褐藻多酚在化妆品中的应用及研究进展

陈红红，王 勤，陈 贝，苏永昌，潘 南，陈清西*，刘智禹*

(1.厦门大学生命科学学院，福建 厦门 361102；2.福建省水产研究所，福建省海洋生物增殖与高值化利用重点实验室，福建省海洋生物资源开发利用协同创新中心，福建 厦门 361013)

在高盐、高压、低温、低营养、无光照及化学组分极为复杂的海洋生态环境中，蕴含着丰富多彩的海洋生物，其中，藻类种类繁多，有8 000余种。根据化学成分和营养成分的不同，可以将海藻分为红藻门、褐藻门、绿藻门，其中褐藻门海藻因藻体大、繁殖快、分布广等特点在我国沿海地带被大量栽培，褐藻门约有250属，1 500种以上，常见的褐藻有羊栖菜、海带、裙带菜、马尾藻等[1-2]。正是因为生长在这种极其复杂的生态环境下，褐藻机体内的代谢特点与代谢产物与陆地植物有较大的差异，褐藻体内往往会产生一些具有拒食功能的次级代谢产物使其免受外界的毒害，这些次级代谢产物是海洋天然药物的重要来源，其化学结构一般都比较复杂，且生物活性很强。褐藻多酚就是这类次级代谢产物的代表，它是一类结构中含有多羟基化合物的总称。近年来，随着对海洋资源的大力开发，褐藻多酚这类具有多种生物活性的海藻次级代谢产物受到研究者们的广泛关注。

功能性化妆品具有消除皮肤炎症、改善肤色、减少皱纹抵抗皮肤衰老等美容功效。来源于海洋生物的活性物质如多酚、藻胆蛋白、多糖等，由于天然无毒、资源丰富、具有多种生物功效，其成为功能性化妆品的成分来源。世界上已有多家顶级护肤品品牌将海洋活性成分应用于其产品中，包括Elemis(The Steiner Group，英国)、La Prairie(Beiersdorf，瑞士)、Crème de la Mer(Estée Lauder，美国)、Blue Therapy(Biotherm，法国)、 SeaCode®(Lipotec，西班牙)、RefirMAR®(BIOALVO， 葡萄牙)等。本文就近几年国内外有关褐藻多酚的来源、种类、结构及其化妆品生物活性研究进展作简要综述，以期为褐藻多酚在功能性化妆品中的研究和开发提供参考依据。

1 褐藻多酚的来源和种类

褐藻多酚是仅存在于海洋褐藻中的次级代谢产物，与陆地植物单宁具有类似的结构，是结构中含有多个羟基的化合物。褐藻多酚根据其组成复杂程度可以分为简单酚类和多酚类化合物。其中，褐藻简单酚类又可以根据其结构中是否含有卤元素，被分为卤代酚类和不含卤酚类，在卤代酚类中绝大多数的卤元素为溴元素，还有少部分卤元素为氯元素，具体见表1[3-4]。

表1 褐藻多酚化合物的分类

严小军[5]对中国沿海地带常见褐藻的含量进行测定，包括羊栖菜(Hizikiafusiforme)、海带(Laminariajaponica)、海黍子(Sargassumkjellmanianum)、裙带菜(Undariapinnatifida)、鼠尾藻(Sargassumthunbergii)等，其中海黍子多酚含量最高，占其干重2.8%；第二为羊栖菜，其多酚含量约为干重2%；裙带菜、鼠尾藻、海带中多酚含量分别占其干重0.1%、0.9%、0.3%；从目前研究来看，马尾藻科中褐藻多酚含量较为丰富。Shibata等[6]测得海带科褐藻爱森藻(Eiseniabicyclis)和空茎昆布(Eckloniacava)中多酚的含量分别为3.1%和3.3%，其Eckol类多酚含量分别占褐藻总多酚含量的77.4%、57.6%，推测Eckol类多酚可能是褐藻多酚化合物的主要成分。Nagayama等[7]测得昆布(Eckloniakurome)中多酚的含量占其干重的3%，通过柱层析法分离纯化得到了phloroglucinol、 eckol、phlorofucofuroeckol A、dieckol 和8，8-bieckol等5种化合物。

