皮膚去角質(zhì)功效研究方法及應(yīng)用

[摘要]本文主要概述了皮膚角質(zhì)的屏障功能與代謝機(jī)制，并介紹了皮膚圖像分析法、角質(zhì)層染色法、模擬污漬法、摩擦性能測(cè)試法、角質(zhì)剝脫測(cè)試法、皮膚切片法、皮膚模型替代法、細(xì)胞生物法、生物化學(xué)法等皮膚角質(zhì)功效評(píng)價(jià)方法，提供了去角質(zhì)功效評(píng)價(jià)的新思路，展望角質(zhì)管理產(chǎn)品的發(fā)展及研究方向。

[關(guān)鍵詞]皮膚屏障；角質(zhì)細(xì)胞代謝；去角質(zhì)；皮膚脫屑；功效評(píng)價(jià)

[中圖分類號(hào)]R322.99 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]1008-6455（2024）09-0182-04

Research Methods and Application of Skin Exfoliation Efficacy

ZHI Leilei1， JIAO Qian2， MEI Huaqian1， ZHANG Yexiang1， QI Yufeng1， YANG Jie1， JIA Yan2

（ 1.Shandong Huawutang Biological Technology Co.， Ltd， Jinan 250101， Shandong， China; 2.Beijing Key Laboratory of Plant Resources Research and Development， College of Chemistry and Materials Engineering， Beijing Technology and Business University， Beijing 100048， China ）

Abstract： This paper summarizes the barrier function and metabolic mechanism of skin stratum corneum， and introduces the evaluation methods of skin stratum corneum efficacy， such as skin image analysis method， stratum corneum staining method， simulated stain method， friction performance test method， keratinocyte exfoliation test method， skin slice method， skin model substitution method， cell biology method and biochemical method. It provides a new idea for the evaluation of exfoliation efficacy， and looks forward to the development and research direction of stratum corneum management products.

Key words： skin barrier; keratinocyte metabolism; exfoliator; skin desquamation; efficacy evaluation

皮膚角質(zhì)層，是表皮角質(zhì)形成細(xì)胞分化的終產(chǎn)物，位于皮膚最外層，是皮膚抵御外界刺激第一道防線的“先鋒哨兵”[1]，起著屏障的作用，保護(hù)身體免受惡劣環(huán)境因素的影響，限制水分的散失，防止外界微生物或化合物的進(jìn)入。在表皮中，角質(zhì)形成細(xì)胞作為主要的組成部分，其有序分化、排列和功能的正常發(fā)揮可以保證皮膚正常行使屏障、吸收、分泌和排泄等重要生理功能，并維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，減少皮膚病的發(fā)生概率。在表皮基底層的角質(zhì)形成細(xì)胞不斷有絲分裂并分化，從底層遷移到上層，經(jīng)過棘層和顆粒層去核、壓平，最終形成角質(zhì)形成細(xì)胞，承擔(dān)角質(zhì)層大部分的皮膚屏障功能。角質(zhì)細(xì)胞不僅能作為皮膚屏障中“磚墻結(jié)構(gòu)”的“磚”發(fā)揮物理屏障的作用，其本身還具有先天免疫特征和誘導(dǎo)免疫反應(yīng)的能力[2]。因此，角質(zhì)形成細(xì)胞是維護(hù)皮膚健康的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。對(duì)于健康人而言，完整皮膚角質(zhì)層的更新發(fā)生在28 d內(nèi)，其中角質(zhì)形成細(xì)胞增殖分化形成角質(zhì)細(xì)胞約需14 d，角質(zhì)細(xì)胞通過正常的角質(zhì)層并從表面脫落約需14 d[3]（見圖1）。正常情況下，角質(zhì)細(xì)胞的連續(xù)生成會(huì)與表面細(xì)胞的脫落即所謂的皮膚“脫屑”保持平衡，以此來維持角質(zhì)層厚度的穩(wěn)定[4]。如果角質(zhì)細(xì)胞代謝過快，角質(zhì)細(xì)胞不斷被推出并聚集皮膚表面，會(huì)形成厚厚的角質(zhì)層和大量皮屑。而如果角質(zhì)代謝過慢，角質(zhì)細(xì)胞也會(huì)過度堆積而使角質(zhì)層越堆越厚[5]。角質(zhì)層過厚不僅抑制新生角質(zhì)細(xì)胞的生成，還會(huì)影響皮膚對(duì)水分及護(hù)膚品的滲透吸收，使皮膚變得干燥、暗沉、粗糙、堅(jiān)硬[6]，甚至?xí)觿∑つw痤瘡、毛周角化等皮膚問題的形成。因此，我們需要適度管理皮膚的角質(zhì)代謝過程，一方面幫助皮膚去除多余的角質(zhì)，使皮膚更加平滑、細(xì)膩、亮澤，一方面避免過度去角質(zhì)損傷皮膚屏障，故去角質(zhì)產(chǎn)品成為化妝品及皮膚健康產(chǎn)業(yè)的關(guān)注熱點(diǎn)。

