特應性皮炎與皮膚微生態(tài)的研究進展

吳瑕 竇俠 于波

特應性皮炎與皮膚微生態(tài)的研究進展

吳瑕 竇俠 于波

特應性皮炎是一種慢性、復發(fā)性、炎癥性皮膚病。其發(fā)病機制復雜，在遺傳基礎(chǔ)上，表皮屏障功能異常、環(huán)境過敏原暴露、金黃色葡萄球菌定植等誘發(fā)的免疫炎癥反應均參與其發(fā)病。皮膚微生態(tài)是皮膚表面微生物構(gòu)成的復雜生態(tài)系統(tǒng)，近年研究提示，微生態(tài)異常在特應性皮炎的發(fā)病過程中起重要作用，特應性皮炎患者的皮膚除了存在金黃色葡萄球菌定植增多外，還存在表皮葡萄球菌等其他微生物數(shù)量和功能的改變。因此，進一步揭示各種微生物群落與特應性皮炎發(fā)病的關(guān)系，有助于特應性皮炎的防治。

皮炎，特應性；金黃色葡萄球菌；表皮葡萄球菌；環(huán)境微生物學；屏障

特應性皮炎（AD）是以皮膚干燥、瘙癢和慢性復發(fā)性炎癥為主要特征。AD的發(fā)病機制尚未明確，遺傳易感性、皮膚屏障功能缺陷和免疫調(diào)節(jié)異常是發(fā)病的主要病理基礎(chǔ)。近年研究證實，皮膚屏障功能受損是AD發(fā)病的重要始發(fā)環(huán)節(jié)，而皮膚表面微生物如金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S.aureus，金葡菌）定植或感染可能是誘發(fā)或促發(fā)因素之一。一方面，皮膚屏障功能的改變會對微生物定植的種類和數(shù)量產(chǎn)生影響，另一方面定植在皮膚表面的微生物又可通過多種途徑誘發(fā)炎癥反應并進一步破壞皮膚屏障，二者相互影響、共同參與AD的免疫炎癥過程。

1 皮膚微生態(tài)與皮膚健康

皮膚微生態(tài)是指寄居在人體表皮和附屬器的微生物群落與人體相互依存、相互影響，在皮膚結(jié)構(gòu)功能中發(fā)揮重要作用的微生態(tài)環(huán)境。皮膚表面定植著大量的微生物群（細菌、真菌、病毒和螨蟲等），可分為常駐菌群（也稱共生菌）和暫駐菌群，它們通常是“無害的”，被稱為皮膚正常微生物群［1］。

皮膚微生態(tài)參與形成生物屏障和細胞代謝，具有免疫調(diào)節(jié)功能。皮膚共生菌間相互制約、協(xié)調(diào)，共同形成穩(wěn)定、特異的生物屏障，保護宿主健康。研究發(fā)現(xiàn)，這些共生菌在皮膚表面有序地定植構(gòu)成一層生物膜，對表皮起占位性保護作用，從而直接影響其他菌群的定植能力，使外環(huán)境中的病原菌無法在皮膚表面定植。皮膚表面的部分微生物能將皮脂腺產(chǎn)生的皮脂轉(zhuǎn)化為天然保濕劑，或通過改變定植部位pH值，建立一個影響致病菌定植的微環(huán)境［2］。此外，微生物在皮膚表面定植受到天然免疫和獲得性免疫反應的調(diào)節(jié)，同時這些微生物群也可以反過來加強免疫系統(tǒng)功能［1］。因此，在機體自我平衡的健康狀態(tài)下，或在受傷和感染等應激狀態(tài)下，角質(zhì)形成細胞（KC）、免疫細胞及微生物三者之間相互作用，以維持皮膚正常理化和免疫屏障功能。

