导语

        麦角硫因（L-ergothioneine，EGT）是一种含硫的L-组氨酸衍生物。目前已知的麦角硫因生物合成系统主要存在于部分细菌和真菌中，人体尚未发现相应的完整从头合成途径，体内的麦角硫因主要通过膳食获得。[2-4]

        人体虽然不能自行合成麦角硫因，却表达能够摄取这种分子的转运蛋白。该蛋白由溶质载体家族22成员4基因（solute carrier family 22 member 4，SLC22A4）编码，通常称为新型有机阳离子转运体1（organic cation transporter novel type 1，OCTN1）。OCTN1能够介导麦角硫因的高亲和力、可饱和跨膜摄取。人表皮角质形成细胞也表达OCTN1，可摄取并积累细胞外的麦角硫因。[5,6]

        这种转运需求与麦角硫因的结构有关。麦角硫因同时含有带正电荷的三甲基铵基和带负电荷的羧酸根，在生理环境中呈两性离子状态，水溶性较高，却不容易通过被动扩散进入细胞膜的疏水区域。其含硫咪唑环主要以硫酮形式存在，使分子较普通游离硫醇耐自发氧化。[1,3]

        进入细胞后，麦角硫因可参与部分高反应性自由基的电子转移反应；体外化学研究还显示，它能够结合一价铜并减弱铜催化氧化。在长波紫外线（ultraviolet A，UVA）处理的皮肤细胞模型中，麦角硫因与核因子红系2相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）介导的抗氧化反应及谷胱甘肽防御能力增强相关。[7-10]

1. 麦角硫因的来源和结构

1.1 基本化学身份

        麦角硫因的CAS号为497-30-3，分子式为C₉H₁₅N₃O₂S，相对分子质量为229.30。其结构由L-组氨酸来源的碳骨架、三甲基铵基、羧酸根和含硫咪唑环组成。[1]

        从化学分类看，麦角硫因属于含硫组氨酸甜菜碱，也可称为2-巯基组氨酸三甲基甜菜碱。它不是构成蛋白质的常规氨基酸，也尚未被正式列为人体必需维生素。[1,4]

麦角硫因结构中的主要带电基团包括：

①三甲基铵基：N⁺(CH₃)₃；

②羧酸根：COO⁻；

③含硫咪唑环：生理条件下主要呈硫酮结构。

正、负电荷同时存在，使麦角硫因在水溶液中主要呈两性离子状态。

1.2 生物来源与合成途径

        部分细菌和真菌能够从头合成麦角硫因。以分枝杆菌的经典途径为例，L-组氨酸首先经过连续甲基化形成组氨酸甜菜碱，即海西宁（hercynine），随后引入含硫基团，并经过进一步酶促转化生成麦角硫因。不同微生物使用的含硫底物和具体酶系并不完全相同。[2,3,14]

        人体基因组中尚未发现与这些微生物合成系统相对应的完整途径。人体内的麦角硫因主要来自食物，蘑菇是常见食物中较受关注的来源。麦角硫因被摄取后，可通过OCTN1进入细胞，并在部分组织中积累和保留。[4,5]

1.3 硫醇—硫酮互变与化学稳定性

麦角硫因的含硫咪唑环存在硫醇—硫酮互变异构：

硫醇形式：咪唑环—SH

硫酮形式：咪唑环C=S

        在接近生理pH的环境中，平衡主要偏向硫酮形式。与半胱氨酸、还原型谷胱甘肽等含有游离巯基的分子相比，硫酮结构降低了麦角硫因发生快速自氧化和形成二硫键的倾向。[3]

        这种稳定性使麦角硫因在一般水相环境中不容易持续消耗，同时仍能在较强氧化条件下参与电子转移。

1.4 两性离子结构与跨膜摄取

        细胞膜内部由疏水性脂质链构成。中性且具有一定脂溶性的小分子较容易通过被动扩散进入细胞；带电且水合程度较高的分子通常需要转运蛋白协助。

        麦角硫因同时含有稳定的正、负电荷，水合能力较强，不容易自由进入细胞膜的疏水区域。OCTN1异源表达实验显示，表达该转运蛋白的细胞能够明显积累麦角硫因，而缺少相应转运能力的细胞摄取量很低。[5]

