3、MAPK信号通路及其植物原料

       在表皮中，角质形成细胞响应包括衰老在内的各种刺激分泌大量细胞因子，称为干细胞因子(SCF)，其在调节人黑色素细胞的生命周期以及其他因素中起关键作用。MAPK信号途径中的激酶MEK 和ERK 涉及黑色素细胞受体的激活，配体通过与受体细胞外结构域结合激活复杂机制(Ras-Raf-MEK-ERK)，从而导致小眼畸形相关转录因子（MITF）上调。当信号配体 SCF 与细胞表面上的c-Kit 受体结合时，Ras 激活B-raf 激酶，然后激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联。MAPK家族蛋白包括细胞外信号调节激酶 1/2(ERK1/2)，c-Jun 氨基末端激酶(JNK)和 p38。ERK或 JNK 活化(即磷酸化)触发 MITF 的表达，导致其降解并随后下调黑色素生成。与该通路相反，ERK 的激活可导致CREB的磷酸化，磷酸化的CREB 与MITF启动子区域的CRE 共有基序结合以上调表达MITF基因。 p38的磷酸化激活 MITF 表达，反过来上调黑色素生成相关蛋白，进而影响黑色素合成。

       另外一个激活MAPK 通路传导的途径是内皮素(EDN)与其受体的相互作用。EDN 与其受体EDNRB(一种G蛋白偶联受体)的相互作用是角质形成细胞和黑色素细胞之间关键的旁分泌相互作用之一。在内皮素肽中，EDN-1(血管收缩肽)与其受体结合可介导黑色素细胞增殖、黑色素生成、迁移等过程。此外，研究表明，由 EDN-1引发的黑色素生成伴随着MITF 介导的糖蛋白跨膜途径，该蛋白为非转移性黑色素瘤蛋白 b(GPNMB)，这是黑素体形成的关键因素。EDN-1和SCF 之间存在细胞内信号的相互作用，它通过 EDN-1 诱导的 PKC 激活和 SCF 诱导的c-kit 自身磷酸化(激活)之间的串扰协同刺激DNA 和黑色素合成。该过程启动 MAPK 级联以进一步作用于黑色素生成的下游途径。

       研究表明，白藜芦醇处理HT-144 细胞可使其以浓度依赖性抑制其增殖，通过调控 MEK/ERK 通路加强 CREB 的表达。槲皮素-3-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→6)-β-D-吡喃葡萄糖苷 (QCGG)通过细胞外信号相关蛋白激酶(ERK)激活，降低酪氨酸和酪氨酸相关蛋白的表达，随后下调 CREB、p38 和MITF，从而减少黑色素合成等。川陈皮素能剂量依赖方式降低EDN和SCF诱导的CREB磷酸化和MITF的表达，下调TYR的表达，进一步抑制EDN和SCF诱导的人黑素细胞中黑色素的合成。在三维人体表皮模型中，川陈皮素也降低EDN和SCF诱导的MITF和TYR的表达，进而抑制黑色素的合成。醉茄提取物可降低EDN-1诱导的人黑素细胞中TYR的表达，也对SCF诱导的人表皮替代物（HEEs）的色素沉着有消除作用，但对TYR活性无直接抑制作用。

       4、Wnt/β-catenin信号通路及其植物原料

       Wnts 是富含半胱氨酸的分泌型糖蛋白，在胚胎发育过程中具有重要功能，特别是神经嵴细胞。Wnt 信号通路影响细胞命运、增殖、分化及迁移。Wnt 蛋白调节的信号通路包括经典通路(β-cateni依赖性通路)和非经典通路(β-catenin 非依赖性通路)。Wnt 蛋白质与G 蛋白偶联受体(Frizzled)结合激活经典途径，导致GSK3β 失活(在Ser21/9 磷酸化)，随后 β-catenin 在细胞质中积累并易位至细胞核。在细胞核内，β-catenin 与淋巴增强因子-T 细胞因子(LET-TCF)形成复合物增加 MITF 基因的表达，核 β-catenin 水平升高可增加 MITF 的表达，从而增加黑色素瘤细胞的存活和增殖，刺激黑色素生成。P21 激活的激酶4(PAK4)是CREB 的关键调节因子，作用于 MITF 上游，激活的 PAK4 通过两种不同的信号途径促进黑色素生成：CREB/MITF/酪氨酸酶和 β-catenin/MITF 信号途径。PAK4可通过双重机制稳定 β-catenin，一是直接增强 Ser675 位点的 β-catenin 磷酸化，抑制其降解；二是在 S33/37 阻断 β-catenin 的磷酸化，这是泛素化依赖性降解的指标。凡是对该通路中所涉及因子有影响的物质均可能会影响其信号传导，从而起到调节黑色素生成的作用。

       柚皮素在体外系统中没有直接调节酪氨酸酶活性但是在 B16-F10细胞中可通过激活 PI3K/Akt 或 Wnt/β-catenin 信号通路，刺激其细胞内酪氨酸酶活性。草豆蔻中的查尔酮小豆蔻明能够促进细胞内β-catenin的降解，下调黑色素生物合成途径相关蛋白的表达（包括MITF和TYR），从而抑制细胞中黑色素的生成。穿心莲内酯能抑制B16黑素瘤细胞中黑色素的合成和TYR的表达。

