魏植槐+顾秀秀+王明召

摘要：结合配合物的形成与分解等高中化学知识，以及三羧酸循环等高中生物学知识，介绍了常用去屑剂ZPT去屑的化学原理、应用历史及其发展前景，可供一线高中化学和生物学教师在教学实践中使用，以期在一级学科平台上帮助高中生拓展视野。

关键词：高中化学；去屑剂ZPT；去屑原理；知识介绍

文章编号：1005–6629（2015）2–0094–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

在经历日化产品的“二恶烷”风波后，又一个新的化学名词开始进入人们的视野：ZPT，学名吡啶硫酮锌，也称吡硫钅翁锌，分子式C10H8N2O2S2Zn，常用于去屑洗发产品中。目前，科学家对ZPT的去屑原理已经有所了解，这些原理既涉及配合物的形成与分解等高中化学知识，以及三羧酸循环等高中生物学知识，又涉及原子簇、金属离子的生物学效应、反应过程的中间体等现代化学内容，是优质的高中化学扩展性素材。我们的工作是从中选取出具有明确科学意义，同时又具有显著基础教育价值的核心内容，并以适合高中生认知特点的形式呈现出来。通过选修课学习，学生深入进行文献调研，梳理相关内容，设计，写作，经反复雕琢，最终创作出这篇作品。这个过程使修课学生能力得到培养，而课程的作品又为高中化学提供了反映现代化学特点的教学材料，供一线教师用于拓展高中生的视野。

市面上所售洗发液主要指以表面活性剂复配而成的，具有清洁人的头皮和头发，并保持其美观作用的产品。由于很多人都有头屑困扰，有一类洗发液中添加了去屑成分，称为去屑洗发液。ZPT是一种常用的去屑剂，已经有60多年的应用历史。ZPT为什么可以去屑？这需要从头屑的产生说起。

1 头屑是怎样产生的

头屑实际上是头皮细胞角质化而脱落的块状鳞片，其成因至今还不十分清楚。目前认为，至少马拉色菌、皮脂和个体易感性这3个因素可导致头屑生成[1]。其中，马拉色菌是一类真菌，它能分解皮脂，导致角质形成细胞形态学改变和细胞凋亡[2]，使得角质层细胞以白色或灰色鳞屑的形式异常脱落，形成头屑。由于马拉色菌是现阶段最容易控制的因素，通过控制它的数量来控制头屑是一种有效的方法[3]。

2 什么是ZPT

ZPT是吡啶硫酮锌（Zinc Pyrithione）的缩写[4]，即二（N-氧化吡啶-2-硫醇负离子）合锌[5]，也有N-氧化-2-巯基吡啶锌盐[6]等名称，是N-氧化-2-巯基吡啶（PT）作为配体与锌离子配位所形成的配合物，结构如图1左部所示[7～9]。在溶液中，它易分解，形成配体和锌离子[10]（见图1）。ZPT具有很强的抗菌能力，能够有效地杀死产生头皮屑的真菌，具有很好的去屑功能，因而早就应用于洗发液。此外，它在涂料、杀菌剂等方面也有着广泛的应用。

3 ZPT为什么能去除头屑

这个问题，目前人们正在寻找答案，提出了几种解释。其中一种解释是它通过降低马拉色菌内的ATP（三磷酸腺苷或腺嘌呤核苷三磷酸）数量来破坏其正常代谢和增殖，减少头皮表面的马拉色菌，从而抑制头屑的产生[11，12]。

ZPT又为什么能降低细胞内的ATP数量呢？我们知道，需氧型真核生物主要通过细胞有氧呼吸消耗葡萄糖产生ATP，为各项生命活动提供能量。在有氧呼吸中，合成ATP的主要过程是三羧酸循环（如图2所示），它包含一系列氧化还原反应。目前认为，ZPT主要破坏三羧酸循环中由柠檬酸生成异柠檬酸过程所需的顺乌头酸酶[13]，以及由延胡索酸生成苹果酸过程所需的延胡索酸酶[14]，使三羧酸循环不能正常进行，最终抑制真菌的ATP合成。由于这两种酶都是铁硫蛋白，结构相似，且ZPT破坏这两种酶的机理也类似，在此以顺乌头酸酶为例，介绍ZPT破坏铁硫蛋白的过程。

