Disorders of the skin microbiome in atopic dermatitis and psoriasis

Full Text

Введение

История изучения микробиома кожи берет свое начало в 50-х гг. прошлого столетия: благодаря работам A. Kligman, M. Marples были усовершенствованы методы культуральных исследований, впервые получены данные о строении нормального микробного сообщества кожи [1]. Разработка молекулярно-генетических методов исследования позволила расширить представления о влиянии микробиома на состояние кожи. Понятие «микробиом» охватывает совокупность микроорганизмов, объединенных одним органом или анатомической зоной [2]. Микробное сообщество кожи человека включает представителей различных таксономических единиц: бактерии, археи, вирусы и грибы [3].

Изучение структуры и свойств микробиома человека, взаимодействия микроорганизмов с иммунной системой кожи не теряет актуальности. Способность микробного сообщества кожи оказывать влияние на физиологические процессы, протекающие в организме человека, открывает новые точки приложения для терапевтического воздействия. В условиях нарастающей антибиотикорезистентности возможности дополнительного влияния на патогенные микроорганизмы могут стать перспективными методами лечения заболеваний, ассоциированных с дисбалансом микробного сообщества кожи. Компоненты нормального микробиома обладают многочисленными функциями: поддержание целостности кожного барьера, участие в работе клеток иммунной системы, образование антимикробных пептидов, конкуренция с патогенной флорой. Изучение микробиома кожи расширяет границы для терапевтического воздействия, создания персонифицированных средств базисной терапии, позволяет выявить новые аспекты патогенеза воспалительных дерматозов.

Примером может служить золотистый стафилококк, микроорганизм, обладающий широким спектром детально изученных факторов патогенности, способных оказывать прямое цитопатическое действие, влиять на активность компонентов врожденного и приобретенного иммунного ответа. Наличие поверхностных и секретируемых белков, обладающих суперантигенными свойствами, позволяет S. aureus негативно влиять на течение воспалительных заболеваний кожи.

Перспективным методом воздействия на рост патогенных микроорганизмов представляется использование комменсальной микрофлоры. Коагулаз-негативные стафилококки — неотъемлемая часть нормальной резидентной микробиоты кожи, активно изучаемая в настоящее время. Представляет интерес наличие протективных свойств микроорганизмов в отношении колонизации патогенной флорой и влияние коагулаз-негативных стафилококков на течение воспалительных процессов в коже.

Цель настоящего обзора — рассмотрение тонкостей взаимодействия микроорганизмов рода Staphylococcus spp. c компонентами микробного сообщества, иммунной системы кожи в норме и в ассоциации с воспалительными дерматозами.

Микробиом кожи в норме

Первые данные о микроорганизмах, населяющих поверхность кожи, были получены при проведении культуральных методов исследования, поэтому позволяли изучить лишь ограниченный спектр культивируемых представителей микробиома. Введение в практику молекулярно-генетических методов исследования позволило расширить представления о структуре микробного сообщества кожи. Обнаружено, по меньшей мере, 19 филов микроорганизмов, среди которых преобладают Actinobacteria, Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroides [2, 5]. По данным Е. А. Grice и соавт., к наиболее часто встречающимся микроорганизмам относят представителей рода Staphylococcus spp., Propionibacterium spp., Corynebacterium spp., менее распространенными родами являются Micrococcus spp., Streptococcus spp., Brevibacterium spp., Acinetobacterium spp., Pseudomonas spp. [4].

Исследования микробиома кожи позволили выявить зависимость видового состава микробного сообщества от анатомической локализации. В качестве ключевых факторов, влияющих на структуру микробиома кожи, рассматриваются температура, влажность, значение рН, активность сальных и потовых желез, особенности барьерных свойств кожи и местного иммунитета [6–8]. Колонизация кожи не является хаотичным процессом — рост комменсальных и патогенных микроорганизмов может ограничиваться путем секреции антимикробных пептидов, свободных радикалов, изменением состава водно-липидной мантии кожи [7, 9].

Особенности локального микроокружения создают благоприятные условия для персистенции отдельных видов микроорганизмов: представители рода Staphylococcus spp. и Propionibacterium spp. преобладают в пределах себорейных зон, в то время как в области складок доминирующее положение занимают разновидности рода Corynebacterium spp., реже могут обнаруживаться микроорганизмы рода Staphylococcus spp. [2, 6]. Микробиом ограниченных анатомических зон сохраняется относительно стабильным в течение многих месяцев и лет, при этом могут наблюдаться индивидуальные особенности состава микробного сообщества [5, 7]. Микроорганизмы, искусственно перенесенные из одной среды обитания в другую, не способны кардинально изменить структуру микробиома новой анатомической зоны [2].

Наши представления о взаимодействии микробиома и кожи постепенно расширяются: при выполнении исследований гистологических препаратов здоровой кожи комменсальные и патогенные микроорганизмы были обнаружены в дерме, при этом признаков воспаления не наблюдалось. В то же время способность резидентных микроорганизмов к проникновению в дерму позволяет им напрямую взаимодействовать с компонентами иммунной системы кожи. Физиологическая роль этого процесса и его механизмы подлежат дальнейшему изучению [10].