作者單位：518036 深圳，廣州醫(yī)科大學附屬北京大學深圳醫(yī)院皮膚科（吳瑕、于波）；北京大學深圳醫(yī)院皮膚科（竇俠）

2 影響皮膚微生態(tài)的因素

皮膚表面的正常菌群相對穩(wěn)定，這種穩(wěn)定一旦被破壞就會改變各種微生物的數(shù)量和種類，并導致定植在皮膚表面的微生物由“健康狀態(tài)”變?yōu)椤爸虏顟B(tài)”。影響皮膚微生態(tài)穩(wěn)定的因素包括內(nèi)源性和外源性因素，如年齡、性別、身體部位、地理位置和護膚品使用等［1］。

皮膚表面微生物群的數(shù)量、種類、密度隨年齡增長而變化，至青少年時期趨于穩(wěn)定。在性成熟后，親脂性微生物如痤瘡丙酸桿菌屬和棒狀桿菌屬定植增加。由于男女性汗液、皮脂和性激素分泌不同，從而導致不同性別間微生物定植的差異［2］。Fierer等［3］發(fā)現(xiàn)，女性雙手定植的微生物種類及數(shù)量較男性多，主要為腸桿菌目、莫拉氏菌科、乳酸桿菌科和假單胞菌科，男性主要定植微生物為痤瘡丙酸桿菌屬、棒狀桿菌屬和葡萄球菌屬。不同解剖部位定植的微生物也有所不同，如大腿及手臂皮膚相對干燥且皮溫波動較大，相對于皺褶部位定植微生物明顯較少。地理環(huán)境對皮膚微生態(tài)的影響主要受紫外線暴露的影響，由于緯度不同，不同地區(qū)的微生物紫外線暴露強度也有所不同?；瘖y品、香皂和潤膚乳膏等也可能通過改變皮膚屏障的狀態(tài)間接影響皮膚微生物群。

3 皮膚微生態(tài)與AD的關(guān)系

微生態(tài)異常是宿主的皮膚、環(huán)境和菌群之間處于不協(xié)調(diào)的病理狀態(tài)，皮膚表面常駐菌群和暫駐菌群在微生態(tài)異常時成為機會性致病菌，參與一些皮膚病如 AD、濕疹、銀屑病和痤瘡的發(fā)病［4］。

3.1 AD患者存在皮膚微生態(tài)異常：研究證實，AD病情發(fā)作或加重與皮損處金葡菌定植或感染有關(guān)，針對金葡菌的抗菌治療可減少其定植并有效改善臨床癥狀［4］。研究發(fā)現(xiàn)，＜5%的健康人群存在金葡菌的定植，而＞90%AD患者的皮損處及非皮損處均有金葡菌定植。在AD急性期或慢性期皮損和非皮損中，均可分離出金葡菌，皮損區(qū)的金葡菌菌落數(shù)高于正常皮膚處及非皮損區(qū)［5］。一項關(guān)于AD微生物多樣性的縱向研究表明，在疾病發(fā)作期葡萄球菌的比例，尤其是金葡菌的定植高于基線和治療后，且與疾病嚴重程度相關(guān)。除金葡菌定植增加外，AD患者存在其他微生物群落的改變。宏基因組學研究顯示，在AD發(fā)作期，除金葡菌定植增加外，皮膚常駐菌表皮葡萄球菌及其他非致病性葡萄球菌的定植均有增加；治療后鏈球菌屬、丙酸桿菌屬、棒狀桿菌屬定植增加［6］。表皮葡萄球菌JK16菌株的脂磷壁酸通過Toll樣受體（TLR）2依賴機制，產(chǎn)生酚溶調(diào)制蛋白，并協(xié)同宿主分泌抗菌肽（AMP）和人β防御素2（hBD2）干擾金葡菌定植［7］。研究發(fā)現(xiàn)，表皮葡萄球菌JK16菌株分泌的絲氨酸蛋白酶Esp抑制并破壞鼻腔內(nèi)定植的金葡菌生物膜的形成［8］。流行病學研究也證實，在健康志愿者鼻腔中，金葡菌缺乏與表皮葡萄球菌分泌的Esp有相關(guān)性［9］。以上研究結(jié)果提示表皮葡萄球菌和金葡菌之間存在非共生的關(guān)系，兩者間的失衡參與AD的發(fā)病。

