痤疮丙酸杆菌在寻常痤疮发病中的作用及其机制

皮肤丙酸杆菌属(原被命名为Propionibacteri-um，由于定植于皮肤目前被更名为Cutibacteri-um)是存在于人体皮肤及其他角化性上皮的正常伴生菌群。它们是放线菌门革兰弱阳性的兼性厌氧杆菌，在光镜下呈较为典型的粗大棒状杆菌外观，具有不规则的短分支状结构，曾经被归为芽孢杆菌属(Bacillus spp.)、棒状杆菌属(Corynebacterium spp.)以及类白喉杆菌属(Diphtheroid spp.)等。痤疮丙酸杆菌(C. acnes)、颗粒丙酸杆菌(C. granulosum)主要存在于皮脂分泌旺盛的区域(如头面部及胸背部)的毛囊皮脂腺单位内，其中后者较为少见。早在19世纪末，有研究者在寻常痤疮患者的皮损中分离到C. acnes，并认为该细菌直接导致了痤疮的发生。

一系列现象及证据支持C. acnes参与了寻常痤疮的致病过程，例如：使用抗生素治疗痤疮有明确效果；在无菌性表皮样囊肿中注入C. acnes后可导致炎症激活以及囊肿破裂; 人体表皮及毛囊皮脂腺单位的微生物群(microbiota)中还包含了表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)、革兰阴性杆菌以及属于嗜脂性酵母型真菌的糠秕马拉色菌(Malasse- zia furfur)，然而对痤疮患者进行相应的抗菌治疗后并未得到满意的疗效；在使用抗生素治疗时，虽然凝固酶阴性葡萄球菌对大环内酯类抗生素的耐药率逐渐升高(耐药率在治疗12周后由87%的基线值上升至98%)，但痤疮皮损仍得到了明显的缓解；C. acnes的耐药会导致治疗效果下降。

然而C. acnes作为正常伴生菌群也同时存在于健康人群的皮肤中，并且对比痤疮患者皮肤表面C. acnes的数量与正常人并无明显差别；同时发现毛囊中C. acnes数量与炎症反应严重度之间无明显关联(甚至发现了无菌皮损) ，其作为寻常痤疮“致病菌”的地位一度下降。这些看似相互矛盾的现象使得C. acnes在寻常痤疮发病中所起的致病作用一直饱受争议。

目前认为寻常痤疮的发病机制中主要包括以下三个中心环节: ①毛囊-皮脂腺单位(pilosebaceous units，PSUs，又称为皮脂腺毛囊)上皮角化过度；②皮脂生成增多(皮脂溢出)；③炎症反应激活。同时也存在很多疑问: 上述环节是各自独立还是互为因果关系? 哪一个过程是始动环节? 微生物因素到底在何种程度上影响疾病的进程? 由于经典的 “科赫四法则”(Koch's Postulates)并不适用于解释寻常痤疮与微生物的关系，因此C. acnes的真实角色也变得扑朔迷离。

C. acnes在毛囊表皮角化过程异常中的作用

目前认为毛囊漏斗下部(infrainfundibulum)及皮脂腺导管附近的上皮角化过度，以及角栓形成是痤疮皮损发育的初始阶段，脱落的角质细胞与皮脂、微生物菌体等物质大量聚集，形成了“洋葱”样的薄层涡旋结构，导致了微粉刺(microcomedones)和粉刺(comedones)的形成。有研究报道在皮损的毛囊上皮组织检测到了异常表达的整合素(inte-grin)α2和α3，在进一步实验中观察到了C. acnes的提取物可介导成角质细胞表达β1、α3、α6s、αVβ6等整合素以及丝聚蛋白(filaggrin)，从而影响成角质细胞的分化过程。

进一步研究发现，由于C. acnes的定植，通过其代谢过程将皮脂中的甘油三酯分解为游离脂肪酸(FFA)，例如油酸、棕榈酸、十六碳烯酸(sapienic acid)等，而上述FFA在动物实验中被证实可以诱导粉刺的形成。另外，人类皮脂中特有的成分—鲨烯(squalene)本身具有微弱的致粉刺形成的作用，但通过C. acnes代谢后转变为鲨烯超氧化物，致粉刺生成的作用显著加强。 