Комменсальные микроорганизмы способны ограничивать рост патогенной флоры, поддерживать целостность кожного барьера, оказывать влияние на становление и нормальное функционирование компонентов иммунной системы кожи. Борьба с патогенными микроорганизмами происходит несколькими путями: конкуренция за питательные вещества и пространство, секреция молекул, обладающих антибактериальными свойствами, а также индукция образования антимикробных пептидов иммунной системой кожи, например, бета-дефензинов, кателецидина [2, 5].

S. aureus — факторы патогенности микроорганизма, влияние на течение воспалительных процессов в коже

Нарушение равновесия микробного сообщества приводит к изменению барьерных свойств кожи, снижению активности компонентов локального иммунитета, избыточной колонизации патогенной флорой. Особый интерес представляет золотистый стафилококк — микроорганизм, роль которого в течении воспалительных дерматозов продолжает активно изучаться.

S. aureus — грам-положительный, коагулаз-положительный факультативно аэробный кокк, способный существовать бессимптомно у носителей и вызывать инфекции различной степени тяжести, от остиофолликулита до синдрома стафилококковой ошпаренной кожи. Массивная антибиотикотерапия привела к формированию полирезистентных штаммов S. aureus. MRSA-штаммы признаны одной из ведущих причин смертности от инфекций в развитых странах.

Микроорганизм обладает особыми структурными компонентами — факторами патогенности, обусловливающими способность к колонизации кожи, позволяющими успешно противостоять действию иммунной системы, способствующими развитию инфекционных и воспалительных процессов. Понятие «факторы патогенности» объединяет поверхностные антигены, адгезины, секретируемые токсины и энзимы [11]. В зависимости от выполняемой функции факторы патогенности золотистого стафилококка условно можно разделить на несколько групп:

1) обусловливающие колонизацию и инвазию в ткани;

2) позволяющие противостоять факторам иммунной защиты;

3) способствующие развитию патологических процессов в пораженных тканях [12].

Многие факторы патогенности выполняют несколько функций, например, адгезины могут также выступать в качестве антигенов, поддерживая воспаление в колонизированной коже.

Способность микроорганизма к осуществлению процесса адгезии определяет дальнейшую возможность колонизации кожи и развития патологического процесса. Группа поверхностных белков S. aureus (MSCRAMMs) включает более 20 молекул, обеспечивающих эффективную адгезию микроорганизма к различным мишеням на поверхности кератиноцитов. В качестве одного из основных механизмов адгезии золотистого стафилококка рассматриваются фибронектин-связывающие белки (FnBPs), взаимодействующие с интегрином α5β1 эпидермальных клеток. Повышенная экспрессия фибронектина в пределах пораженной кожи у пациентов с атопическим дерматитом может способствовать избыточной колонизации S. aureus [12, 13].

Мишенью другого представителя группы MSCRAMMs, поверхностного белка SdrD, является десмоглеин-1 кератиноцитов [13]. Помимо этого к факторам адгезии относят клампинг-фактор А (ClfA) — поверхностный белок, взаимодействующий с интегрином α5β3 и аннексином-2. ClfA является одним из ключевых факторов, определяющих вирулентность S. aureus: при исследовании материала абсцессов штаммы, дефицитные по данному белку, были ассоциированы с более низкой бактериальной нагрузкой [14]. Предполагается, что именно клампинг-фактор А определяет способность S. aureus эффективно колонизировать кожу пациентов с атопическим дерматитом: штаммы с пониженной экспрессией ClfA обнаруживались в образцах от пациентов значительно реже. В то же время подобной взаимосвязи не наблюдалось у пациентов с псориазом и в контрольной группе [15]. Также ClfA способен выступать в качестве антигена, стимулирующего активацию Т-клеток и поддержание воспаления в очаге [13].

Золотистый стафилококк секретирует около 10 протеаз, выполняющих различные функции: повреждение кожного барьера, лизис антимикробных пептидов и антибиотиков, диссеминация микроорганизмов из биопленки [11]. Внеклеточные энзимы разрушают компоненты рогового слоя эпидермиса, способствуя инвазии S. aureus. Они создают благоприятные условия для роста и пролиферации микроорганизма. К экстрацеллюлярным ферментам S. aureus относят плазмокоагулазу, ДНК-азу, каталазу, лецитиназу, гиалуронидазу и другие белки. Наличие секретируемых энзимов позволяет микроорганизму успешно разрушать клеточные и неклеточные компоненты эпидермиса и дермы, ограничивать повреждающее действие кислород-зависимых свободнорадикальных механизмов защиты, избегать распознавания антиген-презентирующими клетками иммунной системы кожи [12]. Также колонизация кожи S. aureus приводит к повышению активности эндогенных протеаз кератиноцитов, в том числе калликреина 6, 13 и 14, что способствует усугублению барьерных нарушений [7].

Дефицит белка филаггрина и повышение уровня Th2-цитокинов ассоциированы с увеличением активности протеаз золотистого стафилококка и повышением вирулентности штаммов, колонизирующих кожу пациентов с атопическим дерматитом [16].

