1 熊果苷是什么

1.1 熊果苷的化学结构

         对苯二酚又称氢醌，化学结构为1,4-二羟基苯，苯环上具有两个对位酚羟基。熊果苷形成时，其中一个酚羟基与D-葡萄糖的异头碳形成O-糖苷键，另一个酚羟基保持游离状态。

熊果苷的结构可概括为：

4-羟基苯氧基部分 + D-葡萄糖基部分 

1.2 α-熊果苷与β-熊果苷的结构差异

         α-熊果苷和β-熊果苷是一对异头体。二者的分子组成和原子连接顺序相同，实质差异仅位于葡萄糖异头碳，即C1位的空间构型。

在D-吡喃葡萄糖的标准Haworth投影中，C5位羟甲基（—CH₂OH）朝上：

         ①α-熊果苷：C1位连接对羟基苯氧基的糖苷键朝下，与—CH₂OH位于糖环两侧；在常见的⁴C₁椅式构象中，该取代基处于轴向。

         ②β-熊果苷：C1位糖苷键朝上，与—CH₂OH位于糖环同侧；在⁴C₁椅式构象中，该取代基处于赤道向。

         这种差异改变了对羟基苯基相对于葡萄糖环的三维朝向，从而影响分子与酪氨酸酶及糖苷酶的空间匹配和识别。两者虽然分子式和相对分子质量相同，但属于不同的化学成分。[1]

1.3 熊果苷来自哪里

         自然界中常见的熊果苷主要为β-熊果苷，可存在于熊果叶、梨树叶以及其他多种植物的叶片或树皮中。植物提取物通常还含有酚酸、黄酮、鞣质和其他糖苷，因此“熊果叶提取物”与具有明确化学身份和纯度要求的β-熊果苷原料并不相同。[1]

         商业化α-熊果苷主要通过选择性糖基化制备。代表性酶法以对苯二酚为糖基受体、麦芽糖为糖基供体，在具有转糖基活性的微生物细胞催化下选择性形成α-D-葡萄糖苷键。酶法的主要作用是控制糖苷键构型和连接位置，减少β型、双糖基化产物及其他副产物。[3]

2 葡萄糖基连接后改变了什么

         葡萄糖糖苷化并不是简单增加一个亲水基团，而是同时改变分子的酶识别、溶解行为、皮肤分配、化学反应性和安全评价方式。

         α-熊果苷在水中的溶解度较高，β-熊果苷也较易溶于水和丙二醇，而在角鲨烷、橄榄油等油相中的溶解度较低。这种明显的水相偏好说明，熊果苷在配方中容易溶解，但从水相进入角质层细胞间脂质的分配驱动力相对有限。[1]

3 α-熊果苷与β-熊果苷的差异

3.1 异头构型改变三维形状

         α-熊果苷和β-熊果苷属于异头体。以D-葡萄糖的环状结构表示时，α型糖苷键与葡萄糖C5位羟甲基位于环平面的相对两侧；β型糖苷键与C5位羟甲基位于环平面的同侧。

         这一差异会改变葡萄糖相对于对羟基苯基的空间朝向、分子水合状态和氢键排布。酪氨酸酶具有明确的空间选择性，因此能够区分两种异头构型。

3.2 两种构型的酶学表现不同

         1995年的比较研究采用蘑菇酪氨酸酶和小鼠黑色素瘤来源酪氨酸酶。β-熊果苷可抑制两种酶，而α-熊果苷在该研究中主要抑制小鼠黑色素瘤酪氨酸酶，其半数抑制浓度为0.48 mmol/L，作用强度约为同一模型中β-熊果苷的10倍。动力学分析分别提示α型为混合型抑制、β型为非竞争性抑制。[4]

         这一结果表明，异头构型能够显著影响酶识别，但“约10倍”的数值对应特定的小鼠酶、底物和检测条件，不代表人体皮肤中恒定的功效倍数。

         在人黑素细胞研究中，β-熊果苷表现为可逆竞争性酪氨酸酶抑制剂；α-熊果苷在人黑色素瘤细胞和三维人皮肤模型中可降低细胞酪氨酸酶活性和黑色素生成，但相关研究未在人源体系中确定其完整动力学类型。[5,6]