2 褐藻多酚的化学结构

褐藻多酚化合物最主要的官能基团为羟基，其各种生物活性以及独特的化学性质均由羟基决定。已知，不同种类的褐藻多酚化合物的基本结构单元均是间苯三酚，但在不同褐藻内，单体间苯三酚构成多酚化合物的连接方式千变万化，且数量也不同，由此导致褐藻多酚化合物的结构极其复杂。自20世纪90年代以来，一些研究者采用核磁共振、色谱、预先乙酰化、质谱等方法以及多种方法联用，已经从多种褐藻中分离并鉴定了上百种褐藻多酚化合物[8-9]。目前，根据单体间苯三酚聚合方式的不同，低聚的褐藻多酚化合物主要分为以下 6 种类型：

1)多羟基联苯型Fucols——聚合单体间苯三酚之间以C-C键即芳基环对环相互联接(图1A)，这种类型的多酚化合物主要在墨角藻属(Fucus)、囊载藻属(Cystophoratorulosa)、网地藻属(Dictyotadichotoma)中存在。

2)多羟基苯醚型Phlorethols——此类型的褐藻多酚化合物，每个间苯三酚分子之间通过醚键连接(图1B)。在囊载藻属、马尾藻属(Sargassumspinuligerum)、黄白海带(Laminariaochroleuca)中发现这种类型的褐藻多酚化合物的存在。

3)混合多羟基联苯多苯醚型Fucophlorethols——寡聚物中同时含有芳基键(C-C)和醚键(-O-)，是多羟基联苯型和多羟基苯醚型的混合型(图1C)。在囊载藻属、马尾藻属、长条海藻(Himanthaliaelongata)、墨角藻属中有分离出此类多酚化合物。

4)多(间、邻)羟基苯醚型Fuhalols——组成多酚化合物的基本单元间苯三酚分子的连接方式类似于多羟基苯醚型Phlorethols多酚化合物，但是聚合物中每个间苯三酚分子均有三个相邻位置被氧化，含有邻羟基化合物(图1D、图1E)。这类多酚化合物在马尾藻属、二岐双叉藻(Bifurcariabifurcata)、长角藻(Halidryssiliquosa)以及兰博藻(Landsburgiaquercifolia)中均有发现。

5)二苯杂二氧和二苯呋喃型Eckols——3个以上间苯三酚单元环化和羟基化后脱水形成寡聚物，脱水寡聚物中2个间苯三酚分子之间进一步环化形成二苯杂二氧型多酚化合物，或者2个间苯三酚分子之间进一步芳基化联接后脱水形成二苯呋喃型多酚化合物(图1F、图1G)。这种杂环多酚化合物主要存在于马尾藻属、昆布属(Ecklonia)。

6)卤代、烷基化、硫酸酯化型Halogenated、Sulphated——此类化合物中存在卤元素、烷基等取代基团(图1H、图1I)，其生物活性与酚羟基、取代基团有关。

注：A.多羟基联苯型；B.多羟基苯醚型；C.混合多羟基联苯多苯醚型；D、E.多(间、邻)羟基苯醚型；F、G.二苯杂二氧和二苯呋喃型；H、I.卤代、烷基化、硫酸酯化型。

Notes：A was fucols；B was phlorethols；C was fucophlorethols；D～E were fuhalols；F～G were eckols；H～I were halogenated and sulphated.

3 褐藻多酚的化妆品功效研究

3.1 褐藻多酚的美白活性

人的肤色与体内黑色素的形成有很大的关系，因而具有保护皮肤免受紫外线(UV)的辐射、清除有毒药物和化学物质以及抑制黑色素的生成等功能物质，长期以来都受到研究者的广泛关注。生物体内黑色素的生物合成过程，首先由酪氨酸酶作用于L-酪氨酸形成左旋多巴，然后多巴被氧化形成多巴琨，在一系列酶的催化作用下，多巴琨经过多级反应形成黑色素。酪氨酸酶是黑色素形成过程的关键酶，因此，可以通过在化妆品中添加酪氨酸酶抑制剂来抑制黑色素的形成，从而达到化妆品的美白功效，实现美白效果。

