细菌生物膜与皮肤病相关性研究进展

韩 阳 李晓东

沈阳医学院附属中心医院，沈阳，110000

人体皮肤表面存在多种微生物群落(包括细菌、真菌、病毒、节肢动物、古生物等)，它们与人体相互依存、相互影响，在皮肤结构功能中发挥重要作用。皮肤表面定植的细菌以浮游状态或生物膜状态存在。以往研究发现，皮肤疾病的发生与细菌定植比例及菌群多样性的改变密切相关。近期一些研究发现细菌生物膜的存在可能与痤疮、特应性皮炎等多种皮肤疾病相关[1]，但这些研究多关注于单种皮肤疾病中的细菌生物膜。本文现对细菌生物膜相关皮肤疾病进行归纳，综述如下。

1 细菌生物膜

细菌生物膜是细菌在生长过程中，为适应环境而附着在有生命或无生命的材料表面，由细菌本身及其分泌的胞外多聚物共同组成的细菌群体。细菌生物膜的主要成分为水、细菌和生物大分子(包括多糖、核酸、蛋白质及脂质等物质)。

细菌生物膜可存在于人体皮肤表面及体内。随着医学发展，越来越多的医疗器械、人造器官等植入物被用于治疗各种疾病，而细菌生物膜可依附在植入物上，引发细菌生物膜相关的感染。除此之外，细菌生物膜也可引发非植入物相关的感染，如慢性阻塞性肺疾病、先天性心内膜炎、慢性中耳炎、体表创面感染等。体内外研究发现，相比于细菌浮游状态，细菌生物膜具有更强的耐药性，生物膜中细菌的最低抑菌浓度和最低杀菌浓度均远高于浮游细菌，细菌生物膜对宿主的免疫防御能力更强。因此，细菌生物膜更易引发疾病，且很难被清除[2]。

2 与细菌生物膜相关的皮肤疾病

生物膜与皮肤疾病密切相关，越来越多的研究发现细菌生物膜参与多种皮肤疾病的发生与发展。下面逐一阐述：

2.1 痤疮 痤疮(acne)是一种常见的发生于毛囊皮脂腺的慢性炎症性皮肤病。痤疮的发病机制复杂。研究发现，痤疮丙酸杆菌在痤疮发病机制中起到重要作用。痤疮丙酸杆菌(Cutibacterium acnes)是一种革兰氏阳性厌氧菌芽孢杆菌，为皮肤常驻菌之一，能促进皮脂腺导管细胞角化及皮脂腺分泌，并诱导炎症反应，促使痤疮发生及加重[3]。近期研究发现痤疮丙酸杆菌形成的生物膜参与痤疮的发病。Jahns等[4]应用荧光显微镜观察到，寻常型痤疮患者皮脂腺腺泡中生物膜明显多于健康对照组。也有研究发现中、重度痤疮分离出的痤疮丙酸杆菌形成生物膜的能力更强[5]。体外研究发现，痤疮丙酸杆菌生物膜比痤疮丙酸杆菌耐药性强，并产生更多的脂酶，加重痤疮炎症反应。在痤疮治疗时，痤疮丙酸杆菌生物膜可为菌体提供物理屏障，使药物较难接触到痤疮丙酸杆菌。同时，生物膜的存在会提升痤疮丙酸杆菌耐药性，使痤疮的抗菌素治疗更加困难[6]。

