賈焱，宋麗雅，劉蕾，成志偉，董坤，何聰芬

北京工商大學(xué) 化學(xué)與材料工程學(xué)院 化妝品系 北京 100048

一、基于主觀皮膚分類的傳統(tǒng)護(hù)膚

20世紀(jì)初，Helena Rubinstein將皮膚類型分為4個(gè)主要類別：油性、干性、混合性和敏感性。在此期間，開發(fā)了針對(duì)不同皮膚類型的化妝品，但是在此階段，對(duì)各種皮膚類型的理解主要依賴于主觀分析。

1975年，F(xiàn)itzpatrick根據(jù)陽(yáng)光照射引起的不同紅斑或變黑反應(yīng)提出了I至II型皮膚。雖然Fitzpatrick量表是主觀的，但在臨床實(shí)踐中可以通過測(cè)量皮膚上的紅斑和隨后的曬傷來(lái)客觀地轉(zhuǎn)化。此分類法廣泛用于與皮膚光生物學(xué)、皮膚色素沉著、防曬化妝品功效評(píng)價(jià)、美白祛斑化妝品等領(lǐng)域。但是，這種分類存在局限性，因?yàn)樗饕糜谥委煏駛つw，研究對(duì)象主要是白種人。

2006年，鮑曼根據(jù)4種皮膚參數(shù)開發(fā)了鮑曼皮膚類型指數(shù)（BSTI）：油性/干性、敏感/抗性、色素/無(wú)色素、皺紋/緊致。通過總共64個(gè)問題以及16種皮膚類型的組合，最終針對(duì)每種皮膚類型推薦合適的護(hù)膚產(chǎn)品。例如，干性皮膚應(yīng)使用含有封閉劑、保濕劑和潤(rùn)膚劑的護(hù)膚品。

Fitzpatrick皮膚分類和鮑曼分類系統(tǒng)依賴于問卷調(diào)查。由于受試者的認(rèn)知差異，尤其是與認(rèn)知水平、文化背景和生活習(xí)慣的變化有關(guān)，這些都取決于原籍國(guó)，因此很難做出客觀的判斷。因此，不同研究的結(jié)果有時(shí)會(huì)有所不同，并且皮膚類型與相應(yīng)的客觀檢查結(jié)果之間的相關(guān)性可能較差。

綜上所述，傳統(tǒng)皮膚護(hù)理基于皮膚類型主觀分類（見表1），主要通過問卷調(diào)查進(jìn)行，傳統(tǒng)的皮膚護(hù)理具有簡(jiǎn)單和快速等優(yōu)點(diǎn)。

二、基于皮膚生理參數(shù)和皮膚影像的功效護(hù)膚

功效護(hù)膚（圖1）是指通過無(wú)創(chuàng)性皮膚檢查（基于皮膚生理參數(shù)）和皮膚成像分析，對(duì)不同癥狀表現(xiàn)的皮膚進(jìn)行針對(duì)性護(hù)膚。例如，干性皮膚角質(zhì)層含水量（Stratum Corneum Hydration, SCH）低、皮膚經(jīng)皮水分散失（Trans Epidermal Water Loss,TEWL）高，使用含有天然保濕因子的護(hù)膚品。

