美容遗传学的研究与应用

美容化妆品学是一门有着悠久历史的学科，为人们的皮肤健康保护和修饰提供了重要的理论依据。随着世界范围内分子生物技术的兴起，特别是以基因组学为代表的系统性分子生物学的蓬勃发展，为探索人类生理活动的分子机制提供了新的思路。分子生物学同美容化妆品学的结合，产生了分子美容化妆品学，而基因或基因组表达通路的研究同化妆品学的结合，美容遗传学应运而生。美容遗传学涵盖了一个广泛的领域，主要研究化妆品功效成分同美容相关生理指标基因（保湿、美白、抗衰、瘦身、色斑问题等）表达的相互影响，预测其对化妆品功效成分的反应。因此，美容遗传学可以帮助确认有益于美容保养的化妆品功效成分以及与之相关的基因表达，使人们的皮肤以及生理健康通过调整化妆品功效成分从而达到最佳状态。

美是人类永恒的主题，爱美也是人类的天性。人们对自身美化的修饰，自古以来就有不断的追求。因此，化妆品作为起到清洁保养，美容修饰和改变外观为目的产品有着悠久的发展历史，在公元前5世纪到公元7世纪期间，各国有不少关于制作和使用化妆品的传说和记载，如古埃及人用黏土卷曲头发，古希腊美人亚斯巴齐用鱼胶掩盖皱纹。中国古代也喜好用胭脂抹腮，用头油滋润头发。据《唐书》记载：腊日献口脂、面脂、头膏及衣香囊，赐北门学士。但真正意义上的化妆品诞生却是在20世纪。“二战”后，世界范围内经济慢慢复苏，随着石油化学工业的迅速发展，为了迎合人们对美的追求和渴望，以矿物油为主要成分，加入香料、色素等其他化学添加物的合成化妆品诞生。由于合成化妆品能大批量生产，价格较低廉，且能保证稳定供应，在社会上迅速普及。进入20世纪70年代，由于合成化妆品在生产与消费过程中，造成环境污染和人体毒性问题，已引起了人们极大的关注，全世界掀起了一股“回归大自然”的思潮。随着化妆品科学研究的深入和化妆品危害性的爆发，人们对化妆品安全健康的需求达到了前所未有的高度。肩负着开创安全健康化妆品的历史责任，无添加化妆品正式诞生。分子生物学划时代的到来，为美容化妆品学向微观世界发展、探索生命奥秘提供了理论基础。特别是人类基因组计划的实施和完成，为人类阐明基因及所有基因组的结构与功能，揭开生命奥秘奠定了基础。 美容化妆品科学也由化妆品成分对单个基因表达及其作用的分析，开始朝着基因组及其表达产物在分代谢组中的作用方向发展。因此，美容遗传学（beautygenetics）应运而生，并在化妆品原料的研发、化妆品的安全性和功效性评价等化妆品工业领域中的多个环节得到了广泛推广和 应用。

美容遗传学的发展及应用

Watson和Crick于1953年发现了DNA双螺旋结构，DNA结构解释了遗传物质是如何复制和传递信息的，这次发现也引发了震动了生物学界和医学界的革命，标志着分子生物学时代的开始。美国科学家Thomas Roderick于1968年提出了包括以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学的概念。随着基因组学研究的发展以及人类基因组计划的实施和完成，已有不少科学家开始从理论和实践两方面更深入地认识分子基因与化妆品原料成分之间的相互影响，美容化妆品学因此迈入了一个崭新的基因时代。一门用以研究化妆品原料成分与人类自身基因以及基因组之间交互作用为目标的新兴学科—美容遗传学（beautygenetics）应运而生。美容遗传学所涉及的学科有化妆品学、分子生物学、基因组学、生物化学、生物信息学等，从这个层面上看，美容遗传学是基于多学科的交叉学科。

美容遗传学研究化妆品功效成分对于美容遗传信息之间的相互作用，通过调整化妆品功效成分和含量影响机体相关生理基因的表达，从而达到改进化妆品功效成分的需量，改善功效成分和相应基因之间的相互作用，确保肌肤对功效成分物质的合理利用以及皮肤相关的代谢健康。其应用范围包括化妆品功效成分作用的分子机制、功效成分的机体需量、个体化妆品的制定等（图1）。

美容遗传学技术可以帮助确认与美容健康有关的基因，从而使人们的皮肤通过调整化妆品功效成分达到最佳状态。它可以了解化妆品活性成分对人体代谢途径及体内平衡的影响；研究化妆品活性成分如何直接或间接地影响体内基因组结构的变化，探讨化妆品活性成分对人体基因组产生的影响。根据不同人对化妆品的需求、状态及其自身基因多态性的差异来设计个性化化妆品，藉此达到最佳的美容效果。

