洗發液中常用的去屑劑ZPT

魏植槐+顧秀秀+王明召

摘要：結合配合物的形成與分解等高中化學知識，以及三羧酸循環等高中生物學知識，介紹了常用去屑劑ZPT去屑的化學原理、應用歷史及其發展前景，可供一線高中化學和生物學教師在教學實踐中使用，以期在一級學科平臺上幫助高中生拓展視野。

關鍵詞：高中化學；去屑劑ZPT；去屑原理；知識介紹

文章編號：1005–6629（2015）2–0094–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

在經歷日化產品的“二惡烷”風波后，又一個新的化學名詞開始進入人們的視野：ZPT，學名吡啶硫酮鋅，也稱吡硫钅翁鋅，分子式C10H8N2O2S2Zn，常用于去屑洗發產品中。目前，科學家對ZPT的去屑原理已經有所了解，這些原理既涉及配合物的形成與分解等高中化學知識，以及三羧酸循環等高中生物學知識，又涉及原子簇、金屬離子的生物學效應、反應過程的中間體等現代化學內容，是優質的高中化學擴展性素材。我們的工作是從中選取出具有明確科學意義，同時又具有顯著基礎教育價值的核心內容，并以適合高中生認知特點的形式呈現出來。通過選修課學習，學生深入進行文獻調研，梳理相關內容，設計，寫作，經反復雕琢，最終創作出這篇作品。這個過程使修課學生能力得到培養，而課程的作品又為高中化學提供了反映現代化學特點的教學材料，供一線教師用于拓展高中生的視野。

市面上所售洗發液主要指以表面活性劑復配而成的，具有清潔人的頭皮和頭發，并保持其美觀作用的產品。由于很多人都有頭屑困擾，有一類洗發液中添加了去屑成分，稱為去屑洗發液。ZPT是一種常用的去屑劑，已經有60多年的應用歷史。ZPT為什么可以去屑？這需要從頭屑的產生說起。

1 頭屑是怎樣產生的

頭屑實際上是頭皮細胞角質化而脫落的塊狀鱗片，其成因至今還不十分清楚。目前認為，至少馬拉色菌、皮脂和個體易感性這3個因素可導致頭屑生成[1]。其中，馬拉色菌是一類真菌，它能分解皮脂，導致角質形成細胞形態學改變和細胞凋亡[2]，使得角質層細胞以白色或灰色鱗屑的形式異常脫落，形成頭屑。由于馬拉色菌是現階段最容易控制的因素，通過控制它的數量來控制頭屑是一種有效的方法[3]。

2 什么是ZPT

ZPT是吡啶硫酮鋅（Zinc Pyrithione）的縮寫[4]，即二（N-氧化吡啶-2-硫醇負離子）合鋅[5]，也有N-氧化-2-巰基吡啶鋅鹽[6]等名稱，是N-氧化-2-巰基吡啶（PT）作為配體與鋅離子配位所形成的配合物，結構如圖1左部所示[7～9]。在溶液中，它易分解，形成配體和鋅離子[10]（見圖1）。ZPT具有很強的抗菌能力，能夠有效地殺死產生頭皮屑的真菌，具有很好的去屑功能，因而早就應用于洗發液。此外，它在涂料、殺菌劑等方面也有著廣泛的應用。

3 ZPT為什么能去除頭屑

這個問題，目前人們正在尋找答案，提出了幾種解釋。其中一種解釋是它通過降低馬拉色菌內的ATP（三磷酸腺苷或腺嘌呤核苷三磷酸）數量來破壞其正常代謝和增殖，減少頭皮表面的馬拉色菌，從而抑制頭屑的產生[11，12]。

ZPT又為什么能降低細胞內的ATP數量呢？我們知道，需氧型真核生物主要通過細胞有氧呼吸消耗葡萄糖產生ATP，為各項生命活動提供能量。在有氧呼吸中，合成ATP的主要過程是三羧酸循環（如圖2所示），它包含一系列氧化還原反應。目前認為，ZPT主要破壞三羧酸循環中由檸檬酸生成異檸檬酸過程所需的順烏頭酸酶[13]，以及由延胡索酸生成蘋果酸過程所需的延胡索酸酶[14]，使三羧酸循環不能正常進行，最終抑制真菌的ATP合成。由于這兩種酶都是鐵硫蛋白，結構相似，且ZPT破壞這兩種酶的機理也類似，在此以順烏頭酸酶為例，介紹ZPT破壞鐵硫蛋白的過程。