Kang等[10]从匍匐昆布(Eckloniastolonifera)中分离出来了5种多酚(dieckol、eckol、eckstolonol、phlorofucofuroeckol、phloroglucinol)，并以L-酪氨酸作为蘑菇酪氨酸酶的底物，判定了这5种褐藻多酚化合物抑制酪氨酸酶的活性，结果表明，昆布褐藻多酚能够显著抑制酪氨酸酶的活性。Yoon等[11-12]从腔昆布中(Eckloniacava)分离得到了phloroglucinol、dioxinodehydroeckol、7-phloroeckol等3种多酚化合物，并发现其能够抑制B16F10小鼠黑色素瘤癌细胞中蘑菇酪氨酸酶和3-异丁基-1-甲基黄嘌呤诱导黑色素形成的过程，在这3种多酚化合物中，7-phloroeckol抑制酪氨酸酶的活性最强，其IC50值为0.85 μmol/L，远低于商业酪氨酸酶抑制剂熊果苷和曲酸的IC50，分别为243.16和40.28 μmol/L。从腔昆布中提取的多酚类化合物通过抑制酪氨酸酶活性从而阻断黑色素的形成过程，来实现美白效果。后续实验也表明，从腔昆布多种多酚化合物中分离的双鹅掌菜(Eiseniaarborea)酚能显著抑制酪氨酸酶活性，防止黑色素的形成和累积。Jang等[13]从羊栖菜水提物中分离得到简单酚类化合物4-羟基苯乙基乙醇(4-HPEA)，以B16黑色素瘤细胞和棕色豚鼠进行体内实验和体外实验，结果显示，4-HPEA简单酚类化合物能够促进棕色豚鼠皮肤上UVB诱导色素沉着斑点的褪色，从而证明了褐藻多酚具有美白的功效。

3.2 褐藻多酚的抗氧化活性

机体中的活性氧自由基包括过氧化氢(H2O2)、羟自由基(HO·)以及超氧阴离子(O2-)，当这些活性氧在生物体中含量过高时，人体正常细胞、组织以及生物活性物质会遭受较强的破坏，因此，清除机体内过多的活性氧自由基有利于增强机体免疫力。褐藻多酚类化合物的基本结构单元是间苯三酚，由多个间苯三酚聚合而成，因而含有大量的酚羟基，具有很强的还原性。这些酚羟基可以与O2-、HO·基团反应生成水H2O，从而清除生物体内的活性氧，保护机体免受活性氧的损伤。同时，生物体内的金属离子作为催化剂能够催化氧化反应的发生，褐藻多酚化合物中大量酚羟基通过与金属离子反应，形成稳定的络合物，减少了金属的催化效率，抑制了氧化反应。康静等[14]通过实验证明海带多酚能有效降低小鼠的血清和肝脏中丙二醛(MDA)的含量，提高超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性，从而证明了海带多酚可显著提高小鼠抗氧化能力。Choi等[15]从褐藻铁钉菜(IshigeokamuraeYendo)中提取的多酚化合物，经过乙酸乙酯萃取后，通过体外抗氧化实验发现，其萃取后得到的多酚化合物具有较强清除DPPH能力以及较好的总抗氧化能力(T-AOC)，其清除DPPH自由基的半效应浓度IC50低于抗氧化剂二丁基羟基甲苯(BHT)，仅为0.17 mg/mL，说明其抗氧化活性更强。杨小青等[16]研究发现，从羊栖菜多酚化合物中分离出的相对分子质量大于30 000 kD的多酚组分的抗氧化活性与相对分子质量小于30 000 kD的多酚组分的抗氧化活性存在明显的差异，分子量大于30 000 kD的羊栖菜多酚的抗氧化活性更强。此外，国外学者Fujii等[17]通过检测爱森藻多酚化合物及其衍生物的氧化自由基吸收能力(ORAC)发现，与维生素C抗氧化剂相比，爱森藻多酚化合物的抗氧化活性更强，且多酚抗氧化能力随多酚分子质量的增加而增加。

3.3 褐藻多酚的抗皱活性

皮肤老化是机体发生的内在或遗传程序性衰老的复杂生物过程。随着年龄增长，机体内胶原蛋白的表达量下降，而且皮肤由于长期暴露在环境中如紫外线辐射，皮肤的弹性、厚度会逐渐降低以及弹性纤维会慢慢卷曲，从而形成褶皱。已知皮肤衰老与基质金属蛋白酶(MMPs)、透明质酸酶和弹性蛋白酶等3种酶的活性以及胶原蛋白的表达量有关，在化妆品中添加能够抑制这3种酶的活性以及可以增强胶原蛋白表达量的活性成分是新型抗皱化妆品的发展方向[18]。研究表明，褐藻多酚的抗衰老活性主要与抑制基质金属蛋白酶的活性有关[19]。