2.2 特应性皮炎 特应性皮炎(atopic dermatitis, AD)是一种常见的慢性皮肤病，以复发性、瘙痒性、炎性皮损为特点[7]。越来越多的研究表明皮肤微生物可参与AD发病。有研究发现，90%的AD患者会感染金黄色葡萄球菌，而在健康人群中约为5%～20%[8]。金黄色葡萄球菌的菌落可以释放毒素和酶类物质损伤皮肤，并可诱导释放白细胞介素。因此，金黄色葡萄球菌在AD病变的发展过程中被认为是一种重要的环境致病因子[9]。金黄色葡萄球菌具有形成生物膜的倾向，其生物膜在AD发病过程中也发挥重要作用[10]。应用共聚焦显微镜可观察到AD皮损表面存在金黄色葡萄球菌生物膜。Katsuyama等[11]发现金黄色葡萄球菌生物膜增长速度较快且能够提高金黄色葡萄球菌的耐药性。Allen等[10]对40例AD患者的皮肤进行研究，发现所有样本都含有多重耐药并具有生物膜形成能力的金黄色葡萄球菌。此外，金黄色葡萄球菌生物膜已被发现在AD皮肤的外分泌管中定植，通过显微组织镜检发现其可阻塞外分泌腺，这种由生物膜诱导的外分泌腺阻塞可以诱发炎症、瘙痒，最终导致AD皮损形成。金黄色葡萄球菌生物膜可通过参与机体免疫反应导致AD病程慢性、迁延。其原因一方面是金黄色葡萄球菌生物膜的存在可保护细菌免受天然免疫细胞(尤其是巨噬细胞和中性粒细胞)损伤[12]；另一方面金黄色葡萄球菌生物膜可分泌特定蛋白(如α毒素、LukA和LukB等)，抑制巨噬细胞的吞噬作用[13]，上述途径有助于细菌免疫逃逸，导致AD复发、难以治疗。

金黄色葡萄球菌生物膜可直接作用于角质形成细胞加重AD病情。研究发现，金黄色葡萄球菌生物膜提取物可诱导IL-6的分泌，导致角蛋白1和10以及丝聚合蛋白等重要分化标记表达减少[14]，进而影响角质形成细胞的最终分化[15]。也有研究发现，暴露于金黄色葡萄球菌生物膜的角质形成细胞在3 h后即丧失生存能力并发生凋亡，而暴露于浮游培养金黄色葡萄球菌的角质形成细胞3 h后与暴露于对照组的角质形成细胞类似[16]。虽然细菌生物膜诱导凋亡机制尚未研究清楚，但金黄色葡萄球菌生物膜诱发角质形成细胞凋亡这一现象十分重要，因为上皮细胞损伤会释放dsRNA，从而启动TLR3-3介导的胸腺基质淋巴生成素(TSLP)分泌[17]。TSLP的分泌会导致强烈的瘙痒反应[18]，由瘙痒诱发的反复搔抓会加剧皮肤的剥离，加重AD。

2.3 皮肤创伤 皮肤是人体最大的器官，可保护体内组织免受内源微生物(皮肤菌群)和外源微生物的侵袭。然而，在皮肤损伤的情况下，微生物可以避开宿主的第一道防线，粘附在皮下软组织上，增殖并形成生物膜。创伤部位微生物可在短时间内形成生物膜。Kanno等[19]应用大鼠创伤模型在体外模拟生物膜的形成时，发现最短在8 h内即可观察到创伤部位形成生物膜。

创伤可分为急性和慢性，急性和慢性伤口都能为细菌生物膜的生长提供适宜的环境条件，其中慢性创口中细菌生物膜发现率更高[20]。James等[21]通过电镜扫描研究发现，60%的慢性创伤中存在生物膜，而这一比例在急性创伤中只有6%。通过体外培养发现，在创伤中形成细菌生物膜的主要致病微生物为葡萄球菌、铜绿假单胞菌和肠球菌。Han等[22]利用RNA测序研究在慢性伤口中鉴定出17种可形成生物膜的微生物。

细菌生物膜是延迟伤口愈合的主要因素，生物膜为细菌生存创造一个良好环境，使细菌提升对外界环境变化的耐受力。同时，细菌生物膜的存在会损伤创伤部位的免疫反应，延缓上皮化，并阻碍肉芽组织生长[21]。许多病原体能够附着在生物膜上，而细菌生物膜围绕在聚合基质周围形成紧密包块，这种结构特点有助于病原体躲避抗生素的作用[23]。细菌生物膜的形成还能促进微生物交流、增强微生物毒性、加速分解营养并帮助微生物的传代与发展[24]。