3.2 AD患者皮膚微生態(tài)異常和屏障功能障礙的關(guān)系：表皮屏障功能障礙會直接導致皮膚表面定植的微生物群的多樣性發(fā)生改變。研究發(fā)現(xiàn)，在AD皮損加重期，皮膚屏障受損加重，同時皮損表面定植的微生物，特別是金葡菌數(shù)量明顯增加，而多樣性則明顯減少［10］。研究發(fā)現(xiàn)，金葡菌表面存在微生物識別黏附基質(zhì)分子的表面成分（MSCRAMM），能夠與細胞外基質(zhì)蛋白結(jié)合。當AD患者表皮屏障破壞，角質(zhì)層不完整，細胞外基質(zhì)蛋白暴露時，MSCRAMM更易與之結(jié)合，因此，皮損區(qū)金葡菌定植數(shù)量明顯增加。另有研究表明，角質(zhì)層內(nèi)結(jié)構(gòu)蛋白（絲聚蛋白）的分解產(chǎn)物是維持皮膚酸性pH的主要成分，AD患者中絲聚蛋白基因的失功能突變導致皮膚屏障功能破壞、皮膚表面pH增加，抗菌作用下降［11］。皮膚表面pH升高可導致蛋白表面電荷改變，也促使MSCRAMM與細胞外基質(zhì)蛋白結(jié)合，金葡菌更容易定植。此外，AD患者皮膚表面脂質(zhì)成分的改變，也會增加微生物定植。

皮膚表面微生態(tài)失調(diào)也可能會導致屏障功能紊亂。AD患者皮膚表面定植增多的金葡菌也可能反過來加重皮膚屏障功能障礙，其可能的機制涉及金葡菌的毒力因素直接損傷皮膚KC、影響正常皮脂膜的形成，從而降低皮膚保濕能力等。有研究發(fā)現(xiàn)，眉間部位金葡菌陽性組經(jīng)皮水分丟失率高于陰性組，肘窩部位金葡菌陽性組經(jīng)皮水分丟失率/皮膚電容量的比值高于陰性組，提示金葡菌可能破壞定植部位的屏障功能，導致經(jīng)皮水分丟失增加。

3.3 AD患者皮膚微生態(tài)異常和免疫炎癥反應：表皮及真皮內(nèi)的KC、樹突細胞、淋巴細胞和肥大細胞等聯(lián)合構(gòu)成一個復雜的免疫監(jiān)視系統(tǒng)，在機體受到創(chuàng)傷和感染時發(fā)揮至關(guān)重要的作用，同時也能調(diào)節(jié)皮膚共生微生物的定植［12］。KC表面表達模式識別受體（PRR），包括TLR、甘露糖受體和NOD樣受體等。PRR識別病原相關(guān)分子模式，促使表皮產(chǎn)生AMP和細胞因子等，啟動天然免疫反應，激活和趨化聚集免疫細胞，如漿細胞樣樹突細胞、自然殺傷細胞和嗜中性粒細胞等參與抗菌反應。

研究發(fā)現(xiàn)，AD患者易感金葡菌可能與PRR缺陷、AMP減少以及表皮屏障破壞有關(guān)［13］。AD患者可能存在PRR特別是TLR2缺陷，體外用人工合成的TLR2配體（C81H156N10O13S3HCl）刺激 AD 患者外周血單核細胞，發(fā)現(xiàn)TLR2介導的炎癥細胞因子（IL-1β和TNF-α）表達下調(diào)［14］。另外，在AD患者的KC和單核細胞中可觀察到“減弱的”TLR2反應，這種反應一方面會導致AD患者不能根除細菌在皮膚上的定植，同時還可促進Th2炎癥反應。另有研究發(fā)現(xiàn)，AD患者TLR2 r753q錯義突變與其易發(fā)生金葡菌感染有相關(guān)性［15］。

