色斑形成机理及美白化妆品的开发

水谷多惠子　正木仁

1.绪言

我们判断人的年龄主要是依据其面部的变化。该变化包括形态变化如皱纹的存在以及色调变化如色斑的存在等。随着年龄增长而增多的色斑有老年性色斑和肝性褐黄斑。日本市场上有作为医药部外品的藥用化妆品，即可以宣称“防止日晒引起的色斑、雀斑”功效的美白化妆品。老年性色斑的形成过程中有太阳光的暴晒的影响，因此美白化妆品所针对的色斑是老年性色斑。

目前，关于紫外线暴晒刺激促进和深化黑色素产生的机理已经由众多的研究所阐明。这些机理有很多都已经被采用为医药部外品的美白主剂开发的作用机理依据。

为了理解以紫外线暴晒为诱因的黑色素产生的机理，本文将介绍医药部外品的美自主剂及其作用机理。并进一步通过引用关于角化过程中黑色素的分解的论文，提案与抑制黑色素产生不同的美白化妆品的开发方向。

2.已经通过日本审批的美白主剂的概要

已获日本批准使用的美自主剂如表1所示。大多美白主剂都是着眼酪氨酸酶（tyrosinase，TYR）。有以阻碍黑色素细胞中与色素产生相关的TYR的活性为主要作用机理的美白主剂；也有不是着眼TYP的活性、而是着眼在细胞内的稳定性，把促进TYP蛋白的分解作为主要作用机理的美白主剂。

另外还有着眼因紫外线照射受到刺激的黑色素增殖因子及炎症眭化学介质的美白主剂获得审批；而且也有不是控制黑色素细胞里的黑色素产生，而是以抑制表皮内的黑色素扩散及促进黑色素的排出为主要机理的美白剂。

3.关于控制TYR的机理

3l阻碍TYE的活性。TYR以酪氨酸为起始原料合成黑色素（见图1）。首先，为了提高对活性阻碍的理解，先就黑色素生成化学进行介绍。TYR通过其催化反应在酪氨酸的芳香环的3位上导入羟基、生成多巴（dopa）。该多巴游离（被氧化）氢（质子）、成为多巴醌（dopaqui-none）。多巴醌自动氧化成为多巴色素（dopachrome），通过有多巴色素互变异构酶活性的TRP-2（tyrosinase relatedprotein-2）的催化反应，成为是黑色素单体的二羟基吲哚羧酸（dihydroxyindolecarboxylic acid，DHICA）。

DHICA通过有DHICA氧化酶活性的TRP-1（tyrosinase related protein-1）的催化反应不断聚合成为黑色素。而没有受到TRP-2的催化作用的多巴色素，脱碳酸后成为二羟吲哚（dihydroxyindole，DHI）、通过自动氧化而聚合。实际上，这些反应同时进行又复杂地互相影响，形成黑色素单体。经过像这样的过程合成的黑色素单体统称为真黑素（eumelanin）。

另一方面，褐黑素（pheomela-nin）的合成与SH化合物有关。通过TYR的催化反应生成的多巴醌与半胱氨酸（cysteine，cys）或谷胱甘肽（glu-tathione，GSH）非酶性结合，成为半胱氨酰多巴（cysteinyldopa）。该半胱氨酰多巴通过聚合合成褐黑素。

有阻碍TYR活性作用的美白主剂有：抗坏血酸磷酸镁、抗坏血酸磷酸钠、抗坏血酸葡糖苷等维生素C衍生物，β-熊果苷、曲酸、噜忻喏（4-丁基间苯二酚）、鞣花酸、杜鹃醇14-（4-羟基苯基）-2-丁醇）等。他们的化学构造如图2所示。（见图2）

维生素C以外的美白主剂几乎都和酪氨酸一样有苯酚性羟基、有着类似的化学构造，由此也可以看出这些美自主剂是对TYR的活性中心呈对抗性阻碍。维生素C衍生物是作为质子给予体对TYR的氧化酶反应发挥还原性作用来阻碍活性的。曲酸是通过对TYP的活性中心的Cu2+的螯合作用来抑制活性的。

3.2阻碍TYR的成熟及促进TYP的分解。黑色素是在黑色素细胞（melanocyte，色素细胞）内的小器官黑素小体（mela-nosome，MS）中合成的。也就是说，在细胞内合成的TYR只要不转移到MS中就不会和黑色素产生有关。MS在黑色素细胞内经过第1期到第4期的过程而成熟化，最终从黑色素细胞的树突的顶端转移到角化细胞（见图3）。