在《化妝品分類規(guī)則和分類目錄》中，去角質(zhì)的釋義為“有助于促進(jìn)皮膚角質(zhì)的脫落或促進(jìn)角質(zhì)更新”，常見的去角質(zhì)方法從作用原理上主要分為三類：物理去角質(zhì)、化學(xué)去角質(zhì)和生物去角質(zhì)，能夠直接幫助老廢角質(zhì)脫落，或者促進(jìn)角質(zhì)更新的速度?？茖W(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了多種不同的實(shí)驗(yàn)方法來評(píng)價(jià)去角質(zhì)功效，本文對(duì)這些評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜述。

圖1 角質(zhì)細(xì)胞代謝過程[7]

1 人體實(shí)驗(yàn)法

評(píng)價(jià)去角質(zhì)功效的人體實(shí)驗(yàn)方法一般是通過對(duì)志愿者使用去角質(zhì)產(chǎn)品前后的皮膚狀態(tài)性能或者采集的皮膚鱗屑進(jìn)行對(duì)比分析。

1.1 皮膚圖像分析法：通過皮膚圖像可以直接觀察去角質(zhì)前后皮膚的狀態(tài)，分析去角質(zhì)產(chǎn)品對(duì)皮膚狀態(tài)的影響。如運(yùn)用皮膚顯微鏡可以定性觀察去角質(zhì)產(chǎn)品對(duì)皮膚表面狀態(tài)的影響，進(jìn)一步運(yùn)用皮膚表面分析系統(tǒng)（Visioscan? VC98）可對(duì)皮膚的粗糙、鱗屑程度進(jìn)行定量分析。光學(xué)相干層析成像技術(shù)通過測(cè)得使用樣品前后角質(zhì)層厚度的變化來判斷脫屑效率。光學(xué)相干層析成像是一種無損傷、非侵入、高分辨率的成像技術(shù)，它能夠利用光線的反射延遲和干涉成像原理對(duì)生物組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生理功能進(jìn)行在體成像。有研究運(yùn)用光學(xué)相干斷層成像（TD-OCT）方法檢測(cè)丙酮對(duì)皮膚去角質(zhì)化的過程，結(jié)果顯示TD-OCT成像方法可測(cè)量角質(zhì)層厚度，通過圖像分析方法（像素深度的相對(duì)變化率計(jì)算表皮層的厚度變化）判斷丙酮作用前后角質(zhì)層的變化[8]。

1.2 角質(zhì)層染色法：角質(zhì)層染色法可以比較直觀地反映角質(zhì)更新的速度，評(píng)價(jià)去角質(zhì)劑對(duì)皮膚角質(zhì)代謝速度的影響。該方法通常運(yùn)用熒光丹酰氯或二羥丙酮染料對(duì)角質(zhì)層進(jìn)行染色，定期間隔測(cè)量皮膚內(nèi)的熒光或染料光度值，進(jìn)而分析熒光或染料褪色動(dòng)力學(xué)來確定角質(zhì)層脫屑率[9]。例如將含5%丹酰氯的白色軟石蠟在閉塞狀態(tài)下敷于皮膚24 h，每天使用UVA紫外線燈對(duì)該區(qū)域進(jìn)行檢查，并記錄丹酰氯熒光消失的天數(shù)[9-11]。丹酰氯可以穿透角質(zhì)層的整個(gè)厚度，因此，它消失的時(shí)間可以看作是更新或周轉(zhuǎn)的時(shí)間[12]。羥基丙酮（DHA）染色實(shí)驗(yàn)，通常利用10% DHA涂抹在閉塞貼片內(nèi)貼于受試部位12 h染色，羥基丙酮與角質(zhì)蛋白反應(yīng)變?yōu)樽厣?，可用分光光度?jì)來測(cè)量不同受試區(qū)域皮膚顏色的色差變化。而角質(zhì)層隨時(shí)間脫落，即可用棕色褪去的速度表征角質(zhì)層脫落速率，通常以皮膚色素恢復(fù)50%所需的時(shí)間來計(jì)算角質(zhì)層更換50%的時(shí)間（TT 50%）[13-16]。

