本文介绍了一项关于头皮微生物群落的研究，题为《Reproducing the Scalp Microbiota Community: Co-colonization of a 3D Reconstructed Human Epidermis with C. acnes and M. restricta》。该研究由Marisa Meloni、Silvia Balzaretti、Nathalie Collard、Stephane Desaint和Celine Laperdrix共同完成，分别来自意大利的Vitroscreen公司和法国的Yves Rocher公司。研究于2021年发表在《International Journal of Cosmetic Science》期刊上。

研究背景

皮肤是人体最大的器官，具有抵御病原体和环境压力的屏障功能。皮肤表面寄居着大量的微生物群落，称为皮肤微生物群（skin microbiota），其中包括细菌、真菌、寄生虫和病毒等。头皮作为皮肤的一部分，其微生物群落主要由葡萄球菌（Staphylococcus spp.）、痤疮丙酸杆菌（Cutibacterium acnes）和马拉色菌（Malassezia spp.）组成。这些微生物与头皮的健康状态密切相关，尤其是与头皮屑（dandruff）的发生有关。头皮屑是一种常见的头皮问题，通常与马拉色菌的过度增殖有关。研究表明，马拉色菌通过代谢皮脂中的脂质，产生脂肪酸，导致皮肤屏障功能受损，进而引发炎症和头皮屑。

为了研究头皮微生物与皮肤之间的相互作用，研究人员开发了一种3D重建人类表皮模型（Reconstructed Human Epidermis, RHE），并接种了痤疮丙酸杆菌和限制性马拉色菌（Malassezia restricta），以模拟头皮微生物群落的复杂相互作用。该研究的目的是通过多终点分析方法，评估这两种微生物在3D表皮模型上的行为及其对表皮屏障功能的影响。

研究方法

研究的主要方法包括以下几个步骤：

1. 3D表皮模型的构建与接种
   研究使用了由人类角质形成细胞构建的3D表皮模型（RHE），并在模型上接种了痤疮丙酸杆菌和限制性马拉色菌。接种后，模型在37°C、5% CO2的条件下培养72小时。

2. 微生物接种与培养
   痤疮丙酸杆菌在脑心浸液（BHI）培养基中培养24小时，限制性马拉色菌在改良的Leeming和Notman琼脂（MLNA）上培养5天。接种时，痤疮丙酸杆菌的浓度为2×10^7 CFU/插入物，限制性马拉色菌的浓度为5×10^5 CFU/插入物。

3. 屏障功能评估
   通过跨上皮电阻（Transepithelial Electrical Resistance, TEER）测量评估表皮屏障功能。TEER值反映了表皮屏障的完整性，数值越高，屏障功能越强。

4. 形态学分析
   使用苏木精-伊红（H&E）染色和免疫荧光染色对表皮模型进行形态学分析，评估表皮分化、增殖和抗菌防御等标志物的表达情况。

5. 微生物存活计数与超微结构分析
   通过扫描电子显微镜（SEM）观察微生物在表皮模型上的分布和形态，并进行微生物存活计数，以评估接种后微生物的存活情况。

研究结果

研究的主要结果如下：

1. 屏障功能的变化
   接种痤疮丙酸杆菌的RHE模型在72小时后，TEER值未发生显著变化，表明痤疮丙酸杆菌对表皮屏障功能的破坏较小。然而，接种限制性马拉色菌的模型TEER值显著下降，表明其严重破坏了表皮屏障功能。共接种模型（同时接种痤疮丙酸杆菌和限制性马拉色菌）的TEER值也显著下降，但破坏程度低于单独接种限制性马拉色菌的模型。

2. 表皮分化标志物的表达
   免疫荧光染色显示，限制性马拉色菌显著增加了表皮分化标志物细胞角蛋白10（KRT10）和细胞角蛋白14（KRT14）的表达，而痤疮丙酸杆菌对这些标志物的表达影响较小。共接种模型中，KRT10和KRT14的表达水平介于单独接种两种微生物之间，表明两种微生物的相互作用影响了表皮分化。

3. 表皮屏障蛋白的表达
   限制性马拉色菌显著降低了表皮屏障蛋白（如involucrin和loricrin）的表达，导致表皮屏障功能受损。共接种模型中，这些蛋白的表达也有所下降，但程度较轻。

4. 抗菌反应
   限制性马拉色菌显著增加了人类β-防御素2（HBD2）的表达，表明表皮对微生物入侵产生了强烈的抗菌反应。共接种模型中，HBD2的表达也有所增加，但程度低于单独接种限制性马拉色菌的模型。

5. 微生物的存活与分布
   SEM观察显示，痤疮丙酸杆菌在表皮模型上形成了大量的生物膜，而限制性马拉色菌则形成了大块聚集体，并与表皮紧密相互作用。共接种模型中，两种微生物形成了复杂的群落结构，痤疮丙酸杆菌通过生物膜的形成保护自身，而限制性马拉色菌则通过代谢表皮脂质进一步破坏屏障功能。

结论

该研究成功开发了一种3D头皮模型，能够模拟头皮微生物群落与表皮之间的复杂相互作用。研究结果表明，限制性马拉色菌通过代谢表皮脂质和破坏屏障功能，导致头皮屑的发生，而痤疮丙酸杆菌则通过形成生物膜保护自身，减轻了限制性马拉色菌的破坏作用。共接种模型能够更好地模拟头皮屑的病理条件，为研究头皮微生物群落的相互作用提供了新的工具。

研究的意义与价值

该研究的科学价值在于首次通过3D表皮模型模拟了头皮微生物群落的复杂相互作用，揭示了限制性马拉色菌和痤疮丙酸杆菌在头皮屑发生中的不同作用。该模型可以用于评估化妆品成分和产品的机制，为开发针对头皮屑的治疗方法提供了新的研究平台。此外，该研究还为理解微生物与宿主之间的相互作用提供了新的视角，具有广泛的应用前景。

研究亮点

1. 创新性模型：研究首次使用3D重建人类表皮模型模拟头皮微生物群落的相互作用，为头皮屑的研究提供了新的工具。
2. 多终点分析：通过形态学、功能学和微生物学等多终点分析方法，全面评估了微生物对表皮屏障功能的影响。
3. 实际应用价值：该模型可以用于评估化妆品成分和产品的机制，具有广泛的应用前景。