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微生物防晒?

谷禾健康

 “ 要美白,要抗老,先防晒… ” 

“ 护肤中最重要的是防晒… ”

“ 防晒,一年四季都需要… ”

在各大美妆博主的科普下,你可能已经对防晒已经做足了攻略,甚至囤货满满,然而,你可能不知道还有这样一种防晒——“微生物防晒”。

最近,化妆品和皮肤病学领域将其研究重点放在皮肤微生物群及其与皮肤和环境的相互作用上。

现已有研究证明了细菌分子可以阻挡紫外线或逆转它们的有害影响。

为什么细菌可以阻挡紫外线?

在回答这个问题之前,首先我们来认识一下皮肤微生物群。

01 人类皮肤微生物群

皮肤是一个复杂的分层器官,提供了非常多样的生态条件。该生态系统是人体最大的生态系统之一,包括细菌、真菌、酵母、古生菌、病毒,甚至螨虫等。

 皮肤微生物群如何形成?

从出生开始,一个人的皮肤微生物群是通过分娩后阴道菌群的转移形成的,或者是通过剖腹产分娩时的环境菌群形成的。

 皮肤微生物群有什么作用?

皮肤共生菌群对病原体具有几个关键的防御功能,并作为(生物)化学和物理攻击的屏障,以及皮肤先天(通过抗菌肽合成)和适应性免疫系统的调节器。它的成分对免疫稳态至关重要。这种平衡的破坏可能导致疾病,如特应性皮炎,牛皮癣,酒渣鼻,过敏等。

 皮肤微生物群主要有哪些菌属构成?

成人皮肤微生物群的组成和分布受皮肤局部参数的调节,且湿润、干燥和皮脂腺皮肤微生物群的数量差异显著。从20多个皮肤部位采集的样本来看:

每个类群的丰度强烈地依赖于适当生态位的特征。例如,亲脂性菌群,如痤疮杆菌Cutibacterium acnes,在皮脂腺部位发现,而葡萄球菌主要在潮湿部位发展。

葡萄球菌和痤疮杆菌在人体皮肤上的分布

Souak Djouharet al., Microorganisms,2021

 皮肤真菌

关于真菌的研究比较有限,但已经确定马拉色菌是身体和手臂上的主要微生物。其他微生物,包括在足弓上存在曲霉Aspergillus, 隐球菌Cryptococcus, 红酵母Rhodotorula,附球菌Epicoccum.

在人类皮肤上共鉴定出17种马拉色菌:

M. restricta、M. globosa 、 M. sympodialis为主。

 皮肤古细菌

人类皮肤微生物群中也有古细菌,2013年出现了关于古细菌的研究,发现古细菌在躯干等特定区域可以代表4.2%的微生物群。已鉴定的物种包括土壤类群古菌、产甲烷菌和嗜盐菌。

在大致了解皮肤微生物群的基本构成之后,我们再来看紫外线对皮肤微生物群的影响。

02 紫外线对皮肤及其微生物群的影响

紫外线对皮肤的影响

阳光照射会影响皮肤表面的不同比例,这取决于季节,但它仍然是皮肤环境压力最强大和最持久的来源之一。

紫外线辐射对皮肤的影响因其能量和穿透潜力而异(图2)。

Souak Djouharet al., Microorganisms,2021

太阳紫外光谱本身根据辐射的波长和能量分为三个部分:

UVC(200-290nm);

UVB(280–315 nm);

UVA(315–400 nm)

UVA分为UVA1(315–340 nm)和UVA2(340–400 nm)

辐射波长越长,穿透皮肤的深度就越深,也就是UVA的穿透力最强。平流层中的臭氧能有效地吸收紫外线。在海平面上,人类主要暴露于UVB和UVA。

穿透皮肤的紫外线占阳光辐射的5-8%,相当于约5-10%的UVB和90-95%的UVA。这些数值随太阳高度、海拔高度、臭氧、云量和地面反射而变化。

UVA:晒黑、晒老(皮肤光老化)