与MS的成熟相关的MS关联蛋白有：是MS的构造蛋白的Pme117（silverlocus protein）、TRP-1（DHICAoxidase）、TRP-2（Dopachrometautomerase）。Pme117在MS内构筑纤维状构造，帮助转送过来的TYP在MS内实现稳定化。MS的形成是从黑色素细胞的细胞膜的内部凹陷由单层的生体膜形成内涵体（endo-some）开始（第1期MS）。第1期MS时能观察到Pme117的纤维，第2期时该Pme117聚合MS成为椭圆体。直到第2期MS为止MS内黑色素都尚未沉积（聚合），包括由内质网（endoplasmic reticulum，ER）产生的TYE及黑素小体关联蛋白的被膜小泡（coated vesicle）被输送到MS中后，黑色素合成才由此开始，黑色素开始聚合成纤维状。

开始聚合的黑色素与MS内的蛋白质结合形成巨大的黑色素蛋白复合体（第3期MS）。然后黑色素的聚合再进一步深化的话，就成为填满了许多黑色素蛋白复合体的第4期MS。该过程叫做MS的成熟（见图3）。

TYR在转送到MS的过程中，受到糖链修饰成熟化后显现机能。TYR一开始作为不带糖链的55kDa的蛋白被合成后，在ER中受到N聚合的糖链修饰。在该过程中，TYR受到α-葡萄糖苷酶Ⅰ、Ⅱ的糖链处理，通过分子伴娘蛋白calnexin和calreticulin的作用被恰当地折叠，把Cu2+收进分子内。之后，被转送到高尔基体（Golgi body）中，进一步受到高级糖链修饰、成为80kDa的成熟型TYR5。成熟型TYR经过反面高尔基体管网状结构（rans-Colgi network，TGNI被转送到MS。转送到的TYE贯穿并存在于MS膜上，细胞质侧的结构域被蛋白激酶C-β（proteinkinase C-β，PKCβ）磷酸化而活化，发挥黑色素的合成能力（见图4）。endprint

主要作用机理是阻碍TYR的成熟化及促进TYR分解的厚朴木酚素（见图5.5）二丙基联苯2，2二醇）是有苯酚性二聚体构造的化合物，可减少向MS内转移的TYR蛋白。在处理了厚朴木酚素的黑素瘤细胞上，虽然在TYR的mRNA表达量上看不到变化，但可以确认到TYR及TRP-2的蛋白量随着厚朴木酚素的处理浓度变化而减少。

而且，由使用通过Endoglycosi-daseH（EndoH）脱糖化处理的消化实验中确认到了未成熟的TYP的存在。通过综合性考虑该结果可知，厚朴木酚素通过阻碍TYR的成熟化抑制黑色素生成。

未成熟的TYR由、ER和Golgi逆输送到细胞质、泛素化后受到蛋白酶体分解（泛素-蛋白酶体系统）。亚油酸增加泛素化TYR的量、促进蛋白酶体分解TYP。虽然结果会使TYR蛋白量减少，但可以确认到该减少会通过蛋白酶体的阻碍剂恢复。有趣的是，饱和脂肪酸棕榈酸与亚油酸相反，通过减少泛素化酪氨酸酶的量抑制酪氨酸酶分解、促进黑色素合成。

4关于抑制黑色素细胞活化的机理

接下来我们来看一下生成黑色素的场所一黑色素细胞。所谓黑色素细胞的活化，具体来看是指，由UVB暴晒诱导的促进黑色素细胞增殖，促进黑色素细胞内的TYR的产生、及促进MS成熟。抑制这些黑色素细胞活化，成为了近年来美白化妆品的作用对象。

黑色素细胞并非是自我活化，而是通过由照射了紫外线的角化细胞和真皮成纤维细胞形成的旁分泌网络活化（见图6）。通过UVB暴晒，角化细胞首先分泌出IL-1，IL-1促进内皮素-1（ET-1）的表达及分泌。ET-1通过和黑色素细胞的细胞膜上的内皮素B受体（ETs-R）结合，活化PKC信号转导系统、促进黑色素细胞的增殖及TYR的合成。母菊提取物就是通过阻断该ET-1-ETs-R途径获得审批的美白主剂。

而且，暴晒UVB的角化细胞产生SCF（stem cell factor），通过黑色素细胞上存在的c-kit活化MAPK的信号通路，促进黑色素细胞的增殖及TYR的合成。

另一方面，暴晒UVB的角化细胞上，POMC（pro-opiomelanocortin）的产生加剧。POMC通过PCI（Proproteinconvertase1）及PC2（Proproteinconvertase2）的作用转化为α-MSH（α-melanocyte stimulat-mg hormone），通过黑色素细胞的细胞膜上存在的MC-1受体活化PKA信号转导系统。α-MSH的生成因N-ace-tylcysteine的添加而减少，这也说明因暴晒UVB而加速产生的活性氧（reactiveoxygen species，ROS）与α-MSH的产生有关。

