1、 文章 编 号 （） ：收稿日 期 基金 项 目 中国博士后科学基金会资助课题 （）；吉林省科技厅科研基金资助课题 （）作 者简 介 毕云枫 （），男 ，吉林省白城市人 ，讲师 ，理学 博士 ，主要从事酶学及酶分子生物学方面的研究 。通信作者 宋凤瑞 （：，：）天然酪氨酸酶抑制剂的种类及其对酪氨酸酶抑制作用的研究进展 毕云枫，宋凤瑞，刘志强（吉林农业大学食品科学与工程学院食品质量与安全教研室，吉林 长 春；中国科学院长春应用化学研究所化学生物学实验室 长春质谱中心 ，吉 林 长春 ）摘要 本文综述了几类天然植物来源的化合 物 ，如黄酮及其衍生物 、有机酸 、苷类 、萜类 、醛类 、酯类和香豆素
2、类等天然产物成分对酪氨酸酶活力的抑制作用及其机制 。其抑制作用可以分为竞争性抑制 、非竞争性抑制和混合型抑制 。同类化合物的抑制能力与化合物活性基团的种类 、数量和位置有关联 。许多化合物对酪氨酸酶的抑制能力强于当前的标准抑制剂 。本文重点阐述了几类天然成分对酪氨酸酶的抑制机理 ，为酪氨酸酶在各个领域的应用提供依据 。关键词 酪氨酸酶 ；抑制剂 ；天然药用植物 ；褐变中图分类号 ； 文献标 志码 酪氨酸酶 （）又称多酚氧化酶 ，普遍存 在于植物 、动物 、真菌和细菌中 。酪氨酸酶是由 个铜离子与酶蛋白结合的金属酶 ，酪氨酸酶具有单酚加羟酶和二酚氧化酶的活性 ，其催化反应过程 ：首先催化单酚为二
3、酚 ，再将二酚催化为醌类化合物 ，醌类再在无酶条件下聚合为黑色素类 。植物来源的食品和饮料发生褐变和虾类黑变病等就是由于酚类被酪氨酸酶的酶促氧化 ，造成基本氨基酸的破坏 ，食物的消化性和营养价值被破坏 ，并形成有毒化合物 。非营养产物和有毒化合物可能进一步减少食品的营养价值和安全性 ，使食品 、果蔬和饮料的价值降低 ，造成经济损失 ，特别是在热带鲜果中 ，酶促褐变导致的直接经济损失达 ；酪 氨酸 酶也是昆虫蜕皮过程中重要的酶类之一 ；酪氨酸酶是目前已知的生物体中唯一参与黑色素合成的关键酶 。与人类的色素障碍性疾病 、黑色素瘤 、白化病和老年痴呆等疾病的发生与治疗有直接关联。一些 化合物可以在食
4、品 生产和细胞黑色素形成时通过影响酪氨酸酶引起的反应或通过减少醌和二酚的形成抑制酶促褐变 。因为酪氨酸酶产生的褐变在食品工业的重要影响及其在黑色素生成方面的意义 ，使得有效的酪氨酸酶抑制剂化合物的研究具有重要意义 ，其可以广泛应用于食品添加剂 、昆虫控制剂和皮肤增白剂等的生产 。许多化学物质均被用做酪氨酸酶抑制剂 ，亚硫酸盐作为高效酪氨酸酶抑制剂 ，被广泛用于农业和海产品酶促褐变的抑制 ，但由于健康原因 ，亚硫酸制剂用于食品添加剂已经被美国食品药品管理局禁止使用 。世纪 年代末以来 ，已发现大量自然来源的酪氨酸酶抑制剂 ，但仅很少一部分用于皮肤增白剂的制造 ，其他大部分抑制剂由于安全性及稳定性
