皮膚微生物菌群及皮膚健康關(guān)系研究進(jìn)展

姜春鵬

（蘇州綠葉日用品有限公司，江蘇 蘇州 215151）

皮膚作為人體最大器官，對(duì)外界環(huán)境起著不可替代的屏障功能，抵御外來物質(zhì)的侵入，同時(shí)也保護(hù)人體自身的水份熱量等的流失。 一個(gè)成人皮膚面積約為1.8 m2，在皮膚上生活著大量的微生物[1,2]：細(xì)菌，真菌及病毒，可以高達(dá)107個(gè)/cm-2。 這些微生物菌群與人體皮膚及人體健康息息相關(guān)。早期的研究認(rèn)為細(xì)菌的數(shù)量大約是人體細(xì)胞的10倍[3]。最近的研究計(jì)算則認(rèn)為細(xì)菌和人體細(xì)胞的比例大概為3∶1～1∶1[4]。

1 皮膚微生物菌群

在過去的五十多年的時(shí)間里，研究人員對(duì)皮膚微生物做了大量的研究。傳統(tǒng)方法用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)方法分離，鑒定皮膚表皮細(xì)菌。由于某些細(xì)菌在傳統(tǒng)的培養(yǎng)液中生長緩慢，而另外一些細(xì)菌（如葡萄球菌）則可能快速大量繁殖，最后的計(jì)數(shù)難以反映皮膚菌群的真實(shí)分布。重要的是，和大自然的生態(tài)環(huán)境一樣，一些數(shù)量比例很少的微生物，影響著皮膚菌群的多樣性，并和皮膚健康狀態(tài)緊密相關(guān)。

現(xiàn)代人體微生物研究著重于基因測序分析，利用原核生物核糖體RNA上共有的的小亞基（16 s）進(jìn)行PCR鑒定識(shí)別。核糖體數(shù)據(jù)庫的建立，像字典一樣可以查閱確認(rèn)微生物的身份。盡管如此，對(duì)于罕見的微生物來說，16S rRNA依然測序分析耗費(fèi)精力，效能很低難以快速描繪出真正的生物多樣性[5-8]。焦磷酸測序，作為第二代測序技術(shù)，則是利用核苷酸釋放焦磷酸的反應(yīng)進(jìn)行中短鏈的高通量基因定序和分析。宏基因測序直接測得樣品群體中所有樣本基因，可以獲取發(fā)現(xiàn)更多的微生物種類。測序價(jià)格的下降讓研究更深入微觀。測序技術(shù)需要足量的生物樣品量，而皮膚菌群的樣本量限制技術(shù)了宏基因技術(shù)的推廣應(yīng)用。 此外16S rRNA技術(shù)無法判斷微生物是活著的或者是無生命狀態(tài)。傳統(tǒng)的生物培養(yǎng)方法和現(xiàn)代各種測序技術(shù)的結(jié)合，使皮膚微生物菌群研究不斷深入延展，推動(dòng)著皮膚健康和微生物菌群動(dòng)態(tài)關(guān)系的認(rèn)識(shí)。

基于健康人群的皮膚菌群豐度，數(shù)量及在不同部位的分布特點(diǎn)，給皮膚護(hù)理產(chǎn)品的研發(fā)帶來不同的視角與思路。比如針對(duì)面部油性皮膚，皮脂分泌旺盛，細(xì)菌數(shù)量大，種類少。皮膚的菌群生態(tài)可以以數(shù)量控制為主，防止丙酸桿菌屬大量繁殖。進(jìn)一步研究表明，在同一種屬下（species level），不同丙酸桿菌菌株在正常皮膚和青春痘皮膚上的分布不同[6]。如何有選擇性的控制那類易引發(fā)粉刺的丙酸桿菌菌株繁殖，在實(shí)踐上是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)。對(duì)于干燥部位，細(xì)菌數(shù)量少，豐度高。這些皮膚部位菌群類似于脆弱的高原生態(tài)環(huán)境，極易受到破壞影響。皮膚護(hù)理則應(yīng)該側(cè)重于維護(hù)細(xì)菌豐度，保護(hù)好原生菌群生長的環(huán)境。對(duì)于濕潤皮膚部位護(hù)理，則根據(jù)不同部位，不同需要，提供不同的解決方案。例如手部，手掌心屬于濕潤區(qū)，沒有皮脂腺，汗腺發(fā)達(dá)，菌群數(shù)量和豐度都較高，與外界環(huán)境接觸也是最多的。適當(dāng)?shù)目刂圃鼐旱臄?shù)量，可以增強(qiáng)外來致病菌（transient pathogenic bacteria）的競爭，減少外來菌的駐留和生長[7]。

同樣對(duì)于腋窩部位，既有發(fā)達(dá)的汗腺，也有很多油脂腺。細(xì)菌種類包括喜濕的棒狀桿菌（Cornybacterium）和葡萄球菌（Staphylococcus）和喜油脂的丙酸桿菌（Propionibacterium）。微生物菌群之間的相互競爭會(huì)影響人體體味的產(chǎn)生?？刂莆⑸锏恼w數(shù)量，并針對(duì)性的控制棒狀桿菌的生長，乃至于選擇性的控制某些種屬的葡萄球菌（Staphylococcusgenus level, S.hominis），是消除體味最理想的技術(shù)方案[8]。

