后生元在皮肤健康领域中的作用与研究进展

皮肤是人体最大的器官，也是人体第二大微生物群的载体。皮肤是抵御外部刺激的屏障，紫外线、雾霾等外界环境的刺激会造成皮肤损伤，引起皮肤老化或屏障受损。后生元被定义为“赋予宿主健康益处的无生命微生物或其成分的制剂”。近年来的研究表明，后生元在维护皮肤健康方面具有巨大潜力。

后生元概念

后生元作为一种新型促进健康的因子在改善皮肤健康问题方面展现出巨大的潜力。用于描述“后生元”的名词经历了多次演变如副益生菌(paraprobiotics)、幽灵益生菌(ghostprobiotics)、元生素(metabiotics)、肽化益生菌(tyndallizedprobiotics)、副精神物(para-psychobiotic)及细菌裂解物(bacteriallysates)等。目前的研究表明后生元具有抗氧化、抗炎、抗高血压、降低胆固醇、预防肥胖、改善葡萄糖代谢、免疫调节及抵御皮肤衰老等功效。

后生元相较于益生菌有着不可替代的优势，与益生菌相比，后生元能降低抗生素耐药性转移的风险，对与宿主细胞相互作用的皮肤常驻微生物群来说具有更高的特异性，还具有明确的化学组成、安全的计量参数以及更高的安全性，在运输、储存、具体应用中也更加稳定。有研究表明，后生元在免疫系统受损的患者中可以减少微生物易位、感染或引发炎症反应的风险，还可以利用多种代谢物的组合活性来发挥更大的作用。因此，后生元在皮肤健康方面有极大的发展前景和应用潜力。

后生元类型

皮质醇

后生元的特点是以微生物作为起点并由用于生产的灭活技术或灭活程序所构成，因而后生元的类型主要与细菌菌株的类型、培养物质及后续的细菌处理方式有关。根据ISAPP提出的后生元定义，后生元的类型可划分为无生命微生物、微生物代谢物、微生物裂解物以及微生物细胞成分四类。

无生命微生物是指将活细菌通过热处理、超声破碎、紫外线照射、冷冻干燥、超临界CO2等方法灭活，在选择灭活方法时要以保留微生物提供的益处为前提。

微生物代谢物通过体外培养即可获得，通过优化发酵条件使代谢物的产量达到最大。再通过离心、透析、冻干等步骤将所得溶液进行提取，以分离细菌细胞和细菌代谢产物。这些物质包括胞外多糖、短链脂肪酸、共轭亚油酸、氨基酸、分泌蛋白、细菌素、维生素和神经递质等。

微生物裂解物可以通过物理或者化学的手段来实现，如超声处理、热处理、酶解法等。

细菌裂解物是通过细菌细胞裂解释放的可溶性分子，从而在外界模拟细胞内物质和功能条件来发挥作用。微生物细胞成分包括细胞表面蛋白、肽聚糖、磷壁酸和囊泡等，他们在免疫调节等方面具有潜在作用。

后生元在皮肤健康中的作用

后生元在抵御皮肤光老化中的作用

光老化是皮肤老化的主要原因之一，皮肤在长期暴露于环境紫外线辐射条件下会引起光氧化损伤和光老化，进而导致皮肤组织结构和功能的损伤或退化。

太阳辐射光谱包括UVB(280-320nm)、UVA(320-400nm)、可见光(400-700nm)和红外辐射(>700nm)。辐射穿透皮肤的能力取决于波长，如UVB仅能穿透表皮，UVA可以进入真皮，而可见光与红外辐射可以到达皮下脂肪组织。其中UVB和UVA会损伤DNA和细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)，并诱导免疫抑制；过度暴露于紫外线辐射还能增加活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)的形成，在较高浓度下会损害构成皮肤胶原蛋白和弹性蛋白的主要蛋白质。目前已有相关研究发现后生元可以通过调节相关信号通路、上调抗氧化酶表达或提高I型胶原蛋白含量等方式抵御皮肤光老化。