1.3 模擬污漬法：去角質(zhì)劑通常被應(yīng)用在身體磨砂膏、潔面膏等洗去型產(chǎn)品中，去角質(zhì)劑代謝皮膚老廢角質(zhì)的同時(shí)可將皮膚表面皮脂、污垢清除，通過模擬污漬法對(duì)比使用去角質(zhì)劑前后的清潔效果可間接評(píng)價(jià)其去角質(zhì)效果。例如Kitsongsermthon J等[17]用標(biāo)準(zhǔn)土壤（成分包括活性炭、礦物油、凡士林、油酸甘油酯、無水羊毛脂和純凈水）以及人造皮脂（由橄欖油、荷荷巴油、油酸、角鯊烯和維生素E醋酸鹽組成）涂抹在皮膚上分別模擬皮膚的污垢和皮脂，并使用Colorimeter?和Sebumeter? 測(cè)量含有聚乙烯珠、甘露聚糖珠或蠟珠的凝膠磨砂膏對(duì)污垢和皮脂去除效果。Mahler V等[18]將250 mg油膩的標(biāo)準(zhǔn)化無毒污垢涂抹于健康志愿者手臂內(nèi)側(cè)，模擬嚴(yán)重的職業(yè)污染，通過測(cè)試皮膚的顏色顯示污垢的殘留程度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用含去角質(zhì)磨砂顆粒的清潔制劑比普通洗滌劑具有更好的去污效果。

1.4 摩擦性能測(cè)試法：去角質(zhì)產(chǎn)品能夠幫助皮膚去除多余角質(zhì)而使皮膚更加光滑細(xì)膩，皮膚的摩擦性能發(fā)生變化。有研究運(yùn)用多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)作用于皮膚的摩擦方式和力度進(jìn)行模擬和定量，能夠更精細(xì)地評(píng)估不同微粒、粒徑大小、數(shù)量、硬度等不同變量對(duì)去角質(zhì)效果的影響。進(jìn)一步評(píng)價(jià)去角質(zhì)前后皮膚的摩擦系數(shù)、電導(dǎo)、黏著力、光滑程度等參數(shù)可以評(píng)價(jià)產(chǎn)品的去角質(zhì)效果[19]。

1.5 角質(zhì)剝脫測(cè)試法：角質(zhì)剝脫測(cè)試法是將皮膚樣本或鱗屑剝脫下來進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)去角質(zhì)效果進(jìn)行評(píng)估的方法。對(duì)于自動(dòng)脫落的皮膚鱗屑如頭皮屑可以采用半被動(dòng)收集法進(jìn)行收集。即取一個(gè)特定的涂膠盤在頭皮的目標(biāo)區(qū)域以中等壓力按壓幾秒鐘后移開，涂膠盤上就會(huì)有粘取下來的頭皮屑，再將頭皮屑轉(zhuǎn)移并進(jìn)行分析[20]?？梢酝ㄟ^視覺分級(jí)參考卡比較，獲得的結(jié)果僅為按序排列的量表數(shù)據(jù)。也可以使用合適的電荷耦合元件相機(jī)記錄圖像來量化分析皮屑的鏡面反射（SLR）以及紫外線照射下單反相機(jī)在黑色背景下以高對(duì)比度清晰突出的片狀外觀，以此來評(píng)估頭皮屑的脫落情況[21]。