最近的一項(xiàng)宏基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)人體皮膚微生物菌群具有相當(dāng)穩(wěn)定性。研究人員在3個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)（1個(gè)月～2年），12名健康人，17個(gè)皮膚部位進(jìn)行宏基因組鳥槍法測序。研究證實(shí)了細(xì)菌、真菌和病毒群落在特定的皮膚部位表現(xiàn)出強(qiáng)烈的棲息偏好性，而且起著微生物印跡（microbial fingerprint）的作用。盡管經(jīng)常受到外部擾動(dòng)，如經(jīng)常接觸其他人、衣服和環(huán)境，皮膚微生物群落在一段時(shí)間后保持穩(wěn)定。多樣性最低的油脂區(qū)部位出現(xiàn)了最為穩(wěn)定的細(xì)菌和真菌群落，多樣性最高的干燥區(qū)域也表現(xiàn)出來相對(duì)的穩(wěn)定性。相對(duì)而言，濕潤部位菌群結(jié)構(gòu)最不穩(wěn)定，重要的是每個(gè)人并沒有從環(huán)境中獲得流行的微生物，相反保持各自獨(dú)特的微生物特征[9]。

這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于梳理皮膚健康與微生物菌群結(jié)構(gòu)的關(guān)系至關(guān)重要。 研究表明健康人群皮膚自身具有維護(hù)皮膚微生物結(jié)構(gòu)的能力，并且可以成為皮膚健康的指針。上述研究基本可以回答健康人體皮膚微生物菌群的第一個(gè)問題，關(guān)于人類皮膚菌群種類， 數(shù)量隨身體部位，性別，時(shí)間，族裔等因素的變化。各種皮膚問題和疾病的調(diào)查研究有利于理解皮膚菌群多樣性與皮膚的生理特征和皮膚疾病之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

2 皮膚微生物菌群生物多樣性和關(guān)鍵影響因素

2.1 人體不同部位皮膚微生物菌群多樣性

美國國家衛(wèi)生研究院 （National Institutes of Health, NIH）2008年開始啟動(dòng)了大規(guī)模的人體微生物研究計(jì)劃 （Human Microbiome Project, HMP），對(duì)皮膚微生物的分子水平上的進(jìn)行了深入基礎(chǔ)研究和臨床實(shí)踐。全球科學(xué)家也不斷地投入到該領(lǐng)域中，越來越多的皮膚科醫(yī)生，微生物學(xué)家和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品專業(yè)技術(shù)人員，開始將皮膚作為一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)。這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)不斷生存演化，有著賴于生存并相互影響的生物物理化學(xué)環(huán)境。環(huán)境和生物體系之間相互關(guān)聯(lián)，相互影響，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的生態(tài)平衡。這種全新的宏觀互動(dòng)機(jī)制，為醫(yī)藥，化妝品，食品，保健品等提供了新的思路和可能的路徑手段以改善提高皮膚健康狀態(tài)。對(duì)于個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品包括護(hù)膚品，洗護(hù)用品，口腔護(hù)理產(chǎn)品都意味著跳出最初的除菌抑菌的巢臼，均衡考慮生態(tài)平衡要素，從而有效避免長期使用過程中引發(fā)的負(fù)面效應(yīng)。

實(shí)際上到現(xiàn)在為止，很多研究者對(duì)皮膚共生的菌群的作用機(jī)制仍然心存疑慮。共生菌群是如何作用，直接對(duì)皮膚提供益處，又或是如何阻止其他有害微生物在皮膚上定存呢？ 在此之前必須弄明白3個(gè)問題：皮膚表面到底有什么樣的微生物；微生物的多樣性如何影響皮膚健康以及和疾病狀態(tài)的關(guān)系；皮膚的各種處理和護(hù)理是如何影響人體微生物的多樣性[6]。

人體皮膚微生物可以簡單分為常駐菌群（residential flora）和臨時(shí)性細(xì)菌（transient bacteria）[10]。人體皮膚部位特點(diǎn)不同，人體微生物菌群風(fēng)情迥異。大致上人體皮膚可以分為油脂區(qū)，濕潤區(qū)，和干燥區(qū)。典型的油脂區(qū)包括前額，面頰，鼻翼，前胸，后背等部位；濕潤區(qū)包括腋窩，肚臍，手掌心，足部，鼻孔等部位；而干燥區(qū)有胳膊，腿，臀部等部位。通常皮膚的油性皮膚部位多樣性最低，干燥性部位多樣性最高[11]。

油性區(qū)占優(yōu)勢地位的細(xì)菌是丙酸桿菌屬 （Propionibacterium），濕潤部位最多的是葡萄球菌和棒狀桿菌屬（Corynebacterium）。根據(jù)培養(yǎng)方法測得的數(shù)據(jù)，胳膊，臀部等干燥部位的細(xì)菌比濕潤皮膚部位數(shù)量少[12]。令人吃驚的是干燥皮膚部位菌群的多樣性最高，甚至高于腸道菌群的多樣性。此外在這些部位還發(fā)現(xiàn)了常駐革蘭氏陰性菌，在過去這被普遍認(rèn)為是腸道菌群的污染所致[13]。

