痤疮发病相关的重要皮肤微生物群研究进展

2019-01-06刘宇甄曾荣徐浩翔李岷

中华皮肤科杂志 2019年5期

刘宇甄曾荣徐浩翔李岷

中国医学科学院北京协和医学院皮肤病医院江苏省皮肤病性病学分子生物学重点实验室，南京 210042

痤疮是一种毛囊皮脂腺单位的慢性炎症性疾病，研究发现，至少80%的青少年和成人曾患痤疮，中国青春期人群中痤疮患病率也高达74.3%［1］。痤疮发病机制主要包括以下4 个方面［2］：皮脂腺大量分泌，毛囊皮脂腺导管上皮过度角化，微生物尤其是痤疮丙酸杆菌（Propionibacterium acnes，P.acnes）的定植及炎症反应。近年来，宏基因组测序（metagenomic sequencing）、扩增子测序（amplicon sequencing）等高通量测序技术的广泛应用促进了多种常见皮肤病的皮肤微生物组学研究。本文就痤疮发病相关的重要皮肤微生物群研究进展作一综述。

一、正常皮肤微生物群简介

皮肤微生物群指定植在皮肤上的细菌、病毒、真菌、螨虫等全部微生物。如果将皮肤附属器如毛囊、汗腺导管的面积加入，皮肤总面积至少可达30 m2［3］，皮肤及其附属器作为微生物的“宿主”定居了多种微生物。以细菌为例，在皮肤上发现42 个属的细菌［4］，主要归为放线菌（Actinobacteria）、厚壁菌（Firmicutes）、变形菌（Proteobacteria）和拟杆菌（Bacteroidetes）四个门，随着个体差异、皮肤部位的不同和皮肤微环境的变化（如湿润、干燥和皮脂含量改变），这四类细菌的比例也随之变化［5］。在含有皮脂腺的部位（除掌跖与指、趾屈侧外），丙酸杆菌属（Propionibacteriumspp.）是优势菌群，潮湿皮肤上主要是葡萄球菌（Staphylococcus）和棒状杆菌属（Corynebacteriumspp.）占优势，而干燥的皮肤上主要分布的是革兰阴性菌。皮肤上的微生物不仅种类繁多，而且数量巨大。细菌培养显示，每平方厘米潮湿的皮肤上约有100万个需氧菌，干燥的皮肤上约有100 个或更少的需氧菌，而厌氧菌也可高达10 万个。通过16S rRNA 测序估算每平方厘米皮肤上有大约1亿个细菌［6］。

皮肤微生物群在人出生后不久就开始形成，尽管受不断变化的外界因素影响［7-8］，但皮肤微生物群落可以稳定保持2年，尤其在皮脂腺处真菌和细菌形成的群落最为稳定。这些微生物种群之间既有协同关系，又有拮抗关系，共同维持着皮肤微生态系统的平衡，与人体健康密切相关。皮肤上的微生物可以分为共生菌和致病菌。很多正常寄生的微生物如P.acnes、表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、糠秕马拉色菌（Malassezia furfur）等通常不致病，但当皮肤的微生物菌群失衡或者机体免疫功能降低时，这些微生物大量繁殖，引起或参与痤疮、特应性皮炎、银屑病等多种皮肤病发病［9-10］。

二、P.acnes和痤疮

（一）P.acnes在痤疮发病机制中的作用：定植于毛囊部位的P.acnes可以通过影响皮脂腺、毛囊角栓的形成和机体的炎症反应参与痤疮发病。

1.促进皮脂分泌：P.acnes的数量与皮脂含量高度相关，皮脂可作为P.acnes的代谢底物促进其生长。同时P.acnes能够通过增加甘油二酯酰基转移酶的活性，促进皮脂分泌，进而加重痤疮患者已存在的与雄激素相关的皮脂溢出［11］。

2.促进粉刺形成：P.acnes具有脂肪分解活性，能够分解皮脂腺分泌的甘油三酯并释放游离脂肪酸；同时P.acnes还能释放卟啉，卟啉已经被证实是角鲨烯氧化的催化因子。游离脂肪酸和氧化的角鲨烯能够促进粉刺形成［12］。P.acnes不仅可以形成生物膜，发挥类似生物胶的作用［13］，使角质形成细胞的黏附性增加，还可以激活胰岛素样生长因子-1/胰岛素样生长因子受体-1（IGF-1/IGF-1R）信号通路，使丝聚蛋白的表达上调，并增加整合素α3、6S和vβ6的含量，影响角质形成细胞的增殖和分化［14］，从而进一步促进粉刺形成。

