清華新聞網(wǎng)3月5日電 近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院生物醫(yī)藥與健康工程研究院副教授劉曉與合作者研究揭示中國(guó)漢族人群皮膚微生態(tài)宏基因組特征，為進(jìn)一步探索皮膚微生物功能和利用皮膚微生物改善皮膚狀態(tài)提供了理論基礎(chǔ)。
皮膚被認(rèn)為是一個(gè)復(fù)雜的“生態(tài)系統(tǒng)”，棲息著各種各樣的細(xì)菌、真菌和病毒。這些微生物的集合被稱(chēng)為皮膚微生物組或皮膚菌群（skin microbiota），對(duì)于維持宿主皮膚穩(wěn)態(tài)和正常皮膚屏障功能有重要作用，菌群失調(diào)可引起一系列皮膚疾病。此前的皮膚菌群研究主要集中在歐美高加索人群，針對(duì)亞洲人群的皮膚菌群研究仍較少，尤其缺乏宏基因組學(xué)研究。
研究團(tuán)隊(duì)首次對(duì)中國(guó)漢族人群的皮膚菌群進(jìn)行了大樣本研究，對(duì)約300個(gè)健康個(gè)體的面部（額頭、鼻旁、面頰）共計(jì)822個(gè)樣本進(jìn)行宏基因組測(cè)序，結(jié)合來(lái)自HMP公開(kāi)數(shù)據(jù)的15名北美健康個(gè)體20余個(gè)部位共計(jì)538個(gè)宏基因組測(cè)序樣本，建立了首個(gè)跨人群的人類(lèi)皮膚微生物組基因集（integrated Human Skin Microbial Gene Catalog，iHSMGC)。
人皮膚微生物組基因集（iHSMGC)構(gòu)建流程圖
iHSMGC包含10,930,638個(gè)基因，相比于北美人群，團(tuán)隊(duì)鑒定出4,879,024個(gè)新基因?；蚣粌H為后期皮膚宏基因組研究的數(shù)據(jù)分析提供了重要工具，也極大拓寬了我們對(duì)皮膚微生物功能多樣性的認(rèn)知。有趣的是基因豐度最高的基因富集于輔助因子和維生素的生物合成，這不僅對(duì)微生物的生長(zhǎng)和生存至關(guān)重要，亦與皮膚健康緊密相關(guān)。此外，基因集中可見(jiàn)依克多因（Ectoin）等已應(yīng)用于美白抗衰的生物活性分子，提示皮膚微生物組基因集是一個(gè)有待開(kāi)發(fā)的巨大寶藏。
中國(guó)人群皮膚微生物組基因的功能富集
抗生素的濫用導(dǎo)致耐藥細(xì)菌的出現(xiàn)和廣泛傳播，每年近百萬(wàn)人死于耐藥菌造成的感染性疾病。面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)峻的細(xì)菌耐藥性形勢(shì)，加強(qiáng)耐藥菌株的監(jiān)控以及對(duì)耐藥菌株特征進(jìn)行分析顯得尤為重要。精確地獲得耐藥菌株的DNA信息（包括耐藥基因、毒力因子等特征）對(duì)于耐藥菌株的分子流行病學(xué)和傳播機(jī)制研究至關(guān)重要。傳統(tǒng)的技術(shù)手段如PCR和脈沖場(chǎng)凝膠電泳（Pulsed field gel electrophoresis，PFGE）等得到的結(jié)果不夠全面且精確度低，宏基因組測(cè)序技術(shù)結(jié)合生物信息學(xué)分析成為研究細(xì)菌耐藥性的重要技術(shù)手段。該項(xiàng)研究首次展示了健康中國(guó)人群皮膚微生物組的耐藥抗性組（human skin resistome），發(fā)現(xiàn)正常皮膚共生菌如多種葡萄球菌（Staphylococcus spp）是體內(nèi)重要的耐藥基因倉(cāng)庫(kù)。整體而言，中國(guó)人群的耐藥基因（Antibiotic resistance genes，ARGs）數(shù)量顯著高于北美人群，但在兩種人群中均發(fā)現(xiàn)極低豐度的多重耐藥超級(jí)細(xì)菌。有趣的是，耐藥基因有顯著的部位差異性。
皮膚菌群的耐藥基因