2. OCTN1如何介导皮肤细胞摄取麦角硫因

2.1 高亲和力、可饱和的跨膜摄取

        OCTN1属于溶质载体22家族。2005年的异源表达研究发现，麦角硫因是OCTN1的高亲和力底物，转运过程具有浓度依赖性和饱和性，测得的米氏常数约为21 μmol/L。[5]

        OCTN1的主要作用是提高细胞内可利用的麦角硫因浓度。它并不直接产生抗氧化反应，而是决定麦角硫因能否有效到达细胞内部。

2.2 人表皮角质形成细胞表达OCTN1

        人皮肤组织和培养的人表皮角质形成细胞均可表达OCTN1。细胞外麦角硫因经OCTN1摄取后，可在角质形成细胞内积累。[6]

        在模拟太阳紫外线氧化应激的实验中，麦角硫因积累与以下变化相关：

        这些结果表明，OCTN1介导的跨膜摄取使角质形成细胞能够积累并利用外源麦角硫因。[6]

3. 麦角硫因如何参与细胞抗氧化网络

        活性氧（reactive oxygen species，ROS）是一组具有不同化学性质的氧化物种。超氧阴离子和羟基自由基属于自由基，过氧化氢属于非自由基ROS。低水平ROS参与细胞信号传递；当氧化物种的生成持续超过细胞的清除和修复能力时，会形成氧化应激。

麦角硫因参与氧化还原调节的主要机制包括：

3.1 与部分高反应性自由基发生电子转移

        脉冲辐解实验显示，羟基自由基、叠氮自由基和三氯甲基过氧自由基可使麦角硫因发生一电子氧化，即麦角硫因净失去一个电子并形成短寿命氧化中间体。[9]

        该结果表明，麦角硫因能够参与特定自由基引发的电子转移反应。其作用具有选择性，但不是清除全部活性氧，也不能替代过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化还原蛋白等内源抗氧化酶。

3.2 与Cu⁺配位并降低铜催化氧化

        铜离子可在Cu²⁺和Cu⁺之间循环，并在抗坏血酸或过氧化物存在时促进氧化反应。体外实验显示，麦角硫因可与Cu⁺形成氧化还原活性较低的配位复合物，从而减少铜催化的抗坏血酸氧化、DNA链断裂和蛋白质羰基形成。[10]

其作用过程可概括为：

麦角硫因与Cu⁺配位

→ 铜参与氧化还原循环的能力下降 → 铜催化氧化减弱

该机制来自体外化学研究，尚不能据此确定麦角硫因—铜复合物在人体皮肤细胞内的实际含量和生理作用。

3.3 激活Nrf2—ARE相关防御并支持谷胱甘肽合成

        核因子红系2相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）进入细胞核后，可与抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE）结合，促进抗氧化和解毒相关基因表达。

在UVA处理的HaCaT角质形成细胞中，125～500 nmol/L麦角硫因处理与以下变化相关：[7]

①Nrf2核内积累和ARE转录活性增加；

②血红素加氧酶1（heme oxygenase-1，HO-1）表达增加；

③NAD(P)H醌氧化还原酶1（NAD(P)H quinone oxidoreductase 1，NQO1）表达增加；

④谷氨酸—半胱氨酸连接酶催化亚基（glutamate-cysteine ligase catalytic subunit，GCLC）表达增加；

⑤细胞内还原型谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH）水平升高。

主要关系为：

Nrf2核转位 → ARE激活 → HO-1、NQO1和GCLC表达增加

其中：

GCLC表达增加 → 谷胱甘肽合成能力提高 → 细胞还原防御增强

        HO-1和NQO1属于Nrf2调控的其他防御分支，不直接参与谷胱甘肽合成。敲低Nrf2或OCTN1后，麦角硫因对UVA诱导ROS升高、细胞凋亡和细胞死亡的抑制作用减弱，表明OCTN1介导的细胞摄取和Nrf2相关信号均参与该细胞模型中的保护作用。[7]

4. 抗氧化网络对皮肤细胞的影响

4.1 角质形成细胞：氧化损伤和凋亡信号下降

        角质形成细胞位于活表皮，是紫外线和环境氧化刺激首先接触的皮肤活细胞。UVA可增加细胞内ROS，损伤DNA、蛋白质和脂质，并影响线粒体膜功能和凋亡通路。

        在HaCaT角质形成细胞实验中，麦角硫因预处理减轻了15 J/cm² UVA造成的损伤。研究观察到ROS生成减少，彗星试验所示的DNA损伤减轻，线粒体功能异常减轻，caspase-9和caspase-3活化下降，Bcl-2/Bax失衡得到缓解，细胞存活率提高。[7]

