The human skin microbiome has recently become a focus for both the dermatological and cosmetic fields. Understanding the skin microbiota, that is the collection of vital microorganisms living on our ...skin, and how to maintain its delicate balance is an essential step to gain insight into the mechanisms responsible for healthy skin and its appearance. Imbalances in the skin microbiota composition (dysbiosis) are associated with several skin conditions, either pathological such as eczema, acne, allergies or dandruff or non‐pathological such as sensitive skin, irritated skin or dry skin. Therefore, the development of approaches which preserve or restore the natural, individual balance of the microbiota represents a novel target not only for dermatologists but also for skincare applications. This review gives an overview on the current knowledge on the skin microbiome, the currently available sampling and analysis techniques as well as a description of current approaches undertaken in the skincare segment to help restoring and balancing the structure and functionality of the skin microbiota.
Résumé
Le microbiome de la peau humaine est récemment devenu un centre d'intérêt pour les domaines dermatologique et cosmétique. Comprendre le microbiote cutané, à savoir la collection de microorganismes vitaux vivant sur notre peau, et comment maintenir son équilibre délicat est une étape essentielle pour mieux comprendre les mécanismes responsables d'une peau saine et son apparence. Les déséquilibres dans la composition microbiotique de la peau (dysbiose) sont associés à plusieurs affections cutanées, soit pathologiques comme l'eczéma, l'acné, les allergies ou les pellicules, soit non pathologiques comme la peau sensible, irritée ou sèche. Par conséquent, le développement d'approches qui préservent ou restaurent l'équilibre naturel et individuel du microbiote représente une nouvelle cible non seulement pour les dermatologues mais aussi pour les experts en cosmétiques. Cette revue donne un aperçu des connaissances actuelles sur le microbiome cutané, les techniques d'échantillonnage et d'analyse actuellement disponibles ainsi qu'une description des approches actuelles entreprises dans le segment des soins de la peau pour aider à restaurer et équilibrer la structure et la fonctionnalité du microbiote de la peau.
The human skin microbiome has recently become a focus for both the dermatological and cosmetic fields. Understanding the skin microbiota and how to maintain its delicate balance is an essential step to gain insight into the mechanisms responsible for healthy skin and its appearance. This review gives an overview on the current knowledge on the skin microbiome, the currently available sampling and analysis techniques as well as a description of current approaches undertaken in the skin care segment to help restoring and balancing the structure and functionality of the skin microbiota.
Dry skin is one of the most important concerns of consumers worldwide. Despite huge efforts over several decades, the personal care industry still does not offer a perfect solution to satisfy the ...unmet needs of consumers for moisturising treatments in different ethnic groups. The paucity of data for the underlying cellular and biochemical problems in, and the effects of moisturisers on photodamaged facial skin may partly explain this. Mainly, single point measurements are used to understand the effects of products on skin physiology even on surrogate skin sites such as the non‐photodamaged volar forearm. Some groups have developed discontinuous facial maps of skin biophysical properties, however, in 2014 a continuous facial analysis of bio‐instrumental evaluations was developed using a heat map approach. These maps enabled a continuous visualization of features that not only revealed an unexpected complexity of facial skin but also indicated that use of surrogate skin sites for facial skin is inappropriate. We have demonstrated that remarkable gradients of skin hydration, TEWL, skin surface pH and sebum exist within short distances across the face and the gradients are distinctive among different ethnic groups. In addition, these studies have demonstrated that darkly‐pigmented individuals do not necessarily have a better skin barrier function than their less‐pigmented counterparts and that Caucasians have a lower facial skin surface pH compared with more pigmented subjects. Overall, there are no correlations between capacitance, TEWL and skin surface pH including individual topology angle values. Novel 3D camera approaches have also been used to facilitate a more precise assignment of measurement sites and visualisation. The 3D facial colour mappings illustrated precisely the local moisturising effects of a moisturising cream. There were subtle ethnic differences in efficacy that may be related to underlying skin biochemistry and/or ethnic differences in product application. A placebo‐controlled study using conductance measurements in Chinese subjects is also reported. Finally, a new whole face statistical approach has been taken to prove differences in skin parameters but also of moisturiser treatment that adds further to our understanding of the ethnic differences in skin physiology and product application. This paper reviews the background of the development and application of this methodology.