化妆品活性成分通过转录系统间接性的改变皮肤基因表达，以及特定基因组的活性。其作用方式可以是通过控制特定基因构型继而导致mRNA水平和蛋白质水平甚至其功能的改变，最终起到调节代谢产物和代谢平衡的作用。故而美容遗传学的一项重要应用是建立化妆品功效成分需量的评估指标，基因遗传技术将有助于发现大批分子水平上可特异地反映功效成分水平的指标，使成分需量的建立基于更科学的分子机制之上。美容遗传学的另一项重要应用是遗传标记物（biomarker）的建立，由于化妆品成分不同于药物，化妆品中生物活性物质对皮肤和机体的影响相比药物更为微弱，采用传统的生化指标可能很难反映出这种微弱的改变。遗传标记物通常采用检测个体多态性差异相关的特异核苷酸片断，从而为合理定制适宜不同个体的化妆品有效成分提供了重要的检测依据。

美容遗传学的主要研究内容

美容遗传学作为美容化妆品学与现代分子生物技术的有机结合，其在化妆品原料研发的安全性和功效性评价等重要工业领域中的多个环节得到了广泛推广和应用。同一般美容化妆品学的研究范畴类似，其研究焦点主要集中在皮肤保湿、美白、抗衰、瘦身、去斑等传统问题的解决上。

1.美容遗传学对皮肤保湿的研究

保湿，作为一个一般性的美容概念是指通过维持身体水分平衡来维持肌肤，尤其是面部肌肤表皮层的含水量。保湿之所以成为一个非常重要的美容概念，是因为肌肤的水分非常容易流失，而肌肤缺乏足够的含水量将直接导致肌肤代谢不正常而导致一系列肌肤问题。对于保湿来讲，皮肤角质层中的水分对维持皮肤健康状态以及滋润起到了至关重要的作用。利用美容遗传学技术可以帮助了解皮肤以及角质层组织水分结合相关机制以及基因表达图谱的变化，并与组织生物化学的变化建立起联系，为保湿化妆品的开发和功能评价提供了重要依据。

Marini等人通过观察对类黄酮素成分碧容健（pycnogenol）处理后的人类表皮组织透明质酸合成酶（HAS-1）基因表达量的研究，首次揭示了碧容健对提高HAS-1基因表达的显著作用，继而有效促进了皮肤胶原蛋白和弹性蛋白的合成，增强了皮肤的锁水性。Boury-Jamot等人通过对小鼠角质层水孔蛋白基因（APQ-3）突变体的研究发现APQ-3基因对于小鼠皮肤角质层含水量的控制以及保湿起到重要的调节作用。除此以外，Xu等人通过对兔子内创模型以及皮肤组织培养实验的研究阐明了皮肤失水导致炎症系列因子的表达，特别是环氧合酶的高度表达（COX-2），为皮肤愈伤过程同水分保持之间的联系建立了重要的研究依据。

2.美容遗传学对美白的研究

黑色素是存在于每个人皮肤基底层的一种蛋白质。皮肤黑色素细胞组织将黑色素转移到表皮基底层细胞中，随着细胞的新陈代谢而被带到角质层中，最后随着角化细胞脱落。当皮肤黑色素过速增长和分布不均时，就会造成局部皮肤过黑以及色素沉着，出现皮肤黑色素。因此，美白就是通过作用于皮肤黑色素生成代谢的过程中，抑制黑色素生成。造成皮肤黑色素生成的因素有多种，对于皮肤黑色素生成的分子机制研究表明皮肤细胞中的酪氨酸在酪氨酸酶的作用下，受环境中各种因素的影响，逐渐氧化，再经过一系列的代谢反应最后转化为皮肤黑色素。因此，美容遗传学技术主要通过抑制酪氨酸酶活性或者阻断酪氨酸生成黑色素的相关分子途径，从而减少黑色素的生成达到美白皮肤的效果。