副干酪乳杆菌(Lactobacillusparacasei)是一种从健康成人肠道中分离出来的成熟益生菌，Xu等对热灭活的副干酪乳杆菌在改善UVB诱导的氧化损伤和光老化及其机制方面进行了探究，实验结果表明热灭活的副干酪乳杆菌通过减少正常人真皮成纤维细胞(normalhumandermalfibroblast,NHDF)和小鼠黑色素瘤细胞(B16-F10CellLine,B16F10)中DNA损伤来阻止UVB诱导的细胞毒性。该后生元通过增加NHDF细胞中谷胱甘肽含量以及与Sirt1/PGC-1α/Nrf2信号通路激活相关的抗氧化酶活性和mRNA水平来改善UVB诱导的氧化损伤。

Sirt1是哺乳动物体内一种NAD+依赖性组蛋白脱乙酰酶，可以抵抗内皮细胞的衰老。它能调节重要的转录因子如Nrf2和PGC-1α，前者负责抗氧化酶的转录，是抗氧化防御和衰老过程的"主调节器"，后者是与Nrf2活化相关的酶。同时，热灭活副干酪乳杆菌通过在NHDF细胞中发挥与(JNK、p38)/(c-Fos、c-Jun)信号通路有关的抗皱效应和在B16F10细胞中发挥与PKA/CREB/MITF信号通路相关的抗黑色素生成作用，从而减轻UVB诱导的光老化。

ECM是由弹性纤维和胶原纤维构成的三维网络，并由透明质酸(hyaluronicacid,HA)等基质包围以保持皮肤的弹性和丰满度。然而，基质金属蛋白酶是细胞外锌依赖性酶家族的代表，能够降解ECM。它们之间的失衡会导致皮肤结构被破坏，导致皮肤干燥、形成皱纹以及皮肤老化。UVA辐射会诱导MMPs的活性，加速细胞外基质胶原蛋白和弹性纤维的降解。此外，紫外线辐射还能通过阻断TGF-β/Smad信号传导来减少I型胶原蛋白的合成，而I型胶原蛋白是修复UVA损伤的主要途径之一。

有研究发现，从米酒中分离出的解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)所制备的细菌裂解液(BAL1)能上调TGF-β/Samd信号通路中转导和靶基因I型前胶原的mRNA表达，在一定程度上延缓了MMP-1对纤维状胶原蛋白的降解；同时BAL1可促进Nrf2的核移位，在一定程度上激活抗氧化酶基因的转录，从而减轻UVA诱导的氧化应激对细胞的损伤。这些结果表明了后生元BAL1作为抗氧化剂和抗衰老成分的潜在应用价值。此外，有研究表明凝结芽孢杆菌(B.coagulans)胞外代谢产物能够保护真皮成纤维细胞免受UVA造成的细胞死亡。

清酒乳杆菌(L.sakei)细胞壁成分通过减少MAPK信号(p38、JNK和NF-κB)显著阻断MMP-1的表达水平来增加胶原蛋白数量并抵抗光老化。含有乳酸乳球菌发酵裂解物(L.lactis)的乳液显示出对光谱中UVA1区域的吸收，表明后生元还能作为紫外线吸收剂来抵御光老化。以上这些研究表明了后生元在抵御皮肤光老化方面的潜力。不过目前针对该方面的临床研究较少，需要更多相关研究来填补这些空白。

后生元在修复皮肤物理屏障中的作用

人体皮肤是由表皮、真皮和皮下组织构成的一道物理和生理屏障，是保护机体免受外界环境刺激和伤害的第一道防线，皮肤功能的维持主要依赖健全的皮肤屏障。对于皮肤物理屏障来说，表皮角质层是主要屏障之一，它由鳞状角质细胞组成。在角质细胞增殖、分化及向皮肤表面迁移后，角质细胞逐渐嵌入脂质的皮肤基质中，最终角质形成细胞及其产物组成了皮肤物理屏障。