UVB:晒伤、晒红、晒出水泡

在皮肤中,紫外线辐射被皮肤发色团以及不同的分子吸收,包括DNA、膜脂和反式尿氨酸。这种靶点的多样性解释了大量已知的生物反应。

紫外线对皮肤微生物群的影响

间接影响

紫外线对皮肤的影响可以间接影响皮肤的微生物群,细菌本身已经发展出对紫外线辐射的抵抗力。

已经证明,紫外线辐射影响皮肤微生物群的组成和活性,但其后果是不明确的。

积极影响:导致金黄色葡萄球菌等条件致病菌的减少

消极影响:出现慢性炎症

紫外线辐射可以通过刺激角质形成细胞产生抗菌肽,如hbD2、hbD3、RNase7、psoriasin或S100A12,从而上调皮肤保护性天然免疫机制。

最近,在一个由6名志愿者组成的小组中研究了UVA和UVB对皮肤微生物群的影响。暴露于UVA和UVB后,观察到其皮肤微生物群的组成发生改变。

蓝藻门细菌Cyanobacteria增加的趋势,而乳酸杆菌科和假单胞菌科有减少的趋势。蓝藻门的增加归因于它们对紫外线辐射的高内在抗性

蓝藻门细菌发展了多种防御机制,包括紫外线吸收/筛选化合物的生物合成,如类菌胞素氨基酸(MAAs)和酶,包括超氧化物歧化酶(SOD),它们可以对抗氧化应激。

直接影响

紫外线也直接影响皮肤细菌,如痤疮表皮菌,减少其卟啉的生产。

紫外线也作用于另一种常见的皮肤细菌,藤黄微球菌Micrococcus luteus。该菌株具有显著的特性,能够通过逆转紫外线在皮肤暴露过程中产生的顺式尿氨酸来对抗紫外线对免疫系统的有害影响。

这使得化妆品行业在开发用于防晒产品时考虑到了皮肤微生物群。

03 防晒措施

随着年龄增长,皮肤的自然老化是不可避免的,但是光老化却是可以通过防晒措施来缓解的。

防晒

经典防晒措施:

穿防晒衣(由防紫外线布料制成的衣服)。紫外线可以穿透一般夏天穿的薄棉质衣服。

现代防晒:包括一级保护和二级保护两种手段。

防晒霜能够吸收或反射紫外线。

抗氧化剂、渗透剂和DNA修复酶有助于减少皮肤损伤。

更准确地说,防晒霜可以根据其作用机制分为物理阻挡紫外线、化学吸收紫外线和混合紫外线过滤。

物理紫外线过滤器反射和散射光,特别是UVA和UVB。这些过滤器包括有色化合物和微粉化颜料。在后者中,我们发现了钛氧化物(TiO2)和氧化锌(ZnO ex Z-Cote®-BASF Care Creations)。

化学紫外线过滤剂(如Tinosorb®M-BASF Care Creations, MexorylTM XL-L’Oréal, Triasorb™-Pierre Fabre)能够吸收高能紫外线并释放较低的能量辐射,这得益于一个发色团,该发色团通常是一个芳香族分子,或与羰基结合或不结合。

这些过滤器既不能穿透皮肤屏障,也不能进入细胞,在细胞中它们会导致变异,也不能进入体循环。

然而,仅仅保护皮肤不受紫外线照射是不够的

紫外线空气污染物的结合已被证明会协同加剧皮肤损伤,加速皮肤老化

最近的研究显示,紫外线大气污染物(如香烟烟雾和多环芳烃)之间可以存在协同效应。这些污染物具有内在的皮肤氧化特性,其作用可以增强紫外线的作用。这在UVA和B[a]P(苯并芘)中得到了特别的证明,这是最有害的光反应性多环芳烃之一,通过增加脂质过氧化DNA损伤导致细胞活力下降

