L—抗壞血酸在黑素合成中的作用

楊越楠+王震宇+商進

[摘要] L-抗壞血酸是一種水溶性抗氧化劑，參與機體的多種生化反應，并起重要作用。特別在黑色素的合成方面，它不僅可以作為還原劑，使酪氨酸酶活性喪失，通過抑制黑色素合成的各種中間步驟，消耗NO，與維生素E協同，加強光保護作用抑制黑色素的合成；還可以作為氧化劑，通過其自身氧化作用、增強NO等作用促進黑色素的合成。本文就L-抗壞血酸對于黑色素細胞各方面的相關作用進行綜述。

[關鍵詞] L-抗壞血酸；黑素合成；氧化劑；還原劑

[中圖分類號] R751 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2016）27-0166-03

黑色素是皮膚顏色的主要決定因素，在黑素細胞（menalocyte，MC）的黑素小體中合成，黑素細胞通過其樹突狀結構將黑素小體轉送至角質形成細胞，在其細胞核上形成帽狀結構，可以減少紫外線對細胞核的損傷[1，2]。黑素合成的生化步驟為：黑素合成的關鍵酶-酪氨酸酶（tyrosinase，TYR），促進體內酪氨酸生成左旋多巴（l-dihydroxyphenylalanine，L-DOPA），多巴去氫后形成多巴醌，多巴醌環化為環多巴，然后迅速氧化為多巴色素，經過一系列重排后多巴色素由異構酶催化轉變5，6-二羥基吲哚-2-羧酸（5，6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid，DHICA），并反復多聚合形成5，6-二羥基吲哚（5，6-dihydroxyindole，DHI），最后聚合物與黑素體內的結構蛋白結合形成黑素蛋白即黑素[3]。L-抗壞血酸，又稱維生素C（ascorbic acid，VitC），是水溶性抗氧化劑，參與機體的多種生化反應，并起重要作用。現就L-抗壞血酸對于黑色素細胞各方面的相關作用進行總結。

1 L-抗壞血酸在黑素合成方面的抑制作用

L-抗壞血酸是一種強抗氧化劑，還原性是其最突出的特性。在黑色素合成方面的抑制作用主要通過L-抗壞血酸影響TYR的活性、多巴醌的產量以及一氧化氮（nitric oxide，NO）的作用來實現。

1.1 L-抗壞血酸抑制TYR的活性

L-抗壞血酸可直接影響酪氨酸酶的活性，從而抑制黑色素合成。TYR作為黑色素合成的限速酶，其中銅離子，處于Cu2+狀態時才是有活性的，L-抗壞血酸與TYR中的Cu2+能夠產生還原作用，將TYR活性中心的Cu2+，還原成Cu+，使TYR失活[4]，黑色素生成下降。

1.2 L-抗壞血酸還原多巴醌為左旋多巴

L-抗壞血酸還可減少黑色素形成的中間步驟，來完成對黑色素合成[5-7]的抑制。多巴醌，黑色素形成中基本的中間產物，多巴醌形成后，會自動發生一系列的反應最終形成黑色素。L-抗壞血酸可作為還原劑，與多巴醌結合，生成左旋多巴（L-DOPA）和脫氫抗壞血酸，當加入L-抗壞血酸的量越多，多巴醌被還原為左旋多巴就越多，從而延長黑色素合成的滯后時間，延緩了黑色素的形成[8]。

1.3 L-抗壞血酸消耗一氧化氮（NO）

L-抗壞血酸可視為一種抑制性神經遞質，通過消耗NO而抑制黑色素的形成[9]。黑色素形成中NO是種強效激活因子，其信號轉導途徑為cGMP/PKG途徑，TYR的基因被上調表達，導致黑色素的合成增加[10]。下丘腦部的NO能神經元感受器被谷氨酸和去甲腎上腺素刺激，促進Ca2+-K+的通道開放。當細胞內K+與細胞外的Ca2+大量交換時，使自由Ca2+增多，Ca2+與鈣通道蛋白結合，活化神經型的一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，nNOS），刺激神經元合成、釋放NO。隨著NO的釋放，大量的L-抗壞血酸也隨之釋放，它作為負反饋調節，被氧化為去氫抗壞血酸，使大量NO被消耗，使其濃度降低[11，12]。此外Barnabe等[13]在對212例缺氧-再灌注損傷的研究中發現，在日常飲食中補充L-抗壞血酸，可減少中性粒細胞在誘導型一氧化氮合酶（iNOS）中的含量，使NO的生成下降，從而降低體內NO濃度，導致TYR活性減低，抑制了黑色素的合成。

