特应性皮炎与皮肤微生态的研究进展

吴瑕 窦侠 于波

特应性皮炎与皮肤微生态的研究进展

吴瑕 窦侠 于波

特应性皮炎是一种慢性、复发性、炎症性皮肤病。其发病机制复杂，在遗传基础上，表皮屏障功能异常、环境过敏原暴露、金黄色葡萄球菌定植等诱发的免疫炎症反应均参与其发病。皮肤微生态是皮肤表面微生物构成的复杂生态系统，近年研究提示，微生态异常在特应性皮炎的发病过程中起重要作用，特应性皮炎患者的皮肤除了存在金黄色葡萄球菌定植增多外，还存在表皮葡萄球菌等其他微生物数量和功能的改变。因此，进一步揭示各种微生物群落与特应性皮炎发病的关系，有助于特应性皮炎的防治。

皮炎，特应性；金黄色葡萄球菌；表皮葡萄球菌；环境微生物学；屏障

特应性皮炎（AD）是以皮肤干燥、瘙痒和慢性复发性炎症为主要特征。AD的发病机制尚未明确，遗传易感性、皮肤屏障功能缺陷和免疫调节异常是发病的主要病理基础。近年研究证实，皮肤屏障功能受损是AD发病的重要始发环节，而皮肤表面微生物如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S.aureus，金葡菌）定植或感染可能是诱发或促发因素之一。一方面，皮肤屏障功能的改变会对微生物定植的种类和数量产生影响，另一方面定植在皮肤表面的微生物又可通过多种途径诱发炎症反应并进一步破坏皮肤屏障，二者相互影响、共同参与AD的免疫炎症过程。

1 皮肤微生态与皮肤健康

皮肤微生态是指寄居在人体表皮和附属器的微生物群落与人体相互依存、相互影响，在皮肤结构功能中发挥重要作用的微生态环境。皮肤表面定植着大量的微生物群（细菌、真菌、病毒和螨虫等），可分为常驻菌群（也称共生菌）和暂驻菌群，它们通常是“无害的”，被称为皮肤正常微生物群［1］。

皮肤微生态参与形成生物屏障和细胞代谢，具有免疫调节功能。皮肤共生菌间相互制约、协调，共同形成稳定、特异的生物屏障，保护宿主健康。研究发现，这些共生菌在皮肤表面有序地定植构成一层生物膜，对表皮起占位性保护作用，从而直接影响其他菌群的定植能力，使外环境中的病原菌无法在皮肤表面定植。皮肤表面的部分微生物能将皮脂腺产生的皮脂转化为天然保湿剂，或通过改变定植部位pH值，建立一个影响致病菌定植的微环境［2］。此外，微生物在皮肤表面定植受到天然免疫和获得性免疫反应的调节，同时这些微生物群也可以反过来加强免疫系统功能［1］。因此，在机体自我平衡的健康状态下，或在受伤和感染等应激状态下，角质形成细胞（KC）、免疫细胞及微生物三者之间相互作用，以维持皮肤正常理化和免疫屏障功能。

作者单位：518036 深圳，广州医科大学附属北京大学深圳医院皮肤科（吴瑕、于波）；北京大学深圳医院皮肤科（窦侠）

2 影响皮肤微生态的因素

皮肤表面的正常菌群相对稳定，这种稳定一旦被破坏就会改变各种微生物的数量和种类，并导致定植在皮肤表面的微生物由“健康状态”变为“致病状态”。影响皮肤微生态稳定的因素包括内源性和外源性因素，如年龄、性别、身体部位、地理位置和护肤品使用等［1］。

