近期，武漢大學(xué)張先正教授、馮俊教授和曾旋副教授在期刊 Bioactive Materials 上發(fā)表文章：提出了以共生菌治療由致病金色葡萄球菌過度增殖引起的特異性皮炎（AD）。作者構(gòu)建了一種共生菌凝膠敷料，凝膠材料為共生菌提供營養(yǎng)和庇護(hù)，促進(jìn)其在致病菌占主導(dǎo)地位的皮炎微環(huán)境定植；進(jìn)而競爭抑制致病菌。該敷料還能促進(jìn)皮炎傷口愈合和皮膚正常化。
研究內(nèi)容簡介
特異性皮炎（AD），又稱濕疹，是一種廣泛分布的炎癥性疾病，發(fā)達(dá)國家中大約有20%的兒童和5%的成年人飽受該疾病的困擾。AD通常是慢性和反復(fù)發(fā)作的疾病，伴隨著強(qiáng)烈的瘙癢，炎癥性皮膚損傷，皮膚感染，組織損傷甚至系統(tǒng)過敏性免疫響應(yīng)。研究表明，很多皮膚疾病，包括AD，通常呈現(xiàn)皮膚菌群失調(diào)的特征。AD患者皮膚微生物多樣性急劇下降，致病菌如金色葡萄球菌，白色念珠菌，以及毛癬菌占據(jù)皮膚菌群的主導(dǎo)地位，在AD發(fā)展中發(fā)揮主要作用。微生物失調(diào)造成AD患者皮膚上的鞘脂類物質(zhì)或者抗菌肽缺乏，這兩者對(duì)大多數(shù)致病菌具有廣譜抗菌活性，且是構(gòu)成表皮滲透屏障（EPB）的重要組分。由于源自皮膚菌群失調(diào)的AD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，AD患者臨床多采用抗菌治療、使用糖皮質(zhì)激素等的抗炎治療和免疫抑制為主的聯(lián)合治療方式，但治療效果不佳。而且，高頻使用抗生素和激素類藥物常誘發(fā)正常菌群的破壞和藥物耐受。
基于微生物（尤其是共生菌或者益生菌）的生物療法在治療眾多疾病中受到越來越多的關(guān)注。過敏性或者炎癥性皮膚疾病，例如特異性皮炎或者銀屑病，致病微生物原住民占據(jù)壓倒性競爭優(yōu)勢(shì)，病變部位革蘭氏陰性菌缺失或極少。因此，盡管治療用共生菌或益生菌被給予很高治療劑量，療效很難持續(xù)足夠長時(shí)間。在AD患者的病變皮膚部位人為創(chuàng)造良性條件支持移植微生物的定植，對(duì)于基于微生物的AD生物治療具有決定意義。
受材料輔助的微生物（MAMO）概念的啟發(fā)，本研究報(bào)道了一種活性共生玫瑰單胞菌（R. mucosa）凝膠敷料（Hy@Rm），促進(jìn)R. mucosa原位定植，持續(xù)產(chǎn)生鞘脂類物質(zhì)，抑制致病性金黃色葡萄球菌（S. aureus）的增殖，使異常皮膚正常化。該活性凝膠敷料（Hy@Rm）通過鈣離子介導(dǎo)的物理交聯(lián)和循環(huán)凍融法將聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）、海藻酸鈉（SA）和鈣離子（Ca2+）形成（PVP/PVA/SA/Ca2+）聚合物水凝膠（Hy），并融合R. mucosa于其中。如圖1所示，Hy@Rm可以在不利皮膚微環(huán)境為外源性共生菌R. mucosa提供庇護(hù)環(huán)境和營養(yǎng)供給，逆轉(zhuǎn)致病菌S. aureus的競爭優(yōu)勢(shì)，支持R. mucosa在AD微環(huán)境的定植。這是傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)的，也不會(huì)產(chǎn)生類似于抗生素耐受的副作用。此外，Hy@Rm可以緩解炎癥，促進(jìn)上皮細(xì)胞遷移和增殖，加速上皮組織的再生和傷口愈合，修復(fù)皮膚屏障，起到聯(lián)合治療的效果。
圖1：皮膚共生菌凝膠敷料（Hy@Rm）治療特異性皮炎（AD）示意圖。(A) 凝膠敷料給玫瑰單胞菌的提供庇護(hù)以及營養(yǎng)供應(yīng)促進(jìn)其在皮膚上的定植。(B) 玫瑰單胞菌分泌鞘脂類物質(zhì)以抑制皮炎處的金色葡萄球菌的生長。(C) 凝膠敷料促進(jìn)上皮細(xì)胞的遷移和增殖，有利于上皮細(xì)胞的再生和傷口愈合。(D) Hy@Rm 緩解皮膚異常炎癥/免疫反應(yīng)。
研究從健康志愿者中分離出R. mucosa，成功整合在PVP/PVA/SA/Ca2+水凝膠中形成了Hy@Rm 敷料。細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Hy@Rm的良好生物相容性。Hy@Rm可以長期保持R. mucosa的活性，促進(jìn)R. mucosa的增殖。體外抗菌實(shí)驗(yàn)證實(shí)Hy@Rm能夠大幅增加R. mucosa 與致病菌的競爭能力，對(duì)致病菌（E. coli 或 S. aureus）產(chǎn)生更顯著的抑制（圖2）。
