裘卓瓊 李巍

復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院皮膚科，上海200040

作為機(jī)體與外界環(huán)境直接接觸的器官，皮膚是抵御外界環(huán)境侵襲的重要物理、化學(xué)和免疫屏障；同時(shí)，皮膚也是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，眾多微生物包括細(xì)菌、真菌等常駐于皮膚表面和附屬器，組成了皮膚微生態(tài)。近年來研究顯示，皮膚共生菌群與皮膚免疫系統(tǒng)發(fā)生廣泛的相互作用，一方面皮膚的生理特性與免疫網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)皮膚菌群的組成與分布，另一方面微生物通過其菌體成分與代謝產(chǎn)物作用于宿主細(xì)胞，從而影響局部和系統(tǒng)免疫［1-3］。皮膚免疫穩(wěn)態(tài)的維持依賴于皮膚免疫系統(tǒng)和菌群二者相互作用的平衡，當(dāng)平衡失調(diào)時(shí)，免疫穩(wěn)態(tài)破壞，失調(diào)菌群可能參與炎癥性皮膚疾病如特應(yīng)性皮炎（AD）的發(fā)病，而調(diào)節(jié)皮膚菌群及其代謝則有可能輔助治療皮膚疾病和系統(tǒng)疾病。本文主要綜述生理穩(wěn)態(tài)下皮膚菌群與宿主的相互作用，以及多種炎癥性皮膚病狀態(tài)下菌群的改變與機(jī)制。

一、宿主對(duì)皮膚菌群的影響

1.生理狀態(tài)下的皮膚菌群：人類皮膚微生物群落具有豐富的多樣性，其組成受年齡、軀體部位、性別等因素的影響。研究顯示，皮膚菌群在不同部位的豐度和構(gòu)成差異很大，與皮膚皮脂腺的分布及皮膚濕度等密切相關(guān)［1］：皮膚油脂分泌旺盛部位（前額等）的菌群以丙酸桿菌屬為主，潮濕部位（肘前窩等）以棒狀桿菌屬和葡萄球菌屬為主，干性部位（前臂掌側(cè)等）則菌群種屬多樣［2］。表皮脂質(zhì)的組成，特別是長(zhǎng)鏈不飽和游離脂肪酸的水平與定植菌群的組成密切相關(guān)，如長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸水平與丙酸桿菌和棒狀桿菌的豐度呈顯著正相關(guān)［4］。這種正相關(guān)可能與細(xì)菌的親脂性有關(guān)，菌群利用脂肪酶水解皮脂釋放出的游離脂肪酸，有利于其在皮膚上的定植［3］。這也一定程度上解釋了皮脂雖然具有抗菌功能，但在皮脂大量存在的油性部位仍有大量丙酸桿菌定植。與細(xì)菌相類似，皮膚真菌的組成也依賴于身體不同部位的生理特性，馬拉色菌是軀干和手臂部位的優(yōu)勢(shì)菌種［2］，該菌富含脂肪酶基因而缺乏碳水化合物酶基因［5］，其優(yōu)勢(shì)定植部位的皮膚富含脂質(zhì)而缺少碳水化合物。

除生理特性影響微生物定植外，宿主也通過免疫系統(tǒng)影響菌群組成。例如，宿主表皮的角質(zhì)形成細(xì)胞（KC）、皮脂腺生成的抗菌肽（antimicrobial peptide，AMP）、脂質(zhì)抗菌劑和細(xì)胞因子等具有殺死或滅活多種微生物的作用，參與建立及塑造微生物群落［6］。免疫球蛋白A（IgA）對(duì)機(jī)體早期與微生物群的相互作用以及維持微生物群的多樣性具有重要作用［7］：在腸道，IgA 通過影響共生微生物的基因表達(dá)和抑制共生菌群黏附于腸道上皮表面來調(diào)節(jié)菌群的定植［8］；皮膚表面也有皮脂腺和外分泌腺分泌的IgA，其可能與腸道一樣對(duì)菌群的定植造成影響［9］，但具體影響程度及其調(diào)節(jié)機(jī)制尚待進(jìn)一步的研究。