皮膚天然免疫反應的重要產(chǎn)物是AMP，包括cathelicidins（LL-37）、hBD、神經(jīng)鞘氨酸和皮離蛋白，可快速殺滅各類病原體或使之失活［13，16］。AMP還可調(diào)節(jié)宿主免疫反應，包括白細胞趨化和PRR活化。金葡菌能產(chǎn)生蛋白酶或毒素，干擾宿主AMP。研究發(fā)現(xiàn)，與銀屑病患者相比，AD患者hBD2和hBD3、LL-37均減少［13］。在某種程度上，AD患者的AMP表達減少是由于KC的Th2細胞因子（IL-4和IL-13）和免疫調(diào)節(jié)細胞因子（IL-10）的抑制作用。AD患者易患皰疹性濕疹可能是AMP減少的原因，易患牛痘性濕疹是由于 LL-37 減少［15，17］。皮離蛋白是一種廣譜AMP，其在AD患者中顯著減少，導致細菌和病毒性皮膚感染。皮膚細胞外層的神經(jīng)酰胺代謝產(chǎn)物神經(jīng)鞘氨酸具有抗微生物活性，然而AD患者角質(zhì)層神經(jīng)鞘氨酸水平顯著降低，這可能與AD患者的金葡菌高定植率有關(guān)［13］。

4 結(jié)語

近年來，相關(guān)研究除關(guān)注金葡菌誘發(fā)AD外，微生物多樣性減少誘發(fā)AD的潛在機制也得到相應的關(guān)注。在AD治療中，針對皮損的有效抗炎癥治療、控制金葡菌定植、促進常駐菌群的繁殖以及重建皮膚微生物的多樣性可能成為有效防治AD的措施之一［18］。盡管宏基因組學方法為研究提供了有效手段，但AD與皮膚微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性改變的關(guān)系研究還只是一個開端，目前的工作大多局限于對細菌菌群的改變，對其他微生物群的變化了解甚少，需要開展更多的研究。

［1］Grice EA,Segre JA.The skin microbiome［J］.Nat Rev Microbiol,2011,9（4）:244-253.DOI:10.1038/nrmicro2537.

［2］Williams MR,Gallo RL.The role of the skin microbiome in atopic dermatitis ［J］.Curr Allergy Asthma Rep,2015,15（11）:65.DOI:10.1007/s11882-015-0567-4.

［3］Fierer N,Hamady M,Lauber CL,et al.The influence of sex,handedness,and washing on the diversity of hand surface bacteria ［J］.Proc Natl Acad Sci USA,2008,105 （46）:17994-17999.DOI:10.1073/pnas.0807920105.

［4］Sanford JA,Gallo RL.Functions of the skin microbiota in health and disease ［J］.Semin Immunol,2013,25 （5）:370-377.DOI:10.1016/j.smim.2013.09.005.

［5］Salava A,Lauerma A.Role of the skin microbiome in atopic dermatitis ［J］.Clin Transl Allergy,2014,4:33.DOI:10.1186/2045-7022-4-33.

［6］Kong HH,Oh J,Deming C,et al.Temporal shifts in the skin microbiome associated with disease flares and treatment in children with atopic dermatitis ［J］.Genome Res,2012,22（5）:850-859.DOI:10.1101/gr.131029.111.

［7］Otto M.Molecular basis ofStaphylococcus epidermidisinfections［J］.Semin Immunopathol,2012,34（2）:201-214.DOI:10.1007/s00281-011-0296-2.

［8］Iwase T,Uehara Y,Shinji H,et al.Staphylococcus epidermidis EspinhibitsStaphylococcus aureusbiofilm formation and nasal colonization ［J］.Nature,2010,465 （7296）:346-349.DOI:10.1038/nature09074.

