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头皮微生态与头皮护理

来源:国际个人护理品生产商情 发布时间:2022-12-05 731
食品饮料及个护个人护理品原料配料加工生产设备包装设备及材料其他 配料:配制/测试
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随着分子生物学和基因检测技术的快速发展与应用及HMP人类微生物组研究计划的展开,越来越多的研究结果表明,皮肤上的共生微生物对皮肤屏障功能至关重要。

皮肤微生物群平衡作为一个护肤美容新概念颠覆了关于皮肤健康的传统观念。得益于肠道菌群的基础研究和益生菌系列产品的开发,微生态平衡的健康理念逐渐被公众接受。皮肤微生态是仅次于肠道微生态的复杂生态系统,随着分子生物学和基因检测技术的快速发展与应用及HMP人类微生物组研究计划的展开,越来越多的研究结果表明,皮肤上的共生微生物对皮肤屏障功能至关重要。作为皮肤一部分的头皮微生态护理旨在通过改善头皮菌群的平衡,进而修护或增强头皮屏障功能。


人体微生态的概念和发展


1977年英国生物化学家弗雷德里克•桑格发明了第一代DNA测序技术双脱氧链终止法。同年,德国的沃克•鲁什博士(Volker Rush)首次提出了“microecology (微生物生态学简称微生态学)”的概念,也就是在细胞水平或分子水平上,研究微生物群的结构、功能及其与宿主相互依赖和相互制约的关系。自20世纪80年代起,分子生物学和基因检测技术得到快速的发展和应用,数以10万计的新基因,全新种类的细菌、真菌及各种病毒逐渐被发现,同时也促进了微生态学的发展。人体微生态学是微生态学100多个分支中的一个分支,它是研究人体微生物群的结构、功能及其与人体相互关系的一门生态学科。


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在完成人类基因组计划HGP后,科学家认识到解密先天遗传的人类基因组基因并不能完全掌握人类疾病与健康的关键。因为我们对人类出生后,进入人体并对人体代谢产生重要影响的共生微生物菌群几乎一无所知。人体内微生物细胞的数量是人体内细胞数量的10倍,初步研究成果显示其所含基因数目的总和是人类基因组所含基因数目总和的大约100倍。但是,由于传统微生物学研究方法的局限性,人们对生活在自己体内的95%以上的微生物—人体的第二基因组没有任何研究数据。2007年,美国国立卫生研究院(NIH)耗巨资发起的一项绘制人体不同器官中微生物元基因组图谱的HMP人类微生物组研究计划。该项目对人体的5个部位(包括胃肠道、口腔、鼻腔、女性生殖道和皮肤)的共生微生物进行了测序研究,绘制出了人体不同器官(或部位)的共生微生物元基因组图谱,旨在解析微生物菌群结构和功能变化对人类健康的影响。


研究人体共生微生物的基因,为阐明代谢性疾病等多种慢性病的病因提供了一种创新性的思维和方法,并为有效预防和治疗这些疾病带来了新的希望。最新的研究进展表明,结构异常的肠道菌群不仅是肥胖、高血压、糖尿病、冠心病和中风等因饮食结构不当造成的代谢性疾病的直接诱因,还可通过微生物-宿主免疫相互作用经肠道-大脑-皮肤轴间接影响到皮肤健康。改变一个人的基因是困难的,而改变生活在人体内的微生物组成则是相对容易的,肠道菌群因而顺理成章地成为理想的靶点。益生菌系列产品的成功开发正是得益于肠道菌群的基础研究成果,相关产品的流行表明微生态平衡的健康理念正逐渐被公众所接受。


皮肤微生态是仅次于肠道微生态的复杂生态系统,皮肤微生态的失衡同样会导致多种皮肤问题的发生。而一味地使用抗生素或杀菌剂来消灭皮肤微生物,则可能扰乱皮肤正常的微生态平衡,破坏皮肤自身健康。因此,基于共生平衡及预防调理概念的皮肤微生态化妆品也就应运而生了。


皮肤微生态和皮肤菌群平衡


皮肤微生物主要存在于皮肤表面以及皮肤附属器中,如毛囊、汗腺、皮脂腺等,其中最具有代表性的微生物包括丙酸杆菌属、棒状杆菌属、葡萄球菌属细菌和马拉色菌属真菌等。皮肤微生态是指由寄生于皮肤的细菌、真菌、病毒、螨虫等微生物和皮肤组织细胞及其分泌物、相应的非生物性环境要素组成的相互作用的动态生态体系。当人体的皮肤、环境和菌群处于不协调的状态时,也就是生态失衡时,皮肤就会呈现异常,甚至产生皮肤疾病。


