本文作者:史國放 鄒冰
編輯:榮格個人護理
對于化妝品來說,“美”的宣稱常通過健康的皮膚來表述,而健康的皮膚可以歸因于皮膚上微生物的生態(tài)平衡。
皮膚,作為人體與環(huán)境接觸的主要器官,有很多因素可以影響皮膚微生態(tài)的多樣性,包括日常所使用的化妝品。但是,對于個人護理行業(yè)和消費者來說,這個話題依然充滿了諸多未知性,尤其是化妝品中的防腐劑對于皮膚微生態(tài)的影響。
本文回顧了個人護理品行業(yè)在皮膚微生態(tài)方面的研究工作,總結(jié)了國內(nèi)外文獻和專利中關(guān)于化妝品和皮膚微生態(tài)關(guān)系方面的研究報道,并且列舉了幾種可用于研究化妝品影響皮膚微生態(tài)的實驗方法,為行業(yè)內(nèi)需要進行相關(guān)測試的同仁提供參考。
(一)皮膚微生物群、微生態(tài)及其功能
皮膚是人體最大的器官,也是人體抵御外部病原菌的第一道防線。
皮膚表層有著成千上萬的細菌、真菌和病毒等微生物,它們和皮膚表層組織、細胞以及各種代謝物等共同組成了皮膚微生態(tài)系統(tǒng)。
研究表明,皮膚微生物包括常駐菌(對宿主無害)、有益菌和有害菌,其組成多種多樣,并且皮膚不同部位存在著不同的微生物,與皮膚的油脂、濕潤、干燥等微環(huán)境息息相關(guān)[1-4]。
其中,細菌是皮膚上最主要的微生物,而真菌則是最少的[1]。通過測序技術(shù),已經(jīng)在皮膚上發(fā)現(xiàn)了至少19種門的細菌,包括放線菌門Actinobacteria(51.8%)、厚壁菌門Firmicutes(24.4%)、變形菌門Proteobacteria(16.5%)和擬桿菌門Bacteroidetes(6.3%)等[5]。定植于人體皮脂腺部位的主要是親脂的丙酸桿菌Propionibacterium,像肘彎和腳部這些相對潮濕的部位主要是葡萄球菌Staphylococcus和棒狀桿菌StapHylococcus(參見圖1和表1)[6],而在相對干燥的地方,主要是變形桿菌Proteobacteria和黃桿菌Flavobacteriales[3]。此外,不同身體部位的真菌組成基本類似,主要是一些馬拉色菌Malassezia[4]。
近二十年來,關(guān)于皮膚微生態(tài)功能方面有很多的報道。
Baviera等發(fā)現(xiàn)表皮葡萄球菌Staphylococcus epidermidis有抗炎的作用,可以增強皮膚屏障功能,同時表皮葡萄球菌通過產(chǎn)生抗菌肽(AMP)和增加緊密連接蛋白(tightjunction proteins)的表達來抑制有害菌——金黃色葡萄球菌Staphylococcus aureus的生長[7]。皮膚菌群也可以調(diào)節(jié)皮膚pH和油脂含量。Gribbon等人的研究表明皮膚上的丙酸桿菌Cutibacterium acnes 將皮脂中的甘油三酯分解為游離脂肪酸,降低皮膚的pH,增強皮膚與細菌之間的黏附[8]。在腋窩部位,通過細菌移植技術(shù)或者直接涂抹益生菌的方式來替換人體產(chǎn)臭菌群已被證實可以解決腋下狐臭的問題[9]。
現(xiàn)實生活中,有很多因素可以影響皮膚的微生態(tài),包括環(huán)境因素(例如地理位置、居住環(huán)境、空氣污染等)和宿主因素(例如年齡、飲食和壓力等)[2,12]。此外,皮膚微生態(tài)也受到清潔用品和護膚品的影響[11]。
在正常條件下,皮膚和皮膚菌群之間、皮膚常駐菌與有害菌之間都需要保持平衡。然而,關(guān)于保持平衡的機理依然充滿了未知。皮膚微生態(tài)的失衡會導致皮膚疾病或者紊亂。例如,通過測序發(fā)現(xiàn)過敏性皮炎患者的病患部位金黃色葡萄球菌顯著增加,同時微生物菌種的多樣性明顯降低[12]。此外,最新的宏基因組數(shù)據(jù)證實了痤瘡主要是由于皮膚上積累了大量的痤瘡丙酸桿菌的有毒菌株[13]。另外也有研究表明,通過調(diào)節(jié)基因表達和皮膚微環(huán)境,皮膚菌群可以消除紫外線輻射引起的皮膚免疫抑制反應[14]。
(二)個人護理行業(yè)的皮膚微生態(tài)話題