除此之外，造成毛囊角质细胞脱落异常的机制可能还与C. acnes定植后形成生物膜(biofilm)有关。生物膜是细菌菌体与其分泌的多糖类物质、染色质降解产物等所形成的复杂三维网络结构，它可以充当角质形成细胞之间的“粘合剂”，从而促进了角质细胞的聚集；生物膜的形成还可以导致抗生素耐药性的形成。目前认为C. acnes的GehA基因所编码的甘油三酯酶在生物膜的形成中具有核心性作用。

在体外实验中观察到C. acnes可以促进成角质细胞的增殖，并且在微粉刺中就已检测到C. acnes的大量繁殖。炎症因子(主要为IL-1α)的表达并不局限于显性炎症性皮损，早在微粉刺阶段就可以被检测到。目前有大量的研究表明C. acnes可介导IL-1α等炎症因子的产生，而在体外试验中IL-1α可以促使游离的毛囊-皮脂腺单位转化为粉刺。在进一步研究中发现IL-1α可以造成体外培养的毛囊漏斗上皮细胞角化过度，并且这一过程可以被IL-1α的受体拮抗剂所抑制。上述结果提示炎症参与了毛囊细胞分化的调控过程。此外，有研究者发现将C. acnes的菌体成分接种到健康者表皮内后，检测到胰岛素样生长因子(IGF)以及其受体IGF-1R的表达上调，而另一项研究证实了 IGF-1R所介导的信号通路激活可以诱导成角质细胞的增殖并调控其分化过程。这提示了上述信号通路激活后，会促进C. acnes的生长繁殖。

C. acnes影响皮脂腺的正常分泌

皮脂腺是广泛分布于各部位的皮肤附属器(除掌跖以外)，通常开口于毛囊上部，与后者组成 PSUs。皮脂腺最主要的功能为分泌皮脂(sebum)，其中含有各种非极性疏水性脂质，覆盖于皮肤表面起到滋润、保有水分、隔热以及防御等功能。但由于皮脂腺与毛囊之间的紧密关系，痤疮的发生往往伴随着皮脂合成分泌旺盛，自身可以调控一系列激素的合成与分泌(如雄激素、类固醇类激素等)，因此被认为参与了寻常痤疮发病的启动过程。痤疮患者的皮脂分泌水平异常升高、皮脂成分变化(亚油酸、维生素E的含量下降、饱和脂肪酸/不饱和脂肪酸比例升高)、脂质过氧化物以及单不饱和脂肪酸(MUFA)的出现、氧化/还原物质比例失调等与痤疮的发病相关。

正常人的皮脂腺也是具有免疫活性的皮肤附属器官，它们在一定水平上能稳定表达若干细胞因子(如IL-1α、IL-1β、TNF-α等)。然而当个体进入青春期后，皮脂腺分泌水平显著升高，将脂质作为代谢活动底物的C. acnes等微生物增加，它们可刺激皮脂腺细胞上调上述细胞因子的表达。此外，C. acnes可以促进皮脂腺泌脂增加。有研究者发现C. acnes的培养基及灭活的菌体可以通过上调二酰基甘油酰基转移酶(diacylglycerol acyltransferase，DGAT)的活性以及15-脱氧-Δ12，14-前列腺素J2(一种与细胞色素P450相关的促进皮脂脂质生成的活性因子)的表达水平，使得仓鼠皮脂腺泌脂水平增加。Lee等研究者发现部分C. acnes菌株可产生一系列丝氨酸蛋白酶，这些物质是蛋白酶激活受体2(PAR-2)的配体，前者通过激活角质形成细胞的PAR-2受体可以诱导炎性介质、抗菌肽以及基质金属蛋白酶表达等生物过程。在SZ95皮脂腺细胞中也发现了该受体的表达，敲除编码该受体的基因后可导致皮脂腺分化障碍。在寻常痤疮患者的皮损中可发现PAR-2的表达上调，并且用C. acnes的培养基上清液作用于SZ95细胞后，可导致PAR-2介导的信号通路下游的固醇调节元件结合蛋白-1(SREBP-1)的表达上调，促进皮脂腺细胞脂质合成。 

