感染微生态学（二）

——皮肤正常微生物菌群

李兰娟，年9月出生，浙江绍兴人，传染病学专家，中国工程院院士，浙江大学医学部教授、博士生导师，医院主任医师、传染病诊治国家重点实验室主任、国家重点学科带头人。兼任中华医学会副会长，教育部生物与医学学部主任，中国卫生信息协会副会长，中国生物医学工程学会副理事长、中华医学会感染病学分会主任委员、肝衰竭与人工肝学组组长，全国人工肝培训基地主任，中国医师协会感染病专科医师分会会长，中华预防医学会微生态专业委员会副主任委员，国际血液净化学会理事，浙江省医学会会长。年当选为中国工程院院士。年获度国家科学技术进步奖特等奖。

接上文……

二、皮肤正常微生物菌群的影响因素

尽管皮肤常住菌群是相对稳定的，但可受到许多因素的影响而发生改变，引起菌种数量及其所占百分比的变化。这些影响既有来自机体内部的因素，也来自环境的因索或细菌之间的相互影响。

(一)气候因素(温度、湿度的影响)

常住菌往往受到外界大环境及生态区局部环境的影响，外界环境气候变化即温度和湿度的改变会影响生态区的局部环境，温度、湿度增加，角质层的水合作用增加。一般说来，皮肤湿润可促进细胞生长，皮肤干燥则抑制细菌生长。研究表明，适宜的温度和湿度对微生物的复制是必要的。有人做过实验，人为地将细菌接种到皮肤上，湿皮肤比干燥皮肤细菌存活时间更长。将前臂皮肤封包24小时，细菌可增加倍，此时，革兰阴性杆菌和棒状杆菌及念珠菌增加的数目远远超过球菌。一旦封包去除，细菌的数目又可慢慢恢复到原来水平，封包引起的温度和湿度增加，还可使酵母菌如念珠菌和糠秕孢子菌以及皮肤癣菌由非致病型转变为致病型，当然封包还受到局部CO2，张力升高等因素的影响。但也有一些细菌适宜在干燥寒冷的环境生长，如细球菌。

(二)年龄因素

年龄也是明显的影响因素。婴幼儿携带微球菌、棒状杆菌和革兰阴性菌比儿童或成人更常见、比例更高，婴幼儿也可携带较高比例的致病菌。青春期前，皮肤常住菌主要是表皮葡萄球菌及八叠球菌，腹股沟及会阴部可分离到大肠杆菌，但嗜脂孢子菌及痤疮棒状杆菌水平很低。如正圆形糠秕孢子菌在5岁以下儿童少见，随后的10年中随年龄增加菌量增加。15岁时接近成人水平。痤疮棒状杆菌的数量也随着青春期到来，皮脂分泌量的增加以及游离脂肪酸量的增加而增加。

(三)部位因素

皮肤正常菌群的成分因部位不同而不同，如面颈部及手部等暴露部位，暂住菌的比例更高，细菌密度更高。而头面及躯干上部等皮脂腺丰富的部位，嗜脂菌的密度明显增高，其他暂住菌较少。尤其是头皮，作为一个特殊的生态区，葡萄球菌、丙酸杆菌、糠秕孢子菌的密度更高。腋窝、会阴部、趾间相对闭塞部位，温度、湿度增加，为皮肤寄居菌提供了特殊的生态小环境，能使通常暴露部位和平坦部位不存在的细菌得以生长，腋窝正常菌群主要是葡萄球菌和棒状杆菌。会阴部则可分离到红癣的病原菌即微细棒状杆菌。趾间也有大量细菌，主要是革兰阴性菌，皮肤癣菌以及一些条件致病菌。相比之下，上臂和大腿相对干燥，通常细菌数量要少得多。有些细菌在任何部位均可生长，如表皮葡萄球菌。