2.4 真皮填充 用于医疗美容的填充物可以修容、治疗疤痕、平滑皱纹等，填充治疗涉及注射异物凝胶进入真皮或皮下组织[25]，填充之后局部可能会出现多种副作用，主要表现为红斑和轻度柔软的结节[26]。这些红斑、结节处细菌培养通常为阴性，因此被认为与炎症、非感染性的因素相关，常用类固醇、抗组胺药和非甾体抗炎药(NSAIDs)来治疗。近期研究发现，这些副作用与细菌生物膜的存在相关。Alhede等[27]应用小鼠模型研究真皮填充物和生物膜的相关性，发现仅有很小量细菌存在，真皮填充凝胶可促进细菌生物膜的形成。此外，他们还报道了广谱抗生素能够在填充后24 h内缓解上述副作用，但抗生素的作用于注射后72 h减弱。同时，应用低剂量的类固醇，对感染的病程无治疗作用，而大剂量的激素治疗有很多副作用。

Christensen等[25]对54例应用聚丙烯酰胺凝胶填充后产生副作用的患者进行研究发现，注射5年后98%后遗症患者仍可检测到低致病性的常驻菌群(如表皮葡萄球菌和痤疮丙酸杆菌)形成的生物膜相关感染，而无症状的术后患者没有任何生物膜感染的征象。Saththianathan等[28]在体外研究发现所有类型的真皮填充剂都能够促进表皮葡萄球菌生物膜的增殖。Wang等[29]测试了三种常见的皮肤湿巾成分(乙醇、氯己定和聚维酮碘)对金黄色葡萄球菌的影响，发现均可轻微减少生物膜的形成。进一步发现随着注射针头直径的增大，真皮细菌迁移增多，而注射深度越深，真皮细菌迁移越少。连续缝合与间断缝合的细菌迁移率一样，而扇形注射技术导致迁移率增高。

2.5 其他皮肤疾病 化脓性汗腺炎(Hidradenitis suppurativa, HS)是一种顶泌汗腺慢性化脓性炎症，主要发生于腋窝、外生殖器及肛周等部位，如治疗不及时病程反复，易出现疼痛性的脓肿和瘘道，该病确切发病机制仍不清楚, 而皮损处定植的细菌生物膜可能参与该病炎症的发生[30]。有研究报道，在HS患者中表皮葡萄球菌致病性增加，主要表现为耐药性增强、产生更多的生物膜以及生物膜耐药性升高等。研究发现在26例HS患者中有16例可检测到表皮葡萄球菌定植，共鉴定出27种不同的表皮葡萄球菌，其中有24种是强生物膜产生者[31]。Ring等[32]研究42例HS患者发现，67%的慢性皮损处存在生物膜，主要存在于窦道或漏斗内。

痱子是一组有小汗管破坏的外泌汗腺疾病。痱子皮损处活检可观察到汗管阻塞。Mowad等[33]发现将具有形成生物膜能力的葡萄球菌接种到前臂，会诱发痱子，而非生物膜形成的葡萄球菌无这种反应。因此研究者认为细菌生物膜可参与痱子发病，其原因可能为生物膜阻塞汗腺分泌汗液从而诱发痱子。

在脓疱疮和疖病中可检测到金黄色葡萄球菌生物膜的存在，在非大疱性脓疱疮皮损中可发现化脓性链球菌和金黄色葡萄球菌生物膜[34]。

3 结语

细菌生物膜已成为皮肤疾病致病因素中重要成员之一。越来越多的研究证实，细菌生物膜在皮肤疾病的发生、发展中发挥重要作用，但目前有关细菌生物膜与皮肤疾病相关性的研究才刚刚起步。进一步探索更多常见皮肤病(如病毒性皮肤病、细菌性皮肤病、皮炎湿疹等)中细菌生物膜，对了解相关皮肤病发病过程至关重要。在不久的将来，关于对细菌在皮肤病中发挥作用的认识，很可能因细菌生物膜的深入研究被不断刷新。针对生物膜的治疗可能改变宿主反应和细菌对抗生素的耐药性，以细菌生物膜为靶点来治疗可能成为新兴热点，为皮肤疾病的治疗提供一个新的思路。