此外，有研究表明C. acnes的细胞膜成分可显著刺激表皮产生更高水平的促肾上腺皮质素释放激素(corticotropin releasing hormone，CＲH) 。而目前有不少研究报道CRH可以作用于表达于皮脂腺细胞的受体CRH-R，并且可能通过上调3β-羟化类固醇脱氢酶/Δ5-4异构酶(在睾酮合成中的限速酶)的表达而促进皮脂腺泌脂增加。

C. acnes在炎症反应激活中的作用

现阶段对寻常痤疮普遍认识并定性为“慢性炎症性疾病”，炎症反应不仅在寻常痤疮的发病中处于中心地位，更是这一疾病造成的严重后果(痤疮瘢痕、炎症后色素沉着斑、毁容、严重心理障碍等)的根本原因。炎症反应不仅局限于炎性皮损(脓疱、结节、囊肿等)，在非炎症的粉刺阶段就检测到IL-1α的表达以及淋巴细胞的浸润。炎症反应所 造成的结果也是多元化的，除了传统中炎症反应的典型症状(红、肿、热、痛)、色素沉着以及瘢痕形成以外，目前有研究表明炎症反应与上皮的角化过度、皮脂腺功能异常等其他环节也存在关联。与炎症激活相关的因素包括了炎症介质、抗菌肽、基质金属蛋白酶、皮脂、神经肽、特异性抗体以及激素(CRH、雄激素)等，而大量的研究提示C. acnes在这一环节中也发挥了重要作用。一般而言，C. acnes的定植以及代谢活动(分泌基质金属蛋白酶、酯酶、趋化因子、卟啉、活性氧簇、皮脂的代谢产物等)可以直接或间接激活固有免疫和适应性免疫，从而造成炎症级联反应的发生。固有免疫中与C. acnes相互作用的免疫元件包括了Toll样受体(TLR)、抗菌肽(antimicrobial peptides，AMP)、蛋白酶激活受体(PAR)以及基质金属蛋白酶等；而适应性免疫中体液免疫及细胞免疫均参与了C. acnes介导的炎症过程。

固有免疫：固有免疫是人体抵御外界病原体的一道防线，病原体所共有的一些特定结构，或病原体相关分子(PAMPs，如细菌细胞壁成分和病毒的核酸)可以被固有免疫元件所识别，从而激活下游的一系列级联信号，最终促使NF-κB、MAPK活化，导致炎症相关的基因转录表达以及炎症反应的发生，同时介导I型干扰素(IFN-α/β)的表达，促进树突状细胞的成熟以及共刺激分子(costimulatory)的表达，为适应性免疫的启动奠定基础。

识别PAMP的模式识别受体(PRR)中最重要的成员为Toll样受体(TLR)。研究中发现，TLR-2在痤疮皮损表皮中的表达出现了上调。在体外试验中，C. acnes的提取物(包括热休克蛋白GroEL、DnaK、脂多糖等物质)可刺激成角质形成细胞、皮脂腺细胞和巨噬细胞的TLR-2表达上调，从而促进IL-1、IL-8、IL-12、TNF-α、MMP-9、GM-CSF等炎症因子的表达，这些细胞因子在寻常痤疮炎症的发生中起到不同的作用。其中IL-1家族的细胞因子在炎症的启动、发展中发挥核心作用，它除了导致毛囊上皮细胞角化过度以外，还可以触发以中性粒细胞主导的炎症反应，诱导皮脂腺细胞产生IL-6、IL-8等促炎症因子；IL-8能够趋化中性粒细胞游走到毛囊皮脂腺单位，后者释放溶酶体中的水解酶并导致毛囊破裂以及炎症的激化；TNF-α与GM-CSF参与了朗格汉斯细胞在皮肤中的成熟以及迁移，促进向T细胞的抗原提呈过程；IL-12能够促进Th1细胞介导的免疫反应。多种靶向药物应用于恶性肿瘤的临床治疗，其中表皮生长因子受体抑制剂(EGFＲi)便是其中主要的药物之一，约50%～80%的患者使用该类药物之后在皮脂溢出区域出 现痤疮样疹，进一步研究发现药物与C. acnes可相互协同，通过TLR2介导角质形成细胞表达IL-36γ显著上调。IL-36γ是属于IL-1的促炎症因子，可通过IL-36Ｒ受体激活NK-κB通路，从而激活炎症。