Résumé
L'assèchement de la peau est l'un des problèmes les plus importants chez les consommateurs à travers le monde. En dépit des efforts fournis dans les dernières décennies, l’industrie du soin ne propose pas encore une solution parfaite qui répond aux attentes des consommateurs de différentes ethnies pour des traitements hydratants. Le manque de données concernant les problèmes de mécanisme cellulaire et biochimique, ainsi que les effets des soins hydratants sur la peau du visage photo‐endommagée peuvent en partie expliquer cela. En général, une mesure ponctuelle est réalisée pour comprendre les effets des produits sur la physiologie de la peau sur des sites de substitution tels que l’avant‐bras non photo‐endommagé. Certains groupes ont développé des cartographies du visages discontinues des propriétés biophysiques de la peau, mais ce n’est qu’en 2014 qu’une analyse continue du visage de l’évaluation bio‐instrumentale a été proposée en utilisant une approche par cartographie de chaleur. Ces cartographies permettent une visualisation continue des caractéristiques qui ne révèlent pas seulement une complexité inattendue de la peau du visage mais indique également que l’utilisation de sites de substitution est inappropriée. Nous avons démontré que certains gradients liés à l’hydratation de la peau, à la PIE, au pH à la surface de la peau et au sébum sont présents sur de faibles distances à travers le visage et que ces gradients sont différents selon les groupes ethniques. De plus, ces études ont démontré que les individus ayant une pigmentation de peau importante n’ont pas nécessairement une meilleure fonction de barrière cutanée que leurs homologues ayant une peau moins pigmentée et que les Caucasiens ont une plus faible surface de pH sur le bas du visage en comparaison avec des sujets ayant plus de pigmentation. Globalement, en incluant les aspects typologiques individuels, il n’y a pas de corrélation entre la capacitance, la PIE et le pH à la surface de la peau. Une nouvelle approche par caméra 3D à également été utilisée pour faciliter l’attribution et la visualisation plus précise de la mesure par site. Les cartographies du visage 3D en couleur illustrent précisément les effets hydratants localisés d’une crème hydratante. Il y avait des différences ethniques subtiles dans l’efficacité qui peuvent être liées au mécanisme de la biochimie cutanée et/ou dans l’application des produits des différentes ethnies. Une étude contrôlée par placebo utilisant une mesure de conductance chez les sujets d’origine chinoise est également communiquée. Enfin, une nouvelle approche statistique sur le visage complet a été adoptée afin de prouver les différences dans les paramètres de la peau mais aussi dans le traitement hydratant, ce qui nous permet de mieux comprendre les différences ethniques dans la physiologie de la peau et l'application des produits. Cette publication retrace les éléments de développement ainsi que l’application des méthodologies.
The skin mapping technology enables the transformation of bio‐instrumental data to continuous 2D and 3D visualisation of facial skin features. This approach reveals the complexity of facial skin and the differences of differently pigmented skin types.
Summary
Background Atopic dermatitis (AD) is a chronic inflammatory disease associated with changes in stratum corneum (SC) structure and function. The breakdown of epidermal barrier function in AD ...is associated with changes in corneocyte size and maturation, desquamation, lipid profiles, and some protease activities.
Objectives The purpose of this study was: (i) to examine physiological changes in lesional (L) skin of acute eczematous AD, compared with nonlesional (NL) AD skin and healthy (H) skin, using sequential tewametry and SC protein analysis to estimate SC thickness; and (ii) to assess which serine proteases might be involved in pathogenesis.
Methods Six subjects with H skin, six AD patients with NL skin and six AD patients with mild to moderate eczema (L skin) were enrolled. Skin was assessed using several noninvasive techniques but SC thickness was estimated using tewametry and SC protein content of D‐Squame strippings. SC integrity was determined by sequential tape stripping (D‐Squame) and infrared densitometry. Kallikreins, plasmin, urokinase and leucocyte elastase protease activities together with a novel SC tryptase‐like enzyme activity were quantified.