［9］Baviera G,Leoni MC,Capra L,et al.Microbiota in healthy skin and in atopic eczema ［J］.Biomed Res Int,2014,2014:436921.DOI:10.1155/2014/436921.

［10］劉小萍,王學民.微生態(tài)和皮膚屏障與頭皮屑［J］.國際皮膚性病學雜志,2014,40（2）:106-109.DOI:10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2014.02.010.

［11］Nakamizo S,Egawa G,Honda T,et al.Commensal bacteria and cutaneous immunity［J］.Semin Immunopathol,2015,37（1）:73-80.DOI:10.1007/s00281-014-0452-6.

［12］Pasparakis M,Haase I,Nestle FO.Mechanisms regulating skin immunity and inflammation［J］.Nat Rev Immunol,2014,14（5）:289-301.DOI:10.1038/nri3646.

［13］De Benedetto A,Agnihothri R,McGirt LY,et al.Atopic dermatitis:a disease caused by innate immune defects? ［J］.J Invest Dermatol,2009,129 （1）:14-30.DOI:10.1038/jid.2008.259.

［14］Wollenberg A,R?wer HC,Schauber J.Innate immunity in atopic dermatitis［J］.Clin Rev Allergy Immunol,2011,41（3）:272-281.DOI:10.1007/s12016-010-8227-x.

［15］Kuo IH,Yoshida T,De Benedetto A,et al.The cutaneous innate immune response in patients with atopic dermatitis［J］.J Allergy Clin Immunol,2013,131 （2）:266-278.DOI:10.1016/j.jaci.2012.12.1563.

［16］Wang G.Human antimicrobial peptides and proteins［J］.Pharmaceuticals （Basel）,2014,7（5）:545-594.DOI:10.3390/ph7050545.

［17］Domenico J,Lucas JJ,Fujita M,et al.Susceptibility to vaccinia virus infection and spread in mice is determined by age at infection,allergen sensitization and mast cell status［J］.Int Arch Allergy Immunol,2012,158 （2）:196-205.DOI:10.1159/000330647.

［18］Belkaid Y,Segre JA.Dialogue between skin microbiota and immunity ［J］.Science,2014,346 （6212）:954-959.DOI:10.1126/science.1260144.

Atopic dermatitis and skin microecosystem

Wu Xia,Dou Xia*,Yu Bo.*Department of Dermatology,Peking University Shenzhen Hospital Affiliated to Guangzhou Medical University,Shenzhen 518036,China

Atopic dermatitis（AD）is a kind of chronic recurrent inflammatory skin disease with complex pathogenesis.The immune-inflammatory responses induced by epidermal barrier dysfunction,exposure to environmental allergens and colonization ofStaphylococcus aureusin the context of genetics participate in the pathogenesis of AD.Skin microecosystem is a complex ecosystem which consists of microorganisms on the surface of the skin.Recent studies have shown that abnormal skin microecosystem plays an important role in the pathogenesis of AD.Besides increasedS.aureuscolonization,there are changes in the quantity and function of other microorganisms such asS.epidermidison the skin of patients with AD.Therefore,further understanding of the relationship between various microfloras and AD may be helpful to the prevention and treatment of AD.

Dermatitis,atopic;Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Environmental microbiology;Barrier

s:Yu Bo,Email:yubomd@163.com;Dou Xia,Email：drdouxia@163.com

2015-10-26）

廣東省自然科學基金（2014A030313723）

Fund program:Natural Science Foundation of Guangdong Province of China（2014A030313782）

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2016.05.018

于波，Email：yubomd@163.com；竇俠，Email：drdouxia@163.com

本文主要縮寫：AD：特應性皮炎，KC：角質(zhì)形成細胞，TLR：Toll樣受體，AMP：抗菌肽，hBD：β防御素，MSCRAMM：微生物識別黏附基質(zhì)分子的表面成分，PRR：模式識別受體