黑色素与美白之史上最强美白成分——肽安密多

2018 ~2021年，拜尔斯道夫发了三篇重量级的文章，他们利用重组人酪氨酸酶从50000种化合物的库中筛选出了迄今为止最强抑制人酪氨酸酶活性的成分—— 异丁基酰胺基噻唑基间苯二酚（简称肽胺密多，Thiamidol），并申请了专利（国内专利号是CN105007991A），号称史上最强美白成分。

图1. 肽胺密多（Thiamidol）的结构：它是含有一个噻唑基的间苯二酚衍生物，不溶于水和油，可溶于醇类。

和所有的间苯二酚类（见图2）的美白剂一样，肽胺密多也是酪氨酸酶的抑制剂。为什么我们一直执着于酪氨酸酶呢？

图2.各种抑制酪氨酸酶活性的美白剂结构 （1） 肽胺密多（异丁基酰胺基噻唑基间苯二酚）；(2) 4-丁基间苯二酚；(3) 4-己基间苯二酚；(4) 4-苯乙基间苯二酚；(5)曲酸；(6) 氢醌；(7) 熊果苷；(8)二甲氧基甲苯基丙基间苯二酚；(9) 杜鹃花醇。 目前已知人体中的黑色素有真黑素、褐黑素、神经黑素三种，神经黑素与皮肤无关，所以我们一般只讨论真黑素和褐黑素。黑色素是生命进化中为了避免阳光、炎症等对机体的损伤而产生的防御机制。主要作用有抗氧化、清除自由基（黑色素含有很多共轭基团以及多酚结构，具有很好的湮灭自由基的能力）、辐射防护（黑色素可以增加X射线、核辐射下存活率以及修复能力）、热调节等。黑色素的结构极其复杂，至今人们还没有完全弄懂，只是通过拆解知道了黑色素所含有的一些基团。目前黑色素的生成途径比较主流的认知是Raper-Mason 途径：

黑色素（真黑素）的生物合成始于酪氨酸（Tyrosine），酪氨酸被氧气氧化或酪氨酸酶催化形成左旋多巴（L-DOPA），再到多巴醌。胺与醌的分子内亲核加成生成 5,6-二羟基吲哚-2-羧酸（DHICA），然后自发脱羧生成5,6-二羟基吲哚（DHI）。这些亚基相互作用，可能组装成多聚体和平面四聚体、五聚体或六聚体的堆叠，这些二级结构又聚集形成更大的无定形结构（见图2）。褐黑素则是在半胱氨酸或者谷胱甘肽的存在下与左旋多巴在酪氨酸酶的作用下合成（见图3）。

图 3. 真黑色素的前体和潜在结构。(A) 真黑素单体的化学结构：酪氨酸、L-多巴、多巴胺、DHI、DHICA 和酪胺。(B) DHI 真黑素和 (C) DHICA 真黑素的代表性提议结构

图4. 褐黑素的亚基和潜在结构。(A) 褐黑素的苯并噻嗪亚基化学结构。(B)可能的褐黑素结构

当然黑色素的研究是不是只能去拆解呢？

当然不是，事情的转机居然是贻贝。

贻贝能分泌一种蛋白丝吸附在各种物体表面以固定自己，科学家发现它分泌的蛋白非常有意思，也是迄今为止发现的唯一具有高含量多巴基团的蛋白质，几乎可以吸附在任何材料表面，由此贻贝提取物进入了医学领域，用于创伤修复、细胞培养等，这些文章都发表在了《Science》等权威杂志上（后面将会有文章再详细介绍这个原料），后来根据贻贝粘蛋白的特性开发出了聚多巴胺（PDA）这个材料，其特征和性质与天然真黑素相似。这一发现为体外研究黑色素化学、生物合成和功能打开了大门。

2021年，美国西北大学科研团队在《JACS》发表了文章，通过体外化学合成来揭秘黑色素的结构和性质。文章依次探讨了人造真黑素（除聚多巴胺），人造褐黑素，人造神经黑素以及不含氮黑色素（异黑素和派黑素）的合成，通过电子自旋共振(EPR)和固态核磁共振(ssNMR)来表征每步合成的产物结构与性质。重点探讨和总结了不同黑色素的结构对其光保护和电离辐射保护等性质的影响，为未来设计更优的具有良好生物相容性和生物可降解性的电离辐射保护材料提供指导。

文章的最后，作者总结并展望了四点未来可能的研究机遇与挑战：1. 通过不破坏样品的方法对黑色素的多级结构进行定量表征仍然存在巨大困难；2. 调节黑色素内部，黑色素之间以及与其他材料的超分子作用；3. 实现具有不同形貌和内部结构的人造黑色素；4. 研究除传统生物合成路径之外的新型黑色素。