3.3 两种构型的稳定性接近

         平行稳定性研究显示，α-熊果苷和β-熊果苷在温和储存条件下均可保持相对稳定，在强水解条件下均可能生成对苯二酚。研究中未观察到α型和β型之间相互转化，两者总体稳定性更受pH、温度、配方组成和储存时间影响。[8]

4 熊果苷如何影响黑色素生成

4.1 酪氨酸酶控制黑色素形成的早期反应

         黑色素在黑素细胞内的黑素体中合成。酪氨酸酶是一种含双铜催化中心的氧化酶，参与黑色素合成前端的两步反应：

L-酪氨酸

↓ 酪氨酸酶单酚酶活性

L-3,4-二羟基苯丙氨酸（L-DOPA）

↓ 酪氨酸酶二酚酶活性

多巴醌

↓ 后续氧化、环化和聚合

真黑素或褐黑素

         熊果苷降低的是黑色素合成前端的催化通量。当L-酪氨酸和L-DOPA向多巴醌的转化受到限制，后续可用于黑色素形成的中间体随之减少。

已经形成的黑色素不会因酪氨酸酶活性下降而立即消失。可见肤色变化还依赖含黑色素角质形成细胞向皮肤表面的迁移和脱落，因此熊果苷的作用表现为逐步减少新生色素，而不是直接溶解现有黑色素。

4.2 β-熊果苷的竞争性抑制

         β-熊果苷保留了与酪氨酸和L-DOPA相似的酚性芳香环，可与正常底物竞争酪氨酸酶的底物结合区域。

         在人黑素细胞培养研究中，β-熊果苷在未表现明显细胞毒性的浓度下，降低了细胞酪氨酸酶活性和黑色素生成，但没有明显降低酪氨酸酶信使核糖核酸，即messenger ribonucleic acid（mRNA）的表达。动力学结果支持其为可逆竞争性抑制剂。[5]

竞争性抑制可表示为：

         酪氨酸酶 + 正常底物 ⇌ 酶—底物复合物 → 多巴醌

         酪氨酸酶 + β-熊果苷 ⇌ 酶—熊果苷复合物

         当β-熊果苷占据或干扰底物结合区域时，正常底物与酶形成有效催化复合物的机会下降。熊果苷解离后，酶仍可重新结合正常底物，因此该作用具有可逆性。

4.3 α-熊果苷主要降低细胞酶活性

         在人黑色素瘤HMV-II细胞中，0.5 mmol/L α-熊果苷使黑色素生成量降低至未处理组的约76%，同时降低了细胞酪氨酸酶活性，而酪氨酸酶mRNA表达未发生明显变化。在三维人皮肤模型中，研究所用剂量使黑色素量降低至对照组的约40%。[6]

         这些结果说明，α-熊果苷的主要细胞作用同样集中于酪氨酸酶催化活性的降低，而不是通过显著减少酪氨酸酶基因转录来发挥作用。

4.4 不同酶状态对应不同反应角色

         酪氨酸酶在催化循环中可处于脱氧态、氧合态和高铁态。细胞研究观察的是完整细胞环境中的总酶活变化，纯化酶研究则可以解析某一特定酶状态下的化学反应。

         2017年的纯化蘑菇酪氨酸酶动力学研究显示，氧合型酪氨酸酶能够在α-熊果苷和β-熊果苷游离酚羟基的邻位进行羟化，形成邻二酚中间体并进一步产生不稳定的邻醌。在该实验条件下，两种熊果苷表现为酪氨酸酶的可转化底物，β-熊果苷与酶的表观亲和力高于α-熊果苷。[7]

