伤口微生物群:受损伤口愈合和感染的微生物机制

学术   2024-10-14 18:24   新疆  


作 者:郭峻彤(中药学23级博士)

审 稿:陈 军

创面愈合需要多种宿主细胞的贡献和协调,同时也由创面生态系统的微生物介导。几乎所有的伤口都有微生物定植,但并不是所有的定植都会导致感染。与大家分享一篇2024年发表在“Nature Reviews Microbiology”,题为《The wound microbiota: microbial mechanisms of impaired wound healing and infection》的文章。作者探讨了目前对伤口中的微生物如何影响皮肤修复过程以及如何通过对宿主和其他伤口处原定植微生物的作用进而导致感染的理解。















伤口类型

根据其形成原因和结果可将伤口分为急性和慢性伤口。急性伤口修复通常遵循一个良好的顺序。早期凝血和止血后,由于病原微生物的入侵,伤口被炎症细胞浸润。随着炎症消退,由真皮成纤维细胞组成的肉芽组织在伤口床中增殖并沉积细胞外基质,同时发生血管生成以及表皮角质形成细胞的增殖,然后迁移以重新使伤口上皮化。而慢性伤口通常会发生感染或并发症,导致伤口慢性化的缺陷包括持续的炎症和失调的免疫反应、生物膜形成、感染传播、无法迁移的过度增殖的表皮角质形成细胞、受损的血管生成和成纤维细胞衰老。

▲ 蚕丝创可贴加工过程急性伤口(左)和慢性伤口(右)的发展

从伤口污染到感染

伤口感染与临床体征和症状之间的关系通常是模糊的,特别是对于患有糖尿病或免疫状态受损等基础疾病的个体。因此,伤口感染“连续”可用于表征伤口生物负载和感染的进展。

来自环境和皮肤的微生物可能会污染开放性伤口。受伤会暴露皮下组织和营养物质,从而为微生物生长创造有利的环境,导致微生物随后在伤口上定植。这种定植可升级为局部感染和/或生物膜形成,并可扩散到其他组织和身体部位,最终转变为全身性感染。

▲ 伤口感染的“连续”

采样方法、研究设计和分析方法是研究伤口微生物群时需要考虑的关键问题。

伤口取样




传统的方法包括收集清创或刮除标本和穿孔活检样本,但会产生高丰度的人类DNA污染,干扰微生物DNA的测序。在微创拭子技术中,从伤口中心提取组织液的Levine技术可以有效地使用(在伤口上旋转拭子,使其具有足够的压力来挤出伤口组织内的液体)。

研究设计




横截面采样提供了单个时间点微生物组的样本。而纵向采样研究设计更为全面,更仔细地验证治疗干预的效果。

基于培养的分析




培养一直是分离伤口内微生物的金标准。通常用于培养的样品在收集后立即处理。而培养厌氧菌、革兰氏阴性菌和病毒等需要复杂营养的微生物在方法上难以简化,带来了技术挑战。

非培养分析




基于DNA测序的方法增强了高精度表征伤口微生物组的能力。宏基因组测序,或对样本中存在的所有微生物基因组进行非靶测序,消除了扩增方法引入的偏差,可以更好地捕获伤口内复杂的微生物群落。

新兴技术




先进成像方法与高通量测序相结合可以帮助剖析多种微生物伤口群落的空间组织。具有荧光原位杂交的空间转录组学已用于研究各种条件下的铜绿假单胞菌,揭示了生物膜中独特的、空间分辨的代谢异质性。对宿主和微生物转录组进行表征的双 RNA 测序已用于了解B族链球菌在小鼠糖尿病伤口感染期间的致病性。但由于缺乏参考数据库和大量未注释的基因,捕获多种微生物的基因表达,尤其是特征较少的微生物,仍然具有挑战性。

▲ 研究伤口微生物群的不同方法

伤口感染的各个方面

微生物在伤口感染中的作用是多方面的并且高度依赖于环境。微生物的致病性、多种微生物的相互作用以及宿主生物学背景下微生物与伤口微环境之间复杂的相互作用决定了伤口微生物感染的后果。伤口感染的几个方面可能会导致愈合延迟和感染:
一、耐多药病原体(例如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌或耐多药铜绿假单胞菌)的存在可能会使伤口相关感染的治疗复杂化。
二、伤口感染患者经常表现出合并症(例如,免疫抑制和其他潜在的遗传性疾病),这进一步延迟了伤口愈合并增加了感染的可能性。
三、伤口通常含有复杂的微生物群落,这些微生物可以相互合作或竞争,从而改变病原体的毒力。
四、微生物毒力是伤口治疗方式和最终治疗结果的另一个重要决定因素。伤口病原体不仅粘附在组织上并促进上皮细胞的侵袭和破坏,而且还拥有多种策略(例如生物膜形成、毒素产生、免疫逃避因子)保护其免受宿主免疫和应激反应的影响。
五、微生物负荷、微生物多样性和病原微生物的存在(统称为伤口生物负载)是导致伤口愈合过程延迟和感染的关键因素。

▲ 导致伤口感染的因素

总结

感染及其相关并发症是伤口愈合和皮肤修复过程中常见的严重威胁。最初污染和定植于伤口组织的微生物群可影响多种细胞类型和伤口愈合过程的多个阶段。皮肤和软组织中的病原体具有专门的机制,可以附着,入侵和逃避宿主的防御。寄生和共生微生物在适当的环境下也会对皮肤组织造成破坏并引起感染。鉴于抗生素耐药性的出现以及慢性伤口对公共健康的威胁不断扩大,迫切需要识别、预防和治疗伤口感染的新方法。


Uberoi A, McCready-Vangi A, Grice EA. The wound microbiota: microbial mechanisms of impaired wound healing and infection. Nat Rev Microbiol. 2024 Apr 4. doi: 10.1038/s41579-024-01035-z.


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编 辑:王宇涵 

审 核:尹少平




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