头皮老化与头皮微生态的研究进展
头皮老化与头皮微生态的研究进展
吴旭升1，2 孙广2 苏沙沙3
（1.浙江中医药大学，浙江 杭州 310053；2.杭州钛美生物科技有限公司，浙江 杭州310000；3.广州逸仙电商有限公司，广东 广州 510320）
随着年龄的增长，机体功能水平的变化，以及持续的外界环境刺激，机体逐渐发生衰老。机体衰老的表现最明显的就是皮肤衰老，因此皮肤抗衰越来越受到人们的关注，尤其是面部年轻化。同时，占据头面部皮肤三分之二面积的头皮也开始受到关注。头皮老化主要表现为头皮苍白干燥，弹性降低，脆性增加及变薄松弛等，并逐渐出现毛发变细、变灰白等现象[1]。作为皮肤的第一道屏障—微生物屏障，在头皮衰老的进程中也扮演了重要角色。本文将从头皮微生态的角度来探讨微生物在头皮抗衰中的作用。
一、头皮衰老的机制
头皮衰老受到内部自然衰老进程和外部环境损伤累积等多个因素的共同调控。内部因素主要是年龄增加导致基因表达改变、抗氧化能力下降、炎症因子累积、头皮微循环减弱以及毛囊干细胞活力下降等。外部因素主要是紫外线照射、炎症刺激、环境污染、吸烟以及油烟等长期累积而导致的基因调控紊乱、氧化应激、炎症刺激、头皮微生态异常和毛囊损伤等[2]。
二、头皮微生物与年龄
皮肤表面定植着大量的微生物，不同部位有其不同的生态位，定植的微生物种类和数目也不尽相同。其中，头皮就是一个独特的生态位，毛发密集和大量的汗腺、皮脂腺及相对湿度高等特点为微生物的定植与生长创造了适宜的条件[3]。一项对于上海地区41名志愿者头皮微生物取样分析发现，痤疮丙酸杆菌和表皮葡萄球菌是头皮上两种主要的细菌种类，分别占所有细菌序列的65%和17%；马拉色菌是在头皮上发现的主要真菌物种，占所有检索到的序列的85%[4]。微生物本身以及微生物之间的相互作用对于维持头皮生态平衡起着重要的作用。
随着年龄的增长，受内源性（如细胞代谢、免疫活性、激素状态）和外源性（如紫外线、污染物、其他毒素）因素的共同作用，皮肤会发生老化，皮肤表面生理指标出现显著变化，pH值、脂质组成和皮脂分泌都会受到影响[5]，同时头皮的微环境和定植微生物群也会发生改变。一项对于不同年龄段健康人群的头皮微生物研究显示，无论哪个年龄段，丙酸杆菌、葡萄球菌和棒状杆菌都是主要优势菌属，而老年人头皮上丙酸杆菌丰度高于年轻组，棒状杆菌丰度减少，葡萄球菌差异不大。真菌中限制性马拉色菌依然占据主导，而随着年龄的增加呈下降的趋势[6]。
三、微生物与头皮抗衰
（一）微生物与光老化
光老化是皮肤衰老的重要外在诱发因素。由于紫外线辐射等外源性因素，面部皮肤会出现过度光老化。紫外线可以直接改变皮肤上的微生物群落结构，通过产生微生物光产物如嘧啶二聚体和/或6-4光产物，导致微生物死亡。此外，微生物DNA光产物甚至可能是免疫反应的潜在触发因素[7]。
同时，皮肤微生物也具有抵御紫外线的作用。黑色素既可以作为宽带紫外线吸收剂，又具有抗氧化和清除自由基的特性[8]。除自体产生黑色素外，细菌和真菌也会产生黑色素，以防止紫外线、太阳或伽马辐射。糠秕马拉色菌是一种人体皮肤共生菌，可以产生糠秕酸菌素，一种吸收紫外线的吲哚生物碱，可保护菌落免受紫外线辐射[9]。这种能够产生或诱导黑色素产生的微生物，可用于防止紫外辐射对常驻微生物群或其他微生物群造成破坏性影响。乳酸杆菌可以产生各种抗菌物质，并诱导抗炎性 Treg 细胞减少由紫外线辐射引起的炎症损伤[10]。
（二）微生物与抗氧化
除了产生黑色素外，微生物还可以产生其他化合物，如大量的抗氧化剂[11]。细菌、无孢子酵母、丝状真菌[12]和蓝细菌[13]产生的类胡萝卜素，是单线态氧非常有效的物理猝灭剂和其他活性氧的清除剂，具有强大的抗氧化作用[14]。有研究发现，一种由皮肤微生物群产生的新型抗氧化酶（痤疮丙酸杆菌自由基加氧酶，RoxP）结合血红素，可减少自由基产生，并能保护分子免受氧化。RoxP的抗氧化活性与维生素C、维生素E和还原的谷胱甘肽等抗氧化剂相当[15]。
（三）微生物与炎症反应