Zuzana等人通过研究黑色素生成的分子机制进一步明确了酪氨酸酶基因家族，特别是I型同I型酪氨酸酶（TYRP-1，TYRP-2）基因的表达对于皮肤黑色素生成的重要作用。异氰酸盐作为一种天然抗氧化化合物广泛存在于蔬菜和水果之中，特别是西兰花之中的异氰酸盐含量尤其丰富。Shirasugi等人通过研究异氰酸盐对于抑制皮肤黑色素细胞的生成过程发现异氰酸盐通过激活皮肤磷酸胞外调节激酶P38从而抑制酪氨酸酶基因的表达，起到有效控制黑色素生成的作用。Ievy等人通过研究MITF转录因子对皮肤黑色素细胞生成的研究发现MITF转录因子对于黑色素细胞的生成、生长周期以及黑色素沉着导致的黑素瘤的生成具有重要的调控作用，从而为分子美白和防止黑素瘤的发生提供了依据。此外，Chandana等人通过研究不同人种的皮肤色素的分化发现SLC24A5基因外显子区域的无意替换会导致色素含量的变化，并主要分析了SLC24A5基因进化过程中的单核苷酸多态性（SNP）对于欧洲人种肤色形成的分子正向选择以及对于南亚人种肤色形成的决定作用。

3.美容遗传学对衰老的研究

衰老是机体组织、器官功能随年龄增长而发生的退行性变化，是机体各种生化反应的综合表现，是机体内外各种因素共同作用的结果。除了环境污染，物理、化学刺激等外界因素以外，内源性机制导致的衰老问题一直是科学研究的热点。其中最具代表性的有自由基学说和分子遗传学说。自由基学说认为体内时刻产生着自由基，但同时又存在有效的自由基清除平衡系统。随着年龄的增长，这种平衡逐渐被破坏，造成自由基的过剩。过量自由基可通过过氧化作用导致DNA基因突变及生物酶活力下降最终导致细胞功能严重受损以至衰老、死亡。现代分子遗传学研究证明人类常染色体与X染色体上各自存在着与衰老相关的基因，故而认为衰老是由基因引起的。但衰老是一个非常复杂的过程并与多种因素有关。美容遗传学通过研究皮肤细胞生成、组织分化以及抗氧化机制相应基因的表达，发挥其重要调整功能，由此推动抗衰老活性物质的研究和开发。

来自加州伯克利大学国家劳伦斯实验室的一项研究报告指出皮肤的健康维护是多种基因共同作用的结果，其中编码P63基因的蛋白质同染色质重塑蛋白Satb1发生相互作用对上皮层发生的相关基因起到重要调控作用，并且Satb1基因对于诱导皮肤组织的再生起到决定作用。哈佛大学的一项研究报告指出由Lin28a基因编码的蛋白质通过帮助皮肤组织细胞排列从而促进组织生成。斯坦福大学的一项新研究表明NF-kB转录因子对于同衰老相关的基因表达具有重要调控作用，通过小鼠实验抑制NF-kB的活性，发现小鼠上皮组织呈现出明显的年轻态。此外，来自伦敦国王学院的Glass等人通过对不同年龄组、基因型女性的调查研究表明引起衰老的绝大多数基因具有组织特异性。

时下，抗氧化已经成为一种主流的抗衰途径。来自法国Dior研发中心的研究人员通过DNA芯片技术对豆蔻种子提取物处理后的皮肤组织基因组表达量的差异分析发现大量皮肤健康基因由于种子的抗氧化性被激活，从而有效促进角质细胞和成纤维细胞的生成。同样，Qin等人利用甲壳素绿茶多酚复合物处理小鼠表皮外创模型的研究发现，甲壳素绿茶多酚复合物的抗氧化性诱导了表皮编码转谷氨酰胺酶基因家族的表达，尤其是I型、I型同II型谷氨酰胺酶（TGM1、TGM2和TGM3）的显著表达，从而促进了皮肤抗炎和生长因子的合成。Hailemariam等人研究发现ATF1转录因子激酶通过抑制铁蛋白的合成，介导皮肤抗氧化元件（ARE）的应答，对皮肤氧化作用起到调节作用。Vermeij等人通过研究编码SPRR基因的蛋白家族发现，SPRR蛋白通过聚合作用在皮肤表皮细胞形成一道屏障，对活跃氧族（ROS）引起的DNA损伤具有调节修复作用。

4.美容遗传学对瘦身的研究

瘦身的概念是建立在减肥的基础上。广义上来说，减肥，从字面意义上来解释，就是减少人们认为多余的脂肪。现代大多数人减肥已经不是为了减少体重，而是为了雕塑完美的体型。从美容的意义来讲，瘦身既包括减少机体脂肪来显瘦，还包括在不减重的情况下雕塑完美的体型。脂肪由甘油和脂肪酸合成，而体内脂肪酸有两个来源：一是机体自身脂肪代谢合成；二是食物供给特别是某些不饱和脂肪酸，机体不能合成。近年来，分子生物学的研究对于机体脂肪酸合成代谢调控的研究屡有突破，为美容瘦身及肥胖症的分子治疗方案提供了重要的依据。