2.皮膚疾病狀態(tài)下的皮膚菌群：發(fā)生皮膚疾病時(shí)，皮膚菌群的多樣性、組成和代謝等都發(fā)生顯著的變化。研究顯示，AD 患者的皮膚尤其在皮損部位細(xì)菌多樣性降低，金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的相對(duì)豐度上升，而其他菌屬如丙酸桿菌屬等減少［10］。約90%的AD 患者皮損部位有金黃色葡萄球菌定植，且該菌的定植與AD 嚴(yán)重程度有關(guān)［11］，對(duì)皮膚金黃色葡萄球菌的測(cè)量可以成為AD 療效判定的生物學(xué)指標(biāo)之一［12］。但目前尚不清楚AD在菌群改變中扮演的具體角色。銀屑病患者皮膚菌群多樣性亦下降，皮損處丙酸桿菌和葡萄球菌豐度較非病變皮膚和健康人皮膚明顯增多［12］。痤瘡丙酸桿菌被認(rèn)為與痤瘡發(fā)生密切相關(guān)，但痤瘡患者和健康人相比，痤瘡丙酸桿菌種群沒有顯著差異［13］，更多地是在菌株水平表現(xiàn)了與發(fā)病的關(guān)聯(lián)性，如痤瘡患者中核型為4、5、7、8、9等的痤瘡丙酸桿菌菌株豐度明顯較正常人群增高［14］。關(guān)于皮膚疾病狀態(tài)下皮膚菌群的變化是皮膚炎癥的原因還是結(jié)果這一問題目前尚存在爭(zhēng)議，我們認(rèn)為皮膚炎癥狀態(tài)下皮膚生理病理特性的改變導(dǎo)致了菌群的變化，而變化了的菌群又進(jìn)一步加重了皮膚炎癥。

二、皮膚菌群對(duì)宿主的影響

1.皮膚菌群與固有免疫：皮膚表面豐富的微生物可與皮膚的KC和免疫細(xì)胞相互作用，影響皮膚局部和系統(tǒng)免疫反應(yīng)，參與免疫穩(wěn)態(tài)的建立。皮膚KC 分泌的AMP 在幫助塑造菌群結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也受到皮膚定植菌如丙酸桿菌屬［15］和表皮葡萄球菌［16］調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，表皮葡萄球菌以芳香烴受體依賴的方式促進(jìn)AMP中β防御素的表達(dá)［16］。表皮葡萄球菌還可自行產(chǎn)生抗菌肽［17］，介導(dǎo)中性粒細(xì)胞的聚集并殺滅其他微生物如金黃色葡萄球菌，從而調(diào)節(jié)皮膚的防御能力。另外，皮膚菌群可通過調(diào)控皮膚中白細(xì)胞介素1（IL-1）來影響皮膚免疫功能。表皮葡萄球菌可誘導(dǎo)KC 表達(dá)IL-1α，從而促進(jìn)皮膚γδT 細(xì)胞產(chǎn)生IL-17A 和干擾素γ［18］。IL-17A 可誘導(dǎo)有招募中性粒細(xì)胞作用的趨化因子以及AMP 的產(chǎn)生，從而保護(hù)宿主免受致病菌的感染。因此，共生菌群可作為皮膚免疫系統(tǒng)的內(nèi)源性輔助因素促進(jìn)皮膚的局部免疫應(yīng)答。

除固有免疫分子外，固有免疫細(xì)胞也受到皮膚菌群的影響。最近研究顯示，無菌小鼠含有大量未分化的肥大細(xì)胞，且低表達(dá)干細(xì)胞因子（SCF）；進(jìn)一步研究顯示，皮膚微生物通過誘導(dǎo)KC中SCF的產(chǎn)生促進(jìn)肥大細(xì)胞的成熟，肥大細(xì)胞在皮膚中的遷移完全依賴于KC產(chǎn)生的SCF［19］。此外，對(duì)微生物代謝產(chǎn)物之一的脂質(zhì)有重要識(shí)別作用的γδT 細(xì)胞［20］，其分泌IL-17的能力在缺少微生物定植的小鼠中顯著下降［18］。由此可見，皮膚菌群對(duì)免疫細(xì)胞的發(fā)育、增殖、成熟以及活化均有重要的調(diào)節(jié)作用，參與皮膚免疫系統(tǒng)的建立與成熟的多個(gè)環(huán)節(jié)。

