生物活性多糖在化妆品中的应用

王兆梅, 李　琳, 郭祀远, 魏　东
摘要: 综述了生物活性多糖的护肤性能, 包括延缓衰老、血管美容、抗粉刺、修复皮肤组织、美白和保湿作用。这与多糖的抗凝血、抗氧化、促进细胞增生和抑菌等生物学功能和吸水性的理化特性有关。透明质酸、甲壳素和肝素等多糖已作为功效型添加剂在化妆品行业有着广泛的应用。还介绍了一种具有抗凝血活性的新型多功能化妆品添加剂———纤维素硫酸酯, 指出生物活性多糖在功效性化妆品中有着广阔的应用前景。
关键词: 化妆品; 生物活性多糖; 功效性添加剂; 纤维素硫酸酯
        　　现代科学技术的飞速发展和广泛应用给化妆品行业带来了全新的发展机遇, 化妆品已从洁肤、润肤为目的的基础护肤品向延缓衰老、美化肤色为目的的功效型化妆品方向发展, 化妆品的研发已经历了化学美容、植物美容, 正向着生物美容和基因美容的目标迈进[1 ] 。多糖是重要的生物活性大分子, 是人体皮肤真皮层的重要组成成分, 许多多糖在皮肤新陈代谢过程中具有突出的调节作用。生物活性多糖作为功效性化妆品添加剂在化妆品中的应用, 是生物美容的一个重要方向, 可产生保湿、延缓衰老、促进上皮纤维成细胞增殖和美化肤色等多种功能, 为功效性化妆品的开发注入新的活力。
1 　生物活性多糖概述
        多糖是以单糖通过糖苷键连接构成的一类高分子的总称。皮肤中的多糖是一类由氨基己糖、己糖醛酸等与醋酸、硫酸等缩合而成的黏多糖组成, 主要包括透明质酸、硫酸软骨素和肝素等。这些多糖广泛参与细胞的各种生命活动而产生多种生物学功能, 如增强免疫特性、抗肿瘤、抗病毒、抗凝血、抗辐射和延缓衰老等功能。另外, 大量亲水性羟基的存在使得许多多糖表现出一些优良的理化性质, 如强吸水性、乳化性、高黏度和良好的成膜性。多糖的生物学活性和理化性质为其在化妆品中的应用提供了依据, 将各种多糖应用于化妆品中, 能产生保湿、稳定、改善肤色、抗衰老和抗菌等功能, 且高分子多糖无毒副作用, 与常用化妆品成分配伍性好。因此, 生物活性多糖作为功效型化妆品添加剂将有着广阔的前景。
2 　生物活性多糖的护肤机理
2.1 　保湿作用
        由于年龄的增长和外界环境的影响, 皮肤的保湿机构受到损伤, 皮肤组织细胞和细胞间的水分含量减少, 导致细胞排列紧密, 胶原蛋白失水硬化, 当角质层中水分降到10 %以下时, 皮肤就会显得干燥、失去弹性、起皱, 加速皮肤老化。因此, 水分对皮肤健康至关重要, 保水保湿一直是护肤化妆品最主要的研究课题之一。多糖的保湿作用在于: ①多糖分子中的羟基、羧基和其他极性基团可与水分子形成氢键而结合大量的水分, 同时, 多糖分子链还相互交织成网状, 加之与水的氢键结合, 起到很强的保水作用, 此外, 在胞外基质中, 多糖与皮肤中的其他多糖组分及纤维状蛋白质共同组成含大量水分的胞外胶状基质,为皮肤提供水分[2 ] ; ②多糖具有良好的成膜性能, 可在皮肤表面形成一层均匀的薄膜, 减少皮肤表面的水分蒸发, 使得水分从基底组织弥散到角质层, 诱导角质层进一步水化, 保存皮肤自身的水分, 而完成润肤作用。因此, 多糖的高度吸水性和良好的成膜性完美地结合, 能为皮肤提供很好的保湿效果。
2.2 　延缓衰老作用
        皮肤的衰老是一个复杂的生理过程, “自由基学说”认为, 过氧化作用是造成人体皮肤衰老的根本原因, 而过氧化作用主要是因为氧自由基引起的。氧自由基氧化能力极强, 一个自由基往往能产生许多其他的自由基, 从而增大破坏作用, 导致皮肤衰老、色斑、皱纹和皮肤疾病。因此, 清除氧自由基, 即抗氧化是延缓衰老最有效的办法。
