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色斑的产生和消除的科学原理

(文:皮肤科野田真史医生微博

皮肤色素沉着是每个人都很讨厌的皮肤状况,同时又很难避免。包括外伤、痤疮或者皮肤炎症可能造成色素沉着;遗传性雀斑;随年龄产生的老人斑;由于内分泌、激素水平原因产生的黄褐斑等。所以,很多美白药物和美容产品被开发出来,满足市场的需求。许多针对这些美白成分的科研工作也随之进行,来保证这些成分使用时的安全性和有效性。这些成分包括氢醌、曲酸、乙醇酸和壬二酸等。这篇文章将会从科学角度,回顾皮肤色素沉着产生的原理、主要的美白成分和各种成分的祛斑原理及安全性。希望可以在对色素沉着预防、治疗和成分选择上,为大家提供指导。

黑色素的合成

黑色素细胞(melanocytes),存在于表皮基底层,大约占皮肤细胞的10%。黑色素细胞会生产一种和溶酶体相关的细胞器——黑素体(melanosome),黑色素(melanin)的生物聚合物是在黑素体中合成的。 黑色素在身体中起着重要的作用,包括吸收细胞质中的自由基和阻隔各种类型的离子辐射,比如紫外线。黑色素有两种:黑色/褐色的真黑素和黄色/红色的褐黑素。由于褐黑素在接受紫外线辐射后,可以产生自由基,而自由基会造成细胞损伤。所以,褐黑素会增强紫外线辐射造成的皮肤损伤,而不是保护皮肤。

黑色素的合成是由两部分合作完成的:1。内质网输出结构蛋白和2。高尔基体释放黑素体特异性的调节糖蛋白融合。黑色素细胞凭借自身的树突结构,可以和大约36个角质细胞相互作用,并运送黑素体至角质细胞中,防止光致癌作用的发生。 此外,运送至角质细胞中的黑素体的种类(黑素体有四个发展期)和数量,以及后续黑色素的合成、聚积和分解会影响皮肤的颜色,产生皮肤色素沉着,包括黄褐斑、老人斑和晒斑的主要原因就是过量黑色素的产生和聚积。根据黑色素合成的原理,不同的祛斑成分在黑色素合成路径中有着不同的效果。

黑色素合成的第一步是由酪氨酸酶(Tyrosinase)催化的酪氨酸(Tyrosine)氧化反应,这也是最重要的一步。酪氨酸酶是调节黑色素合成速度的阀门,控制着黑色素合成的速率。它是一种含铜糖蛋白,分子量60-70kDa,很多美白化妆品通过酪氨酸酶抑制剂来治疗色素沉着。酪氨酸酶可以催化两种形式的黑色素:黑色/褐色的真黑素和黄色/红色的假黑素。酪氨酸酶催化单酚L-酪氨酸羟化为多巴,多巴氧化为多巴酚。部分美白成分可以影响酪氨酸酶以及相关的蛋白 TYRP-1, TYRP-2和过氧化物酶的转录和活性,从而调节皮肤色斑。具体的过程见下图:

不同人种间肤色差异的原因

肤色差异主要取决于黑色素体的大小、数量和分布,而不是黑色素细胞的密度。实际上,不同人种间的黑色素细胞密度是相同的,但是在深色的皮肤中,黑色素细胞具有更厚、更长和分叉更多的树突。另外,作为黑色素合成速率限制酶,如果缺乏酪氨酸酶活性,会引起白化病。人类肤色的差别也可能主要来自酪氨酸酶活性的差异。黑色皮肤中酪氨酸酶的活性可以达到白色皮肤的十倍。

菲式量表(Fitzpatrick scale)

第1型:淡白色,金色或者红色头发,蓝眼睛,容易有雀斑——极易发生晒斑,不会晒黑

第2型:白色,金色或者红色头发,蓝色、绿色或者淡褐色眼睛——容易发生晒斑,低程度晒黑

第3型:米白色,非常常见的肤色——有时发生轻微晒斑,晒黑比较均匀

第4型:棕色,典型的地中海肤色——很少发生晒斑,中度晒黑

第5型:深棕色,中东肤色——极少发生晒斑,极易晒黑

第6型:黑色——不会发生晒斑,极易晒黑

亚洲人属于3-5型,白人属于1-2型,黑人属于5-6型

常见祛斑成分

由于光老化的原因,皮肤色斑的问题会越来越明显。当然,最好的办法是做好防晒保护,减少或延缓色斑的发生。基于色斑发生后的美白需求,科学家们对不同的美白成分和美白方法进行了研究。根据现在的研究结果,通常结合几种不同美白成分的产品效果更好,因为不同成分可以在黑色素合成的不同阶段进行抑制或者促进分解,从而达到更好的效果,并且减少药物的刺激性。下面我们回顾一下已经比较常见的美白成分。

