综述：拟发表论文：《Total Environment Microbiology》（TEMICR-D-25-00125-R2） 修订版：绿色光保护化学品：多样性、最新进展、挑战及其治疗意义

《Total Environment Microbiology》：For publication: Total Environment Microbiology (TEMICR-D-25-00125-R2) Revised Green photoprotective chemicals: Diversity, recent developments, challenges and therapeutic significance

本文系统综述了地球生态系统中紫外（UV）与光合有效辐射（PAR）的能量传递机制，重点分析了UV辐射增强对生物体（植物、微生物及人类）的威胁，以及基于绿色化学原理的天然光保护剂（如MAAs、scytonemin、维生素、类胡萝卜素等）的分子机制、应用潜力及产业化挑战。研究揭示了这些天然化合物通过UV吸收、自由基中和及抗氧化等途径实现高效防晒，并拓展至医药、化妆品等领域的多功能应用，同时探讨了基因编辑与合成生物学在提升生产效率中的作用，最后评估了环保与市场化的双重挑战。

　　随着全球对环境问题的关注度不断提高，传统的化学防晒产品因其潜在的健康风险和对生态系统的不利影响，正面临越来越多的质疑。与此同时，自然界中存在大量具有光保护特性的绿色化合物，它们不仅能够有效吸收紫外线，还能通过抗氧化作用减少紫外线引起的自由基损伤。这些绿色化合物包括类黄素、多酚、类胡萝卜素、糖类、维生素、木质素、黑色素、菌孢素样氨基酸（MAAs）以及蝎素（scytonemin）等。这些天然化合物因其生态友好性和健康益处，正逐渐成为防晒产品的研究热点。本文旨在探讨这些绿色光保护化合物的特性、来源及其在现代护肤和医药领域的应用潜力。

紫外线（UVR）对地球生态系统至关重要，但其强度的持续增加已成为光合微生物和高等植物适应性面临的主要挑战之一。此外，紫外线对人类健康的危害也日益凸显，包括皮肤癌、早衰以及免疫系统抑制等。尽管化学防晒剂在减少紫外线伤害方面发挥了重要作用，但它们的长期使用可能引发神经毒性、炎症、癌症以及荷尔蒙失衡等问题。因此，近年来，研究者们开始寻找替代性的绿色防晒成分，以满足市场对安全、环保型防晒产品的需求。这种趋势促使了对光保护化合物的深入研究，以及它们在护肤品和医药领域的广泛应用。

在生态和生物适应性方面，光保护化合物的功能主要体现在两个方面：一是直接吸收和分散紫外线，二是清除由紫外线引起的活性氧（ROS）。这些化合物的双重作用对于维持细胞完整性、防止DNA损伤以及减少氧化应激至关重要。例如，MAAs和蝎素等化合物不仅能够吸收紫外线，还能通过抗氧化作用防止自由基的生成。这些化合物的光保护机制使得它们在生物体内具有高度的适应性和稳定性，尤其在极端环境条件下，如干旱、高盐分和高温环境中，这些化合物能够显著增强生物体的生存能力。

在植物中，维生素C和E等化合物在光保护方面表现突出。维生素C具有强大的抗氧化能力，能够中和自由基，保护细胞免受紫外线伤害。维生素E则具有良好的脂溶性，可以有效地防止紫外线引起的细胞膜损伤。此外，一些植物如蓝莓、绿茶和水果中的类黄素也显示出显著的光保护效果，能够吸收紫外线并减少皮肤损伤。这些化合物的天然来源和安全性使其成为现代防晒产品的重要成分。

在藻类和蓝藻中，MAAs和蝎素是两种重要的光保护化合物。MAAs广泛存在于蓝藻、真菌和海藻中，其吸收波长范围在310至365纳米之间，具有良好的光稳定性和生物相容性。而蝎素则主要存在于蓝藻和蓝藻地衣中，具有出色的热稳定性和紫外线耐受性。尽管这些化合物在光保护方面具有显著优势，但其生产效率和成本仍是工业化应用的主要障碍。通过基因工程和生物技术，研究者们正在探索如何提高这些化合物的产量，使其更适用于商业防晒产品。

在微生物领域，黑色素和类胡萝卜素等化合物同样具有光保护作用。例如，某些细菌和真菌产生的黑色素能够有效吸收紫外线，防止其对细胞造成伤害。此外，一些微生物如蓝藻和某些细菌能够产生类胡萝卜素，这些化合物不仅能够吸收紫外线，还能通过抗氧化作用减少自由基的生成。这些微生物来源的光保护化合物因其天然性和生物相容性，被认为是未来防晒产品的重要候选材料。

随着对天然防晒成分研究的深入，越来越多的防晒产品开始采用这些绿色化合物作为主要成分。例如，一些商业防晒产品如Helioguard?365和Helionori?已经成功利用MAAs成分，这些产品不仅具有良好的光保护效果，还表现出抗炎和抗衰老的特性。此外，一些含有类黄素和类胡萝卜素的防晒产品也显示出良好的光保护性能，能够有效减少紫外线引起的皮肤损伤。

尽管天然防晒成分在功能和安全性方面具有显著优势，但其商业化仍面临诸多挑战。首先，天然化合物的提取和纯化过程复杂且成本较高，这限制了其大规模生产。其次，消费者对天然产品的认知和接受度仍需提升，这需要通过宣传和教育来改善。此外，天然防晒产品的光保护因子（SPF）通常低于化学防晒产品，因此需要进一步研究以提高其防晒效果。同时，天然成分的感官特性，如颜色和质地，也需要优化以提高产品的市场竞争力。

未来的研究方向应集中在如何提高天然光保护化合物的产量和纯度，以及如何优化其在防晒产品中的应用。此外，还需进一步探索这些化合物的多种功能，如抗炎、抗衰老和抗癌症等，以开发多功能的防晒产品。同时，应加强对天然防晒产品的环境影响评估，确保其在生产和使用过程中不会对生态系统造成负面影响。通过这些努力，天然防晒成分有望在未来成为防晒产品的主流选择，为人类健康和环境保护提供双重保障。