3.促进炎症反应：P.acnes与角质形成细胞、单核细胞等细胞表面的Toll样受体（TLR）-2和TLR-4结合后，诱导细胞产生白细胞介素（IL）-1α和IL-β、IL-6、IL-8、IL-12、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、干扰素（IFN）、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、趋化因子、β 防御素等多种细胞因子和多肽，引起炎症反应［15］；P.acnes可以激活补体的经典途径和替代途径，形成C3a 和C5a［16］，从而进一步增加血管通透性，趋化白细胞参与炎症应答；P.acnes还能刺激皮脂腺细胞，通过分泌转化生长因子β、IL-1β和IL-6促进初始T细胞转变为Th17细胞，同时激活皮脂腺体细胞的核苷酸结合寡聚化结构域样受体3（NLRP3）炎症小体，诱导皮脂腺细胞释放IL-1β、IL-8、TNF-α。上述因素共同参与痤疮相关的炎症。另外，P.acnes可以产生脂肪酶、蛋白酶、透明质酸酶、磷酸酶，并诱导多种细胞产生基质金属蛋白酶，直接损伤毛囊皮脂腺单元和真皮细胞外基质，从而进一步导致毛囊皮脂腺单位产生痤疮皮损，如微粉刺、粉刺、丘疹、脓疱等［17］。

（二）不同型别P.acnes与痤疮的关系：随着研究的深入，P.acnes的型别与痤疮的关系也逐渐受到重视。研究发现，不同型别P.acnes在痤疮发病机制中的作用、对机体的致病能力及诱发的机体免疫应答方式均有显著差异。

1.不同型别P.acnes与痤疮发病机制的关系：以往根据血清凝集素反应、细胞壁糖含量及对噬菌体敏感性的不同，将P.acnes分为两型即Ⅰ型和Ⅱ型，后来又报道一个新的进化型即Ⅲ型［18］；根据recA 和tly 基因序列不同，Ⅰ型进一步分为ⅠA 和ⅠB 型［19］。根据多位点序列方法分型（multilocus sequence typing），P.acnes分为［20］ⅠA-1、ⅠA-2、ⅠB-1、ⅠB-2、ⅠB-3、ⅠC、Ⅱ和Ⅲ型。随着测序的发展，基于16S 核糖体基因分型（ribotyping）和全基因组测序结果，P.acnes又被分为不同的核糖型（ribotypes）。这些型别的提出，帮助我们深刻地认识了不同种类的P.acnes，其中ⅠA-2（RT4和RT5 亚组）和ⅠB-1型与痤疮相关，Ⅱ型（RT6 亚组）存在于99%的正常人中，ⅠA-1、ⅠA-2（RT1 亚组）、ⅠB-2、ⅠB-3在正常人和患者中均可出现，Ⅲ型与痤疮无关。

2.不同型别P.acnes对机体的致病能力差异：与正常皮肤相关的Ⅱ型P.acnes相比，痤疮相关的ⅠA-2型P.acnes能够产生更多的卟啉，卟啉不仅直接损伤局部组织，还能进一步产生活性氧簇，诱发炎症反应，加重组织损伤［21］。有研究发现，当患者摄入较多维生素B12时，维生素B12会改变痤疮相关的ⅠA-2型P.acnes转录调控，导致产生更多卟啉，进一步加重炎症反应，而正常皮肤相关的Ⅱ型P.acnes则不会出现上述情况［22］。