MMPs是一类具有蛋白水解活性的Zn2+依赖性内肽酶，能够水解细胞外基质并参与胚胎发育、形态发生、细胞增殖、组织退化和重塑等重要的生物过程，在肿瘤细胞的迁移过程中起重要作用，除此之外，MMPs能够降解胶原蛋白，在皮肤皱纹的形成过程中具有重要的作用[20]。一些研究表明，由于自然老化和光老化，MMPs在皮肤成纤维细胞中的含量呈上升趋势[21]。MMP-1、核转录因子(NF-κB)和转录激活因子(AP-1)的过量表达可引起间质胶原蛋白的降解和多种蛋白质的水解。胶原蛋白降解、MMPs表达量增加以及皮肤结缔组织损伤增多，从而导致皮肤皱纹的形成。Sugiura等[22]证实了，从鹅掌菜中提取的多酚化合物能够抑制MMP-1、NF-κB和AP-1的表达，并且褐藻多酚化合物能够吸收环境中紫外线，当皮肤受到紫外线照射时，多酚可以抑制机体中胶原蛋白的损失，防止产生皱纹。此外，有学者研究发现，从褐藻腔昆布中分离出的多酚化合物能够保护人永生化表皮细胞HaCaT细胞免受紫外线辐射，避免由辐射造成的细胞损伤和光老化侵害，从而证明了腔昆布多酚具有光保护作用[12]。据国外一项研究报道，研究者用29种褐藻提取物来评价核因子NF-κB和AP-1的转录活性以及MMP-1在人类皮肤成纤维细胞中的表达量。在这项研究中，从褐藻匍匐昆布中分离的酚类化合物eckol和dieckol对NF-κB和AP-1的活性以及MMP-1的表达具有强烈抑制作用[23]。在另一项研究中，从腔昆布中分离的多酚化合物6，6-bieckol已被证实其能通过激活NF-κB信号通路显著下调MMP-2和MMP-9的表达，且呈剂量依赖性关系[24]。

3.4 褐藻多酚抗过敏及抗炎活性

当机体受到有害刺激物或病原体的侵害时，机体内的免疫系统会发起清除有害物的炎症反应，保护自身免受伤害。根据日本过敏反应研究报告统计，大约有35%儿童和22%成人都遭受过不同程度的炎症疾病和过敏反应[25]，因此，寻找新的具有抗过敏、抗炎症的天然活性物质，已成为当前治疗过敏性及炎症疾病研究的热点。已知透明质酸酶是参与过敏反应的主要化合物[26]，Samee等[27]检测了5种褐藻多酚化合物(Sargassumcervicorne、Sargassumtennerimum、Sargassumgraminifoliumturn、Sargassumthunbergii、Laminariajaponica)对透明质酸酶的抑制活性，其对透明质酸酶抑制活性的半效浓度IC50值分别为109.5、21、134、269和148 μg/mL，其中S.tennerimum的IC50值低于商业抗过敏药物透明质酸酶抑制剂色甘酸二钠(DSCG)的IC50值39 μg/mL，说明S.tennerimum多酚化合物是透明质酸酶的有效抑制剂，是可用于治疗过敏的天然抗过敏药物。Kim等[28]研究发现，从腔昆布乙醇提取物中分离的鹅掌菜酚类化合物(dieckol)能够下调小鼠巨噬细胞白血病细胞(RAW 264.7)中促炎因子肿瘤坏死因子TNF-α、白细胞介素-1β(IL-1β)和白细胞介素-6(IL-6)的表达量，证实了褐藻多酚化合物具有良好的抗炎活性，可用于治疗炎症。Corona等[29]研究发现，从泡叶藻(Ascophyllumnodosum)中提取的多酚经过分离得到大分子质量的多酚化合物，在人体内经过消化后被分解成3种小分子质量的多酚化合物，从而上调机体内白细胞介素-8(IL-8)抗炎因子的含量，刺激机体产生抗炎反应。

4 展望

在大力发展海洋资源的21世纪，褐藻多酚化合物作为一种具有多种生物活性的天然海洋生物活性物质，近年来，已成为研究者的新宠，但是，目前的研究主要集中在褐藻多酚的提取、生物活性研究，而对褐藻多酚的结构以及功能性结构与活性的关系研究较少，应用褐藻多酚化合物活性特点开发新型化妆品也处于起步阶段，这主要是因为褐藻多酚化合物结构复杂，对其结构鉴定的方法还不够成熟。因此，加强对褐藻多酚化合物结构的研究以及对其结构进行修饰，并应用于新型化妆品的开发，将可作为褐藻多酚化合物应用研究的另一主要方向。