在個人護理行業(yè),皮膚微生態(tài)是一個很熱門的話題。消費者、品牌商和媒體都非常關(guān)注皮膚微生態(tài)在個護創(chuàng)新上的應用。
過去,通常認為皮膚上的細菌都是有害的,但是現(xiàn)在,人們認為簡單地殺死有害菌可能也會損害皮膚上的有益菌。因此,皮膚微生態(tài)友好已經(jīng)變成了個護行業(yè)中的流行趨勢之一(圖2)。
如今,時尚或者美學雜志經(jīng)??歉鞣N關(guān)于皮膚微生態(tài)友好型的個護產(chǎn)品的報道和宣傳??v觀全球市場,高端消費者已經(jīng)接受了皮膚微生態(tài)友好型的相關(guān)產(chǎn)品,并且愿意支付更高的溢價去購買此類產(chǎn)品[15]。
以前,清潔類產(chǎn)品中常見的做法是,簡單地添加一些抗菌劑在配方中,從而消滅細菌,比如皂類和潔面乳。如CleanandClear針對青春痘的產(chǎn)品中使用過氧化苯甲酰作為殺菌的活性物質(zhì);又比如,很多抗菌皂中添加三氯生來實現(xiàn)殺菌[16]。
但是現(xiàn)在,化妝品配方師借鑒了腸道微生態(tài)的理念,在護膚品中引入了益生菌probiotics(以活菌或者溶菌產(chǎn)物的形式)、益生元prebiotics(作為有益菌的營養(yǎng)物質(zhì))、后生元postbiotics(通過添加益生菌的副產(chǎn)物來提高或者激活有益菌的生長)等,或者其他微生態(tài)友好的成分。益生菌已經(jīng)被用于治療很多人類皮膚疾病,包括濕疹、過敏性接觸皮炎和創(chuàng)傷修復等(圖3)[17]。
益生菌在護膚品中首次出現(xiàn)是在2009年,英國NUDE品牌推出了一系列的相關(guān)產(chǎn)品[15]。緊接著,很多公司都相繼將益生菌加入到了它們的護膚產(chǎn)品中,包括比利時的YUNProbiotherapy、美國的AOBiome、法國的Gallinée和美國的倩碧(表2)。這些護膚品中使用的益生菌大部分都是乳酸桿菌lactobacillus的活菌或者死菌。
諸如低聚半乳糖類的益生元可以作為益生菌的營養(yǎng)成分,選擇性地刺激對人體健康有益菌株的生長[19]。護膚品中使用益生元已經(jīng)有很多年的歷史。早在1945年,美國Johnson&Johnson旗下的Aveeno就在它的產(chǎn)品中使用了燕麥和燕麥提取物作為原料,雖然當時這些組分并沒有被標記為益生元,但目前這些被人熟知的成分已經(jīng)被很多公司和品牌重新標記為了益生元(表3)。
隨著皮膚微生態(tài)友好成為個護領(lǐng)域的流行趨勢,越來越多使用益生菌和(或)益生元的護膚品應運而生,但是,關(guān)于益生菌和益生元在護膚品中的應用依然充滿了挑戰(zhàn)。
- 缺少標準: 雖然益生元和益生菌的定義非常明確,但是從化妝品角度,對于益生菌產(chǎn)品沒有清晰的解釋,而且進入這一領(lǐng)域的門檻也很低。往往這些產(chǎn)品都缺少可靠的臨床試驗數(shù)據(jù),有些公司的數(shù)據(jù)沒有對外發(fā)表,也有些公司根本就沒有做過臨床試驗。
- 技術(shù)和法規(guī)壁壘: 法規(guī)在化妝品行業(yè)非常重要,但是目前在歐洲或者美國都沒有關(guān)于益生元和益生菌護膚產(chǎn)品的相關(guān)法規(guī)。化妝品產(chǎn)品要求不能含有特定的病原菌,但是在益生菌存在的情況下,缺少有效的方法來鑒定產(chǎn)品里面是否包含特定的病原菌。此外,在護膚產(chǎn)品中添加活菌的難度也非常大。
- 缺少消費者教育: 消費者如果知道產(chǎn)品中含有活菌的話,可能對益生菌產(chǎn)品產(chǎn)生抵觸。所以需要花費時間去教育和說服消費者,證明此類產(chǎn)品確實是他們所需要的。
- 價格相對高:相比于其他主流的護膚產(chǎn)品,含有益生菌或益生元的產(chǎn)品價格往往很高,如Mother Dirt的微生態(tài)友好保濕乳,50毫升規(guī)格產(chǎn)品在美國的售價為34美元。但是隨著技術(shù)的發(fā)展,相信微生態(tài)友好護膚品的價格會隨之下降。
