药物资讯  >> Vol. 10 No. 3 (May 2021)

中药黄酮抗氧化作用及其在化妆品中的应用研究
Study on Antioxidant Effect of Chinese Traditional Medicine Flavonoids and Its Application in Cosmetics

DOI: 10.12677/PI.2021.103011, PDF, HTML, XML, 下载: 81  浏览: 170  国家科技经费支持

作者: 张瑜芯, 赵梦佳, 尹梓在, 姚熙霖, 金丽霞, 宋腾蛟*:浙江中医药大学,浙江 杭州

关键词: 中药黄酮抗氧化氧化应激化妆品Flavonoids of Traditional Chinese Medicine Antioxidation Oxidative Stress Cosmetic

摘要: 皮肤氧化与年龄增长生理代谢功能变弱、氧化应激、外界环境的刺激(如紫外线辐照等)密切相关。中药黄酮具有抗氧化、抗衰老、抗菌和抗炎等广泛的药理活性,在新型化妆品研发中具有一定的潜在优势。本文结合皮肤老化机制,概述了中药黄酮抗氧化机制,发现中药黄酮能够清除自由基,阻断自由基反应,提高超氧化歧化酶(Superoxide-Dismutase, SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase, GSH-Px)、过氧化氢酶(Catalase from micrococcus, CAT)等抗氧化酶和金属硫蛋白等抗氧化蛋白活性,调节关键因子Nrf2和激活丝氨酸激酶(phos-phoinositide 3-kinase, PI3K)信号传导通路、AMP依赖的蛋白激酶(Adenosine 5’-monophosphate AMP-activated protein kinase, AMPK)信号传导通路和抑制丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPK)等信号通路,缓解氧化应激状态,起到抗氧化的作用。进一步地,综述了中药黄酮在抗氧化面膜、乳霜和防晒剂等护肤品的应用及相关产品开发,比较此类产品的抗氧化机制与效果。
Abstract: Skin oxidation is closely related to the decreasing of physiological and metabolic function of aging, oxidative stress and external environmental stimulation (such as ultraviolet radiation). Flavonoids of traditional Chinese medicine has a wide range of pharmacological activities, such as anti-oxidation, anti-aging, anti-bacterial and anti-inflammatory, and has certain potential advantages in cosmetics. Based on the mechanism of skin aging, the flavonoids of traditional Chinese medicine shows efficient antioxidant activity, by eliminating free radicals to blocked the chain reaction of free radicals, improving the activity of antioxidant enzymes and metal sulfur proteins, including Superoxide-Dismutase (SOD), Glutathione peroxidase (GSH-Px), Catalase from micrococcus (CAT), etc., adjusting the key factor Nrf2, the phosphoinositide 3-kinase(PI3K) signaling pathways, Adenosine 5’-monophosphate activated protein kinase (AMPK) signaling pathways, inhibiting the mitogen-activated protein kinases (MAPK) signaling pathways and relieving the oxidative stress. Furthermore, the application of Chinese traditional medicine flavonoids in anti-oxidation facial mask, cream, sunscreen and other skin care products and the development of related products were reviewed, and the anti-oxidation mechanism and effect of these products were compared.

文章引用: 张瑜芯, 赵梦佳, 尹梓在, 姚熙霖, 金丽霞, 宋腾蛟. 中药黄酮抗氧化作用及其在化妆品中的应用研究[J]. 药物资讯, 2021, 10(3): 78-84. https://doi.org/10.12677/PI.2021.103011

1. 前言

皮肤氧化与机体细胞内自由基过量累积造成氧化应激相关,在外观特征上可表现为红斑、鳞屑、皮肤变薄、表面粗糙、弹性降低、起皱、色斑等 [1],影响人们的心理健康和生活质量。随着生活水平的提高,人们对皮肤的重视程度不断提高,对于抗氧化、抗衰老护肤品的需求也日益增长。相较于以过氧化氢、氯化氨基汞以及各种酚类衍生物为主要成分的传统化妆品,天然活性化妆品具有低腐蚀性、低细胞毒性和低过敏性 [2]。天然植物提取物中,中药黄酮具有广泛的生物活性,其提取物具有抗氧化、抑菌、抗炎、抗衰老等药理作用,对皮肤刺激性小、安全性高 [3]。中药黄酮提取物能够通过直接捕获清除自由基、清除链引发阶段自由基、阻断自由基链反应等方式有效清除自由基,同时还可调节MAPK、NF-κB、PI3K/Akt、SIRT1、mTOR、AMPK等相关信号传导通路,显著提升抗氧化酶系的活性,增强细胞抗氧化应激能力,达到较好的抗氧化效果 [4],在美白、祛斑、防晒等美容护肤品中应用广泛,市面上已有抗氧化面膜粉、抗氧化啫喱面膜、抗氧化高分子面膜、淡斑妆前乳、防晒剂等各类商品。但由于中药种类众多,所得黄酮提取物成分结构复杂、活性多样,其抗氧化作用机制尚未完全明确,仍需结合分子生物学等技术进一步开展抗氧化机制研究。综上,本文概述了中药黄酮抗氧化作用机制的国内外研究进展,总结了中药黄酮提取物在化妆品中的应用现状及存在问题,为进一步探索中药黄酮开发利用的新方向提供基础。