影響皮膚微生物菌群生態(tài)結(jié)構(gòu)的因素多種多樣，既有環(huán)境因素也有內(nèi)在因素。人體不同的皮膚部位，實(shí)際上決定著不同的生態(tài)環(huán)境，如濕度，pH值，油脂，皮膚的粗糙度。橫向比較不同人的微生物菌群結(jié)構(gòu) （β-diversity），發(fā)現(xiàn)皮膚生理部位特征影響大于其他因素，如年齡，性別和時(shí)間等[14]。對(duì)于單個(gè)個(gè)體 （α-diversity），年齡的變化引起的生理變化，如青春期的油脂分泌，生理期的激素水平，男女之間皮膚汗腺/皮脂腺的差異，都會(huì)引起人體皮膚微生物菌群的差異性[15,16]。

2.2 關(guān)鍵影響因素

H.Lambers 等研究了人體皮膚的pH 值，認(rèn)為皮膚的pH 值應(yīng)該在5以下。沐浴產(chǎn)品會(huì)對(duì)于皮膚pH值引發(fā)顯著改變。 例如用市售香皂洗澡6 h后，pH值為5.6，顯著高于起始值，并高于用水或pH中性的沐浴露處理的皮膚。相應(yīng)體外（in-vitro）實(shí)驗(yàn)揭示人體原駐菌，表皮葡萄球菌在弱酸性條件下強(qiáng)勢生長，外來可能致病菌金黃色葡萄球菌生長緩慢。pH變成中性之后，兩者生長狀態(tài)逆轉(zhuǎn)，金黃色葡萄球菌變成強(qiáng)勢菌群。此研究給護(hù)理產(chǎn)品提供一種獨(dú)特而相對(duì)容易的方案，以更好的維護(hù)肌膚健康狀態(tài)[17]。實(shí)際上在1990年H.Korting在一項(xiàng)交叉實(shí)驗(yàn)中，指出了皮膚pH值和皮膚微生物生長之間的關(guān)系。研究論文前瞻性的指出即使pH值微小的變化，也可能帶來皮膚菌群的顯著擾動(dòng)[18]。

3 皮膚微生物菌群生物與皮膚健康動(dòng)態(tài)關(guān)系

到目前為止，沒有充分證據(jù)說明微生物和問題皮膚之間存在因果關(guān)系， 也沒有直接證據(jù)說明肌膚問題是微生物直接導(dǎo)致。兩者關(guān)系類似于“蛋”和“雞”的爭論?？紤]到皮膚復(fù)雜的生理環(huán)境，這更可能是一個(gè)雙向反饋，互動(dòng)共生的過程：皮膚生理狀態(tài)的變化，類似于生態(tài)環(huán)境變化，誘發(fā)微生物菌群種類和/或數(shù)量發(fā)生變化； 微生物菌群的變化，又反之影響皮膚微生態(tài)環(huán)境的變動(dòng)。皮膚的屏障功能如經(jīng)皮失水率，角質(zhì)層結(jié)構(gòu)，皮脂分泌量等都隨之變動(dòng)。

互動(dòng)共生在理論和實(shí)際的研究觀察中認(rèn)為是可能的。皮膚表面的小汗腺（eccrine）分泌出的汗液，提供水分，鹽分和抗菌肽（antimicrobial peptide, AMP），為微生物生長提供水分和必要礦物元素。皮脂腺分泌物富含油脂成分，降解后形成自由脂肪酸，為微生物提供營養(yǎng)。汗腺中含有乳酸，加之油脂成分分解后形成的脂肪酸，構(gòu)成皮膚的弱酸性微環(huán)境。這些表皮結(jié)構(gòu)和局部生理特征就會(huì)直接控制影響皮膚常駐菌群的數(shù)量和種類[19]。同時(shí)某些常駐菌，如表皮葡萄球菌可以促進(jìn)beta-defensins 2和3防御素合成，增加對(duì)外來可能致病菌，如金黃色葡萄球菌的抵抗能力。這就構(gòu)成典型的共生關(guān)系[20]。

P.Zeeuwen, J.Boekhorst重點(diǎn)研究了皮膚屏障功能受損時(shí)，微生物菌群如何影響互動(dòng)，提出了微生物群落決定論和宿主生物決定論兩者理論模型（見圖 1和 2）[21]。

總之，皮膚微生物菌群具有相當(dāng)穩(wěn)定性，隨身體部位的生理特征不同而表現(xiàn)出不同的多樣性和數(shù)量。微生物菌群的平衡，多樣性是人體皮膚健康的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。未來日化產(chǎn)品的開發(fā)工程中，應(yīng)該充分考慮到菌群平衡，利用微生物和皮膚共生環(huán)境的互動(dòng)關(guān)系，提供更好更溫和，健康的解決方案。

圖1 微生物群落決定論Fig.1 Microbiota determinism

圖2 宿主生物決定論/病理學(xué)理論Fig.2 Host biodeterminism / pathology theory