而且，暴晒UVB的角化细胞内产生的ROS促进环氧合酶-2{cyclooxygen-ase-2，COX-2）的表达及蛋白合成，通过PLA2（phospholipase A2）的作用以由细胞膜排出的二十碳四烯酸为基质促进前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）的产生。

FGE2通过口受体促进黑色素细胞的增殖及树突的伸长。一般来看PGE2被称作炎症性的化学媒介、通过促进血管的透过性引起炎症。以抑制PGE2的产生为主要机理获得审批的美自主剂有氨甲环酸（见图7）、氨甲环酸十六烷基酯、抗坏血酸四异棕榈酸酯。

5.关于MS的扩散及排泄的机理

5.1抑制成熟MS向表皮内的分散。MS向表皮内的分散是通过角化细胞的MS巨噬作用进行的。最近的研究发现，要从视觉上识别到色素斑必须要有成熟化的MS向表皮的分散。也就是说，如果把向角化细胞的MS输送停止掉的话，从视觉上看就不会认知到色素斑。

关于MS向角化细胞的转送，目前来看有以下过程。①成熟的MS移动至树突的顶端、该顶端与角化细胞的细胞膜融合、转送MS、②成熟的MS移动至树突顶端、角化细胞吞下整个顶端。③黑色素细胞分泌MS、角化细胞吞噬该MS。不过，近年来认为可能性最高的过程是，成熟MS聚集在树突顶端、该顶端作为中间变细的MS复合小泡从黑色素细胞分离、被角化细胞吞噬。

有报告提到，MS被角化细胞吞噬与肌动蛋白纤维的聚合形成伪足有关，对于伪足形成，PAR-2（protease activatedreceptor-2）发挥着极其重要的作用。PAR-2是7次跨膜型的G蛋白，细胞外结构域的N末端一旦因胰蛋白酶等丝氨酸蛋白酶切断，由切断产生的切断处就会成为配体、自我活化。有报告提到PAR-2的拮抗剂抑制MS进入角化细胞、而激动剂促进MS进入角化细胞。有阻碍MS向角化细胞转移的作用的美自剂有烟酰胺（图7）。

5.2促进MS的排泄。吞噬了在黑色素细胞产生的黑色素的角化细胞，随着分化向表皮上层转移、最终变成污垢被排泄到体外。在该过程中一个黑色素细胞和通过黑色素的交接互相关联的复數角化细胞形成一个单位，这叫做表皮黑色单元（epidermal melanin unit）。

在老人性色素斑部位可以确认到表皮的肥厚。有报告提到，在吞噬了老人性色素斑的色素斑部位正下方的黑色素的基底细胞中，细胞增殖标志Ki67的表达降低，与角化细胞的分化有关的丝聚合蛋白、外皮蛋白等蛋白的表达也在下降。

作者等解析老人性色素斑的角质层细胞内的黑色素颗粒的数量及角质层细胞面积，确认了这些有正相关性。综合性考虑这些关于组织所见及基因表达的报告的话，虽然有关于老人性色素斑部位的表皮肥厚的矛盾，但可以得知色素斑部位的角化细胞的增殖及分化的降低引发剥离延迟。

由此可知，作为一种美白方法，促进基底细胞的增殖及分化是有合理性的。通过刺激基底细胞的增殖促进黑色素的排泄，以这样的概念获得审批的美白主剂有腺苷一磷酸二钠。另外，通过促进角质层的剥离、促进角质细胞中的黑色素的排泄，以此为作用机理的美白主剂有4-MSK（4-甲氧基水杨酸钾盐）（见图7）。

6.抑制黑色素单体的聚合

因暴晒UVA引起的皮肤的即时黑化反应，在UVA的照射能量较高时变成持续型黑化、与色素的形成有关。该色素形成是基于黑色素单体DHICA及DHI的氧化聚合反应产生的。以抑制该聚合反应为主要作用的美自主剂有抗坏血酸乙基醚。

7.结语

色素斑中有照射长波长紫外线光才能看到的色素斑。该色素斑一般被叫做隐性色斑。最近，有报告显示自体吞噬泡（Autophagy）可能与MS的分解有关。所谓自体吞噬泡，是指通过细胞质中不要的物质与是细胞小器官的溶酶体融合而深化的细胞内清扫体系。

溶酶体中存在的蛋白酶的阻碍剂pepstatin A使是MS的构造蛋白的Pme117在细胞内蓄积，以及敲除自体吞噬泡关联蛋白的Pme117的细胞内蓄积加剧，这些都已经得到了确认。

另外，在处理了自体吞噬泡活化剂的含MS再构筑表皮上也能确认到色调的淡色化。还有，也确认了高加索人由来的角化细胞中黑色素的分解和Pme117的分解能力比非洲美国人由来的要高。这些都说明，分化过程中角化细胞内的自体吞噬泡的MS的高分解能力，有可能影响到了肤色及色素沉积，期待能够成为新美白剂开发的机理。endprint