美容营养遗传学的研究进展

秦 垚，张大超

(中国保健协会保健咨询服务工作委员会，北京 100027)

“药食同源”是营养学从治病到预防疾病发展的趋势，中医认为，人体是一个有机整体，“有诸内者，必形诸外”，人的外貌与人的气血、脏腑、营养等密切相关。科学研究证明，容貌体形与膳食平衡及摄入足量的维生素、矿物质、蛋白质、脂肪等营养素息息相关［1-4］。1953年，Watson 和Crick［5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，这次重要发现继而引发了生物、医学等领域的突破性发展，标志着分子生物学时代的开始。美国科学家Thomas Roderick［6］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概念。随着代谢组学与基因组学研究的不断深入，借助各种先进的研究手段，很多研究机构及学者都在相继开展美容功效成分、营养膳食同机体基因间相互作用的研究。故而，一门以研究膳食营养素同机体美容基因之间相互影响为目标的营养学新学科——美容营养遗传学也逐渐成为研究热点［7］。简言之，美容营养遗传学主要研究在分子水平上以及人群水平上膳食营养与美容基因的相互作用及其对人类皮肤健康的影响，并致力于建立基于个体基因组结构特征上的膳食干预方法和美容营养保健手段，提出更具个性化的美容营养策略，促进机体健康［8］。

1 美容营养遗传学的发展

在美容营养基因和基因组学发展的基础上，Rattan 等人［9］通过对人体衰老过程中外界环境同皮肤基因相互作用的观察分析从基因角度阐释了衰老过程同营养补充之间的内在联系。近年来，Bergetrom 等［10］通过研究化妆品中含有的各种皮肤营养物质，进一步揭示了营养物质对皮肤抗衰因子的调节作用，从而为美容营养遗传学的发展奠定了重要的科学基础。故而，美容营养遗传学主要通过研究营养素对于皮肤遗传信息(遗传突变、标志基因等)的相互作用，通过调整营养物质的成分和含量影响肌肤相关基因的表达，从而达到改进营养成分的需量，改善营养成分和肌肤相应基因之间的相互作用，确保肌肤对营养物质的合理利用以及营养物质的代谢［11，12］(附图)。

附图 美容营养遗传学示意图

美容营养遗传学技术不仅可以帮助确认一些与美容健康有关的基因信息，还可以了解营养活性成分对美容健康代谢途径及体内平衡的影响，以及营养活性成分对不同人体皮肤相关基因多态性敏感的差异，并由此来调节饮食以及营养素的摄入，借此达到最佳的美容效果［13］。膳食营养素通过机体吸收经转录系统的作用干预特定基因以及基因组的表达活性，诸如维生素、氨基酸、和糖等营养成分，都会通过转录系统控制机体特定基因表达活性导致影响皮肤美容相关基因的表达与功能的改变［14］。作为营养遗传学的发展分支，美容营养遗传学的主旨是建立营养素成分同皮肤美容相关基因作用功效的评估指标。对于遗传背景不同的人，在复杂的膳食成分下如何获得有助于美容功效的营养素。美容营养遗传学的另一项重要应用是美容遗传标志基因(biomarker)的筛选，由于膳食营养成分不同于药物，膳食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。美容遗传标志基因通常采用检测个体遗传多态性差异相关的基因片断，从而为合理定制适宜不同个体的美容营养素成分提供了指导［4，14］。

2 美容营养遗传学的主要研究内容

2.1 对皮肤保湿的研究

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产生一系列问题。对于保湿来讲，皮肤角质层中的水分对维持肌肤健康状态及滋润起到至关重要的作用。营养物质向皮肤深层缓缓渗透，一方面有助于让水分渗入角质层，同时也防止水分过快流失。故而美容营养遗传学可以帮助了解营养物质对皮肤角质层组织水分结合相关机制以及基因表达图谱的变化，并与个体的遗传特征建立起联系，为皮肤保湿营养品的开发和功能评价提供指导依据。