皮肤屏障的多种功能，包括结构功能、调节功能、吸湿功能和信号功能，都依赖于表皮蛋白质。如丝聚合蛋白(filaggrin,FLG)对角蛋白成束形成致密的角蛋白丝以及在角化层形成扁平鳞片过程中至关重要。此外，在角化过程中，兜甲蛋白(loricrin,LOR)与S100蛋白、晚期角化包膜家族蛋白和外皮蛋白在转谷氨酰胺酶的作用下交联，形成坚固的角化包膜，作为抵御外部环境的屏障。皮肤屏障的功能或结构缺陷都可能诱发各种皮肤问题如缺水脱皮、干痒紧绷、泛红敏感，甚至诱发特应性皮炎和牛皮癣等皮肤疾病。

近年来的研究发现后生元具有修复皮肤物理屏障的作用，具体途径包括提高皮肤中具有锁水功能物质的分泌、调节相关功能蛋白的表达、增加表皮层厚度和改善皮肤渗透性等。如Lee等探究了唾液乳杆菌(L.salivarius)MG242和发酵乳杆菌(L.fermentum)MG901无细胞上清液在人角质形成细胞中的屏障增强和保湿用；结果显示，MG242和MG901通过调节角质形成细胞中透明质酸合酶HA2/3以及FLGmRNA的表达来改善皮肤的保湿和屏障功能。HA是存在于人体皮肤上的酸性黏多糖，具有优异的锁水功能。FLG能够连接角蛋白并使其聚集成纤维束，FLG的缺乏造成的皮肤屏障受损也是特应性皮炎(atopicdermatitis,AD)发展的众所周知的诱发因素。

紧密连接(tightjunction,TJs)是除角质层外表皮的两个主要屏障之一。TJs是角质层下方用于封闭颗粒层中相邻角质细胞间隙的细胞间连接复合体，它由包括闭合蛋白(occludins)、Claudins蛋白、连接黏附分子的跨膜蛋白和包括ZO-1、ZO-2、ZO-3、MUPP-1和symplekin在内的斑块蛋白组成。在成人皮肤中已经鉴定出多种构成TJs的蛋白，包括Claudin1、3、4、5、7、8、10、12、16、17、occludin和ZO-1蛋白。此外，通过跨上皮电阻(transepithelialelectricalresistance,TER)值对发酵滤液处理的人角质形成细胞中渗透性屏障功能可以进行测定，TER值代表了水溶性离子的跨上皮渗透性。结果表明，TER以剂量依赖性方式显著增加，表明SFF处理的表皮角质形成细胞中渗透性屏障功能得到显著改善。

后生元在伤口愈合中的作用

皮肤的伤口愈合是一个普遍却又复杂的过程，分为炎症、细胞增殖和新组织的形成、组织重塑几个不同但又相互重叠、高度协调的有序事件序列。这些过程涉及到的生物过程包括血管生成反应、炎症反应调节、基质沉淀、白细胞募集和上皮化。在伤口研究中，局部应用后生元可被视为一种新的治疗方法，它可以在发挥作用的同时，避免引入活益生菌带来潜在危害。

最近一项研究发现发酵乳杆菌(L.fermentum)、罗伊氏乳杆菌(L.reuteri)和枯草芽孢杆菌(B.subtilis)发酵上清液制备的冷霜能够不同程度地提高大鼠皮肤的伤口愈合能力，组织学评估显示，三种后生元分别制备的三种冷霜在外用于大鼠皮肤伤口后，对上皮化、炎症、肉芽组织形成和纤维化等不同过程均产生不同程度的影响；同时，大鼠皮肤组织中的羟脯氨酸含量相比未治疗大鼠都得到了显著提高。羟脯氨酸是胶原蛋白的基本成分，可用作皮肤组织中胶原生成的生物标志物。羟脯氨酸含量的提升能够反映伤口愈合期间胶原蛋白的成熟和增殖更好，这可能与成纤维细胞的增殖以及胶原合成降解相关酶的作用有关。胶原蛋白能够强化细胞外基质，改善结缔组织的形成，增加与修复组织相关的血管化，对伤口愈合过程至关重要。

