皮膚微生物群與特應性皮炎

蘇惠春 姚煦 王寶璽

210042南京，中國醫學科學院 北京協和醫學院 皮膚病醫院過敏與風濕免疫科（蘇惠春、姚煦）；中國醫學科學院 北京協和醫學院 整形外科醫院皮膚科（王寶璽）

皮膚微生物群與特應性皮炎

蘇惠春 姚煦 王寶璽

210042南京，中國醫學科學院 北京協和醫學院 皮膚病醫院過敏與風濕免疫科（蘇惠春、姚煦）；中國醫學科學院 北京協和醫學院 整形外科醫院皮膚科（王寶璽）

皮膚的微生物群與機體保持著穩態關系，影響皮膚的屏障和免疫功能。皮膚微生物群的構成受多種因素的影響，具有多樣性和特異性。以金黃色葡萄球菌為優勢菌和皮膚微生物群的多樣性降低是特應性皮炎的主要特點。金黃色葡萄球菌的過度繁殖加重了特應性皮炎的炎癥反應。表皮葡萄球菌雖然也是特應性皮炎優勢菌，但通過樹突細胞、分泌IL?17A的Th17細胞/IL?17通路調節皮膚屏障免疫反應，拮抗金黃色葡萄球菌過度繁殖，發揮保護性免疫防御作用。馬拉色菌可以通過定植、致敏和交叉反應等多種機制誘導和加重特應性皮炎的炎癥反應。皮膚益生菌的研究有望為特應性皮炎的治療提供新的方向。

皮膚；微生物群落；皮炎，特應性；益生元；免疫；金黃色葡萄球菌

皮膚微生物群構成受多種因素的影響，具有多樣性和個體特異性［1］，皮膚的微生物群在調控致病菌的定植，影響皮膚屏障和介導皮膚先天和后天免疫反應中發揮重要的作用。近年來，特應性皮炎（atopic dermatitis，AD）的發病率逐年增加。研究顯示，AD患者皮膚微生物群的多樣性降低與病情密切相關。皮膚微生物群與AD的發病的關系正在被廣泛關注［2］。

一、皮膚的微生物群的種類和影響因素

皮膚的微生物群是指皮膚上生存的微生物的總稱，包括細菌、真菌、螨蟲和病毒，每個人體都有獨特的皮膚微生物群。皮膚微生物群包括暫駐菌和常駐菌，前者從環境中獲得并暫時停留在皮膚上，后者是與宿主保持著動態平衡關系的共生菌。暫駐菌和常駐菌的種類是由分布區域的特點決定（如pH、濕度、含鹽量、皮脂），并隨著內部因素（如基因型、年齡、性別）和外部因素（如職業、生活方式、地理位置、使用抗生素或者化妝品）的改變而變化［3］。

1.皮膚微生物群的主要類型和菌種：通過健康志愿者的分析發現，皮膚微生物群包含放線菌門、硬壁菌門、蛋白菌和擬桿菌門，主要為棒狀桿菌屬、真細菌屬、丙酸桿菌屬、葡萄球菌屬、鏈球菌屬［4］和馬拉色菌屬［5］，及一些少見微生物，如Merkel細胞多聚病毒、陰道加德那菌和溶血性鏈球菌［6］。微生物并非均勻一致的分布在皮膚角質層，在角質層和顆粒層相鄰處及真皮層也存在著極少數的細菌。位于皮膚角質層深層的微生物被認為是宿主的內源性菌群，在皮膚修復后短期的微生物再定植中發揮作用。在角質層深層，以葡萄球菌屬為代表的硬壁菌門數量相對較多，放線菌門數量較少［3，7］。

2.皮膚微生物群的主要影響因素：

（1）分娩方式的影響：研究發現，通過陰道分娩的新生兒的皮膚微生物群的構成類似于母親陰道的微生物群。剖宮產的新生兒的皮膚微生物的構成類似于母親皮膚的微生物群［8］。

（2）部位的影響：丙酸桿菌是皮脂分泌部位最主要的嗜脂性常駐菌，這與皮脂腺相對缺氧微環境有關［9］。葡萄球菌和棒狀桿菌是潮濕部位，包括臍部、足底、腘窩和肘窩最多的菌種。棒狀桿菌也是鼻前庭最常見的細菌。皮膚干燥區包括前臂、臀部和手，細菌的種類最多，包括放線菌門（棒狀桿菌）和其他變形菌門（如α、β、γ變形桿菌）、硬壁菌門、擬桿菌門［3，7］。