1.4 L-抗壞血酸與維生素E（Vitamin E）有協同作用

有一定的協同作用，抗氧化作用在其共同作用下增強。細胞水相中L-抗壞血酸可抵制自由基入侵，而脂質相中由VE起主要作用。VE氧化后由L-抗壞血酸還原，使VE再生[14]，過氧化自由基的鏈鎖反應由二者阻斷，在體內的多種自由基被清除，如單氧化物、超氧化物、過氧化氫等，防止體內不飽和脂肪酸的氧化、抑制脂褐素形成[15]。Chanq等[16]的研究發現，當二者同時作用，細胞內NO生成可被抑制。Fuchs等[17]對150例正常人進行研究，讓他們連續服用L-抗壞血酸與VE 50 d，發現角質形成細胞中L-抗壞血酸和VE明顯增高，能夠起到非常良好的光保護作用，顯著減輕紫外線照射后所誘導的急性與慢性的皮膚炎癥、色素沉著，進而抵制皮膚腫瘤的發生。

1.5 L-抗壞血酸的光保護作用。

有文獻[18]研究發現L-抗壞血酸有光保護作用，他們選擇19例輕度至中度的光損害患者，年齡36～72歲，局部使用L-抗壞血酸，不僅使fra-1基因上調，同時還可使激活蛋白-1（activator protein，AP-1）的目標基因下調。因為氨基端激酶（c-Jun N-terminal kinas，JNK）的磷酸化被阻止，進而阻止該酶的激活，導致內源性JNK蛋白的磷酸化受到抑制，AP-1活性降低，而加強機體對抗紫外線（ultraviolet，UV）所誘導的色素沉著及細胞變性。

2 L-抗壞血酸對黑色素合成方面的促進作用

L-抗壞血酸在黑色素的合成方面主要通過以下幾條途徑來實現，如自身氧化、促進NOS的作用、增加單羥基吲哚合成等。

2.1 L-抗壞血酸的自身氧化作用。

L-抗壞血酸除了有抗氧化的作用，在特定條件下，還可以促進氧化反應。L-抗壞血酸中含有酸性的烯醇式羥基，與過渡金屬離子（transition metal ions）共存時，特別是鐵離子和銅離子存在時，生成羥基（OH-）。因此羥基在被L-抗壞血酸清除時，同時還會生成半脫氫抗壞血酸負離子自由基（A-），而當該自由基堆積，沒有及時清除時，繼而機體會發生一系列的自由基氧化鏈鎖式反應，促使各種不飽和脂肪酸脂質過氧化，不僅會在皮膚上形成各色的色斑，還可引起機體內環境的紊亂[19-21]。

2.2 L-抗壞血酸對一氧化氮合酶的促進作用

L-抗壞血酸可促進一氧化氮合酶（NOS）的活動。四氫生物合酶失偶聯后導致一氧化氮的生成減少[22]。Kuzkaya等[23]研究發現， 內皮NOS可催化NO生成過氧化亞硝酸鹽（ONOO-）。ONOO-與四氫生物喋呤（tetrahydrobiopteri BH4）反應生成三氫生物喋呤（tetrahydrobiopterin BH3）基團，從而引起BH4減少，致使BH4失偶聯。L-抗壞血酸可以使BH3還原，再循環成為BH4，因此L-抗壞血酸在BH4依賴的方式中，通過增加BH4的含量促進內皮細胞中NOS的活性，使NO含量增加，促進其生物活性。Saram等[24]發現，利用L-抗壞血酸干擾內皮細胞，NOS和其底物的親和力明顯提高，促使NO合成增多。

2.3 L-抗壞血酸可作為供氫體促進黑素的合成

Waterman等[21]對白癜風患者進行研究，發現200例患者體內的L-抗壞血酸明顯低于常人，這其中的原因可能是由于：白癜風患者體內是存在黑素合成的，L-抗壞血酸可作為供氫體，促進多種羥基化反應，致使DHICA還原，脫羧形成DHI，從而合成黑色素，大量的L-抗壞血酸在以上過程中被消耗，因此L-抗壞血酸具有促進黑色素合成的作用。

綜上所述， L-抗壞血酸在黑素合成作用上具有雙面性，在何種條件下起何種作用還需進一步的基礎實驗研究及臨床觀察予以佐證，以發揮L-抗壞血酸在色素障礙性疾病中的臨床價值。以上綜述為研究者的進一步研究提供一個良好的基礎。

[參考文獻]

[1] Kobayashi N，Nakagawa A，Muramatsu T，et al. Supranuclear melanin caps reduce ultraviolet induced DNA photoproducts in human epidermis[J]. Invest Dermatol，1998，110（5）：806-810.

[2] Hagiwara K，Okura M，Sumikawa Y，et al. Biochemical effects of the flavanol-rich lychee fruit extract on the melanin biosynthesis and reactive oxygen species[J]. J Dermatol，2016，5（11）： 1346.

[3] Rodríguez-López JN，Tudela J，Varón R，et al. Analysis of a kinetic model formelanin biosynthesis pathway[J]. J Biol Chem，2014，267（4）：3801-3810.

[4] Matsuda S，Shibayama H，Hisama M. Inhibitory effects of a novel ascorbic derivative， disodium isostearyl 2-O-L-ascorbyl phosphate on melanogenesis[J]. Chem Pharm Bull，2015，56（3）：292-297.