Особая группа секретируемых белков — цитотоксины: они способны напрямую повреждать кератиноциты, эритроциты и лейкоциты, а также поддерживать воспалительные изменения в пораженной коже, усиливая образование провоспалительных цитокинов [11]. К белкам S. aureus, обладающим свойствами цитотоксинов, относят гемолизин-α, гемолизин-β, лейкоцидин Пантона — Валентина. Гемолизин-α является водорастворимым мономером, формирующим гептамерные трансмембранные поры в кератиноцитах: взаимодействуя со сфингомиелином, белок индуцирует лизис поврежденных клеток и усугубляет барьерные нарушения [7]. Повышенный уровень Th2-ассоциированных цитокинов приводит к ингибированию кислой сфингомиелиназы, что сопровождается увеличенной экспрессией сфингомиелина в мембранах кератиноцитов и создает дополнительные мишени для воздействия гемолизина-α [11]. Гемолизин-β представляет собой сфингомиелиназу — он разрушает сфингомиелин с образованием фосфохолина и церамидов, способствуя инвазии S. aureus [6, 11]. Лейкоцидин Пантона — Валентина — белок, обусловливающий лизис и дегрануляцию лейкоцитов. Ассоциирован с более тяжелым течением инфекций кожи, часто встречается у MRSA-штаммов [12].

Микроорганизм способен секретировать фенол-растворимые модулины — белки, повреждающие мембраны клеток хозяина, а также обладающие провоспалительными свойствами. Взаимодействуя с кератиноцитами, фенол-растворимые модулины стимулируют образование IL-36α и IL-1α, активацию врожденных лимфоидных клеток и мастоцитов [6, 7, 10].

Особая группа факторов патогенности S. aureus представлена суперантигенами — белками, вызывающими активацию антиген-презентирующих клеток и лимфоцитов, их клональную пролиферацию и массивное образование провоспалительных цитокинов [11]. К суперантигенам золотистого стафилококка относят белки TSST-1, стафилококковые энтеротоксины A-U и эксфолиативные токсины [13]. Активация клеток иммунной системы происходит при взаимодействии суперантигенов с поверхностными молекулами MHC 2-го класса и TCR напрямую, без предварительной презентации антигена дендритными клетками [6]. Предполагается, что суперантигены способны приводить к более тяжелому течению воспалительных заболеваний кожи. Штаммы, изолированные от пациентов с обострением атопического дерматита, обладают высоким уровнем экспрессии генов, кодирующих стафилококковые энтеротоксины и TSST-1 [17]. В лабораторных условиях аппликация стафилококкового энтеротоксина на кожу мышей приводила к активации Т-лимфоцитов и появлению воспалительных изменений, морфологически схожих с атопическим дерматитом [13].

Поверхностные антигены S. aureus способствуют секреции провоспалительных цитокинов и дегрануляции тучных клеток, стимулируют гиперэргический иммунный ответ [18]. Активация TLR-опосредованных механизмов приводит к образованию тимического стромального лимфопоэтина и дегрануляции тучных клеток [10, 11]. Липотейхоевые кислоты клеточной стенки также выступают в качестве лигандов для комплекса TLR2 и индуцируют воспаление [13]. Другой поверхностный антиген S. aureus — протеин А взаимодействует с иммуноглобулинами человека: связывая их на поверхности микроорганизма, белок препятствует осуществлению фагоцитоза и опсонизации [12, 13].

Во время роста золотистого стафилококка in vivo изменяется структура цитоплазматической мембраны микроорганизма — увеличивается содержание неразветвленных короткоцепочечных жирных кислот. Изменение физических свойств клеточной мембраны приводит к увеличению экспрессии факторов патогенности, а также усиливает провоспалительные свойства S. aureus [7].

Помимо обширного количества факторов патогенности S. aureus способен формировать биопленку: микробное сообщество, позволяющее микроорганизму эффективно противостоять воздействию иммунной системы, а также вырабатывать устойчивость к антибактериальным препаратам. По данным A. Tankersley и соавт., штаммы S. aureus, формирующие биопленки, индуцируют более выраженный воспалительный ответ кератиноцитов in vitro [19].

Роль коагулаз-негативных стафилококков в поддержании гомеостаза кожи

Комменсальные микроорганизмы играют важную роль в поддержании работы иммунной системы кожи, целостности эпидермального барьера и гомеостаза микробного сообщества [20]. Для сохранения оптимальных условий локального микроокружения и доступа к питательным веществам резидентные микроорганизмы должны ограничивать колонизацию кожи патогенной флорой. Как и в любой экосистеме, в микробном сообществе кожи складываются конкурентные отношения между микроорганизмами. Комменсалы защищают кожу от инвазии патогенными микроорганизмами при помощи механизмов, направленных на прямое повреждение клеток, а также опосредованно, взаимодействуя с клетками иммунной системы кожи [21].

По данным метагеномных и традиционных культуральных методов исследования, одним из наиболее широко представленных в структуре микробиома кожи родов микроорганизмов являются представители Staphylococcus spp. [3]. Коагулаз-негативные стафилококки являются гетерогенной группой микроорганизмов, включающей 38 видов бактерий, отличительной особенностью которых является отсутствие энзима коагулазы [20, 22]. Одним из наиболее изученных представителей данной группы является S. epidermidis. Микроорганизм может быть изолирован из различных анатомических зон, включая «сухие», «влажные», «себорейные» зоны, а также кожу стоп [3, 22]. Колонизация кожи S. epidermidis происходит в младенческом возрасте, что позволяет микроорганизму оказывать влияние на развитие иммунной системы кожи новорожденного [20].