研究报道C. acnes可以通过激活体外培养的角质形成细胞、皮脂腺细胞介导AMP的产生。AMP是一大类广泛分布于哺乳动物上皮组织及吞噬细胞的多肽，主要分为两个家族：防御素(de-fensins)与cathelicidins家族抗菌肽。因具有非选择性抗菌活性而成为了固有免疫系统的组成部分。除此之外，AMP还具有调控细胞迁移与成熟、诱导细胞因子产生以及趋化具有免疫功能的细胞等作用。通过检测寻常痤疮患者皮损内分泌物发现，其中AMP含量较皮损未累及区域或健康人升高了33倍。因此可以推断C. acnes 可以通过刺激成角质细胞、皮脂腺细胞产生过多地AMP从而使炎症反应激化。

炎症小体(inflammasome)也参与了寻常痤疮的炎症启动环节。炎症小体是一类具有大分子量的蛋白复合物(蛋白酶体)，它的主要功能是作为Caspase-1活化及IL-1β的成熟平台。组成炎症小体的一个重要元件是NOD样受体(NLR)，是一类存在于胞质内的PRR。

皮肤作为裸露的器官，时刻暴露于外源性或内源性的蛋白酶的作用下。蛋白酶具有广泛的生物学功能，也参与了一系列疾病的发病过程。特定类型的丝氨酸蛋白酶，如类胰蛋白酶(trypyase)、激肽释放酶(kallikrein)、基质蛋白酶(matriptase)以及一些病原体产生的蛋白酶可以活化皮肤中表达PAR-2，调控渗透屏障稳态(permeability barrier homeosta-sis)、成角质细胞角化过程、炎症反应、色素代谢以及创伤愈合等生理病理过程。有研究报道寻常痤疮患者的粉刺高水平表达PAR-2，将C. acnes的培养上清液(实验证实具有蛋白酶活性)加入成角质细胞体外培养后可导致以细胞内Ca2+浓度变化标志的PAR-2激活过程，并检测到IL-1α、IL-8、TNF-α等炎症信号、hBD-2与LL-37等抗菌肽以及MMP-1，-2，-3，-9，-13的mRNA水平显著升高。以类似的方式对体外培养的SZ95皮脂腺细胞系进行研究发现，C. acnes所分泌的蛋白酶同样可以激活皮脂腺细胞的PAR-2并导致IL-8、TNF-α以及hBD-2等促炎因子的表达上调。由此可以推断C. acnes可以通过PAR-2这一生物传感元件激活炎症反应的发生。 