[5] Prota G. Recent advances in the chemistry of melano-genesis in mammals[J]. Invest Dermatol，1980，92（4）：122-127.

[6] Lee SH，Baek K，Lee JE，et al. Using tyrosinase as a monophenol monooxygenase：A combined strategy for effective inhibition of melanin formation[J]. Biotechnol Bioeng，2016，113（4）：735-743.

[7] Kwak JY，Park S，Seok JK，et al. Ascorbyl coumarates as multifunctional cosmeceutical agents that inhibit melanogenesis and enhance collagen synthesis[J]. Arch Dermatol Res，2015，307（7）：635-643.

[8] Z weicheng，Zhengneng W. The effect of vitamin con tyrosinase catalytic reaction[J]. Chinese Journal of Biochemical Pharmaceutics，2015，22（6）：300-302.

[9] Hayashi T，Juliet PA. Matsui-Hirai H. l-Citrulline and l-arginine supplementation retards the progression of high-cholesterol-diet-induced atherosclerosis in rabbits[J]. Proc Natl Acad Sci USA，2016，102（38）：13681-13686.

[10] Akira Hachiya，Akemi Kobayashi，Yasuko Yoshida. Biphasic expression of two paracrine melanogenic cytokines，stem cell factor and endothelin-1， in ultraviolet B-induced human melanogenesis[J]. Am J Pathol，2016，165（6）：2099-2109.

[11] Sharada Karanth，Wen H. Yu. Claudio A Mastronardi. Inhivition of stimulated ascorbic acid and luteinizing hormone releasing hormone release by nitric oxide synthase or guanyl cuclase inhibitors[J]. Expersimedtal Biology and Medicine，2015，229（2）：72-79.

[12] Sureda A，Batle JM，Tauler P，et al. Hypoxia/reoxygenation and VitC intake influence NO synthesis and antioxidant defenses of neutrophils[J]. Free Radic Biol Med，2016， 37（11）：1744-1755.

[13] Barnabe N，Marusak RA，Hasinoff BB. Prevention of doxorubicin-induced damage to rat heart myacytes by arginine analog nitric oxide synthase inhibitors and their enantiomers[J]. Nitric Oxide，2016，9（4）：211-216.

[14] Smit N，Vicanova J，Cramers P，et al. The combined effects of extracts containing carotenoids and vitamins E and C on growth and pigmentation of cultured human melanocytes[J]. Skin Pharmacology and Physiology，2015， 17（5）：1660.

[15] Jilin Zhou，Young Pyo Jang，So Ra Kim. Complement activation by photooxidation products of A2E，a lipofuscin constituent of the retinal pigment epithelium[J]. Proc Natl Acad Sci USA，2016，102（44）：16182-16187.

[16] Chanq CI，Liao JC，Kuo L. Macrophage arginase prometse tumor cell growth and suppresses nitrie oxide-mediated tumor cytotoxicity[J]. Cancer Res，2016，61（5）：1100-1106.

[17] Fuchs J，Kern H. Modulation of UV-light-induced skin inflammationby D-alpha-tocopherol and L-ascorbic acid：A clinical study using solarsimulated radiation[J]. Free Radic Biol Med， 2016，37（9）：1006-1012.

[18] Catani MV，Rossi A，Costanzo A，et al. Induction of gene expression via activator protein-1 in the ascorbate protection against UV2induced damage[J]. Biochem J，2015， 356（1）：77-85.

[19] Daide Z，Chenshi H，Feng Y. Tea polyphenols and quercetin preventing the heart，brain and liver from the injury by free radicals in comparison with ascorbic acid[J]. Chin J Nat Med， 2016，2（4）：223.

[20] Rocha IM，Guillo LA. Lipopolysaccharide and cytokines induce nitric oxide synthase and produce nitric oxide in cultured normal human melanocytes[J]. Arch Dermatol Res，2015， 293（5）：245-248.

[21] Waterman EA，Kemp EH，Gawkrodger DJ，et al. Autoantibodies in vitiligo patients are not directed to the melanocyte differentiation antigen MelanA/MART1[J]. Clin Exp Immunol， 2016，129（3）：527-532.

[22] Sheng JZ，Wang D，Braun AP. DAF-FM（4-amino-5-methylamino-2，7-difluorofluorescein） diacetate detectsimpairment of agonist-stimulated nitric oxide synthesis by elevated glucose inhuman vascular endothelial cells：Reversal by vitamin C and L-sepiapterin[J]. Pharmacol Exp Ther，2015，315（2）：931-940.

[23] Kuzkaya N，Weissmann N，Harrison DG，et al. Interactions of perorynitrite with uric acid in the presence of asconbate and thiols：Implications for uncoupling endothelial nitric oxide synthase[J]. Biochem pharmacol，2015，70（3）：343-354.

[24] Saram K，Mcneill KL，Khokher S，et al. Divergent effect of vitamin Con relaxation of rabbit aortic rings to acetylcholine and no-donors[J]. British Journal of Pharmacology，2016，135（6）：1044-1050.

（收稿日期： 2016-07-01）