Tsuji 等［15］通过研究口服葡糖神经酰胺(glucosylceramide)对于小鼠表皮水分含量的研究发现，喂养2w后的小鼠表皮层之间水分的流失显著被抑制;喂养3w后的小鼠，其角质层延展性得到了显著增强，并且激活了皮肤含水相关基因的表达。因此，口服葡糖神经酰胺对于提高和保障皮肤锁水性提供了新的科学依据。Kim等人［16］通过研究口服蚕丝蛋白对小鼠表皮含水相关基因表达的实验发现，口服蚕丝蛋白有效促进了肽基精氨酸脱亚胺基酶基因(PAD3)、前体微管蛋白(profilaggrin)合成基因等的有效表达故而增强了表皮细胞结构的韧性，从而提高了皮肤的含水能力。Aburada 等［17］通过研究中国传统中药方剂白虎人参汤后发现，其有效成分促进了机体水孔蛋白合成酶基因家族(AQPs)的表达，其中以皮肤AQP3 的基因表达最为显著，继而提高了皮肤的锁水能力。继而，研究小组通过进一步实验发现，白虎人参汤的重要组分石膏有效促进了皮肤钙离子的摄入，从而促进了AQP3 的有效表达［18］。

2.2 对美白的研究

若皮肤黑色素在转移过程中失去控制并过速增长，就会不断造成肌肤色素沉着并出现肤质变黑［19］，因此，美白就是通过调节黑色素转移并转化的过程，减少黑色素的生成。多种因素都会造成皮肤黑色素过度生长，分子生物学对黑色素生成的研究机理表明，表皮细胞中的酪氨酸在酪氨酸酶的氧化作用下，受环境因素影响最终转化为黑色素［19］。而营养物质富含的有效成分如维生素A、C 等能有效抑制黑色素合成，阻止脂肪氧化，防止脂褐质沉积等。美容营养遗传学通过研究膳食营养素对酪氨酸酶基因的抑制作用或者对黑色素生成基因通路的表达抑制，继而达到皮肤美白的效果。

甘草作为食品和药物有效成分具有重要的抗炎、抗氧化以及调节代谢平衡等生理作用。Simmler 等［20］通过研究甘草的化学以及生物学活性后发现，甘草有效成分通过诱导抗氧化元件基因的表达抑制细胞内活跃氧族(ROS)的活性，对皮肤美白起到显著作用。Chiang等［21］研究发现，口服红景天提取物有效抑制了小鼠酪氨酸合成酶的活性，同时抑制了黑素皮质素合成基因(MC1R)以及MITF 转录因子的活性，从而为皮肤美白和防止黑素瘤的发生提供了重要指导。Kim 等［22］通过研究发现，柑橘有效抑制了酪氨酸酶的活性特别是Ⅱ型酪氨酸酶基因以及MITF 转录因子的表达，为柑橘美白健康食品的开发研制提供了科学依据。Jin 等［23］通过研究发现，山葡萄根部提取的白桦脂酸(betulinic acid)有效抑制了酪氨酸酶的活性，特别是Ⅰ型和Ⅱ型酪氨酸酶合成基因的表达，同时有效抑制了MITF 转录因子的表达，为揭开山葡萄美白的分子机制提供了新的依据。

2.3 对抗衰老的研究

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［24］。除了环境污染，物理、化学刺激等外界因素外，内源性机制导致的衰老问题一直是科学关注的热点。当正常细胞由于新陈代谢作用积累了过多的自由基，常常会扰乱机体的正常工作并对机体造成损伤，表现出机体功能紊乱和衰老。由此，可以认为过剩的自由基是促使机体衰老的重要因素［25］。营养素成分的抗衰老保健作用源于其综合抗氧化效果，美容营养遗传学通过研究食物对皮肤细胞生成、组织分化以及抗氧化机制相应基因表达的作用，发挥其重要调节功能，对美容和长寿具有积极作用。

