研究昼夜节律对人类皮肤脂质组的影响

《Analyst》：Investigating the effects of circadian rhythm on the human skin lipidome

昼夜节律调控健康人群皮肤脂质组的研究：通过反向相色谱-质谱联用技术对8名志愿者进行5天、5时间点的纵向分析，发现组水平下仅0.67%代谢物显示24小时节律性，而个体差异可达3.51%-18.53%。目标脂质squalene、sapienic acid和cholesterol sulfate无显著时间变化，PCA/PLS-DA未检测到组间时间依赖性聚类，但半数个体在07:30出现显著代谢特征分组。家庭采样方法证实可行，但需注意个人护理产品污染对数据分析的影响。

　　本研究旨在探讨人体皮肤脂质组在24小时周期内是否表现出昼夜节律的变化。通过使用非靶向的反相液相色谱-质谱联用（RPLC-MS）技术，对八名健康受试者的皮肤表面脂质（SSL）进行了纵向分析。研究结果表明，尽管个体之间存在一定的昼夜节律性，但在整体队列中，这种节律的影响被认为是非常有限的。这为皮肤脂质组在临床诊断中的应用提供了新的视角，同时也揭示了个体差异在分析过程中的重要性。

昼夜节律是人体遵循的一种24小时的周期性活动模式，能够协调器官的活动，包括皮肤，以适应日常的生理和环境变化。这种节律主要由大脑中的“主钟”——下丘脑的视交叉上核（SCN）调控，该钟通过视网膜对光变化的感知来调整身体的内部代谢过程。然而，其他组织中的局部时钟也能够响应多种外部刺激，如激素变化、饮食和活动水平等。这种节律性的调控方式通过电信号和内分泌信号实现，使得身体各部分的生理活动能够与外界环境保持同步。

在分子层面，皮肤是一个复杂的器官，其脂质组成涉及多种分子，这些分子不仅与内部代谢过程有关，还受到微生物活动和外部环境暴露的影响。皮肤表面脂质主要来源于皮脂腺和角质层。皮脂腺分泌的皮脂具有特定的组成，包括三酰甘油或二酰甘油（约占30-50%）、游离脂肪酸（15-30%）、角鲨烯（12-20%）、蜡酯（26-30%）、胆固醇酯（3-6%）以及胆固醇（1.5-2.5%）。而角质层的脂质组成则包括神经酰胺（45-50%）、游离脂肪酸（10-15%）、胆固醇（25-27%）、胆固醇酯（10%）以及胆固醇硫酸盐（2-5%）。这些脂质在皮肤屏障功能、保湿能力以及微生物群落平衡中发挥着关键作用。

近年来，皮肤脂质组学的研究在多个领域引起了广泛关注，尤其是在疾病诊断方面。例如，皮肤代谢组学已被用于指导帕金森病、阿尔茨海默病、疟疾、麻风病以及新冠状病毒的临床诊断。然而，关于昼夜节律对皮肤脂质组成的影响，目前尚缺乏系统的探讨。本研究通过纵向分析的方式，对八名健康受试者的皮肤表面脂质进行了为期五天的采样，共收集了208个样本。采样时间为每天的五个时间点，每个时间点覆盖4小时的窗口期，排除了8小时的睡眠时间。采样过程中，受试者使用无菌棉签在背部两侧进行采样，并在每次采样后使用超纯水和纱布清洁采样区域，以确保样本的纯净度。

研究结果表明，尽管在整体队列中，仅有0.67%的脂质表现出显著的昼夜节律性，但在个体层面，这一比例范围从3.51%到18.53%不等。这种个体差异提示，如果仅以整体队列为分析对象，可能会低估昼夜节律对皮肤脂质的影响。此外，使用FDR校正的q值和Lomb–Scargle分析均未发现具有显著昼夜节律性的代谢物，进一步支持了整体队列中昼夜节律影响较小的观点。然而，部分个体在特定时间点（如早晨7:30）表现出显著的脂质变化，这表明在某些个体中，昼夜节律对皮肤脂质组的影响是存在的。

为了进一步分析特定的脂质，研究还聚焦于角鲨烯、芥酸和胆固醇硫酸盐。这些脂质分别与皮脂腺和角质层的分泌活动相关。然而，通过单因素方差分析（ANOVA）发现，这些脂质在整体队列中并未表现出显著的时间点差异，仅在个别受试者中观察到角鲨烯在特定时间点的显著变化。这一发现表明，虽然个体之间存在差异，但在缺乏特定条件控制的情况下，整体队列中的昼夜节律对皮肤脂质的影响可能并不显著。

此外，研究还探讨了昼夜节律对临床诊断研究的潜在影响。当前的皮肤疾病诊断模型通常基于群体层面的分析，而非个体层面。因此，尽管个体差异在脂质节律中较为明显，但在群体研究中，这种差异可能不会对结果产生显著影响。这提示，在进行大规模临床研究时，昼夜节律可能不是主要的干扰因素，从而简化了样本采集和分析的时间安排。

本研究采用的采样方法具有重要的临床意义。通过家庭采样，受试者可以在非侵入性条件下进行皮肤脂质的采集，这种方式不仅提高了样本采集的便利性，还避免了传统实验室采样可能带来的条件限制。然而，这种采样方式也存在一定的挑战，例如受试者个人护理产品的使用可能引入外部污染物，影响脂质分析的准确性。因此，研究建议在未来的采样过程中，应避免使用含有表面活性剂的护理产品，以减少外部干扰。

在实验方法方面，研究采用了标准的脂质提取和分析流程。样本首先在室温下平衡，随后使用甲醇进行脂质提取，并通过涡旋和超声处理以提高提取效率。提取后的样本经过离心处理，分离出上清液用于LC-MS分析。为了确保分析的准确性和可重复性，研究使用了质量控制样本（QC）进行数据校准和验证。此外，研究还对原始数据进行了预处理，包括缺失值填补、背景信号去除以及数据标准化，以提高分析结果的可靠性。

在统计分析方面，研究采用了多种方法，包括主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）以及FDR校正的q值分析。这些方法共同揭示了皮肤脂质组在群体层面的昼夜节律性较低，而在个体层面则表现出更大的变化。这表明，尽管整体上昼夜节律对皮肤脂质的影响较小，但个体之间的差异可能需要更多的关注。

研究的局限性之一在于未对受试者进行任何预处理，例如统一饮食、睡眠时间和光照条件。这种设计虽然更接近真实临床环境，但也可能导致结果受到多种外部因素的影响。因此，研究提出，在未来的实验中，如果能够对受试者进行适当的预处理，可能会观察到更多的脂质节律性。这不仅有助于更准确地识别昼夜节律对皮肤脂质的影响，还可能为临床诊断提供更可靠的依据。

综上所述，本研究通过对健康受试者的皮肤脂质组进行纵向分析，发现尽管个体之间存在一定的昼夜节律性，但在整体队列中，这种节律的影响相对较小。这一发现为皮肤脂质组在临床研究中的应用提供了重要参考，同时也强调了个体差异在分析过程中的重要性。未来的研究应进一步探索如何在不改变受试者自然行为的前提下，提高脂质节律性分析的准确性。此外，减少外部污染物的干扰，优化采样和分析流程，也将有助于更全面地理解皮肤脂质组的昼夜节律特性。