5、问题 ，而限制了其应用 ，如曲酸是多种曲霉和青霉的真菌代谢产物 ，是较好的过渡金属螯合剂和自由基清除剂 ，其通过螯合活性位点的铜抑制不同曲霉菌 、粗糙脉孢菌 、蘑菇 、一些植物和甲壳动物的酪氨酸酶 。而且 ，曲酸可以有效抑制有颜色产物的形成 ，并抑制儿茶酚胺 、多巴胺和去甲肾上腺素被酪氨酸酶氧化时氧的吸收 ；可以减少醌到二酚的过渡 ，防止最终有色物质的形成 ，并减少醌被氧化为黄色物质的量，是化妆品中常用的酪氨酸酶抑制剂 ，通常被作为参考化合物 。研 究表明 ：曲 酸容易导致皮炎和皮肤癌 而被一些国家禁止用于化妆品中 。因此 ，寻找天然 、高效和安全的酪氨酸酶抑制剂很重要 。天然抑制剂的研究中发
6、现了大量的中药中活性化合物 。本文对该类化合物进行简要综述 ，以期为酪氨酸酶抑制剂的研究提供依据 。 天然抑制剂的种类及其对酪氨酸酶的抑制作用机制 黄酮及其衍生物 由 个苯 环（环和 环）通过三碳第 卷第 期年 月吉林大学学报（医学版 ） （ ） 链相 互 联结而成的一类成分称为黄酮类化合物 ，因羟基 、甲氧基和糖苷侧链基团在 和 环间排列不同可以细分为黄烷醇 、黄酮 、黄酮醇 、黄烷酮 、异黄酮 、查耳酮 、二氢黄酮和橙酮等几大类 。黄酮类化合物广泛分布于植物的叶子 、种子 、皮和花中 ，目前有超过 种 黄酮 被确定 。对一些植物来讲 ，黄酮及其衍生物有抗紫外线 、病原体和防草食动物的保护作
7、用，其也是造成浆果和某些蔬菜呈 现红 色和兰色的原因 。甘草根提取物的结构分析结果表明 ：光甘草定 、光甘草素 、新甘草苷和异甘草素等化合物的亲脂性与其酪氨酸酶抑制力有关联 。这些提取物中 ，光甘草定 、光甘草素和新甘草苷表现出高抑制力 ，并且与剂量有关联 。带有 个异黄烷结构的光甘草定是甘草组分中抑制效果最强的 。所有甘草抑制剂中 ，抑制单酚比抑制二酚更有效 ，这说明其在第一步的氧化反应中是限速反应。对甘草黄酮衍生物的研究结果 表 明 ：甘草黄酮的 或 环上羟基的数量和位置是决定其抑制活力的重要因素 。一些含有 羟基酮结 构 的黄酮 ，如山奈酚和槲皮黄酮 ，可以通过螯合酪氨酸酶活性位点的铜来
8、竞争性抑制酶活性 ，导致酪氨酸酶不可逆性的失活 。螯合酪氨酸酶后山奈酚和槲皮黄酮理论上将失去其平面结构 ，发生一些扭曲 ，通常大部分竞争抑制剂与底物结构很相似 ，因此 ，山奈酚和槲皮黄酮分子可较容易地进入酪氨酸酶的活性位点阻止多 巴 胺 的进入。另一方面 ，黄酮醇上长链糖部分连接在羟 基 上，可 以阻碍多 巴 胺 接近酪氨酸酶的活性位点。然而黄酮苷如毛地黄黄酮 苷的 糖 部分 ，并不通过干扰多巴 胺 接近活性位点来抑制。另外 ，位点的羟基也稍微影响活性位点 ，槲皮黄酮比更亲酯的山奈酚显示了更大的抑制力。与山奈酚和槲皮黄酮形成对比的是其相应的苷 类 （山 奈酚 苷和 槲 皮黄酮 苷 ），在高 浓
9、 度下未显示高抑制力 。这意味着 处的自由羟基似乎 扮 演了一个诱发抑制力的重要角色。但是 ，尽管这个羟基以某 种 形式与抑制力有关联 ，但其可能不是决定因素 ，因为几个黄酮 ，如毛地黄黄酮和毛地黄黄酮 苷 ，均缺 乏 这个 羟基仍 然 显示酪氨酸酶抑制力。等从秦 椒 叶子中提取的槲皮素能抑制蘑菇的酪氨酸酶活力 ，这是竞争性抑制 ，但不抑制比基尼链霉菌的黑色素产生 ；而 等检测从旋复花异囊菊花萃取所得的槲皮素 ，通 过 螯合铜离子的作用 ，发现抑制蘑菇的酪氨酸酶反应是缓慢和可逆的过程 。最近研究发现 ：从菲律宾福木中分离的双黄酮化合物也可以抑制酪氨酸酶 ，抑制效果比曲酸更好。等发现 ：红 花黄