同時,化妝品原料供應商也開發(fā)了一些可以調(diào)節(jié)皮膚微生態(tài)的活性物質(zhì)。
荷蘭DSM公司開發(fā)了高端黑科技——EPIBIOMEBEAUTY?平臺,針對皮膚屏障和皮膚微生物菌群之間的相互作用,研發(fā)新的解決方案。PENTAVITIN?(鎖水磁石)就是其成果之一,并且已被證實可以幫助頭皮微生物群中的馬拉色菌和表皮葡萄球菌的平衡[20]。
德國BASF公司和法國微生物公司Biomillenia已經(jīng)簽署了微生態(tài)的功能研發(fā)協(xié)議,BASF開發(fā)了皮膚細胞的3D模型,旨在利用皮膚微生態(tài)的技術(shù)手段來減緩皮膚衰老[21]。
瑞士Givaudan公司為它們的Revivyl原料申請了專利,該成分可以將特定的微生物轉(zhuǎn)化為三羥基苯甲酸,從而達到調(diào)節(jié)皮膚微生態(tài)的作用[15]。
法國Gattefossé集團從臨床角度證實了它們的EmuliumMellifera天然保濕霜(聚甘油-6二硬脂酸酯、霍霍巴酯類、聚甘油-3蜂蠟酸酯和鯨蠟醇的混合物)可以保持和改進皮膚上的微生物菌群平衡[22]。基于英敏特的數(shù)據(jù),添加了天然來源和溫和成分的皮膚微生態(tài)友好型產(chǎn)品已經(jīng)進入了市場,拓展了未來化妝品企業(yè)創(chuàng)新的方向。
(三)化妝品、防腐劑與皮膚微生態(tài)的關(guān)系研究
化妝品一直深受消費者的喜愛,因為它們可以清潔、保護和改善人們身體的外觀表現(xiàn)。消費者正在對微生態(tài)友好型的產(chǎn)品產(chǎn)生濃厚的興趣。大部分化妝品的主要成分包括了水、乳化劑、表面活性劑、保濕劑、增稠劑和防腐劑。這里我們總結(jié)了文獻中所記載的化妝品或者防腐劑對于皮膚微生態(tài)的影響,并對部分宣稱皮膚微生態(tài)友好的相關(guān)專利進行了匯總。
北京工商大學宋麗雅教授課題組在體外測試了甲基異噻唑啉酮(MIT)、碘代丙炔基氨基甲酸酯(IPBC)、乙基己基甘油(EHG)、苯氧乙醇(PE)和尼泊金甲酯(MP)對9種皮膚細菌并大腸桿菌Escherichiacoli和金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度(MIC)[23]。
結(jié)果發(fā)現(xiàn),MIT和IPBC對所有測試菌株都有很強的抑菌作用,MIC值≤100ppm;EHG和MP的MIC值≤3000ppm;PE的效果最弱,MIC值≤10000ppm。結(jié)果同時表明,在可以抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的濃度下,PE和MP對于皮膚上常駐菌的影響非常微弱(圖4)。
在另外一項研究中,含有MP、1,2-己二醇和PE的爽膚水、乳液、膏霜和兒童護膚霜則展現(xiàn)了很強的抗菌作用,這些產(chǎn)品不僅抑制了有害菌的生長,同時也抑制了皮膚常駐菌的生長,比如表皮葡萄球菌、福氏志賀氏菌Shigellaflexneri和產(chǎn)氣腸桿菌Enterobacter aerogenes[24]。也有研究發(fā)現(xiàn),將一款含有PE的面霜涂抹在皮膚上后,可以破壞皮膚的菌群平衡,表現(xiàn)為,變形菌門的細菌有所增加,以及痤瘡丙酸桿菌有所下降(圖5)。
表4.爽身粉、膏霜和除臭噴霧的抑菌測試結(jié)果。膏霜添加有0.417%的PE、0.354%的MP和0.137%的PP。1-10為皮膚上分離得到的細菌菌種編號[25]
Lalitha發(fā)現(xiàn)PE、MP、尼泊金丙酯(PP)、山梨酸、山梨酸鉀和苯甲酸鈉等防腐劑對于銅綠假單胞菌Pseudomonas aeruginosa、藤黃微球菌Micrococcus luteus和表皮葡萄球菌都有很好的抑菌作用[25]。低濃度的PE、MP和PP可保持膏霜產(chǎn)品免受細菌污染,同時也不會對皮膚上的微生物產(chǎn)生影響(表4)。