虽然黑色素真正的结构以及在机体内的合成过程还未完全明了，但酪氨酸酶在黑色素的生成过程中的作用是毋庸置疑的，科学家在体外合成的过程中，也是采用酪氨酸酶来催化，所以抑制酪氨酸酶的活性是一个真正有效的途径。

拜尔斯道夫为了更真实的体现在人皮肤上的效果，首次使用了人酪氨酸酶模型（hTyr）而非蘑菇酪氨酸酶（mTyr）,由于商业化的hTyr极其难得，目前市面上测试酪氨酸酶活性抑制的实验均采用mTyr，但mTyr在活性位点区域具有与 hTyr 有着不同的氨基酸序列，结构不同，参考的意义不是很大。拜尔斯道夫采用重组技术获取了人酪氨酸酶，并对比了市面上常用的美白成分比如4-丁基间苯二酚、377、熊果苷、氢醌等的效果。肽胺密多对hTyr的IC50值（抑制一半酶活性的浓度）是1.1uM（uM是摩尔浓度单位，代表umol/L），显示可以强烈抑制hTyr的活性，而仅仅能微弱的抑制mTyr（IC50值为108uM），就单从抑制hTyr的数据来看，肽胺密多的活性是4-丁基间苯二酚的20倍，377的120倍。当然拜尔斯道夫也做了皮肤模型测试，显示肽胺密多是4-丁基间苯二酚的15倍，曲酸的450倍（结果见表1）。

表 1. hTyr 和mTyr 抑制黑色素生成的动力学数据

以上数据只是在模型层面，2019年，拜尔斯道夫又发表了一篇关于肽胺密多对黄褐斑的作用。用0.2%的的肽胺密多与2%氢醌（氢醌是治疗黄褐斑的金标准）对比，肽胺密多的效果非常明显，且不论在低紫外还是高紫外环境中都有相同的表现，效果要好于氢醌（见图5）。经过12周的涂抹，黄褐斑有非常明显的减淡，而且皮肤亮度和白度提升明显（见图6）

图5. 肽胺密多对黄褐斑的清除效果（左图与空白对比，右图和氢醌对比）

图6. 肽胺密多对黄褐斑的清除效果实例

2021年，狂奔的拜尔斯道夫又发了第三篇文章，肽胺密多对于炎症后色沉（PIH）的治疗效果。PIH是在皮肤受到创伤或者炎症之后，会在皮肤上留下深色的印子，非常影响美观。目前PIH的具体原因还未知，单纯使用抗炎的成分并不能阻挡色沉的发生。肽胺密多能非常高效抑制人酪氨酸酶活性，也被拜尔斯道夫用来治疗炎症后色沉。在文章的结果中，同样使用0.2%的肽胺密多能有效的改善痤疮引起的色沉，并且在第二周就能看到明显效果（见图7，图8）。另外在临床上用0.1%浓度的肽胺密多，可减少老年斑的出现。

图7. 肽胺密多对水泡诱导的PIH的治疗图像

图 8 使用三种含肽胺密多产品的护肤方案进行治疗。(a) 受试者使用含肽胺密多护肤方案（日霜、晚霜和双重血清）治疗 4、8 和 12 周后的代表性图像。(b) 治疗 4、8 和 12 周后病灶和病灶周围皮肤的黑色素指数评分。数据表示为平均值 ± SD。与基线相比有显着差异 (⋆⋆⋆p < 0.001)

拜尔斯道夫也通过临床验证了肽胺密多的安全性。在与氢醌的作用对比中，肽胺密多能迅速减少黑色素细胞的黑色素生成，然后移除作用，黑色素的生成会快速恢复，但是氢醌作用的细胞却不能恢复到原始活性状态，也证实氢醌对于黑色素细胞具有一定的毒杀作用。

图9. 来自白种人供体的黑色素细胞用 1 µM 氢醌或 1 µM肽胺密多培养 2 周以减少黑色素生成，然后在没有这些活性化合物的情况下再培养 2 周以监测黑色素生成的恢复。在记录的时间使用酶标仪测量黑色素含量，纵坐标为百分比（平均值 ± SEM，n = 5）。 □1 µM 硫胺醇；■1 µM 氢醌。

最后，拜尔斯道夫非常厚道的在文章中标示了肽胺密多与酪氨酸酶的作用位点模型（见图10、11、12），让我们更好的理解这个原料为什么具有如此强悍的hTyr抑制能力（肽胺密多能与酪氨酸竞争性争夺酪氨酸酶，且其与酪氨酸酶结合的位点很多，十分紧密，这也是其抑制酪氨酸酶的活性强于其它美白剂的原因）。