Results Transepidermal water loss (TEWL) levels after D‐Squame stripping were elevated in L compared with NL and H skin at all sampling points (P < 0·05). Conversely, the amount of SC removed by sequential tape stripping was decreased in L skin, indicating increased intracorneocyte cohesion (P < 0·05). By correlating 1/TEWL values and SC removed as an estimate of SC thickness, a significantly thinner SC was observed in L compared with NL and H skin (P < 0·05). Elevated extractable serine protease activity was measured in AD skin in the order: SC tryptase‐like enzyme (45×), plasmin (30×), urokinase (7·1×), trypsin‐like kallikreins (5·8×) and chymotrypsin‐like kallikreins (3·9×). Leucocyte elastase activity was not detected in H and NL skin but was observed in AD SC samples (L skin). All enzymes were elevated in the deeper layers of L SC compared with NL and H SC samples. All consistently elevated SC protease activities were significantly correlated with the bioinstrumental data.
Conclusions We report increased serine protease activities in acute eczematous AD, especially in deeper layers of the SC, including SC tryptase‐like enzyme, plasmin, urokinase and leucocyte elastase activities. These elevations in protease activities were associated with impaired barrier function, irritation, and reduced skin capacitance. Increased SC cohesion was apparent despite elevated TEWL during tape stripping, which would indicate reduced SC thickness in acute eczematous lesions of AD. Indeed, this was observed using an estimate of SC thickness.
Background
Sensitive skin is a poorly understood skin condition. Defects in stratum corneum (SC) barrier function and/or extrasensory neuronal networks in the epidermis are believed to be involved in ...the problem.
Objectives
This study aimed to unravel the relationships between bleomycin hydrolase (BH) and calpain‐1 (C‐1), pyrrolidone carboxylic acid (PCA) levels, corneocyte maturation, transglutaminase (TG) and plasmin activities on the cheeks of subjects with sensitive skin.
Methods
Forty‐eight female Caucasian subjects, Fitzpatrick skin phototypes II–III, with self‐perceived sensitive facial skin, were assessed and underwent a capsaicin reactivity test. Expert grading of skin condition was conducted as well as the measurement of transepidermal water loss (TEWL), skin capacitance, SC cohesion and SC integrity. BH, C‐1 and plasmin activities were measured as well as PCA levels, plasmin and TG activity. Differential Nile red and involucrin immunostaining was performed to assess corneocyte maturation and size.
Results
About 52% of the subjects reacted to capsaicin. There were no significant differences between the capsaicin‐sensitive and non‐capsaicin‐sensitive subjects with reference to skin grading, TEWL, skin capacitance and SC cohesion. PCA levels and BH activity were lowest in the capsaicin‐sensitive panel (P < 0.05) and were correlated in non‐capsaicin‐sensitive subjects (r = 0.72). The activity of TG was significantly lower (48%) in the capsaicin‐sensitive subjects (P < 0.001) and their corneocytes were less mature and smaller (P ≤ 0.05). SC was estimated to be thinner (6.87 ± 0.28 vs. 8.68 ± 0.26 μm; P = 0.001) in the capsaicin‐sensitive subjects with a corresponding shorter SC path length (83.2 ± 4.4 μm and 113.1 ± 4.5 μm; P = 0.001).
Conclusions
Despite the physiological similarities between the two groups of sensitive skin subjects, differences in their biochemistry were clearly evident. Lower levels of PCA, BH and TG activities together with a greater number of smaller and immature corneocytes indicate inferior SC maturation in the capsaicin‐sensitive subjects. The reduced maturation of corneocytes and thinner SC likely contributes to a greater penetration of capsaicin and the associated increased skin sensitivity.
Résumé
Contexte
La peau sensible est une condition de la peau mal comprise. Des défauts dans la fonction de barrière de la couche cornée (SC) et / ou dans les réseaux neuronaux extrasensorielles dans l’épiderme sont soupçonnés d’être impliqués dans le problème.