与健康人相比，糖尿病患者的内部身体活动减少，血管生成延迟，伤口愈合过程减缓。血管生成在伤口愈合过程中扮演着重要角色，参与了促炎细胞因子分泌、生长因子调节以及修复细胞聚集等过程。此外，伤口愈合过程中涉及皮肤菌群的相互作用被认为是有用的，因为它们能促进先天性免疫反应。炎症期是伤口愈合过程的第一阶段，涉及中性粒细胞和巨噬细胞分泌各种生长因子和细胞因子。趋化因子、细胞因子和生长因子是确定伤口修复的关键生理和分子机制。TGF-β1、VEGF、PDGF和FGF是具有代表性的生长因子，他们在包括血管生成、肉芽组织形成、再上皮化、胶原沉积和炎症等伤口愈合过程的每个阶段都发挥着重要作用。在趋化因子中CCL2和CXCL4可通过巨噬细胞的浸润调节切除伤口的组织形成、炎症肉芽形成和再上皮化。而IL-4、IL-6、IL-10和TNF-α是调节炎症相关的细胞因子。

此外，一项研究探究了植物乳杆菌(L.plantarum)USM8613作为治疗金黄色葡萄球菌皮肤感染和伤口愈合的天然替代品的可能性。结果表明，富含蛋白质的发酵上清液通过抑制机会性金黄色葡萄球菌的生长，并通过刺激伤口部位β-防御素的表达来促进先天性免疫，从而发挥伤口愈合的功能；发酵上清液中提取的部分蛋白质还能提高细胞因子和趋化因子(TNF-α、IFN-γ、IL-4、IL-6、TGF-β和MMPs)在伤口各个恢复阶段的产生，从而加快伤口恢复。β-防御素是一组3-5kDa、富含半胱氨酸的阳离子β-片肽，在皮肤宿主免疫防御中发挥着重要作用；它通过破坏膜的完整性导致病原细胞裂解，从而具有广谱抗菌特性。

后生元在调节皮肤微生物群中的作用

皮肤微生物群及其与皮肤和皮肤环境之间的相互作用是近年来皮肤和化妆品研究领域的一大方向与目标。对微生物群进行干预和精细调节以改善上述皮肤状况是一个新兴的研究领域，皮肤微生物有助于皮肤稳态的建立，并可以调节宿主的炎症反应，在皮肤防御、调节环境与身体信息传递、平衡皮肤健康方面扮演着重要的角色。皮肤微生物群结构和功能的不平衡与几种皮肤状况相关。

例如在特应性皮炎患者中发现皮肤微生物多样性下降，金黄色葡萄球菌的数量与皮炎的严重程度有关；痤疮患者皮肤上表现出毒力因子的痤疮丙酸杆菌菌株比例增加，继发于痤疮丙酸杆菌的表皮葡萄球菌增加；在脂溢性皮炎和头皮屑患者皮肤上观察到了限制性马拉色菌(Malassezi.restricta)、球形马拉色菌(M.globosa)和表皮葡萄球菌(Epidermidisstaphylococcus)的增加以及痤疮丙酸杆菌(C.acnes)的减少。这些证据都表明了皮肤健康状态与皮肤微生物组成之间的密切联系。

对皮肤的其他作用

除了上述功能外，后生元还具有例如缓解皮肤炎症，抑制皮肤病原微生物的功能。如有研究表明瑞士乳杆菌(L.helveticus)和乳酸乳球菌(L.lactis)的无细胞上清液混合物可以提高金黄色葡萄球菌或痤疮丙酸杆菌处理的HaCaT中IL-8和透明质酸水平。干酪乳杆菌(L.casei)发酵上清滤液能够下调rhli和rhlr等群体感应相关基因以及毒力基因pelf的表达，从而降低铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)的毒力和生物膜的形成。

总结与展望

后生元可以在修复皮肤屏障、促进伤口愈合、抵御皮肤光老化以及调节皮肤微生物群等方面发挥潜力，能够有效改善皮肤问题甚至在一定程度上治疗皮肤疾病从而使皮肤恢复健康。

目前市场中后生元大部分来自乳酸菌等食品安全益生菌，之后的研究还可以凭借后生元独特的性质在保证安全性的前提下扩展后生元来源微生物的种类与范围，包括扩展到更大的非食品安全微生物种群或内源性微生物种群。同时需要更加准确、更大规模的体外实验和临床试验来为相对应菌株筛选、原料功效探究等提供支持。

参考文献：

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4.参考文献(略)