10、色素也能够抑制蘑菇酪氨酸酶 活性 ，半 数 抑 制 浓 度 （ ，）值为。这种 抑 制关系呈现一种剂量依赖性 。，三羟 基 异黄酮作为竞争性抑制剂 ，其抑制能力是曲酸的 倍 ，而其类似物黄豆黄素 、大豆素和染料木素则显示较低的酪氨酸酶抑制力 ，表明此异黄酮骨架的和 的羟 基 在活力抑制中起重要作用。水廖 中 提取的 （，）（）紫杉 叶 素 ，在 浓度 时抑 制了 的 酪氨 酸酶活力 ，抑制能力比曲酸和熊果苷强。以曲酸为标准抑制剂 ，部分黄酮类化合物作为酪氨酸 酶 抑制剂 ，其效果和机制见表 。表 黄酮类化合物对酪氨酸酶的抑制能力 （） ， （，）（） 有机酸 漆树科盐肤木的 叶子为了防止角倍蚜
11、的侵袭会分 泌丹宁酸 ，在叶子中脉迅速聚集形成独特的防御方式 。丹宁酸可抑制由酪氨酸酶催化的 多巴 胺 的氧化 ，其 为 。高丽参叶子中的香豆 酸 也能抑制蘑菇酪氨酸酶 对 多 巴 的 氧 化 ，抑制力比左旋多巴更强 ，其为 （）。动力学的双倒数曲线 表 明香豆酸为混合 型 抑 制剂 ，在 （）时 ，即可检测到单酚氧化酶活 性 ，香豆 酸 值是 双 酚氧化酶 的 倍 ，表明 其 是一种有效的单酚氧化酶抑制剂。从柠檬香草中提取的香叶酸（，二甲 基 ，辛二 烯 酸）为顺反异构化合物 ，反式结构的 为 ，顺 式 结 构 的 为，其相 应 的醛类似物香叶醛 （牛儿醛 ）显示低酪氨酸酶抑制力 ，为 ，这
12、些 结 果表 明 ：其 羧 酸部分对酪氨酸酶抑制活力有重要作用 。从白头翁属朝鲜白头翁的根中分离到的 ，二羟基肉桂酸和羟基 甲氧 基 肉桂酸，均为非竞争性抑制类型 ，其对酪氨酸酶均有较强的抑制作用 ，分 别 为 和。肉桂 酸对单酚氧化酶和二酚 氧化酶活力的 分别 为 和 。从千 日 红中提取的香草酸对单酚氧化酶和双酚氧化酶的 值分 别为 和 。 苷 等比较了来自不同豆科植物和葫芦科 植物的环菠萝烷型 三萜苷和一个葫芦烷型三萜苷类的酪氨酸酶抑制及构效关系 ，这些化合物的环骨架均相同 ，只是所带糖 单 元 和 ，所 连 基 团 不 同， 范 围 为。抑制力最高的是，其 为 ，比 标 准 对 照 的
13、 曲 酸（）低 ，而比 含 羞草素 （）高 。从 柑 桔 皮中提取的橘皮苷抑制二酚氧化酶活力 ，其毕 云枫 ，等 天然酪氨酸酶抑制剂的种类及其对酪氨酸酶抑制作用的研究进展为 ，其抑制类型为非竞争性抑制剂 。对 鼠黑色素瘤细胞仅 有较低的细胞毒性。积雪 草 苷是从中药积雪草中提取的主要单体成分 ，是一种三萜皂苷 ，能够剂量依赖性地抑制蘑菇酪氨酸酶活性 ，酶促动力学分析结 果 表 明 ：积雪草苷为混合型抑制剂 ，并 能 抑 制 黑色素 瘤细胞酪氨酸酶活性和黑色素合成，但对细胞增殖无明显影响。熊果甙化学名为羟 基 苯 基 吡 喃 葡 糖苷 ，世纪 年代被用于化妆品的增白剂 。现在通常和曲酸 、含羞草