2.皮膚菌群與適應(yīng)性免疫：與入侵病原體在皮膚引起的免疫反應(yīng)不同，共生微生物可在不引起炎癥的情況下誘發(fā)皮膚的適應(yīng)性免疫應(yīng)答［21］，從而幫助建立免疫穩(wěn)態(tài)。皮膚是人體Foxp3+調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（Treg）含量最豐富的部位之一。Treg 存在于真皮中，且很大一部分位于有豐富微生物定植的毛囊附近，被認(rèn)為在機(jī)體的生命早期參與共生微生物建立免疫耐受的過程，并起到至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。在小鼠出生后2 周內(nèi)，表皮葡萄球菌在皮膚表面的定植可誘導(dǎo)該小鼠成年后對(duì)表皮葡萄球菌的耐受［22］，促進(jìn)新生小鼠Treg 遷移和聚集在皮膚中［23］。進(jìn)一步研究顯示，新生小鼠中Treg向皮膚的遷移受毛囊發(fā)育及毛囊中定植的微生物的影響，同時(shí)微生物在毛囊的早期定植可受到Treg 的限制與調(diào)控［23］，菌群與機(jī)體免疫系統(tǒng)之間存在一種平衡。

除Treg 外，皮膚中還有相當(dāng)一部分可能具有微生物特異性的高度多樣化的T 細(xì)胞，已發(fā)現(xiàn)表皮葡萄球菌可以激活表皮葡萄球菌特異性IL-17+CD8+T 細(xì)胞，進(jìn)一步誘導(dǎo)KC產(chǎn)生抗菌肽，保護(hù)皮膚免受感染［21］。具有共生菌群特異性的T 細(xì)胞還有促進(jìn)皮膚傷口修復(fù)的作用［24］，微生物群可以誘導(dǎo)多種形式的適應(yīng)性免疫，將抗菌功能與組織修復(fù)聯(lián)系起來。

3.皮膚菌群代謝產(chǎn)物與宿主免疫：皮膚菌群既可以通過微生物表面分子和核酸刺激宿主免疫系統(tǒng)，也可以通過微生物代謝產(chǎn)物來間接塑造微生物-宿主免疫穩(wěn)態(tài)［25］。在腸道內(nèi)，微生物代謝食物成分產(chǎn)生的大量產(chǎn)物可通過多種途徑影響宿主的生理功能［26］。如短鏈脂肪酸是膳食多糖的微生物代謝產(chǎn)物之一，可通過抑制腸道單核細(xì)胞中組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）的活性來減少促炎癥因子產(chǎn)生［27］，也可通過調(diào)節(jié)腸道內(nèi)Treg 細(xì)胞來調(diào)控免疫穩(wěn)態(tài)［28］。微生物也可通過代謝皮膚中的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等成分產(chǎn)生生物活性分子［29］。如皮膚菌群可產(chǎn)生脂肪酶分解甘油三酯等皮脂從而生成游離脂肪酸［3］，痤瘡丙酸桿菌在厭氧條件下可代謝產(chǎn)生以丙酸、戊酸為主的短鏈脂肪酸等［30］。皮膚菌群產(chǎn)生的短鏈脂肪酸可以激活皮膚Treg 細(xì)胞，減輕皮膚炎癥，從而幫助維持皮膚的免疫穩(wěn)態(tài)［31］。此外，短鏈脂肪酸可以通過抑制KC 的HDAC 8/9 活性來促進(jìn)Toll樣受體誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)［30］，這一效應(yīng)與前述短鏈脂肪酸抑制單核細(xì)胞HDAC 而減輕炎癥反應(yīng)的作用不同，其機(jī)制可能是對(duì)HDAC的抑制影響了調(diào)節(jié)細(xì)胞炎癥基因表達(dá)的復(fù)合物的作用［30］。由于游離脂肪酸對(duì)皮膚炎癥有潛在的調(diào)節(jié)作用，有研究者在體外將丁酸應(yīng)用于銀屑病皮損，發(fā)現(xiàn)丁酸可以上調(diào)皮損中G蛋白偶聯(lián)受體43、109A的表達(dá)并抑制相關(guān)炎癥因子的表達(dá)［32］。本研究組發(fā)現(xiàn)，皮膚共生菌群可以代謝色氨酸產(chǎn)生5-羥基色氨酸、吲哚-3-乙醛等，并發(fā)現(xiàn)吲哚-3-乙醛通過活化KC的芳香烴受體抑制胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素（thymic stromal lymphopoietin，TSLP）的產(chǎn)生，進(jìn)而減輕AD 模型的皮膚炎癥。與腸道相比，皮膚的微生物量低、生物活性分子少［29］，微生物代謝產(chǎn)物對(duì)皮膚生理功能和菌群本身的影響以及在炎性疾病中扮演的角色尚待進(jìn)一步研究。

