「 要美白，要抗老，先防曬... 」

「 護膚中最重要的是防曬... 」

「 防曬，一年四季都需要... 」

在各大美妝博主的科普下，你可能已經對防曬已經做足了攻略，甚至囤貨滿滿，然而，你可能不知道還有這樣一種防曬——「微生物防曬」。

最近，化妝品和皮膚病學領域將其研究重點放在皮膚微生物群及其與皮膚和環境的相互作用上。

現已有研究證明了細菌分子可以阻擋紫外線或逆轉它們的有害影響。

為什麼細菌可以阻擋紫外線？

在回答這個問題之前，首先我們來認識一下皮膚微生物群。

01

人類皮膚微生物群

皮膚是一個複雜的分層器官，提供了非常多樣的生態條件。該生態系統是人體最大的生態系統之一，包括細菌、真菌、酵母、古生菌、病毒，甚至蟎蟲等。

皮膚微生物群如何形成？

從出生開始，一個人的皮膚微生物群是通過分娩後陰道菌群的轉移形成的，或者是通過剖腹產分娩時的環境菌群形成的。

皮膚微生物群有什麼作用？

皮膚共生菌群對病原體具有幾個關鍵的防禦功能，並作為(生物)化學和物理攻擊的屏障，以及皮膚先天(通過抗菌肽合成)和適應性免疫系統的調節器。它的成分對免疫穩態至關重要。這種平衡的破壞可能導致疾病，如，牛皮癬，酒渣鼻，過敏等。

皮膚微生物群主要有哪些菌屬構成？

成人皮膚微生物群的組成和分布受皮膚局部參數的調節，且濕潤、乾燥和皮脂腺皮膚微生物群的數量差異顯著。從20多個皮膚部位採集的樣本來看：

每個類群的豐度強烈地依賴於適當生態位的特徵。例如，親脂性菌群，如痤瘡桿菌Cutibacterium acnes，在皮脂腺部位發現，而葡萄球菌主要在潮濕部位發展。

葡萄球菌和痤瘡桿菌在人體皮膚上的分布

Souak Djouhar et al., Microorganisms, 2021

皮膚真菌

關於真菌的研究比較有限，但已經確定馬拉色菌是身體和手臂上的主要微生物。其他微生物，包括在足弓上存在麴黴Aspergillus, 隱球菌Cryptococcus, 紅酵母Rhodotorula, 附球菌Epicoccum.

在人類皮膚上共鑑定出17種馬拉色菌：

以M. restricta、M. globosa 、 M. sympodialis為主。

皮膚古細菌

人類皮膚微生物群中也有古細菌，2013年出現了關於古細菌的研究，發現古細菌在軀幹等特定區域可以代表4.2%的微生物群。已鑑定的物種包括土壤類群古菌、產甲烷菌和嗜鹽菌。