作为对紫外线过滤器的补充,基于对环境协同损害的内源性保护的策略已经通过刺激天然抗氧化途径添加例如修复酶抗氧化剂、肽、天然或生物技术提取物来实现(表1)。

根据其作用机理与防晒相关的市售化妆品成分的非详尽清单。

Souak Djouharet al., Microorganisms,2021

INCI:化妆品成分的国际命名法

抗氧化剂,如维生素C、维生素E、类胡萝卜素、多酚和类黄酮可以减少紫外线产生的活性氧

“微生物防晒剂”——MAAs

如前所述,类菌胞素氨基酸(MAAs)是地衣、真菌和蓝藻在太阳紫外线照射下产生的天然光稳定次生代谢产物紫外线吸收化合物

MAAs通常被称为“微生物防晒剂”,它能以热的形式散发紫外线能量而不产生自由基,还能阻止紫外线诱导的嘧啶酮光产物(6-4光产物)和嘧啶二聚体的形成。这些UVs光产物导致突变、细胞转化和细胞死亡。

MAAs是一种多功能化合物,具有抗紫外线辐射损伤、抗氧化、渗透和热应激等作用。这些分子吸收光的带宽很宽,最大吸收率在310-362nm之间(UVA和UVB范围),摩尔消光系数很高(e=28100–50000 M−1厘米−1).

因此,MAAs可作为化妆品的活性成分,以抵消紫外线辐射的负面影响。

MAAs是典型的小化合物(<400 Da),无色,水溶性。已鉴定出20种形式的MMAs,研究最多的是Porphyra-334、shinorine和mycsporin-glycine.

这些化合物具有类似的结构,由含有环己酮或环己烯胺环的4-脱氧戊醇组成,环己烯胺环与氨基酸或亚氨基醇的氮取代基共轭。

许多研究表明,MAAs是抗氧化剂,因为它们通过防止脂质过氧化超氧自由基活性来对抗氧化损伤。例如,红藻紫菜提取物,商品名为Helioguard 365a(瑞士Mibelle AG Biochemistry),据称是一种天然防晒霜,含有脂质体MAAs、shinorine和紫菜-334的混合物(表1)。这种化合物对UVA引起的DNA损伤的光保护作用已在体外HaCaT细胞中得到证实。

表皮葡萄球菌——抑制紫外线诱导的新生细胞生长

最近的研究强调了皮肤细菌的一种新功能,它可以保护皮肤免受外部攻击,比如紫外线辐射。表皮葡萄球菌产生一种化合物6-HAP(6-N-羟基氨基嘌呤),具有预防肿瘤的保护活性。该分子能抑制DNA合成,选择性地阻止肿瘤细胞的增殖,抑制紫外线诱导的新生细胞生长

藤黄微球菌——减轻紫外线辐射

众所周知,UVB辐射通过反式尿氨酸(trans-UCA)到顺式尿氨酸(cis-UCA)的光异构化来降低细胞介导的免疫。研究还表明,皮肤共生的藤黄微球菌 micrococcus luteus 能够将顺式UCA降解为反式异构体,从而可能降低UVB的免疫抑制作用。因此,这种细菌可以减轻紫外线辐射的有害影响。

此外,藤黄微球菌特别产生一种有趣的酶,一种核酸内切酶,它有能力提高DNA修复酶复合物的效率。这种核酸内切酶可以被包裹在磷脂包被膜中,以促进其进入细胞。

光裂解酶——抵消紫外线产生的DNA光产物形成

为了限制DNA损伤,另一类酶,光裂解酶,是光破坏防御领域的主要研究对象。这些酶由许多自然暴露于紫外线辐射下的动物物种、植物和细菌产生,但在包括人类在内的胎盘哺乳动物中不编码。

光裂解酶属于一类50-60kDa的黄蛋白,被可见光谱的蓝光或紫外光激活。如前所述,它们能够抵消紫外线产生的DNA光产物的形成,如环丁烷嘧啶二聚体(CDPs)和6–4光产物。

光裂解酶是一种特定的产物,但其作用机制尚不清楚。不过作者已经证明,用脂质体局部治疗人类皮肤,脂质体中含有一种从蓝藻中分离出来的光裂解酶,即Anacystis nidulans,能够降解40%的紫外线照射产生的CDP,并减少红斑。同时,表皮细胞间粘附分子-1(ICAM-1)减少,对免疫和炎症起作用。此外,光解酶似乎能有效降低UVB的有害作用并产生免疫保护。

