1.1 鉛對人體的損傷

鉛(Pb)是一種持久性金屬，由于其不尋常的物理化學(xué)性質(zhì)，常被應(yīng)用于各種工業(yè)，同時也在許多化妝品中發(fā)現(xiàn)，如染發(fā)劑、口紅、 眼影、眼線筆、發(fā)霜等。意大利、中國和美國樣本中眼影的鉛含量為0.25～81.50 μg/g[1]。根據(jù)FDA報告400個口紅樣本中，13個口紅的最高含量為7.19 μg/g[2]。在洗發(fā)水(0.98～1.59 μg/g)和肥皂(3.8～4.63 μg/g)中記錄了高濃度的鉛[3]?？诜蛭胧倾U進入人體的主要途徑[4]。鉛毒性與神經(jīng)疾病、高血壓、認知障礙等的發(fā)病率有關(guān)。低劑量的鉛導(dǎo)致斑馬魚胚胎毒性、行為改變和學(xué)習(xí)記憶缺陷。另一項研究觀察到，在接觸>2000 mg鉛/千克干重時，蚯蚓死亡率很高，體重明顯減輕，生殖受到抑制[5]。Gargouri等[6]將HEK293腎細胞暴露于鉛中，導(dǎo)致細胞活力下降、細胞扭曲、凝聚力喪失、超氧陰離子的產(chǎn)生和脂質(zhì)過氧化。

1.1.2 鉛毒性的機制

Pb是通過產(chǎn)生自由基引起對生命系統(tǒng)的損害，主要包括兩個獨立的機制。第一個是ROS的直接形成，包括單線態(tài)氧、過氧化氫和氫過氧化物，第二個機制是通過耗盡細胞中的抗氧化劑。這兩種機制之間存在相互關(guān)系，一側(cè)ROS的增加同時導(dǎo)致另一側(cè)抗氧化劑的耗竭[7]。鉛可以抑制兩種酶的活性：δ-氨基乙酰丙酸脫水酶(ALAD)和谷胱甘肽還原酶(GR)。鉛對ALAD的抑制增加了底物δ-氨基乙酰丙酸(ALAD)的水平，能刺激ROS的形成。GR可將氧化型谷胱甘肽(GSSG)循環(huán)轉(zhuǎn)化為還原型谷胱甘肽(GSH)，鉛可干擾這一循環(huán)，導(dǎo)致GSH水平下降，而ROS、MDA、GSSG 逐漸上升[8]。

1.2 鎘

1.2.1 鎘對人體的損傷

鎘(Cd)由于其著色特性，常被用于不同的化妝品。Gondal等發(fā)現(xiàn)，唇部化妝品中的Cd濃度在4.9～10.6 μg/g之間[9]。同樣，在洗發(fā)水、肥皂、凝膠、沐浴露和護膚霜中也發(fā)現(xiàn)了低含量的Cd[10]。

鎘(Cd)是一種有毒重金屬，人體攝入鎘主要通過肺、腸和皮膚等途徑，可在生物系統(tǒng)中積累。鎘暴露會導(dǎo)致體內(nèi)和尿液中Zn、Mg和Cu的失衡。鎘暴露增加往往與各種健康問題有關(guān)，如腎功能衰竭、osteal障礙、神經(jīng)紊亂、貧血、男性生殖系統(tǒng)等[11]。鎘是一種人體強致癌物，會導(dǎo)致前列腺癌、肺癌、胃腸道癌、胰腺、癌等問題[12]。

1.2.2 鎘毒性的機制

鎘本身不能直接產(chǎn)生自由基，在體內(nèi)，它與金屬硫蛋白結(jié)合，鎘-金屬硫蛋白復(fù)合物分布于各種組織和器官，人體內(nèi)沒有鎘的排泄機制，因此鎘在組織中積累[13]。它通過影響細胞硫醇氧化還原平衡而導(dǎo)致氧化應(yīng)激。細胞Cd影響細胞中的許多蛋白質(zhì)及其功能，因此它可以抑制DNA合成，并以劑量和時間依賴性的方式引起DNA損傷。 通過在p53的鋅指結(jié)構(gòu)域中替換Zn，Cd可以導(dǎo)致DNA修復(fù)中的錯誤，導(dǎo)致DNA病變的積累，從而增加癌癥的風(fēng)險。因此在分子水平上，Cd會導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生，DNA損傷，抑制DNA修復(fù)[14]。

