細菌生物膜與皮膚病相關性研究進展

韓 陽 李曉東

沈陽醫學院附屬中心醫院，沈陽，110000

人體皮膚表面存在多種微生物群落(包括細菌、真菌、病毒、節肢動物、古生物等)，它們與人體相互依存、相互影響，在皮膚結構功能中發揮重要作用。皮膚表面定植的細菌以浮游狀態或生物膜狀態存在。以往研究發現，皮膚疾病的發生與細菌定植比例及菌群多樣性的改變密切相關。近期一些研究發現細菌生物膜的存在可能與痤瘡、特應性皮炎等多種皮膚疾病相關[1]，但這些研究多關注于單種皮膚疾病中的細菌生物膜。本文現對細菌生物膜相關皮膚疾病進行歸納，綜述如下。

1 細菌生物膜

細菌生物膜是細菌在生長過程中，為適應環境而附著在有生命或無生命的材料表面，由細菌本身及其分泌的胞外多聚物共同組成的細菌群體。細菌生物膜的主要成分為水、細菌和生物大分子(包括多糖、核酸、蛋白質及脂質等物質)。

細菌生物膜可存在于人體皮膚表面及體內。隨著醫學發展，越來越多的醫療器械、人造器官等植入物被用于治療各種疾病，而細菌生物膜可依附在植入物上，引發細菌生物膜相關的感染。除此之外，細菌生物膜也可引發非植入物相關的感染，如慢性阻塞性肺疾病、先天性心內膜炎、慢性中耳炎、體表創面感染等。體內外研究發現，相比于細菌浮游狀態，細菌生物膜具有更強的耐藥性，生物膜中細菌的最低抑菌濃度和最低殺菌濃度均遠高于浮游細菌，細菌生物膜對宿主的免疫防御能力更強。因此，細菌生物膜更易引發疾病，且很難被清除[2]。

2 與細菌生物膜相關的皮膚疾病

生物膜與皮膚疾病密切相關，越來越多的研究發現細菌生物膜參與多種皮膚疾病的發生與發展。下面逐一闡述：

2.1 痤瘡 痤瘡(acne)是一種常見的發生于毛囊皮脂腺的慢性炎癥性皮膚病。痤瘡的發病機制復雜。研究發現，痤瘡丙酸桿菌在痤瘡發病機制中起到重要作用。痤瘡丙酸桿菌(Cutibacterium acnes)是一種革蘭氏陽性厭氧菌芽孢桿菌，為皮膚常駐菌之一，能促進皮脂腺導管細胞角化及皮脂腺分泌，并誘導炎癥反應，促使痤瘡發生及加重[3]。近期研究發現痤瘡丙酸桿菌形成的生物膜參與痤瘡的發病。Jahns等[4]應用熒光顯微鏡觀察到，尋常型痤瘡患者皮脂腺腺泡中生物膜明顯多于健康對照組。也有研究發現中、重度痤瘡分離出的痤瘡丙酸桿菌形成生物膜的能力更強[5]。體外研究發現，痤瘡丙酸桿菌生物膜比痤瘡丙酸桿菌耐藥性強，并產生更多的脂酶，加重痤瘡炎癥反應。在痤瘡治療時，痤瘡丙酸桿菌生物膜可為菌體提供物理屏障，使藥物較難接觸到痤瘡丙酸桿菌。同時，生物膜的存在會提升痤瘡丙酸桿菌耐藥性，使痤瘡的抗菌素治療更加困難[6]。

