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Nature:分子美容的化妆品

摘要 : 21世纪初,随着人类基因组计划逐渐进入收尾阶段,一家位于纽约的大学衍生企业“21世纪实验室”(Lab21)开始计划将基因组测序技术应用于护肤领域。

 21世纪初,随着人类基因组计划逐渐进入收尾阶段,一家位于纽约的大学衍生企业“21世纪实验室”(Lab21)开始计划将基因组测序技术应用于护肤领域。

该公司称其可以通过“皮肤DNA测试”检测五个基因的突变情况,据此设计个性化护肤产品,并实现保湿、滋润和抗皱的效果,这项服务需要顾客每个月支付250美元。在2003年的新闻发布会上,公司负责人曾宣布:“设计护肤品配方从此不再是只靠猜测了。”高档百货商场也纷纷签下合作协议。

然而,Lab21的研究员遭到了遗传学家和皮肤科专家的嘲笑和不屑。专家们认为,人们对于皮肤问题所涉及到的基因还知之甚少,同时,对于护肤产品中的有效成分如何弥补基因缺陷也不甚清楚。事实证明专家是可信的,Lab21在几年之后就失败了,然而它不会是最后一家试图借助科技进步力量的化妆品公司。

现如今,护肤产品以其科学功效为卖点的宣传方法应用得如此普遍,甚至招来了怀疑的目光。然而这种宣传其实在近二十年才刚刚出现,“美容行业以前并不敢轻易碰触科技。”波士顿麻省总医院的皮肤科专家Barbara Gilchrest说。她表示,该行业原本普遍认为消费者害怕科学,也对科学不感兴趣,所以在宣传时一般不愿意让自己的产品和科学有所关联。但是这种避讳随着基因组学时代的到来正在逐渐消融。基因组学不仅革新了生命科学研究领域,同样也引发了公众的无限想象,人们对Lab21产品所展现出的无比热情就是一个例证。当然,Gilchrest指出,巨大的利益也驱动了某些臭名昭著的伪科学。但是,在各种未经证实的夸大宣传如洪水般涌来的同时,护肤领域也终于开始有了坚实的科学依据,Gilchrest说,从而为产品开发打下了基础,这些产品或许真的有能力逆转皮肤衰老。

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基因表达谱分析使得研究人员可以确定与哪些通路和衰老相关。

在过去的十年里,化妆品公司在分子和遗传学研究中投入巨资,寻找导致皮肤细胞衰老的原因,希望从中发现阻止这一过程的方法。另一方面,研究者也在利用这些技术手段检验现有的那些看来只是起化妆作用的产品是否也可以功能性地改善肤质。Jay Tiesman在宝洁(Procter & Gamble.)旗下的玉兰油品牌(Olay)任职,身为一名分子生物学家,他说:“这些年来,我们越来越深刻地认识到,我们需要对皮肤衰老过程和肤质改善产品进行更加深入的生物学研究,这与制药公司所追求的生物学研究目标其实是相同的。”

“返老还童”不是梦

胶原蛋白(collagen)是维持皮肤弹性和结构完整性的关键蛋白质,随着皮肤老化和长期暴露在紫外线下,胶原蛋白会逐渐分解。与此同时,合成胶原蛋白的真皮成纤维细胞功能也会越来越弱,皱纹、下垂和不均匀的色斑沉积随之产生。第一种被证明可以对抗皱纹的物质是维生素A酸(tretinoin,维生素A衍生物),是由皮肤科专家Albert Kligman和他人共同发现的,Albert Kligman也是发现紫外线会造成皱纹的第一人。1971年,维生素A酸获得批准用于治疗痤疮,并以商品名“Retin-A”上市,但却随即赢得了皱纹克星的美誉,医师们也给那些没有许可的适应症的人开这种药。1988年,一场小规模但影响力甚大的临床试验证实了它的有效性,刺激消费者陷入对维生素A酸的狂热中。约翰霍普金斯大学的皮肤科学家Sewon Kang这样评价道:“这的确打开了抗皮肤衰老领域转化医学研究的大门,在此之前,大多数医师还认为,一旦皮肤开始下垂,人们就只能寻求整形外科大夫的帮助了。”

之后,研究人员发现维生素A酸乳膏(及其相关化合物)可以刺激成纤维细胞合成原骨胶原(procollagen,胶原蛋白的前体),并支撑皮肤细胞外基质以对抗紫外线造成的某些破坏作用。但是这其中的具体作用机制,以及它是否逆转了胶原蛋白随着皮肤细胞老化而降解的过程,还并不清楚。斯坦福大学医学院的皮肤科专家Anne Lynn S. Chang最近开展了一个研究项目,检测像维生素A酸这样的常见外用护肤产品是否能改变基因表达特征和其他分子标志物,来确定这些产品是否真的具有改善肤质的作用,而不仅仅是表象。此前Chang曾指导了另外一个试点项目,测试了另一常用皮肤治疗手段即宽带光(BBL)治疗的有效性,她希望新的研究项目可以和前一个项目一样富有收获。

在BBL治疗过程中,临床医生使用仪器产生高强度的可见光与红外光照射在患者皮肤上,每几周一个疗程。此项技术已经通过美国食品及药物管理局的审核用于治疗皮肤色素异常,而且皮肤科医生也在允许的适应症之外使用这种疗法, 以达到嫩肤的目的。Chang及其同事发现,当使用BBL治疗严重晒伤的患者时,随年龄增长而表达发生变化的基因中超出半数能够恢复至年轻人的水平。

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宽带光治疗法通过对皮肤进行高强度光照来治疗皮肤色素异常变色。