1.3 汞

1.3.1 汞對人體的損傷

汞(Hg)在化妝品中的主要來源包括口紅、洗發(fā)水、護發(fā)素/凝膠、指甲油、眼線、眼影等[15]。汞是一種有毒重金屬，以元素、無機、有機三種形式存在。它在人體內(nèi)暴露主要是通過攝入和吸入受汞污染的食物、水、空氣及化妝品。接觸元素汞與癥狀有關(guān)，如咳嗽、呼吸困難、發(fā)燒、震顫、不適、軸突傳感器運動性多發(fā)性神經(jīng)病、牙齦炎、妄想、幻覺和Mercurial紅細胞增多癥[16]。無機汞可引起失眠、體重減輕、紅斑、瘙癢、過度出汗和過度排尿、腎小管功能障礙和神經(jīng)精神障礙。接觸有機汞(MeHg)與智力遲鈍、腦癱、耳聾、 失明和構(gòu)音障礙有關(guān)。產(chǎn)前接觸MeHg與大腦和小腦皮質(zhì)發(fā)育不良和大腦后神經(jīng)元異位有關(guān)[17]。低濃度的汞暴露會引起氧化應(yīng)激、細胞毒性和β淀粉樣蛋白的增加，這與成人的帕金森病和阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病有關(guān)[18]。

1.3.2 汞毒性的機制

汞通常與巰基(-SH)或硒酰(-SeH)反應(yīng)，巰基是蛋白質(zhì)等生物分子的親核分子。汞與生物分子的親核分子反應(yīng)形成穩(wěn)定的復(fù)合物。巰基蛋白和GSH與汞化合物相互作用引起消耗，GSH耗竭會對線粒體造成損害。線粒體損傷增強自由基ROS的產(chǎn)生。因此氧化應(yīng)激可能是由于生物分子抗氧化劑的耗竭和活性氧(ROS)的形成所致。活性氧可能導(dǎo)致酶、核酸和脂質(zhì)的損傷，并可能導(dǎo)致細胞死亡[19]。

1.4 砷

1.4.1 砷對人體的損傷

砷(As)是一種天然存在的重金屬，在自然界中常以有機和無機形式存在，在對公眾健康有毒的有害物質(zhì)清單中，排名第一，對環(huán)境和人類健康產(chǎn)生不利影響[20]。在護膚霜、化妝粉、眼影、眼線筆、洗發(fā)水、發(fā)膠和淋浴產(chǎn)品中均發(fā)現(xiàn)了低水平的砷[21]。

短期接觸低水平砷可減少紅細胞和白細胞的產(chǎn)生、血管損傷、惡心和嘔吐、心跳異常以及手和腿的刺痛感，但長期接觸砷往往會導(dǎo)致皮膚病變、周圍血管疾病、肺部疾病和心血管疾病、神經(jīng)問題、糖尿病和某些類型的癌癥[22]。

1.4.2 砷毒性機制

砷毒性的一個重要作用模式是產(chǎn)生活性氧(ROS)和氮物種(RNS)[23]。 除了ROS外，活性氮物種(RNS)也被認為直接參與了暴露于砷的細胞中脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的氧化損傷。 最近的許多研究提供了實驗證據(jù)，表明砷誘導(dǎo)的自由基的產(chǎn)生可以通過激活氧化敏感信號通路。谷胱甘肽是一種非常有效的細胞抗氧化劑，在維持細胞氧化還原狀態(tài)中起著重要作用。此外，GSH水平是生物體氧化應(yīng)激的良好標(biāo)志。 據(jù)報道，口服砷后，雄性Wistar大鼠肝臟GSH濃度明顯降低，在6個月的砷暴露后，小鼠肝臟GSH和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶和GPx酶明顯降低[24]。GSH可能是將五價砷化合物還原為三價砷化合物的電子供體，亞砷酸鹽對GSH具有很高的親和力。

化妝品中含有不同的微量重金屬，它們通過不同的毒性機制對人類健康造成影響，如表1所示。

表1 不同金屬存在形式、化妝品來源、毒性機制和健康影響

2 化妝品中的抗氧化劑

抗氧化劑是最重要的藥妝品之一，具有抑制細胞損傷的能力。局部皮膚施用抗氧化劑對于最大程度地減少皮膚老化和更好地保護皮膚免受有害自由基的侵害至關(guān)重要[25]。

2.1 非酶類抗氧化劑

2.1.1 褪黑激素

褪黑激素是一種內(nèi)源性激素，通常與調(diào)節(jié)睡眠有關(guān)，同時，它還具有抗炎、抗氧化、組織再生和線粒體保護的功能，有利于皮膚健康。人類皮膚和毛囊表達功能性褪黑激素受體，還參與大量的褪黑激素合成。通過支持皮膚穩(wěn)態(tài)，褪黑激素及其代謝物可以減弱致癌作用和其他病理過程，包括過度增殖和炎癥。褪黑素具有較強的抗氧化(ROS-清除活性)和抗炎特性。這種天然抗氧化劑可通過直接發(fā)揮作用，或者通過調(diào)節(jié)抗氧化酶的表達和活性間接發(fā)揮作用。外用褪黑激素已被證明可以減少活性氧的形成并逆轉(zhuǎn)皮膚老化的跡象，因此褪黑激素可作為抗衰老和皮膚的保護劑在局部使用，既安全又有效[26]。

