《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》:Microbiome dysbiosis and therapeutic restoration in atopic dermatitis
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本综述系统梳理了特应性皮炎(AD)中皮肤屏障功能障碍、免疫失调与皮肤微生物群失调(特别是金黄色葡萄球菌与马拉色菌过度繁殖)三者构成的恶性循环。文章重点分析了宿主因素如何促进病原体定植,以及病原体毒力因子如何放大炎症、损害屏障。同时,探讨了新兴的微生物组靶向干预措施(如共生菌疗法、精准噬菌体疗法)在恢复皮肤生态、实现个性化治疗中的潜力,并指出未来需借助多组学技术以推进精准医疗。
特应性皮炎(Atopic Dermatitis, AD)是一种慢性、复发性炎症性皮肤疾病,在全球范围内造成了显著的社会经济和心理负担。近年来,研究日益认识到AD的发病涉及皮肤屏障功能障碍、免疫失调和皮肤微生物群失调三者之间自我强化的恶性循环。本综述旨在系统剖析这一复杂网络,并探讨基于微生物组的治疗新策略。
皮肤微生物组在健康皮肤中的作用
皮肤是人体最外层的防御器官,寄居着由细菌、真菌、病毒等组成的多样化微生物群落,即皮肤微生物组。在健康状态下,这些微生物大多是共生或互利共生的,它们通过分泌抗菌肽(Antimicrobial Peptides, AMPs)等方式,形成“定植抗力”,保护宿主免受有害微生物侵袭,并对维持皮肤稳态至关重要。皮肤微生物组的组成受身体部位(皮脂区、潮湿区、干燥区)、年龄、分娩方式、环境因素(如城乡差异、护肤品使用)以及个体内在因素(如皮脂分泌、免疫功能)的显著影响。例如,青春期皮脂分泌旺盛,亲脂性的痤疮丙酸杆菌(Cutibacterium acnes)丰度升高,而老年皮肤中,潜在致病菌如棒状杆菌(Corynebacterium)和葡萄球菌(Staphylococcus)相对增加。
AD中的皮肤微生物组:以金黄色葡萄球菌为核心
AD患者皮损处的皮肤微生物组呈现显著失调,其标志性特征是微生物多样性降低,同时病原体如金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus, S. aureus)和马拉色菌(Malassezia)过度增殖。
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宿主因素促进定植:AD皮肤中一系列宿主源性变化为S. aureus的定植和持久存在创造了有利条件。这些因素包括:皮肤脂质和脂肪酸成分改变(如顺式-6-十六碳烯酸水平降低)、抗菌肽(如人β-防御素-2 (HBD-2) 和LL-37)表达减少、丝聚蛋白(Filaggrin, FLG)基因突变以及皮肤pH值向碱性偏移。其中,Th2细胞因子(如IL-4、IL-13)可抑制脂质合成酶和AMP的表达,而FLG缺陷不仅破坏角质形成细胞结构,还会影响脂质分泌,进一步削弱皮肤屏障和固有免疫防御。
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毒力因子与免疫激活:一旦定植,S. aureus通过表达多种毒力因子刺激免疫反应。
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超抗原(Superantigens, SAgs):如中毒性休克综合征毒素-1 (TSST-1) 和葡萄球菌肠毒素 (SEA-SEG),能非特异性激活大量T细胞,促进促炎细胞因子释放,还可作为过敏原触发IgE介导的反应,加剧瘙痒。
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酚溶性调节蛋白(Phenol-soluble modulins, PSMs):其中α型PSMs能诱导角质形成细胞释放促炎因子,而δ-毒素则能强力触发肥大细胞脱颗粒,增加IgE和IL-4产生。
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α-毒素(α-toxin):是一种孔形成细胞溶素,能直接导致角质形成细胞毒性,其细胞毒性在Th2细胞因子存在下增强。
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蛋白A(SpA)和脂蛋白:这些成分通过激活角质形成细胞的Toll样受体2 (TLR-2) 和肿瘤坏死因子受体-1 (TNFR-1),诱导胸腺基质淋巴细胞生成素(Thymic Stromal Lymphopoietin, TSLP)等细胞因子释放。TSLP作为Th2免疫的核心调节因子,可驱动树突状细胞、肥大细胞、嗜酸性粒细胞等,放大Th2型炎症,形成TLR–TSLP–Th2轴的自持性恶性循环。
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此外,S. aureus还能激活巨噬细胞和上皮细胞中的NLRP3炎症小体,以及皮肤中的NLRP1炎症小体,促进IL-1β和IL-18分泌,加剧炎症。