До 20% генома S. epidermidis представлено вариабельными генами, которые могут изменяться в зависимости от штамма. Они позволяют микроорганизму быстро адаптироваться к изменению условий микроокружения. За счет этого формируются особенности генетической структуры штаммов S. epidermidis, колонизирующих различные анатомические зоны. Способность к горизонтальному переносу генов осуществляется путем передачи плазмид и фагов [3, 22]. Генетическая гетерогенность S. epidermidis определяет функциональные возможности различных штаммов микроорганизма: способность к колонизации определенных «ниш», особенности строения клеточной стенки, спектр секретируемых антимикробных пептидов [23].

S. epidermidis способен оказывать влияние на стабильность структуры микробиома кожи, течение воспалительных процессов, а также целостность кожного барьера. S. epidermidis участвует в подавлении роста патогенных микроорганизмов двумя путями: напрямую, образуя секретируемые бактериоцины, сериновые протеазы и фенол-растворимые модулины, а также опосредованно, индуцируя образование антимикробных пептидов кератиноцитами кожи [23, 24]. Бактериоцины — рибосомально синтезируемые белки с антибактериальными свойствами, являющиеся наиболее распространенным механизмом бактериальной защиты — до 99% микроорганизмов продуцируют хотя бы один бактериоцин [25]. S. epidermidis продуцирует несколько антимикробных пептидов — Pep5, эпидермин, эпицидин 280, эпиланцин k7, нукацин IVK45 и другие [26]. Фенол-растворимые модулины S. epidermidis (PSMγ и PSMδ) — небольшие амфипатические белки, нарушающие целостность клеточных мембран патогенных микроорганизмов, вызывая их гибель [10, 22]. Бактериоцины и фенол-растворимые модулины работают в синергизме с кателецидином и бета-дефензинами организма-хозяина, поддерживая антимикробную защиту кожи от S. aureus, Streptococcus spp., Escherichia coli и других патогенных микроорганизмов, при этом рост S. epidermidis не нарушается [10].

Определенные штаммы S. epidermidis вырабатывают сериновые протеазы — энзимы, разрушающие биопленки золотистого стафилококка и на начальных этапах подавляющие их образование [10, 21]. Обнаружено, что наличие в полости носа штаммов S. epidermidis, секретирующих сериновые протеазы, обладает протективным действием в отношении колонизации S. aureus [21].

Другой механизм защиты от S. аureus заключается в нарушении quorum sensing («чувство кворума») — взаимодействия между микроорганизмами в составе биопленки. Процесс коммуникации осуществляется при помощи регуляторной системы AGR, жизненно необходимой для инвазии и формирования биопленки. Аутоиндуцирующие пептиды S. epidermidis способны нарушать работу регуляторной системы AGR в лабораторных условиях, ограничивая образование биопленки и способность к колонизации кожи S. аureus [21, 27].

Комменсалы оказывают влияние на активность иммунной системы кожи. По данным S. Naik и соавт., нанесение S. epidermidis на кожу стерильных мышей приводило к увеличению активности компонентов врожденного иммунного ответа и ограничению инвазии патогенных микроорганизмов [28]. Колонизация кожи S. epidermidis сопровождается активацией резидентных CD8+ Т-лимфоцитов путем взаимодействия с сигнальным путем IL-1. При этом увеличивается уровень продукции антимикробных пептидов кератиноцитами и снижается способность к инвазии кожи патогенными микроорганизмами [10]. Исследования на мышиных моделях, обладающих стерильной кожей, продемонстрировали, что способность эффекторных Т-лимфоцитов вырабатывать IL-17A и IFN-γ снижается в отсутствие комменсалов. В экспериментальных моделях эта способность восстанавливалась после колонизации кожи S. epidermidis [29].

Взаимодействие компонентов иммунной системы кожи с микроорганизмом необходимо для развития эффекторных Т-лимфоцитов, а также праймирования мукоз-ассоциированных инвариантных Т-клеток (MAIT-клеток). MAIT-клетки — особый вариант Т-лимфоцитов, обнаруживаемых в пределах слизистых оболочек, кожи и некоторых внутренних органов. Они способны распознавать метаболиты, образуемые бактериальными и дрожжевыми клетками. После контакта с продуктами обмена микроорганизмов MAIT-клетки выделяют провоспалительные цитокины IL-17, TNFα, IFNγ, способствуя активации Th17- и Th1-зависимого звена иммунитета [30, 31].

S. epidermidis оказывает влияние на характер течения воспалительных процессов в коже: липотейхоевые кислоты микроорганизма обладают противовоспалительными свойствами. Обнаружено, что после взаимодействия ТLR2-кератиноцитов с липотейхоевыми кислотами S. еpidermidis происходит подавление избыточного воспаления, ассоциированного с повреждением кожи. Провоспалительные свойства микроорганизма способствуют восстановлению повреждений кожи и заживлению ран [10].

