Figure1.Chemicalstructureofarbutinindifferentforms
2.1.α-熊果苷
2.2.β-熊果苷
目前市场上的β-熊果苷基本都上是人工合成的，主要有直接反应法、乙酰化糖法和乙酰卤糖法。直接反应法操作最简单，利用Helferich原理将糖与氢醌共热缩合，得到β-五乙酰熊果苷，再脱乙酰基得到β-熊果苷。宗飞[22]等发明的方法能获得纯度为99.9%的β-熊果苷，且在常压下进行，操作简单，适合大规模工业化生产。陈方达[23]等进一步优化了合成工艺，提高了苯酚单乙酰化的选择性，并简化了纯化步骤，使β-熊果苷总收率提升至34.7%。人工合成法虽然具有显著的经济优势，但由于使用了对人体有害的氢醌为底物，故对产品的纯度要求很高，要求成品的β-熊果苷含量≥99.5%、氢醌含量<0.0003%、重金属含量<0.001%。
2.3.脱氧熊果苷
3.熊果苷的美白机理
人的肤色取决于黑色素的数量、大小及分布。除了视网膜色素上皮细胞(RPE)之外，脊椎动物中的所有其他色素细胞都来自神经嵴(NC)。在胚胎早期发育过程中，神经嵴细胞起源于与外胚层毗邻的预置神经板的外侧边缘，然后经腹侧途径和背侧途径迁移至身体各部分。前期研究认为黑素细胞通过背侧途径迁移至真皮层或表皮层，后续Nitzan等又发现了神经嵴干细胞可分化为雪旺细胞前体、经腹侧途径迁移至皮肤[26]。黑素细胞内合成的黑色素通过树突输送至细胞外缘形成色斑，熊果苷的美白功效源自其对黑色素生成的影响，作用机制涉及生物学调控、生化调控和热力学调控等三个层面。
3.1.生物学调控
3.2.生化调控
酪氨酸酶是一种金属氧化还原酶，广泛分布于动植物、微生物及人体中。每个亚基包含2个Cu2+，分别与蛋白质分子中两个平展的组氨酸和一个弱的直立组氨酸配体结合，另有1个内源桥基将2个Cu2+联系在一起，构成催化氧化反应活性中心。在黑素细胞中，主要是酪氨酸上的羟基与酪氨酸酶活性中心结合形成过渡络合物而发生催化反应。由于酪氨酸酶的复杂结构及存在状态，它易与构象类似的不同底物相结合。1996年Maeda[2]报道了β-熊果苷在体内外均能与酪氨酸酶直接结合从而有效抑制黑色素生成，电子自旋共振(ESR)测得黑色素自由基明显减少，但不影响体外培养的黑素细胞中酪氨酸酶mRNA的转录及蛋白表达，说明熊果苷抑制了酪氨酸酶翻译后的活性。
然而，也有研究[30]认为，熊果苷抑制细胞合成黑色素与酪氨酸酶活性没有直接关系，提出熊果苷可能通过非酪氨酸酶途径起作用。2004年，宋琦如[31]等将B16黑素瘤细胞暴露于不同剂量熊果苷下探究美白机制，认为其与酪氨酸酶活性改变的关系不大，但可能与损伤细胞膜和抑制黑素合成有关。2009年，JiLim[32]等以褐色豚鼠为动物模型，发现熊果苷是通过降低黑素细胞内的促黑色素细胞激素(α-MelanocyteStimulatingHormone,α-MSH)水平达到美白效果的。
3.3.热力学调控
Figure2.Synthetictransferpathwayofmelanininvertebratesandthepossibleactionsiteofarbutin
4.不同类型熊果苷的美白效果
目前，护肤品中常用美白因子的主要作用机制包括：抑制或竞争酪氨酸酶活性、干扰黑素生成过程中的氧化反应、加快黑素代谢、阻止黑色素转运至皮肤表层、抑制酪氨酸酶合成等。张春香[34]将熊果苷、维生素C、维生素C衍生物、氢醌、曲酸等5种美白因子对酪氨酸酶活性的体外抑制作用及细胞毒性进行研究后得出结论，以熊果苷的美白效果较好，性质较为稳定，细胞毒性相对较小。
陆彬[29]等发现熊果苷对斑马鱼胚胎的黑色素生成具有抑制作用，这与郭静[35]等发现豚鼠皮肤颜色的变化随着熊果苷浓度的增加、色素值明显减少结果一致。但当β-熊果苷用量低于3%时，熊果苷抑制皮肤中酪氨酸酶催化活性的作用不明显。Funayama[36]通过比较β-熊果苷与α-熊果苷对酪氨酸酶活性的影响，发现α-熊果苷仅抑制了小鼠黑素瘤的酪氨酸酶，而β-熊果苷对来自蘑菇及小鼠黑色瘤的酪氨酸酶均有抑制作用，α-熊果苷抑制黑色素生成的效果比β-熊果苷要强10倍，并且具有更高的安全性。因此各大化妆品品牌也陆续推出含有α-熊果苷的美白产品。2002年Peutaharm推出以α-熊果苷为主要成分的皮肤增白剂，日本资生堂也随之推出含α-熊果苷的系列化妆品。
抗黑色素效果最好的是脱氧熊果苷[37]，其美白效价是氢醌的10倍、α-熊果苷的38.5倍、β-熊果苷的350倍[25]，停止使用后美白效果仍然可维持将近8周左右，同时其安全性是氢醌的4倍以上。目前以脱氧熊果苷为美白功能因子的化妆品己经在美国、中国台湾等地上市，其在化妆品中的建议添加量为0.1%~3.0%。