2. 中药黄酮抗氧化作用机制

细胞内高自由基浓度能引起脂质过氧化、代谢物的异常积累,最终导致细胞和组织的氧化应激,致使细胞乃至整个生命体衰老 [5]。美国衰老研究权威Sohal教授曾提出“自由基–氧化应激学说”,认为在人体各种内因、外因共同作用下,产生大量自由基,体内过多的自由基超出了人体抗氧化能力而导致氧化应激。通过诱导过氧化过程发生,自由基可加快蛋白质交联变性,使细胞核及线粒体DNA受损,从而引起细胞损伤,而细胞损伤的不断累积最终引起各种老化性症状的产生 [6]。因此,皮肤氧化与自由基密切相关。

中药黄酮通过清除或抑制自由基,继而抑制皮肤氧化,其抗氧化作用机制主要包括3个方面:通过自身结构直接清除自由基、通过活化抗氧化蛋白清除自由基、通过调节关键因子抑制自由基的产生。

2.1. 中药黄酮通过自身结构直接清除自由基

直接清除自由基是中药黄酮抗氧化的一个重要机制。黄酮类化合物可通过直接吸收紫外线,起到抑制UVB诱导的过氧化作用,且能够有效降低丙二醛的生成,以达到减少紫外线诱导的氧化应激的目的 [7] [8]。同时,黄酮类化合物可以同时对链引发阶段的自由基与自由基反应链中的自由基(如DPPH、∙OH等)进行直接清除,使得自由基链反应被阻断,以达到预防和断链的共同作用。

现有研究表明,多种中药黄酮可起到清除自由基的作用。徐彬人等 [9] 研究发现淡豆豉异黄酮能够起到清除DPPH自由基的作用,且自由基清除能力随着溶液中异黄酮浓度增加而增加。程蕾等 [10] 研究发现随着明月草总黄酮浓度的增加,对DPPH自由基清除率也会升高。明月草自然晾干总黄酮、热风干燥总黄酮和冷冻干燥总黄酮的DPPH自由基清除活性均逐渐升高。闫旭宇等 [11] 研究得出银杏叶总黄酮对羟自由基(∙OH)的清除率能够随浓度的增加而增加,羟自由基清除能力与浓度存在一定的量效关系。在相同浓度下,银杏叶总黄酮对∙OH的清除率高于VC。刘基等 [12] 研究发现湖北海棠总黄酮具有很好的DPPH自由基清除作用,湖北海棠总黄酮在10~1000 μg/mL浓度范围内,DPPH清除率为36.98~96.43%,IC50为19.00 μg/mL;湖北海棠总黄酮浓度为1000 μg/mL的时,ABTS自由基清除率达到66.31%左右,IC50为303.94 μg/mL,得出湖北海棠黄酮也具有很好的ABTS自由基清除作用;当湖北海棠总黄酮浓度在10 μg/mL时,清除超氧离子自由基能力为22.06%左右,IC50为3.71 mg/mL,并且清除率随着总黄酮浓度的增大而增加,可以看出湖北海棠总黄酮清除超氧离子自由基能力成浓度依赖性。另外,秦晶晶等 [13] 研究发现菟丝子总黄酮对DPPH自由基、羟自由基和超氧阴离子的IC50分别为0.067 mg/mL、7.209 mg/mL、0.290 mg/mL,得出菟丝子总黄酮对DPPH自由基具有较强清除能力,对羟自由基、超氧阴离子具有一定的清除能力。