S. epidermidis опосредованно влияет на целостность кожного барьера. Глицерин и органические кислоты, образуемые микроорганизмом, способны поддерживать слабокислый рН кожи и препятствовать трансэпидермальной потере воды. Супероксиддисмутаза S. еpidermidis снижает риск свободнорадикального повреждения кожи реактивными формами кислорода. Проведенное в Японии слепое рандомизированное исследование показало, что аппликации геля с добавленными в него изолятами S. еpidermidis сопровождались повышением продукции эпидермальных липидов, сохранением слабокислого рН кожи и снижением трансэпидермальной потери воды [32].

Атопический дерматит: влияние микробиома кожи на течение заболевания

Наиболее ярко влияние нарушений микробиома кожи на течение воспалительных процессов может быть продемонстрировано на примере атопического дерматита.

Атопический дерматит — хроническое рецидивирующее воспалительное заболевание кожи, проявляющееся первично возникающим зудом, воспалением, лихеноидными папулами и папуловезикулами в младенчестве, лихенификацией [34]. Атопический дерматит (АД) сопровождается значительным снижением качества жизни пациентов и членов их семьи, ограничивает повседневную активность, вызывая психологические нарушения и социальную стигматизацию [35]. Клинически заболевание характеризуется чередованием периодов обострения и ремиссии. Обострение сопровождается появлением экзематозных очагов, зуда, шелушения, часто сочетается с бактериальными, грибковыми и вирусными осложнениями [36].

Этиология АД все еще является предметом дискуссий. Рассматривается влияние генетических и средовых факторов на риск развития заболевания. Патогенез АД признается мультифакториальным: он включает недостаточность эпидермального барьера, а также иммунологические нарушения, ассоциированные с дисфункцией IgE и изменениями клеточно-медиированного иммунного ответа [33].

У пациентов с АД возникают мутации, влияющие на целостность кожного барьера. Одним из ключевых изменений является повреждение гена, кодирующего белок филаггрин, наиболее часто встречаются мутации R501X и 2282del4, приводящие к потере функции белка [33]. Предполагается, что пациенты с АД, имеющие мутацию в гене филаггрина, в большей степени подвержены колонизации кожи золотистым стафилококком: обнаружено, что продукты деградации белка подавляют рост S. aureus in vitro [13]. Снижение уровня натурального увлажняющего фактора оказывает влияние на структуру микробиома кожи: адгезия комменсалов снижается в условиях дефицита NMF [33].

Другой причиной дисфункции кожного барьера у пациентов с АД является нарушение процессинга белков при сдвиге нормального значения рН и градиента кальция в пределах рогового слоя. Недостаточность энзимов приводит к дефектам формирования структурных белков кожного барьера и ламеллярных телец. Подобные изменения способствуют снижению уровня кислот, липидов и энзимов, необходимых для поддержания гомеостаза кожного барьера [33]. Структурные нарушения белков энвоплакина, периплакина, инволюкрина облегчают процесс пенетрации S. aureus и оказывают влияние на течение воспалительных процессов при АД [10].

Дисбаланс липидов рогового слоя — жирных кислот, церамидов и холестерола у пациентов с АД оказывает влияние на структуру микробиома кожи. По данным H. Baurecht и соавт., дефицит длинноцепочечных жирных кислот и некоторых триглицеридов способствует избыточному росту S. aureus [37, 38]. Уровень церамидов в области пораженной кожи пациентов с АД значительно снижен по сравнению с контрольной группой [39]. S. Li и соавт. выявили, что снижение уровня церамидов CER[AH]C38–C52, CER[AP]C40, CER[EOH]C66–C70 и CER[EOS]C70 было ассоциировано с гиперколонизацией кожи S. aureus [40]. Установлено, что у пациентов с АД обнаруживается дефицит сфингозина — антимикробного агента, повышающего устойчивость к колонизации кожи патогенами, в том числе S. aureus [41].

Таким образом, повышение уровня рН, потеря свободных жирных кислот, церамидов, сфингозина, дефицит белка филаггрина у пациентов с АД способствуют избыточному росту патогенных микроорганизмов и присоединению инфекционных осложнений [18, 33].

Иммунологические изменения при АД затрагивают компоненты врожденного и приобретенного иммунного ответа, оказывая влияние на структуру микробиома кожи. АД рассматривается как бифазное Т-клеточно-опосредованное воспаление. В острую фазу преобладает активность Тh2-лимфоцитов, переключение на Тh1-опосредованный воспалительный ответ ассоциировано с хроническим течением заболевания. Возможную роль в патогенезе АД также играют Th22- и Th17-лимфоциты [18, 33, 41]. Установлено, что цитокины IL-4 и IL-13 способны подавлять работу гена, кодирующего белок филаггрин, усугубляя барьерные нарушения [33].

У пациентов с АД наблюдается дефицит антимикробных пептидов — кателецидина, β-дефензинов, а также дермцидина. Подавление функции антимикробных пептидов является фактором, предрасполагающим к развитию инфекционных осложнений заболевания [18, 41]. Иммунологические особенности адаптивного иммунного ответа при АД оказывают влияние на работу антимикробных пептидов: в исследованиях in vitro обнаружено, что IL-4 и IL-13 подавляют активацию кателецидина в кератиноцитах, а также снижают образование β-дефензина 2 и β-дефензина 3 [10, 41].

