酪氨酸酶的应用是什么

【背景及概述】^[1][2]

酪氨酸酶是一种氧化还原酶，广泛存在于各生物中，与生物体合成色素直接相关。目前，酪氨酸酶在医疗美容方面的应用发展迅速。随着生活水平的提高， 人们对美的享受也越来越讲究，美白剂的开发随之成为化妆品行业关注的焦点之一。与人类酪氨酸酶的一级结构具有较高相似度的其他物种的酪氨酸酶分别为东非狒狒、大鼠、猕猴和小鼠的酪氨酸酶。图 2 中从上到下、从左至右的 PDB ID 为 3NPY、 3NQ1、3NTM、 3NM8、 3NQ0、 3NTM， 这些酪氨酸酶都提自巨大芽孢杆菌，所以根据数据筛选发现，东非狒狒、大鼠、猕猴、小鼠和巨大芽孢杆菌这 5 个物种的酪氨酸酶可能与人类的酪氨酸酶具有非常相似的结构与功能。

酪氨酸酶的N端与C 端分别有一个β-折叠（Secsine部分的黄色元件）， N 端与 C 端之间有数个α-螺旋， 这样的结构有利于酪氨酸酶形成活性中心。

酪氨酸酶( tyrosinase，EC 1. 14. 18. 1) 广泛分布于微生物、 动植物及人体中， 在植物中， 酪氨酸酶一般称为多酚氧化酶；在昆虫中， 一般称为酚氧化酶；在微生物和人体中，称为酪氨酸酶．酪氨酸酶是生物体合成黑色素、 果蔬褐变的关键酶， 在昆虫蜕皮时的鞣化过程和伤口愈合中起重要作用， 细菌的黑色素能保护细菌细胞和孢子免受紫外线的伤害．酪氨酸酶具有单酚酶和二酚酶双重催化功能， 在单酚酶的作用下， 酪氨酸被羟基化成 L-多巴( L-DOPA) ， 在二酚酶的作用下， LDOPA 被氧化生成多巴醌，多巴醌再经过一系列的反应之后生成黑色素。酪氨酸酶表现异常，有可能会出现黑色素瘤及早发性老年痴呆疾病等， 黑色素异常生成造成的色素沉着是动物衰老及果蔬褐变的重要表现。酪氨酸酶抑制剂应用广泛，涉及美容保健、 色素型皮肤病治疗、 病虫害防治以及食品保鲜等多个领域。

【应用】 ^[2]

黑素细胞中酪氨酸酶的基因转录是在小眼转录因子( microphthalmia transcription factor， MITF) 的调控下进行的，MITF 是黑素细胞增殖及黑素生成过程中起决定性作用的转录因子。现有研究表明， 很多信号途径参与调节 MITF 的表达， 例如: Wnt 信号途径、 cAMP( cyclic adenosine monophosphate ) 信 号 途 径、P38 及MAP( mitogen activated protein) 激酶信号途径等， 一些主要信号通路总结于图 1 所示．在阳光照射( 即紫外线的刺激下) ，皮肤角化细胞中的黑色素体受到刺激，可以通过促使分泌促肾上腺皮质激素和α-MSH 黑色素细胞刺激素激活ACTH(adreno cortico tropichormone)和PGE2( prostaglandin E2) 蛋白的活化，激活cAMP 调节 CREB 和 CRE 复合体的形成， 进一步激活通路下游的酪氨酸酶活化；CREB /CRE 复合体也可以通过上游 NOS 活化导致 PKG( protein kinase G) 通路激活而完成， DAG 调控的 PKC( protein kinase C) 通路同样可以达到活化复合体的作用．CREB /CRE 复合体激活之后， 调节黑色素信号通路中的关键因子 MITF在细胞核内完成 MBOX 结合， 激活酪氨酸酶、 相关蛋白 TRP-1 和 DCT 的大量表达活化．在完成黑素合成相关基因转录后，黑素在黑素小体内主要通过酪氨酸酶的作用进行合成， 在人体皮肤角化细胞中， 黑色素的形成导致表皮褐变，产生黑斑．以酪氨酸酶抑制剂作为化妆品美白添加剂的作用靶点主要是通过抑制酪氨酸酶的活性和调节酪氨酸酶的转录．其中抑制酪氨酸酶活力的作用模式是目前市场上大多数美白化妆品类开发应用的依据。