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是一组催化活性依赖与锌离子结合的内肽酶(endopeptidase)，它们可以选择性地降解各种细胞外基质的组成成分以及一些非细胞外基质的蛋白。因此，MMP可以在生理或病理条件下参与细胞外基质的重构(remodeling)。寻常痤疮发病过程中也包含了细胞外基质的重构并最终导致瘢痕的形成。在皮肤组织中，TNF-α的主要来源为角质形成细胞以及一系列炎症细胞(包括肥大细胞以及单核/巨噬细胞)。C. acnes可以通过激活上述细胞所表达的TLR产生一系列的促炎细胞因子，其中TNF-α在MMP的活性调控中发挥着中心性的地位，研究证明它们通过激活NF-κB信号通路导致MMP的前体无活性形式—proMMP的活化，而当具有活性的MMP生成后会触发一系列炎症因子(如TNF-α、IL-6)的产生，这一正反馈机制使得炎症的激活。寻常痤疮患者的皮脂中包含了若干种类型的MMP，由成角质细胞及皮脂腺细胞分泌的就有MMP-1，MMP-9，MMP-13等，此外，有研究证实在痤疮患者的皮损中检测到了MMP-1及MMP-3的表达水平上调，并且C. acnes能够刺激人类皮肤成纤维细胞(hDF)、成角质细胞上调TNF-α的表达，进而诱导proMMP-2、MMP-9的表达，而这一过程可以被多西环素(doxycycline)所抑制。

由此可以推断痤疮皮损中C. acnes的增殖可导致MMP的产生增加，后者促使毛囊结构破坏，炎症反应从而得以扩展至真皮区域。因此这一过程不仅导致炎症的激化，也使得皮肤组织细胞外基质进行了重构。此外，C. acnes的代谢活动也可以影响炎症反应的发生与发展。由于C. acnes可以分泌一系列酯酶使得皮脂中的甘油三酯分解为甘油与游离脂肪酸，后者从毛囊渗出后能够趋化中性粒细胞参与毛囊的炎症；C. acnes可以使皮脂中的脂质(如鲨烯)转化为相应的超氧化物，这些物质一方面可以进一步刺激炎症因子的产生，另一方面可以激活过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARs)对炎症进行负反馈性调控。 

适应性免疫：有研究报道在C. acnes阳性的寻常痤疮患者的血清中检测到针对C. acnes的特异性IgG抗体的存在，并且抗体滴度较C. acnes阴性的患者及健康人群明显升高，同时抗体滴度与痤疮的严重程度呈正相关，然而这一论断也遭到了质疑。因此有研究者提出了严重的痤疮以及暴发性痤疮(acne fulminans)是由于机体对C. acnes 产生的迟发型超敏反应所引起。在痤疮患者的正常毛囊周围有CD4+T细胞及巨噬细胞浸润，并伴有一系列炎症标志物的表达上调(E-选择素、VCAM-1、ICAM-1、HLA-DR等)，这些结果也支持有Ⅳ型超敏反应的发生。甚至有研究提出C. acnes的细胞膜中的成分可充当超抗原(superantigen)可以刺激成纤维细胞释放大量的炎性因子，这解释了一部分病人刚开始使用异维A酸进行治疗时因大量的C. acnes抗原释放而导致痤疮反而加重的现象。近期研究报道了Th17细胞参与了寻常痤疮的发病过程。Th17细胞亚群是独立与Th1/Th2亚群之外的辅助T细胞群，他们表现出与后者不同的免疫效应：他们可以清除Th1/Th2细胞效应范围以外的一些病原体，并且在一些自身免疫性疾病的发病和机体炎症状态中发挥作用，往往伴有组织的慢性炎症以及细胞外基质的破坏。