（3）性別和基因的影響：皮膚微生物群的多樣性存在性別差異。男性的菌種比女性多樣。男性有較高比例的鏈球菌、腸桿菌、消化球菌、消化鏈球菌、棒狀桿菌等；女性比男性有更多的乳酸桿菌、丙酸桿菌屬、加德那菌屬、棲水菌屬等［7］。個體基因的變異會影響皮膚微生物群組成。研究發現，三磷酸腺苷結合暗盒亞家族C11（adenosine triphosphate binding cassette sub family C member 11）基因第538位點上A/A基因型的患者與G/A和G/G基因型的患者比較，其腋窩的葡萄球菌減少，棒狀桿菌數目增加［10］。

（4）其他因素的影響：皮膚的微生物菌群可能還受到年齡、皮膚狀況（生理或病理改變）、季節、生活方式、社會活動或經濟收入水平等的影響。如兒童以厚壁菌門（鏈球菌），擬桿菌，變形桿菌占優勢，成人則以棒狀桿菌屬和丙酸桿菌屬占優勢［11］。

二、AD患者皮膚微生物群的特點

研究發現，＞90%的AD患者皮膚表面有金黃色葡萄球菌（金葡菌）定植，而在正常人群中不超過5%［12］。AD病情的嚴重程度與微生物的多樣性減少密切相關，急性期AD患者皮膚內微生物群的構成和多樣性減少，而在緩解期和治療后微生物群的構成和多樣性增加。AD患者的肘窩和腘窩皮損的微生物種類比正常人的少，表明AD皮損的環境可能是特定的菌種，如葡萄球菌存在的理想微環境［13］。高通量的DNA測序發現，AD的皮損處表皮葡萄球菌和金葡菌明顯增多，治療后局部皮膚內鏈球菌、丙酸桿菌、棒狀桿菌的數量增加［14］。Bilal等［15］對80例AD患兒進行了皮損區和非皮損區的細菌培養，發現皮損處比非皮損處可分離出更多的葡萄球菌，糞腸球菌、屎腸球菌、雞腸球菌、極小棒狀桿菌。除外革蘭陽性球菌，AD患兒還常合并鏈球菌和革蘭陰性菌定植。皮損處革蘭陰性菌的分離率為8.8%，與皮損的嚴重程度相關，主要包括成團泛菌、陰溝腸桿菌、產吲哚黃桿菌和洛菲不動桿菌。真菌的異常定植也與AD發病密切相關，目前研究發現約有50種真菌定植在AD的皮膚上，其中馬拉色菌是最主要的定植真菌，主要包括球形、限制型、合軸等3種。AD患者皮損區合軸馬拉色菌最多見，而非皮損區球形馬拉色菌更多見；但日本的研究發現球形馬拉色菌是AD患者皮損區主要的定植真菌，表明馬拉色菌的分布可能有地理差異［16］。

三、引起AD微生物群變化的主要因素

皮膚屏障功能異常、抗微生物肽含量降低和異常免疫應答決定了皮膚微生物群的改變。AD患者廣泛存在皮膚屏障功能異常，編碼絲聚合蛋白（FLG）的基因突變導致顆粒層中絲聚合蛋白含量降低，從而降低皮膚內天然保濕因子（NMF）的含量，引起皮膚局部pH值升高和皮膚水合作用降低，導致皮膚微生物群失調［17］。同時，AD患者皮膚中抗微生物肽的水平失調，如LL37含量降低和RNA酶7、β防御素2表達增高，不僅降低了機體對外源微生物的防御能力，也促進了局部微生物群的失調，降低了微生物群的多樣性。AD患者局部皮膚微環境中胸腺基質淋巴細胞生成素（TSLP）表達增高，作為一種強促Th2型免疫反應的細胞因子，TSLP在降低表皮分化和破壞皮膚屏障，以及降低皮膚抗微生物肽防御功能和促進微生物定植方面發揮重要作用［18］。以上的因素，綜合決定了AD患者皮膚的微生物群的構成和多樣性與正常人群的差異。

