細(xì)菌生物膜與皮膚病相關(guān)性研究進(jìn)展

韓 陽(yáng) 李曉東

沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院附屬中心醫(yī)院，沈陽(yáng)，110000

人體皮膚表面存在多種微生物群落(包括細(xì)菌、真菌、病毒、節(jié)肢動(dòng)物、古生物等)，它們與人體相互依存、相互影響，在皮膚結(jié)構(gòu)功能中發(fā)揮重要作用。皮膚表面定植的細(xì)菌以浮游狀態(tài)或生物膜狀態(tài)存在。以往研究發(fā)現(xiàn)，皮膚疾病的發(fā)生與細(xì)菌定植比例及菌群多樣性的改變密切相關(guān)。近期一些研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌生物膜的存在可能與痤瘡、特應(yīng)性皮炎等多種皮膚疾病相關(guān)[1]，但這些研究多關(guān)注于單種皮膚疾病中的細(xì)菌生物膜。本文現(xiàn)對(duì)細(xì)菌生物膜相關(guān)皮膚疾病進(jìn)行歸納，綜述如下。

1 細(xì)菌生物膜

細(xì)菌生物膜是細(xì)菌在生長(zhǎng)過(guò)程中，為適應(yīng)環(huán)境而附著在有生命或無(wú)生命的材料表面，由細(xì)菌本身及其分泌的胞外多聚物共同組成的細(xì)菌群體。細(xì)菌生物膜的主要成分為水、細(xì)菌和生物大分子(包括多糖、核酸、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)等物質(zhì))。

細(xì)菌生物膜可存在于人體皮膚表面及體內(nèi)。隨著醫(yī)學(xué)發(fā)展，越來(lái)越多的醫(yī)療器械、人造器官等植入物被用于治療各種疾病，而細(xì)菌生物膜可依附在植入物上，引發(fā)細(xì)菌生物膜相關(guān)的感染。除此之外，細(xì)菌生物膜也可引發(fā)非植入物相關(guān)的感染，如慢性阻塞性肺疾病、先天性心內(nèi)膜炎、慢性中耳炎、體表創(chuàng)面感染等。體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，相比于細(xì)菌浮游狀態(tài)，細(xì)菌生物膜具有更強(qiáng)的耐藥性，生物膜中細(xì)菌的最低抑菌濃度和最低殺菌濃度均遠(yuǎn)高于浮游細(xì)菌，細(xì)菌生物膜對(duì)宿主的免疫防御能力更強(qiáng)。因此，細(xì)菌生物膜更易引發(fā)疾病，且很難被清除[2]。

2 與細(xì)菌生物膜相關(guān)的皮膚疾病

生物膜與皮膚疾病密切相關(guān)，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌生物膜參與多種皮膚疾病的發(fā)生與發(fā)展。下面逐一闡述：

2.1 痤瘡 痤瘡(acne)是一種常見(jiàn)的發(fā)生于毛囊皮脂腺的慢性炎癥性皮膚病。痤瘡的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜。研究發(fā)現(xiàn)，痤瘡丙酸桿菌在痤瘡發(fā)病機(jī)制中起到重要作用。痤瘡丙酸桿菌(Cutibacterium acnes)是一種革蘭氏陽(yáng)性厭氧菌芽孢桿菌，為皮膚常駐菌之一，能促進(jìn)皮脂腺導(dǎo)管細(xì)胞角化及皮脂腺分泌，并誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，促使痤瘡發(fā)生及加重[3]。近期研究發(fā)現(xiàn)痤瘡丙酸桿菌形成的生物膜參與痤瘡的發(fā)病。Jahns等[4]應(yīng)用熒光顯微鏡觀察到，尋常型痤瘡患者皮脂腺腺泡中生物膜明顯多于健康對(duì)照組。也有研究發(fā)現(xiàn)中、重度痤瘡分離出的痤瘡丙酸桿菌形成生物膜的能力更強(qiáng)[5]。體外研究發(fā)現(xiàn)，痤瘡丙酸桿菌生物膜比痤瘡丙酸桿菌耐藥性強(qiáng)，并產(chǎn)生更多的脂酶，加重痤瘡炎癥反應(yīng)。在痤瘡治療時(shí)，痤瘡丙酸桿菌生物膜可為菌體提供物理屏障，使藥物較難接觸到痤瘡丙酸桿菌。同時(shí)，生物膜的存在會(huì)提升痤瘡丙酸桿菌耐藥性，使痤瘡的抗菌素治療更加困難[6]。