皮肤表面微生物群的数量、种类、密度随年龄增长而变化，至青少年时期趋于稳定。在性成熟后，亲脂性微生物如痤疮丙酸杆菌属和棒状杆菌属定植增加。由于男女性汗液、皮脂和性激素分泌不同，从而导致不同性别间微生物定植的差异［2］。Fierer等［3］发现，女性双手定植的微生物种类及数量较男性多，主要为肠杆菌目、莫拉氏菌科、乳酸杆菌科和假单胞菌科，男性主要定植微生物为痤疮丙酸杆菌属、棒状杆菌属和葡萄球菌属。不同解剖部位定植的微生物也有所不同，如大腿及手臂皮肤相对干燥且皮温波动较大，相对于皱褶部位定植微生物明显较少。地理环境对皮肤微生态的影响主要受紫外线暴露的影响，由于纬度不同，不同地区的微生物紫外线暴露强度也有所不同。化妆品、香皂和润肤乳膏等也可能通过改变皮肤屏障的状态间接影响皮肤微生物群。

3 皮肤微生态与AD的关系

微生态异常是宿主的皮肤、环境和菌群之间处于不协调的病理状态，皮肤表面常驻菌群和暂驻菌群在微生态异常时成为机会性致病菌，参与一些皮肤病如 AD、湿疹、银屑病和痤疮的发病［4］。

3.1 AD患者存在皮肤微生态异常：研究证实，AD病情发作或加重与皮损处金葡菌定植或感染有关，针对金葡菌的抗菌治疗可减少其定植并有效改善临床症状［4］。研究发现，＜5%的健康人群存在金葡菌的定植，而＞90%AD患者的皮损处及非皮损处均有金葡菌定植。在AD急性期或慢性期皮损和非皮损中，均可分离出金葡菌，皮损区的金葡菌菌落数高于正常皮肤处及非皮损区［5］。一项关于AD微生物多样性的纵向研究表明，在疾病发作期葡萄球菌的比例，尤其是金葡菌的定植高于基线和治疗后，且与疾病严重程度相关。除金葡菌定植增加外，AD患者存在其他微生物群落的改变。宏基因组学研究显示，在AD发作期，除金葡菌定植增加外，皮肤常驻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；治疗后链球菌属、丙酸杆菌属、棒状杆菌属定植增加［6］。表皮葡萄球菌JK16菌株的脂磷壁酸通过Toll样受体（TLR）2依赖机制，产生酚溶调制蛋白，并协同宿主分泌抗菌肽（AMP）和人β防御素2（hBD2）干扰金葡菌定植［7］。研究发现，表皮葡萄球菌JK16菌株分泌的丝氨酸蛋白酶Esp抑制并破坏鼻腔内定植的金葡菌生物膜的形成［8］。流行病学研究也证实，在健康志愿者鼻腔中，金葡菌缺乏与表皮葡萄球菌分泌的Esp有相关性［9］。以上研究结果提示表皮葡萄球菌和金葡菌之间存在非共生的关系，两者间的失衡参与AD的发病。

3.2 AD患者皮肤微生态异常和屏障功能障碍的关系：表皮屏障功能障碍会直接导致皮肤表面定植的微生物群的多样性发生改变。研究发现，在AD皮损加重期，皮肤屏障受损加重，同时皮损表面定植的微生物，特别是金葡菌数量明显增加，而多样性则明显减少［10］。研究发现，金葡菌表面存在微生物识别黏附基质分子的表面成分（MSCRAMM），能够与细胞外基质蛋白结合。当AD患者表皮屏障破坏，角质层不完整，细胞外基质蛋白暴露时，MSCRAMM更易与之结合，因此，皮损区金葡菌定植数量明显增加。另有研究表明，角质层内结构蛋白（丝聚蛋白）的分解产物是维持皮肤酸性pH的主要成分，AD患者中丝聚蛋白基因的失功能突变导致皮肤屏障功能破坏、皮肤表面pH增加，抗菌作用下降［11］。皮肤表面pH升高可导致蛋白表面电荷改变，也促使MSCRAMM与细胞外基质蛋白结合，金葡菌更容易定植。此外，AD患者皮肤表面脂质成分的改变，也会增加微生物定植。