圖1 基于皮膚生理參數(shù)和皮膚成像技術(shù)的功效護(hù)膚

三、基于皮膚代謝組學(xué)的精準(zhǔn)護(hù)膚

目前化妝品行業(yè)的產(chǎn)品主要是對(duì)衰老、敏感、痤瘡等癥狀進(jìn)行宣稱，屬于對(duì)癥護(hù)膚，但要實(shí)現(xiàn)護(hù)膚訴求，“對(duì)因護(hù)膚”即“精準(zhǔn)護(hù)膚”會(huì)更加有效。精準(zhǔn)護(hù)膚是指充分了解導(dǎo)致某一個(gè)癥狀（如面部痤瘡、皮膚敏感等）的生化過程和物質(zhì)差異，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行護(hù)膚，即“基于皮膚代謝組學(xué)研究的精準(zhǔn)護(hù)膚”。舉個(gè)簡(jiǎn)單例子：發(fā)燒是一個(gè)癥狀，但導(dǎo)致發(fā)燒的原因不一樣，如細(xì)菌感染、病毒感染、傷口發(fā)炎等，退燒需要針對(duì)發(fā)燒的不同原因服用不同藥物。所以我們提出的精準(zhǔn)護(hù)膚是要了解導(dǎo)致某一皮膚癥狀（如衰老，痤瘡等）的不同原因及其物質(zhì)基礎(chǔ)，進(jìn)行有針對(duì)性配方設(shè)計(jì)，真正達(dá)到護(hù)膚的目的。但精準(zhǔn)護(hù)膚不是定制化服務(wù)，也不是個(gè)體護(hù)膚，而是更有針對(duì)性地對(duì)因護(hù)膚。即“以皮膚科學(xué)問題為導(dǎo)向，以皮膚組學(xué)研究等新興技術(shù)為工具，以多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法為手段，篩選并驗(yàn)證不同原因?qū)е峦话Y狀（狀態(tài)）下的生物標(biāo)識(shí)物(Biomarkers)，研究Biomarkers的代謝來(lái)源（內(nèi)源與外源）及其對(duì)皮膚屏障功能影響的分子機(jī)制。據(jù)此有針對(duì)性的設(shè)計(jì)化妝品配方，以達(dá)到科學(xué)精準(zhǔn)的維持，保護(hù)或修復(fù)改善皮膚的目的?！?/p>

表1 傳統(tǒng)皮膚類型分類方法

3.1 以皮膚科學(xué)問題為導(dǎo)向

以皮膚科學(xué)問題為導(dǎo)向，北京工商大學(xué)化妝品系何聰芬課題組（Weskin課題組）運(yùn)用皮膚組學(xué)等方法，分析不同年齡、人群、不同部位（面部、頭皮等）在不同狀態(tài)（癥狀）下（如面部的敏感、痤瘡、衰老、晝夜節(jié)律、脫發(fā)、頭屑、干枯斷發(fā)及早白發(fā)等）皮膚的脂質(zhì)和微生物的組成，探討不同皮膚脂質(zhì)和微生物組成與皮膚狀態(tài)（癥狀）之間的關(guān)系，篩選不同皮膚類型的生物標(biāo)志物（Bio markers），研究它們的代謝來(lái)源（內(nèi)源與外源）及其對(duì)皮膚屏障功能影響的分子機(jī)制。根據(jù)研究結(jié)果，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)化妝品，科學(xué)的改善皮膚狀態(tài)。

3.2 以皮膚組學(xué)研究等新興技術(shù)為工具

皮膚組學(xué)包括皮膚基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)。隨著科學(xué)研究的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)單向研究無(wú)法解釋所有與皮膚相關(guān)的問題。因此，科學(xué)家們提出了對(duì)人類皮膚組織結(jié)構(gòu)、基因、蛋白質(zhì)和分子間相互作用的研究。全面分析皮膚功能和代謝狀態(tài)，可以為不同皮膚類型在不同條件下的作用機(jī)制研究提供新的思路。

脂質(zhì)作為皮膚屏障的主要結(jié)構(gòu)部分，在維持皮膚屏障功能方面的作用是不可替代的。脂質(zhì)組學(xué)是通過高分辨率的檢測(cè)方法，對(duì)樣本（體液、組織、細(xì)胞等）內(nèi)的脂質(zhì)成分進(jìn)行高質(zhì)量的全分析，進(jìn)而對(duì)與之相關(guān)的分子進(jìn)行細(xì)致和全面的研究，試圖揭示脂質(zhì)間或脂質(zhì)與其他分子間的相互作用機(jī)制及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，以探索該調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與機(jī)體間的關(guān)系。在皮膚脂質(zhì)組學(xué)的研究中，Weskin課題組采用超高效液相色譜-四級(jí)桿串聯(lián)飛行時(shí)間質(zhì)譜（Ultra Performance Liquid Chromatography- Quadrupole Time-of-Flight-Mass Spectrometer, UPLC-QTOFMS）技術(shù)，全面系統(tǒng)分析、鑒定，了解不同皮膚狀態(tài)下的皮膚表面脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而揭示脂質(zhì)代謝與皮膚狀態(tài)之間的聯(lián)系，為皮膚分子類型及相關(guān)發(fā)病機(jī)制提供物質(zhì)與理論基礎(chǔ)。

