痤瘡發病相關的重要皮膚微生物群研究進展

劉宇甄 曾榮 徐浩翔 李岷

中國醫學科學院 北京協和醫學院 皮膚病醫院 江蘇省皮膚病性病學分子生物學重點實驗室，南京 210042

痤瘡是一種毛囊皮脂腺單位的慢性炎癥性疾病，研究發現，至少80%的青少年和成人曾患痤瘡，中國青春期人群中痤瘡患病率也高達74.3%［1］。痤瘡發病機制主要包括以下4 個方面［2］：皮脂腺大量分泌，毛囊皮脂腺導管上皮過度角化，微生物尤其是痤瘡丙酸桿菌（Propionibacterium acnes，P.acnes）的定植及炎癥反應。近年來，宏基因組測序（metagenomic sequencing）、擴 增 子 測 序（amplicon sequencing）等高通量測序技術的廣泛應用促進了多種常見皮膚病的皮膚微生物組學研究。本文就痤瘡發病相關的重要皮膚微生物群研究進展作一綜述。

一、正常皮膚微生物群簡介

皮膚微生物群指定植在皮膚上的細菌、病毒、真菌、螨蟲等全部微生物。如果將皮膚附屬器如毛囊、汗腺導管的面積加入，皮膚總面積至少可達30 m2［3］，皮膚及其附屬器作為微生物的“宿主”定居了多種微生物。以細菌為例，在皮膚上發現42 個屬的細菌［4］，主要歸為放線菌（Actinobacteria）、厚壁菌 （Firmicutes）、變形菌（Proteobacteria）和擬桿菌（Bacteroidetes）四個門，隨著個體差異、皮膚部位的不同和皮膚微環境的變化（如濕潤、干燥和皮脂含量改變），這四類細菌的比例也隨之變化［5］。在含有皮脂腺的部位（除掌跖與指、趾屈側外），丙酸桿菌屬（Propionibacteriumspp.）是優勢菌群，潮濕皮膚上主要是葡萄球菌（Staphylococcus）和棒狀桿菌屬（Corynebacteriumspp.）占優勢，而干燥的皮膚上主要分布的是革蘭陰性菌。皮膚上的微生物不僅種類繁多，而且數量巨大。細菌培養顯示，每平方厘米潮濕的皮膚上約有100萬個需氧菌，干燥的皮膚上約有100 個或更少的需氧菌，而厭氧菌也可高達10 萬個。通過16S rRNA 測序估算每平方厘米皮膚上有大約1億個細菌［6］。

皮膚微生物群在人出生后不久就開始形成，盡管受不斷變化的外界因素影響［7-8］，但皮膚微生物群落可以穩定保持2年，尤其在皮脂腺處真菌和細菌形成的群落最為穩定。這些微生物種群之間既有協同關系，又有拮抗關系，共同維持著皮膚微生態系統的平衡，與人體健康密切相關。皮膚上的微生物可以分為共生菌和致病菌。很多正常寄生的微生物如P.acnes、表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、糠秕馬拉色菌（Malassezia furfur）等通常不致病，但當皮膚的微生物菌群失衡或者機體免疫功能降低時，這些微生物大量繁殖，引起或參與痤瘡、特應性皮炎、銀屑病等多種皮膚病發病［9-10］。

二、P.acnes和痤瘡

（一）P.acnes在痤瘡發病機制中的作用：定植于毛囊部位的P.acnes可以通過影響皮脂腺、毛囊角栓的形成和機體的炎癥反應參與痤瘡發病。

1.促進皮脂分泌：P.acnes的數量與皮脂含量高度相關，皮脂可作為P.acnes的代謝底物促進其生長。同時P.acnes能夠通過增加甘油二酯酰基轉移酶的活性，促進皮脂分泌，進而加重痤瘡患者已存在的與雄激素相關的皮脂溢出［11］。

2.促進粉刺形成：P.acnes具有脂肪分解活性，能夠分解皮脂腺分泌的甘油三酯并釋放游離脂肪酸；同時P.acnes還能釋放卟啉，卟啉已經被證實是角鯊烯氧化的催化因子。游離脂肪酸和氧化的角鯊烯能夠促進粉刺形成［12］。P.acnes不僅可以形成生物膜，發揮類似生物膠的作用［13］，使角質形成細胞的黏附性增加，還可以激活胰島素樣生長因子-1/胰島素樣生長因子受體-1（IGF-1/IGF-1R）信號通路，使絲聚蛋白的表達上調，并增加整合素α3、6S和vβ6的含量，影響角質形成細胞的增殖和分化［14］，從而進一步促進粉刺形成。

