Являясь наиболее подверженным воздействию внешней среды органом, кожа человека представляет собой чрезвычайно разнообразное и индивидуальное сообщество микроорганизмов, которое может значительно различаться на разных участках тела и в течение всей жизни человека.
Было показано, что микробный состав кожи в большей степени определяет хронологический возраст взрослых людей, чем микробный состав полости рта или кишечника. Это неудивительно, учитывая многочисленные физиологические изменения, которые претерпевает кожа с возрастом. Развитие микробной колонизации кожи после рождения, а также созревание иммунной системы кожи в конечном итоге способствуют установлению гомеостаза кожи в детстве. В период полового созревания, в возрасте от 10 лет, повышенное выделение кожного сала на лице способствует колонизации липофильных бактерий, в частности Cutibacterium acnes, которые, как известно, в определенной степени участвуют в развитии акне. Исследования выявили преобладание этого вида у подростков и молодых взрослых в возрасте от 15 до 25 лет.
В зрелом возрасте микробиота кожи может быть относительно стабильной, если условия окружающей среды также стабильны. Однако по мере того, как люди достигают пожилого возраста (55-60 лет), исследования показывают, что микробные сообщества их кожи лица меняются с увеличением разнообразия, а уменьшение количества C. acnes, как сообщается, связано с изменением ряда параметров поверхности, таких как снижение секреции кожного сала и увеличение сухости кожи. Эти закономерности, по-видимому, усиливаются у долгожителей.
В то время как количество исследований, связывающих изменения микробиома кожи с хронологическим возрастом, продолжает расти, связь микробиома с показателями старения и качества кожи остается недостаточно изученной. Эту область важно рассмотреть, поскольку микробиом представляет собой большую часть генов, присутствующих в организме человека (по оценкам, в 100 раз больше, чем число человеческих генов, предлагая как большее генетическое разнообразие, так и большую гибкость для манипуляций, чем геном человека. Подобно тому, как микробиом кишечника становится важным фактором здорового старения и даже продолжительности жизни также предстоит более детально изучить микробные сигнатуры кожи, чтобы связать их с качеством молодой и здоровой кожи.
Старение кожи - это естественный и присущий только ей процесс, который включает в себя сдвиги в эндогенных процессах (например, клеточный метаболизм, иммунная активность, гормоны) в сочетании с внешними факторами окружающей среды, такими как воздействие ультрафиолета и загрязнение. Старение кожи характеризуется изменением иммунной функции и уменьшением выделения пота и кожного сала, что приводит к значительным изменениям в физиологии поверхности кожи, включая повышение pH и изменение липидного состава. Эти физиологические изменения, в свою очередь, могут влиять на микробиом кожи. Например, функциональные исследования микробиома кожи выявили различные по насыщенности пути бактериального метаболизма в разных возрастных группах с преобладанием путей метаболизма аминокислот в молодых группах и путей деградации аминокислот в пожилых группах.
Внешние факторы, такие как стресс, табакокурение, диета, загрязнение воздуха и ультрафиолетовое облучение, обусловливают 80% признаков старения кожи с течением времени. Интересно, что эти факторы также связаны с микробным составом кожи и функциональными изменениями, которые, в свою очередь, могут быть одним из механизмов, влияющих на состояние кожи. Например, в условиях загрязнения воздуха изменение метаболической функции микробиома было связано с признаками преждевременного старения и сухости кожи.
Интересно, что, хотя в настоящее время существуют доказательства того, что микробиом кожи меняется с хронологическим возрастом, хронологический возраст может не иметь прямого отношения к "видимому возрасту", который определяется параметрами признаков старения кожи и качеством поверхности (например, текстурой, гидратацией, pH, кожным салом и т. д.). Например, пожилые люди могут иметь молодую кожу (молодой видимый или воспринимаемый возраст), а молодые люди могут иметь более выраженные признаки старения кожи, чем в среднем по населению, и таким образом демонстрировать более старший видимый возраст. Поэтому кожные микробные маркеры хронологического возраста могут систематически не совпадать с маркерами видимого возраста.
Лучшее понимание взаимосвязи между микробиомом кожи и качеством кожи и ее старением - это ключевой путь к разработке новых решений на основе микробиома для вмешательства в процесс старения кожи с целью улучшения ее качества и внешнего вида по мере старения населения. В данном исследовании мы представляем схему выявления микробиомных признаков, связанных с признаками старения кожи, на основе анализа 13 микробиомных и клинических наборов данных, включающих более 1000 испытуемых.
В соответствии со многими существующими литературными данными, наши результаты показали, что микробное разнообразие на коже щек было выше у пожилых людей, чем у молодых, и что Cutibacterium имели тенденцию к снижению у пожилых людей. Кроме того, мы отметили, что микробное разнообразие имеет тенденцию к снижению с уменьшением барьерной функции кожи, измеряемой увеличением TEWL (transepidermal water loss - трансэпидермальная потеря влаги). Этот результат согласуется с предыдущим отчетом, в котором была показана аналогичная корреляция.
Используя модели, которые могут учитывать множество известных переменных, мы смогли определить таксоны, которые, по-видимому, больше связаны с признаками старения (grade of Crow’s feet wrinkles (GCFW) - оценка морщин "вороньи лапки") и параметрами качества кожи (TEWL, корнеометрия - оценка увлажненности кожи), чем с хронологическим возрастом. В настоящем анализе мы сосредоточились на образцах кожи щек, которая является ключевым участком тела для определения возраста.
