引言
一提到痤瘡丙酸桿菌 （ Cutibacterium acnes , C. acnes ） ，人們習慣於把它跟痤瘡相聯系。實際上， C. acnes 是正常人皮膚表面豐度最高的共生菌，對於維持皮膚屏障功能以及免疫穩態至關重要；我們前期研究還發現， C. acnes 在痤瘡中的致病特點對於濕疹 (又稱特應性皮炎，atopic dermatitis，AD） 恰好是保護機制， C. acnes 代謝產物丙酸抑制表皮角質形成細胞產生IL-33，還可以作用於神經細胞而抑制瘙癢。因此，深入探索 C. acnes 的特性及其與皮膚的相互作用具有非常重要的意義。
2024年6月26日，復旦大學附屬華山醫院 李巍 教授團隊和中國醫學科學院皮膚病醫院 姚煦 教授團隊以及香港城市大學 董立新 教授合作在 Cell Host & Microbe 雜誌線上發表了題為 Multi-omics Signatures Reveal Genomic and Functional Heterogeneity of Cutibacterium acnes in Normal and Diseased Skin 的研究論文， 利用從健康皮膚、AD和痤瘡患者皮膚分離的 C. acnes 菌株進行了全基因組測序、轉錄組測序、代謝組測序以及功能研究，首次從單菌株層面揭示了 C. acnes 的基因和功能異質性。
該研究從健康人、AD和痤瘡患者的面部、肘窩、前臂和足底部位分離培養了1200余株 C. acnes 菌株並進行了全基因組測序，發現健康皮膚和AD的 C. acnes 亞群多樣性更高，且分別具有優勢亞群；痤瘡的 C. acnes 亞群多樣性降低，其優勢亞群與既往報道的痤瘡毒力亞群一致。此外發現個體和皮膚部位是影響 C. acnes 基因組異質性的主要因素。 C. acnes 具有開放性泛基因組，能量代謝、胺基酸代謝通路在AD和痤瘡來源的 C. acnes 附屬基因組中差異富集。
C. acnes 基因組與 公共數據庫 中的 C. acnes 和表皮葡萄球菌 （ S. epidermidis ） 基因組的整合分析發現，脂肪酸合成及代謝基因在 C. acnes 和 S. epidermidis 差異富集。 C. acnes 基因組的可移動遺傳元件、毒力因子和耐藥基因均明顯減少，提示 C. acnes 基因組更穩定，攜帶更少的 抗性基因 。
研究還發現基因組異質性低的個體中， C. acnes 水平基因轉移事件顯著減少，附屬基因組中代謝相關基因的水平轉移可能有助於 C. acnes 適應不同的 生態席位 。 C. acnes 附屬基因組與核心基因組相比，正向選擇 基因數量 顯著增加。正向選擇壓力在特定生態席位 （AD的肘窩和痤瘡的面部） 顯著增高，且具有與部位相適應的代謝基因差異富集。水平基因轉移和選擇壓力共同塑造了不同疾病、不同個體以及不同皮膚部位的基因組特征。
進一步透過 C. acnes 單菌水平的轉錄組、代謝組分析，揭示了疾病和皮膚部位對 C. acnes 基因表現的影響。脂質利用相關基因在AD來源 C. acnes 轉錄組中低表達，痤瘡患者來源的 C. acnes 具有更活躍的能量代謝途徑，並相對缺乏抗氧化應激相關基因的表達。高皮脂環境培養下的 C. acnes 具有獨特的轉錄組特征，高皮脂環境增加了 C. acnes 對角質形成細胞的毒性及促炎效應。此外，AD和痤瘡來源的 C. acnes 代謝組的比較揭示了 C. acnes 在不同皮膚狀態下脂質利用模式的差異；AD來源的 C. acnes 代謝組中肌肽水平顯著增高，並可以緩解AD模型小鼠的皮膚炎癥。
綜上所述， 本研究基於單菌株的全基因組、代謝組和轉錄組整合分析以及體內外實驗，揭示了基因多樣性和皮膚生態席位在塑造 C. acnes 種內菌株水平功能差異中的復雜相互作用，有助於理解 C. acnes 在炎癥性皮膚病中的作用，也為將來探索 C. acnes 的臨床套用奠定了基礎。
模式圖(Credit: Nature Cell Biology )
參考文獻
https://doi.org/10.1016/j.chom.2024.06.002
責編 |探索君
排版|探索君
文章來源|「BioArt」
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