对于脂肪合成调控路径的深入了解有助于瘦身产品的开发和肥胖症疗法的开展。Jennifer等人利用反向突变、基因组以及磷脂分析等技术，通过线虫模型成功揭示了脂肪酸合成的复杂信号通路，其中SREBP转录因子对于调节脂肪酸的合成以及维持磷脂的稳定性起到至关重要的作用。Jeffrey等人通过观察小鼠大脑中G蛋白信号受体基因RGS9-2突变体的研究首次发现，RGS9-2基因突变小鼠的平均体重指数（BMI）显著高于一般小鼠，且腹部更易积聚脂肪。在同等喂养条件下，突变体小鼠的体脂细胞含量约为一般小鼠的两倍多，这项研究试验同时揭示了RGS9-2基因对于脂肪酸合成的重要调节作用。Martin等人通过对小鼠大脑多巴胺信号通路中Fto基因的研究发现，Fto基因促进下丘脑对于进食的欲望，并抑制体脂的代谢效率，继而诱发肥胖。除此以外，来自美国农业部人类营养学研究中心的一项最新研究指出，FAT10基因同脂肪组织的生成具有直接联系。研究人员同时发现，FAT10基因缺失的小鼠即使进食量更大，但脂肪分解速率非常迅速，并且其骨骼肌肉中产生的免疫分子有助于降低胰岛的含量从而有效防止了I型糖尿病的发生。

5.美容遗传学对色斑的研究

色斑是由于皮肤黑色素的增加而形成的一种常见于面部呈褐色或黑色素沉着性、损容性的皮肤疾病。色斑主要包括雀斑和黄褐斑等，属色素障碍性皮肤病。雀斑常见于青少年，见于皮肤上的黄褐色点状色素沉着，常发于面部，特别是鼻部和两颊，可累及颈、肩、手背等暴露部位，非暴露部位无皮疹。损害为浅褐或暗褐色针头大小到绿豆大斑疹，圆形、卵圆形或不规则形形状。黄褐斑是指和周围颜色不同的斑点，好发于颜面部呈现淡褐、深褐以及灰褐色，是一种后天性局限性色素增多疾病，在女性人群中最为常见。因此，美容遗传学方法主要通过作用于皮肤黑色素生成以及代谢调控过程中，抑制代谢途径相关基因的表达，从而达到调节皮肤色素生成，减少色斑发生的作用。

来自雷登大学的Bastiaens等人通过研究发现虽然雀斑和日光性黑子分属不同类型的皮肤色素病变，但都会导致良性或恶性黑素瘤的产生。而黑色素受体蛋白MC1R基因的变化是导致雀斑和黑素瘤癌变的重要因素。研究小组对大量人群MC1R基因多态性的研究进一步揭示了雀斑的形成主要来自于MC1R基因的突变。Miot等人通过对黄褐斑致病机理的深入研究发现患者皮肤编码酪氨酸酶家族的主要基因的突变（Typr1和Dct等）导致黄褐斑的形成。Kim等人利用基因芯片技术对黄褐斑形成的关键基因进行了综合分析，发现患者H19基因的显著下调表达伴随黑素瘤发生的危险。因此，H19基因成为调节黄褐斑生成的新机制，针对调整H19基因表达的技术可能成为黄褐斑治疗的重要手段。

展望

目前，美容遗传学的研究正在不断的发展，皮肤科学家和国际化妆品企业越来越不倾向于从传统原料和技术方面找答案，而是倾向于研究以皮肤基因为基础的分子生物学同活性原料的相互影响以促进皮肤健康。美容遗传学致力于建立基于个体基因组结构特征上的化妆品活性成分开发和保健手段，使得研究的成果能够更有效的应用于皮肤疾病的预防，不仅为化妆品工业和皮肤科学家们进行产品开发和疾病的诊断提供了有效依据，并将为美容遗传学开拓更加广阔的应用前景。

生命的基础在于遗传，基因和分子科学对美容遗传研究的促进作用才刚刚开始，它不仅有助于人们更好地理解个体由于基因差异而对各种化妆品活性成分以及使用方式所产生的不同反应，而且相关的研究数据也会为特定人群研制有效的开发方案打下扎实的基础。美容遗传学的未来发展有望像药物基因组学打造“个性化药物”那样，为人们量身定做出能满足个体需求的“个性化妆品”。在揭示人类遗传密码顺序的人类基因组图谱绘制成功之后，活性物质与皮肤的依存关系及影响因素的特征和规律已被渐渐阐明，美容遗传学必将成为新世纪人类健康的福祉。

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