Недавние исследования проливают дополнительный свет на ассоциации микробиома кожи, в частности определенных кладов S. epidermidis или C. acnes, с биофизическими характеристиками старения кожи, такими как качество и количество коллагена. Наше исследование пополняет этот зарождающийся, но растущий массив знаний, направленных на лучшее понимание влияния микробиома на старение кожи, путем выявления изменений, связанных с признаками старения кожи, а не только с хронологическим старением. Это открывает путь для новых исследований, направленных на дальнейшую характеристику и валидацию новых биомаркеров микробиома, определяющих признаки старения кожи.
Мы обнаружили, что таксоны, которые коррелируют с высоким уровнем GCFW, включают в себя в основном экологические бактерии, такие как Kaistella и другие таксоны из филума Actinomycetes (Brevibacterium и Microbacterium). Хотя некоторые из этих таксонов могут встречаться на здоровой коже, их высокая численность на коже ранее была связана с изменениями кожи, вызванными загрязнением воздуха и воспалением кожи. Например, микробактерии ранее были обнаружены на коже населения, подвергающегося воздействию высоких уровней загрязняющих веществ полициклических ароматических углеводородов и в дерме пациентов с инфекцией ногтей на ногах.
Сообщалось, что Brevibacterium преобладают в образцах кожи при псориатических поражениях, старческом зуде и на коже пожилых людей, прикованных к постели, у которых часто наблюдается сухая кожа с возможными локализованными инфицированными ранами. В целом, некоторые из бактерий, ассоциированных с высоким уровнем GCFW в нашем исследовании, ранее были идентифицированы в контексте дисбиоза микробиома кожи, связанного с несколькими кожными воспалительными заболеваниями.
Наши результаты также выявили ключевые комменсальные грамположительные бактерии, ассоциированные с низким уровнем GCFW, включая таксоны из двух основных филогенетических групп кожи - Firmicutes и Actinobacteria. В качестве примера можно привести стафилококки (таксон, классифицированный как Staphylococcus equorum), а также Kocuria, Peptostreptococcus и Lysobacter, которые, как было показано, являются таксонами, связанными как с кожей, так и с окружающей средой.
Ранее сообщалось, что эти таксоны связаны с противовоспалительным действием и улучшением здоровья и внешнего вида кожи. В одном из исследований, посвященных изучению состава микробиома гиперпигментированной кожи, сообщалось о возможном защитном эффекте Kocuria, которая преобладала в коже с меньшей гиперпигментацией и была определена как наиболее дискриминантная бактерия темных пятен.
Примечательно, что один таксон, классифицированный как Lactobacillus, был связан с более высокими показателями корнеометрии в нашем анализе. Сообщалось, что такие молочнокислые бактерии обладают противовоспалительными свойствами и способны улучшать здоровье и внешний вид кожи при использовании в качестве пробиотиков. Например, было показано, что местное применение штаммов Lactobacillus уменьшает воспалительные поражения, связанные с акне, предположительно за счет модуляции иммунного ответа. Эти таксоны, ассоциированные с более низким уровнем GCFW и более высокими показателями корнеометрии в нашем исследовании, могут представлять собой потенциальных кандидатов на биомаркеры более молодого вида кожи.
Хотя мы были удивлены тем, что Cutibacterium, самый многочисленный таксон кожи в нашем массиве данных, не попал в число таксонов, дифференциально связанных с параметрами, изученными в нашем исследовании, это может быть связано с тем, что этот таксон связан с другими параметрами старения кожи, не включенными в наше исследование, такими как темные пятна, уровень кожного сала, коллаген или другие типы морщин на лице.
В целом, в работе впервые представлены конкретные микробные характеристики, связанные с GCFW, барьерной функцией кожи, измеряемой по TEWL, и гидратацией кожи, измеряемой корнеометрией, при учете хронологического возраста. В нашем исследовании разные представители одного рода (например, Brevibacterium, Staphylococcus, Corynebacterium) были ассоциированы с противоположными показателями, например, с высоким и низким GCFW, что свидетельствует о дифференциальной ассоциации на уровне видов или штаммов.
Поэтому для подтверждения наших выводов необходимы дальнейшие исследования с использованием других омических методов и, что важно, экспериментальные исследования (in vitro, ex vivo и in vivo). Например, для выявления метаболитов, связанных с микробными биомаркерами старения, может быть использована метаболомика, предлагающая потенциальные возможности для восстановления баланса микробиома кожи, чтобы кожа выглядела более здоровой. Кроме того, мета-транскриптомика может дать представление о генах, экспрессируемых микробами, связанными со старением, и предложить мишени для генной инженерии в других комменсальных штаммах.
Наш анализ был сосредоточен на исследованиях микробиома на поверхностном слое кожи, поскольку они наиболее распространены из-за простоты неинвазивного отбора образцов. Однако в будущих исследованиях может быть важно рассмотреть, как микроорганизмы могут участвовать в старении нижних слоев кожи, например, влиять на выработку коллагена фибробластами дермы, тем более что предыдущие исследования показали, что в нижних слоях кожи происходят микробные взаимодействия либо напрямую, либо через метаболиты. Наше исследование закладывает основу и рамки для будущих клинических и in vitro исследований, направленных на выявление новых биомаркеров микробиома, определяющих возраст кожи, и разработку новых решений по уходу за кожей, способствующих повышению ее качества в процессе старения.