2.2 特應(yīng)性皮炎 特應(yīng)性皮炎(atopic dermatitis, AD)是一種常見(jiàn)的慢性皮膚病，以復(fù)發(fā)性、瘙癢性、炎性皮損為特點(diǎn)[7]。越來(lái)越多的研究表明皮膚微生物可參與AD發(fā)病。有研究發(fā)現(xiàn)，90%的AD患者會(huì)感染金黃色葡萄球菌，而在健康人群中約為5%～20%[8]。金黃色葡萄球菌的菌落可以釋放毒素和酶類物質(zhì)損傷皮膚，并可誘導(dǎo)釋放白細(xì)胞介素。因此，金黃色葡萄球菌在AD病變的發(fā)展過(guò)程中被認(rèn)為是一種重要的環(huán)境致病因子[9]。金黃色葡萄球菌具有形成生物膜的傾向，其生物膜在AD發(fā)病過(guò)程中也發(fā)揮重要作用[10]。應(yīng)用共聚焦顯微鏡可觀察到AD皮損表面存在金黃色葡萄球菌生物膜。Katsuyama等[11]發(fā)現(xiàn)金黃色葡萄球菌生物膜增長(zhǎng)速度較快且能夠提高金黃色葡萄球菌的耐藥性。Allen等[10]對(duì)40例AD患者的皮膚進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)所有樣本都含有多重耐藥并具有生物膜形成能力的金黃色葡萄球菌。此外，金黃色葡萄球菌生物膜已被發(fā)現(xiàn)在AD皮膚的外分泌管中定植，通過(guò)顯微組織鏡檢發(fā)現(xiàn)其可阻塞外分泌腺，這種由生物膜誘導(dǎo)的外分泌腺阻塞可以誘發(fā)炎癥、瘙癢，最終導(dǎo)致AD皮損形成。金黃色葡萄球菌生物膜可通過(guò)參與機(jī)體免疫反應(yīng)導(dǎo)致AD病程慢性、遷延。其原因一方面是金黃色葡萄球菌生物膜的存在可保護(hù)細(xì)菌免受天然免疫細(xì)胞(尤其是巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞)損傷[12]；另一方面金黃色葡萄球菌生物膜可分泌特定蛋白(如α毒素、LukA和LukB等)，抑制巨噬細(xì)胞的吞噬作用[13]，上述途徑有助于細(xì)菌免疫逃逸，導(dǎo)致AD復(fù)發(fā)、難以治療。

金黃色葡萄球菌生物膜可直接作用于角質(zhì)形成細(xì)胞加重AD病情。研究發(fā)現(xiàn)，金黃色葡萄球菌生物膜提取物可誘導(dǎo)IL-6的分泌，導(dǎo)致角蛋白1和10以及絲聚合蛋白等重要分化標(biāo)記表達(dá)減少[14]，進(jìn)而影響角質(zhì)形成細(xì)胞的最終分化[15]。也有研究發(fā)現(xiàn)，暴露于金黃色葡萄球菌生物膜的角質(zhì)形成細(xì)胞在3 h后即喪失生存能力并發(fā)生凋亡，而暴露于浮游培養(yǎng)金黃色葡萄球菌的角質(zhì)形成細(xì)胞3 h后與暴露于對(duì)照組的角質(zhì)形成細(xì)胞類似[16]。雖然細(xì)菌生物膜誘導(dǎo)凋亡機(jī)制尚未研究清楚，但金黃色葡萄球菌生物膜誘發(fā)角質(zhì)形成細(xì)胞凋亡這一現(xiàn)象十分重要，因?yàn)樯掀ぜ?xì)胞損傷會(huì)釋放dsRNA，從而啟動(dòng)TLR3-3介導(dǎo)的胸腺基質(zhì)淋巴生成素(TSLP)分泌[17]。TSLP的分泌會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的瘙癢反應(yīng)[18]，由瘙癢誘發(fā)的反復(fù)搔抓會(huì)加劇皮膚的剝離，加重AD。