痤疮丙酸杆菌不同亚型、毛囊微生物群状态对于痤疮发病的作用

目前有大量的研究支持了C. acnes在寻常痤疮发病中的地位，但它们也作为正常的伴生菌群存在于健康人的皮肤中。因此将寻常痤疮从感染性疾病中排除已得到业界公认，并且经典的“科赫原则”也并不适应于解释C. acnes等微生物与痤疮发病的关系。为了解释这一悖论，有研究者通过多基因位点序列分型(MLST)以及宏基因组(metagenomics)等方法对比寻常痤疮患者与健康人群所携带的C. acnes的基因型，推断可能存在不同的人群携带不同遗传种系的C. acnes，它们的所表现的分泌组学特征(secretome)、蛋白组学(proteomics)可能存在差异，因此可能在激发炎症反应类型、毒力因子的产 生中存在差异，从而影响其致病性。通过MLST等基因分析技术将C. acnes分为IA1、IA2、IB、 IC、Ⅱ、Ⅲ等具体的亚型，并进一步分析不同亚型在表达毒力因子、激发炎症、与痤疮病情严重程度中的联系。例如，通过研究发现，IA-2、IB-1亚群在痤疮皮损中占明显优势地位；I亚群的C. acnes基因组中往往存在CRISPR/cas基因座(一类规律间隔成 簇短回文重复序列)，从而使得细菌更容易水平性获取增殖以及毒力相关性基因表型；Ⅱ亚型可在99%以上的健康人群中分离到；而Ⅲ亚型在痤疮皮损中尚未被发现。CAMP(Christie-Atkins-Munch-Petersen)因子是一组表达于所有C. acnes亚群的分泌性细胞膜孔形成毒素，同时也是一类重要的PAMP，可以与TLＲ2相互作用而引起组织的固有免疫反应。其中CAMP2表现出主要的协同性溶血活性，并且主要在IA亚群中表达。目前有大量研究支持CAMP因子在激发痤疮炎症中的关键性作用，并力争研发出针对CAMP因子的单克隆抗体或疫苗，以实现进一步提高对中重度痤疮的预防以及治疗。

皮肤表面的微生物群组成复杂，C. acnes在维持健康皮肤微生态平衡中具有重要的作用。在痤疮好发的皮脂溢出区域(额部、面部、耳后、背部)为丙酸杆菌属细菌的主要定植区域(占70%以上)，除此之外还有葡萄球菌属、棒状杆菌属等细菌共同存在。研究发现表皮葡萄球菌和C. acnes之间存在互相共存-拮抗的关系，两者对于对方的增殖均存在一定的抑制作用，并且表皮葡萄球菌可以通过表达产生脂磷壁酸从而抑制C. acnes激发炎症反应的作用；在痤疮皮损中，C. acnes的丰度可升高至90%以上，从而失去其他种属细菌对其增殖的抑制作用。另外，有学者发现糠秕马拉色菌过度定植可能与痤疮治疗抵抗有关；马拉色菌所表达的脂肪酶活性为C. acnes的100倍以上，从而加强表皮角化异常、炎症激活等致病性过程。

由于C. acnes同时被认为是人类皮肤的“正常共生菌”及寻常痤疮、医源性植入物深部感染等疾病的“致病菌”，C. acnes在健康与疾病中的具体地位模棱两可。虽然C. acnes的亚型分析可对这一争议点进行一定的解释，但并没有形成具体的定论。目前有越来越多的证据提示，细菌的“群体感应”效应(quorum sensing，QS)在其“角色”的转换中起到作用。例如，在痤疮皮损中，C. acnes往往以结合于生物膜的固着模式定植，而生物膜的形成主要受QS的调控。进一步体外研究发现，固着于生物膜中的C. acnes所分泌的AI-2(诱导产生QS效应的信号分子)明显上调，并且与脂肪酶等主要毒力因子的表达呈正相关。因此，C. acnes的QS状态有望进一步解释细菌致病性的变化现象。

总结

寻常痤疮是皮肤科临床工作中最常见的皮肤疾病之一，然而其发病机制十分复杂，目前尚有众多环节亟待进一步研究及阐述，其中痤疮丙酸杆菌等微 生物与疾病发生的关系就突破了传统意义中的“感染”模式，呈现出针对多个发病环节同时产生致病 性推动作用的现象，并且在菌种的亚型、微生态等层面上存在值得进一步探讨的全新致病机制。这些发现也为微生物与疾病的研究拓宽思路与视野。与此同时，需要关注痤疮丙酸杆菌与寻常痤疮的炎症之间的联系，在进一步研究中发现其炎症激活的关键靶点，并力争寻找到精准治疗痤疮特异性炎症反应的更新、更有效的手段。

参考文献：

范宇焜，郝飞．痤疮丙酸杆菌在寻常痤疮发病中的作用及其机制[J].皮肤科学通报，2022，39（1）：10-17.