        多糖的抗氧化作用已有较多的研究报道, 抗氧化作用机理尚未有明确的解释, 但研究发现, 多糖衍生物中随着取代度的增加, 即糖环上游离羟基数目减少, 多糖衍生物捕获或淬灭自由基的能力降低, 这表明, 多糖结构中的还原性羟基可捕捉脂质过氧化链式反应中产生的活性氧ROS , 减少脂质过氧化反应链长度, 因此, 可阻断或减缓脂质过氧化的进行, 起到抗氧化的作用。也有研究认为, 多糖环上的OH 可与产生OH•等所必需的金属离子(Fe2 + 、Cu2 + 等) 络合,使其不能产生启动脂质过氧化的羟基自由基或使其不能分解脂质过氧化产生的脂过氧化氢, 从而抑制ROS的产生[3 ] 。此外, 某些多糖可通过提高SOD、CAT、GSH- Px 等抗氧化酶的活性, 从而发挥抗氧化的作用[4 ] 。专家预测, 对生物膜如线粒体膜等预先以多糖进行保护, 就可能防止自由基(如Fe2 + - VitC 体系产生的•OH) 直接损伤生物膜, 从而起到保护作用。
2.3 　血管美容作用
        外界环境污染、紫外照射以及体内微环境的改变都会引起面部微循环中的纤维蛋白高于正常水平, 阻塞血管, 导致气滞血淤, 无法带给肌肤细胞正常的养分, 最终导致色素沉淀、皮肤黯淡、缺乏营养。促进微血管的血液循环, 可加速皮肤细胞的新陈代谢, 使僵化的血管壁恢复弹性, 从而使养分、水分及氧气等营养物质能充分到达弹力纤维和胶原纤维, 保持这些纤维的正常功能, 使细胞活跃起来, 恢复肌肤的亮丽光泽和弹性。也就是说美丽的肌肤在于血管的健康状态, 因此, 现在正在世界前沿流行血管美容方式。欧洲许多美容研究机构已开始用多肽、水蛭素等物质舒张皮肤毛细血管、促进血液循环, 以达到显著美容效果; 蚯蚓提取物、中药红花等也能降低血液黏稠度、改善微循环而显美容功效。
        多糖中以肝素为代表的一类硫酸酯多糖衍生物具有突出的抗凝血和溶血栓作用, 这与多糖中带负电荷的基团与血液中的凝血因子特异性相互作用, 从而抑制凝血酶的活性有关。添加到化妆品中的抗凝血多糖经过皮肤吸收, 进入皮下微血管, 与微血管中的凝血因子结合, 降低血管中纤维蛋白水平, 畅通血管, 加速营养物质随着微循环进入肌肤, 从而改善皮肤新陈代谢。
2.4 　抗粉刺作用
        粉刺是由于在生长发育时期, 新陈代谢旺盛, 油脂分泌增多, 且未能经常清除死亡的表皮、聚积的污垢、分泌出来的皮脂残留物, 使毛孔堵塞和皮脂的排出不畅后引起细菌感染而形成的。针对粉刺的形成过程, 抗菌是抑制粉刺恶化的关键因素之一。现在很多祛粉刺的化妆品以化学药品作为抑菌添加剂, 但化学药物容易损伤皮肤, 且易使细菌产生耐药性。多糖的抑菌作用机制在于增强溶菌酶的抗菌性能, 多糖具有良好的表面活性, 能溶解细菌外膜, 从而促进溶菌酶对细菌(尤其是革兰氏阴性细菌) 的破坏。因此, 多糖的抑菌作用是广谱性的, 能同时抑制革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌[5 ] 。
2.5 　修复皮肤组织
        皮肤的弹性、光滑等外观一定程度上由构成皮肤不同组分的细胞的增殖和分裂功能所决定, 而这一过程受皮肤内各种细胞因子的综合调节, 例如, 表皮生长因子(EGF) 能促进皮肤表皮细胞的新陈代谢, 碱性成纤维细胞生长因子( bFGF) 能促进成纤维细胞和表皮细胞代谢、增殖、生长和分化, 促进弹性纤维细胞的发育及增强其功能。G. Péterszegi 等[6 ]研究发现, 在体外细胞培养中添加岩藻多糖能促进纤维细胞的增殖; C1Robert 等[7 ]研究证实, 岩藻多糖有助于产生各类细胞生长因子。表明多糖能通过激活细胞生长因子而修复皮肤组织。
2.6 　美白作用
        决定皮肤色调的主要因素是皮肤内的黑色素, 肤色的深浅主要决定于黑色素细胞合成黑色素的能力,现代分子生物学对黑色素的研究认为, 黑色素的生成与酪氨酸酶、多巴醌互变异构酶和5 , 6 - 二羟基吲哚- 2 - 羧酸氧化酶的作用有关, 即“三酶理论”。研究还发现, 致使肤色变黑的物理因素是紫外线的辐射。针对黑色素生成的机理, 多糖对皮肤美白的作用机理表现在以下两方面: 其一, 抑制5 , 6 - 二羟基吲哚- 2 - 羧酸氧化酶的氧化反应, 这与多糖的抗氧化机制有关, 此外, 某些多糖还能抑制人体内不饱和脂肪酸的过氧化作用, 减少不饱和脂肪酸过氧化产物———脂褐素的产生, 而脂褐素含量增多会引起色素沉积, 形成色斑; 其二, 多糖的美白作用与其吸收紫外线的特性有关, 例如, 中草药牛膝多糖能吸收多个波段的紫外线辐射, 因此, 可以用作防晒化妆品的添加剂[8 ] 。