3.促進炎癥反應：P.acnes與角質形成細胞、單核細胞等細胞表面的Toll樣受體（TLR）-2和TLR-4結合后，誘導細胞產生白細胞介素（IL）-1α和IL-β、IL-6、IL-8、IL-12、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、干擾素（IFN）、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子、趨化因子、β 防御素等多種細胞因子和多肽，引起炎癥反應［15］；P.acnes可以激活補體的經典途徑和替代途徑，形成C3a 和C5a［16］，從而進一步增加血管通透性，趨化白細胞參與炎癥應答；P.acnes還能刺激皮脂腺細胞，通過分泌轉化生長因子β、IL-1β和IL-6促進初始T細胞轉變為Th17細胞，同時激活皮脂腺體細胞的核苷酸結合寡聚化結構域樣受體3（NLRP3）炎癥小體，誘導皮脂腺細胞釋放IL-1β、IL-8、TNF-α。上述因素共同參與痤瘡相關的炎癥。另外，P.acnes可以產生脂肪酶、蛋白酶、透明質酸酶、磷酸酶，并誘導多種細胞產生基質金屬蛋白酶，直接損傷毛囊皮脂腺單元和真皮細胞外基質，從而進一步導致毛囊皮脂腺單位產生痤瘡皮損，如微粉刺、粉刺、丘疹、膿皰等［17］。

（二）不同型別P.acnes與痤瘡的關系：隨著研究的深入，P.acnes的型別與痤瘡的關系也逐漸受到重視。研究發現，不同型別P.acnes在痤瘡發病機制中的作用、對機體的致病能力及誘發的機體免疫應答方式均有顯著差異。

1.不同型別P.acnes與痤瘡發病機制的關系：以往根據血清凝集素反應、細胞壁糖含量及對噬菌體敏感性的不同，將P.acnes分為兩型即Ⅰ型和Ⅱ型，后來又報道一個新的進化型即Ⅲ型［18］；根據recA 和tly 基因序列不同，Ⅰ型進一步分為ⅠA 和ⅠB 型［19］。根據多位點序列方法分型（multilocus sequence typing），P.acnes分為［20］ⅠA-1、ⅠA-2、ⅠB-1、ⅠB-2、ⅠB-3、ⅠC、Ⅱ和Ⅲ型。隨著測序的發展，基于16S 核糖體基因分型（ribotyping）和全基因組測序結果，P.acnes又被分為不同的核糖型（ribotypes）。這些型別的提出，幫助我們深刻地認識了不同種類的P.acnes，其中ⅠA-2（RT4和RT5 亞組）和ⅠB-1型與痤瘡相關，Ⅱ型（RT6 亞組）存在于99%的正常人中，ⅠA-1、ⅠA-2（RT1 亞組）、ⅠB-2、ⅠB-3在正常人和患者中均可出現，Ⅲ型與痤瘡無關。

2.不同型別P.acnes對機體的致病能力差異：與正常皮膚相關的Ⅱ型P.acnes相比，痤瘡相關的ⅠA-2型P.acnes能夠產生更多的卟啉，卟啉不僅直接損傷局部組織，還能進一步產生活性氧簇，誘發炎癥反應，加重組織損傷［21］。有研究發現，當患者攝入較多維生素B12時，維生素B12會改變痤瘡相關的ⅠA-2型P.acnes轉錄調控，導致產生更多卟啉，進一步加重炎癥反應，而正常皮膚相關的Ⅱ型P.acnes則不會出現上述情況［22］。

3.不同型別P.acnes誘發的機體免疫應答差異：不同類型的P.acnes誘發的機體免疫應答也存在差異。Ⅱ型P.acnes誘導角質形成細胞產生更多的IL-8，參與痤瘡發病；ⅠA型P.acnes能誘導更多的外皮蛋白表達，其與痤瘡發病的關系目前還缺乏進一步研究證實［23］。與Ⅱ型P.acnes相比，ⅠA型和ⅠB 型P.acnes能夠促進皮脂腺細胞表達更多的β 防御素［24］，并誘導外周血單個核細胞分泌更多的IL-17［25］。不同型別P.acnes誘導Th17 細胞分泌的細胞因子不同，只有Ⅱ型P.acnes可誘導Th17 細胞發揮抗菌活性從而殺滅P.acnes，而痤瘡相關的ⅠA-2 型和ⅠB-1 型P.acnes不能誘導 Th17 細胞出現類似免疫反應［25］。最近，Dagnelie 等［26］研究24 例重度痤瘡患者，發現P.acnes中ⅠA-1 型占優勢，在面部和背部分別占所有種類P.acnes的72.7%和95.6%，還發現患者面部和背部P.acnes型別一致性高達71.4%，而12 例正常對照僅為45.5%，提示重度痤瘡皮損的出現與P.acnes在皮膚中的多樣性降低有關，可能是患者皮膚的微生物群改變影響了皮膚的先天免疫功能，從而誘發了明顯的炎癥反應，導致重度痤瘡皮損的出現［26］。