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马拉色菌的作用:马拉色菌是亲脂性酵母菌,在AD(尤其是头颈部)中丰度增加。其细胞壁成分可通过Toll样受体等激活角质形成细胞和树突状细胞,诱导抗菌肽和趋化因子(如CXCL8)分泌,并通过NLRP3炎症小体促进IL-1β、IL-4、IL-5、IL-13产生。重要的是,研究发现了马拉色菌驱动的IL-23/Th17轴在皮肤炎症中的关键作用。马拉色菌分泌的蛋白酶、代谢产物和细胞外囊泡也能加剧炎症。有趣的是,马拉色菌格鲁比变种(M. globosa)分泌的天冬氨酰蛋白酶MgSAP1能降解S. aureus的关键毒力蛋白SpA,破坏其生物膜形成,揭示了真菌-细菌跨界互作在调节皮肤生态中的潜在作用。
皮肤微生物-宿主相互作用与免疫轴失调
AD中的微生物失调与宿主免疫反应紧密交织。
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共生菌如表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)通常通过分泌抗菌肽、干扰群体感应等方式抑制S. aureus,但其作用具有菌株和情境依赖性,有时甚至可能促进S. aureus生物膜形成。
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多组学分析显示,AD皮肤中严格厌氧菌减少,提示微生物代谢从厌氧向需氧转变。共生厌氧菌产生的微生物代谢物,如短链脂肪酸(Short-chain fatty acids, SCFAs)和吲哚衍生物,通过芳香烃受体(Aryl hydrocarbon receptor, AHR)等途径调节免疫和屏障功能,其在AD皮肤中的改变可能加剧炎症。
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宿主对S. aureus的响应包括上调S100蛋白家族(如S100A7、S100A8/A9)和β-防御素。S100蛋白虽然具有抗菌活性,但其在AD皮损中高表达,并与疾病严重程度正相关,主要发挥促炎作用,通过招募炎症细胞与IL-22、IL-17协同形成正反馈环路,驱动慢性炎症。
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肠-皮肤轴:肠道菌群失调和肠道屏障功能受损可能通过免疫系统影响皮肤健康。肠道菌群产生的SCFAs等代谢物具有免疫调节作用,益生菌(如双歧杆菌、乳杆菌)补充剂在部分研究中显示能改善AD症状,可能与调节Th1/Th2免疫平衡、增加调节性T细胞(Tregs)有关。
病毒组与噬菌体组在AD中的作用
皮肤病毒组(特别是噬菌体组)是调节皮肤微生物生态的新兴因素。在AD中,噬菌体多样性可能降低。噬菌体通过裂解活动或溶原性转换影响细菌种群。裂解性噬菌体靶向裂解S. aureus,有望用于控制病原菌;而溶原性噬菌体可能携带毒力基因,增强细菌致病性。此外,真核病毒(如人乳头瘤病毒HPV)在AD皮肤中检出率也可能增加。整合病毒组分析有助于理解微生物-宿主共调控并开发新型疗法。
针对皮肤微生物组组成的治疗方法
针对微生物组的干预为AD治疗提供了新范式。
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细菌疗法(Bacteriotherapy):使用具有抗S. aureus活性的共生菌进行局部应用。
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临床试验显示,局部应用健康志愿者来源的黏膜玫瑰单胞菌(Roseomonas mucosa)可改善AD严重程度评分,减少S. aureus定植。
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局部应用自体或健康供体来源的、具有抗SA活性的凝固酶阴性葡萄球菌(CoNS-AM+),特别是人葡萄球菌(Staphylococcus hominis)特定菌株,能分泌新型羊毛硫抗生素,选择性抑制S. aureus,并减少患者皮损处的细菌负荷。
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益生菌、益生元和后生元:口服特定益生菌(如乳酸杆菌、双歧杆菌)或合生元在部分研究中显示对儿童AD有益。后生元作为微生物代谢产物,安全性更高。
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精准噬菌体疗法(Precision Phage Therapy):利用特异性裂解S. aureus的噬菌体进行靶向治疗。临床前研究显示,噬菌体局部应用可降低S. aureus载量并下调促炎细胞因子。尽管前景广阔,但噬菌体疗法面临监管路径不明、宿主可能产生中和抗体、细菌耐药性以及缺乏大规模临床试验证据等挑战。
这些干预措施共同目标是从广泛的微生物抑制转向精准的生态恢复,重建功能完整的微生物群落。
结论与展望
AD的发病机制是一个由皮肤屏障功能障碍、免疫失调和微生物群失调构成的自我延续的恶性循环。以S. aureus为核心的微生物失调在这一网络中起关键作用。未来研究需借助多组学技术深入理解菌株特异性功能、宿主-微生物-代谢物互作,并据此对患者进行内型分型,以实现真正的个性化治疗。克服监管、生产和安全性挑战,推动活体生物治疗产品和噬菌体疗法等新型干预措施的临床转化,将有助于打破AD的恶性循环,恢复长期皮肤健康。