與北美人群的皮膚菌群類(lèi)似，中國(guó)人群中痤瘡丙酸桿菌、表皮葡萄球菌、馬拉色菌屬、痤瘡丙酸桿菌噬菌體等是主要的皮膚微生物；皮膚微生物間存在著顯著的個(gè)體差異性；對(duì)照北美數(shù)據(jù)，研究者發(fā)現(xiàn)7種細(xì)菌普遍存在于所有樣本中，與部位及種族無(wú)關(guān)：擬棒狀桿菌、痤瘡丙酸桿菌、顆粒表皮桿菌、金黃色葡萄球菌、頭狀葡萄球菌、表皮葡萄球菌、肺炎鏈球菌，提示這些菌可能在皮膚上起到相對(duì)保守的作用。此外，本項(xiàng)研究首次發(fā)現(xiàn)了一種在中國(guó)人群中明顯富集的微生物物種：奧斯陸莫拉菌（Moraxella osloensis）。
中國(guó)漢族人群面部皮膚微生物組成
研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)兩類(lèi)人群的皮膚微生物組均存在極強(qiáng)的個(gè)體差異性。面對(duì)如此復(fù)雜的多樣性，若能解析微生物群落組成的結(jié)構(gòu)模式則可大大降低數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。群體分型（stratification）已應(yīng)用于腸道微生物中，被定義為“腸型”（enterotypes），可有效描述腸道微生物群落結(jié)構(gòu)，對(duì)指導(dǎo)臨床實(shí)踐產(chǎn)生了積極的影響。在本項(xiàng)研究中，研究者首次報(bào)道皮膚微生物在中國(guó)人群的群體水平亦存在2種穩(wěn)定的群落組成模式（命名為“皮膚型”cutotypes），分別是以?shī)W斯陸莫拉菌（Moraxella osloensis）為主導(dǎo)的M型皮膚（M-cutotype）和以痤瘡丙酸桿菌（Cutibacterium acnes）為主導(dǎo)的C型皮膚（C-cutotype）。
中國(guó)漢族人群基于皮膚菌群的皮膚分型（cutotypes）
兩種皮膚型具有不同的微生物網(wǎng)絡(luò)特征，皮膚型內(nèi)部的微生物之間呈正相關(guān)，與外部微生物呈負(fù)相關(guān)。宏基因組基因功能富集提示C型皮膚微生物群落富集碳水化合物和甾醇代謝、脂肪酸合成等，M型皮膚微生物富集氨基酸、芳香族化合物代謝、耐藥性等。進(jìn)一步的宿主臨床表現(xiàn)也顯示出明顯差異：C型皮膚水分油脂含量高，年輕人居多；而M型皮膚水分油脂含量偏低，膚色暗沉偏黃，老年人居多?；谄つw型的這一新式分型將大大簡(jiǎn)化微生物個(gè)體差異性的評(píng)估，方便人們抓住核心模塊的主要差異特征，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)潛在的個(gè)性化診斷和精準(zhǔn)干預(yù)。
皮膚分型的基因功能富集差異及宿主皮膚特征差異
本項(xiàng)研究成果以“人類(lèi)皮膚菌群抗生素基因組和兩種皮膚型的表征”（Characterization of the human skin resistome and identification of two microbiota cutotypes）為題在線(xiàn)發(fā)表于微生物學(xué)權(quán)威期刊《微生物組學(xué)》（Microbiome）上。復(fù)旦大學(xué)教授王久存、清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院副教授劉曉、德國(guó)萊布尼茲環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所院士簡(jiǎn)·克魯特曼（Jean Krutmann）和華大研究院聶超為本文的共同通訊作者，華大研究院李志明，復(fù)旦大學(xué)博士后夏晶晶、碩士研究生蔣劉一琦及博士研究生談益妹為本文共同第一作者。本研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院創(chuàng)新單元等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00995-7
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：呂婷