        这些结果来自培养细胞模型，不能直接等同于外用产品在人体皮肤中的功效。

4.2 成纤维细胞：AP-1、MMP-1与Ⅰ型前胶原

        UVA诱导的ROS可激活多条蛋白激酶通路，并促进激活蛋白1（activator protein 1，AP-1）中的c-Fos和c-Jun活化。AP-1可促进基质金属蛋白酶1（matrix metalloproteinase 1，MMP-1）表达。MMP-1参与Ⅰ型和Ⅲ型纤维状胶原的初始切割，是紫外线相关细胞外基质降解的重要环节。

在UVA处理的人皮肤成纤维细胞实验中，0.125～0.5 μmol/L麦角硫因处理与以下变化相关：

        这些结果表明，麦角硫因在该细胞模型中可通过降低氧化压力和AP-1—MMP-1信号，减少Ⅰ型前胶原降解。[8]

4.3 mtDNA 4977 bp常见缺失的初步证据

        线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）位于线粒体基质中，邻近内膜电子传递链。持续氧化压力可增加mtDNA碱基和链结构损伤。4977 bp缺失通常称为mtDNA“常见缺失”，可作为部分光老化研究中的线粒体损伤指标。

        2014年的一项初步研究使用来自4名供体的原代人皮肤成纤维细胞，在3周内反复进行UVA照射，并以聚合酶链式反应检测mtDNA 4977 bp缺失。实验使用20 μmol/L麦角硫因，同时检测细胞GSH水平。[12]

研究观察到，部分未处理的UVA样本出现4977 bp缺失，而相应的麦角硫因处理样本中未检测到该缺失；麦角硫因处理还伴随GSH水平升高。[12]

        该研究样本数量较少，且常见缺失仅在部分未处理样本中成功诱导。现有结果支持麦角硫因可能减少特定UVA模型中mtDNA 4977 bp常见缺失的形成，不支持其补回已经缺失的DNA片段或修复既有mtDNA突变。

4.4 动物实验提供的补充证据

        2024年的紫外线暴露小鼠研究和细胞研究观察到，麦角硫因处理与皮肤氧化损伤指标下降、抗氧化酶活性改善、基质金属蛋白酶减少以及PI3K/Akt/Nrf2相关信号变化有关。[13]

5. 麦角硫因与维生素C的氧化还原相互作用

        麦角硫因和维生素C都能参与水相氧化还原反应，但二者承担的作用不同。维生素C在生理环境中主要以抗坏血酸形式存在，能够快速提供电子；麦角硫因具有较稳定的硫酮结构、OCTN1介导的细胞摄取能力和Cu⁺配位能力。

5.1 维生素C还原麦角硫因的一电子氧化中间体

        麦角硫因（EGT）与某些强氧化性自由基反应后，可形成一电子氧化中间体。体外脉冲辐解研究显示，抗坏血酸能够向该中间体提供电子，使麦角硫因恢复还原状态，同时形成抗坏血酸自由基。[9]

该过程可简化表示为：

氧化物种 + EGT

→ EGT一电子氧化中间体

EGT一电子氧化中间体 + 抗坏血酸

→ EGT还原态再生 + 抗坏血酸自由基

该反应的二级速率常数约为6.3×10⁸ L·mol⁻¹·s⁻¹，说明在相应体外条件下反应速度较快。[9]

5.2 GSH、NADPH和NADH支持维生素C再生

        抗坏血酸提供电子后，可形成抗坏血酸自由基，并进一步生成脱氢抗坏血酸（dehydroascorbic acid，DHA）。这些氧化形式需要通过细胞还原体系重新转化为抗坏血酸。

人内皮细胞研究显示：

①抗坏血酸自由基可通过还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）依赖的机制还原；

②DHA的还原需要GSH，可通过直接反应和酶促反应完成；

③氧化型谷胱甘肽（oxidized glutathione，GSSG）可由谷胱甘肽还原酶利用NADPH还原为GSH。[11]