中药黄酮结构中的酚羟基等结构对自由基的清除起到重要作用。黄酮分子中的酚羟基数目与自由基清除率呈正相关,酚羟基可与活性自由基结合成酚自由基,酚自由基的稳定性可以降低自动氧化链反应的传递速度,从而抑制脂类进一步被氧化,例如丙二醇(MDA) [14]。杨栩等 [3] 研究证明黄酮类化合物清除自由基最主要机制是通过酚羟基与自由基反应生成较稳定的半醌式自由基,与鳌合金属离子形成较稳定的中间体,使抗氧化活性增强,其物质能够清除引发链反应的活性自由基,捕捉链传递阶段产生的过氧自由基,从而终止自由基链式反应,达到抗氧化效果。此外,酚羟基的位置也对黄酮分子的抗氧化能力有一定影响。李淑敏 [15] 对比黄芩两种主要黄酮类成分黄芩苷和黄芩素发现,黄芩苷7位的葡萄糖在空间结构上对6位的酚羟基产生影响,阻挡了6位酚羟基电离,导致其还原能力减弱,因而黄芩素比黄芩苷表现出了更强的自由基清除能力,即较强的抗氧化能力。

2.2. 中药黄酮通过活化抗氧化蛋白清除自由基

人抗氧化蛋白是人体内重要的过氧化物酶,能起到清除过氧化物、保护机体免受抗氧化损伤和参与信号传导等作用 [16]。抗氧化蛋白主要由超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、硫氧还蛋白和硫氧还蛋白还原酶组成,通过支持一种ROS依赖的转录因子Nrf2,引发细胞保护和抗氧化基因的转录,使细胞免受ROS的干扰,起到保护皮肤细胞的作用 [17]。

大量研究表明,中药黄酮类化合物可以显著提升抗氧化蛋白的活性,达到抗氧化效果。高超 [18] 研究发现款冬叶黄酮对小鼠血清、肝脏组织、脑组织和心脏组织中T-AOC、SOD、GSH-Px活性有显著的提高作用,同时抑制MDA的生成,显著降低MDA的含量,且与对照组差异极显著(P < 0.01),具有较强的抗氧化活性。雷杰豪等 [19] 发现山奈黄酮可以促进金属硫蛋白、CAT和SOD等抗氧化蛋白表达,增强细胞抗氧化应激能力。此外,山奈黄酮可降低H2O2诱导的脂质过氧化,还可以促进氧化还原反应相关基因的表达,包括硫氧还蛋白还原酶1及硫氧还蛋白。辛敏通等 [20] 研究发现黄酮类、酚酸类化合物对胶原酶、弹性酶和透明质酶产生强大的抑制作用,进而抑制这些酶对胶原弹性蛋白和透明质酶等构成血管内壁重要物质的破坏作用,还可保护透明质酶的完整性,从而保护血管内皮细胞,增强细胞内抗氧化防御体系,使其免遭氧化。此外,刘基 [12] 等研究发现湖北海棠总黄酮有着抑制酪氨酸酶活性的作用,并且随着总黄酮浓度的增大而提升,当总黄酮浓度在1000 μg/mL时,抑制率达到44.06%左右,IC50为1.16 mg/mL,表明湖北海棠总黄酮有良好抑制酪氨酸酶的作用,从而达到抗氧化效果。

2.3. 中药黄酮通过调节关键因子抑制自由基的产生

中药黄酮可通过与金属离子络合来清除自由基,从而达到抗氧化的作用。如芦丁(Rutin)可通过鳌合过渡金属离子Fe2+、Cu2+,通过Fenton反应阻止羟基自由基的生成,从而发挥抗氧化作用 [18]。林华婷等 [21] 研究发现随着乙酸锌溶液浓度的増大,鼠曲草类黄酮金属络合转化率呈极显著上升趋势,当乙酸锌溶液浓度增至10 mg/mL,鼠曲草类黄酮金属络合转化率达到峰值,值为85%左右。鼠曲草类黄酮及其锌络合物清除羟自由基的IC50为0.369 mg/mL与0.260 mg/mL,具有抗氧化作用。