Objectifs
Cette étude visait à démêler les relations entre bléomycine hydrolase (BH) et calpaïne‐1 (C‐1), du taux d'acide carboxylique (PCA) pyrrolidone, de la maturation des cornéocytes, de transglutaminase (TG) et des activités de la plasmine sur les joues de sujets avec peaux sensibles.
Methodes
Quarante‐huit sujets caucasiens féminins, avec une peau de phototype Fitzpatrick II‐III, avec autoperception d'une peau sensible au niveau du visage ont été évalués et ont subi un test de réactivité à la capsaïcine. Un classement Expert de l’état de la peau a été réalisé ainsi que la mesure de la perte d'eau transépidermique (TEWL/PIE), de la capacité de la peau, de la cohésion et de l'intégrité du SC. BH, C‐1 et les activités de plasmine ont été mesurées, ainsi que les taux de l’APC, de plasmine et de l'activité TG. La coloration différentielle au Nil rouge et bar immunocoloration de l'involucrine a été réalisée pour évaluer la maturation et la taille descornéocytes.
Resultats
52% des sujets ont réagi à la capsaïcine. Il n'y avait pas de différences significatives entre les sujets sensibles à la capsaïcine et non sensibles à la capsaïcine par rapport au classement de la peau, de la PIE, de la capacité de la peau et de la cohésion de SC. Les taux de l’APC et de l'activité BH étaient les plus bas dans le panel des personnes sensibles à la capsaïcine (p <0,05) et ont été corrélés chez les sujets non‐sensibles à la capsaïcine (r = 0,72). L'activité de TG était significativement plus faible (48%) chez les sujets sensibles à la capsaïcine (p <0,001) et leurs cornéocytes étaient moins matures et plus petits (p ≤ 0,03). Le SC a été à trouvé être plus mince (6,87 ± 0,28 vs 8,68 ± 0,26 μm; p = 0,001) chez les sujets sensibles à la capsaïcine avec une longueur de trajet de SC plus courte correspondant (83,2 ± 4,4 μm et 113,1 ± 4,5 μm; p = 0,001) .
Conclusion
Malgré les similitudes physiologiques entre les deux groupes de sujets à peaux sensibles, les différences dans leur biochimie étaient clairement évidentes. Les taux plus bas d'activités PCA, BH et TG ainsi qu'un plus grand nombre de cornéocytes petits et immatures indiquent une inférieure maturation du SC chez les sujets sensibles à la capsaïcine. La maturation réduite de cornéocytes et le SC plus mince contribuent probablement à une plus grande pénétration de la capsaïcine et à la sensibilité associée accrue de la peau.
Sensitive skin is a poorly understood skin condition. This study aimed to unravel the relationships between bleomycin hydrolase (BH) and calpain‐1 (C‐1), pyrrolidone carboxylic acid (PCA) levels, corneocyte maturation, transglutaminase (TG) and plasmin activities on the cheeks of subjects with sensitive skin. Lower levels of PCA, BH and TG activities together with a greater number of smaller and immature corneocytes suggest there is inferior SC maturation in the capsaicin‐sensitive subjects.
Summary
Background
Filaggrin is central to the pathogenesis of atopic dermatitis (AD). The cheeks are a common initiation site of infantile AD. Regional and temporal expression of levels of filaggrin ...degradation products natural moisturizing factors (NMFs), activities of filaggrin‐processing enzymes bleomycin hydrolase (BH) and calpain‐1 (C‐1) and plasmin, and corneocyte envelope (CE) maturity in early life are largely unknown.
Objectives
We conducted a cross‐sectional, observational study investigating regional and age‐dependent variations in NMF levels, activity of proteases and CE maturity in stratum corneum (SC) from infants to determine whether these factors could explain the observed predilection sites for AD in early life.
Methods
We measured NMF using a tape‐stripping method at seven sites in the SC of 129 children (aged < 12 months to 72 months) and in three sites in 56 neonates and infants (< 48 h to 3 months). In 37 of these neonates and infants, corneocyte size, maturity, BH, C‐1 and plasmin activities were determined.
