中波紫外线（UVB) 是皮肤色素沉着的核心诱因，其通过诱导细胞产生活性氧ROS，激活 p53-POMC-α-MSH 通路，影响黑色素合成关键酶，引发皮肤色素代谢异常，还可能增加癌变风险。化妆品行业亟需安全有效的美白制剂，多功能水凝胶因生物相容性、皮肤粘附性、缓释性等优势成为研究热点，而银耳多糖（TFP）、羧甲基壳聚糖（CMCS）、灵芝酸 A（GAA）均具护肤潜力，但 TFP 成胶性差，需改性后应用。

 

近期，中国医学科学院药用植物研究所马国需/刘洋洋团队在Carbohydr Polym（IF=12.5）题为“Naturally derived polysaccharides and ganoderic acid A hydrogel with whitening potential to combat oxidative stress and melanin production caused by ultraviolet B”的文章。该研究聚焦天然产物与精准护肤的结合，开发了新型多糖基美白水凝胶并完成系统的活性与机制验证。

 

氧化银耳多糖（OTFP）制备

采用NaIO4 氧化 TFP，通过调控料比和反应时间制备 5 种 OTFP，OTFP-1（料比 10:1，时间 2h）因醛基含量（0.74%）、水溶性、保湿性和粘度最优，选为水凝胶原料。经 FTIR、1H NMR 验证，OTFP 成功引入醛基，醛基含量随反应时间延长升至1.38%，羧基含量相应降低。

 

图 1 氧化银耳多糖的制备与表征。

（A）分子量及溶解条件；（B）银耳多糖与氧化银耳多糖 - 1 的傅里叶变换红外光谱图；（C）银耳多糖与氧化银耳多糖 - 1 在氘代水中的 600 兆赫氢核磁共振光谱图；（D）斐林反应现象图；（E）银耳多糖与不同氧化银耳多糖的醛基含量；（F）银耳多糖与不同氧化银耳多糖的羧基含量；（G）37±0.5℃、相对湿度 40±5% 条件下银耳多糖与不同氧化银耳多糖的保水率；（H）25℃下质量分数 1.0% 的银耳多糖与不同氧化银耳多糖的剪切黏度；（I）银耳多糖与不同氧化银耳多糖的扫描电镜图像，标尺 = 100 微米。

 

图 2 OTCG 水凝胶的制备及形成机制。

（A）凝胶形成机制示意图；（B）OTCG 水凝胶的制备过程；（C）OTCG 水凝胶的 X 射线光电子能谱图，（I）X 射线光电子能谱全谱高分辨图；（II）碳 1s 能谱；（III）氮 1s 能谱；（IV）氧 1s 能谱；（D）氧化银耳多糖、羧甲基壳聚糖、灵芝酸 A、OTC 水凝胶及 OTCG 水凝胶的傅里叶变换红外光谱图；（E）凝胶倒置试验结果；（F）十二烷基硫酸钠处理后凝胶的失水率；（G）尿素处理后凝胶的振幅扫描曲线。

 

OTCG 水凝胶合成与表征

以 OTFP-1、4.0% CMCS、1mg/mL GAA 为原料，混合 3min 快速成胶，不含 GAA 的为 OTC 对照凝胶。交联机制：以席夫碱键为共价交联核心，氢键和疏水作用为主要稳定力，GAA 的引入新增氢键，使 OTCG 形成更稳定的三维网络，抗氢键破坏能力更强。关键理化性质：具蜂窝状多孔结构，OTCG 孔径更小、网络更致密；优异的自修复性（切割后 30min 恢复）、保湿性（水分流失率低于甘油）和 GAA缓释性（不同 pH 下均符合一级动力学）；透皮性与 GAA 溶液相当，表皮与真皮滞留比约 1.7:1。GAA 在测试浓度内无溶血风险；OTCG 处理 HaCaT 细胞后存活率显著提升，3.0mg/mL 浓度无细胞毒性。斑马鱼模型中，5.0mg/mL OTCG 对 8-hpf 胚胎存活率仍达 80%，48-hpf 胚胎无死亡 / 畸形，证实水凝胶生物相容性优异。

 

图 3 OTC 水凝胶与 OTCG 水凝胶的性能表征。

（A）水凝胶的代表性扫描电镜图像，标尺 = 100 微米或 10 微米；（B）水凝胶成胶过程的模量 - 时间曲线；（C）水凝胶的振幅扫描测试结果；（D）水凝胶的模量 - 时间曲线；（E）水凝胶的交联度；（F）37±0.5℃条件下的平衡溶胀曲线；（G）37±0.5℃、相对湿度 40±5% 条件下氧化银耳多糖、羧甲基壳聚糖、OTC 水凝胶及 OTCG 水凝胶的保水率；（H）灵芝酸 A 在溶液及 OTCG 水凝胶中的皮肤滞留量；（I）37±0.5℃条件下 OTCG 水凝胶中灵芝酸 A 在不同 pH 磷酸盐缓冲液中的累积释放量；（J）OTCG 水凝胶的储能 / 损耗模量（G'/G''）随剪切应变（1~500%）的变化曲线；（K）37±0.5℃条件下的平衡溶胀曲线。