黑色素细胞树突生长障碍是造成白癜风的病因之一，Wang等研究了Rnaset2 在人体黑色素细胞中的作用，研究结果表明Rnaset2是调控色素细胞树突生成的关键蛋白之一。Ito等研究诱变白斑病相关酚类发现其能被酪氨酸酶催化，但相应的酚类抑制剂却不能被催化，证实酚类酪氨酸酶抑制剂在开发时需要先检查其是否能够被酪氨酸酶催化．孙道权等研究了水溶性丝胶蛋白能够有效抑制黑色素生成， 丝胶粉能够抑制皮肤中的酪氨酸酶活性， 从而抑制黑色素的生成，对皮肤起到一定美白作用。陈龙等的研究发现鱼胶原肽能够有效地抑制酪氨酸酶活性， 鱼胶原肽可作为无毒副作用的纯天然美白化妆品原料．成静等的研究发现胶原三肽作为构成胶原的最小单位，能够很好地抑制酪氨酸酶活性，在小鼠的黑色素瘤 B16 细胞中，既能够很好地抑制黑色素生成，同时又对细胞毒性较低． 刘琦等研究了维生素 C、乙基醚、烟酰胺、β-熊果苷等美白化妆品成分对酪氨酸酶活性的抑制作用，研究表明 3 种美白剂对于酪氨酸酶的抑制作用表现为非竞争型抑制机理， 说明他们与酪氨酸酶的独立部位结合， 而不会和底物竞争活性中心． 张凤兰等研究表明，熊果苷具有一定的毒性， 但它能被人体皮肤表面分离的菌株代谢转变成氢醌类化合物，但转变程度不足以对人 CHO ( Chinese hamster ovary) 细胞产生致畸作用。杨美花等的研究表明 L-半胱氨酸能够有效抑制酪氨酸酶的活性，并且能够被酪氨酸酶催化成一种无色底物， 使酪氨酸酶不表现出活性， 并在细胞水平上证明 L-半胱氨酸能够作为一种安全无毒的美白化妆品有效成分。

还有很多研究发现多种药用植物中能够提取出有效抑制酪氨酸酶活性的成分，从而极大地丰富了酪氨酸酶抑制剂来源。Bae等从毛壳属植物中提取的毛壳素就能够很好地抑制酪氨酸酶活性并且抑制小鼠黑色素瘤中黑色素的生成。柯静霞的研究表明，蛇婆子提取物在使用8周水平上，能够有效抑制酪氨酸酶活性，降低黑色素活性，并且有效降低黑色素生成量，从而具有一定的美白功效． 罗倩仪等通过酪氨酸酶抑制模型研究了几种美白祛斑复配配方的实际筛选和功能优化， 实验证明壬二酸衍生物、 红景天提取物能够具有一定的美白祛斑作用。Lin 等从台湾火刺木中分离的活性物质也能够高效低毒的对酪氨酸酶产生良好的抑制效果并且作为美白剂进行使用。铃木敏幸等对美白化妆品的发展方向进行综述时也提到，通过酪氨酸酶的阻碍实验可以有效地评价美白剂的相关作用，并且能够反映化妆品降低黑素生成的能力。

早在 2005 年刘之力等提到， 中药复方乙醇提取物对酪氨酸酶有时也会存在激活作用， 但激活酪氨酸酶活力并不代表能够在动物试验中增加黑色素生成的作用．马秋华等从商品化的药物筛选到壬二酸， 发现其具有抑制酪氨酸酶活性， 并且能够有选择性地抑制黑色素过多的异常化细胞，作为一种美白化妆品的原料．付晓磊等基于商品化的酪氨酸酶抑制剂对苯二酚合成了一系列对苯二酚氨基酸缀合物，通过表征实验证明其能够有效地抑制酪氨酸酶活性，通过构效关系模型研究证实了其具有良好的抑制活性；宋长伟等基于龙胆酸化合物设计合成了系列衍生物，也具有良好的抑制黑色素生成的作用。以上的研究结果显示，酪氨酸酶抑制剂在化妆品研制过程中作为美白添加剂，能够保护人体皮肤免受紫外线辐射。

【主要参考资料】

[1]熊东彦,李志远,黄丹,慕昕,刘桢.酪氨酸酶结构功能分析及其抑制物的设计[J].科技与创新,2017(13):118-119.

[2]胡泳华,贾玉龙,陈清西.酪氨酸酶抑制剂的应用研究进展[J].厦门大学学报(自然科学版),2016,55(05):760-768.