14、素一起被作为酪氨酸 酶 抑制剂的标准对照物 ，也可缓慢氧化作为催化 多巴 的 辅助因子。但等发现 ：浓度范围 内 ，熊果酸可增加黑色素的沉着 。山奈苷具有较强的酪氨酸酶抑制能力 ，值为 ，而从 红洋葱中提取的槲 皮素 吡喃葡萄糖苷则表现 出 更强的酪氨 酸 酶 抑 制 能 力 ，其 值 仅 为 。等从菝 葜 中分离得到了薯蓣皂苷和藜芦醇 ，单独使用薯蓣皂苷为抑制剂时其对 酪氨酸为底物的酪氨酸酶的抑 制 能力很弱 （），单独使用藜芦醇为抑制 剂 时 其 值为 ，而将薯蓣皂苷与藜 芦 醇合用时的 值为 ，薯蓣皂苷能明显增加 藜 芦醇的抑制能力 。 萜 等还从 中提取 了 个环菠萝烷型三萜类化合物
15、，并对这 个化合物的酪氨酸酶的催化活力的抑制能力进行了比较 ，其中 ，四羟 基环菠 萝 烯（），（）二烯显示最高的酪氨酸酶抑 制 力 ，其 为 ，其抑制力强于作为标准酪氨酸酶抑制剂的曲酸 （）和含羞 草素 （），构效关系分析结果 表 明 ：抑制力与这些萜类化合物的羟基有无及羟基所在位置有极大的关系 。等检测了白术根中提取的倍半萜化合物 （），（）对 酪氨 酸酶活力抑制情况 ，结果发现该化合物不抑制细胞外的游离酶 ，但却在黑色素细胞中降低酪氨酸酶活性 。这是由于此化合物可以使黑色素合成相关酶 ，如酪氨酸酶相关蛋白 （）和（）的表达 量 减少 。从 的甲醇提取物中分离了 个 五环三萜类化合物 ，发
16、现阿江榄仁酸对酪氨酸酶的抑制能力最强 。构效关系分析结果 表 明 ：该类化合物对酪氨酸酶的抑制能力随 上的从构型 改 变到构型而减少 。 醛 大量的醛类化合物也 被发现有酪氨酸酶抑制剂作用 ，如桂 皮醛 、（）烯醛 、羟基甲氧基安息香醛 、茴香醛 和 枯茗醛等。醛基 可 以与生物学重要亲核基团 ，如巯基 、氨基和羟基反应 ，其酪氨酸酶抑制机制大概与其可以与酶的伯胺残基形成一个席夫碱有关联。增加 安息 香醛的对位供电子基团 ，提高抑制能力 ，也许可以使席夫碱更稳定 。例如茴香醛和枯茗醛比安息香醛抑制能力分别提高了 和 倍 。另外 ，稳定 结合位置疏水电子供体基团 ，如甲氧基和异丙基的结合亲合力
17、，也与其对酶的抑制力影响有关联。研究还表 明 ：茴香醛其为非竞争 性抑制剂 ，但是更长时间 （）时失去 抑制 ，其类似物也有相似结果 。只是各个醛基与酶的最初反应稍有不同 。这些对烷氧基苯甲醛的抑制活力 ，随碳链长度的增加而增加 。芳香醛 、一些脂肪族 、和不饱和醛不形成稳定的席夫碱 ，但仍显示一些抑制剂作用 。这说明其与酶的疏水相互作用 ，导致干扰酶的三级结构的正确形成 。（）烯醛 不抑 制单酚褐变 ，但作为酪氨酸酶非竞争性抑制剂来抑制多巴胺的氧化 ，其疏水烷基部分与抑制力有关联 。因为 （）烯醛有一个长烷 基 ，可以更好地与疏水蛋白口袋的双核活性 位点结合，。这 些 结 果表明 ：疏水烷基