熊果苷与酪氨酸酶之间包含两类相互联系的过程：

         ① 在人黑素细胞等生物体系中，降低正常底物的催化转化和黑色素生成；

         ② 在特定纯化酶状态和反应条件下，被酪氨酸酶进一步羟化和氧化。

         酶来源、酶氧化状态、底物类型和检测方法不同，会使实验中观察到的动力学类型发生变化。

5 熊果苷能否改善色素沉着

5.1 熊果苷具有明确的体外色素调节依据

         现有细胞和组织模型研究支持α-熊果苷和β-熊果苷降低酪氨酸酶活性及黑色素生成。其主要作用对象是新生黑色素合成过程，因此更适合用于改善黑色素生成过度相关的肤色不均和色素沉着。[5,6]

熊果苷的功效链条包括：

         配方中保持稳定 → 从剂型中释放 → 进入角质层并向活表皮分配 → 在黑素细胞周围形成可作用的局部浓度 → 降低酪氨酸酶催化活性 → 减少新生黑色素

         酶学活性只是这条链条中的一个环节。配方释放、皮肤分配或化学稳定性不足，都会降低最终效果。

5.2 人体研究多采用复配体系

         一项随机对照研究评价了含α-熊果苷、传明酸、烟酰胺和发酵滤液等成分的复配精华。44名健康受试者在前臂皮肤使用4周后，复配精华组和对苯二酚对照组的皮肤亮度及色素强度均有所改善。[11]

         该研究支持含熊果苷复配配方在健康皮肤上的短期提亮和色素强度改善，但无法单独计算熊果苷对总功效的贡献。单一熊果苷、载体对照和长期随访的人体研究数量仍少于酶学、细胞和三维皮肤模型研究。

6 皮肤屏障如何限制熊果苷递送

6.1 水溶性与皮肤渗透性不是同一性质

         熊果苷中的葡萄糖部分含有多个羟基，使分子容易与水形成氢键。该特征有利于其在精华、凝胶或乳液水相中溶解，却降低了分子进入角质层细胞间脂质的倾向。

外用熊果苷需要依次经历两次分配：

         ① 从配方水相释放；

         ② 从皮肤表面进入角质层及活表皮。

         配方对熊果苷的溶解能力过低时，原料可能析晶；溶解和水合过强时，熊果苷又可能过度停留在水相中。有效递送需要在溶解稳定性与皮肤分配驱动力之间取得平衡。

6.2 离体人皮肤研究显示总体吸收较低

         消费者安全科学委员会，即Scientific Committee on Consumer Safety（SCCS），汇总的放射性标记离体人皮肤研究显示，α-熊果苷作用24小时后的经皮吸收量，即表皮、真皮和受体液中检出的放射性相关物质总量，约占施用剂量的0.27%±0.13%；安全评估采用平均值加两倍标准差所得的0.53%。

         β-熊果苷在不同乳霜和凝胶中的24小时经皮吸收量约占施用剂量的0.126%～0.214%。由于β-熊果苷试验未计入胶带剥离所得的角质层样品，测得的吸收量可能偏低。虽然这些研究在样本量和试验设计方面存在一定局限，但总体表明，在相应离体试验条件下，两种熊果苷进入表皮、真皮和受体液的比例均较低。[1]

6.3 载体可调节熊果苷的释放与皮肤沉积

         一项负载α-熊果苷的功能化壳聚糖纳米粒研究显示，该纳米粒可延缓α-熊果苷释放，增加其在离体大鼠皮肤中的沉积，且未观察到跨皮肤进入受体液。在20名表皮型黄褐斑女性的小样本分脸研究中，与等量游离α-熊果苷凝胶相比，纳米粒凝胶在黄褐斑相关评价指标上表现出较大的改善幅度。[10]

7 pH、温度和微生物如何影响稳定性

7.1 熊果苷的水解反应

熊果苷中的O-糖苷键可在化学或酶促条件下断裂：

         α-熊果苷或β-熊果苷 + H₂O

         → 对苯二酚 + D-葡萄糖

         水解后形成的对苯二酚还可能继续发生氧化，形成半醌、苯醌或其他反应产物。因此，熊果苷含量下降、对苯二酚增加和配方颜色变化可能属于连续发生的不同阶段。

7.2 pH是糖苷键稳定性的关键变量

         SCCS汇总的稳定性资料显示，2%或3%的α-熊果苷在pH 4.5、5.0和6.0缓冲液中，于50 ℃储存28天后保持较高回收率，对苯二酚未被该方法检出；但该试验的对苯二酚检测限为50 μg/mL，检测灵敏度有限。[1]在另一组水溶液试验中，初始pH 3.5的样品在40 ℃储存3个月后检测到22.7 ppm对苯二酚，而pH 4.5～7.5样品中的对苯二酚低于3 ppm。[1]