外界环境刺激如紫外光辐照会上调蛋白激酶(MAPK),激活核因子κB (NF-κB)、激活蛋白1 (AP-1)和与丝裂原激活蛋白(MAP)依赖性信号激酶相关的因子,包括ERK1/2和依赖氧化还原电位的转录因子,如Nrf2 [2] [12]。中药黄酮类物质主要通过调节细胞中关键因子(如Nrf2)和调控信号通路,如激活丝氨酸激酶(phos-phoinositide 3-kinase, PI3K)信号转导通路、AMP依赖的蛋白激酶(Adenosine 5’-monophosphate AMP-activated protein kinase, AMPK)信号转导通路和抑制丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPK)信号通路等,从而保护细胞免受自由基损伤,以减弱细胞氧化损伤,达到抗氧化效果。

刘蕊 [22] 等研究发现陈皮、柑橘等芸香科柑橘属植物果实中主要的黄酮类化合物为橙皮苷(hesperidin, Hsd)和橙皮素(hesperetin, Hst),其主要抗氧化机制为:Keap1-Nrf2-ARE信号通路首先被激活,通过提高GSH水平和表达SOD、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽转移酶(GST)、谷胱甘肽还原酶(GR)等抗氧化酶,使NF-κB通路失活,继而下调诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧化酶-2 (COX-2)的表达,下调过氧亚硝基离子(ONOO-)的水平,最终起到清除自由基、抗氧化作用。Zhang R等 [23] 研究发现转录因子NF-E2的相关因子2 (Nrf2)通过与抗氧化响应元件(ARE)结合来调控Mn SOD基因的表达,是细胞防御氧化应激的重要调节因子之一。黄酮能够激活Nrf2号,Zhang R [23] 等通过用sirna介导的Mn SOD的下调,发现butin对HO诱导的细胞损伤的细胞保护作用被抑制。证实butin通过PI3K/Akt信号通路激活Nrf2介导的Mn SOD诱导,从而减轻氧化应激。同时发现紫铆黄酮能激活PI3K/Akt信号通路,进而影响Nrf2介导的Mn SOD基因表达,上调SOD蛋白表达,从而减弱线粒体氧化应激反应;Ali T等 [24] 发现花青素通过激活PI3K/Akt/Nrf2信号转导通路进而降低ROS水平,减轻氧化应激引起的细胞损伤。此外,李萌茹等 [25] 发现AMPK能增加NAD+浓度进而激活SIRT1,SIRT1随即激活其下游分子,其中NAD+浓度增加会减缓氧化应激反应。

3. 中药黄酮提取物在抗氧化化妆品中的应用

中药黄酮可以通过自身结构直接清除自由基、通过活化抗氧化蛋白清除自由基、通过调节关键因子抑制自由基的产生等方式减弱细胞氧化损伤,达到良好抗氧化效果,因此在抗氧化类化妆品中有较多的应用(见表1)。

Table 1. Application of Chinese traditional medicine flavonoids in antioxidative skincare

表1. 中药黄酮在抗氧化护肤品中的应用

利用天然植物提取物作为主要成分,相较人工化学合成成分,能够减少添加剂的添加,具有较高的安全性,刺激性也相对较低,满足了当前大众对绿色安全化妆品的需求 [40]。且中药黄酮具有良好的抗氧化、抗炎、抑菌等活性,其提取物所制化妆品具有较好的抗氧化、抗衰老等功效。基于上述优点,中药黄酮已被应用于多种化妆品的开发,但中药黄酮提取物研制的化妆品在提取方式、提取物种类、产品种类等方面仍有许多研究空缺与市场空缺,具有良好的研究空间与发展潜力。

4. 结论与展望

中药黄酮通过清除自由基,阻断自由基反应,提高抗氧化蛋白活性,调节关键因子Nrf2和激活PI3K信号转导通路、AMPK信号转导通路及抑制MAPK等信号通路等,起到抗氧化的作用。但在现阶段,国内外科研工作者对中药黄酮抗氧化活性天然成分的研究还远远不够。中药黄酮种类众多且有效成分复杂多样,要搞清它们的作用机理是一个庞大的工程。随着对中药黄酮的研究不断深入,中药黄酮的抗氧化机制正在将逐渐完善。针对中药黄酮的较好的抗氧化和抗炎功效,现已研发出防晒剂、面膜和乳霜等各类化妆品。中药黄酮抗氧化化妆品因其成分为天然物质,对皮肤刺激伤害小,作用温和且品种单一的特点在未来具有广阔的发展市场,在预防衰老和相关皮肤损伤方面有进一步开发的潜力。

基金项目

2020年国家级大学生创新创业训练计划项目(202010344042);2020年度浙江省新苗人才计划项目(2020R410024)。

NOTES

*通讯作者。

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