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图一. 头皮微生态平衡


 按寄生方式,一般我们将皮肤表面菌群分为常驻菌和暂住菌。常驻菌是定植在皮肤上的微生物,是皮肤免疫系统的重要组成部分。由常驻菌构筑的生物膜能防止水分过度蒸发,保持皮肤湿润,维护皮肤正常的PH值,抵抗致病菌的入侵。常驻菌以皮肤代谢产物如皮脂、汗液、老化凋亡细胞等为营养物,常驻菌在代谢过程中产生脂肪酸、固醇类、氨基酸、维生素及多肽等物质,为肌体细胞提供营养,参与皮肤细胞代谢,起到表皮自我清洁、净化的作用。常驻菌和宿主的关系是互利为主,互限为辅。常驻菌不一定都是益生菌,如马拉色菌是头皮常驻菌,一旦头皮菌群环境失衡,限制性马拉色菌(Malassezia restricta)大量繁殖就会导致头皮屑的产生。暂住菌是外部入侵的微生物,因其和常驻菌的生存竞争,对常驻菌和宿主细胞构成的微生态平衡有破坏作用,可能激活常驻菌和宿主细胞的免疫反应而引发皮肤炎症,直至形成新的微生态平衡。


一般化妆品都会含防腐剂、杀菌剂,不当使用同样会破坏皮肤微生态平衡。微生态化妆品就是希望充分利用微生物和皮肤细胞的互利关系,充分利用微生物之间的相互制约关系,减少外用抗生素,促进有益菌的增长,抑制或减少有害菌,帮助皮肤维持微生物组平衡,御病于未病,保持健康的皮肤状态。


微生态护肤的发展历程


微生态护肤的发展可以追溯到20世纪70年代,日本化妆品研究人员偶然发现日本酒酿造者的柔白年轻的手与他们年迈布满皱纹的脸形成了惊人反差。调研结论指出秘密在于酿酒师的手在清酒发酵过程中不断接触的酵母液。皮特拉(PITERA)半乳糖酵母样菌发酵产物滤液/Galactomyces Ferment Filtrate(GFF) 因而被发现是一种抗衰老、滋养皮肤的神奇液体。今天看来,可以称其为微生态护肤萌芽期的代表作品。SKII的成功也激发了业界对微生物来源化妆品原料的兴趣,随后雅诗兰黛推出了含二裂酵母发酵产物溶胞物的小棕瓶精华。21世纪初,欧莱雅、资生堂等正式启动微生态护肤研究,化妆品业界历经十几年的基础研究和原料探索,完成了微生态护肤理论到实践的准备,2019年欧莱雅发表了肌肤微生态研究报告,正式宣告微生态护肤时代的到来。


产品的开发离不开原料的开发,微生态化妆品正是人们对现有化妆品原料的再认识及合理利用的结果。业界沿用了肠道微生态概念,将生物化学来源的化妆品原料重新归类为益生菌(一般为灭活微生物或休眠菌胞)、益生元(能被共生菌吸收的特定营养物质,主要是碳水化合物)、后生元(微生物产生的代谢物,菌体成分等)。


而得益于肠道菌群保健品的推广,微生态平衡的健康理念已经深入人心,消费者对皮肤微生物群平衡的美容概念很容易接受。根据美业研究院发布的市场调研结果,预计2025年皮肤微生态市场规模可达105亿元,据此测算市场渗透率将可达 1.5%。


目前微生态化妆品仍主要集中在面部皮肤,但已开始逐渐向头皮延伸。随着消费者意识到头皮微生态平衡对头皮毛发健康的重要性,预计针对头皮微生态健康的护理产品需求将继续增加。不同于护肤品关心的重点美白、保湿、抗皱、祛痘等,头皮护理的重点应该在于解决头皮瘙痒、粉刺、头屑、气味、防脱、脂溢性皮炎、毛囊炎等问题。


头皮微生态的特征 


皮肤环境决定了不同微生物的定植优势。影响皮肤微生物定植的因素主要分为个体内源性因素(如皮肤部位、年龄、性别、种族等)和外源性因素(如生活环境、日用品、化妆品的使用等)。这些因素可改变共生微生物的种类和在菌群中比例,进而影响皮肤微生态平衡。