2.3 皮膚創(chuàng)傷 皮膚是人體最大的器官，可保護(hù)體內(nèi)組織免受內(nèi)源微生物(皮膚菌群)和外源微生物的侵襲。然而，在皮膚損傷的情況下，微生物可以避開(kāi)宿主的第一道防線，粘附在皮下軟組織上，增殖并形成生物膜。創(chuàng)傷部位微生物可在短時(shí)間內(nèi)形成生物膜。Kanno等[19]應(yīng)用大鼠創(chuàng)傷模型在體外模擬生物膜的形成時(shí)，發(fā)現(xiàn)最短在8 h內(nèi)即可觀察到創(chuàng)傷部位形成生物膜。

創(chuàng)傷可分為急性和慢性，急性和慢性傷口都能為細(xì)菌生物膜的生長(zhǎng)提供適宜的環(huán)境條件，其中慢性創(chuàng)口中細(xì)菌生物膜發(fā)現(xiàn)率更高[20]。James等[21]通過(guò)電鏡掃描研究發(fā)現(xiàn)，60%的慢性創(chuàng)傷中存在生物膜，而這一比例在急性創(chuàng)傷中只有6%。通過(guò)體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，在創(chuàng)傷中形成細(xì)菌生物膜的主要致病微生物為葡萄球菌、銅綠假單胞菌和腸球菌。Han等[22]利用RNA測(cè)序研究在慢性傷口中鑒定出17種可形成生物膜的微生物。

細(xì)菌生物膜是延遲傷口愈合的主要因素，生物膜為細(xì)菌生存創(chuàng)造一個(gè)良好環(huán)境，使細(xì)菌提升對(duì)外界環(huán)境變化的耐受力。同時(shí)，細(xì)菌生物膜的存在會(huì)損傷創(chuàng)傷部位的免疫反應(yīng)，延緩上皮化，并阻礙肉芽組織生長(zhǎng)[21]。許多病原體能夠附著在生物膜上，而細(xì)菌生物膜圍繞在聚合基質(zhì)周圍形成緊密包塊，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有助于病原體躲避抗生素的作用[23]。細(xì)菌生物膜的形成還能促進(jìn)微生物交流、增強(qiáng)微生物毒性、加速分解營(yíng)養(yǎng)并幫助微生物的傳代與發(fā)展[24]。

2.4 真皮填充 用于醫(yī)療美容的填充物可以修容、治療疤痕、平滑皺紋等，填充治療涉及注射異物凝膠進(jìn)入真皮或皮下組織[25]，填充之后局部可能會(huì)出現(xiàn)多種副作用，主要表現(xiàn)為紅斑和輕度柔軟的結(jié)節(jié)[26]。這些紅斑、結(jié)節(jié)處細(xì)菌培養(yǎng)通常為陰性，因此被認(rèn)為與炎癥、非感染性的因素相關(guān)，常用類固醇、抗組胺藥和非甾體抗炎藥(NSAIDs)來(lái)治療。近期研究發(fā)現(xiàn)，這些副作用與細(xì)菌生物膜的存在相關(guān)。Alhede等[27]應(yīng)用小鼠模型研究真皮填充物和生物膜的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)僅有很小量細(xì)菌存在，真皮填充凝膠可促進(jìn)細(xì)菌生物膜的形成。此外，他們還報(bào)道了廣譜抗生素能夠在填充后24 h內(nèi)緩解上述副作用，但抗生素的作用于注射后72 h減弱。同時(shí)，應(yīng)用低劑量的類固醇，對(duì)感染的病程無(wú)治療作用，而大劑量的激素治療有很多副作用。