АД также ассоциирован с дефектом рецептора TLR2: наблюдается сниженная продукция IL-6, IL-8, CCL20, матриксной металлопротеиназы-9 в ответ на контакт с грам-положительными микроорганизмами, в том числе S. aureus [11].

У большинства пациентов обнаруживается повышенный уровень IgE. Избыточное образование иммуноглобулина связано с активацией Th2-лимфоцитов. Основная функция белка — осуществление реакций гиперчувствительности I типа, запуск которых происходит после связывания специфического IgE с аллергеном. Результатом подобного взаимодействия является активация тучных клеток и базофилов. Не исключается роль аутореактивных иммуноглобулинов Е в поддержании хронического воспаления [42].

Дисбиоз кожи признается одним из факторов, оказывающих влияние на тяжесть течения заболевания. К основным чертам микробиома кожи при АД относят потерю разнообразия микробного сообщества и избыточную колонизацию S. aureus [43].

По данным P. Meylan и соавт., колонизация кожи золотистым стафилококком в младенческом возрасте предшествует манифестации АД [44].

Изменения микробиома зависят от состояния кожи: структура микробного сообщества при обострении и в ремиссии АД существенно различается. Обострению заболевания предшествует увеличение колонизации кожи микроорганизмами вида S. aureus, а также снижение разнообразия микробиома [24]. Подобные изменения ассоциированы с более тяжелым течением, напротив, колонизация кожи коагулаз-негативными стафилококками, увеличение разнообразия микробного сообщества кожи наблюдаются у пациентов с меньшим значением индекса SCORAD [46, 47]. Достижение ремиссии после курса топической противовоспалительной терапии сопровождается восстановлением структуры микробиома кожи [5, 45].

Влияние разных штаммов золотистого стафилококка на течение АД неравнозначно: по данным A. L. Byrd, обострения заболевания были ассоциированы с экспансией определенных штаммов S. aureus [46]. При выполнении полногеномного секвенирования материала, полученного от пациентов в период обострения, обнаружены преимущественно штаммы клонального комплекса 1, в то время как в контрольной группе чаще встречались штаммы, относившиеся к клональному комплексу 30. Штаммы S. aureus клонального комплекса 1 чаще встречаются у пациентов с мутацией в гене филаггрина. Микроорганизмы, относящиеся к этой группе, способны экспрессировать гены, ассоциированные с образованием энтеротоксинов В и С, а также являются потенциальным резервуаром MRSA [24].

До 60% штаммов S. aureus, изолированных от пациентов с АД, являются токсин-продуцирующими. Секретируемые факторы патогенности и поверхностные антигены микроорганизма поддерживают воспаление в коже и усугубляют дисфункцию эпидермального барьера. Поверхностный антиген S. aureus — протеин А взаимодействует с рецепторами TNF кератиноцитов, провоцируя воспалительный ответ [7]. В ответ на контакт с S. aureus повышается уровень IL-4, IL-13 и IL-22, а также увеличивается образование сериновых протеаз, способствующих формированию барьерных нарушений [11, 43]. Повреждение эпидермального барьера усиливается при взаимодействии секретируемого токсина гемолизина-α с компонентом мембраны кератиноцитов — сфингомиелином, при этом происходит образование трансмембранных пор и лизис кератиноцитов [11]. Th2-ассоциированные цитокины нарушают работу фермента кислой сфингомиелиназы, вызывая увеличение содержания сфингомиелина в клеточных мембранах и способствуя повреждению кератиноцитов гемолизином-α [11].

Токсины S. aureus подавляют апоптоз эозинофилов, поддерживая воспалительные изменения в очагах АД. Помимо этого, влияя на активность эозинофилов и базофилов, микроорганизм способствует секреции гистамина и эозинофильной пероксидазы [11]. Колонизация кожи пациентов с АД S. aureus ассоциирована с активацией тучных клеток и повышением уровня гистамина, а также IL-31 — цитокина, вовлеченного в патогенез кожного зуда [48]. Суперантигены золотистого стафилококка, такие как стафилококковый энтеротоксин А, В, С и TSST-1, способны активировать В-лимфоциты и стимулировать продукцию специфических IgE, поддерживая воспаление в пораженной коже [11].

Колонизация кожи патогенными микроорганизмами и изменение структуры микробиома способствуют утяжелению течения АД. Суперантигены золотистого стафилококка, взаимодействуя с MHC-II и Т-клеточными рецепторами Т-лимфоцитов кожи, стимулируют гиперэргический иммунный ответ и поддерживают воспаление. По данным DYM Leung и соавт., в сыворотке пациентов с АД обнаруживаются специфические IgE к суперантигенам S. aureus. В лабораторных условиях была продемонстрирована способность энтеротоксинов и TSST-1 стимулировать IgE-зависимую дегрануляцию базофилов. Секретируемые базофилами воспалительные медиаторы, в том числе гистамин, поддерживают цикл «зуд-расчесывание» и способствуют более тяжелому течению АД [49]. Аппликация стафилококкового энтеротоксина В на клинически неизмененную кожу приводила к появлению воспалительных изменений у пациентов с АД и здоровых волонтеров, также у части пациентов возникло обострение кожного процесса [50].