         β-熊果苷在提交的配方资料中于pH 5～7表现出较好的储存稳定性；在pH≤3的加热试验中，β-熊果苷含量下降并伴随对苯二酚快速增加。公开研究和SCCS资料还提示，pH低于4时β-熊果苷的降解风险增加。[1]

         综合现有资料，约pH 4.5～6.5可作为熊果苷配方的优先筛选范围。最终pH仍需根据具体剂型、缓冲体系、复配成分和长期储存数据确定。

7.3 温度加快水解和后续氧化

         升高温度会加快糖苷键水解、对苯二酚氧化及配方组分之间的副反应。部分α-熊果苷制剂在40～50 ℃储存时仍保持较高主成分回收率，但出现黄色或黄褐色变化，说明仅检测熊果苷剩余量不足以完整评价配方稳定性。[1]

         生产过程中可在乳化主体完成并适当降温后加入熊果苷，以减少长时间热暴露。加入温度需要结合原料溶解性、设备剪切和剂型工艺进行验证。

7.4 光、氧和金属离子影响降解产物

         α-熊果苷和β-熊果苷原料在部分光稳定性试验中表现相对稳定，但实际配方中的光照、氧气和过渡金属离子可能促进已生成对苯二酚的进一步氧化。配方颜色变化可能来自对苯二酚及其氧化产物，也可能来自其他原料之间的反应。[1,8]

7.5 皮肤微生物可参与糖苷水解

         体外研究显示，所测试的表皮葡萄球菌和金黄色葡萄球菌菌株能够水解β-熊果苷并形成对苯二酚。不同菌株的水解活性存在明显差异。[9]

         SCCS资料还显示，在未经抗生素处理的离体猪皮肤中可检测到对苯二酚及其他降解产物，抗生素处理后相关降解减少，提示皮肤微生物可能参与α-熊果苷转化。人体皮肤上的实际转化程度还可能受到微生物组成、皮肤部位、接触时间和局部pH等因素影响。[1]

8 配方设计如何兼顾稳定性和递送

9 安全与法规要求

根据欧盟现行《委员会条例（EU）2024/996》对相应产品类别的规定：

         ①Alpha-Arbutin在面霜中的最高浓度为2%；

         ②Alpha-Arbutin在身体乳中的最高浓度为0.5%；

         ③Arbutin，即β-熊果苷，在面霜中的最高浓度为7%；

         ④含Alpha-Arbutin或Arbutin的配方中，对苯二酚含量应尽可能低，并且不高于不可避免的痕量。[2]

         SCCS在安全意见中认为，α-熊果苷按上述面霜和身体乳浓度使用、β-熊果苷在面霜中按7%使用时具有可接受的安全性，也认为两者在相应浓度下的合并暴露可接受。[1]

         不同地区的原料目录、产品类别和使用限制可能不同，产品开发需要依据目标市场的现行法规进行确认。

10 熊果苷结构与降解、酪氨酸酶及色素调节、配方稳定性与皮肤递送相关代表产品分类及科研应用

         说明：以下产品涵盖α/β-熊果苷及结构对照、糖苷水解与氧化产物、酪氨酸酶及黑色素合成研究、色素调节机制对照、配方稳定性和皮肤递送材料。酶、细胞模型诱导剂及部分抑制剂主要用于科研和分析评价，不代表均可直接用于化妆品配方。

表1 熊果苷核心化合物、结构对照及糖苷水解与氧化研究相关产品

表2 酪氨酸酶、黑色素合成底物及细胞色素生成模型相关产品

表3 多环节色素调节与熊果苷复配机制研究相关产品

表4 熊果苷配方稳定性、缓冲体系及皮肤递送相关产品

         注：以上为阿拉丁代表性科研相关产品，具体用途应结合产品规格、批次COA及目标反应或评价体系确定。更多产品规格、级别和COA信息可用“品名/CAS/货号”在阿拉丁官网检索。