皮膚生態(tài)系統(tǒng)是指皮膚表面微生物、皮膚細(xì)胞及其相關(guān)代謝產(chǎn)物的統(tǒng)一體。在這個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)中，微生物和皮膚細(xì)胞是相互依存、相互制約的，在一定時(shí)期內(nèi)以平衡的方式穩(wěn)定存在。我們前期研究發(fā)現(xiàn)，一些常見的皮膚疾病，如銀屑病、特應(yīng)性皮炎（Atopic Dermatitis,AD）和痤瘡，與不平衡的微生物群密切相關(guān)。在小鼠AD模型中，來(lái)自健康皮膚的革蘭氏陰性菌Roseomonas mucosa的存在與屏障功能增強(qiáng)、先天免疫激活和金黃色葡萄球菌定植減少有關(guān)。Nakatsuji等對(duì)從健康和AD受試者皮膚中分離的凝固酶陰性葡萄球菌(CoNS)進(jìn)行了抗金黃色葡萄球菌活性的篩選，發(fā)現(xiàn)活性菌株在健康人中更常見，其抗菌活性主要來(lái)源于表皮葡萄球菌和人葡萄球菌等菌株產(chǎn)生的抗菌肽（AMPs），這些抗菌肽可以選擇性殺死金黃色葡萄球菌。AMT（Autologous microbiome transplant）實(shí)驗(yàn)表明添加了活性菌株的護(hù)膚液降低了AD患者皮膚金黃色葡萄球菌的定植此外，皮膚微生物也會(huì)影響皮膚狀況。

3.3 利用多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法為手段

皮膚組學(xué)的發(fā)展將促進(jìn)不同皮膚狀況下標(biāo)記物的發(fā)現(xiàn)。在皮膚組學(xué)中，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)方法，如PLS-DA、PCA、支持向量機(jī)、隨機(jī)森林等，找出正常皮膚與病變皮膚的差異物質(zhì)（Polymorphism）。與皮膚表面的生理參數(shù)和皮膚成像技術(shù)相比，皮膚組學(xué)（特別是皮膚脂質(zhì)組學(xué)和微生物組學(xué)）能夠較為全面了解不同狀態(tài)下的代謝狀態(tài)，進(jìn)而用于篩選由于不同原因?qū)е碌母鞣N皮膚狀態(tài)的生物標(biāo)志物（Biomarkers）。例如，課題組利用皮膚脂組學(xué)篩選了具有自我感覺敏感皮膚（SPSS）和非敏感皮膚類型的人群，青年男性和女性的潛在生物標(biāo)記物。此外，我們還通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法對(duì)不同皮膚狀態(tài)的皮膚進(jìn)行了預(yù)測(cè)，如通過脂質(zhì)組學(xué)用支持向量機(jī)的方法對(duì)敏感皮膚進(jìn)行預(yù)測(cè)，以及用隨機(jī)森林對(duì)嬰兒痤瘡分級(jí)進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲得了良好的預(yù)測(cè)結(jié)果。

四、目前Weskin課題組工作進(jìn)展

4.1 皮膚脂質(zhì)組學(xué)

脂質(zhì)組學(xué)的分析方法主要包括脂質(zhì)樣本的前處理、脂質(zhì)樣本的分離、分析和鑒定、數(shù)據(jù)分析等幾個(gè)方面（如圖2所示）。課題組已建立了一套完整的基于UPLC-QTOF-MS的樣品采集、脂類提取、數(shù)據(jù)采集和分析方法。并通過分析多態(tài)化合物的代謝通路或網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)，結(jié)合分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證其生物學(xué)意義。

在完成以皮膚科學(xué)問題為導(dǎo)向的研究基礎(chǔ)上，我們從脂質(zhì)組學(xué)的角度總結(jié)在皮膚中的各種規(guī)律及應(yīng)用，皮膚敏感的原因及化妝品中抗過敏活性評(píng)價(jià)的進(jìn)展，皮脂在痤瘡發(fā)病機(jī)制中的作用以及脂質(zhì)是如何影響皮膚狀態(tài)的，此外結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，利用大數(shù)據(jù)等互聯(lián)網(wǎng)工具建立皮膚狀態(tài)預(yù)測(cè)模型，利用構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型檢測(cè)涂抹產(chǎn)品前后的皮膚脂質(zhì)變化，為化妝品評(píng)測(cè)提供新思路。運(yùn)用脂質(zhì)組學(xué)的研究方法，篩選潛在脂質(zhì)差異標(biāo)志物后，闡釋不同皮膚狀態(tài)下的分子作用機(jī)制，探究我國(guó)不同人群皮膚的特征和基礎(chǔ)規(guī)律，并為精準(zhǔn)開發(fā)適用于不同人群的化妝品提供了新的方向和思路。

