近期，武汉大学张先正教授、冯俊教授和曾旋副教授在期刊 Bioactive Materials 上发表文章：提出了以共生菌治疗由致病金色葡萄球菌过度增殖引起的特异性皮炎（AD）。作者构建了一种共生菌凝胶敷料，凝胶材料为共生菌提供营养和庇护，促进其在致病菌占主导地位的皮炎微环境定植；进而竞争抑制致病菌。该敷料还能促进皮炎伤口愈合和皮肤正常化。
研究内容简介
特异性皮炎（AD），又称湿疹，是一种广泛分布的炎症性疾病，发达国家中大约有20%的儿童和5%的成年人饱受该疾病的困扰。AD通常是慢性和反复发作的疾病，伴随着强烈的瘙痒，炎症性皮肤损伤，皮肤感染，组织损伤甚至系统过敏性免疫响应。研究表明，很多皮肤疾病，包括AD，通常呈现皮肤菌群失调的特征。AD患者皮肤微生物多样性急剧下降，致病菌如金色葡萄球菌，白色念珠菌，以及毛癣菌占据皮肤菌群的主导地位，在AD发展中发挥主要作用。微生物失调造成AD患者皮肤上的鞘脂类物质或者抗菌肽缺乏，这两者对大多数致病菌具有广谱抗菌活性，且是构成表皮渗透屏障（EPB）的重要组分。由于源自皮肤菌群失调的AD发病机制复杂，AD患者临床多采用抗菌治疗、使用糖皮质激素等的抗炎治疗和免疫抑制为主的联合治疗方式，但治疗效果不佳。而且，高频使用抗生素和激素类药物常诱发正常菌群的破坏和药物耐受。
基于微生物（尤其是共生菌或者益生菌）的生物疗法在治疗众多疾病中受到越来越多的关注。过敏性或者炎症性皮肤疾病，例如特异性皮炎或者银屑病，致病微生物原住民占据压倒性竞争优势，病变部位革兰氏阴性菌缺失或极少。因此，尽管治疗用共生菌或益生菌被给予很高治疗剂量，疗效很难持续足够长时间。在AD患者的病变皮肤部位人为创造良性条件支持移植微生物的定植，对于基于微生物的AD生物治疗具有决定意义。
受材料辅助的微生物（MAMO）概念的启发，本研究报道了一种活性共生玫瑰单胞菌（R. mucosa）凝胶敷料（Hy@Rm），促进R. mucosa原位定植，持续产生鞘脂类物质，抑制致病性金黄色葡萄球菌（S. aureus）的增殖，使异常皮肤正常化。该活性凝胶敷料（Hy@Rm）通过钙离子介导的物理交联和循环冻融法将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠（SA）和钙离子（Ca2+）形成（PVP/PVA/SA/Ca2+）聚合物水凝胶（Hy），并融合R. mucosa于其中。如图1所示，Hy@Rm可以在不利皮肤微环境为外源性共生菌R. mucosa提供庇护环境和营养供给，逆转致病菌S. aureus的竞争优势，支持R. mucosa在AD微环境的定植。这是传统方法无法实现的，也不会产生类似于抗生素耐受的副作用。此外，Hy@Rm可以缓解炎症，促进上皮细胞迁移和增殖，加速上皮组织的再生和伤口愈合，修复皮肤屏障，起到联合治疗的效果。
图1：皮肤共生菌凝胶敷料（Hy@Rm）治疗特异性皮炎（AD）示意图。(A) 凝胶敷料给玫瑰单胞菌的提供庇护以及营养供应促进其在皮肤上的定植。(B) 玫瑰单胞菌分泌鞘脂类物质以抑制皮炎处的金色葡萄球菌的生长。(C) 凝胶敷料促进上皮细胞的迁移和增殖，有利于上皮细胞的再生和伤口愈合。(D) Hy@Rm 缓解皮肤异常炎症/免疫反应。
