黑色素是決定皮膚顏色的主要因素，其過度或異常生成會(huì)導(dǎo)致雀斑、黃褐斑等色素沉著問題。酪氨酸酶作為控制皮膚黑色素生成量的“總開關(guān)”，是主流美白產(chǎn)品的核心靶點(diǎn)之一。
然而，大多數(shù)品牌的功效實(shí)驗(yàn)仍主要依賴蘑菇來源的酪氨酸酶進(jìn)行成分篩選，其與人體酪氨酸酶存在較大結(jié)構(gòu)差異，導(dǎo)致許多研究成果實(shí)際上難以直接應(yīng)用于人體。
近日，一項(xiàng)發(fā)表于國際期刊《Scientific Reports》的研究，為破解這一難題提供了新思路。
武漢理工大學(xué)與蘇州予路乾行生物科技有限公司的研究團(tuán)隊(duì)利用AI模型和計(jì)算模擬技術(shù)，成功預(yù)測出高精度的人體酪氨酸酶三維結(jié)構(gòu)。
模型選擇的背后
酪氨酸酶是人體黑色素合成過程中的關(guān)鍵限速酶，然而，由于直接從人體組織中分離并結(jié)晶酪氨酸酶極其困難，科研人員退而求其次，選擇了一種易于獲取的替代品——蘑菇酪氨酸酶。這個(gè)權(quán)宜之計(jì)，卻為后續(xù)的應(yīng)用埋下隱患：
蘑菇與人體的酪氨酸酶，基因序列的相似度僅有25%。論文研究更指出，人體酪氨酸酶的活性口袋富含酸性氨基酸，呈現(xiàn)出親水的特性；而蘑菇的則充滿疏水性氨基酸。
人源與蘑菇源酪氨酸酶基因序列比對
這意味著兩者對活性物的偏好實(shí)際是存在顯著差異的，同時(shí)也解釋了為什么部分在蘑菇模型上表現(xiàn)突出的美白成分，在投入巨額成本進(jìn)行人體測試后，卻宣告失敗。
模型的選擇不僅影響效果，更關(guān)乎安全。由于結(jié)構(gòu)不匹配，某些成分在與人體酪氨酸酶作用時(shí)，可能與非預(yù)期的位點(diǎn)結(jié)合，產(chǎn)生“脫靶效應(yīng)”，從而引發(fā)過敏、紅腫等副作用。傳統(tǒng)成分曲酸、對苯二酚等就因此類問題而備受爭議。
因此，將研究焦點(diǎn)從“蘑菇”真正轉(zhuǎn)移到“人”，是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、安全美白的關(guān)鍵出路。
新型美白機(jī)制
打破僵局的力量，來自人工智能。該研究利用前沿AI工具AlphaFold。通過深度學(xué)習(xí)算法，成功預(yù)測并構(gòu)建了高精度的人體酪氨酸酶3D結(jié)構(gòu)模型。
這張精確“藍(lán)圖”的誕生，讓研究者得以首次在虛擬的原子世界中，運(yùn)用“分子動(dòng)力學(xué)模擬”技術(shù)，觀察美白成分與人體靶點(diǎn)在億萬分之一秒內(nèi)的每一次碰撞、結(jié)合與分離。
研究團(tuán)隊(duì)選取了三種美白成分——熊果素、谷胱甘肽和海參肽，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。
模擬結(jié)果揭示出，針對人體酪氨酸酶，存在兩種截然不同的抑制機(jī)制。
其中，熊果素和谷胱甘肽，憑借其分子量較小、化學(xué)結(jié)構(gòu)柔韌的優(yōu)勢，能夠順利通過活性口袋的入口，與最核心的兩個(gè)銅離子發(fā)生螯合作用。銅離子是酶發(fā)揮催化活性的關(guān)鍵，一旦被它們“俘獲”，整個(gè)酶便會(huì)“熄火”。這一機(jī)制依賴于分子的“小”和“巧”。
海參肽對接模擬
而海參肽則展現(xiàn)出另一種策略。模擬動(dòng)畫清晰地顯示，海參肽通過其多個(gè)官能團(tuán)，與活性口袋入口處的多個(gè)柔性氨基酸環(huán)形成了穩(wěn)定而廣泛的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。這相當(dāng)于用多把鎖從外部將入口牢牢“鎖死”。如此一來，黑色素的生產(chǎn)原料（酪氨酸）便無法進(jìn)入，酶的活性被高效抑制。
對于肽類大分子，通過巧妙地與入口結(jié)構(gòu)適配，同樣能達(dá)到甚至超越小分子的效果，且這種非直接攻擊核心的方式，理論上具有更高的靶點(diǎn)特異性和安全性。
新美學(xué)評(píng)析
這項(xiàng)研究為開發(fā)全新的美白肽提供理論支撐。研發(fā)人員可以基于這一模型，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出能與入口“門衛(wèi)”氨基酸完美契合的新型多肽。或?qū)⒋呱淮鼫睾?、更安全、專為亞洲人膚質(zhì)設(shè)計(jì)的高效肽類美白產(chǎn)品，改變目前以刺激性小分子為主導(dǎo)的市場格局。
另外，精確的人體酪氨酸酶模型可以助力化妝品企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)的最初期，通過虛擬篩選，快速、低成本地篩選出真正有潛力的“種子選手”，大大縮短研發(fā)周期，降低試錯(cuò)成本。指引著美白護(hù)膚產(chǎn)業(yè)從“經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)”的舊時(shí)代，邁向一個(gè)基于精準(zhǔn)科學(xué)、以人為本的全新紀(jì)元。
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