皮脂腺可能是影响皮肤表面正常菌群区域分布特点的一个重要生态决定因子。在青春期前，皮脂腺不活动，皮肤表面微生物菌群较少，青春期后在皮脂腺活动旺盛的区域，例如头部和躯干上部，就会出现数千万计的相对稳定的嗜脂性微生物群。厌氧的痤疮丙酸杆菌占主要优势，因为它能分泌细胞外脂酶，将皮脂中的甘油三酯分解出甘油作为碳源加以利用，未被利用的游离脂肪酸则留在皮脂之中。皮脂腺相对封闭的缺氧性隐窝结构形成一个二级生态决定因子，痤疮丙酸杆菌等厌氧菌更加适合在毛囊皮脂腺的深部生存，而嗜脂性的需氧菌例如马拉色菌属则主要栖息在毛囊漏斗部顶端。在无皮脂腺的皮肤区域，主要生态决定因子是水分。在有许多汗腺分布的空气不流通区域，例如腋窝、腹股沟和趾缝则存在着大量的"嗜水性"的细菌，主要是革兰阴性杆菌和金黄色葡萄球菌。对皮肤干燥部位如前臂进行封包后，会导致嗜水性细菌的大量繁殖。而在皮脂腺丰富的头皮进行封包后皮肤菌落变化不明显。

(四)皮肤pH值

皮肤常住菌群(主要指表皮葡萄球菌)生长适宜的pH值是6.5～8.5，最佳pH值为7.5～8.0，成人皮肤pH一般是4.5～6.0，但正常菌群也能很好耐受及生存。新生儿及婴幼儿，其皮肤pH比成年人高，可高达6.0-7.0，因而比成人皮肤更适合常住菌生长，成人皮肤pH低，主要是由于皮表脂膜中的脂肪酸增加。因此，嗜脂性的糠秕孢子菌及类白喉杆菌的菌量明显增加，使成人皮肤的总菌落数不比婴幼儿少。气温增加、湿度增加和pH升高，则皮肤菌群中表皮葡萄球菌有增加趋势。Marples等人的研究发现，前额皮肤封包5天，pH从4.38上升到7.05，平均菌落形成单位(cfu)从1.8×cfu/cm3增加到4.5×cfu/cm3。但也有人认为，皮肤pH不能作为单独的影响因素，需与温度、湿度共同作用，才能影响菌群生长。

(五)氧与二氧化碳

皮肤正常菌群中，既有厌氧菌，如痤疮棒状杆菌，又有专性需氧菌，如短颈细菌科，以及兼性厌氧菌，如葡萄球菌、棒状杆菌等，因此皮肤中的氧和二氧化碳的浓度对微生物的定居具有重要作用。表皮虽然与外界相接触，但表皮细胞内的氧却来源于真皮小血管的供应。然而表皮内的PO2较之动脉血氧浓度要低，PCO2则与动脉血中CO2的相关。说明表皮角质形成细胞或徽生物新陈代谢需要消耗氧。

如何解释正常菌群中一些厌氧菌如痤疮棒状杆菌等能在皮肤上生长繁殖?近年来，人们提出了生物膜(biofilm)的概念。其含义是多种微生物菌群及其代谢产物聚集附着于皮表形成了一个自我封闭系统。营养物质及空气弥散入该系统。在该环境中，PO2以不同水平梯度存在于生物膜中。一旦PO2与PCO2发生改变，则微生物的种类及其数量均可发生改变，如封包使PO2下降，PCO2上升，则革兰阴性杆菌及棒状杆菌的数目显著增加。