Results
NMF levels are low at birth and increase with age. Cheek SC, compared with elbow flexure and nasal tip, has the lowest NMF in the first year of life and is the slowest to reach stable levels. Cheek corneocytes remain immature. Plasmin, BH and C‐1 activities are all elevated by 1 month of age in exposed cheek skin, but not in elbow skin.
Conclusions
Regional and temporal differences in NMF levels, CE maturity and protease activities may explain the predilection for AD to affect the cheeks initially and are supportive of this site as key for allergen priming in early childhood. These observations will help design early intervention and treatment strategies for AD.
What's already known about this topic?
Atopic dermatitis (AD) frequently starts in early infancy, and the first eczematous lesions emerge on the cheeks.
Filaggrin is a major structural protein in the stratum corneum (SC).
Filaggrin deficiency is associated with the development of AD and, in the context of AD, food allergies and asthma.
Filaggrin is metabolized into natural moisturizing factors (NMFs), which can be measured in the SC.
What does this study add?
Regional differences in NMF levels, corneocyte envelope immaturity and protease activities may help explain why infantile AD most often initially affects the cheeks.
Filaggrin processing, corneocyte maturity, and protease activities show regional and temporal differences in infant skin.
These findings may explain disease patterns in early‐life AD.
What is the translational message?
Cheek skin may be highly relevant for allergen priming.
Emollient therapy at the vulnerable cheek site might help to prevent AD and/or food sensitization.
Linked Editorial: Thyssen. Br J Dermatol 2018; 179:235–236.
Plain language summary available online
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Synopsis
Objectives
The aim of this exploratory study was to develop a novel colour mapping approach to visualize and interpret the complexity of facial skin hydration and barrier properties of four ...ethnic groups (Caucasians, Indians, Chinese and Black Africans) living in Pretoria, South Africa.
Methods
We measured transepidermal water loss (TEWL) and skin capacitance on 30 pre‐defined sites on the forehead, cheek, jaw and eye areas of sixteen women (four per ethnic group) and took digital images of their faces. Continuous colour maps were generated by interpolating between each measured value and superimposing the values on the digital images.
Results
The complexity of facial skin hydration and skin barrier properties is revealed by these measurements and visualized by the continuous colour maps of the digital images. Overall, the Caucasian subjects had the better barrier properties followed by the Black African subjects, Chinese subjects and Indian subjects. Nevertheless, the two more darkly pigmented ethnic groups had superior skin hydration properties. Subtle differences were seen when examining the different facial sites.
Conclusions
There exists remarkable skin capacitance and TEWL gradients within short distances on selected areas of the face. These gradients are distinctive in the different ethnic groups. In contrast to other reports, we found that darkly pigmented skin does not always have a superior barrier function and differences in skin hydration values are complex on the different parts of the face among the different ethnic groups.
Résumé
Objectif
Le but de cette étude exploratoire était de développer une nouvelle approche de cartographie couleur pour visualiser et interpréter la complexité de l'hydratation de la peau du visage et de ses propriétés barrières à travers quatre ethnies (caucasienne, indienne, chinoise et noire africaine) vivant à Pretoria, Afrique du Sud.
Méthodes
Nous avons mesurés la perte insensible en eau (TEWL: transepidermal water loss) et la capacitance de la peau sur 30 régions prédéfinies du front, de la joue, de la mâchoire et de l'œil de seize femmes (quatre par ethnie) et avons réalisé des images numériques de leur visage. Une cartographie couleur exhaustive du visage a été générée en interpolant les valeurs entre chaque région mesurée et en la superposant à l'image numérique.
Résultats
La complexité de l'hydratation de la peau du visage et de ses propriétés barrières sont révélées grâce à ces mesures et visualisées via la cartographie couleur sur les images digitales. Globalement, les sujets caucasiens ont de meilleures propriétés barrières suivi par les sujets noirs africains, chinois et indiens. En revanche, les deux ethnies ayant la peau la plus pigmentée possède des propriétés d'hydratation cutanées supérieure. De subtiles différences ont été observées lors de l'examen des différents sites du visage.