从共生微生物的种类看,头皮和面部等其它部位的皮肤似乎并没有明显的差别。但头皮表皮层更薄、皮下脂肪更少,而毛囊密度大、皮脂分泌旺盛、同时还有大量的汗腺。由于大量毛发的保护,头皮受紫外线辐射的影响要小于面部皮肤。相对于头皮表皮部,皮下毛囊部的酸性更小、更潮湿、更不受紫外线辐射的影响。生化环境的差异决定了头皮表面和皮下毛囊部分微生态的差异,而毛囊微生态健康又直接关系到毛发的健康生长。头皮温湿度适宜,凋亡的角质形成细胞、皮脂腺分泌的脂质、汗腺产生的氨基酸、矿物离子等给头皮微生物的生长繁殖提供了充足的营养源和适宜的生长环境。毛发生成的周期性决定了皮脂分泌的周期性,局部生化环境的变化也会影响到相应微生态的平衡。


目前为止,对头皮微生态的研究主要通过采集“健康”组和“非健康”组头皮表皮微生物样品,测试比较其微生物组的变化,了解头皮微生态失衡和头皮健康的关系。而相对于头皮表面获取微生物样本,从毛囊的深层区域进行取样的难度更大。因此,目前对毛囊微生物群在健康和疾病中的理解仍处于初级阶段。


头皮微生态与头皮健康的关系


人们对微生物影响头皮健康问题的研究从未停步, 只是研究视角受限于技术。由于马拉色菌属真菌的嗜脂特性使其易在皮脂分泌旺盛的部位增殖,头皮上的真菌以球形马拉色菌(M.globosa)和限制性马拉色菌(M.restricta)最为丰富。自从人们发现头屑中的马拉色菌属真菌丰度较高以来,抗真菌的研究就成为解决困扰消费者的头屑问题的重点手段。当头屑患者在使用抗真菌洗发水后,头皮上的马拉色菌数量会减少,伴随着头皮脱屑现象的减轻,印证了马拉色菌数量与头屑的相关关系。皮脂经微生物酵母菌(Pityrosporum ovale)培养液代谢后产生小分子和头皮气味化学物是同类成分,该菌将长链脂肪酸分解为挥发性的甲酮和内酯类化合物,这是头皮产生异味的原因之一。当头皮毛囊被堵塞时,皮脂腺分泌的皮脂无法正常排出,毛囊内部形成缺氧环境,会加速定植于人体毛囊和皮脂腺的厌氧菌痤疮丙酸杆菌(Propionibacterium  Acnes)的过度繁殖,释放的短链游离脂肪酸发生聚集,引起头皮屏障损伤,严重时甚至导致脱发。而毛囊炎和金黄色葡萄球菌(staphylococcus aureus)的过度繁殖有关。神经系统对病菌引发炎症,分泌刺激产物的反应表现为头皮瘙痒。但是上述真菌、细菌大多是健康头皮上共生常驻菌。随着基因检测技术的发展,人们已能够精准全面了解头皮微生物(细菌和真菌等)的种类和数量分布,从头皮微生态变化而不是特定微生物的视角研究头皮健康问题。


大量研究结果表明,正常头皮上的共生细菌中丙酸杆菌属占优势,其次是葡萄球菌属;而在真菌中限制性马拉色菌占优势,其次是球形马拉色菌。人们感兴趣的是头皮微生态变化是如何影响头皮健康的。联合利华的研究团队发现,没有头屑的人在头皮最健康和最不健康的部位都发现了数量相似的限制马拉色菌,但在有头屑人的头皮上,情况却有所不同,即最健康的部位和最不健康的部位之间的限制马拉色菌数量差异要大得多。这一发现可能表明,头屑的产生是自限制性的,也就是说因人而异,某些人比其他人更容易产生头屑,而且对于同一个人,头皮的某些部位可能比其他部位更容易产生头屑。


该研究团队进一步发现,在有头屑的头皮上,表皮葡萄球菌(Staphylococcus Epidermidis)数量减少,而头状葡萄球菌(Staphyococcus capitis)的数量则大大增加。这些证据表明,细菌和真菌都不是导致头屑的唯一原因,但两者都与头屑的产生有关系。那么是什么导致了头皮常在菌失衡的呢?为什么平均每个人大约有两百万个毛囊而毛囊炎(毛囊感染)却非常罕见?这主要是通过角质形成细胞和免疫细胞产生特异性抗菌肽来实现。头皮健康肯定与头皮微生态稳态有关,但导致头皮微生态失衡的原因却很多。要找到解决问题的工具,还需要进一步深入了解共生微生物的结构成分,不仅仅停留于遗传基因方面,而需要进一步了解共生微生物的代谢过程及产物,了解宿主细胞和共生微生物,以及微生物之间的生物信息传递及互动关系及非生物环境因素的影响等。