5.熊果苷的安全性问题
近年来，美白类化妆品中由于熊果苷引发的安全性事件屡屡发生，业界开始对熊果苷的毒性和副作用提出质疑。
5.1.熊果苷及其代谢物的潜在危害
欧盟消费者安全科学委员会(ScientificCommitteeOnConsumerSafety,SCCS)认为α-熊果苷在面霜中的添加量不超过2%和在体乳中不超过0.5%[40]、β-熊果苷在面霜中不超过7%(氢醌低于0.0001%)是安全的[41]。国内郭静[35]通过豚鼠皮肤涂抹试验认为β-熊果苷浓度在10%以下是安全的，可以适用于临床。张凤兰[42]等采用Ames试验和哺乳动物细胞染色体畸变试验未发现α-熊果苷、β-熊果苷、脱氧熊果苷有致突变性和致畸性，但Michael[43]发现在仓鼠V79细胞遗传毒性试验中，本不诱导基因突变的熊果苷在加入细枝真杆菌或吉氏类杆菌后具有强致突变性，这一结果显示可能存在其他伴生物或作用途径导致熊果苷发生分解而产生毒性。
2011年，国家食品药品监督管理局报道“东洋の花美白水润面贴膜”(上海东洋之花化妆品有限公司委托江苏东洋之花化妆品股份有限公司生产，批号为FBFI14)被检出禁用物质氢醌，因其原料中含有β-熊果苷、在储存过程中释放出氢醌。后续研究发现β-熊果苷在环境温度高于50℃、强酸强碱、存在β-葡萄糖苷酶或者人表皮微生物等条件下均可分解产生氢醌[42]。
SCCS认为熊果苷本身是安全的，在化妆品使用过程中产生毒性乃为代谢物氢醌所致。熊果苷为氢醌衍生物，而氢醌是以一种传统且快速的皮肤美白剂，其作用是通过凝结酪氨酸酶中的关键氨基酸，使酶失去活性，从而阻止皮肤黑色素的生成。氢醌在浓度0.8%时，对酪氨酸酶的抑制率就达到93.4%，当浓度1.5%时抑制率几乎达到100%[27]。氢醌在酪氨酸酶的作用下被氧化成有毒性的半醌物质，使黑素细胞的胞膜脂质发生氧化，导致细胞膜结构破坏，引起细胞死亡。在小鼠胚胎干细胞分化中还发现氢醌抑制了黑素细胞的分化及增殖。外用表现为刺激反应，引起皮肤红斑、脱屑、瘙痒、刺痛、过敏，甚至引起皮肤永久性损害，具有致癌的可能。2017年版《欧盟化妆品规程》禁止氢醌应用于驻留性非药物化妆品中。
5.2.熊果苷制剂的稳定性问题
艾克蕙[44]等利用红外光谱测得美白祛斑霜中的β-熊果苷可在室温条件下避光保存约两年半不变质。温度不会导致α-熊果苷转化为氢醌，但须避开强酸强碱环境及紫外线照射[45]。刘有停[46]采用高效液相色谱法(HPLC)探究化妆品基质原料对α-熊果苷稳定性的影响，研究发现α-熊果苷在吐温80(Tween80)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AE09)和丙三醇以及金属离子的溶液中稳定性较好，均未分解成氢醌；在尼泊金甲酯溶液中的稳定性差，转化为氢醌的质量浓度达到4.45%。台湾静宜大学课题组[47]发现脱氧熊果苷在水溶液中对光热敏感，很快分解为氢醌；在无水乳液中相对稳定，能延缓其在25℃和45℃下的分解速度[48]；该课题组进一步探究发现[49]在水溶液中光照2h后脱氧熊果苷仅剩余8.5%，3h后完全分解，这一特殊性极大地限制了脱氧熊果苷在化妆品中的应用范围。
张凤兰[42]等对从17个健康人皮肤分离到的36株细菌(来自6个属、14个种)分析发现，有20株菌(分别属于13个种)可将α/β-熊果苷代谢为氢醌，但未发现能将脱氧熊果苷转化为氢醌的细菌。由于氢醌是合成熊果苷的原料之一，又因其不稳定性，熊果苷和氢醌的转换存在可能。由于其致癌性，氢醌不允许在化妆品中被检出。此外，化妆品中熊果苷的检测方法近年来也取得了一定进展，主要手段包括傅立叶红外光谱法、溶出伏安法和高效液相色谱法等。
6.熊果苷的市场现状
目前市面上安全有效、结构明确的美白护肤功能因子并不多，真正的美白作用机理尚不明确。而熊果苷作为一种具有特征性和代表性的化妆品功能成分，除了美白作用外，还兼有抗氧化、治疗尿路感染、膀胱炎、肾结石等多种生理活性[50]，具有广阔的市场应用价值。
Table1.Comprehensivecomparisonofdifferentarbutinproperties
7.安全高效美白功能因子的研发展望
以熊果苷为先导化合物、寻找更为安全高效的美白功能因子是十分有意义的。如孙竞阳[52]等发现22种熊果苷类似物对酪氨酸酶活性均有抑制作用，酚羟基在邻、间、对位上时活性相差不大，有些国家逐渐批准这一类物质作为新型美白因子，如我国已批准间苯二酚及其部分衍生物加入到化妆品中。例如，宝洁有含苯乙基间苯二酚成分的化妆品专利组合，欧莱雅集团更是早已推出含此类此成分的美白产品，倩碧美白精华系列的主要成分为二甲氧基甲苯基-4-丙基间苯二酚，它们或许将成为熊果苷的升级换代品[50]。