华南地区特应性皮炎金黄色葡萄球菌基因组流行病学及表型特征分析

　　

探究特应性皮炎患者金黄色葡萄球菌的奥秘：基因组流行病学与表型特征研究解读

广州中医药大学第二临床医学院的研究人员在Scientific Reports期刊上发表了题为 “Genomic epidemiology and phenotypic characterization of Staphylococcus aureus isolated from atopic dermatitis patients in South China” 的论文。该研究首次对中国特应性皮炎（AD）患者的金黄色葡萄球菌进行了全面表征，分析了其分子流行特征和系统发育，为深入理解金黄色葡萄球菌与 AD 之间的关系提供了关键线索，有助于制定针对 AD 患者金黄色葡萄球菌感染的预防和治疗策略。

一、研究背景

特应性皮炎（AD）是一种常见的炎症性皮肤病，具有复杂的发病机制，涉及遗传、表皮屏障异常、免疫反应改变和皮肤微生物平衡失调等多个方面。金黄色葡萄球菌在 AD 患者皮肤的定植密度和丰度显著高于健康人群，且与疾病严重程度相关，在 AD 的发生和发展中发挥着重要作用，然而其在体内的确切作用尚未完全明晰。此前，虽有研究利用全基因组测序对金黄色葡萄球菌进行分析，但针对中国 AD 患者中金黄色葡萄球菌的流行病学特征和系统发育的系统性研究仍存在空白。

二、研究材料与方法

（一）样本采集与菌株分离鉴定

研究人员收集了 2019 年 10 月至 2023 年 5 月期间在广东省中医院就诊的 AD 患者的皮肤样本，同时采集了健康对照（HC）的皮肤样本作为对照。通过拭子在特定部位采集样本，经处理后在相应培养基上培养，利用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI - TOF）鉴定细菌菌落，挑取单菌落保存。

（二）数据获取

从美国国立生物技术信息中心（NCBI）数据库检索公开的全基因组数据，经筛选后获取 945 个金黄色葡萄球菌基因组数据，涵盖 AD 患者和 HC 的菌株，用于后续分析。

（三）全基因组测序与分析

对分离的菌株进行培养后提取基因组 DNA，利用 Illumina novaseq 6000 进行测序。使用多种工具对测序数据进行组装、质量评估、分子分型、注释、泛基因组分析、核心基因组单核苷酸多态性（cgSNPs）提取等操作，构建系统发育树并评估种群结构，同时鉴定毒力因子基因（VFGs）和抗菌耐药基因（ARGs）。

（四）抗菌药敏试验

依据临床和实验室标准协会（CLSI，2022）的方案，对 15 种抗菌药物进行药敏试验，以金黄色葡萄球菌 ATCC 29213 和 ATCC 25923 菌株作为质量控制。

（五）细胞黏附实验与幼虫感染实验

将主要序列类型（ST）的金黄色葡萄球菌与人类永生化表皮细胞（HaCaT）共培养，检测其黏附能力；用不同 ST 的金黄色葡萄球菌感染大蜡螟幼虫，观察幼虫存活率，比较菌株毒力。

（六）统计分析

运用 GraphPad Prism 9.3.0 软件进行统计分析，采用卡方检验或 Fisher 精确检验评估 VFGs 和 ARGs 携带率的差异，用单因素方差分析比较黏附实验结果，通过 Log-rank 检验和 Kaplan-Meier 生存曲线分析大蜡螟幼虫的生存情况。

三、研究结果

（一）临床特征与抗生素药敏结果

从 59 份 HC 皮肤拭子中仅分离出 2 株金黄色葡萄球菌，未纳入后续研究。在 108 例 AD 患者中，共分离出 108 株非重复的金黄色葡萄球菌临床菌株，其中 38 株来自门诊患者，70 株来自住院患者。住院患者中多数存在 IgE 升高和嗜酸性粒细胞计数增加的情况。菌株在性别和年龄分布上存在一定特点，超过一半的菌株分离自 18 岁及以下患者。多数菌株对多种抗生素敏感，但对青霉素 G、红霉素和克林霉素的耐药率较高。12.04%（13/108）的菌株为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），25.0%（27/108）的菌株为多重耐药（MDR），MRSA 菌株的 MDR 患病率显著高于甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌（MSSA）菌株。