三、葡萄球菌和痤瘡

在葡萄球菌屬中，多數細菌如表皮葡萄球菌為非致病菌。Dreno 等［27］分析26 例輕中度痤瘡患者面部皮損的菌群，發現與自身正常皮膚相比，痤瘡皮損中含量最多的細菌是葡萄球菌，在粉刺處葡萄球菌占全部細菌的33.9%，丘疹-膿皰處占34%，而正常皮膚處占26.8%，而且葡萄球菌比例隨著該病嚴重程度增加而增加。由于受取材標本量的限制，未能對葡萄球菌進一步分類，但作者分析認為，非毛囊部位皮膚的微環境更適合需氧及兼性厭氧的葡萄球菌尤其是表皮葡萄球菌生長。一項來自泰國的研究也顯示，青春期痤瘡患者非毛囊部位的淺表皮膚中，除了P.acnes外，更易檢測出表皮葡萄球菌，其所占比例約為正常對照組的2倍［28］。

目前仍不清楚表皮葡萄球菌與痤瘡發病的關系。以往研究發現，表皮葡萄球菌能將甘油代謝生成一種短鏈脂肪酸琥珀酸［29］，后者可抑制P.acnes的生長。另外還有學者分離出了一種具有功能性早期分泌性抗原靶6（ESAT-6）分泌系統的表皮葡萄球菌，該系統可能通過分泌多態性毒素抑制P.acnes生長。Xia 等［30］在 2016年報道表皮葡萄球菌通過分泌葡萄球菌脂磷壁酸誘導角質形成細胞表達miR-143并抑制TLR2 表達，從而減輕P.acnes誘導的皮膚炎癥反應。這似乎提示葡萄球菌尤其是作為皮膚正常菌群的表皮葡萄球菌對痤瘡的發生具有抑制作用，但仍需進一步研究證實。

四、馬拉色菌和痤瘡

在臨床工作中，有學者發現［31］部分難治性痤瘡患者表現為分布在下頜部和面部的炎性丘疹和膿皰，接受足療程的抗生素、異維A酸治療等效果欠佳，他們認為可能與馬拉色菌感染相關，試驗性地給予抗真菌藥物治療，皮損明顯改善或消退。故他們認為，馬拉色菌可能是頑固性痤瘡患者的病因，而非P.acnes，并認為面部皮脂含量高給馬拉色菌提供了合適的生長條件，同時患者錯誤的面部清潔方式加劇了皮膚的水油失衡，使皮脂分泌增多。Song 等［32］也找到了馬拉色菌與痤瘡發病相關的證據，他們發現在20～30歲和30～40 歲年齡組痤瘡患者的胸部更容易分離出限制馬拉色菌（M.restricta）和球形馬拉色菌（M.globosa）。Numata等［33］對100例面部痤瘡患者的研究結果也證實患者皮損處M.globosa明顯增多。

2016年Akaza 等［34］進一步研究發現，15 例痤瘡患者面部毛囊處均存在較多數量的馬拉色菌，同時也有P.acnes和鏈球菌，其中M.restricta多于M.globosa。雖然非毛囊皮膚處也有類似發現，但是其數量顯著少于毛囊處。而且，痤瘡炎癥程度與馬拉色菌的數量相關，而與P.acnes的數量等無關。他們還認為馬拉色菌作為毛囊的常駐菌群之一，其體積約為P.acnes的100倍，脂肪酶活性也是P.acnes的100倍左右，因此應該能夠通過引起炎癥而導致痤瘡。

五、其他相關微生物和痤瘡

部分學者在痤瘡患者的毛囊皮脂腺中分別發現顆粒丙酸桿菌［35］、貪婪丙酸桿菌［36］和結核棒狀桿菌［37］等。但是目前尚無相關研究證實這些菌與痤瘡致病相關。

總之，皮膚上定植了包括P.acnes、葡萄球菌和馬拉色菌在內的種類不同、數量巨大的微生物群，它們之間相互影響，同時也影響著宿主的免疫系統。未來在皮膚微生物群與痤瘡發病機制方面的研究將會獲得更多的原創性成果，這將使我們更好地認識并治療痤瘡。

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