皮肤表面微生态失调也可能会导致屏障功能紊乱。AD患者皮肤表面定植增多的金葡菌也可能反过来加重皮肤屏障功能障碍，其可能的机制涉及金葡菌的毒力因素直接损伤皮肤KC、影响正常皮脂膜的形成，从而降低皮肤保湿能力等。有研究发现，眉间部位金葡菌阳性组经皮水分丢失率高于阴性组，肘窝部位金葡菌阳性组经皮水分丢失率/皮肤电容量的比值高于阴性组，提示金葡菌可能破坏定植部位的屏障功能，导致经皮水分丢失增加。

3.3 AD患者皮肤微生态异常和免疫炎症反应：表皮及真皮内的KC、树突细胞、淋巴细胞和肥大细胞等联合构成一个复杂的免疫监视系统，在机体受到创伤和感染时发挥至关重要的作用，同时也能调节皮肤共生微生物的定植［12］。KC表面表达模式识别受体（PRR），包括TLR、甘露糖受体和NOD样受体等。PRR识别病原相关分子模式，促使表皮产生AMP和细胞因子等，启动天然免疫反应，激活和趋化聚集免疫细胞，如浆细胞样树突细胞、自然杀伤细胞和嗜中性粒细胞等参与抗菌反应。

研究发现，AD患者易感金葡菌可能与PRR缺陷、AMP减少以及表皮屏障破坏有关［13］。AD患者可能存在PRR特别是TLR2缺陷，体外用人工合成的TLR2配体（C81H156N10O13S3HCl）刺激 AD 患者外周血单核细胞，发现TLR2介导的炎症细胞因子（IL-1β和TNF-α）表达下调［14］。另外，在AD患者的KC和单核细胞中可观察到“减弱的”TLR2反应，这种反应一方面会导致AD患者不能根除细菌在皮肤上的定植，同时还可促进Th2炎症反应。另有研究发现，AD患者TLR2 r753q错义突变与其易发生金葡菌感染有相关性［15］。

皮肤天然免疫反应的重要产物是AMP，包括cathelicidins（LL-37）、hBD、神经鞘氨酸和皮离蛋白，可快速杀灭各类病原体或使之失活［13，16］。AMP还可调节宿主免疫反应，包括白细胞趋化和PRR活化。金葡菌能产生蛋白酶或毒素，干扰宿主AMP。研究发现，与银屑病患者相比，AD患者hBD2和hBD3、LL-37均减少［13］。在某种程度上，AD患者的AMP表达减少是由于KC的Th2细胞因子（IL-4和IL-13）和免疫调节细胞因子（IL-10）的抑制作用。AD患者易患疱疹性湿疹可能是AMP减少的原因，易患牛痘性湿疹是由于 LL-37 减少［15，17］。皮离蛋白是一种广谱AMP，其在AD患者中显著减少，导致细菌和病毒性皮肤感染。皮肤细胞外层的神经酰胺代谢产物神经鞘氨酸具有抗微生物活性，然而AD患者角质层神经鞘氨酸水平显著降低，这可能与AD患者的金葡菌高定植率有关［13］。

4 结语

近年来，相关研究除关注金葡菌诱发AD外，微生物多样性减少诱发AD的潜在机制也得到相应的关注。在AD治疗中，针对皮损的有效抗炎症治疗、控制金葡菌定植、促进常驻菌群的繁殖以及重建皮肤微生物的多样性可能成为有效防治AD的措施之一［18］。尽管宏基因组学方法为研究提供了有效手段，但AD与皮肤微生物群落结构及多样性改变的关系研究还只是一个开端，目前的工作大多局限于对细菌菌群的改变，对其他微生物群的变化了解甚少，需要开展更多的研究。

［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］刘小萍,王学民.微生态和皮肤屏障与头皮屑［J］.国际皮肤性病学杂志,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,Räwer 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）

广东省自然科学基金（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；窦侠，Email：drdouxia@163.com

本文主要缩写：AD：特应性皮炎，KC：角质形成细胞，TLR：Toll样受体，AMP：抗菌肽，hBD：β防御素，MSCRAMM：微生物识别黏附基质分子的表面成分，PRR：模式识别受体