顺乌头酸酶真正发挥催化作用的部位称为活性中心，其中含有以4个铁离子和4个硫离子为顶点的立方体[15]，称为铁硫簇（结构示于图3），可用[4Fe-4S]表示。簇中的3个铁离子通过与来自蛋白链的半胱氨酸（Cys）残基（结构见图3右上角的标注）的-S-成键，将铁硫簇与蛋白链连接起来。第4个铁离子（图3中用Fea标示）不与Cys相连，称为活性铁离子，它容易从[4Fe-4S]簇中解离下来，使铁硫簇转变成[3Fe-4S]。ZPT破坏铁硫蛋白正是利用了Fea的这一特性。

当ZPT进入马拉色菌后，细胞内的铜离子浓度上升[16]。现阶段认为，这是ZPT使铁硫蛋白失活的一个重要原因。而细胞内铜离子的浓度为什么会增大？原因是ZPT不稳定，能够分解为配体PT和Zn2+；PT可与细胞外的Cu2+离子配位，形成的配合物CuPT可跨越细胞膜，将Cu2+带入细胞，使它能到达线粒体[17]。

CuPT是如何与两种酶作用，并最终使酶失去生物活性的呢？这个问题也还在探索之中。目前已知CuPT也是不稳定的，它会分解成为Cu2+和PT，将铜离子释放出来。释放出的Cu2+可能在线粒体膜上被还原成Cu+，从而进入线粒体，与铁硫蛋白发生反应，使其失去催化活性[18]。具体的过程是Cu+使酶活性中心的铁离子失去，使活性中心瓦解，最终导致酶失活[19]。

在此介绍一个研究实例[20]。2009年，Macomber等选取了在体外活性较大的延胡索酸酶作为研究对象，通过向延胡索酸酶的样品中添加一价铜离子Cu+来研究Cu+对铁硫蛋白酶活性中心的影响。他们猜想，加入Cu+后，铜离子会置换铁硫簇中的活性铁Fea，因此可能检测到[Cu-3Fe-4S]中间体。然而，他们只检测到活性中心的两种结构，一种是初始结构[4Fe-4S]2+，另一种是[3Fe-4S]0。据此推测，铜离子首先将[4Fe-4S]2+铁硫簇转化为[3Fe-4S]0，[3Fe-4S]0再经过一些目前还没有确定的中间体继续降解，最终铁硫簇从酶上完全脱去，酶变成无催化活性的脱辅基酶。结果三羧酸循环断裂，ATP合成受到抑制。

4 去屑剂将怎么发展

ZPT有着其他去屑剂不可比拟的优越性，包括无异味，极强的杀灭真菌作用，可抑制皮脂溢出，皮肤渗透性很弱不会杀灭人体细胞，在规定剂量下长期使用几乎无副作用，价格低廉，等等，因此至今在市场上占有举足轻重的地位。2010年一项国内市场调查发现，超过一半的去屑洗发液以ZPT为主要去屑因子[21]。

但是，ZPT也存在一些缺点。例如，它不溶于水，在洗发液中容易下沉导致分层。此外，在洗发液中ZPT微粒的大小需要保持在适宜的范围内（以2.5μm左右直径为最佳[22]），以使ZPT大面积地覆盖和保持在头皮上。如果ZPT的颗粒太小，头皮覆盖率低，影响去屑效果，而颗粒太大又会对光产生散射作用，部分消除洗发液的珠光效果，影响产品外观。另外，有研究发现ZPT具有一定的生物毒性。例如，鱼卵在一定浓度ZPT溶液中培养7天，孵出的幼鱼表现出明显脊柱畸形[23]。