研究从健康志愿者中分离出R. mucosa，成功整合在PVP/PVA/SA/Ca2+水凝胶中形成了Hy@Rm 敷料。细胞毒性实验验证了Hy@Rm的良好生物相容性。Hy@Rm可以长期保持R. mucosa的活性，促进R. mucosa的增殖。体外抗菌实验证实Hy@Rm能够大幅增加R. mucosa 与致病菌的竞争能力，对致病菌（E. coli 或 S. aureus）产生更显著的抑制（图2）。
图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、炎症性皮肤病变和组织损伤，良好的AD治疗效果有利于上皮再生和伤口愈合。体外伤口愈合实验显示，相对于单纯的R. mucosa 或Hy, Hy@Rm对人角质形成细胞（HaCaTs）、人皮肤成纤维细胞（HSFs）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）均能产生更显著的正向影响，有利于上皮再生和伤口愈合（图3）。
图3：Hy@Rm体外促进上皮细胞迁移和增殖的研究
降解和渗透实验显示，相对于单纯的R. mucosa，Hy@Rm可以延长R. mucosa在AD小鼠皮肤上的滞留。同时，凝胶在AD皮肤表面随时间逐渐分解。Hy@Rm由上而下穿透皮肤角质层进入表皮层，使R. mucosa更好地滞留并定植在皮肤的表皮区域。金黄色葡萄球菌的感染一般局限于表皮上层，因此Hy@Rm的表皮富集与金黄色葡萄球菌感染的皮肤位置很契合。皮表定植和抗菌实验实验表明，当涂抹Hy@Rm时，皮肤上的R. mucosa数量随着时间的延长下降趋势明显延缓。相应地，当涂抹Hy@Rm时，AD小鼠皮肤上S. aureus大幅减少，对S. aureus的抑制作用显著。单纯的R. mucosa和空白的Hy对S. aureus的抑制作用非常有限。Hy@Rm人为构建的微环境为R. mucosa提供了有利的庇护所和营养物质，有助于R. mucosa取得竞争优势，因此相比单纯的R. mucosa具有更好的对抗致病菌效果 （图4）。
图4：Hy@Rm的皮表降解、皮肤分布以及体内抗菌效果研究
体内实验表明，敷用Hy@Rm治疗6周，AD皮肤病变程度得到有效抑制，AD小鼠的皮炎分数显著降低，皮肤屏障破坏指标-经皮水分流失（TEWL）下降，皮肤水合作用增加，皮肤弹性增强。此外，Hy@Rm对AD小鼠的瘙痒行为有明显的缓解。在治疗过程中，没有观察到体重有显著性的波动，表明Hy、Rm或Hy@Rm 不会对AD小鼠产生系统性影响，体现出Hy@Rm的生物安全性（图5）。
图5：体内应用Hy@Rm治疗特异性皮炎的效果评估
AD皮肤组织学分析结果显示，在所有治疗组中，只有Hy@Rm既能抑制AD引起的表皮增厚，减少炎症细胞，又能使AD部位的胶原蛋白恢复正常，显著降低AD炎症因子的水平。治疗结束后，采用连续稀释和平板计数法测定AD小鼠皮肤上R. mucosa和S. aureus的数量。结果表明Hy@Rm显著促进了R. mucosa在AD皮肤上的优势定植，有效抑制S. aureus的生长（图6）。
图6：体内应用Hy@Rm对皮肤炎症/免疫的影响评估
综上所述，本研究将皮肤共生细菌R. mucosa整合到PVP/PVA/SA/Ca2+聚合物凝胶形成一种活菌凝胶敷料（Hy@Rm）。Hy@Rm敷料支持R. mucosa在AD病灶部位恶劣微环境中的生存，对抗在AD部位占据主要定植优势的致病性金黄色葡萄球菌。同时，Hy@Rm敷料可加速创面愈合，使异常皮肤正常化，恢复皮肤屏障功能，缓解AD相关免疫反应和炎症反应，起到联合治疗AD的目的。本研究为局部细菌移植治疗以微生物环境紊乱为特征的皮肤病提供了新的策略。