圖2：Hy@Rm的性能表征及其抗菌性能的研究
AD患者往往伴有慢性、炎癥性皮膚病變和組織損傷，良好的AD治療效果有利于上皮再生和傷口愈合。體外傷口愈合實(shí)驗(yàn)顯示，相對(duì)于單純的R. mucosa 或Hy, Hy@Rm對(duì)人角質(zhì)形成細(xì)胞（HaCaTs）、人皮膚成纖維細(xì)胞（HSFs）和人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）均能產(chǎn)生更顯著的正向影響，有利于上皮再生和傷口愈合（圖3）。
圖3：Hy@Rm體外促進(jìn)上皮細(xì)胞遷移和增殖的研究
降解和滲透實(shí)驗(yàn)顯示，相對(duì)于單純的R. mucosa，Hy@Rm可以延長R. mucosa在AD小鼠皮膚上的滯留。同時(shí)，凝膠在AD皮膚表面隨時(shí)間逐漸分解。Hy@Rm由上而下穿透皮膚角質(zhì)層進(jìn)入表皮層，使R. mucosa更好地滯留并定植在皮膚的表皮區(qū)域。金黃色葡萄球菌的感染一般局限于表皮上層，因此Hy@Rm的表皮富集與金黃色葡萄球菌感染的皮膚位置很契合。皮表定植和抗菌實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)涂抹Hy@Rm時(shí)，皮膚上的R. mucosa數(shù)量隨著時(shí)間的延長下降趨勢(shì)明顯延緩。相應(yīng)地，當(dāng)涂抹Hy@Rm時(shí)，AD小鼠皮膚上S. aureus大幅減少，對(duì)S. aureus的抑制作用顯著。單純的R. mucosa和空白的Hy對(duì)S. aureus的抑制作用非常有限。Hy@Rm人為構(gòu)建的微環(huán)境為R. mucosa提供了有利的庇護(hù)所和營養(yǎng)物質(zhì)，有助于R. mucosa取得競爭優(yōu)勢(shì)，因此相比單純的R. mucosa具有更好的對(duì)抗致病菌效果 （圖4）。
圖4：Hy@Rm的皮表降解、皮膚分布以及體內(nèi)抗菌效果研究
體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，敷用Hy@Rm治療6周，AD皮膚病變程度得到有效抑制，AD小鼠的皮炎分?jǐn)?shù)顯著降低，皮膚屏障破壞指標(biāo)-經(jīng)皮水分流失（TEWL）下降，皮膚水合作用增加，皮膚彈性增強(qiáng)。此外，Hy@Rm對(duì)AD小鼠的瘙癢行為有明顯的緩解。在治療過程中，沒有觀察到體重有顯著性的波動(dòng)，表明Hy、Rm或Hy@Rm 不會(huì)對(duì)AD小鼠產(chǎn)生系統(tǒng)性影響，體現(xiàn)出Hy@Rm的生物安全性（圖5）。
圖5：體內(nèi)應(yīng)用Hy@Rm治療特異性皮炎的效果評(píng)估
AD皮膚組織學(xué)分析結(jié)果顯示，在所有治療組中，只有Hy@Rm既能抑制AD引起的表皮增厚，減少炎癥細(xì)胞，又能使AD部位的膠原蛋白恢復(fù)正常，顯著降低AD炎癥因子的水平。治療結(jié)束后，采用連續(xù)稀釋和平板計(jì)數(shù)法測(cè)定AD小鼠皮膚上R. mucosa和S. aureus的數(shù)量。結(jié)果表明Hy@Rm顯著促進(jìn)了R. mucosa在AD皮膚上的優(yōu)勢(shì)定植，有效抑制S. aureus的生長（圖6）。
圖6：體內(nèi)應(yīng)用Hy@Rm對(duì)皮膚炎癥/免疫的影響評(píng)估
綜上所述，本研究將皮膚共生細(xì)菌R. mucosa整合到PVP/PVA/SA/Ca2+聚合物凝膠形成一種活菌凝膠敷料（Hy@Rm）。Hy@Rm敷料支持R. mucosa在AD病灶部位惡劣微環(huán)境中的生存，對(duì)抗在AD部位占據(jù)主要定植優(yōu)勢(shì)的致病性金黃色葡萄球菌。同時(shí)，Hy@Rm敷料可加速創(chuàng)面愈合，使異常皮膚正常化，恢復(fù)皮膚屏障功能，緩解AD相關(guān)免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)，起到聯(lián)合治療AD的目的。本研究為局部細(xì)菌移植治療以微生物環(huán)境紊亂為特征的皮膚病提供了新的策略。