（二）金黄色葡萄球菌的分子分型

108 株金黄色葡萄球菌被分为 33 种不同的序列类型（STs），其中 ST7、ST15、ST188 和 ST2990 最为常见，不同 ST 在门诊和住院患者中的分布存在差异。共鉴定出 56 种 spa 类型，t91 和 t189 最为普遍。agr-I 是最常见的 agr 类型。在 13 株 MRSA 菌株中，鉴定出 4 种 SCCmec 类型。

（三）金黄色葡萄球菌的毒力基因和抗菌耐药基因谱

通过 VFDB 数据库鉴定出 81 种金黄色葡萄球菌携带的毒力因子基因（VFGs），多数 VFGs 检测率超 90%，但部分基因如 eta、isdD 等检测率低于 10%。免疫逃避簇（IEC）基因在 83.33%（90/108）的菌株中存在，且不同 ST 的菌株携带的 VFGs 存在差异。抗菌耐药基因（ARGs）检测结果与抗生素药敏特征相符，菌株对 β- 内酰胺类、大环内酯类和磷霉素的耐药基因携带率较高。

（四）主要 ST 型金黄色葡萄球菌的黏附能力和毒力比较

ST188 菌株对 HaCaT 细胞的黏附能力显著高于 Newman、ST7 和 ST15 菌株。在大蜡螟幼虫感染实验中，ST15 和 ST188 感染的幼虫存活率显著低于 Newman 和 ST7 感染的幼虫，表明 ST15 和 ST188 的毒力较强。

（五）基于 cgSNPs 的 AD 患者金黄色葡萄球菌系统发育分析

对 108 株中国分离株和 471 株 NCBI SRA 数据库中的 AD 患者分离株构建系统发育树，经 hierBAPS 分析，579 个样本的最大似然系统发育树分为 15 个序列簇（SCs）。SC5、SC2 和 SC7 占主导地位，中国的金黄色葡萄球菌分离株主要集中在 SC2、SC7 和 SC12。

（六）AD 患者与 HC 的金黄色葡萄球菌比较基因组分析和 PGWAS

在 579 株 AD 患者分离株中鉴定出 61 种 STs，ST188、ST8 和 ST1 最为常见；339 株 HC 分离株中有 42 种 STs，ST8、ST188 和 ST15 较为普遍。比较发现，ST1、ST7 和 ST582 在 AD 患者中显著富集，ST30、ST6 等在 HC 中显著富集，且 ST582 仅在 AD 皮肤中检测到。AD 患者来源的菌株在部分 VFGs 和 ARGs 的携带上与 HC 来源的菌株存在显著差异。通过 PGWAS 鉴定出 196 种与 AD 相关的基因，涉及黏附、生物膜形成、毒力、免疫逃避等功能，但这些基因的特异性和敏感性有限。

四、研究结论与讨论

该研究全面分析了中国 AD 患者中金黄色葡萄球菌的基因组流行病学和表型特征，发现中国 AD 患者中 ST7、ST15 和 ST188 的携带率较高，ST188 对大蜡螟幼虫具有高致死性，对 HaCaT 细胞有强黏附性。全球范围内，金黄色葡萄球菌的 ST 分布存在地域差异，不同 ST 携带的 VFGs 和 ARGs 不同，可能与菌株的流行和传播相关。

研究还发现，AD 患者来源的金黄色葡萄球菌在某些基因上存在富集，这些基因可能参与 AD 的发病机制，但具体作用仍需进一步研究证实。此外，研究存在一定局限性，如样本仅来自广东省，未纳入 HC 皮肤中少量的金黄色葡萄球菌，且仅对部分 ST 进行了详细分析等。尽管如此，该研究为后续更深入、广泛的研究提供了重要参考，有助于进一步揭示金黄色葡萄球菌与 AD 之间的复杂关系，为 AD 患者金黄色葡萄球菌感染的防治提供理论依据。