痤疮表皮杆菌——分泌抗氧化酶

最近的一项研究表明,皮肤共生细菌,痤疮表皮杆菌,能够分泌一种抗氧化酶。这种被称为RoxP的蛋白质是痤疮丙酸杆菌的自由基加氧酶,在体外促进有氧细菌的生长

另一项研究表明,RoxP积极影响单核细胞和角质形成细胞的活力暴露于氧化应激。这种酶可能有助于减少与紫外线暴露有关的氧化应激

放线菌——抑制紫外线诱导的新细胞生长

放线菌(Actinobacteria),特别是链霉菌(Streptomyces)是具有光保护活性的代谢物的来源,如抗氧化抗炎化合物以及吸收紫外线的分子。这些分子包括酰胺类化合物,通常与抗炎活性和生物碱显示更具体的抗氧化活性。这些化合物现在被用作化学成分来开发保护产品。

防止紫外线损伤的细菌营养方法

现在大家都知道各种各样的膳食补充剂对皮肤健康有好处。最近,口服补充抗氧化剂(如抗坏血酸、类胡萝卜素或多酚)和益生菌被提议保护皮肤免受紫外线辐射引起的损害。

“益生菌”一词于1989年被定义为”活的微生物,如果摄入足量,就会对宿主的健康产生影响”。乳酸菌的特定菌株可能会对肠道微生物群的组成和代谢产生有益的影响,在某些情况下还会抑制肠道病原菌的生长

许多研究表明肠道免疫轴皮肤有关,食用含有益生菌的食物可以改善皮肤健康,维持皮肤稳态,调节皮肤免疫系统。

Lactobacillus johnsonii NCC 533 (约氏乳杆菌NCC 533)

对于紫外线辐射引起的皮肤损伤,益生菌如约氏乳杆菌NCC 533 (La1)的功效已被证实。

研究表明,约氏乳杆菌的吸收可以通过防止紫外线产生的白细胞介素-10的增加来增强皮肤免疫系统稳态,并减少表皮朗格汉斯细胞的募集。

鼠李糖乳杆菌

以同样的方式,一种益生菌鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus GG, LGG)的施用被证明可以防止皮肤肿瘤的发生,这是由于其脂磷壁酸(lipoteichoic acid, LTA)的活性,LTA是革兰氏阳性菌细胞壁的一种成分。

在小鼠模型中,LTA降低了紫外线诱导的皮肤免疫抑制,从而显著降低了紫外线诱导的皮肤肿瘤生长。

还可以考虑其他的光保护候选种,如植物乳杆菌HY7714、短双歧杆菌和长双歧杆菌。这些观察结果是很有希望的,但还需要在人类身上得到证实。

04 结  语  

目前的防晒策略多种多样。优化策略可以使用改善紫外线内源性保护反应的成分和/或修复或抗氧化酶,对紫外线暴露后的皮肤恢复具有积极作用。

本文中的提到的皮肤微生物群是具有间接防晒特性的化合物的来源。皮肤微生物群中的一些细菌甚至具有直接的紫外线辐射阻断或吸收作用,以及抗炎抗氧化活性

此外,一些临床研究也强化了某些益生菌具有预防或逆转紫外线辐射有害影响的有益活性的观点。内源性和外源性细菌不仅是分子的来源,也是开发新的自然防晒措施的灵感来源。

附录:  防晒常识

#01 化学防晒和物理防晒有什么区别?

化学防晒霜的作用就像海绵一样吸收阳光。它们包含以下一种或多种活性成分:氧苯甲酮,阿伏苯宗,辛酸盐,辛二烯,高渗酸盐和辛氧酸盐。这些配方往往更容易擦入皮肤,而不会留下白色残留物。

物理防晒霜的作用就像护盾一样在皮肤表面,使太阳光线偏转。它们包含活性成分氧化锌和/或二氧化钛。皮肤敏感者或小朋友,请尽量选择物理防晒霜。

#02 什么人需要防晒?