持续低水平的慢性炎症也是皮肤衰老的一个内在机制[16]。这种慢性炎症也可能影响到头皮的毛囊环境，毛囊炎性细胞浸润会导致毛囊周围区进行性纤维化，导致毛囊功能障碍和微小化，引起头发细软、脱发等衰老症状[17]。皮肤菌群产生的短链脂肪酸可以激活皮肤Treg细胞，减轻皮肤炎症，从而帮助维持皮肤的免疫稳态[18]。有研究表明，表皮葡萄球菌诱导角质形成细胞抗菌肽的表达[19]，也可自体产生抗菌肽[20]，有助于调节皮肤稳态并抑制由痤疮丙酸杆菌引起的致病性炎症，提高皮肤防御力。
（四）微生物与皮肤屏障
微生物屏障是皮肤屏障的最外层，对于维持皮肤健康起到十分重要的作用[21]。微生物可以通过代谢皮肤中的蛋白质和脂质等成分产生生物活性分子[22]。痤疮丙酸杆菌在厌氧条件下可代谢产生以丙酸、戊酸为主的短链脂肪酸等[23]。痤疮丙酸杆菌还能促进Ⅰ型胶原蛋白（COL1A1）的表达、抑制金属基质蛋白酶MMP-1的mRNA的水平[24]。嗜热链球菌可以促进Ⅰ型胶原蛋白（COL1A1）、Ⅲ型胶原蛋白（COL3A1）、弹性纤维蛋白（ELN）、原纤维蛋白1（FBN1）的mRNA的表达，增加表皮厚度，提高皮肤水合作用，增强皮肤屏障的作用[25]。通过小鼠试验表明，皮肤微生物群通过角质形成细胞中的芳香烃受体（AHR）信号传导维持屏障完整性的作用[26]。
四、讨论
微生物在头皮老化的进程中扮演了非常重要的角色，维持皮肤微生态的平衡、改善菌群老龄化将会成为头皮抗衰的一大手段。目前，益生菌、益生元和后生元等具有微生态调节作用的成分已被广泛的应用。益生菌已被证明在细胞外产生有效的生物活性分子，通过不同的机制发挥多种有益的抗氧化作用，包括释放胞外多糖（EPS）[27]。例如，普氏栖粪杆菌[28，29]、植物乳杆菌[30]、短双歧杆菌菌株[31]、长双歧杆菌[30]和植物乳杆菌HY7714[32]已知对人和小鼠的光老化具有有益作用。
益生元是指能被宿主微生物选择性利用的底物，具有健康益处[33]。益生元能刺激皮肤上益生菌和有益细菌的生长，并诱导天然防御机制来抑制病原体，维持皮肤菌群的平衡[34]，如低聚果糖（FOS）和低聚半乳糖（GOS）都是常见的益生元。有研究表明，一种葡甘露聚糖调节皮肤细菌增殖并使正常的皮肤屏障功能正常化[35]，葡萄糖寡糖用于控制金黄色葡萄球菌的生长[36]，这些都是通过控制某些常驻细菌或致病菌在皮肤上的过度生长，来改善菌群失调。还有研究表明，口服益生元如寡糖可防止经皮水分流失、减少红斑和防止皮肤损伤[37]。
后生元是目前在化妆品中应用最广泛的微生态原料，指微生物在发酵过程中产生的生物活性化合物，包括微生物细胞、细胞成分和代谢产物[33]。从成分组成看，后生元既包含益生元的作用，也有类似益生菌的作用。有研究表明，头皮细菌中的路邓葡萄球菌（Staphylococcuslugdunensis）是选择性发酵的引发剂，选择性触发发酵产生乙酸和异戊酸有效抑制了假丝酵母菌（Candidaparapsilosis）的生长，证明了路邓葡萄球菌具有皮肤益生菌的应用潜质[38]。另外，从人头皮上分离出来表皮葡萄菌菌株（Cicaria）的培养液可以促进人毛乳头细胞的增殖，促进生长因子（VEGF，FGF7）的表达，离体毛囊实验显示其可促进毛囊生长[39]。一项来自韩国的研究表明，一种从年轻人面部分离出来的肺炎链球菌、婴儿链球菌和嗜热链球菌的发酵液，可以上调老化细胞中的胶原蛋白和脂质合成，促进皮肤结构和屏障功能的恢复[25]。一种添加了复膜孢酵母的发酵滤液，具有消炎、 抗氧化和延缓皮肤衰老的作用[40]。奥地利曲霉（Aspergillusaustroafricanus）是一种从姜属植物根茎中分离出来的内生真菌，粗提取物的HPLC分析表明，主要含有羟基肉桂酸，如阿魏酸、对香豆酸和肉桂酸，可发挥抗氧化活性[41]。可见，维持皮肤微生物的稳态，应用微生物来源的活性物是特别值得研究和发掘的方向，是微生态调节型护肤品开发的重要组成部分。
皮肤微生物之间的平衡维持皮肤的稳态。疾病、衰老等皮肤问题都存在微生物的失衡，恢复皮肤微生态平衡是解决相应皮肤问题的重要途径。目前，面部微生态的研究较多，头皮微生态的研究还在持续探索中，尤其是与头皮衰老的关系仍需进一步研究，以了解微生物与头皮衰老的因果关系，从而更好地利用微生物来解决头皮衰老问题。
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