类似的,密歇根大学安娜堡分校的Frank Wang及其同事研究了注射“真皮层填充剂”(dermal fillers)的有效性,尤其是那些含有透明质酸(hyaluronic acid)的。这种天然存在的物质是细胞外基质的关键组成成分。此前,研究者推测,注射这类填充物只是简单地在物理上增加了皮肤体积,从而让下垂的皮肤变得紧致并抚平皱纹。但是Wang的团队发现,不仅如此,注射透明质酸还能够在四周内促进I型胶原蛋白(人类皮肤最主要的一种胶原蛋白)基因和蛋白的表达。深入研究表明,填充物在为细胞外基质提供结构支持的同时,能够激活真皮成纤维细胞并使其伸展,从而开启刺激皮肤加速自身胶原蛋白合成的信号通路。由于新形成的真皮层胶原蛋白可以维持数年,所以该治疗的效果可以持续相当一段时间。“这告诉我们成纤维细胞并不是随着衰老就失去了它们内在的功能。”Wang说道。

个性化分子美容

上述的研究都指出生理衰老过程至少在一定程度上是可逆的。Chang说,搞清楚驱动衰老的分子信号通路就能帮助我们设计新的产品。大规模的基因研究已经开始梳理参与皮肤老化过程的关键通路——这在制药行业早已被运用的非常成熟,而如今逐渐渗透到了护肤和化妆品领域。一项对428个百岁老人进行的研究发现,6个基因突变与保持肌肤年轻相关,然而这些突变的基因却并并不是与长寿相关的基因。“其中一个非常显著的基因变体位于另一基因附近,而后者是在表层皮肤的免疫细胞中表达的。”Chang说道。该结果意味着皮肤始终保持年轻的人们可能拥有特殊的免疫反应。

Chang同时也在和护肤品公司Nu Skin(位于美国犹他州普罗沃)合作,共同鉴别那些皮肤天生看上去就比别人更年轻的女性的基因表达特征。在五月举办的皮肤学协会年会上发表的研究成果表明,有上百个基因的表达存在差异,并且其中有许多是已知与老化过程有关的基因。

其他公司也在如火如荼地开展类似研究。麻省总医院的皮肤科专家Alexandra Kimball正在和宝洁公司合作开展一个项目,该项目被Tiesman称为“肌肤老化的曼哈顿计划”(the Manhattan Project of skin ageing)。Kimball及其同事检测了来自225个非洲裔美国女性和白人女性在不同年龄阶段总共3700份样品的基因表达谱、肠道菌群组成、蛋白质组学和代谢组学的信息等,该研究既要研究暴露在外的皮肤,也没放过通常被遮盖的臀部皮肤。

在六月份举办的世界皮肤学会议上,研究者报道了不同年龄段不同的基因活性模式,以及老化异常严重或轻微的个体的基因表达谱特征。研究结果显示,分子改变的时间和模式与已知的年龄相关变化一致,即细胞衰老在40岁左右开始显现,而肌肤保持湿润的能力在50岁左右开始退化。Kimball说道:“利用这些数据,我们可以肯定地预测未来会有针对不同年龄层群体的个性化护肤产品。”

从十年前的Lab21开始到如今,绕了整整一大圈后,少数护肤品公司重新开始根据DNA测试提供个性化产品。由伦敦帝国理工学院的工程师Christofer Toumazou创建的GeneU就是其中一家。GeneU的伦敦店为客户提供微阵列芯片测试,评估两个基因的变体:一个是MMP1,它的3个变体可以指示个体降解胶原蛋白的速度;另一个是NQO1,其3个变体和细胞抗氧化能力挂钩。根据芯片检测结果和对生活习惯(日照、吸烟与否和精神压力等)的调查,顾客会从18种不同配方乳液中得到适合她们的一款。(首次检测加上在2周内使用的产品总计要600欧元即930美元,接下来的产品每月需花费250欧元。)Toumazou称,经皮肤科专家的安慰剂对照双盲实验鉴定,该产品可以让用户减少24~29%不同类型的皱纹。

这些结果还未发表,但是大部分的科学家都不相信该公司宣称的效果。“这些结论逻辑太过牵强。我们只知道胶原蛋白的分解是肌肤老化的重要方面,”Tiesman说,“但目前并没有任何证据表明特定的基因变体和肌肤健康相关,所以这些基因检测能提供多少可操作信息也尚未明确。”

目前还无法判断这股新的研究浪潮能否带动化妆品和护肤产品的发展,开发出真正可以停止甚至逆转衰老时钟的产品。基因表达的差异和标志物只是刚刚开始,探索肌肤生物学的后续研究必须跟上,同时还需要检测活性成分和许多其他步骤。正如药物开发一样,护肤产品的开发也将遭遇很多的死胡同。但是完整理解肌肤老化的第一步已经迈出,在其推动下,化妆品有可能真正成为一个不止靠市场营销,还有科学基础的行业,Tiesman说:“希望最终能有回报,毕竟我们已经投入了太多太多。”

原文链接:

Cosmetics: Molecular beauty

原文摘要:

As scientists raced towards the finish line of the Human Genome Project at the turn of the twentieth century, a New York-based university spin-off called Lab21 set out to apply genetic-sequencing technology to skincare. Using a 'skin DNA test' that assessed mutations in five genes, the company claimed to have designed personalized skincare concoctions that would moisturize, plump and de-wrinkle any individual's face — at a cost of US$250 for a month's supply. “We have taken the guesswork out of the skincare equation,” the company's president proclaimed in a 2003 press release. Upscale department stores eagerly signed on.

来源: Nature 浏览次数:0

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