任何人,不论年龄,性别或种族,都需要防晒。

(6个月以下的婴儿尽量避免使用防晒霜,可以选择戴帽子,穿长袖等方式。)

#03 如果使用防晒霜需要多少量?

如果只涂脸的情况下,需要一个一元硬币或以上的量。涂身体需要在这个基础上增加相应的量,如果是在海边沙滩上,按照AAD(美国皮肤学会年会)的规定,至少要涂满1盎司的防晒霜才能完全覆盖身体。

#04 防晒霜上SPF和PA代表什么?

SPF值(Sun Protection Factor),也就是我们平常说的防晒系数,指紫外线照射到不伤害肌肤的一个时间范围。假设不涂防晒时15分钟后晒伤,那么SPF30的意思是15(分钟)*30=450分钟,也就是可以保护皮肤7.5小时。【实际上在很多因素下,并不能有效保护这么久,需要补涂】

PA值是衡量防晒产品UVA的防护能力,美国产的和部分欧洲产的防晒霜并没有标有PA,市面上一般有PA+,PA++,PA+++三个等级。PA+:有效;   PA++:相当有效;   PA+++:非常有效

#05 多久补涂?

在户外时,请大约每两个小时后补涂,或在游泳或出汗后补上。

#06 防晒霜多久失效?

如果每天以正确的量使用防晒霜,那么一瓶不会使用太久。

FDA要求所有防晒霜保持其原始强度至少三年。如果已过期,请扔掉防晒霜。

#07 防晒霜的成分安全吗?

FDA提议的规则对防晒成分进行了分类。FDA提议将两种成分“普遍认为是安全有效的”(GRASE):

二氧化钛、氧化锌 

FDA提议不要添加其他两种成分:

聚氨基甲酸乙酯、甲苯胺水杨酸酯 

#08 防晒喷雾如何?

FDA还在评估喷雾防晒霜的安全性和有效性。使用防晒喷雾的挑战在于,你很难知道是否使用了足够的防晒霜来遮盖身体所有暴露在阳光下的区域,有可能会导致覆盖范围不足。使用喷涂防晒霜时,请确保喷涂足够量并擦拭以确保均匀覆盖。

为避免吸入喷雾防晒霜,切勿将其喷涂在脸部或嘴部周围或附近。或者喷的时候应避开人群,注意风向,以免自己或他人吸入。

#09 含有驱虫剂的防晒霜值得买吗?

AAD不建议购买标签上注明含有驱虫剂的防晒霜。

建议购买单独的产品,因为:

防晒霜应自由使用,并经常使用

驱虫剂应少用,且应比防晒霜少使用

参考文献:

Yokoyama, H.; Mizutani, R. Structural biology of DNA (6-4) photoproducts formed by ultraviolet radiation and interactions with their binding proteins. Int. J. Mol. Sci. 2014, 15, 20321–20338.

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Souak Djouhar,Barreau Magalie,Courtois Aurélie et al. Challenging Cosmetic Innovation: The Skin Microbiota and Probiotics Protect the Skin from UV-Induced Damage.[J] .Microorganisms, 2021, 9.

Patra, V.; Sérézal, I.G.; Wolf, P. Potential of skin microbiome, pro- and/or pre-biotics to affect local cutaneous responses to UV exposure. Nutrients 2020, 12, 1795.

Hannigan, G.D.; Meisel, J.S.; Tyldsley, A.S.; Zheng, Q.; Hodkinson, B.P.; SanMiguel, A.J.; Minot, S.; Bushman, F.D.; Grice, E.A. The human skin double-stranded DNA virome: Topographical and temporal diversity, genetic enrichment, and dynamic associations with the host microbiome. mBio 2015, 6, e01578-15.

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动画简报 | “集天使与魔鬼于一身”的皮肤菌群

谷禾健康

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皮肤菌群如何导致痤疮、湿疹?如何维持皮肤健康?_腾讯视频

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