主要电子流可表示为：

DHA

—GSH及相关还原酶→ 抗坏血酸

GSSG

—谷胱甘肽还原酶、NADPH→ GSH

        上述机制来自人内皮细胞及其细胞裂解物研究，说明维生素C再生所需的基本细胞还原过程，但不是在皮肤细胞中对麦角硫因—维生素C复配进行的直接验证。

5.3 二者的氧化还原联系属于多组分还原网络

麦角硫因与维生素C之间已有实验支持的联系包括两个方向：

维生素C提供电子

→ 麦角硫因一电子氧化中间体再生

麦角硫因结合Cu⁺

→ 铜催化的维生素C氧化减少

        维生素C自身还需要GSH、NADPH、NADH和相关还原酶支持再生。相关的电子传递关系可概括为相互连接的还原过程：

NADPH可通过谷胱甘肽还原酶支持GSH再生；NADH或NADPH依赖机制可参与抗坏血酸自由基的还原；GSH及相关还原机制可将脱氢抗坏        血酸还原为抗坏血酸；再生的抗坏血酸可在体外向麦角硫因的一电子氧化中间体提供电子。麦角硫因与维生素C共同参与的是多组分氧化还原网络。[9-11]：

6. 从作用机制到外用配方

6.1 原料身份与质量

        天然提取、微生物发酵、酶催化和化学合成可能形成不同的杂质组成。原料来源不能单独决定功效，化学身份、纯度、稳定性和实际添加量更直接影响研究和配方结果。

6.2 添加量不等于细胞内浓度

外用麦角硫因需要经过以下步骤：

从配方中释放 → 进入角质层 → 到达活表皮 → 经OCTN1进入细胞 → 在细胞内积累

        配方标示浓度不能直接换算为活表皮细胞内浓度。离体皮肤分布、皮肤渗透或其他适当的递送研究，可用于确认麦角硫因是否到达OCTN1所在的活细胞环境。

6.3 与维生素C复配需要验证稳定性

麦角硫因与抗坏血酸具有体外氧化还原相互作用依据，但成品稳定性还会受到以下因素影响：

①使用L-抗坏血酸还是维生素C衍生物；

②配方pH；

③铁、铜等痕量金属；

④溶解氧和灌装条件；

⑤光照与储存温度；

⑥包装的避光性和阻氧性；

⑦开封后的含量、颜色、气味和pH变化。

维生素C衍生物需要经过相应转化，释放具有还原活性的抗坏血酸后，才可能直接参与麦角硫因一电子氧化中间体的还原。

6.4 不同实验回答不同问题

        原料化学实验和培养细胞实验不能替代最终配方的人体功效研究。配方组成、浓度、递送方式和使用周期发生变化后，需要对成品重新进行验证。

7. 麦角硫因结构、生物合成、OCTN1转运、抗氧化网络与线粒体光损伤研究相关代表化学品分类及科研应用

表1 麦角硫因核心化合物、生物合成前体与含硫代谢相关产品

表2 维生素C—谷胱甘肽—细胞还原当量网络相关产品

表3 金属催化氧化、抗氧化能力评价与氧化损伤检测相关产品

表4 Nrf2—MAPK/AP-1—MMP信号通路研究相关产品

表5 线粒体氧化应激、呼吸功能与膜电位评价相关产品

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] National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Summary for CID 5351619, Ergothioneine. PubChem. Accessed August 5, 2026.

[2] Seebeck FP. In vitro reconstitution of mycobacterial ergothioneine biosynthesis. J Am Chem Soc. 2010;132(19):6632–6633. doi:10.1021/ja101721e.

[3] Cumming BM, Chinta KC, Reddy VP, Steyn AJC. Role of ergothioneine in microbial physiology and pathogenesis. Antioxid Redox Signal. 2018;28(6):431–444. doi:10.1089/ars.2017.7300.

[4] Cheah IK, Halliwell B. Ergothioneine, recent developments. Redox Biol. 2021;42:101868. doi:10.1016/j.redox.2021.101868.

[5] Gründemann D, Harlfinger S, Golz S, Geerts A, Lazar A, Berkels R, Jung N, Rubbert A, Schömig E. Discovery of the ergothioneine transporter. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005;102(14):5256–5261. doi:10.1073/pnas.0408624102.

[6] Markova NG, Karaman-Jurukovska N, Dong KK, Damaghi N, Smiles KA, Yarosh DB. Skin cells and tissue are capable of using L-ergothioneine as an integral component of their antioxidant defense system. Free Radic Biol Med. 2009;46(8):1168–1176. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2009.01.021.

