大米衍生的乳酸菌改善皮肤菌群和屏障的研究

最近的研究发现，一些凝固酶阴性葡萄球菌菌株（Coagulase-negativestaphylococci，CoNS；也包括表皮葡萄球菌）可产生特定抗菌肽，对抗金黄色葡萄球菌或痤疮丙酸杆菌，2,3这个发现使它们成为有益皮肤细菌候选物。为了找出CoNS的其他有益特性，参照表皮葡萄球菌的有益特性，我们评估了CoNS的脂肪酶活性。通过脂肪酶活性这个指示剂，我们发现人皮肤中主要的2种葡萄球菌：头状葡萄球菌(S.capitis)、人葡萄球菌(S.hominis)的脂肪酶活性高于表皮葡萄球菌。基于这些数据，我们将CoNS重新定义为有益的皮肤细菌。

人们对皮肤菌群的兴趣在逐年增加，过去十年中，许多研究报告显示了皮肤疾病和皮肤菌群之间的密切关系。例如：金黄色葡萄球菌与特应性皮炎的相关性；痤疮杆菌（Cutibacteriumacnes）的一些菌株和寻常性痤疮的有关性。这就是为什么它们被归为非有益的皮肤细菌或病原体。

相比上述致病性皮肤菌的研究，关于健康的人类皮肤状况和皮肤菌群或有益皮肤菌之间的关系，人们目前知之甚少。表皮葡萄球菌（Staphylococcusepidermidis）是最著名的有益皮肤的细菌，其释放的脂肪酶可有效降解过多的皮脂并产生甘油和游离脂肪酸。这些分解产物被认为能有效保湿和控制皮肤pH。1然而，除此之外，并没有其他众所周知的与健康皮肤有关的有益皮肤细菌。

不幸的是，我们的分析显示，面部CoNS随着年龄的增长而减少(图1)。这可能会导致许多老化特征，包括水分流失。因此，我们认为使用益生元机制来生长CoNS可以改善皮肤状况。

乳杆菌K-1的好处

我们搜寻了许多皮肤益生元成分的候选物，并将重点放在了热灭活的乳酸菌，乳杆菌K-1上。乳杆菌K-1（干酪乳杆菌干酪亚种casei327）最初由日本大米饼干制造公司龟田精化株式会社开发，4该小组开展了一项研究植物来源的乳酸菌潜力的项目，并最终找到了该乳酸菌菌株。植物来源的乳酸菌在味噌、酱菜、茶等等日本传统发酵食品中起着非常重要的作用。乳杆菌K-1是从数百株乳酸菌菌株中筛选出来的。有趣的是，龟田精化的报告表示，摄入乳酸杆菌K-1不仅改善了肠道的功能，而且改善了表皮失水5。

图1：CoNS数量和老龄化之间的关系

我们从食品原料乳杆菌K-1中开发了新的化妆品成分FairyFloraK-1(INCI:Lactobacillus,Maltodextrin)。这种高温热灭活的乳酸菌，不管是在工厂还是化妆品容器中，都不存在受到污染的风险。虽然它在低粘度溶剂中沉淀，但它适用于凝胶或乳膏，或与粘性剂混合使用。在这里，我们评估了FairyFloraK-1对CoNS生长以及维持皮肤状况的影响。

我们建立了一个评估FairyFloraK-1对CoNS生长影响的体外实验系统。在这个实验体系中，FairyFloraK-1不仅对表皮葡萄球菌有促进生长的作用(图2)，而且对头状葡萄球菌也显示出促进生长的活性。

为了在体内检验这种效果，我们设计了一个安慰剂对照人体试验，使用含有0.1%FairyFloraK-1的面部凝胶。受试者连续四周每天使用两次这种凝胶。我们比较了测试前后的皮肤菌群、皮肤水分含量和皮肤pH值。使用NGS（下一代测序）进行皮肤菌群分析，然后计算CoNS的比率。