 

多维度活性验证（细胞 - 斑马鱼 - 人体）

细胞层面，OTCG 对 ABTS / 羟基自由基的清除IC50 分别为 0.68mg/mL 和 1.35mg/mL，3mg/mL 可使 B16F10 细胞酪氨酸酶活性恢复正常；

 

图 4 OTCG 水凝胶具有优异的生物相容性。（A）灵芝酸 A 的溶血率；（B、C）经 OTCG 水凝胶处理后，人永生化角质形成细胞在 24 小时和 48 小时的存活率；（D）细胞活 / 死荧光染色结果，标尺 = 200 微米；（E）OTCG 水凝胶对受精后 8 小时斑马鱼胚胎的致死率；（F）OTCG 水凝胶对受精后 48 小时斑马鱼胚胎的致死率，标尺 = 0.5 毫米；（G）OTCG 水凝胶对受精后 8 小时斑马鱼胚胎的致畸率；（H）OTCG 水凝胶对受精后 48 小时斑马鱼胚胎的致畸率。

 

图 5 OTCG 水凝胶的体外抗氧化作用。（A）OTCG 水凝胶对 ABTS 自由基的清除效果；（B）对羟基自由基的清除效果；（C）总抗氧化能力作用；（D）OTCG 水凝胶对中波紫外线照射后人永生化角质形成细胞的保护作用；（E、F、G、H）根据荧光强度计算的活性氧清除率，标尺 = 50 微米；（I）丙二醛含量。

 

图 6 OTCG 水凝胶的体外抗黑色素作用。

（A）α- 黑素细胞刺激素含量；（B、C）P53 及磷酸化 P53 蛋白的表达水平；（D）相对黑色素含量；（E）OTCG 水凝胶对酪氨酸酶活性抑制的动力学曲线；（F）经 α- 黑素细胞刺激素诱导并与样品共孵育后，B16F10 细胞的相对酪氨酸酶活性；（G、H）与样品共孵育后，MNT-1 细胞的相对黑色素含量及相对酪氨酸酶活性；（I）相对环磷酸腺苷含量；（J、K、L）蛋白激酶 A、磷酸化蛋白激酶 A、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白、磷酸化环磷酸腺苷反应元件结合蛋白的表达水平；（M、N、O、P、Q）小眼畸形相关转录因子、酪氨酸酶相关蛋白 1、多巴色素异构酶、酪氨酸酶的表达水平。

 

斑马鱼层面，酪氨酸酶活性抑制率 68%、黑色素抑制率 37%，ROS 清除效果优于同浓度 Vc。

 

图 7 OTCG 水凝胶对斑马鱼的显著抗氧化及美白作用。

（A）荧光显微镜下观察到的斑马鱼体内活性氧清除率，标尺 = 0.5 毫米；（B）根据荧光强度计算的活性氧清除率；（C）头部平均信号强度（数值越高，斑马鱼体色越浅）；（D）黑色素含量；（E）酪氨酸酶活性；（F）显微镜下斑马鱼的侧面及顶面观察图，标尺 = 0.5 毫米、0.2 毫米。

 

人体层面，连续使用 28 天使褐色斑面积减少 22.49%，ITA 值显著上升，肤色和 UV 斑均明显改善。

 

图 8 OTCG 水凝胶对人体皮肤的作用效果。

（A）实验流程图；VISIA 皮肤影像分析系统拍摄的预设时间点图像：（B）标准白光下的手部图像、（D）褐色斑图像、（F）紫外线斑图像，标尺 = 20 毫米；对（C）个体拓扑角改善率、（E）褐色斑、（G）紫外线斑的统计分析结果。

 

OTCG 水凝胶通过调控 α-MSH/cAMP/MITF/TRP1/DCT/TYR 信号通路，实现多细胞靶向（角质形成细胞 + 黑素细胞）和黑色素合成全链抑制，通过抑制 UVB 诱导的 HaCaT 细胞p53 磷酸化，减少 POMC 转录和α-MSH 分泌，从上游阻断黑素细胞激活信号。降低黑素细胞内cAMP 水平，抑制 PKA 和 CREB 的磷酸化，进而下调MITF（黑色素合成主调控因子）的蛋白表达。直接抑制酪氨酸酶（TYR） 催化活性，并下调 MITF 下游黑色素合成关键酶TRP1、DCT的蛋白表达，从核心环节阻断黑色素生成。减少 UVB 诱导的黑色素颗粒从黑素细胞向角质形成细胞的转运，进一步降低皮肤色素沉着。

 

结论

OTCG 水凝胶借助 OTFP、CMCS、GAA 的协同作用，兼具优异的理化性能（自修复、保湿、缓释）和生物相容性，无明显毒副作用。该凝胶能有效缓解 UVB 诱导的皮肤氧化应激，通过多靶点调控黑色素合成通路实现美白效果，为对抗 UVB 诱导的皮肤色素沉着提供了新型天然精准护肤策略。

 

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文章链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2026.125126