在大致了解皮膚微生物群的基本構成之後，我們再來看紫外線對皮膚微生物群的影響。

02

紫外線對皮膚及其微生物群的影響

紫外線對皮膚的影響

陽光照射會影響皮膚表面的不同比例，這取決於季節，但它仍然是皮膚環境壓力最強大和最持久的來源之一。

紫外線輻射對皮膚的影響因其能量和穿透潛力而異（圖2）。

Souak Djouhar et al., Microorganisms, 2021

太陽紫外光譜本身根據輻射的波長和能量分為三個部分：

UVC（200-290nm）；

UVB（280–315 nm）；

UVA（315–400 nm）

UVA分為UVA1（315–340 nm）和UVA2（340–400 nm）

輻射波長越長，穿透皮膚的深度就越深，也就是UVA的穿透力最強。平流層中的臭氧能有效地吸收紫外線。在海平面上，人類主要暴露於UVB和UVA。

穿透皮膚的紫外線占陽光輻射的5-8%，相當於約5-10%的UVB和90-95%的UVA。這些數值隨太陽高度、海拔高度、臭氧、雲量和地面反射而變化。

UVA：曬黑、曬老（皮膚光老化）

UVB：曬傷、曬紅、曬出水泡

在皮膚中，紫外線輻射被皮膚發色團以及不同的分子吸收，包括DNA、膜脂和反式尿氨酸。這種靶點的多樣性解釋了大量已知的生物反應。

紫外線輻射對皮膚的影響

除了心理效應外，陽光和紫外線有利於促進維生素D的合成；

在皮膚病理學中採用光療法，如銀屑病，特應性皮炎，皮膚T細胞淋巴瘤和其他光反應性皮膚病

過度或長期暴露在紫外線輻射下也會產生有害影響。陽光照射會產生複雜的皮膚反應，包括導致皮膚過早老化甚至致癌的組織學變化。

紫外線輻射有不同的目標和活動。

UVA靶向DNA，產生自由基，促進脂質氧化，導致炎症和長期基因表達及免疫應答改變。

UVB基本上被核DNA吸收並立即造成損傷。

紫外線對皮膚微生物群的影響

間接影響

紫外線對皮膚的影響可以間接影響皮膚的微生物群，細菌本身已經發展出對紫外線輻射的抵抗力。

已經證明，紫外線輻射影響皮膚微生物群的組成和活性，但其後果是不明確的。

紫外線輻射可以通過刺激角質形成細胞產生抗菌肽，如hbD2、hbD3、RNase7、psoriasin或S100A12，從而上調皮膚保護性天然免疫機制。

最近，在一個由6名志願者組成的小組中研究了UVA和UVB對皮膚微生物群的影響。暴露於UVA和UVB後，觀察到其皮膚微生物群的組成發生改變。

藍藻門細菌Cyanobacteria 有增加的趨勢，而乳酸桿菌科和假單胞菌科有減少的趨勢。藍藻門的增加歸因於它們對紫外線輻射的高內在抗性。

藍藻門細菌發展了多種防禦機制，包括紫外線吸收/篩選化合物的生物合成，如類菌胞素胺基酸（MAAs）和酶，包括超氧化物歧化酶（SOD），它們可以對抗氧化應激。

直接影響

紫外線也直接影響皮膚細菌，如痤瘡表皮菌，減少其卟啉的生產。

紫外線也作用於另一種常見的皮膚細菌，藤黃微球菌Micrococcus luteus。該菌株具有顯著的特性，能夠通過逆轉紫外線在皮膚暴露過程中產生的順式尿氨酸來對抗紫外線對免疫系統的有害影響。

這使得化妝品行業在開發用於防曬產品時考慮到了皮膚微生物群。

03

防曬措施

隨著年齡增長，皮膚的自然老化是不可避免的，但是光老化卻是可以通過防曬措施來緩解的。

防曬

經典防曬措施：

穿防曬衣(由防紫外線布料製成的衣服)。紫外線可以穿透一般夏天穿的薄棉質衣服。

現代防曬：包括一級保護和二級保護兩種手段。

• 防曬霜能夠吸收或反射紫外線。
• 抗氧化劑、滲透劑和DNA修復酶有助於減少皮膚損傷。

更準確地說，防曬霜可以根據其作用機制分為物理阻擋紫外線、化學吸收紫外線和混合紫外線過濾。

物理紫外線過濾器反射和散射光，特別是UVA和UVB。這些過濾器包括有色化合物和微粉化顏料。在後者中，我們發現了鈦氧化物(TiO2)和氧化鋅(ZnO ex Z-Cote®-BASF Care Creations)。

化學紫外線過濾劑(如Tinosorb®M-BASF Care Creations, MexorylTM XL-L'Oréal, Triasorb™-Pierre Fabre)能夠吸收高能紫外線並釋放較低的能量輻射，這得益於一個發色團，該發色團通常是一個芳香族分子，或與羰基結合或不結合。