欧莱雅的研究人员通过比较健康和头皮屑头皮微生物群,揭示了共生体在头皮健康中的作用。痤疮丙酸杆菌(P.acnes)和表皮葡萄球菌是头皮核心的常驻细菌种类,前者利用脂肪酶水解皮脂甘油,生成长链脂肪酸,维持头皮表面的弱酸性环境。但如过度繁殖,短链脂肪酸局部富集会引发炎症,可能影响健康头皮。后者表皮葡萄球菌可以产生抗菌物质(如防御素、细菌素、LL-37、REG3A等多种抗菌肽),抑制金黄色葡萄球菌和唾液链球菌的生长,因而表皮葡萄球菌在菌群中占比变化与头皮屑产生有关。除了头皮上常见的马拉色菌(M.restricta和M.globosa)外,在核心真菌群落中观察到头皮屑与尚未特征化的马拉氏菌菌种高度关联。进一步的功能分析表明,真菌微生物群富含与头皮屑头皮中细胞-宿主粘附相关的主要物质,如糖基磷脂酰肌醇(Glycosylphosphatidylinositol)交联粘附素,而细菌微生物群中有一些物种,如丙酸杆菌(Propionibacterium spp.)参与为头皮提供维持健康状态所必需的营养素,如氨基酸、生物素和其它B族维生素的合成与代谢。


欧莱雅的研究团队应用宏基因组研究方法,考察了椰子油在维持头皮健康和调节头皮微生态的作用,结果发现椰子油对健康的头皮共生微生物的繁殖有益。椰子油经菌群代谢,最终可以提供维持头皮健康状态所必需的营养素如生物素,同时对导致头皮屑的真菌(M.restricta)有抑制效果。这说明头皮微生物群在维持头皮营养物均一性方面有着和肠道微生物群相似的重要作用,为头皮护理产品开发提供了新的视角,由此引出了益生菌、益生元、后生元等的概念原料。


头皮微生态护理技术的现状与挑战


近几年微生态概念不断向洗发、护发、头皮护理品类渗透,对常见头皮健康问题的认识也从将特定微生物作为靶标上升到将头皮共生菌作为一个整体考虑。在认知头皮常在菌的共生互惠关系的基础上,区分有害菌和有益菌,结合宿主生理变化,选择性清洗头皮以维持水油平衡,通过添加益生元等方式调控头皮环境维护有益菌繁殖,并非一味地使用广谱杀菌剂,而是利用共生菌之间的相互制约抑制致病菌繁殖,维护有利于头皮健康的微生态。


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根据《2022微生态护肤市场消费洞察报告的数据》, 2022 “微生态”概念发用品类销售额为5743万元,仅占发用品类销售总额的0.29%。  目前看来,头皮微生态护理产品市场还处在萌芽阶段。虽然头皮微生态护理产品无疑是头皮护理产品的全新发展方向,但人们对头皮微生态的认知还十分有限,从理论到实践的转化还面临很多挑战。包括:


1.头皮微生态护理产品开发首先需要建立针对消费者头皮的微生组数据库,对头皮进行微生态分类,采集头皮共生微生物物种,建立公认的标准头皮微生态模型和评估方法。否则相关化妆品原料及产品将只能停留于慨念性的阶段。


2.不同于皮肤微生态护理产品,头皮微生态护理产品的开发还要面临毛囊微生态特殊性的挑战。目前对毛囊微生物群在健康和疾病中的研究仍处于初级阶段,部分问题在于取样技术的局限性。开发毛囊的深层区域的取样方法,如利用活体组织检查和器官培养等技术,对于推进毛囊微生态研究至关重要。


3.头皮微生态护理品的市场开发还面临监管法规的挑战。微生态平衡和油脂平衡、代谢平衡一样是从机理上解决头皮健康的问题。还需要落实到具体的功效及评估手段。另外,涉及菌群调节的原料其安全性也需进一步验证。

4.最后,发扬中医由内而外的理念,研究利用天然植物平衡肠道皮肤菌群,从而间接地促进头皮和头发健康的研究或许也是一个有意义的方向。


甘智斌/杨建中

美研创新株式会社


来源:荣格-《国际个人护理品生产商情》


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