图10. (a) 肽胺密多与文中详述的 hTyr 同源模型对接。 底物结合口袋的内表面根据疏水性着色。棕色：疏水性，蓝色：亲水性。

图中的英文单词代表氨基酸，数字代表这个氨基酸在酪氨酸酶中的位置。Ser：丝氨酸，Ile：异亮氨酸，His：组氨酸，Phe:苯丙氨酸，Val：缬氨酸，Thr：苏氨酸

图11稳定建模酶-配体复合物的相互作用的示意图。 疏水相互作用用黄色弧线表示，氢键相互作用用红色和绿色箭头表示， π-π 键用蓝色箭头表示。

现在该原料由拜尔斯道夫授权给妮维雅和优色林使用，目前国内还未批准该原料，想尝试的小朋友只能通过代购啦。

参考文献

Mann T , Gerwat W , Batzer J , et al. Inhibition of Human Tyrosinase Requires Molecular Motifs Distinctively Different from Mushroom Tyrosinase[J]. Journal of Investigative Dermatology, 2018:S0022202X18301003.
Craig, Arrowitz, Andrea M , et al. Effective Tyrosinase Inhibition by Thiamidol Results in Significant Improvement of Mild to Moderate Melasma.[J]. The Journal of investigative dermatology, 2019.
Roggenkamp D , Dlova N , Mann T , et al. Effective reduction of post-inflammatory hyperpigmentation with the tyrosinase inhibitor isobutylamido-thiazolyl-resorcinol (Thiamidol)[J]. International Journal of Cosmetic Science, 2021.
Cao W , Zhou X , Mccallum N C , et al. Unraveling the Structure and Function of Melanin through Synthesis[J]. Journal of the American Chemical Society, 2021(1).
Waite J H , Tanzer M L . Polyphenolic Substance of Mytilus edulis: Novel Adhesive Containing L-Dopa and Hydroxyproline[J]. Science, 1981, 212(4498):1038-1040.

托比亚斯·曼, 卡特琳·舍纳, 路哲尔·科尔比,等. 由烷基酰胺基噻唑以及芳香物质组成的组合:, CN105007991A[P].

2018 ~2021年，拜尔斯道夫发了三篇重量级的文章，他们利用重组人酪氨酸酶从50000种化合物的库中筛选出了迄今为止最强抑制人酪氨酸酶活性的成分—— 异丁基酰胺基噻唑基间苯二酚（简称肽胺密多，Thiamidol），并申请了专利（国内专利号是CN105007991A），号称史上最强美白成分。

图1. 肽胺密多（Thiamidol）的结构：它是含有一个噻唑基的间苯二酚衍生物，不溶于水和油，可溶于醇类。

和所有的间苯二酚类（见图2）的美白剂一样，肽胺密多也是酪氨酸酶的抑制剂。为什么我们一直执着于酪氨酸酶呢？

图2.各种抑制酪氨酸酶活性的美白剂结构 （1） 肽胺密多（异丁基酰胺基噻唑基间苯二酚）；(2) 4-丁基间苯二酚；(3) 4-己基间苯二酚；(4) 4-苯乙基间苯二酚；(5)曲酸；(6) 氢醌；(7) 熊果苷；(8)二甲氧基甲苯基丙基间苯二酚；(9) 杜鹃花醇。 目前已知人体中的黑色素有真黑素、褐黑素、神经黑素三种，神经黑素与皮肤无关，所以我们一般只讨论真黑素和褐黑素。黑色素是生命进化中为了避免阳光、炎症等对机体的损伤而产生的防御机制。主要作用有抗氧化、清除自由基（黑色素含有很多共轭基团以及多酚结构，具有很好的湮灭自由基的能力）、辐射防护（黑色素可以增加X射线、核辐射下存活率以及修复能力）、热调节等。黑色素的结构极其复杂，至今人们还没有完全弄懂，只是通过拆解知道了黑色素所含有的一些基团。目前黑色素的生成途径比较主流的认知是Raper-Mason 途径：

黑色素（真黑素）的生物合成始于酪氨酸（Tyrosine），酪氨酸被氧气氧化或酪氨酸酶催化形成左旋多巴（L-DOPA），再到多巴醌。胺与醌的分子内亲核加成生成 5,6-二羟基吲哚-2-羧酸（DHICA），然后自发脱羧生成5,6-二羟基吲哚（DHI）。这些亚基相互作用，可能组装成多聚体和平面四聚体、五聚体或六聚体的堆叠，这些二级结构又聚集形成更大的无定形结构（见图2）。褐黑素则是在半胱氨酸或者谷胱甘肽的存在下与左旋多巴在酪氨酸酶的作用下合成（见图3）。

图 3. 真黑色素的前体和潜在结构。(A) 真黑素单体的化学结构：酪氨酸、L-多巴、多巴胺、DHI、DHICA 和酪胺。(B) DHI 真黑素和 (C) DHICA 真黑素的代表性提议结构