這些過濾器既不能穿透皮膚屏障，也不能進入細胞，在細胞中它們會導致變異，也不能進入體循環。

然而，僅僅保護皮膚不受紫外線照射是不夠的。

紫外線與空氣污染物的結合已被證明會協同加劇皮膚損傷，加速皮膚老化。

最近的研究顯示，紫外線和大氣污染物(如香菸煙霧和多環芳烴)之間可以存在協同效應。這些污染物具有內在的皮膚氧化特性，其作用可以增強紫外線的作用。這在UVA和B[a]P(苯並芘)中得到了特別的證明，這是最有害的光反應性多環芳烴之一，通過增加脂質過氧化和DNA損傷導致細胞活力下降。

作為對紫外線過濾器的補充，基於對環境協同損害的內源性保護的策略已經通過刺激天然抗氧化途徑或添加例如修復酶、抗氧化劑、肽、天然或生物技術提取物來實現(表1)。

根據其作用機理與防曬相關的市售化妝品成分的非詳盡清單。

INCI：化妝品成分的國際命名法

抗氧化劑，如維生素C、維生素E、類胡蘿蔔素、多酚和類黃酮可以減少紫外線產生的活性氧。

「微生物防曬劑」——MAAs

如前所述，類菌胞素胺基酸（MAAs）是地衣、真菌和藍藻在太陽紫外線照射下產生的天然光穩定次生代謝產物和紫外線吸收化合物。

MAAs通常被稱為「微生物防曬劑」，它能以熱的形式散發紫外線能量而不產生自由基，還能阻止紫外線誘導的嘧啶酮光產物（6-4光產物）和嘧啶二聚體的形成。這些UVs光產物導致突變、細胞轉化和細胞死亡。

MAAs是一種多功能化合物，具有抗紫外線輻射損傷、抗氧化、滲透和熱應激等作用。這些分子吸收光的帶寬很寬，最大吸收率在310-362nm之間（UVA和UVB範圍），摩爾消光係數很高（e=28100–50000 M−1厘米−1).

因此，MAAs可作為化妝品的活性成分，以抵消紫外線輻射的負面影響。

MAAs是典型的小化合物（<400 Da），無色，水溶性。已鑑定出20種形式的MMAs，研究最多的是Porphyra-334、shinorine和mycsporin-glycine.

這些化合物具有類似的結構，由含有環己酮或環己烯胺環的4-脫氧戊醇組成，環己烯胺環與胺基酸或亞氨基醇的氮取代基共軛。

許多研究表明，MAAs是抗氧化劑，因為它們通過防止脂質過氧化和超氧自由基活性來對抗氧化損傷。例如，紅藻紫菜提取物，商品名為Helioguard 365a（瑞士Mibelle AG Biochemistry），據稱是一種天然防曬霜，含有脂質體MAAs、shinorine和紫菜-334的混合物（表1）。這種化合物對UVA引起的DNA損傷的光保護作用已在體外HaCaT細胞中得到證實。

表皮葡萄球菌——抑制紫外線誘導的新生細胞生長

最近的研究強調了皮膚細菌的一種新功能，它可以保護皮膚免受外部攻擊，比如紫外線輻射。表皮葡萄球菌產生一種化合物6-HAP（6-N-羥基氨基嘌呤），具有預防腫瘤的保護活性。該分子能抑制DNA合成，選擇性地阻止腫瘤細胞的增殖，抑制紫外線誘導的新生細胞生長。

藤黃微球菌——減輕紫外線輻射

眾所周知，UVB輻射通過反式尿氨酸（trans-UCA）到順式尿氨酸（cis-UCA）的光異構化來降低細胞介導的免疫。研究還表明，皮膚共生的藤黃微球菌 micrococcus luteus 能夠將順式UCA降解為反式異構體，從而可能降低UVB的免疫抑制作用。因此，這種細菌可以減輕紫外線輻射的有害影響。