當(dāng)皮膚鱗屑難以通過直接采樣來獲取時(shí)，可以利用其特性轉(zhuǎn)換為便于采集的物質(zhì)。例如Christensen M S等[22]發(fā)現(xiàn)角質(zhì)細(xì)胞可g9kEq6oj08MhVoXZANw/T8vFCjsqXMVSHdax8vcVu1k=以被困在一種惰性凝膠中，將凝膠應(yīng)用于皮膚上，當(dāng)凝膠變硬形成一層獨(dú)立的膜時(shí)，這層膜和附著的細(xì)胞很容易從皮膚上脫落。然后從膜中回收捕獲的細(xì)胞，并確定其總堿溶性蛋白質(zhì)的含量以此來推算脫屑量。此外，通過摩擦、刮除角質(zhì)層或使用涂膠劑破壞角質(zhì)細(xì)胞間的聚合力，可以剝離得到角質(zhì)細(xì)胞。例如皮膚鱗屑指數(shù)法就是使用粘性材料如D-Square膠帶粘貼皮膚得到鱗屑，將粘在膠帶上的鱗屑用VC98拍攝，再利用計(jì)算機(jī)定量分析膠帶所捕捉的鱗屑的圖像視頻，并用SURFP（粘貼盤的黏附面積）、SMOD（平均光反射）、HI（異質(zhì)性指數(shù)，即鱗屑平均密度）三個(gè)參數(shù)來推算鱗屑指數(shù)，最后根據(jù)使用去角質(zhì)產(chǎn)品前后鱗屑指數(shù)的變化，來說明產(chǎn)品的角質(zhì)層剝落能力[23]。但是膠帶剝離法會(huì)因膠帶不同而對(duì)角質(zhì)層的黏附力也不同[24]，最終造成結(jié)果上的差異，因此使用普通膠帶進(jìn)行定量評(píng)估是不可靠的。另外，實(shí)驗(yàn)室常使用的剝離法還包括另外兩種取樣方法，即涂有壓敏膠涂層的圓盤剝離法（SACD）[25]和氰基丙烯酸酯皮膚表面剝離法（CSSS）[26]，可提供所需特定的硬度和附著力。鱗屑的評(píng)估方法可以采用光密度法和光譜法[27]，也可通過涂膠盤取樣前后重量差實(shí)現(xiàn)，但需要更專業(yè)的操作來避免細(xì)胞脫水的影響。

2 非人體實(shí)驗(yàn)

運(yùn)用動(dòng)物以及皮膚切片、3D皮膚模型、細(xì)胞、生物分子等作為研究對(duì)象，可以進(jìn)一步更方便和深入地分析活性物或去角質(zhì)產(chǎn)品對(duì)皮膚角質(zhì)代謝的作用及影響機(jī)理。

2.1 皮膚切片法：一般通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)可得到受試部位的皮膚切片，觀察對(duì)比受試物對(duì)角質(zhì)層結(jié)構(gòu)及相關(guān)成分的變化，可判斷其對(duì)角質(zhì)代謝的影響。Kim M Y等[28]在雌性無毛老鼠背側(cè)皮膚區(qū)域連續(xù)5 d涂抹2%的全反式維甲酸乙醇溶液，取皮膚活組織進(jìn)行固定、包埋和切片觀察。結(jié)果顯示與乙醇處理表皮相比，2%全反式維甲酸加速角質(zhì)層細(xì)胞脫離和角質(zhì)層小體降解，角質(zhì)層受到明顯破壞。Haratake A等[29]選取不同年齡無毛小鼠，在背側(cè)局部連續(xù)4周應(yīng)用甲戊酸，取小鼠全層皮膚樣本分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在老年小鼠中，隨著SC脫屑的減少，小鼠表皮中硫酸膽固醇與膽固醇的比例增加。局部應(yīng)用甲戊酸可通過刺激膽固醇生物合成降低SC中硫酸膽固醇與膽固醇含量的比值，從而導(dǎo)致老齡小鼠脫屑增多。Ahn B等[16]用離體豬皮膚剝離法對(duì)角質(zhì)代謝中各種分子進(jìn)行了評(píng)價(jià)，記錄從豬皮圓盤中釋放出來的角質(zhì)細(xì)胞數(shù)量來評(píng)估去角質(zhì)效果。

2.2 皮膚模型替代法：利用組織工程技術(shù)構(gòu)建人體皮膚等效物（Human skin equivalent， HSEs）即人體皮膚的三維活模型，可用于研究人類表皮的形態(tài)、分層、連接和生長(zhǎng)，以及生長(zhǎng)發(fā)育過程中與真皮的相互作用[30]。通過對(duì)比分析以不同方式處理后得到的HSEs切片的成分變化以及厚度差異，來對(duì)該處理方式的去角質(zhì)水平進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估。Ponec M等[4]研究機(jī)械治療對(duì)脫屑的影響，將人體皮膚模型提升至氣液（A/L）界面并培養(yǎng)2周，之后用無菌玻璃（顯微玻璃）或橡膠棍輕輕刮除表層，每周2次，重復(fù)3周，得到的樣品通過顯微鏡觀察，切片染色后光鏡檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)械處理3周后的角質(zhì)層厚度與3周前相似，得出輕度重復(fù)機(jī)械治療可以誘導(dǎo)細(xì)胞脫落的結(jié)論。