2.2 特應性皮炎 特應性皮炎(atopic dermatitis, AD)是一種常見的慢性皮膚病，以復發性、瘙癢性、炎性皮損為特點[7]。越來越多的研究表明皮膚微生物可參與AD發病。有研究發現，90%的AD患者會感染金黃色葡萄球菌，而在健康人群中約為5%～20%[8]。金黃色葡萄球菌的菌落可以釋放毒素和酶類物質損傷皮膚，并可誘導釋放白細胞介素。因此，金黃色葡萄球菌在AD病變的發展過程中被認為是一種重要的環境致病因子[9]。金黃色葡萄球菌具有形成生物膜的傾向，其生物膜在AD發病過程中也發揮重要作用[10]。應用共聚焦顯微鏡可觀察到AD皮損表面存在金黃色葡萄球菌生物膜。Katsuyama等[11]發現金黃色葡萄球菌生物膜增長速度較快且能夠提高金黃色葡萄球菌的耐藥性。Allen等[10]對40例AD患者的皮膚進行研究，發現所有樣本都含有多重耐藥并具有生物膜形成能力的金黃色葡萄球菌。此外，金黃色葡萄球菌生物膜已被發現在AD皮膚的外分泌管中定植，通過顯微組織鏡檢發現其可阻塞外分泌腺，這種由生物膜誘導的外分泌腺阻塞可以誘發炎癥、瘙癢，最終導致AD皮損形成。金黃色葡萄球菌生物膜可通過參與機體免疫反應導致AD病程慢性、遷延。其原因一方面是金黃色葡萄球菌生物膜的存在可保護細菌免受天然免疫細胞(尤其是巨噬細胞和中性粒細胞)損傷[12]；另一方面金黃色葡萄球菌生物膜可分泌特定蛋白(如α毒素、LukA和LukB等)，抑制巨噬細胞的吞噬作用[13]，上述途徑有助于細菌免疫逃逸，導致AD復發、難以治療。

金黃色葡萄球菌生物膜可直接作用于角質形成細胞加重AD病情。研究發現，金黃色葡萄球菌生物膜提取物可誘導IL-6的分泌，導致角蛋白1和10以及絲聚合蛋白等重要分化標記表達減少[14]，進而影響角質形成細胞的最終分化[15]。也有研究發現，暴露于金黃色葡萄球菌生物膜的角質形成細胞在3 h后即喪失生存能力并發生凋亡，而暴露于浮游培養金黃色葡萄球菌的角質形成細胞3 h后與暴露于對照組的角質形成細胞類似[16]。雖然細菌生物膜誘導凋亡機制尚未研究清楚，但金黃色葡萄球菌生物膜誘發角質形成細胞凋亡這一現象十分重要，因為上皮細胞損傷會釋放dsRNA，從而啟動TLR3-3介導的胸腺基質淋巴生成素(TSLP)分泌[17]。TSLP的分泌會導致強烈的瘙癢反應[18]，由瘙癢誘發的反復搔抓會加劇皮膚的剝離，加重AD。

2.3 皮膚創傷 皮膚是人體最大的器官，可保護體內組織免受內源微生物(皮膚菌群)和外源微生物的侵襲。然而，在皮膚損傷的情況下，微生物可以避開宿主的第一道防線，粘附在皮下軟組織上，增殖并形成生物膜。創傷部位微生物可在短時間內形成生物膜。Kanno等[19]應用大鼠創傷模型在體外模擬生物膜的形成時，發現最短在8 h內即可觀察到創傷部位形成生物膜。

創傷可分為急性和慢性，急性和慢性傷口都能為細菌生物膜的生長提供適宜的環境條件，其中慢性創口中細菌生物膜發現率更高[20]。James等[21]通過電鏡掃描研究發現，60%的慢性創傷中存在生物膜，而這一比例在急性創傷中只有6%。通過體外培養發現，在創傷中形成細菌生物膜的主要致病微生物為葡萄球菌、銅綠假單胞菌和腸球菌。Han等[22]利用RNA測序研究在慢性傷口中鑒定出17種可形成生物膜的微生物。

細菌生物膜是延遲傷口愈合的主要因素，生物膜為細菌生存創造一個良好環境，使細菌提升對外界環境變化的耐受力。同時，細菌生物膜的存在會損傷創傷部位的免疫反應，延緩上皮化，并阻礙肉芽組織生長[21]。許多病原體能夠附著在生物膜上，而細菌生物膜圍繞在聚合基質周圍形成緊密包塊，這種結構特點有助于病原體躲避抗生素的作用[23]。細菌生物膜的形成還能促進微生物交流、增強微生物毒性、加速分解營養并幫助微生物的傳代與發展[24]。