此外，藤黃微球菌特別產生一種有趣的酶，一種核酸內切酶，它有能力提高DNA修復酶複合物的效率。這種核酸內切酶可以被包裹在磷脂包被膜中，以促進其進入細胞。

光裂解酶——抵消紫外線產生的DNA光產物形成

為了限制DNA損傷，另一類酶，光裂解酶，是光破壞防禦領域的主要研究對象。這些酶由許多自然暴露於紫外線輻射下的動物物種、植物和細菌產生，但在包括人類在內的胎盤哺乳動物中不編碼。

光裂解酶屬於一類50-60kDa的黃蛋白，被可見光譜的藍光或紫外光激活。如前所述，它們能夠抵消紫外線產生的DNA光產物的形成，如環丁烷嘧啶二聚體（CDPs）和6–4光產物。

光裂解酶是一種特定的產物，但其作用機制尚不清楚。不過作者已經證明，用脂質體局部治療人類皮膚，脂質體中含有一種從藍藻中分離出來的光裂解酶，即Anacystis nidulans，能夠降解40%的紫外線照射產生的CDP，並減少紅斑。同時，表皮細胞間粘附分子-1（ICAM-1）減少，對免疫和炎症起作用。此外，光解酶似乎能有效降低UVB的有害作用並產生免疫保護。

痤瘡表皮桿菌——分泌抗氧化酶

最近的一項研究表明，皮膚共生細菌，痤瘡表皮桿菌，能夠分泌一種抗氧化酶。這種被稱為RoxP的蛋白質是痤瘡丙酸桿菌的自由基加氧酶，在體外促進有氧細菌的生長。

另一項研究表明，RoxP積極影響單核細胞和角質形成細胞的活力暴露於氧化應激。這種酶可能有助於減少與紫外線暴露有關的氧化應激。

放線菌——抑制紫外線誘導的新細胞生長

放線菌(Actinobacteria)，特別是鏈黴菌(Streptomyces)是具有光保護活性的代謝物的來源，如抗氧化和抗炎化合物以及吸收紫外線的分子。這些分子包括醯胺類化合物，通常與抗炎活性和生物鹼顯示更具體的抗氧化活性。這些化合物現在被用作化學成分來開發保護產品。

防止紫外線損傷的細菌營養方法

現在大家都知道各種各樣的膳食補充劑對皮膚健康有好處。最近，口服補充抗氧化劑(如抗壞血酸、類胡蘿蔔素或多酚)和益生菌被提議保護皮膚免受紫外線輻射引起的損害。

"益生菌"一詞於1989年被定義為"活的微生物，如果攝入足量，就會對宿主的健康產生影響"。乳酸菌的特定菌株可能會對腸道微生物群的組成和代謝產生有益的影響，在某些情況下還會抑制腸道病原菌的生長。

許多研究表明腸道免疫軸與皮膚有關，食用含有益生菌的食物可以改善皮膚健康，維持皮膚穩態，調節皮膚免疫系統。

Lactobacillus johnsonii NCC 533 (約氏乳桿菌NCC 533)

對於紫外線輻射引起的皮膚損傷，益生菌如約氏乳桿菌NCC 533 (La1)的功效已被證實。

研究表明，約氏乳桿菌的吸收可以通過防止紫外線產生的白細胞介素-10的增加來增強皮膚免疫系統穩態，並減少表皮朗格漢斯細胞的募集。

鼠李糖乳桿菌

以同樣的方式，一種益生菌鼠李糖乳桿菌(Lactobacillus rhamnosus GG, LGG)的施用被證明可以防止皮膚腫瘤的發生，這是由於其脂磷壁酸(lipoteichoic acid, LTA)的活性，LTA是革蘭氏陽性菌細胞壁的一種成分。