(六)紫外线影响

紫外线可以抑制或杀灭皮肤的一些正常菌群。体外研究发现，UVA剂量在50mJ/cm3卫时就可杀灭糠秕孢子菌，UVB在～mJ/cm3也可将糠秕孢子菌及白色念珠菌杀灭。但葡萄球菌对紫外线不甚敏感。UVB剂量高达mJ/cm3才可将表皮葡萄球菌杀灭，而这样高的剂量对金葡菌仅起抑制作用。这些结果可以解释日光对脂溢性皮炎有一定的治疗作用。紫外线与太阳光均可用于治疗银屑病，这是否与照射后皮肤中的维生素D产生有关，还是由于对皮肤菌群的直接或间接相关，尚有待进一步研究。有人曾进行了观察，银屑病患者用PUVA治疗前后，皮肤照射部位的正常菌群变化无显著性差异。

(七)黏附因素

黏附是微生物在皮肤表面定居的第一步，微生物的定居能力与黏附能力呈正相关，引起黏附的细菌表面分子称黏附素。黏附素通过吸附到宿主细胞表面的特殊受体而发挥黏附作用。这种特殊受体称之为黏附受体，其成分是糖或糖结合物。黏附素起着微生物与宿主细胞的桥梁作用，人体不同解剖部位其表皮细胞对细菌的黏附受体是不同的，这可解释为何皮肤常住菌因部位不同而异。

磷壁酸(teichoicacids)是葡萄球菌和链球菌的细胞壁成分，可作为黏附索与表皮细胞相应的黏附受体结合，表皮细胞表面与之相结合的特异受体是纤连蛋白(fibronectin,Fn)，为一种糖蛋白受体。研究发现，表皮细胞上至少有两个不同部位的Fn与黏附索相连结，可溶性的Fn可抑制链球菌与表皮细胞黏附。一种黏附素可有一种以上的受体，一种受体也可被多种黏附素竟争结合。

金葡菌及一些链球菌不能在皮肤表面定植的原因可能是由于正常情况下，表皮角质形成细胞上与之相结合的黏附受体并非暴露的。但特应性皮炎患者，由于搔抓引起皮肤的细微损伤，使Fn受体暴露出来，从而增加了金葡菌的黏附作用。但也有人认为是由于患者内源性的一些因素增加了细菌对表皮细胞的黏附性，从而有利于金葡菌在皮表定居。

革兰阴性菌的黏附素主要是菌毛，由菌毛蛋白组成。如大肠杆菌的黏附素有普通菌毛、P菌毛、S菌毛等，大多数大肠杆菌在合适条件下可表达普通菌毛，能黏附到人类几乎所有的上皮细胞，奈瑟淋球菌的菌毛对子宫颈和阴道上皮细胞的黏附作用也得到证实，研究发现，原纤维在化脓性链球菌中可促进对上皮细胞的黏附，而且黏附与疏水性有关。

非菌毛黏附素的作用近年来也被人们所认识，如致病性大肠杆菌含有55～57MDa相同的质粒，编码产生黏附因子，体外研究中可使大肠杆菌黏附到HEP-2及Hela细胞上。

白念珠菌的黏附素为甘露糖一蛋白质复合物，与宿主表面糖蛋白受体结合起到黏附作用。黏附还与质粒有关，已发现大肠杆菌致病株的一种特异性蛋白黏附素与R因子相连接。

除了微生物的因素以外，宿主的因素也影响黏附的能力。对某些致病菌易感的患者可能是由于其角质形成细胞对这些致病菌有更强的黏附性。研究发现，特应性皮炎患者的角质形成细胞对金葡直的黏附力较之正常人大大增强，其原因是由于细胞表面黏附受体增多。有证据表明，鼻黏膜携带金葡菌的易感个体，其HLA的表达与细菌的定居有密切关系。

（八）菌群间的相互作用

正常皮肤微生物菌群发挥着抵御外来病原菌人侵的屏障作用，它与人体、环境三者之间达成一个和谐的统一体。事实上，这道微生物防线的机制非常复杂，既有微生物群与宿主之间的相互联系，又有微生物之间的相互作用。菌群之间可以相互拮抗，也可以相互促进，以保持这道防线的完整性，这对于维持皮肤的正常微生态平衡起着重要作用。