与初始值相比，安慰剂组的CoNS比率差异很小，而FairyFloraK-1组的许多患者的CoNS比率有所增加(图3A)。安慰剂组的皮肤水分含量下降了，因为这项试验是在初冬进行的，这个季节空气正在变得干燥。然而，即使在这样干燥的条件下，FairyFloraK-1组的含水量也有所增加(图3B)。最后，我们评估了皮肤pH值。皮肤pH值高与皮肤干燥相关。FairyFloraK-1能显著改善pH初始值在6.0以上的受试者皮肤pH值。CoNS产生的甘油和游离脂肪酸促进了这些结果。

改善皮肤屏障

此外，我们还评估了FairyFloraK-1对正常人表皮角质形成细胞的影响。添加0.1%的FairyFloraK-1会增加一种内源性抗菌肽β-defensin3的mRNA表达。已知这种抗菌肽可有效减少病原体，例如金黄色葡萄球菌，且对CoNS无效。FairyFloraK-1还增加了角质层形成因子、丝聚蛋白和囊蛋白（图4)。这些因素对于在表皮形成屏障以保持水分很重要，并且已知可以减少部分疾病，如特应性皮炎。这些数据意味着，FairyFloraK-1改善了两种类型的内源性皮肤屏障功能，即抗病屏障和保湿屏障。在人体监测试验数据中，这些特性被认为有助于改善皮肤菌群和皮肤水分。

健康的皮肤与皮肤菌群之间的关系尚不清楚，但这一主题在化妆品界也越来越受到重视。在我们的调查中，FairyFloraK-1增加了有益的皮肤细菌CoNS，该细菌随着年龄的增长而减少。增加CoNS可以改善皮肤含水量和弱酸性状态。此外，FairyFloraK-1增强了表皮角质形成细胞的两种重要屏障：防止水分流失和防止病原体。

今年，COVID-19迫使我们重新审视免疫系统的重要性。乳酸菌是众所周知的维持肠道免疫系统的共栖菌。虽然尚未证实FairyFloraK-1对皮肤的作用是由于免疫激活引起的，但“FairyFloraK-1增强了抗菌肽β-defensin3表达”这一点，强烈暗示了先天免疫系统的参与。如今我们亟待检查细菌、病毒和皮肤护理之间的关系。

参考文献：

1.ScheimannLG,KnoxG,SherD,RothmanS.Theroleofbacteriaintheformationoffreefattyacidsonthehumanskinsurface.JInvestDermatol.1960;34(2):171-174.doi:10.1038/jid.1960.23

2.WilliamsMR,CostaSK,ZaramelaLS,etal.Quorumsensingbetweenbacterialspeciesontheskinprotectsagainstepidermalinjuryinatopicdermatitis.SciTranslMed.2019;11(490).doi:10.1126/scitranslmed.aat8329

3.O’NeillAM,NakatsujiT,HayachiA,etal.IdentificationofaHumanSkinCommensalBacteriumthatSelectivelyKillsCutibacteriumacnes.JInvestDermatol.Publishedonline2020.doi:10.1016/j.jid.2019.12.026

4.SaitoY,MiharaT,OkiM,KumagaiT.Effectsofheat-killedLactobacilluscaseisubsp.casei327IntakeonDefecationinHealthyVolunteers:aRandomized,double-blind,placebo-controlled,parallelgroupstudy.BiosciMicrobiota,FoodHeal.2018;37(3):59-65.

5.SaitoY,MiharaT,MaruyamaK,etal.EffectsofintakeofLactobacilluscaseisubsp.casei327onskinconditions:Arandomized,double-blind,placebo-controlled,parallel-groupstudyinwomen.BiosciMicrobiota,FoodHeal.2017;36(3):111-120.doi:10.12938/bmfh.16-031

来源Happi

作者：KentaroHirose和ArunasiriIddamalgoda博士（日本一丸公司IchimaruPharcosCo.Ltd.）

编译：Daisy姚舜