Christensen等[25]對(duì)54例應(yīng)用聚丙烯酰胺凝膠填充后產(chǎn)生副作用的患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，注射5年后98%后遺癥患者仍可檢測(cè)到低致病性的常駐菌群(如表皮葡萄球菌和痤瘡丙酸桿菌)形成的生物膜相關(guān)感染，而無(wú)癥狀的術(shù)后患者沒(méi)有任何生物膜感染的征象。Saththianathan等[28]在體外研究發(fā)現(xiàn)所有類型的真皮填充劑都能夠促進(jìn)表皮葡萄球菌生物膜的增殖。Wang等[29]測(cè)試了三種常見(jiàn)的皮膚濕巾成分(乙醇、氯己定和聚維酮碘)對(duì)金黃色葡萄球菌的影響，發(fā)現(xiàn)均可輕微減少生物膜的形成。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)隨著注射針頭直徑的增大，真皮細(xì)菌遷移增多，而注射深度越深，真皮細(xì)菌遷移越少。連續(xù)縫合與間斷縫合的細(xì)菌遷移率一樣，而扇形注射技術(shù)導(dǎo)致遷移率增高。

2.5 其他皮膚疾病 化膿性汗腺炎(Hidradenitis suppurativa, HS)是一種頂泌汗腺慢性化膿性炎癥，主要發(fā)生于腋窩、外生殖器及肛周等部位，如治療不及時(shí)病程反復(fù)，易出現(xiàn)疼痛性的膿腫和瘺道，該病確切發(fā)病機(jī)制仍不清楚, 而皮損處定植的細(xì)菌生物膜可能參與該病炎癥的發(fā)生[30]。有研究報(bào)道，在HS患者中表皮葡萄球菌致病性增加，主要表現(xiàn)為耐藥性增強(qiáng)、產(chǎn)生更多的生物膜以及生物膜耐藥性升高等。研究發(fā)現(xiàn)在26例HS患者中有16例可檢測(cè)到表皮葡萄球菌定植，共鑒定出27種不同的表皮葡萄球菌，其中有24種是強(qiáng)生物膜產(chǎn)生者[31]。Ring等[32]研究42例HS患者發(fā)現(xiàn)，67%的慢性皮損處存在生物膜，主要存在于竇道或漏斗內(nèi)。

痱子是一組有小汗管破壞的外泌汗腺疾病。痱子皮損處活檢可觀察到汗管阻塞。Mowad等[33]發(fā)現(xiàn)將具有形成生物膜能力的葡萄球菌接種到前臂，會(huì)誘發(fā)痱子，而非生物膜形成的葡萄球菌無(wú)這種反應(yīng)。因此研究者認(rèn)為細(xì)菌生物膜可參與痱子發(fā)病，其原因可能為生物膜阻塞汗腺分泌汗液從而誘發(fā)痱子。

在膿皰瘡和癤病中可檢測(cè)到金黃色葡萄球菌生物膜的存在，在非大皰性膿皰瘡皮損中可發(fā)現(xiàn)化膿性鏈球菌和金黃色葡萄球菌生物膜[34]。

3 結(jié)語(yǔ)

細(xì)菌生物膜已成為皮膚疾病致病因素中重要成員之一。越來(lái)越多的研究證實(shí)，細(xì)菌生物膜在皮膚疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用，但目前有關(guān)細(xì)菌生物膜與皮膚疾病相關(guān)性的研究才剛剛起步。進(jìn)一步探索更多常見(jiàn)皮膚病(如病毒性皮膚病、細(xì)菌性皮膚病、皮炎濕疹等)中細(xì)菌生物膜，對(duì)了解相關(guān)皮膚病發(fā)病過(guò)程至關(guān)重要。在不久的將來(lái)，關(guān)于對(duì)細(xì)菌在皮膚病中發(fā)揮作用的認(rèn)識(shí)，很可能因細(xì)菌生物膜的深入研究被不斷刷新。針對(duì)生物膜的治療可能改變宿主反應(yīng)和細(xì)菌對(duì)抗生素的耐藥性，以細(xì)菌生物膜為靶點(diǎn)來(lái)治療可能成為新興熱點(diǎn)，為皮膚疾病的治療提供一個(gè)新的思路。