参考文献

[1] SCCS (Scientific Committee on Consumer Safety). Opinion on the Safety of Alpha- (CAS No. 84380-01-8, EC No. 617-561-8) and Beta-Arbutin (CAS No. 497-76-7, EC No. 207-850-3) in Cosmetic Products. Preliminary version, 15–16 March 2022; final version, 31 January 2023. SCCS/1642/22.

[2] European Commission. Commission Regulation (EU) 2024/996 of 3 April 2024 Amending Regulation (EC) No 1223/2009 of the European Parliament and of the Council as Regards the Use of Vitamin A, Alpha-Arbutin and Arbutin and Certain Substances with Potential Endocrine Disrupting Properties in Cosmetic Products. Official Journal of the European Union. 2024;L 2024/996, 4 April 2024.

[3] Kurosu J, Sato T, Yoshida K, Tsugane T, Shimura S, Kirimura K, Kino K, Usami S. Enzymatic Synthesis of Alpha-Arbutin by Alpha-Anomer-Selective Glucosylation of Hydroquinone Using Lyophilized Cells of Xanthomonas campestris WU-9701. Journal of Bioscience and Bioengineering. 2002;93(3):328–330. doi:10.1263/jbb.93.328.

[4] Funayama M, Arakawa H, Yamamoto R, Nishino T, Shin T, Murao S. Effects of α- and β-Arbutin on Activity of Tyrosinases from Mushroom and Mouse Melanoma. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 1995;59(1):143–144. doi:10.1271/bbb.59.143.

[5] Maeda K, Fukuda M. Arbutin: Mechanism of Its Depigmenting Action in Human Melanocyte Culture. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 1996;276(2):765–769.

[6] Sugimoto K, Nishimura T, Nomura K, Sugimoto K, Kuriki T. Inhibitory Effects of α-Arbutin on Melanin Synthesis in Cultured Human Melanoma Cells and a Three-Dimensional Human Skin Model. Biological and Pharmaceutical Bulletin. 2004;27(4):510–514. doi:10.1248/bpb.27.510.

[7] Garcia-Jimenez A, Teruel-Puche JA, Berna J, Rodriguez-Lopez JN, Tudela J, Garcia-Canovas F. Action of Tyrosinase on Alpha and Beta-Arbutin: A Kinetic Study. PLOS ONE. 2017;12(5):e0177330. doi:10.1371/journal.pone.0177330.

[8] Avonto C, Wang YH, Avula B, Wang M, Rua D, Khan IA. Comparative Studies on the Chemical and Enzymatic Stability of Alpha- and Beta-Arbutin. International Journal of Cosmetic Science. 2016;38(2):187–193. doi:10.1111/ics.12275.

[9] Bang SH, Han SJ, Kim DH. Hydrolysis of Arbutin to Hydroquinone by Human Skin Bacteria and Its Effect on Antioxidant Activity. Journal of Cosmetic Dermatology. 2008;7(3):189–193. doi:10.1111/j.1473-2165.2008.00387.x.

[10] Hatem S, Elkheshen SA, Kamel AO, Nasr M, Moftah NH, Ragai MH, Elezaby RS, El Hoffy NM. Functionalized Chitosan Nanoparticles for Cutaneous Delivery of a Skin Whitening Agent: An Approach to Clinically Augment the Therapeutic Efficacy for Melasma Treatment. Drug Delivery. 2022;29(1):1212–1231. doi:10.1080/10717544.2022.2058652.

[11] Anwar AI, Wahab S, Widita W, Nurdin AR, Budhiani S, Seweng A. Randomized Control Trial Outcomes of Tranexamic Acid Combination Serum as a Depigmenting Agent for the Use in Healthy Individuals. Dermatologic Therapy. 2019;32(6):e13146. doi:10.1111/dth.13146.

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