传统中医认为，虫草(Ophiocordyceps sinensis)性甘平，既能补肺阴，又能补肾阳的综合作用。Yong 等［26］通过对口服虫草的研究发现，不同剂量的虫草可以有效抑制恶性细胞因子(GRO，sCD40L)的活性，同时对于介白素(P70)合成基因的表达具有显著下调作用，继而对于细胞抗炎、趋化因子具有辅助调节作用，从而有效提高机体免疫力，起到防止衰老的作用。近期研究证明，口服食用菌发酵后的黄芪产物有效促进了表皮I型胶原蛋白前体合成基因的表达，同时显著提高了β1细胞生长因子(TGF-β1)的表达，因此，口服黄芪发酵食品具有促进皮肤胶原蛋白合成，进而有效缓解了皮肤老化和松弛的问题［27］。Talbourdet 等［28］通过研究发现，豆蔻对于皮肤角质抗氧化相关通路基因(metallothionein 1、metallothionein 2 和thioredoxin)的激活具有显著作用。研究者利用基因芯片(microarray)技术发现，豆蔻提取物对于皮肤抗衰老基因激活具有重要意义，为保持肌肤年轻活力以及健康状态提供了新的依据。皮肤的年轻状态有赖于代谢的稳定性，对于有害蛋白的分解在其中起到非常重要的平衡作用。Chondrogianni 等［29］通过研究果蔬多酚类化合物槲皮素(quercetin)及其衍生物后发现，一定剂量的槲皮素具有促进皮肤抗氧化基因元件的表达作用，并有效激活蛋白酶体的活性，起到分解机体有害物质的作用。除此以外，槲皮素还能促进表皮成纤维细胞的生长，为皮肤抗衰和健康保持提供了重要途径。

2.4 对瘦身的研究

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。美容营养遗传学利用食物中营养素成分控调控机体脂肪酸的合成代谢，从而达到抑制脂肪合成，瘦身美体的功效。

Liu 等［30］通过研究发现，香椿提取物具有降低机体三羧酸甘油合成基因的表达从而降低脂肪合成效率的作用。研究小组进一步发现，香椿提取物有效促进了过氧化物酶受体因子(PPARα)、三羧酸甘油分解相关基因(甘油三酯脂肪酶)、以及脂肪酸氧化相关基因(乙酰辅酶羧酸酶、PPARγ、脂联素)的表达，从而有效抑制了脂肪细胞的生成。Xu 等［31］通过观察海参褐藻糖小鼠喂食模型后发现，海参褐藻糖有效促进了脂肪酸分解通路主要基因的表达(Wnt10b、β-catenin、Fz 、LRP5)，同时抑制了脂肪合成相关转录因子的表达(SREBP-1c、PPARγ、C/EBPα)，从而抑制脂肪细胞的生成。Kim等［32］通过研究发现，齐墩果酸有效抑制脂肪酸合成转录因子STAT1 和STAT3 的表达，同时促进细胞因子信号蛋白基因(SOCS3)的表达，从而对脂肪细胞和脂肪因子的生成起到一定抑制作用。Sanderson 等人［33］通过观察发酵博士茶(Aspalathus lineari)提取物处理脂肪细胞实验发现，一定量的博士茶发酵水溶物可以有效抑制脂肪生成相关基因 (PPARγ、PPARα、SREBF1、FASN)的表达，从而有效抑制脂肪细胞的生成以及脂肪合成代谢途径。

3 展望

美容营养遗传学主要研究在分子水平上营养素与皮肤基因的交互作用及其对人类健康的影响，故而，根据个体遗传差异而定制的专属美容产品势必成为美容营养遗传学未来发展的趋势。健康产业领域宽，产业链条长，而美容健康产业作为其中重要的一环，美容营养遗传学的发展必然会赋予其全新的意义和价值，美容乃至整个健康产业的格局也会随之发生巨变。美容营养遗传学作为加速适合个体肌肤的美容功能性化妆品以及保健食品开发的一个重要工具，必然会对美容、保健食品及整个健康产业的结构及市场产生牵导作用。

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