2.4 真皮填充 用于醫療美容的填充物可以修容、治療疤痕、平滑皺紋等，填充治療涉及注射異物凝膠進入真皮或皮下組織[25]，填充之后局部可能會出現多種副作用，主要表現為紅斑和輕度柔軟的結節[26]。這些紅斑、結節處細菌培養通常為陰性，因此被認為與炎癥、非感染性的因素相關，常用類固醇、抗組胺藥和非甾體抗炎藥(NSAIDs)來治療。近期研究發現，這些副作用與細菌生物膜的存在相關。Alhede等[27]應用小鼠模型研究真皮填充物和生物膜的相關性，發現僅有很小量細菌存在，真皮填充凝膠可促進細菌生物膜的形成。此外，他們還報道了廣譜抗生素能夠在填充后24 h內緩解上述副作用，但抗生素的作用于注射后72 h減弱。同時，應用低劑量的類固醇，對感染的病程無治療作用，而大劑量的激素治療有很多副作用。

Christensen等[25]對54例應用聚丙烯酰胺凝膠填充后產生副作用的患者進行研究發現，注射5年后98%后遺癥患者仍可檢測到低致病性的常駐菌群(如表皮葡萄球菌和痤瘡丙酸桿菌)形成的生物膜相關感染，而無癥狀的術后患者沒有任何生物膜感染的征象。Saththianathan等[28]在體外研究發現所有類型的真皮填充劑都能夠促進表皮葡萄球菌生物膜的增殖。Wang等[29]測試了三種常見的皮膚濕巾成分(乙醇、氯己定和聚維酮碘)對金黃色葡萄球菌的影響，發現均可輕微減少生物膜的形成。進一步發現隨著注射針頭直徑的增大，真皮細菌遷移增多，而注射深度越深，真皮細菌遷移越少。連續縫合與間斷縫合的細菌遷移率一樣，而扇形注射技術導致遷移率增高。

2.5 其他皮膚疾病 化膿性汗腺炎(Hidradenitis suppurativa, HS)是一種頂泌汗腺慢性化膿性炎癥，主要發生于腋窩、外生殖器及肛周等部位，如治療不及時病程反復，易出現疼痛性的膿腫和瘺道，該病確切發病機制仍不清楚, 而皮損處定植的細菌生物膜可能參與該病炎癥的發生[30]。有研究報道，在HS患者中表皮葡萄球菌致病性增加，主要表現為耐藥性增強、產生更多的生物膜以及生物膜耐藥性升高等。研究發現在26例HS患者中有16例可檢測到表皮葡萄球菌定植，共鑒定出27種不同的表皮葡萄球菌，其中有24種是強生物膜產生者[31]。Ring等[32]研究42例HS患者發現，67%的慢性皮損處存在生物膜，主要存在于竇道或漏斗內。

痱子是一組有小汗管破壞的外泌汗腺疾病。痱子皮損處活檢可觀察到汗管阻塞。Mowad等[33]發現將具有形成生物膜能力的葡萄球菌接種到前臂，會誘發痱子，而非生物膜形成的葡萄球菌無這種反應。因此研究者認為細菌生物膜可參與痱子發病，其原因可能為生物膜阻塞汗腺分泌汗液從而誘發痱子。

在膿皰瘡和癤病中可檢測到金黃色葡萄球菌生物膜的存在，在非大皰性膿皰瘡皮損中可發現化膿性鏈球菌和金黃色葡萄球菌生物膜[34]。

3 結語

細菌生物膜已成為皮膚疾病致病因素中重要成員之一。越來越多的研究證實，細菌生物膜在皮膚疾病的發生、發展中發揮重要作用，但目前有關細菌生物膜與皮膚疾病相關性的研究才剛剛起步。進一步探索更多常見皮膚病(如病毒性皮膚病、細菌性皮膚病、皮炎濕疹等)中細菌生物膜，對了解相關皮膚病發病過程至關重要。在不久的將來，關于對細菌在皮膚病中發揮作用的認識，很可能因細菌生物膜的深入研究被不斷刷新。針對生物膜的治療可能改變宿主反應和細菌對抗生素的耐藥性，以細菌生物膜為靶點來治療可能成為新興熱點，為皮膚疾病的治療提供一個新的思路。