4.2 皮膚微生態(tài)

目前課題組已初步完成了北京地區(qū)青年男女面部脂質(zhì)差異標(biāo)志物的篩選、北京地區(qū)0-2歲AD患兒與健康患兒間面部脂質(zhì)和微生物差異標(biāo)志物篩選、北京地區(qū)不同年齡、不同皮膚類型、敏感皮膚、痤瘡皮膚、雄性激素源脫發(fā)人群頭皮及嬰幼兒濕疹皮膚微生物多樣性研究等，并據(jù)此結(jié)果篩選了抑制有害菌的植物源化合物等，探究了化妝品化學(xué)防腐劑對(duì)皮膚菌群體外生長(zhǎng)的影響。課題組已篩選出健康青年男女皮膚中含量較高的脂質(zhì)，將單一成分或合適比例的復(fù)合成分添加到護(hù)膚品中，以制備得到適應(yīng)不同性別的皮膚狀態(tài)的仿生護(hù)膚品。大多數(shù)針對(duì)皮膚局部使用的化妝品成分的體外研究都不能描述刺痛、灼熱、瘙癢等感官刺激，我們基于梯度增強(qiáng)算法的方法為理解化妝品成分的感官刺激性提供了一個(gè)合適的解決方案。

圖2 脂質(zhì)組學(xué)研究工作流程

4.3 皮膚細(xì)胞模型建立

建立皮膚細(xì)胞模型、三維皮膚模型和活體模型，探索皮膚的生物學(xué)機(jī)制，驗(yàn)證不同物質(zhì)的皮膚生物學(xué)功能。目前課題組已經(jīng)構(gòu)建了氧化損傷、污染物損傷、紫外線損傷以及多種因素協(xié)同損傷的細(xì)胞模型，可以針對(duì)檢查目的選擇不同細(xì)胞類型進(jìn)行檢測(cè)?；谝褬?gòu)建的細(xì)胞損傷模型，可以比較損傷前后細(xì)胞各項(xiàng)生理指標(biāo)差異，找到損傷前后的差異物質(zhì)。而針對(duì)損傷進(jìn)行修復(fù)的解決方案一般有兩種：一種方法是開發(fā)能夠使差異物質(zhì)正?；某煞?。在課題組過去的研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)香菇多糖的提取液對(duì)H2O2損傷HaCaT細(xì)胞模型和BaP損傷HaCaT細(xì)胞模型具有氧化損傷修復(fù)作用，香菇多糖的提取液可以作用于H2O2損傷HaCaT細(xì)胞降低丙二醛（MDA）含量以及增加超氧化物歧化酶（SOD）活性；也可以在BaP損傷HaCaT細(xì)胞中降低SOD含量、增加SOD活性和谷胱甘肽過氧化物酶（GSHPX）活性；降低IL-6、IL-8和CCL-2炎癥因子的表達(dá)。另一種方法是將相對(duì)含量低于正常皮膚的差異物質(zhì)作為成分添加到適合受損皮膚的化妝品配方中。目前，課題組通過UVB與BaP協(xié)同損傷HFF-1成纖維細(xì)胞模型，模擬紫外線和有機(jī)污染物對(duì)皮膚的影響，進(jìn)而通過代謝組學(xué)的方法尋找差異性代謝物。以找到的差異性代謝物為指導(dǎo)，將相關(guān)物質(zhì)添加到實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团囵B(yǎng)過程中，再檢測(cè)相關(guān)的指標(biāo)確定，差異性物質(zhì)是否正?；?，為新功效原料的開發(fā)提供指導(dǎo)性意見。