1.菌群间的拮抗作用(reciprocalantagonism)菌群间拮抗作用的机制主要包括下列几个方面：①菌群间相互竟争消耗共同的营养物质；②产生不利于其他细菌生长的pH或氧化还原电势国通过竞争结合位点的黏附受体，而使其他细菌无法定居；③抑制物产生从而拮抗其他微生物生长。目前已知的抑制物主要有：

(1)脂类分解产物：皮脂及其代谢产物可作为微生物的抑制剂。许多常住菌具有脂酶活性，痤疮棒状杆菌可使甘油三酯水解为游离脂肪酸，长链游离饱和脂肪酸和油酸对化脓性链球菌及革兰阴性菌具有抑制作用，但对葡萄球菌无明显抑制作用。糠秕孢子菌具有脂氧合酶作用，能使油酸转变成壬二酸，这种物质能同时抗丙酸杆菌和葡萄球菌，对一些真菌也有抑制作用。丙酸杆菌产生的丙酸对石膏毛癣菌等有抑制作用。被常住菌分解的产物短链脂肪酸局部聚集达高浓度时也起到抑制剂的作用。

(2)细菌水解酶：痤疮棒状杆菌可通过释放细菌水解酶抑制葡萄球菌和其他丙酸杆菌生长，葡萄球菌产生溶菌酶可抗其他微生物定居，芽胞杆菌也能产生类似水解酶的物质而发挥抗其他微生物作用。

(3)抗生素：皮肤正常菌群中许多成员都能合成抗生素。例如，一些真菌可产生链霉素、青霉素、放线菌素等。因此，在皮肤癣病的皮损边缘可检测到抗生素耐药菌，感染部位可分离出青霉素。一些皮肤癣菌可以产生肽类物质而抑制短杆菌葚至病毒的生长，从而抑制脚臭产生。凝固酶阴性的葡萄球菌及少数棒状杆菌可产生环状多肽细菌索，抑制或杀死分类学上与其相邻近的菌株或菌种(特别是金黄色葡萄球菌)，其作用机制可能是通过吸附到特殊的菌体外膜上的受体而发挥作用。

(4)其他抑制物白色念珠菌可产生CO2从而抑制其他真菌生长。这可解释白色念珠菌感染的皮损处往往缺乏其他真菌生长。链球菌、需氧球菌可产生H2O2抑制金葡菌生长。

2.菌群之间的相互促进作用(reciprocalenhancement)皮肤菌群中也存在微生物间相互促进或者一种微生物促进另一种微生物生长的现象(共生关系)。与上述种类繁多的抑制物相比，皮肤菌群产生的促进因子的种类要少得多，促进因子主要包括一些脂类、氨基酸及辅酶等。痤疮丙酸杆菌与表皮葡萄球菌是较好的共生关系，它们都可生活在毛囊皮脂腺囊中，由于表皮葡萄球菌耗氧和降低局部环境pH而使痤疮丙酸杆菌很好地繁殖，丙酸杆菌和棒杆菌分解皮肤角质化残余物，分泌益生素物质可刺激表皮葡萄球菌等生长而丙酸杆菌、表皮葡萄球菌分解皮脂类物质供棒杆菌等的生长。已证实，细球菌能合成一些营养因子促进产抗生素的真菌繁殖。皮肤菌群中厌氧菌的生长可导致其他厌氧菌对氧的敏感性下降。Lloyd和Noble的实验显示，小鼠模型中一些葡萄球菌的菌株能促进刚果嗜皮菌所致的皮肤感染。推测是由于前者产生的CO2或一些促进因子具有吸引刚果嗜皮菌的游动孢子的化学趋化作用，从而促进刚果嗜皮菌向感染部位移动。临床上常可见到在感染性皮肤病中，感染灶中多种菌群相互起协同作用。据认为，葡萄球菌的透明质酸酶或其他尚不清楚的物质可促进厌氧菌的生长及其黏附性。

未完待续……