四、微生物群的變化對AD的影響

1.金葡菌異常繁殖加重AD炎癥：解聚素和金屬蛋白酶17（A disintegrin and metalloproteinase，ADAM17）是一種跨膜的蛋白酶，可以分裂多種結合膜的蛋白質成可溶解的成分，在腫瘤壞死因子α及EGFR信號通路起著主要的作用，可以分解細胞表面的pro?TNF?α和pro?EGFR配體成為活化的形式。利用Adam17fl/flSox9?Cre小鼠模型研究發現，ADAM基因敲除的小鼠可自發性出現濕疹皮損、皮膚屏障破壞異常、經皮水丟失增加、IgE升高和以CCL17為主的Th2型趨化因子表達水平增高，局部皮膚淋巴結內Th1、Th2和Th17細胞數量顯著增加，與人AD臨床特點完全相符。Adam17fl/flSox9?Cre小鼠同時出現了皮膚微生物群改變。與野生型小鼠比較，ADAM基因敲除小鼠在生后第6周皮膚表面出現以金葡菌和牛棒狀桿菌為優勢菌的菌群分布，并與皮損的嚴重度并行，局部抗生素治療可以降低金葡菌和牛棒狀桿菌的數量，從而改善病情。表皮生長因子受體（EGFR）通路在調節表皮內環境穩定中發揮重要作用，而EGFR的配體是ADAM17的底物，ADMA基因敲除所致的EGFR信號通路的異常參與了皮膚微生物群的失調。皮膚金葡菌數量異常增多后，朗格漢斯細胞參與誘導IL?17A產生，誘發局部皮膚炎癥［19］。

金葡菌還可通過分泌具有超抗原特性的毒素直接激活T細胞等免疫細胞而加重AD的炎癥反應。來源于AD患者的研究證據顯示，50%的從AD皮損中分離的金葡菌可產生毒素，如SEB（葡萄球菌腸毒素B）等，毒素特異性Inge與AD的嚴重程度相關；金葡菌表面蛋白A（SPA）可刺激T細胞釋放細胞因子引起呼吸道上皮細胞的炎癥；金葡菌δ毒素可誘導皮膚肥大細胞脫顆粒誘發局部的過敏反應［20］。SEB不僅引發皮膚濕疹樣改變和皮損內T細胞浸潤和SEB特異性T細胞擴增，還可以激活系統性Th17/IL?17反應，加劇OVA經皮致敏引起的系統性Th2的免疫反應［21］和增加AD患者屋塵螨特應性斑貼試驗反應。金葡菌毒素本身也可加劇皮膚屏障的破壞［9，22］。減少金葡菌的定植可有效緩解濕疹的嚴重程度。

2.表皮葡萄球菌發揮保護性免疫調節作用；皮膚的共生菌是皮膚免疫反應的重要驅動器和擴增器。作為皮膚的共生菌之一的表皮葡萄球菌可以調節宿主的天然免疫反應。表皮葡萄球菌在拮抗金葡菌和誘導保護性免疫反應過程中發揮一定功能的作用［9］。表皮葡萄球菌通過作用于CD11b+DC/CD103+DC調控IL?1信號通路，從而誘導皮膚內或局部淋巴結內表皮葡萄球菌特異性的分泌IL?17A的T淋巴細胞（包括CD8+T細胞、部分CD4+T細胞或者Tc17細胞）活化，分泌IL?17A，參與誘導屏障免疫反應和介導前炎癥反應。IL?17A還可以誘導成纖維細胞、角質形成細胞、巨噬細胞等產生多種細胞因子、趨化因子和前列腺素等。在病原菌感染和自身免疫性炎癥過程中，IL?17A增強局部保護性炎癥防御反應。皮膚損傷時，損傷細胞釋放RNA，通過活化角質形成細胞表面Toll樣受體3而介導炎癥反應。表皮葡萄球菌的脂磷壁酸LTA可通過活化角質形成細胞Toll樣受體2，誘導TNF受體相關因子1而抑制Toll樣受體3信號通路活化，抑制損傷介導的炎癥反應［9］。

3.馬拉色菌參與AD發病的多重角色：AD患者皮膚內抗菌肽降低導致馬拉色菌過度生長，pH值升高可以刺激馬拉色菌抗原釋放。馬拉色菌不僅是感染原，也是AD的主要過敏原，部分馬拉色菌抗原與宿主蛋白具有同源性，如合軸馬拉色菌抗原Malas13和人的硫氧還蛋白同源，可引起自身變態反應［20］。當馬拉色菌數量異常增多后，局部皮膚內的抗原提呈細胞攝取馬拉色菌抗原，并將抗原信息提呈給T細胞，上調黏附分子，誘導白細胞皮損內聚集。同時作為AD常見過敏原，馬拉色菌特異性的IgE不僅可以通過Ⅰ型超敏反應機制介導肥大細胞活化，還可以通過交叉反應引起自身變態反應的發生，從而加重AD病情。故以頭頸部為主要累及部位的AD患者，有局部馬拉色菌定植增加，需加用抗真菌治療才能較好控制病情［23］。