У пациентов с АД, резистентным к топическим глюкокортикостероидам, чаще обнаруживаются токсин-продуцирующие штаммы S. aureus [51]. По данным PJ Hauk и соавт., при контакте мононуклеарных клеток периферической крови (PBMC) с суперантигенами S. aureus развивается гиперэкспрессия глюкокортикоидного рецептора-β и снижение активности глюкокортикоидного рецептора-α. Дисбаланс глюкокортикоидных рецепторов PBMC приводит к потере чувствительности к топическим глюкокортикоидам и способствует формированию стероидорезистентности у пациентов с АД [52]. Снижение колонизации кожи токсин-продуцирующими штаммами S. aureus обладает потенциальным стероид-сберегающим эффектом.

Вторичное инфицирование приводит к изменению клинической картины АД. К характерным проявлениям вторичного инфицирования относят усиление мокнутия и отечности кожи, появление желтоватых корочек, формирование глубоких трещин в заушной области, мелких пустул [53]. Колонизация кожи пациентов с AД MRSA-штаммами S. aureus увеличивает частоту обострений заболевания, а также повышает риск формирования рецидивирующих стафилококковых инфекций кожи и мягких тканей [54].

В пределах видимо неизмененной кожи пациентов с АД обнаруживаются коагулаз-негативные стафилококки [13]. S. epidermidis и другие коагулаз-негативные стафилококки способны оказывать положительное влияние на течение атопического дерматита: микроорганизмы препятствуют колонизации кожи S. aureus, ограничивая провоспалительные свойства патогена, липотейхоевые кислоты клеточной стенки S. epidermidis уменьшают воспаление в очаге. Колонизация кожи младенцев коагулаз-негативными стафилококками является отрицательным предиктором развития АД [13]. По данным исследования, проведенного T. Nakatsuji и соавт., аппликация на пораженную кожу коагулаз-негативных стафилококков, обладающих антимикробными свойствами, в течение недели приводила к статистически значимому снижению индекса EASI в области нанесения [55]. Таким образом, способность ограничивать рост S. aureus, секреция пептидов с антибактериальными свойствами, а также противовоспалительные свойства липотейхоевых кислот S. epidermidis позволяют рассматривать колонизацию кожи микроорганизмом как перспективный метод коррекции дисбиоза у пациентов с АД.

Псориаз и изменения структуры микробиома

Псориаз является одним из наиболее исследованных хронических воспалительных дерматозов, тем не менее патогенез заболевания остается не до конца изученным. Псориаз рассматривается как мультифакториальный иммуноопосредованный патологический процесс, развитие которого обусловлено влиянием генетических факторов и ряда триггеров: особенности образа жизни, контакт с инфекционными агентами, наличие сопутствующих заболеваний, прием некоторых лекарственных препаратов и др. [56, 57].

Псориаз является распространенным дерматозом: частота встречаемости заболевания в общей популяции составляет от 3 до 7%, его доля в структуре пациентов дерматологического стационара достигает 22% [57].

Центральное положение в патогенезе заболевания занимает хроническое воспаление, ассоциированное с повышенным уровнем провоспалительных цитокинов: TNF-α, IL-17, IL-22, IL-23 [58]. После контакта с триггером происходит активация плазмацитоидных дендритных клеток, которая в сочетании с генетической предрасположенностью приводит к образованию широкого спектра провоспалительных цитокинов, в том числе TNF-α, IL-17, IL-12, IL-22, IL-23. Повышение уровня IL-12 и IL-23 ассоциировано с пролиферацией и дифференцировкой Th1- и Th17-лимфоцитов. Активация Th17-лимфоцитов приводит к повышению уровня IL-17, IL-22, TNF-α, ряда хемокинов. Под влиянием Th17-ассоциированных цитокинов активируется пролиферация кератиноцитов, происходит рекрутинг нейтрофилов и моноцитов, а также увеличивается образование антимикробных пептидов — кателецидина, β-дефензинов, белка S100 [59]. Хроническое воспаление приводит к неконтролируемой пролиферации и нарушению дифференцировки кератиноцитов [60]. Таким образом, псориаз рассматривается как Т-клеточно-опосредованное воспалительное заболевание, вовлекающее Th1-, Th17-клетки, ассоциированное с повышенным уровнем TNFα, IFNγ, IL-12, IL-17, IL-22, IL-23.

Дисбаланс провоспалительных и противовоспалительных цитокинов, хроническое воспаление, повышение уровня антимикробных пептидов и барьерные нарушения, связанные с особенностями дифференцировки кератиноцитов, обусловливают особенности структуры микробиома кожи пациентов с псориазом.

По данным HW Chang и соавт., у пациентов с псориазом отмечается повышенное разнообразие микробного сообщества кожи, особенно выраженное в пределах «сухих» зон кожи — верхние и нижние конечности, кожа туловища [56]. При выполнении секвенирования участков гена 16S рРНК материала, полученного от пациентов с псориазом в период обострения, было обнаружено повышение уровня микроорганизмов родов Staphylococcus spp., Streptococcus spp., Corynebacterium spp. и Cutibacterium spp. в пределах высыпаний [61, 62].