Conclusions
Il existe de remarquables gradients de capacitance et TEWL sur de petites distances parmi les zones sélectionnées du visage. Ces gradients sont différents pour chaque ethnie. Contrairement à de précédents rapports, nous avons trouvé que les peaux fortement pigmentées n'avaient pas toujours une fonction barrière supérieure et que les différences dans les valeurs d'hydratation de la peau sont complexe en fonction des différentes parties du visage des différentes ethnies.
We developed a novel color mapping approach to visualize and interpret the complexity of facial skin hydration and barrier properties of four ethnic groups (Chinese, Caucasians, Indians, Black Africans). Skin capacitance (top row) and transepidermal water loss (TEWL) (bottom row) were measured on 30 predefined sites on the face and digital images were taken. Continuous color maps were generated by interpolating between each measured value and superimposing the values on the digital images revealing remarkable skin capacitance and TEWL gradients within short distances on selected areas of the face.
Objective
Plasmin, a relatively unspecific trypsin‐like serine protease, is involved in many physiological and pathological conditions, particularly in dermatoses with barrier impairment. It is ...secreted as the inactive zymogen plasminogen and is activated to plasmin by plasminogen activators, such as urokinase. There still exists a paucity of data on the precise localization of epidermal plasmin(ogen) within the epidermis and the stratum corneum. The aim of the present study was to get information about its origin and ultrastructural localization within normal human epidermis.
Method
We performed immunoelectron transmission electron microscopy immunogold labelling in normal abdominal human skin.
Result
Plasmin was only observed in the terminally differentiated cell layers of the epidermis and was largely associated with the corneocyte envelopes and to some extent with the intercellular lipid matrix in the stratum corneum.
Conclusion
Our results indicate that in normal human skin, plasmin(ogen) is synthesized by differentiated epidermal keratinocytes of the stratum granulosum and is not serum‐born.
Résumé
Objectif
Plasmine, une relativement peu spécifique ‘ trypsin‐like’ protéase sérine, participe aux plusieurs processus physiologiques et pathologiques et, plus particulièrement, à la physiopathologie des dermatoses caractérisées par l’altération de la barrière de perméabilité. Elle est sécrétée sous forme d’un zymogene inactif, plasminogène, et devient activée par les activateurs du plasminogène, telle urokinase. A l’heure actuelle, on manque de précision quant à la localisation de plasmine (ou son précurseur) dans l’épiderme et le stratum corneum. Le but du présent travail a été de d’apporter l’information sur la provenance et la localisation ultrastructurale de plasmine/plasminogène présents dans l’épiderme humain.
Méthode
L’étude ultrastructurale de l’épiderme humain normal (plastie abdominale) a fait appel à l’immunomarquage à l’or colloïdal sur coupes ultrafines des tissus inclus à froid dans des résines acryliques.
Résultat
L’anticorps monoclonal anti –plasmine/plasminogène a détecté l’antigène situé exclusivement dans la partie la plus différenciée de l’épiderme et persistant dans la couche cornée. Il n’y a pas eu de réactivité dans les couches épineuse et basale. Le marquage a été prédominant sur les enveloppes cornifiées des kératinocytes granuleux et cornéocytes. Des foyers du marquage ont été également présents dans le cytoplasme et les espaces intercellulaires de la couche granuleuse, ainsi que dans la matrice lipidique de la couche cornée profonde.
Conclusion
Nos résultats indiquent la production de novo de plasmine/plasminogène dans les kératinocytes le plus différenciés et ne suggèrent pas l’origine sérique de cette enzyme dans l’épiderme.
There exists a paucity of data on the subcellular localization of plasmin(ogen) within normal human epidermis. Immunoelectron transmission electron microscopy labelling revealed that the inflammatory serine protease is located in the terminally differentiated keratinocytes and was largely associated with the corneocyte envelopes and to some extent with the intercellular lipid matrix in the stratum corneum.
Age‐related differences in maturation parameters of corneocyte envelopes (size, hydrophobicity and rigidity) were examined at several facial test sites in young and old female Caucasians. In ...addition, the effect of topically applied niacinamide on these parameters was evaluated in a 4‐week placebo‐controlled study.
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