HyoJungLee等人發(fā)現(xiàn),在化妝品使用后,丙酸桿菌、葡萄球菌和棒狀桿菌都有顯著的下降,而羅爾斯通菌Ralstonia有了明顯的增加(圖6)[26]。
圖7.不同人體上腋窩和腳部細菌的變化。a.12位志愿者腋窩部位細菌變化情況;b.12位志愿者腳部細菌的變化情況[27]
Bouslimani等人分析了4種化妝品在11位志愿者身上的影響,發(fā)現(xiàn)除臭劑和爽足粉會增加細菌的多樣性,而臉部和手臂部位的乳液對于細菌多樣性幾乎沒有影響(圖7)[27]。
Gonry等人比較了一款含有高濃度防腐劑(PE、MP和甲醛釋放體)的AGA膏霜及其對照(額外添加2%菊粉)[28],結(jié)果發(fā)現(xiàn)AGA膏霜在1小時內(nèi)破壞90%的皮膚微生物,而對照膏霜可以讓皮膚上的微生物保持5倍多的活力(圖8)。
此外,很多公司也在專利中宣稱其化妝品產(chǎn)品對皮膚微生態(tài)友好(表5)。其中大部分都是利用了益生菌或者益生元來宣稱相應產(chǎn)品可以幫助皮膚微生態(tài)再平衡。
但總體而言,皮膚微生態(tài)還屬于新興領(lǐng)域,我們對皮膚微生物菌群在皮膚健康中的作用以及化妝品中各類組分對于皮膚微生態(tài)的影響的認知還比較有限,需要更多的實驗數(shù)據(jù)來證實它們與皮膚微生態(tài)之間的相互作用。
(四)研究化妝品成分對皮膚微生態(tài)影響的方法
目前,研究化妝品或原料對于皮膚微生態(tài)的影響主要有以下一些體外或者體內(nèi)的方法:
- 體外抗菌測試:MIC測試和抑菌圈測試通常用于測試化妝品或者防腐劑對于皮膚微生物菌株的影響[23, 25]。操作上非常方便,但是往往缺少體內(nèi)和體外的關(guān)聯(lián)性。
- 體外細胞和微生物共培養(yǎng)模型:很多公司已經(jīng)開發(fā)了3D皮膚模型來研究皮膚和皮膚微生物菌群的關(guān)系。Liang等人利用3D重組表皮細胞開發(fā)了一種毛蘚菌感染模型,來研究毛蘚菌感染的機理[29]。另外,也有報道稱體外重組3D人體細胞模型(Labskin)適合于研究化妝品中防腐劑、抗菌劑、益生元和益生菌等[30]。這些細胞和微生物共培養(yǎng)的模型可以作為臨床前篩選的方法之一。
- 體外豬皮和微生物共培養(yǎng)模型:豬皮模型被認為是最能代表人皮的模型[31],也非常適合培養(yǎng)微生物。Roche等人開發(fā)了豬皮移植模型和豬皮創(chuàng)傷模型,來評估卡地姆碘對于抗生物膜的效果,為更廣泛的臨床試驗和后續(xù)治療提供了重要的科學信息[32]。Phillips等人也使用體外豬皮生物膜模型研究了抗菌敷料和外用藥的效果[33]。
- 臨床試驗:臨床試驗可用來研究使用化妝品或原料前后,人體皮膚微生物菌群所受的影響和變化情況。試驗涉及到皮膚取樣、DNA提取、16s rDNA測序和數(shù)據(jù)分析等方法。臨床數(shù)據(jù)還可以考察微生物菌群在使用化妝品或原料前后的多樣性變化以及不同產(chǎn)品之間的差異。最近,Unilever英國研發(fā)中心測試了4款不同防腐體系的配方,包括IPBC/DMDMH、PE/EDTA/IPBC、IPBC/DMDMH/EDTA以及PE/MP/PP,測試結(jié)果表明這4款產(chǎn)品不會破壞皮膚微生態(tài)[34]。
展 望
化妝品對于改善人體皮膚的健康有著不可或缺的作用,同樣的,它們也影響著皮膚微生態(tài)的平衡?;瘖y品的生產(chǎn)企業(yè)以及原料供應企業(yè)都應該了解它們的產(chǎn)品和原料是否會破壞皮膚的微生態(tài)平衡,從研發(fā)開始就應該嚴格地篩選原料和配方,從而確保消費者所使用的個護產(chǎn)品不會對皮膚微生態(tài)產(chǎn)生破壞,真正給消費者提供健康、安全和有效的化妝品。同時,隨著科學技術(shù)的發(fā)展和對人體微生態(tài)的深入了解,未來一定會有更多的人類皮膚健康解決方案。
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