順烏頭酸酶真正發揮催化作用的部位稱為活性中心，其中含有以4個鐵離子和4個硫離子為頂點的立方體[15]，稱為鐵硫簇（結構示于圖3），可用[4Fe-4S]表示。簇中的3個鐵離子通過與來自蛋白鏈的半胱氨酸（Cys）殘基（結構見圖3右上角的標注）的-S-成鍵，將鐵硫簇與蛋白鏈連接起來。第4個鐵離子（圖3中用Fea標示）不與Cys相連，稱為活性鐵離子，它容易從[4Fe-4S]簇中解離下來，使鐵硫簇轉變成[3Fe-4S]。ZPT破壞鐵硫蛋白正是利用了Fea的這一特性。

當ZPT進入馬拉色菌后，細胞內的銅離子濃度上升[16]。現階段認為，這是ZPT使鐵硫蛋白失活的一個重要原因。而細胞內銅離子的濃度為什么會增大？原因是ZPT不穩定，能夠分解為配體PT和Zn2+；PT可與細胞外的Cu2+離子配位，形成的配合物CuPT可跨越細胞膜，將Cu2+帶入細胞，使它能到達線粒體[17]。

CuPT是如何與兩種酶作用，并最終使酶失去生物活性的呢？這個問題也還在探索之中。目前已知CuPT也是不穩定的，它會分解成為Cu2+和PT，將銅離子釋放出來。釋放出的Cu2+可能在線粒體膜上被還原成Cu+，從而進入線粒體，與鐵硫蛋白發生反應，使其失去催化活性[18]。具體的過程是Cu+使酶活性中心的鐵離子失去，使活性中心瓦解，最終導致酶失活[19]。

在此介紹一個研究實例[20]。2009年，Macomber等選取了在體外活性較大的延胡索酸酶作為研究對象，通過向延胡索酸酶的樣品中添加一價銅離子Cu+來研究Cu+對鐵硫蛋白酶活性中心的影響。他們猜想，加入Cu+后，銅離子會置換鐵硫簇中的活性鐵Fea，因此可能檢測到[Cu-3Fe-4S]中間體。然而，他們只檢測到活性中心的兩種結構，一種是初始結構[4Fe-4S]2+，另一種是[3Fe-4S]0。據此推測，銅離子首先將[4Fe-4S]2+鐵硫簇轉化為[3Fe-4S]0，[3Fe-4S]0再經過一些目前還沒有確定的中間體繼續降解，最終鐵硫簇從酶上完全脫去，酶變成無催化活性的脫輔基酶。結果三羧酸循環斷裂，ATP合成受到抑制。

4 去屑劑將怎么發展

ZPT有著其他去屑劑不可比擬的優越性，包括無異味，極強的殺滅真菌作用，可抑制皮脂溢出，皮膚滲透性很弱不會殺滅人體細胞，在規定劑量下長期使用幾乎無副作用，價格低廉，等等，因此至今在市場上占有舉足輕重的地位。2010年一項國內市場調查發現，超過一半的去屑洗發液以ZPT為主要去屑因子[21]。

但是，ZPT也存在一些缺點。例如，它不溶于水，在洗發液中容易下沉導致分層。此外，在洗發液中ZPT微粒的大小需要保持在適宜的范圍內（以2.5μm左右直徑為最佳[22]），以使ZPT大面積地覆蓋和保持在頭皮上。如果ZPT的顆粒太小，頭皮覆蓋率低，影響去屑效果，而顆粒太大又會對光產生散射作用，部分消除洗發液的珠光效果，影響產品外觀。另外，有研究發現ZPT具有一定的生物毒性。例如，魚卵在一定濃度ZPT溶液中培養7天，孵出的幼魚表現出明顯脊柱畸形[23]。

為了克服這些缺點，人們正在進行多種改進嘗試，例如將ZPT和去屑劑甘寶素一起使用，既可以降低ZPT的用量，又能有效抑制馬拉色菌，提高產品的去屑效果，防止頭屑復發[24]。目前，復配已經成為解決問題的一種重要方法。

此外，人們也在開發新的安全、高效、穩定、低刺激的洗發液用去屑劑。例如，使用天然原料，尤其是天然植物提取物作為去屑劑，這已經成為一個研究熱點。研究表明，植物提取物作去屑劑更為安全和溫和，去屑能力可與ZPT相媲美，有的甚至優于ZPT。但以植物提取物作為去屑劑的洗發液目前還無法大規模生產，價格昂貴。此外，對其功效成分的作用機理尚缺乏認識，加之有關去屑洗發液的功效評價目前國內外還缺乏統一的標準和方法[25]，這些都限制了這類去屑洗發液的發展。盡管如此，由于植物提取物作為去屑劑有著ZPT類去屑劑不可比擬的優越性，如安全、穩定、刺激性小，相信它們將會更多地為人們所采用。

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