18、链的长度与其和酶的亲和力有关联 。从竹荪中提取的 羟 甲 基呋 喃 甲醛 （）对蘑菇的酪氨酸 酶活力有抑制作用 ，为非 竞争性抑制剂 ，且其相关类似物对酪氨酸酶也有抑制作用 ，因此及相关类似物的抑制酪氨酸酶的能力与呋喃环上的功能基形成席夫碱有关联。 酯 等自无花果中分离 了 （，二羟 基苯 基 ）丙酸并转换为酯 ，且检测酯的结构与酪氨酸酶抑制力间 的 关 系 。 验 证 结 果 表 明 ： 异 丙 基 酯 的 为，其与 酶 的结合位点由个羟基和 个疏水基相互作用构成 。说明增加 ，间苯二酚衍生物的疏水残基能增加酪氨酸酶抑制能力 ，该实验结果可以为抑制剂的造模研究提供指导 。从 分离出 来的长链
19、酯甲 基 （）羟 基（）和 甲 基 （）吡喃 半 乳糖基（）均显示了 较强的酪氨酸酶抑制力 ， 其 分 别 为和 ，均低 于 曲 酸 （），表明其是比曲酸更强的酪氨酸酶抑制 剂。，二羟基 苯基癸酸酯对蘑菇酪氨酸酶的二元酚活力抑制结果表明 ：在的低 浓 度范围内 ，随着 ，二羟 基 苯基癸酸酯浓度的增加 ，酶活力降低很慢 。但是在高浓度下 ，二羟 基 苯基癸酸酯强烈地不可逆地抑制酪氨酸酶活力 ，其 为 。抑制 机 制为，二羟 基 苯基癸酸酯可以与游离酶分子结合形成酶底 物 复 合物 ，使酶活力完全丧失 ；其结构类似物壬基，二羟 基 苯甲酸甲酯却不影响酶活力 ，即使浓度为 时 ，酶仍 保 持活力
20、。这 种化合物尽管结构非常相似 ，但抑制力却非常不同 ，这可能是由于苯甲酸基团吸引电子 ，减少了苯的电子云密度 ，减弱了 ，二羟基苯对酪氨酸酶催化多巴胺的氧 化 的抑制。从矮 小 天仙果中提取的羟基苯甲酸甲酯和对羟基苯甲酸乙酯对蘑菇酪氨酸酶的双酚氧化酶的 值分 别 为 （）和 （），为竞争 性 抑制。此外 ，蛇 麻 醇酯也有较强的抑制酪氨酸酶能力 ，其 为 。 香豆素 提取 自白芷根部的呋喃氧杂萘邻酮化合物羟基 甲氧 基 补骨脂素，其为呋喃香豆素类化合物 ，其 为 ， 比作为标准对照的曲酸（）和 熊 果 苷 （）都 低 。羟 基 吉林 大 学学报 （医学版 ）第 卷第 期年 月甲氧 基 补骨脂
21、素的抑制机制为非竞争性抑制。等从杜 鹃 花属植物 中分离了 香豆素并木脂素类化合物 表氧臭矢 菜 素 ，该化合物显示了强酪氨酸酶抑制剂活力 ，与标准抑制剂曲酸和 含羞 草 素比较 ，更低 。芦荟苦素是芦荟中分离出的羟甲基香豆素 衍 生物 ，在非细胞毒浓度时即能剂量依赖性地抑制酪氨酸酶活性 ，其作用机制可能为 ：竞争性抑制多巴氧化和非竞争性抑制酪氨酸羟化反应。 其他化合物 苦参乙醇提取物中苦参碱的 是，为非 竞 争性抑制剂 。在浓度 时 ，明 显 抑制 黑 色素瘤细胞的黑色素的合成。波尔 定 碱 能剂量依赖性地可逆抑制酪氨酸酶的活性 ，其 值 为 （）。分 子 对 接及动力学模拟结果 表 明 ：