图4. 褐黑素的亚基和潜在结构。(A) 褐黑素的苯并噻嗪亚基化学结构。(B)可能的褐黑素结构

当然黑色素的研究是不是只能去拆解呢？

当然不是，事情的转机居然是贻贝。

贻贝能分泌一种蛋白丝吸附在各种物体表面以固定自己，科学家发现它分泌的蛋白非常有意思，也是迄今为止发现的唯一具有高含量多巴基团的蛋白质，几乎可以吸附在任何材料表面，由此贻贝提取物进入了医学领域，用于创伤修复、细胞培养等，这些文章都发表在了《Science》等权威杂志上（后面将会有文章再详细介绍这个原料），后来根据贻贝粘蛋白的特性开发出了聚多巴胺（PDA）这个材料，其特征和性质与天然真黑素相似。这一发现为体外研究黑色素化学、生物合成和功能打开了大门。

2021年，美国西北大学科研团队在《JACS》发表了文章，通过体外化学合成来揭秘黑色素的结构和性质。文章依次探讨了人造真黑素（除聚多巴胺），人造褐黑素，人造神经黑素以及不含氮黑色素（异黑素和派黑素）的合成，通过电子自旋共振(EPR)和固态核磁共振(ssNMR)来表征每步合成的产物结构与性质。重点探讨和总结了不同黑色素的结构对其光保护和电离辐射保护等性质的影响，为未来设计更优的具有良好生物相容性和生物可降解性的电离辐射保护材料提供指导。

文章的最后，作者总结并展望了四点未来可能的研究机遇与挑战：1. 通过不破坏样品的方法对黑色素的多级结构进行定量表征仍然存在巨大困难；2. 调节黑色素内部，黑色素之间以及与其他材料的超分子作用；3. 实现具有不同形貌和内部结构的人造黑色素；4. 研究除传统生物合成路径之外的新型黑色素。

虽然黑色素真正的结构以及在机体内的合成过程还未完全明了，但酪氨酸酶在黑色素的生成过程中的作用是毋庸置疑的，科学家在体外合成的过程中，也是采用酪氨酸酶来催化，所以抑制酪氨酸酶的活性是一个真正有效的途径。

拜尔斯道夫为了更真实的体现在人皮肤上的效果，首次使用了人酪氨酸酶模型（hTyr）而非蘑菇酪氨酸酶（mTyr）,由于商业化的hTyr极其难得，目前市面上测试酪氨酸酶活性抑制的实验均采用mTyr，但mTyr在活性位点区域具有与 hTyr 有着不同的氨基酸序列，结构不同，参考的意义不是很大。拜尔斯道夫采用重组技术获取了人酪氨酸酶，并对比了市面上常用的美白成分比如4-丁基间苯二酚、377、熊果苷、氢醌等的效果。肽胺密多对hTyr的IC50值（抑制一半酶活性的浓度）是1.1uM（uM是摩尔浓度单位，代表umol/L），显示可以强烈抑制hTyr的活性，而仅仅能微弱的抑制mTyr（IC50值为108uM），就单从抑制hTyr的数据来看，肽胺密多的活性是4-丁基间苯二酚的20倍，377的120倍。当然拜尔斯道夫也做了皮肤模型测试，显示肽胺密多是4-丁基间苯二酚的15倍，曲酸的450倍（结果见表1）。

表 1. hTyr 和mTyr 抑制黑色素生成的动力学数据

以上数据只是在模型层面，2019年，拜尔斯道夫又发表了一篇关于肽胺密多对黄褐斑的作用。用0.2%的的肽胺密多与2%氢醌（氢醌是治疗黄褐斑的金标准）对比，肽胺密多的效果非常明显，且不论在低紫外还是高紫外环境中都有相同的表现，效果要好于氢醌（见图5）。经过12周的涂抹，黄褐斑有非常明显的减淡，而且皮肤亮度和白度提升明显（见图6）

图5. 肽胺密多对黄褐斑的清除效果（左图与空白对比，右图和氢醌对比）

图6. 肽胺密多对黄褐斑的清除效果实例

2021年，狂奔的拜尔斯道夫又发了第三篇文章，肽胺密多对于炎症后色沉（PIH）的治疗效果。PIH是在皮肤受到创伤或者炎症之后，会在皮肤上留下深色的印子，非常影响美观。目前PIH的具体原因还未知，单纯使用抗炎的成分并不能阻挡色沉的发生。肽胺密多能非常高效抑制人酪氨酸酶活性，也被拜尔斯道夫用来治疗炎症后色沉。在文章的结果中，同样使用0.2%的肽胺密多能有效的改善痤疮引起的色沉，并且在第二周就能看到明显效果（见图7，图8）。另外在临床上用0.1%浓度的肽胺密多，可减少老年斑的出现。

图7. 肽胺密多对水泡诱导的PIH的治疗图像