三维模型揭示红色毛癣菌生物膜形成机制及其在皮肤感染中的关键作用

这篇研究通过构建三维（3D）皮肤模型（RHS）和角质细胞球体，结合共聚焦显微镜（CM）、扫描电镜（SEM）及实时荧光定量PCR（qPCR）技术，首次系统分析了红色毛癣菌（Trichophyton rubrum）在模拟人体皮肤环境中生物膜的形成特征及其毒力基因Mep5的显著高表达，为理解皮肤癣菌感染的耐药机制和靶向治疗提供了新视角。

　　

三维模型中的红色毛癣菌生物膜发育研究

摘要

红色毛癣菌（Trichophyton rubrum）是皮肤癣菌病的主要病原体，其生物膜形成与感染持久性和抗真菌耐药性密切相关。本研究利用三维（3D）重建人类皮肤（RHS）和角质细胞球体模型，结合多学科技术揭示了该菌在模拟生理条件下的生物膜动态及其分子机制。

材料与方法

研究采用ATCC MYA-4438菌株，通过体外生物膜培养（96孔板）和3D模型感染实验，评估了两种培养基（RPMI 1640和DMEM）对生物膜代谢活性（XTT法）和生物量（结晶紫染色）的影响。RHS模型由原代角质细胞和成纤维细胞构建，而HaCaT细胞系用于球体形成。通过共聚焦显微镜（CM）和扫描电镜（SEM）观察真菌-宿主互作，并利用qPCR分析毒力基因（Sbt5和Mep5）的表达差异。

结果

1. 1.

   生物膜特性：XTT和结晶紫实验显示，两种培养基中生物膜形成无显著差异（P>0.05），72小时后进入成熟期。

2. 2.

   RHS模型验证：H&E染色证实RHS具有类似天然皮肤的分层结构。SEM显示感染后菌丝密集交织，并侵入深层组织，伴随胞外基质沉积（图3）。

3. 3.

   球体模型：6×10⁴细胞/well的HaCaT球体直径达327.43 nm，球形度接近1。CM证实感染后菌丝和分生孢子围绕球体生长，宿主细胞存活率>80%（图7-8）。

4. 4.

   基因表达：与浮游状态相比，生物膜和RHS感染模型中Mep5表达分别上调5.09倍和48.5倍（P<0.0001），表明金属蛋白酶MEP-5在感染中的关键作用（图9）。

讨论

研究首次在3D模型中证实红色毛癣菌生物膜的临床相关性。SEM显示RHS上的菌丝网络更致密，与体外模型相比更接近真实感染场景。Mep5的高表达提示其可能通过降解角蛋白促进组织入侵，为抗真菌靶点开发提供了方向。局限性在于模型缺乏免疫组分，未来需结合器官芯片技术进一步模拟宿主应答。

重要性

该研究突破了传统单层细胞模型的局限，通过3D技术重现了皮肤微环境，为阐明生物膜介导的耐药机制和筛选新型抗真菌药物提供了可靠平台。