       5、NO/ cGMP信号通路及其植物原料

       NO 是一种可扩散的自由基，在多种细胞和组织中具有多效的生物调节作用。黑色素细胞和角质形成细胞响应炎性细胞因子产生 NO，角质形成细胞中 NO 的产生是由紫外辐射引起的。通过激活第二信使，NO 增加酪氨酸酶活性和黑色素生成，因此是影响黑色素生成的自分泌和旁分泌分子。 可溶性鸟苷酸环化酶(sGC)是 NO 的主要受体，一旦由角质形成细胞产生，NO 直接与含有血红素的蛋白质 sGC 结合使其活性增加，进而催化 GTP 转化为细胞内第二信使环磷酸鸟苷(cGMP)，因此导致 MITF 表达和黑色素生成。而且细胞内 cGMP水平还可影响蛋白激酶G(PKG)的活性，这种酶磷酸化可激活另一种促进酪氨酸酶表达的转录因子—蛋白1， 进而调节黑色素的生成。通过 cGMP 途径增强酪氨酸酶基因表达可能是 NO 诱导的黑色素生成的主要机制。但它还可能参与酪氨酸酶 mRNA 的诱导，在氧气存在时NO 与黑色素相关的代谢物 DHICA 反应，导致黑色素样色素的沉积。除此之外，NO 还对其他信号通路有影响，有研究表明， NO 途径可提高MC1R 的表达并刺激 α-MSH的分泌以增强黑色素生成的α-MSH 途径。

       香草酸能通过阻断NO/PKG信号通路来抑制黑色素的合成：香草酸通过下调细胞内NO含量、GC和蛋白激酶G（PKG）活性、cGMP浓度、NOS活性以及CREB的磷酸化，从而降低黑色素的生物合成。另外，香草酸也能下调α-MSH诱导的B16F10黑素瘤细胞中MITF和TYR的表达，降低TYR活性和抑制黑色素的合成。

       6、其他信号通路及其植物原料

       除了上述的调控黑色素生成的主要信号通路，还有其他途径也可参与黑色素生成，例如， MHY884 是一种酪氨酸酶抑制剂，可在 Thr23位点抑制 Akt 活化及 Akt 介导的 IKKα 磷酸化，减弱UVB 诱导的氧化应激，导致NF-κB 活性降低，进而调控黑色素生成。 Incontinentia pigmenti (IP) 和 Ectodermal dysplasia (ED) 在NF-κB 信号传导中表达缺陷而使皮肤色素沉着异常。此外，一些细胞因子在黑色素细胞增殖、分化、黑色素生成中发挥重要作用，比如，转化生长因子 β (TGF-β)，一种角质形成细胞衍生因子，在没有紫外线照射时，通过诱导 Smad 信号而抑制 Pax3 (The paired box 3，配对盒 3) 的褪黑细胞分化；紫外线照射激活 Jun N-末端激酶激活蛋白 1通路而抑制 TGF-β 在角质形成细胞内的产量，最终导致黑色素的生成。骨形态遗传细胞 (BMP)是 TGF-β 家族的重要成员，其中，BMP2、 BMP6可通过调节酪氨酸酶而增加黑色素生成，BMP4则抑制黑色素生成。基本成纤维细胞生长因子(bFGF)、肝细胞生长因子 (HGF)、白血病抑制因子 (LIF) 等细胞因子也会参与调控黑色素生成。

       咖啡酸苯乙酯 (CAPEE) 可抑制 MITF 与M-box 的结合而降低相关蛋白 TYR、 TRP-1、TRP-2 的表达，但不会影响 MITF 的表达。何首乌中的醌类成分大黄素，能下调TYR、TRP1和TRP2的mRNA和蛋白的表达，进一步降低细胞中TYR的活性和抑制黑色素的合成。人参皂苷F1能促进正常人表皮黑素细胞产生IL-13，而IL-13显著降低TYR和TRP2的mRNA和蛋白的表达，从而抑制黑色素的合成使得正常人表皮黑素细胞明显变亮。台湾火棘中的3, 6-二羟基-2, 4-二甲氧基二苯并呋喃，可通过下调正常人表皮黑素细胞中的上游转录因子PAX3，进一步下调MITF mRNA的表达以及下游TYR，TRP1和TRP2的表达，从而降低正常人表皮黑素细胞中TYR的活性。积雪草中的积雪草苷可通过下调节MITF表达，降低TYR的mRNA的表达来抑制黑色素的合成，从而降低黑素细胞中的黑色素含量。

       近年来，在寻找新的黑色素合成抑制剂和作用机理研究过程中，报道了大量天然的，特别是来自植物的通过不同信号通路抑制黑色素合成的提取物和单体。不过，值得注意的是，就皮肤美白功效而言，已经列入化妆品原料的植物提取物成功开发为黑色素合成抑制剂产品仍需进一步验证其功效，而对于暂未列入化妆品原料目录的提取物需进行原料申报，获得批准后方可应用于化妆品中。

       上篇回顾：《抑制黑色素合成的信号通路及其相关植物提取物简介（上篇）》

       参考资料

       [1]任倩倩,吴华,金建明.化妆品植物原料（Ⅳ）——抑制黑色素合成信号通路的植物美白原料的研究与开发[J].日用化学工业,2021,51(07):590-597.

       [2]赵美娟,户晶晶,倪辉,姜泽东,王力.黑色素生成信号通路研究进展[J].生物工程学报,2019,35(09):1633-1642.DOI:10.13345/j.cjb.190084.

       [3]马梓育,陆洋.体内黑色素合成、调控及常用天然、中药来源的黑色素抑制剂[J].中国中药杂志,2020,45(24):5898-5916.DOI:10.19540/j.cnki.cjcmm.20200818.601.

       作者简介：小泥沙，食品科技工作者，食品科学硕士，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品的开发与研究。