2.1.2 天然色素

天然色素，包括類胡蘿卜素、黃酮類化合物和花青素。這些天然色素是必需的次生代謝產(chǎn)物，具有很強的抗氧化活性特征。這些天然色素在食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景[27]?；钚匝?ROS)是由生物體中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的[28]。ROS引起的生化失衡可能會損傷許多生物大分子，包括DNA、RNA、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，導(dǎo)致多種退化性疾病硬化癥、癌癥和老年癡呆癥[29]。類胡蘿卜素的特征結(jié)構(gòu)是共軛多不飽和雙鍵，這種特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)具有抑制自由基的能力。共軛多不飽和雙鍵也給予類胡蘿卜素具有親脂性，因此可以保護脂蛋白和細胞膜免受自由基的攻擊[30]。黃酮類化合物和花青素能夠直接通過提供氫原子清除自由基或通過螯合游離金屬離子間接抑制自由基[31-32]。

2.1.3 白藜蘆醇

白藜蘆醇是一種多元酚類的植物抗毒素，大量存在于紅葡萄和漿果中。許多研究表明具有促進健康特性，對心血管系統(tǒng)有積極影響，降低低密度脂蛋白的濃度，以及抑制環(huán)氧合酶活性的能力。此外，它具有抗增殖、抗血管生成、抗炎、抗氧化和抗菌特性。在美容學(xué)和皮膚病學(xué)中應(yīng)用較多主要是它能夠穿透皮膚屏障和具有抗衰老活性。研究表明，白藜蘆醇的配方可以刺激成纖維細胞的增殖，并促進膠原蛋白III濃度的增加。白藜蘆醇對雌激素蛋白受體(ERα和ERβ)有親和力，從而有助于刺激I型和II型膠原蛋白的產(chǎn)生。此外，白藜蘆醇也具有抗氧化特性，因此可以保護細胞免受與自由基和紫外線的影響相關(guān)的氧化損傷[33]。

2.1.4 谷胱甘肽

谷胱甘肽(GSH)是一種非編碼的三肽硫醇，包括兩種存在形式即有氧化型谷胱甘肽(GSSG)和還原型谷胱甘肽(GSH)。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[34]。GSH的主要功能是維持與GSH濃度直接相關(guān)的細胞的氧化還原電位，并防止活性氧或有毒重金屬造成的細胞損傷。由于其抗氧化特性，它被廣泛應(yīng)用于制藥、化妝品和食品工業(yè)[35]。

2.2 酶類抗氧化劑

酶抗氧化劑由SOD、CAT、GPx和Trx系統(tǒng)組成。酶抗氧化劑具有有效的保護作用，具有分解ROS的能力，以對抗活性和大量的氧化攻擊[36]。其中，超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶和Trx系統(tǒng)等酶類抗氧化劑在化妝品行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。

2.2.1 超氧化物歧化酶(SOD)

超氧化物歧化酶(SOD)是生物體內(nèi)存在的一種抗氧化酶。SOD可以催化超氧化物歧化為過氧化氫和氧氣而被清除。由此可見，通過超氧化物歧化酶得作用可以降低過量超氧陰離子對機體造成得氧化損傷[37]。

2.2.2 過氧化氫酶(CAT)

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，在延緩機體衰老、抵御疾病等方面發(fā)揮著重要的作用[38]。

2.2.3 谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)

谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)是生物機體內(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機體的損傷。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)，將對機體有害的過氧化物還原成無毒的醇類， 同時使H2O2分解為H2O和O2，以減輕或消除過氧化物對細胞造成的損傷[39]。

2.2.4 Trx系統(tǒng)

Trx系統(tǒng)作為內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng),由NADPH、硫氧還蛋白還原酶(TrxR)和Trx組成,在抗氧化應(yīng)激中起著非常重要的作用。Trx抗氧化劑通過還原核糖核酸還原酶和蛋氨酸亞砜還原酶在DNA和蛋白質(zhì)修復(fù)中發(fā)揮作用。此外，還發(fā)現(xiàn)Trx系統(tǒng)參與了免疫反應(yīng)的反應(yīng)[40]。

化妝品中的抗氧劑包括非酶類和酶類兩種，它們有不同的功能及應(yīng)用，如表2所示。

表2 抗氧化劑的功能及應(yīng)用

3 結(jié) 論

化學(xué)成分與復(fù)雜的化妝品配方相結(jié)合，可提高人類生活的美麗、健康和質(zhì)量。但化妝品可能會產(chǎn)生不良或有毒的影響，從而對人類健康造成并發(fā)癥。這就需要監(jiān)管和化妝品質(zhì)量控制機構(gòu)應(yīng)更關(guān)注在化妝品中加入無毒性的新物質(zhì)，以防止損害人體健康。