生物科技於美粧品之開發應用

生物科技於美粧品之開發應用

近年來，在經濟成長及生活水準提昇下，美容、化粧及保養已成為日常生活的一環；加上高齡化社會的來臨，美粧品產業的發展，已成為台灣經濟發展之重要課題；然而，經歷金融海嘯後，一般民眾之消費趨勢改變，進而帶動美粧品市場的調整，驅動優質平價產品、新興科技及生技新原料等產業構面的發展。生物技術應用於美粧品產業，可降低原料成本、提升產品功能，並符合目前崇尚自然兼具美容療效或cosmeceutical 的潮流，近年來，生物科技應用於美粧品產業，已成為各界矚目的焦點，尤其在抗老意識抬頭及消費者對產品具備安全、快速、顯著效果的需求，也日漸增加，加上訴求療效的風潮，更帶動醫學美容產品成為市場上的熱門產品。

現今消費者對於「美粧品」的要求，已經不是簡單地僅為掩飾皮膚外觀或是僅為提供皮膚會變好之「夢想」；相反地，美粧品的「有效性」也被要求，因此許多具有創新的有效成分也不斷地被開發出來，其中生物科技所開發之活性成分是市場成長主因之一，以現代生物科技搭配生物化學技術與皮膚生理生化理論（如發現水通道蛋白 aquaporin 及熱休克蛋白 heat shock protein 的功能等），已陸續開發許多新的生技美粧品原料。生物技術結合生化科學，運用細胞培養、醱酵技術、生化科技和篩選技術，使人們有機會獲得在美粧品領域極有應用價值之細胞或微生物的生物分子，其成功案例不勝枚舉。以下僅以部分原料，簡要介紹生化科技或生物技術應用於美粧品之案例：

一、胜肽原料

現今科學家利用生物化學方法合成胜肽，常用固相多胜肽合成法 (solid-phase peptide synthesis 簡稱SPPS)，此合成法可以有效和快速地合成已知序列之胜肽，這種技術可以同時合成約一百個胺基酸長度的多胜肽。此方法之優點是可提高胜肽原料之純度，配合自動化合成設備，可縮短製備時間，因此目前胜肽原料已有量產(表一)，且已成為美粧品中最常見的活性成分之一，依胜肽之作用機制又分為：

1. 競爭型胜肽 (competitive peptide)

競爭型胜肽是模仿人體上已發現的其他胜肽，在特定的生化反應下，與其競爭，達到特定之皮膚功效。例如魚尾紋、抬頭紋及法令紋屬於「表情紋」，此類皺紋產生，源自表情肌肉細胞的過度刺激，使臉部肌肉過度收縮，導致這種類型的皺紋。在美容醫學上，醫師為患者注射肉毒桿菌神經毒素 (botulinum neurotoxin) ，阻礙肌肉收縮，可有效地減少表情紋的形成；然而，此技術並不適用於美容師，且有不可逆的風險。因此，化粧品原料廠商開發另一種方法，使用六胜肽 (Glu–Glu–Met–Gln–Arg–Arg) 競爭性地抑制刺激肌肉細胞收縮之神經傳遞物質的作用，達到類似肉毒桿菌毒素的效果。SNARE 蛋白質複合物，又稱soluble NSF-attachment protein receptors，可控制神經傳遞物質釋放的胞吐作用 (exocytosis)，六胜肽作用於SNARE蛋白質複合物可控制神經傳遞物質的釋放，其原理係模擬SNARE蛋白質複合物之SNAP-25的六個胺基酸序列，當六胜肽連接到SNAP-25蛋白質時，此結構無法引起神經傳遞物質的釋放，因此減少刺激肌肉細胞收縮。利用六胜肽，減少肌肉收縮的過程，雖然不是永久性的，卻可使表情紋減少，且是可逆和可控制的方式，因此在美粧品應用上，反顯得更安全。

2. 模擬胜肽

在皮膚已經發現許多重要的生物分子，例如細胞外基質膠原蛋白 (collagen) 和laminin，其中laminin是由三個稱為α，β和γ之胜肽鏈以雙硫鍵連結而成的醣蛋白。Laminin 和 integrins（在細胞外基質的相互作用受體，並負責辨認laminin）負責細胞黏附和血管新生成。當膠原蛋白和laminin這兩種蛋白質的合成減慢時，會造成皮膚的緊實度下降及皺紋的出現；利用合成的五胜肽或六胜肽，模擬此類分子，直接作用在纖維母細胞，藉以協助這些細胞外基質的合成，達到延緩皮膚老化之目標。