3.不同型别P.acnes诱发的机体免疫应答差异：不同类型的P.acnes诱发的机体免疫应答也存在差异。Ⅱ型P.acnes诱导角质形成细胞产生更多的IL-8，参与痤疮发病；ⅠA型P.acnes能诱导更多的外皮蛋白表达，其与痤疮发病的关系目前还缺乏进一步研究证实［23］。与Ⅱ型P.acnes相比，ⅠA型和ⅠB 型P.acnes能够促进皮脂腺细胞表达更多的β 防御素［24］，并诱导外周血单个核细胞分泌更多的IL-17［25］。不同型别P.acnes诱导Th17 细胞分泌的细胞因子不同，只有Ⅱ型P.acnes可诱导Th17 细胞发挥抗菌活性从而杀灭P.acnes，而痤疮相关的ⅠA-2 型和ⅠB-1 型P.acnes不能诱导 Th17 细胞出现类似免疫反应［25］。最近，Dagnelie 等［26］研究24 例重度痤疮患者，发现P.acnes中ⅠA-1 型占优势，在面部和背部分别占所有种类P.acnes的72.7%和95.6%，还发现患者面部和背部P.acnes型别一致性高达71.4%，而12 例正常对照仅为45.5%，提示重度痤疮皮损的出现与P.acnes在皮肤中的多样性降低有关，可能是患者皮肤的微生物群改变影响了皮肤的先天免疫功能，从而诱发了明显的炎症反应，导致重度痤疮皮损的出现［26］。

三、葡萄球菌和痤疮

在葡萄球菌属中，多数细菌如表皮葡萄球菌为非致病菌。Dreno 等［27］分析26 例轻中度痤疮患者面部皮损的菌群，发现与自身正常皮肤相比，痤疮皮损中含量最多的细菌是葡萄球菌，在粉刺处葡萄球菌占全部细菌的33.9%，丘疹-脓疱处占34%，而正常皮肤处占26.8%，而且葡萄球菌比例随着该病严重程度增加而增加。由于受取材标本量的限制，未能对葡萄球菌进一步分类，但作者分析认为，非毛囊部位皮肤的微环境更适合需氧及兼性厌氧的葡萄球菌尤其是表皮葡萄球菌生长。一项来自泰国的研究也显示，青春期痤疮患者非毛囊部位的浅表皮肤中，除了P.acnes外，更易检测出表皮葡萄球菌，其所占比例约为正常对照组的2倍［28］。

目前仍不清楚表皮葡萄球菌与痤疮发病的关系。以往研究发现，表皮葡萄球菌能将甘油代谢生成一种短链脂肪酸琥珀酸［29］，后者可抑制P.acnes的生长。另外还有学者分离出了一种具有功能性早期分泌性抗原靶6（ESAT-6）分泌系统的表皮葡萄球菌，该系统可能通过分泌多态性毒素抑制P.acnes生长。Xia 等［30］在 2016年报道表皮葡萄球菌通过分泌葡萄球菌脂磷壁酸诱导角质形成细胞表达miR-143并抑制TLR2 表达，从而减轻P.acnes诱导的皮肤炎症反应。这似乎提示葡萄球菌尤其是作为皮肤正常菌群的表皮葡萄球菌对痤疮的发生具有抑制作用，但仍需进一步研究证实。

四、马拉色菌和痤疮

在临床工作中，有学者发现［31］部分难治性痤疮患者表现为分布在下颌部和面部的炎性丘疹和脓疱，接受足疗程的抗生素、异维A酸治疗等效果欠佳，他们认为可能与马拉色菌感染相关，试验性地给予抗真菌药物治疗，皮损明显改善或消退。故他们认为，马拉色菌可能是顽固性痤疮患者的病因，而非P.acnes，并认为面部皮脂含量高给马拉色菌提供了合适的生长条件，同时患者错误的面部清洁方式加剧了皮肤的水油失衡，使皮脂分泌增多。Song 等［32］也找到了马拉色菌与痤疮发病相关的证据，他们发现在20～30岁和30～40 岁年龄组痤疮患者的胸部更容易分离出限制马拉色菌（M.restricta）和球形马拉色菌（M.globosa）。Numata等［33］对100例面部痤疮患者的研究结果也证实患者皮损处M.globosa明显增多。

2016年Akaza 等［34］进一步研究发现，15 例痤疮患者面部毛囊处均存在较多数量的马拉色菌，同时也有P.acnes和链球菌，其中M.restricta多于M.globosa。虽然非毛囊皮肤处也有类似发现，但是其数量显著少于毛囊处。而且，痤疮炎症程度与马拉色菌的数量相关，而与P.acnes的数量等无关。他们还认为马拉色菌作为毛囊的常驻菌群之一，其体积约为P.acnes的100倍，脂肪酶活性也是P.acnes的100倍左右，因此应该能够通过引起炎症而导致痤疮。