在小鼠模型中，LTA降低了紫外線誘導的皮膚免疫抑制，從而顯著降低了紫外線誘導的皮膚腫瘤生長。

還可以考慮其他的光保護候選種，如植物乳桿菌HY7714、短雙歧桿菌和長雙歧桿菌。這些觀察結果是很有希望的，但還需要在人類身上得到證實。

04

結 語

目前的防曬策略多種多樣。優化策略可以使用改善紫外線內源性保護反應的成分和/或修復或抗氧化酶，對紫外線暴露後的皮膚恢復具有積極作用。

本文中的提到的皮膚微生物群是具有間接防曬特性的化合物的來源。皮膚微生物群中的一些細菌甚至具有直接的紫外線輻射阻斷或吸收作用，以及抗炎和抗氧化活性。

此外，一些臨床研究也強化了某些益生菌具有預防或逆轉紫外線輻射有害影響的有益活性的觀點。內源性和外源性細菌不僅是分子的來源，也是開發新的自然防曬措施的靈感來源。

附錄： 防曬常識

#01

化學防曬和物理防曬區別？

化學防曬霜的作用就像海綿一樣吸收陽光。它們包含以下一種或多種活性成分：氧苯甲酮，阿伏苯宗，辛酸鹽，辛二烯，高滲酸鹽和辛氧酸鹽。這些配方往往更容易擦入皮膚，而不會留下白色殘留物。

物理防曬霜的作用就像護盾一樣在皮膚表面，使太陽光線偏轉。它們包含活性成分氧化鋅和/或二氧化鈦。皮膚敏感者或小朋友，請儘量選擇物理防曬霜。

#02

什麼人需要防曬？

任何人，不論年齡，性別或種族，都需要防曬。

（6個月以下的嬰兒儘量避免使用防曬霜，可以選擇戴帽子，穿長袖等方式。）

#03

如果使用防曬霜需要多少量？

如果只塗臉的情況下，需要一個一元硬幣或以上的量。塗身體需要在這個基礎上增加相應的量，如果是在海邊沙灘上，按照AAD（美國皮膚學會年會）的規定，至少要塗滿1盎司的防曬霜才能完全覆蓋身體。

#04

防曬霜上SPF和PA代表什麼？

SPF值（Sun Protection Factor），也就是我們平常說的防曬係數，指紫外線照射到不傷害肌膚的一個時間範圍。假設不塗防曬時15分鐘後曬傷，那麼SPF30的意思是15（分鐘）*30=450分鐘，也就是可以保護皮膚7.5小時。【實際上在很多因素下，並不能有效保護這麼久，需要補塗】

PA值是衡量防曬產品UVA的防護能力，美國產的和部分歐洲產的防曬霜並沒有標有PA，市面上一般有PA+,PA++,PA+++三個等級。

PA＋：有效

PA++：相當有效

PA+++：非常有效

#05

多久補塗？

在戶外時，請大約每兩個小時後補塗，或在游泳或出汗後補上。

#06

防曬霜多久失效？

如果每天以正確的量使用防曬霜，那麼一瓶不會使用太久。

FDA要求所有防曬霜保持其原始強度至少三年。如果已過期，請扔掉防曬霜。

#07

防曬霜的成分安全嗎？

FDA提議的規則對防曬成分進行了分類。FDA提議將兩種成分「普遍認為是安全有效的」（GRASE）：

二氧化鈦、氧化鋅

FDA提議不要添加其他兩種成分：

聚氨基甲酸乙酯、甲苯胺水楊酸酯

#08

防曬噴霧如何？

FDA還在評估噴霧防曬霜的安全性和有效性。使用防曬噴霧的挑戰在於，你很難知道是否使用了足夠的防曬霜來遮蓋身體所有暴露在陽光下的區域，有可能會導致覆蓋範圍不足。使用噴塗防曬霜時，請確保噴塗足夠量並擦拭以確保均勻覆蓋。

為避免吸入噴霧防曬霜，切勿將其噴塗在臉部或嘴部周圍或附近。或者噴的時候應避開人群，注意風向，以免自己或他人吸入。

#09

含驅蟲劑的防曬霜值得買嗎？

AAD不建議購買標籤上註明含有驅蟲劑的防曬霜。

建議購買單獨的產品，因為：

• 防曬霜應自由使用，並經常使用
• 驅蟲劑應少用，且應比防曬霜少使用

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參考文獻：

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