为了克服这些缺点，人们正在进行多种改进尝试，例如将ZPT和去屑剂甘宝素一起使用，既可以降低ZPT的用量，又能有效抑制马拉色菌，提高产品的去屑效果，防止头屑复发[24]。目前，复配已经成为解决问题的一种重要方法。

此外，人们也在开发新的安全、高效、稳定、低刺激的洗发液用去屑剂。例如，使用天然原料，尤其是天然植物提取物作为去屑剂，这已经成为一个研究热点。研究表明，植物提取物作去屑剂更为安全和温和，去屑能力可与ZPT相媲美，有的甚至优于ZPT。但以植物提取物作为去屑剂的洗发液目前还无法大规模生产，价格昂贵。此外，对其功效成分的作用机理尚缺乏认识，加之有关去屑洗发液的功效评价目前国内外还缺乏统一的标准和方法[25]，这些都限制了这类去屑洗发液的发展。尽管如此，由于植物提取物作为去屑剂有着ZPT类去屑剂不可比拟的优越性，如安全、稳定、刺激性小，相信它们将会更多地为人们所采用。

参考文献：

[1][3] De Angelis Y M，Gemmer C M，Kaczvinsky J R，et al. Three etiologic facets of dandruff and seborrheic dermatitis：Malassezia fungi，sebaceous lipids，and individual sensitivity [C]. J. Invest. Dermatol.，2005，10（3）：295～297.

[2]拓江，路永红.马拉色菌属的研究进展[J].中国皮肤性病学杂志，2011，25（1）：66～68.

[4][10][13][16][17] Reeder N L，Kaplan J，Xu J，et al. Zinc pyrithione inhibits yeast growth through copper influx and inactivation of iron-sulfur proteins [J]. Antimicrob. Agents. Ch.，2011，55（12）：5753～5760.

[5][7] Barnett B L，Kretschmar H C，Hartman F A. Structural Characterization of Bis（N-oxopyridine-2-thionato）zinc（II）[J].Inorg. Chem.，1997，16（8）：1834～1838.

[6][8][18]刘睿，刘山，朱红军. N-氧化-2-巯基吡啶锌盐的合成及晶体结构[J].南京工业大学学报（自然科学版），2007，（1）：75～77，88.

[9][11] Guthery E，Seal L A，Anderson E L. Zinc pyrithione in alcohol-based products for skin antisepsis：persistence of antimicrobial effects [J]. Am. J. Infect. Control.，2005，33（1）：15～22.

[12] Yasokawa D，Murata S，Iwahashi Y，et al. DNA microarray analysis suggests that zinc pyrithione causes iron starvation to the yeast Saccharomy cescerevisiae [J]. J. Biosci. Bioeng.，2010，109（5）：479～486.

[14][19][20] Macomber L，Imlay J A. The iron-sulfur clusters of dehydratases are primary intracellular targets of copper toxicity [J]. P. Natl. Acad. Sci. USA.，2009，106（20）：8344～8349.

[15] Beinert H，Holm R H，Münck E. Iron-sulfur clusters：natures modular，multipurpose structures [J]. Science.，1997，277（5326）：653～659.

[21]顾宇翔，周泽琳，翟宗德等.洗发水中去屑剂、有效物和表面活性剂调查[J].日用化学品科学，2012，34（12）：37～39.

[22] [英]约翰·格雷著.王学民主译.头皮屑发生机理及诊疗[M].北京：化学工业出版社，2006.

[23] Goka K. Embryotoxicity of zinc pyrithione，aan antidandruff chemical in fish [J]. Environ. Res.，1999，81（1）：81～83.

[24] Turner G A，Matheson J R，Li G Z，et al. Enhanced efficacy and sensory properties of an anti-dandruff shampoo containing zinc pyrithione and climbazole [J]. Int. J. Cosmet. Sci.，2013，35（1）：78～83.

[25]蒋日琼，万玉华，张榕文等.中药洗发香波的研制及去屑功效研究[J].香料香精化妆品，2012，（3）：39～44.