22、波尔定碱可以和蘑菇酪氨酸酶的活性位点附近的几个氨基酸残基相互作用 ，这为生物碱的酪氨酸酶抑制研究提供了参考 。丹皮酚是酪氨酸酶的混合型抑制剂 ，该抑制作用源于其能与酶中氨基结合 ，生成席夫碱及能与活性中心的铜生成络合物 ，其 为 。白藜芦醇对单酚酶抑制 活 性的 值约 为 ，对二酚酶抑制活性的 值约 为 ，此抑 制 能力为混合型抑制。 展 望多 年 来 ，酪 氨酸酶一直受到国内外学者的关注 ，有关研究涉及生物 、医学 、农学 、化学和药学等多个学科和领域 。在食品工业 ，化合物可以在食品生产时 ，通过影响酪氨酸酶引起的反应 ，或通过减少醌和二酚的形成来抑制酶促褐变 ，发现并确定新的酪氨酸酶抑制
23、剂 ，以改进食品色泽和营养价值 ，且有一定的经济价值 。酪氨酸酶抑制剂在化妆品和药学工业的使用也越来越重要 ，这是由于其对色素紊乱的预防作用 。酪氨酸酶抑制剂可导致黑色素生物合成减少 ，并被用于色素沉着过度 ，包括控制雀斑形成的化妆品产品 。当前化妆品市场上的美白产品大多数以酪氨酸酶抑制剂为主 ，但有些化合物只抑制单酚氧化 ，有些抑制二酚氧化 。今后的研究重点应向复合抑制剂的方向发展 。酪氨酸酶及其抑制剂还可用于医学 ，如色素过度沉着问题 ；如白化病和斑驳病的治疗 ，预防色素沉着紊乱及其他黑色素相关疾病的预防和治疗 。因此了解酶促褐变的反应机制 ，寻找控制酶促褐变的抑制剂有重要的实际意义 。天
24、然 、高效 、安全和经济的抑制剂的发现必然是一个曲折而漫长的过程 ，需要不断的摸索和实践 。中药有效成分作为从植物中提取的天然活性物质 ，有着合成药物所不具备的优势 ，符合当前绿色化学的要求 ，迎合人们回归自然的心理 。从中药中寻找有效成分作为食品褐变抑制剂 、昆虫控制剂和皮肤增白剂将是人们研究的重点 ，有着广阔的发展前景 。参考文献 ， ， ， ，（）： ， ，（）： ， ， ，（）： ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ： ，（）： ， ： ，（）： ， ， ， ： ，（）： ， ，（）： ， ，（）： ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ： ，（）： ， ， ，
25、，（）： ， （） ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）：毕 云枫 ，等 天然酪氨酸酶抑制剂的种类及其对酪氨酸酶抑制作用的研究进展 ， ， ，（）： ， ， ， ， （） ，（）： ，（）：龚盛昭 ，杨 卓如 ，程江 肉桂酸抑制酪氨酸酶催化反应的动力学研究 高校化学工程学报 ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）：刘栋 ，朱 文元 积雪草甙对酪氨酸酶活性 的抑制作用及对 黑素瘤细胞黑素合成的 影响中国中西医结合皮肤性病学杂志 ，（）： ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， （ ） ，（）： ， ， ，（）： ， ， ， （），（） ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ，（）： ， ，（）： ， ，（）： ， ： ，（）： ， ， ，