1、氢醌(Hydroquinone)

氢醌被广泛的应用在化妆品和非处方类药物中,也被认为是最有效的黑色素生成抑制剂之一,它可以减少酪氨酸酶90%的活性,并且通过调节DNA和RNA的合成,对细胞代谢进行可逆性抑制。可逆性是指停用后,细胞代谢会恢复原来的水平。酪氨酸氢醌有一定的细胞毒性,并且不仅限于黑色素细胞。但是,需要更高的剂量对非黑色素细胞造成损伤。为了保证使用安全和效果,建议以4个月为周期, 氢醌和另一种美白成分交替使用。

常见的不良反应是接触性皮炎,虽然比例不高,但是如果您发现氢醌引起了接触性皮炎,请停止使用,尝试其他美白成分。

2、曲酸(Kojic acid)

曲酸可以抑制酪氨酸酶的活性,并作为抗氧化剂,组织邻苯醌向多巴和多巴胺的转化,从而减少黑色素的生成。使用曲酸后,黑色素细胞变为非树突结构(前文提到:黑色素细胞凭借自身的树突结构,可以和大约36个角质细胞相互作用,并运送黑素体至角质细胞中。非树突结构可以减少黑色素的转运),黑色素含量降低。同样,与氢醌的混合配方会增强美白效果。

3、壬二酸(Azelaic acid)

壬二酸可以抑制线粒体氧化还原酶的活性和DNA合成,也可以可逆性的抑制酪氨酸酶活性。它的祛斑功能针对性很强,主要抑制高活性的黑色素细胞,而对正常的色素细胞影响很小。对黄褐斑和玫瑰痤疮也有效果。总体来说使用安全,适合长期使用,怀孕期间也可以使用。主要不良反应包括刺痛、红疹、脱皮和瘙痒,使用2-4周后消退。

4、乙醇酸(Glycolic acid)

乙醇酸提取自甘蔗,属于alpha羟基酸。在低浓度时,乙醇酸可以起到松散表皮,加快细胞周期,从而加速含有色素的角化细胞剥脱,达到美白效果。在高浓度时,引起表皮松解。此外,在角质层剥脱后,可以增加其他美白成分的吸收,所以氢醌和乙醇酸混合配方的美白效果比单独使用好。

5、维生素C磷酸酯镁(Magnesium ascorbyl phosphate, MAP)

MAP是维生素C的一种稳定衍生物,并且10%的MAP乳膏可以有效抑制黑色素合成。原理是MAP转化为维生素C,抑制酪氨酸酶和黑色素瘤细胞的活性,减少黑色素生成,保护皮肤免受UVB的损伤。

6、大豆(Soy)

大豆中含有Bowman Birk抑制剂(BBI)和大豆胰蛋白酶抑制剂(STI),这些丝氨酸蛋白酶抑制剂可以抑制角化细胞中蛋白酶激活受体-2(protease-activatedreceptor-2,PAR-2)途径。从而减少角化细胞对黑色素体的吞噬作用,减少黑色素的转移,达到脱色的效果。这样的作用机理和氢醌、曲酸或光甘草定(glabridin)不同。但需要注意的是,只有新鲜的豆浆(外用),才具有祛斑效果,经过巴氏消毒的豆浆则没有。现在有一些生产厂商也开始生产含有大豆的护肤品,用来调节肤色。

7、甘草提取物(Licorice extract)——光甘草定(Glabridin)

主要作用机理仍然是抑制酪氨酸酶活性。

8、熊果苷(Arbutin)

提取自水果Aesculuscalifornica,可以抑制左旋多巴L-DOPA的氧化反应和黑色素体中酪氨酸酶活性。

9、 氢醌单苯甲醚(Monobenzyl ether of hydroquinone, MBEH)

和氢醌一样,MBEH也属于酚类化合物。但是于氢醌不同的是,MBEH会引起不可逆的脱色,只用来去除泛发型白癜风患者剩余部位的皮肤颜色。

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