学术观点|代谢组学揭示护肤品对皮肤微生态的影响——美妆中的科学问题

皮肤是人体的第一道屏障，也是防御外来影响的第一道防线。人体体表有着复杂的生态系统，它们在皮肤表面形成第一道生物屏障，共同维持着皮肤微生态的平衡[1-3]。近年来大量研究指出，皮肤微生态的紊乱与多种皮肤疾病有着密切的关系，可以通过纠正微生态失衡来治疗皮肤疾病[4]。

护肤品是当下人们生活中必不可少的重要日常用品，随着相关研究的深入和产业的发展，护肤品对皮肤微生态的影响也逐渐受到关注。雅诗兰黛公司就曾利用Discovery HD4™代谢组学平台探索关于皮肤表面代谢物的节律性改变，以帮助寻找改善老化肌肤的最优“配方”，同时将代谢组学作为评估肌肤健康新诊断方法，相关成果在“2019年世界皮肤科大会（WCD）”上发布[5]。

雅诗兰黛实验方案及D-Squame非侵入式采样示意图（详见文末彩蛋）

研究案例

来自加州大学圣迭戈分校的研究人员，针对4种护肤品（1种爽肤水、1种润肤膏、1种爽身粉和1种除味剂），通过结合代谢组和微生物组的研究方法，阐释了这些产品对受试者皮肤微生态的动态影响。研究发现护肤类产品的使用对人体皮肤表面的代谢物和微生物组成都有着显著的影响，这一影响有着明显的产品、部位和个体特异性，相关研究成果为个性化护肤的发展和相关产品的开发提供了重要的基础，以“The impact of skin care products on skin chemistry and microbiome dynamics”为题发表于BMC Biology杂志（DOI：10.1186/s12915-019-0660-6）。

实验设计

本研究共纳入了12名受试者（6名男性和6名女性，此外1名女性因实验过程中发生皮肤不适中途退出）。实验过程一共持续9周，前3周受试者停止使用除身体清洁外的一切护肤产品；第4-6周时，受试者在脸部使用防晒霜，手臂使用润肤膏、腋窝使用止汗剂并于足部使用爽足粉；然后在7-9周受试者恢复使用个人的护理产品（图1）。

图1. 本研究的实验设计。红色表示女性，黑色表示男性。空心圆环表示受试者正常使用个人护理产品，实心圆表示受试者仅使用简单的身体清洁产品，三角形表示受试者使用本实验的四种护肤类产品。受试者8（V8在实验开始第6天退出实验）。

代谢组学研究结果

对受试者的身体体表各部位的持续代谢组学检测显示，本实验中选用的四种护肤产品的特异性代谢物在4-6周内显著累积（图2a，黄色箭头），证明受试者很好的遵从了实验设计。对受试者入组样本（T0）和初始阶段样本（T1-T3）的分析则显示，即使在停止使用后，多种受试者个人护理产品的成分有着长期的残留，比如在受试者1、受试者3和受试者9腋窝处的多种除臭剂成分（图2a-d）即使在停用3周后仍能检出。

图2. 在9周的实验周期中，受试者腋窝处代谢物的变化情况。a）腋下代谢物的热图，b-d）受试者1和受试者3腋下稳定存在的除臭剂成分的热图和互作网络图。

多元分析

而进一步利用多元分析，研究人员发现即使受试者在实验周期内按照相同的模式使用一致的护理产品，受试者体表的代谢物整体变化表现出明显的个体特异性，表现为主坐标空间内的明显离散和基于Bray–Curtis距离的显著性差异（图3a）。进一步针对腋窝的深入分析则发现，基于T0时间点的腋下代谢组特征和生活习惯，受试者可以被明确分为两组，分别是除臭剂长期使用者和不使用者；而在实验周期内，使用除臭剂的受试者腋下代谢物的变化要显著高于不使用除臭剂的受试者（图3b和c）。

图3. 基于Bray–Curtis距离的受试者体表代谢物主坐标分析。a）受试者之间的代谢物差异。b）所有受试者腋下不同时间点的代谢物差异。c）各个受试者腋下不同时间点的代谢物差异。

微生物组分析

在代谢组的基础上，研究人员还对受试者体表的微生物组进行了检测。结果发现腋下和足部的微生物组成发生了显著的变化（图4a-d），而手臂和脸部的微生物组则保持稳定，例如腋下变形菌门的细菌丰度在使用止汗剂后显著上升（图4e-f）。此外，研究人员注意到不同受试者间的体表微生物组有明显差异，这显示个体间的体表微生物组有明显差异，并且对相同产品的反应也不尽相同（图4a-d，图5）。

图4. 受试者皮肤表面菌群的变化。a-d）受试者腋下、脚部、手臂和面部的体表菌群主坐标分析。e-f）受试者体表革兰氏阴性菌的相对丰度变化。

图5. 11名受试者腋下（a）和脚部（b）的体表菌群变化

结论

最后研究人员还比较了受试者体表代谢物和微生物的多样性差异（图6）。实验数据显示护肤产品的使用会显著影响体表代谢物和微生物的多样性，而不同部位的代谢物和微生物多样性也存在显著性差异。

图6. 基于shannon指数的代谢物与微生物多样性比较。a）女性受试者的体表代谢物多样性。b）男性受试者的体表代谢物多样性。c）女性受试者的体表微生物多样性。d）男性受试者的体表微生物多样性。

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参考文献

1. Byrd AL, Belkaid Y, Segre JA. The human skin microbiome. Nature Reviews Microbiology 2018;16(3):143.

2. Elpa DP, Chiu H-Y, Wu S-P, et al. Skin Metabolomics. Trends in Endocrinology & Metabolism 2020.

3. Agache P. Presentation of the skin surface ecosystem. Measuring the skin Germany: Springer-Verlag 2004:21-31.

4. Egert M, Simmering R, Riedel CU. The association of the skin microbiota with health, immunity, and disease. Clinical Pharmacology & Therapeutics 2017;102(1):62-69. 

5. Corallo K , Pelle E , Feld G K , et al. First Assessment of Skin Circadian Metabolomics on Young and Aging Subjects. World Conference of Dermatology 2019.

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常见样本类型

采样示意图