皮肤微生态与皮肤敏感
近年来,皮肤微生态研究成为化妆品科研的一个方向,不少大企业都在这一领域布局。本文阐述了皮肤微生态与皮肤敏感之间的关系,论述皮肤微生态在维持皮肤功能方面发挥的作用,阐述化妆品如何调控微生态屏障从而解决皮肤敏感问题。
敏感性皮肤主要表现为受到外界刺激后皮肤容易出现灼热、刺痛、瘙痒及紧绷感等表现,伴或不伴红斑、鳞屑、毛细血管扩张等症状。皮肤屏障功能低下,经表皮水分散失值高的人群更容易发生皮肤敏感。人们在关注屏障修复时,往往最先关注的是角质层屏障,而位于其上的微生态屏障,即和皮肤共生的微生物菌群特别容易被忽视。
人体皮肤的基本特性是干燥、凉爽和弱酸性的,这些条件并不是微生物赖以生存的理想环境。但由于皮肤上有大量褶皱,加之毛囊汗腺等的分布,在进化的过程中,皮肤上定植了种类多样的微生物,包括细菌、真菌和寄生虫等。据预测,每平方厘米的皮肤上可能定植最高数以十亿计的微生物。皮肤上的菌群可分为常驻共生菌和暂住菌, 常驻共生菌是指在皮肤上生长繁殖,定植于皮肤上的菌种;而暂住菌是指暂时着落于皮肤上的菌种,在一定条件下才会生长、繁殖。后者可能引起皮肤感染甚至疾病的发生。常驻共生菌和皮肤为友好共生关系,但是当皮肤物理屏障受损后,常驻共生菌进入皮肤深层,会变成致病菌,可以诱发一系列皮肤问题,其中最主要的是皮肤敏感的发生。此外,菌群的紊乱、特定菌群的感染,也会引发肌肤敏感。
菌群分布具有差异性
近年来,由于16S r RNA基因测序技术的发展及表皮菌群的易获取性,人们对皮肤微生物分布有了充足的认识。16S r RNA普遍存在于原核生物中,且含量较高,拷贝数较多,便于获取模板,加之遗传信息量适中,故而适用于细菌多样性分析。2007年美国国立卫生院启动的人类微生物组计划中,该方法是主要的技术手段之一。
不管是传统的采集菌群培养后鉴定,还是现在主流的16S rRNA基因测序技术,均表明人体皮肤微环境不同,皮肤上菌群分布也有很大差异。总体来看,皮肤上定植的菌群主要集中在4个门类,包括放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门。根据皮肤微环境不同可以将皮肤划分为皮脂分泌旺盛区域(如额部、鼻翼、背部等)、干燥区域(如前臂、臀部、腿部等)和潮湿区域(如鼻孔、腋窝、肘窝等)。皮脂分泌旺盛区以丙酸杆菌属分布最多,潮湿区域以葡萄球菌属和棒状杆菌属为主。干燥皮肤区域的菌群分布最为多样化,其中一个显著的特点为含有丰度颇高的革兰氏阴性菌。整体来说皮肤常见的常驻共生菌包括具有嗜脂特性的丙酸痤疮杆菌、表皮葡萄球菌和糠秕马拉色菌。常见的皮肤暂住菌包括金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等。
数据表明,人体不同部位的菌群差异大于人群之间同一部位菌群的差异。也就是说,身体部位的不同是菌群种类不同的主要决定因素。当然,外界环境的不同,包括气候、空气污染和紫外线,以及宿主卫生习惯不同、化妆品涂抹习惯不同、免疫状态的差别,以及生理和病理状况的不同都会影响菌群的分布。尽管皮肤微生物受多种因素的影响,但常驻共生菌仍保持相对稳定的状态。此外皮肤随着纵深分布,菌群差异也很大。据报道,用胶带粘贴法证明大约85%的菌群分布在角质层的前2~6层,随着深度的增加,菌种逐渐减少,15次粘贴之后几乎没有发现细菌。
皮肤识别共生菌群
皮肤上的常驻共生菌群是宿主固有免疫不可或缺的组成部分,这些菌群可以通过空间位阻和营养竞争效应来防止病原菌的生存。同时,某些共生菌也可以通过表达抗菌化合物和外来菌群形成直接竞争关系。
那么皮肤是如何识别常驻共生菌还是暂住菌呢?角质细胞作为皮肤的第一道防线发挥了重要的作用。角质形成细胞通过模式识别受体(PRR)和微生物特有的病原相关分子模式(PAMPs)来识别皮肤表面的微生物。研究最多的模式识别受体为跨膜受体Tol l蛋白样受体。受体和配体的结合会引发一系列的级联反应,最终使角质形成细胞表达抗菌多肽(AMPs),杀灭外来病原微生物。可见角质形成细胞在其中扮演了两种看似相反的角色,通过表达AMPs可以直接杀死外来入侵的微生物群系,但同时又为共生菌群提供了赖以生息的友好场所。
此外,共生菌群可在角质形成细胞免疫应答过程中发挥正向的调控作用。研究表明,表皮葡萄球菌可以产生可溶性苯酚分子调控蛋白,具有类似AMPs的作用,可以选择性地抑制病原菌。
抗菌多肽调节皮肤免疫
目前针对AMPs的研究特点,AMPs通常为阳离子性多肽,具有两亲性,即有亲水性的结构域和亲油性的结构域。AMPs的阳离子性可以使它与带负电荷的细菌细胞膜具有良好的亲和性,它们可以在细菌细胞膜上形成“孔道”,并进入细胞内,导致细菌的DNA、蛋白合成等停滞,从而杀死细菌。AMPs的特异性也体现在其与细菌、真菌等的细胞膜的亲和力大于和自身细胞的亲和力,这主要是因为后者含更多中性胆固醇且负电荷强度低于细菌细胞膜。
宿主和共生菌群的交流模式很多是通过AMPs来实现的。不仅皮肤角质细胞会表达AMPs,皮肤表面的共生菌群也会释放AMPs——细菌素直接作用于病原微生物。AMPs在宿主免疫防御过程也发挥重要的作用,比如在猪的皮肤上涂抹抑制AMPs激活的抑制剂,会导致猪的皮肤外伤处细菌增殖加速;小鼠抗菌肽相关基因被破坏后,会增加皮肤感染的概率。
AMPs还可以调节免疫应答。例如,AMPs除了可以直接杀死细菌外,还可以调控趋化活性,从而吸引白细胞,刺激血管生成,增强免疫细胞的活化和分化,调节促炎因子和细胞因子的表达等。共生菌群也会直接和角质形成细胞“对话”,共生菌群会释放一系列免疫调节因子作为信号传递给角质形成细胞。特应性皮炎(AD)是导致皮肤敏感发生的重要原因,从AD患者的研究发现,表皮葡萄球菌及其释放的因子会使角质形成细胞产生一系列免疫防护效应,从而抑制金黄色葡萄球菌的繁殖。如果在AD人群的皮肤上重新定植表皮葡萄球菌和人葡萄球菌,24小时内致病菌——金黄色葡萄球菌的数量会大大减少。
由上可见,AMPs在菌群和皮肤的关系中发挥了重要的作用。同时AMPs在化妆品领域的研究也在逐渐增多,可以作为化妆品研发的一个切入点,以实现对皮肤微生物菌群平衡的调控。调控后的平衡态将增强皮肤免疫防护,间接强化皮肤的物理屏障。