三、皮膚菌群失衡與炎癥性皮膚病

在聚絲蛋白（FLG）基因缺陷小鼠中，由于皮膚屏障功能缺陷，金黃色葡萄球菌能夠穿過表皮刺激免疫細(xì)胞產(chǎn)生TSLP 和IL-4、IL-13、IL-22 等與AD 有關(guān)的細(xì)胞因子［33］。這一定程度上解釋了金黃色葡萄球菌的定植與AD 嚴(yán)重程度的正向關(guān)聯(lián)。有研究顯示，皮膚菌群的缺乏可以增強(qiáng)皮膚屏障缺陷小鼠的TSLP表達(dá)［34］，皮膚共生菌群可以通過調(diào)節(jié)KC 分泌的TSLP 來調(diào)節(jié)皮膚適應(yīng)性免疫［35］，這些發(fā)現(xiàn)揭示了菌群通過調(diào)控KC分泌TSLP來影響AD的發(fā)病。另外，金黃色葡萄球菌分泌的毒素酚溶調(diào)制肽α（phenol-soluble modulin α）可通過刺激KC分泌IL-1α和IL-36α來促進(jìn)皮膚γδT 細(xì)胞分泌IL-17，從而促進(jìn)炎癥反應(yīng)［36］。這些研究均表明，失調(diào)菌群尤其是金黃色葡萄球菌對(duì)AD 有潛在的影響，通過調(diào)節(jié)菌群可能對(duì)AD 的治療有益，但其具體如何影響AD 的發(fā)生發(fā)展以及皮膚炎癥是否參與影響其豐度改變?nèi)杂写M(jìn)一步研究。

此外，對(duì)患者皮膚菌群的分析發(fā)現(xiàn)，金黃色葡萄球菌的相對(duì)富集也與銀屑病密切相關(guān)；且相較于其他葡萄球菌，金黃色葡萄球菌定植的新生小鼠的皮膚T細(xì)胞向Th17方向分化更明顯［37］。還有研究者利用小鼠銀屑病模型證明，在成年鼠中針對(duì)革蘭陰性和陽(yáng)性細(xì)菌的抗生素可以通過抑制IL-17 和IL-22 的產(chǎn)生來改善銀屑病樣皮炎，但使用抗生素的新生小鼠卻在成年期表現(xiàn)出菌群失調(diào)與對(duì)銀屑病更高的易感性［38］。已證實(shí)金黃色葡萄球菌可以通過NACHT-LRRPYD結(jié)構(gòu)域蛋白3炎性小體來誘導(dǎo)人單核細(xì)胞分泌IL-1β，從而促進(jìn)炎癥［39］。這些皮膚失衡菌群對(duì)皮膚的致病作用機(jī)制也為利用菌群治療皮膚疾病提供了依據(jù)。如研究顯示，金黃色葡萄球菌的分泌因子Christie-Atkins-Munch-Peterson因子的突變可顯著降低P.acnes 在小鼠中的定植和炎癥作用，利用Christie-Atkins-Munch-Peterson 因子抗體可以在體外痤瘡模型中減輕痤瘡炎癥反應(yīng)［40］。

四、結(jié)語(yǔ)

皮膚菌群及其代謝產(chǎn)物通過免疫細(xì)胞和分子網(wǎng)絡(luò)多方面地影響宿主免疫，宿主也相應(yīng)通過多條反饋回路調(diào)節(jié)微生物群落的組成。二者相互作用，對(duì)宿主皮膚免疫穩(wěn)態(tài)的建立和維持具有重要意義。然而，關(guān)于微生物如何直接或間接地被免疫系統(tǒng)識(shí)別尚不清楚，定植于皮膚表面的微生物是否會(huì)像腸道菌群一樣，不僅影響皮膚屏障的局部免疫，甚至對(duì)機(jī)體的系統(tǒng)免疫發(fā)揮調(diào)節(jié)作用也是一個(gè)值得注意的問題。此外，失調(diào)的微生物群雖已被證實(shí)與皮膚炎性疾病相關(guān)，但目前還不清楚其對(duì)疾病的貢獻(xiàn)程度及其在疾病發(fā)病機(jī)制中的具體角色。進(jìn)一步研究與認(rèn)識(shí)微生物群與宿主的相互作用，有助于更好地理解與保護(hù)皮膚的免疫穩(wěn)態(tài)，并為炎性皮膚病的治療提供新的思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突