3 　生物活性多糖在化妆品中的应用
3.1 　透明质酸
        透明质酸(HA) 是从动物组织(如牛眼、脐带) 中提取,由N - 乙酰葡萄糖胺与D - 葡萄糖醛酸组成的酸性黏多糖。早在20 世纪80 年代初, HA 优异的保湿功能已受到国际化妆品界的广泛关注, HA 被当成一种理想的天然保湿因子广泛应用于化妆品中, 制成适合不同肤质、气候、环境下使用的产品。HA 还能改善皮肤生理条件, 为真皮胶原蛋白和弹性纤维的合成提供优越的外部环境, 加强营养物质的供给, 起到护肤养颜的效果。另外, HA 还可阻止细胞中一些酶的产生, 减少自由基的形成, 在防止自由基破坏细胞结构和引起肌肤衰老方面起着重要的作用[9 ] 。因此,HA 被作为高档膏霜、乳液、美容液、粉底和口红等化妆品和盥洗用品的添加剂, 以达到增湿保湿、嫩肤抗衰老和抗皱消炎等功效。目前, 含有HA 的化妆品被公认为“仿生化化妆品”备受推崇, 添加HA 的化妆品已成为国际日化界的主流产品。
3.2 　肝素和低分子量肝素
        肝素是由葡萄糖醛酸(GlcA) 和葡萄糖胺(Glc2NHR) 以β- 1 , 4 糖苷键连接起来的重复二糖单位组成的一类非常复杂的糖胺聚糖, 其生物学活性主要表现在抗凝血、抗血栓、抗炎、调血脂和降低血液黏度等方面。肝素用于皮肤护理是近几年化妆品领域的一个研究热点, 具有增加皮肤的血管通透性, 改善局部血液循环的作用, 促进皮肤营养的供给和代谢废物的排泄。此外, 还具有吸湿保水、强化结缔组织、温和扩张末稍血管和改善皮肤细胞代谢的功能, 对皮肤起到良好的保健和养护作用。目前添加肝素的功效性化妆品有营养霜、防冻膏、去粉刺制品和保春面霜等。
         “活性成分”和“释放系统”是化妆品研发的两大难题, 针对普通肝素相对分子质量大、皮肤吸收存在障碍, 研究者开发研制了低分子量肝素(相对分子质量5 000 - 8 000) , 具有抗栓活性强和透皮吸收好的特点, 特别适合于膏霜类外用制剂。
3.3 　甲壳素及其衍生物
        甲壳素的化学结构为聚(1 - 4) - 2 - 乙酰氨基-2 - 脱氧- β- D - 葡萄糖(N - 乙酰葡萄糖氨) ,是一种取之不尽、用之不竭的可再生生物资源。甲壳素多糖衍生物是一种高度安全、无刺激性的皮肤调理剂, 具有高度保湿性, 能在皮肤表面成膜透气, 络合重金属, 有效清除进入皮肤的毒素, 起到清洁皮肤和使皮肤光洁细腻的功效[10 ] 。一种多糖保湿剂NMF - 26 ,是从海洋生物中提取出来的甲壳素多糖并经化学修饰而得到的, 它具有很强的持久性深层平衡保湿能力、渗透力强和容易吸收, 能给皮肤足够的水分滋养和调理。因此, 甲壳素是护肤品、摩丝和　油等发用类的特效湿润剂, 是化妆品中必不可少的添加剂。
4 　纤维素硫酸酯
        纤维素硫酸酯是以廉价的纤维素资源为原料, 通过简单的化学修饰方法进行半合成, 并经过现代生物技术分离得到的一种多糖衍生物, 其生产技术已申请国家发明专利。纤维素硫酸酯在体外和动物体内都具有突出的抗凝血活性, 其抗凝效价为150 U/ mg 左右,与临床上常用的肝素相当[11 ] 。纤维素硫酸酯具有一些优良的理化性质: ①良好的生物相容性, 目前, 以纤维素硫酸酯为原料生产的性保健产品在美国已通过Ⅰ、Ⅱ期临床试验, 证明与皮肤相容性好、无刺激作用[12 ] ; ②有悬浮稳定性和特有的乳化效果, 可在化妆品中起稳定剂的作用; ③有吸湿保水的功能, 在化妆品中可起到润肤作用。此外, 纤维素硫酸酯的预计市场价格为700 元/ 亿单位, 较之肝素粗品(5 000元/ 亿单位) 、低分子量肝素(95 000 元/ 亿单位) 和水蛭素(700 000 元/ 亿单位) , 具有明显的价格优势。
纤维素硫酸酯用作化妆品添加剂, 不仅可以发挥抗凝血作用, 改善微循环, 还可起到抑菌、保湿和乳化等多重功效。因此, 纤维素硫酸酯是一种值得进一步开发的功效型多功能化妆品添加剂。