[7] Hseu YC, Lo HW, Korivi M, Tsai YC, Tang MJ, Yang HL. Dermato-protective properties of ergothioneine through induction of Nrf2/ARE-mediated antioxidant genes in UVA-irradiated human keratinocytes. Free Radic Biol Med. 2015;86:102–117. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2015.05.026.

[8] Hseu YC, Gowrisankar YV, Chen XZ, Yang YC, Yang HL. The antiaging activity of ergothioneine in UVA-irradiated human dermal fibroblasts via the inhibition of the AP-1 pathway and the activation of Nrf2-mediated antioxidant genes. Oxid Med Cell Longev. 2020;2020:2576823. doi:10.1155/2020/2576823.

[9] Asmus KD, Bensasson RV, Bernier JL, Houssin R, Land EJ. One-electron oxidation of ergothioneine and analogues investigated by pulse radiolysis: redox reaction involving ergothioneine and vitamin C. Biochem J. 1996;315(Pt 2):625–629. doi:10.1042/bj3150625.

[10] Zhu BZ, Mao L, Fan RM, Zhu JG, Zhang YN, Wang J, Kalyanaraman B, Frei B. Ergothioneine prevents copper-induced oxidative damage to DNA and protein by forming a redox-inactive ergothioneine-copper complex. Chem Res Toxicol. 2011;24(1):30–34. doi:10.1021/tx100214t.

[11] May JM, Qu ZC, Neel DR, Li X. Recycling of vitamin C from its oxidized forms by human endothelial cells. Biochim Biophys Acta. 2003;1640(2–3):153–161. doi:10.1016/S0167-4889(03)00043-0.

[12] Bazela K, Sołyga-Żurek A, Dębowska R, Rogiewicz K, Bartnik E, Eris I. L-Ergothioneine protects skin cells against UV-induced damage—A preliminary study. Cosmetics. 2014;1(1):51–60. doi:10.3390/cosmetics1010051.

[13] Li Y, Gao J, Liu S, Chen S, Wei X, Guan Y, Li X, Li Y, Huang Z, Li G, Zhao Y, Liu P, Zhang Y. Ergothioneine protects against UV-induced oxidative stress through the PI3K/AKT/Nrf2 signaling pathway. Clin Cosmet Investig Dermatol. 2024;17:1309–1319. doi:10.2147/CCID.S449987.

[14] Sato S, Saika A, Koshiyama T, Higashiyama Y, Fukuoka T, Morita T. Biosynthesis of ergothioneine: current state, achievements, and perspectives. Appl Microbiol Biotechnol. 2025;109:93. doi:10.1007/s00253-025-13476-4.

更多相关文章，详见下方：

水解珍珠原料解析：制备工艺、活性成分与护肤配方应用

4-MSK 的双靶向美白机制：抑制黑色素生成与减少表皮色素滞留

白藜芦醇在护肤研究中的抗氧化机制、稳定性与递送策略

阿魏酸在护肤中的抗氧化机制、维生素C/E协同与稳定递送应用

维生素E家族中的生育酚：如何阻断皮肤脂质过氧化的链式反应

α-硫辛酸的皮肤抗老机制：ALA/DHLA 氧化还原循环、抗氧化网络与胶原 AGEs 形成调控

谷胱甘肽外用护肤机制解析：细胞氧化还原调节、皮肤递送难点与 SLNs 递送策略

曲酸淡化色素沉着的作用机制：从酪氨酸酶抑制到黑色素生成调控

皮肤之下：护肤与医美体系中的蛋白质与肽类活性物质

从角质层脂质屏障理解神经酰胺：保湿与屏障修护机制、成分选择与配方研究思路

透明质酸酶：解锁生物医学领域的“魔法酶”

透明质酸

重组人源化Ⅲ型胶原蛋白的结构基础、制备技术与皮肤应用

海藻糖（Trehalose）的性质特征、制备工艺与应用技术指南

绿茶中发现的化合物

外泌体的来源、生物学功能、分离鉴定与应用前沿

细胞培养包被体系中玻连蛋白、层粘连蛋白与纤连蛋白的适用性比较

美容肽

白藜芦醇

阿魏酸：结构特征、制备获取与科研应用要点

解析化妆品级

如何破译美白密码？

烟酸（维生素B3）：结构特征、代谢作用与应用体系概览

美白的“六重关卡”

酪氨酸酶：黑色素合成的核心调控酶及其生物学与应用价值

谷胱甘肽简介