五、益生菌可有效預防和治療AD

益生菌乳桿菌GG通過誘導腸道T調節細胞聚集和功能成熟機制，在重建腸道微生物群和治療抗生素相關的腹瀉方面取得了較好臨床療效［1］。鑒于益生菌治療過敏的腹瀉的經驗，提示皮膚益生菌可能會有效治療皮膚炎癥。近年來，有數個臨床試驗報道了益生菌有效預防過敏性疾病的研究數據。Kuitunen等［24］的研究顯示，益生菌補充飲食可明顯改善嬰兒AD病情。Rosenfeldt等［25］研究顯示，給予1 ～ 13歲的AD兒童為期6周的益生菌治療，56%的患兒病情明顯改善。Kalliom?ki等［26］研究顯示，如果一級親屬患有過敏性疾病的母親在懷孕期間給予乳桿菌GG治療，并持續至生后6個月，隨訪到嬰兒2歲時，AD的發生率僅為35%，而對照組為70%。以上的證據均證實了益生菌可有效預防AD的發生。推測與腸道益生菌的治療可改變系統免疫反應有關，如益生菌腸道菌群通過調節特異性T細胞亞群特別是Th1而影響其他器官的免疫反應。來源于實驗室的研究證據顯示，乳酸桿菌屬可競爭性抑制金葡菌黏附于角質形成細胞；阻止紫外線引發的彈性蛋白酶產生，降低前炎癥細胞因子IL?1和IL?10的分泌，和減少皮膚內Langerhans細胞數量［27］；局部皮膚的微生物群的補充或益生菌的應用可減少金葡菌的定植，預防皮損發生和緩解AD病情［28］。

六、結語

AD皮膚微生物群的研究數據仍然有限。目前的研究證據顯示，以金葡菌為優勢菌的局部微生物群構成加劇了皮膚屏障功能和免疫功能的異常；表皮葡萄球菌通過誘導分泌IL?17A的T細胞活化而參與保護性免疫防御反應。糾正皮膚表面微生物群失衡狀態，重建皮膚微生物群將會成為AD重要的研究方向和治療方向。但是，皮膚微生物群和局部免疫反應，以及臨床間的相關性仍不明確，尚待深入研究。

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Skin microbiome and atopic dermatitis

Su Huichun,Yao Xu,Wang Baoxi
Department of Allergy and Rheumatology,Institute of Dermatology,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking

Union Medical College,Nanjing 210042,China（Su HC,Yao X）;Department of Dermatology,Plastic Surgery Hospital,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Beijing 100144,China

Skin microbiome maintain homeostasis with the host,and affect skin barrier and immune function.The components of skin microbiome are diverse and specific,and are affected by multiple factors.The predominance ofStaphylococcus aureusand decrease in diversity of skin microbiome are a characteristic of atopic dermatitis.The overgrowth ofS.aureuscan aggravate inflammatory reactions in AD.S.epidermidis,although another predominant bacterium in AD,exerts an immunoprotective role by regulating skin barrier?associated immunoreactions through the dendritic cells,interleukin（IL）?17A?producing Th17 cells/IL?17 pathway,and by suppressing the overgrowth ofS.aureus.Malasseziacan induce and aggravate inflammatory reactions in AD through colonization,sensitization,cross reactions,and other mechanisms.Studies on skin probiotics may provide new directions for the treatment of AD.

Skin;Microbial consortia;Dermatitis,atopic;Prebiotics;Immunity;Staphylococcus aureus

s:Yao Xu,Email:dryao_xu@126.com;Wang Baoxi,Email:wangbx@ncstdlc.org

10.3760/cma.j.issn.0412?4030.2014.01.001.

2015?12?02）

（本文編輯：吳曉初）

姚煦，Email：dryao_xu@126.com；王寶璽，Email：wangbx@ncstdlc.org

DOI：10.3760/cma.j.issn.0412?4030.2016.10.028

國家自然科學基金（81171501、81371735、81573045）；2014年亞美醫學基金會（MMAAP）皮膚病項目基金；江蘇省自然科學基金（BK20150166）

Fund programs:National Natural Science Foundation of China（81171501,81371735,81573045）;Milstein Medical Asian American Partnership（MMAAP）Foundation Research Project Award in Skin Disease in 2014;Natural Science Foundation of Jiangsu Province（BK20150166）