合成五胜肽可刺激纖維母細胞生成膠原蛋白、fibronectin及其他細胞外基質；而六胜肽(模擬 laminin 之α鏈結構)，也可促進人類纖維母細胞 laminin 和 integrins 的合成，增加皮膚細胞的粘附和增殖。在活體試驗 (in vivo) 包含皺紋表面、體積、密度和深度的測量等，證實此類胜肽局部應用後可達到改善皮膚效果。

3. 神經胜肽

b -內啡肽(b-endorphin)，屬於內源性的多胜肽，為31-胺基酸的神經激素，可作為「抗壓力」及「放鬆」的訊息傳遞分子，除了這種抗壓及放鬆的效果外，此激素可以作用在其他活性，如脂肪分解，在這種情況下，連結神經內分泌系統和脂肪組織之間的相互關係，即所謂的neurocosmetic概念。 b -內啡肽的脂肪分解作用在於其特定之胺基酸序列Tyr–Gly–Gly–Phe–Leu，此胺基酸序列即為腦啡肽(enkephalin)，具有脂肪分解作用，但沒有神經激素的副作用，因為此腦啡肽胺基酸序列，只是b-內啡肽之部分片段，並非完整的胜肽，因此可選擇性地促進脂肪分解，而不會對神經系統造成影響。

二、細菌及酵母菌醱酵產物

1. 抗醣化效果 (anti-glycation effect)

蛋白質的醣化作用又稱為梅納 (Maillard) 反應，可導致蛋白質結構的交聯，尤其是膠原蛋白的結構，此作用為皮膚老化的因素之一。在Saccharomyces酵母和Xylinum細菌共生下，以甜紅茶作為培養液進行醱酵，原本此過程可生產富含維生素B群的飲料，卻意外發現其醱酵產物可抑制蛋白質醣化，顯示其具有開發成為抗老化美粧品之應用價值。在in vitro (體外) 研究中，比較其醱酵產物與已知的抑制醣化的物質aminoguanidine之抗醣化活性，結果顯示Saccharomyces酵母和Xylinum細菌共生的過程中所獲得的醱酵產物，具有極佳的抗醣化效果，此例說明利用生物技術，則食品亦有機會應用於美粧品。

2. 蛋白質水解劑 (proteolytic agents)

果酸（alpha hydroxy acid）可讓角質層更新，以消除表皮老廢細胞，使皮膚紋理更細緻；然而，果酸是刺激性高之物質，容易造成皮膚敏感及刺痛。若改用生物技術的新概念，利用枯草芽孢桿菌Bacillus subtilis醱酵所得到的蛋白酶，進行角質蛋白水解作用，亦可促進角質層細胞更新，且相較於果酸較無刺激性。

3. 細胞保護與熱休克蛋白刺激物質

在尋找新的可應用物質時，有一些研究專門針對能夠在極端條件下生存的生物，因為微生物對環境因子的耐受性，隨種類而有所不同，假如特殊微生物能夠在一特別的棲所生長和繁殖，則該棲所的微生物可能具有特殊代謝系統或特殊分子，才能生存於特殊環境。例如：研究顯示某些嗜鹽菌 (halophilic bacteria)，如Ectothiorhodospira halochloris，因為含有 Ectoin 分子(或稱 Ectoine)，其化學結構如圖一所示，能保護細胞免受極端條件下之傷害，維持滲透壓平衡和穩定的蛋白質、核酸和生物膜結構。研究人員進行的研究，顯示這些分子也可以被用來保護人體皮膚細胞，如紫外線輻射會造成 Langerhans 細胞的破壞，Langerhans 細胞是皮膚最重要的抗原呈現細胞，若被傷害會導致皮膚免疫力下降。將嗜鹽菌之 Ectoin應用於美粧品，具有防止紫外線輻射對人體皮膚Langerhans細胞的破壞以及增加熱休克蛋白HSP 72/73的表現。另一個例子是嗜熱菌 Thermus thermophilus 的發現，其天然棲息地是在加州灣的海洋深谷中，對一般生物而言，屬於非常惡劣的環境，具有非常高濃度的自由基且溫度高達