（2018～2020年）Weskin 課題組 基于皮膚組學(xué)的精準(zhǔn)護(hù)膚基礎(chǔ)研究概況

（續(xù)表）

（續(xù)表）

五、精準(zhǔn)護(hù)膚基礎(chǔ)研究的必要性、可行性、創(chuàng)新性和研究意義

目前雖然已經(jīng)出現(xiàn)了早晚霜等根據(jù)晝夜變化研制的護(hù)膚品，也有根據(jù)不同膚質(zhì)研制的配方，但是不同種族國(guó)家乃至同一國(guó)家不同區(qū)域的人群，皮膚狀態(tài)都有所差異，且目前尚缺乏對(duì)皮膚組學(xué)的系統(tǒng)研究，對(duì)皮膚的研究仍不完善。因此針對(duì)不同類型皮膚的研究對(duì)于化妝品的研發(fā)具有重要意義。本課題組在皮膚脂質(zhì)組學(xué)和皮膚微生物組學(xué)方面，都已經(jīng)有了較為完善的研究方法，從理論上分析了由于不同原因?qū)е碌憩F(xiàn)同一皮膚狀態(tài)（癥狀）與對(duì)照之間的不同差異性物質(zhì)（Bio markers），為精準(zhǔn)護(hù)膚提供了強(qiáng)有力的理論支撐。

與皮膚表面的生理參數(shù)和皮膚成像技術(shù)相比，皮膚組學(xué)（特別是皮膚脂質(zhì)組學(xué)和微生物組學(xué)）能夠較為全面了解不同狀態(tài)下的代謝狀態(tài)，進(jìn)而用于篩選由于不同原因?qū)е碌母鞣N皮膚狀態(tài)的生物標(biāo)志物（Biomarkers），據(jù)此有針對(duì)性地設(shè)計(jì)化妝品配方，以此進(jìn)行產(chǎn)品功效的科學(xué)宣稱。特別是近年來(lái)，平衡的皮膚微生物群被認(rèn)為對(duì)皮膚健康具有重要意義。例如，美國(guó)FDA發(fā)布了一項(xiàng)禁令“禁止銷售含有特定活性成分的抗菌淋浴產(chǎn)品”，不僅如此，皮膚微生物的內(nèi)部相互作用以及微生物與皮膚細(xì)胞之間的相互作用對(duì)于皮膚應(yīng)對(duì)外部環(huán)境變化的功能非常重要。然而，關(guān)于皮膚生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部相互作用的研究很少。通過為個(gè)人建立大型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)、基因組圖譜、轉(zhuǎn)錄組圖譜、蛋白質(zhì)組圖譜和代謝圖譜可用于獲得個(gè)人的完整“組學(xué)”數(shù)據(jù)集。使用數(shù)學(xué)模型來(lái)整合這些各種數(shù)據(jù)，以預(yù)測(cè)不同護(hù)膚產(chǎn)品對(duì)不同人群的有效性，從而賦予產(chǎn)品新的宣稱，如平衡微生態(tài)、強(qiáng)化皮膚屏障。

可以預(yù)測(cè)，基于皮膚組學(xué)研究基礎(chǔ)上的精準(zhǔn)護(hù)膚是目前和未來(lái)化妝品行業(yè)發(fā)展的目標(biāo)和趨勢(shì)：在對(duì)人體皮膚狀態(tài)、化妝品有效成分深度認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，形成高水平化妝品開發(fā)，賦予產(chǎn)品新的宣稱，可精準(zhǔn)打動(dòng)消費(fèi)者。

總結(jié)及展望

傳統(tǒng)的護(hù)膚是根據(jù)主觀的皮膚類型分為4類（油性、干性、混合性和敏感性皮膚），然后再給予適當(dāng)?shù)淖o(hù)膚。隨著皮膚無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法、皮膚成像技術(shù)、皮膚解剖學(xué)和皮膚組學(xué)發(fā)展，護(hù)膚已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣πёo(hù)膚和精準(zhǔn)護(hù)膚。各種護(hù)膚方法各有利弊（見表2）。

表2 不同護(hù)膚方法的差異

有理由相信隨著皮膚組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物數(shù)據(jù)的整合，以及新的數(shù)學(xué)算法的出現(xiàn)，人們對(duì)皮膚狀況的認(rèn)識(shí)將進(jìn)一步加深，精準(zhǔn)護(hù)膚的趨勢(shì)將日益明顯。