2.3 細(xì)胞生物法：利用體外培育的人角質(zhì)形成細(xì)胞模型比較加入被試物質(zhì)前后各培養(yǎng)細(xì)胞的生長(zhǎng)狀況，可以測(cè)定與脫屑有關(guān)的蛋白質(zhì)表達(dá)狀況，進(jìn)而研究去角質(zhì)產(chǎn)品對(duì)角質(zhì)細(xì)胞的影響[31]。Cheong K A等[32]在存在或不存在絲氨酸特異性抑制劑Kazal 5型（SPINK5）/淋巴上皮Kazal型相關(guān)抑制劑（LEKTI）敲除或重組人SPINK5/LEKTI的情況下，使用氫醌（HQ）或維甲酸（RA）處理原代培養(yǎng)的正常人角質(zhì)形成細(xì)胞，通過實(shí)時(shí)PCR、免疫印跡分析、ELISA和免疫熒光染色測(cè)定，發(fā)現(xiàn)HQ增加CDSN和DSC1的合成，上調(diào)了SPINK5/LEKTI減少角橋粒降解，而RA則顯示相反的結(jié)果，進(jìn)而推測(cè)HQ抑制脫屑，RA促進(jìn)脫屑。Kim M Y等[28]使用10-6 M和10-7 M全反式維甲酸（RA）處理在低鈣和高鈣培養(yǎng)基培養(yǎng)的正常人角質(zhì)形成細(xì)胞，反應(yīng)24 h后收集細(xì)胞進(jìn)行分析，通過免疫印跡分析和逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)RA顯著降低了DSG1、DSC1 mRNA和蛋白水平的表達(dá)，RA治療后CDSN、KLK5和KLK7的mRNA水平無明顯變化。再結(jié)合動(dòng)物實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果證實(shí)，RA對(duì)DSG1和DSC1的下調(diào)可能與維甲酸誘導(dǎo)的角橋粒降解增加和隨后的脫皮有關(guān)。

2.4 生物化學(xué)法：通過測(cè)定去角質(zhì)劑對(duì)皮膚角質(zhì)代謝生理過程中關(guān)鍵酶的活性影響可以快速篩選和評(píng)估活性物的功效。Schepky A G等[33]為了研究常見表面活性劑對(duì)生理重要酶的影響，選擇了四種推測(cè)參與角質(zhì)層屏障功能和皮膚脫屑的酶作為體外快速篩選工具，分別是SCTE、SCCE、酸性磷酸酶和b-葡糖腦苷酶。首先，測(cè)定了這些酶在豬表皮中的比活性，之后將豬表皮提取物分別在不同濃度的SDS和SLES溶液孵育，測(cè)定表面活性劑對(duì)SCTE、SCCE、酸性磷酸酶和b-葡萄糖腦苷酶的特異酶活性的抑制作用，并計(jì)算特異性IC50（即導(dǎo)致酶催化活性降低50%的抑制劑濃度）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有在豬皮膚提取物中測(cè)試的SC酶都顯示了對(duì)SLES和SDS的極端敏感性，而這些重要的酶的失活可導(dǎo)致皮膚脫屑減少。

3 小結(jié)

對(duì)于角質(zhì)層堆積引起的皮膚暗沉、粗糙、干燥等問題，去角質(zhì)產(chǎn)品通常能夠帶來立竿見影的改善，但是頻繁和過度去角質(zhì)也會(huì)對(duì)皮膚屏障帶來?yè)p傷。因此，消費(fèi)者需要建立皮膚角質(zhì)管理的理念，即對(duì)皮膚角質(zhì)水平進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。去角質(zhì)產(chǎn)品既要能夠有效促進(jìn)皮膚角質(zhì)的脫落或促進(jìn)角質(zhì)更新，又要不損傷皮膚屏障。產(chǎn)品中除了運(yùn)用物理磨砂或化學(xué)如酸類成分直接剝脫角質(zhì)，一些生物活性物通過調(diào)節(jié)角質(zhì)代謝相關(guān)通路，對(duì)皮膚角質(zhì)的代謝更新具有顯著影響，可以改善角質(zhì)代謝異常引起的皮膚問題。本文從不同層面、不同角度綜述了去角質(zhì)功效的評(píng)價(jià)方法，希望能夠幫助大家更系統(tǒng)地評(píng)價(jià)角質(zhì)管理產(chǎn)品的功效以及研究去角質(zhì)活性物的作用和機(jī)理。

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[收稿日期]2023-01-19

本文引用格式：職蕾蕾，焦倩，梅華倩，等.皮膚去角質(zhì)功效研究方法及應(yīng)用[J].中國(guó)美容醫(yī)學(xué)，2024，33（9）：182-185.