По данным метаанализа, включившего данные 8 исследований, риск гиперколонизации кожи микроорганизмами рода Staphylococcus spp. для пациентов с псориазом в 4–5 раз превышает популяционный. У 35% пациентов в пределах высыпаний был обнаружен S. aureus. При этом, по данным некультуральных методов исследования, среди микроорганизмов фила Firmicutes и рода Staphylococcus spp. было обнаружено преобладание вида S. aureus [63, 64]. При выполнении секвенирования 16S rRNA группой исследователей во главе с HW Chang в пределах пораженной кожи пациентов с псориазом было обнаружено изменение видового состава микроорганизмов рода Staphylococcus spp.: преобладали микроорганизмы видов S. aureus и S. pettenkoferi, при этом наблюдалось снижение колонизации кожи S. epidermidis [56, 64]. Представления о структуре микробиома кожи пациентов с псориазом неоднозначны: в ряде исследований обнаружено снижение уровня стафилококков в пределах пораженной кожи по сравнению с контрольной группой. Возможной причиной может служить повышение уровня кателецидина и бета-дефензинов [62].

Предполагается, что компоненты микробиома могут оказывать влияние на течение воспалительных процессов при псориазе: в исследованиях на мышиных моделях обнаружена способность S. aureus стимулировать Th17-опосредованный воспалительный ответ, сопровождавшийся повышением уровня IL-17A, IL-17F и IL-22 [56].

Энтеротоксины S. aureus, выступая в качестве суперантигенов, способствуют сохранению повышенного уровня провоспалительных цитокинов в пределах пораженной кожи. В исследовании DD Balchi и соавт. более 90% штаммов, изолированных от пациентов с псориазом, были токсигенными, при этом наиболее часто обнаруживались стафилококковый энтеротоксин А, эксфолиатин В. Наличие токсин-продуцирующих штаммов было ассоциировано с более высоким значением индекса PASI у пациентов [63]. Стафилококковый энтеротоксин В и гемолизин-α, выступая в качестве антигенов, в лабораторных условиях стимулируют образование IL-22, поддерживающего воспаление и избыточную пролиферацию кератиноцитов [65]. При выполнении исследований на клеточной линии HaCaT обнаружена способность пептидогликана S. aureus подавлять апоптоз клеток и оказывать влияние на пролиферацию кератиноцитов [66].

Данные молекулярно-генетических и культуральных методов исследования микробиома кожи при псориазе немногочисленны и противоречивы. Различия могут быть связаны с критериями включения и исключения пациентов, локализацией взятия материала, техническими особенностями проведения исследования, небольшими размерами выборки. Имеющиеся на сегодняшний день литературные данные не позволяют исключить определенное влияние S. aureus в поддержании воспаления, избыточной пролиферации кератиноцитов у пациентов с псориазом.

Заключение

Микробиом кожи человека — динамически развивающееся сообщество, находящееся в процессе тесного взаимодействия с компонентами эпидермального барьера и иммунной системы кожи. Изучение структуры микробиома кожи позволяет по-новому взглянуть на течение физиологических процессов и становление иммунной системы кожи, выявить новые аспекты патогенеза воспалительных дерматозов. Нарушение нормальной структуры микробного сообщества кожи, потеря разнообразия микробиома способны инициировать и/или поддерживать воспалительные изменения в коже, усугублять течение ряда заболеваний. Коррекция изменений микробиома может служить перспективным методом терапевтического воздействия, а также направлением разработки наружных средств базисной терапии.

Участие авторов: все авторы внесли существенный вклад в проведение поисково-аналитической работы и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию до публикации. Поисково-аналитическая работа, обоснование рукописи, дизайн статьи, написание статьи, одобрение рукописи и направление рукописи на публикацию — М. Ю. Николаева. Обоснование рукописи, анализ литературных данных и их интерпретация, написание статьи, одобрение рукописи и направление рукописи на публикацию — К. Н. Монахов. Анализ литературных данных, написание и одобрение рукописи — Е. В. Соколовский.

Authors' participation: all authors made a significant contribution to the search and analytical work and preparation of the article, had read and approved the final version before publication. Search and analytical work, justification of the manuscript, design development, writing an article, approval of the submission of the manuscript for publication — Marina Yu. Nikolaeva. Justification of the manuscript, literature analysis and interpretation, writing an article, approval of the submission of the manuscript for publication — Konstantin N. Monakhov. Literature analysis, writing and approval of the article — Evgeny V. Sokolovskiy.

About the authors

Marina Yu. Nikolaeva

First Pavlov State Medical University of Saint Petersburg

Author for correspondence.
Email: lavrukhina.mary@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8677-4167
SPIN-code: 8072-7935

assistant lecturer

Russian Federation, Lev Tolstoy str., 6–8, 197022, Saint Petersburg

Konstantin N. Monakhov

First Pavlov State Medical University of Saint Petersburg

Email: knmonakhov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8211-1665
SPIN-code: 1837-2098

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Lev Tolstoy str., 6–8, 197022, Saint Petersburg

Evgeny V. Sokolovskiy

First Pavlov State Medical University of Saint Petersburg

Email: s40@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7610-6061
SPIN-code: 6807-7137

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Lev Tolstoy str., 6–8, 197022, Saint Petersburg

References

Supplementary files