综述：壳聚糖在化妆品和皮肤病学中的应用——控制人体微生物组的抗菌和益生元潜力

本综述系统探讨了壳聚糖（Chitosan）及其衍生物在皮肤病治疗和化妆品应用中的最新进展，重点聚焦其独特的抗菌特性、选择性抑制病原微生物（如S. aureus、C. acnes）的机制，及其作为潜在益生元调节皮肤微生态的双重功能。文章深入分析了分子量（MW）、脱乙酰度（DD）等结构参数对其生物活性的影响，为开发基于壳聚糖的皮肤微生物组靶向疗法提供了重要理论依据。

　　

Abstract

人类微生物组已成为一个至关重要的研究领域，其功能角色的新方面不断被揭示。目前正在深入理解微生物组、治疗剂和人类宿主之间复杂的代谢相互作用。一个关键挑战是开发有效的新型抗菌化合物，特别是针对与多种慢性疾病相关的生物膜感染，以更好地控制人类微生物群并治疗典型皮肤病。壳聚糖是一种源自多种天然来源的多糖，具有独特的生物学特性，使其成为众多旨在管理皮肤病和调节微生物组的化妆品和医药产品的有前途的基础。通过改变其特性，可以调整壳聚糖的性质以产生对人类微生物群有益的优化活性的生物大分子。本综述总结了壳聚糖抗菌活性的来源和机制、其免疫调节和抗病原体作用，并批判性地评估了其作为抗菌剂和益生元剂的双重潜力。特别强调基于壳聚糖的制剂用于治疗皮肤病和促进微生物组健康——这是一个新兴且有前途的研究领域。

Introduction

聚合物因其多功能的物理化学性质和可调节的功能性已成为现代工业中不可或缺的材料。这些由连接的重复杂单体单元组成的大分子，使得设计具有定制机械、热和化学特性的材料成为可能。它们的应用涵盖关键领域，包括生物医学工程（例如，药物输送系统、生物材料）、精准农业（例如，控释肥料）和可持续包装。然而，合成聚合物的主导地位，主要是石油基塑料，它们大多不可降解且难以回收，带来了重大的环境挑战。这些挑战包括微塑料积累造成的持续生态系统污染和有毒化合物的浸出。

因此，天然聚合物（例如，蛋白质、淀粉、纤维素、胶原蛋白、藻酸盐、透明质酸）近几十年来因其生物相容性、可生物降解性和更简单的回收潜力而引起了极大的兴趣。在这些生物聚合物中，含氮多糖几丁质及其衍生物壳聚糖是研究和应用最广泛的之一。此外，近年来，这些天然聚合物由于其独特的分子结构、复杂的物理化学性质、生物活性、高生物相容性、低毒性和可生物降解性，开始被认为是用于医学、制药和化妆品各个领域的有前途的生物材料。

同时，当前的研究结果表明，壳聚糖及其衍生物被用于解决不同的化妆品和皮肤病学问题。壳聚糖活性氨基团的正电荷有助于其抗菌和抗真菌特性，使其成为生物医学领域、皮肤病治疗和支持正常皮肤微生物组的有希望的候选者。

最近的研究揭示了皮肤微生物群在维持皮肤稳态和促成皮肤病理机制中的关键作用。这些发现引起了人们对开发创新的微生物组靶向干预措施日益增长的兴趣，包括先进的生物材料、生物活性配方和旨在调节皮肤微生物群落以获得治疗和保护益处的下一代药妆品。

PubMed 关于“化妆品中的壳聚糖”和“人类皮肤微生物组”的搜索结果显示了在过去15年中研究人员对这些领域的兴趣持续增长。

本综述系统地考察了壳聚糖及其衍生物在皮肤病学和化妆品中应用的最新进展，重点关注其抗菌特性、对抗病原微生物的作用机制以及对微生物发病机制和人类微生物组的调节作用。我们批判性地评估了壳聚糖作为选择性抗菌剂和潜在益生元的双重功能，强调了其破坏有害病原体同时支持有益微生物群的能力——这是开发微生物组靶向皮肤治疗的一个相当独特的优势。通过分析分子量、脱乙酰度和化学修饰之间的结构-活性关系，我们展示了如何优化壳聚糖的可调特性以用于多种皮肤病学应用，从治疗痤疮和特应性皮炎到维持皮肤微生物稳态。

皮肤和皮下组织疾病

皮肤和皮下组织疾病在现代世界日益普遍，通过导致低自尊、心理压力、焦虑和失眠显著影响患者的生活质量。这些疾病的表现和病因多种多样，与遗传易感性、衰老、饮食、过敏反应以及暴露于环境因素（如太阳辐射和有毒化学品）有密切关联。现阶段，一项紧迫的任务是制定措施并改进慢性皮肤病的预防，如特应性皮炎、银屑病、痤疮和接触性皮炎，这些疾病在全世界广泛流行。但最危险的问题，在男性和女性人口肿瘤性疾病中占据领先地位之一的是皮肤癌。

各种类型皮肤病学问题的一个不可或缺的症状是皮肤干燥（干燥病 - 干性皮肤）。皮肤干燥病不仅显示真皮中水分含量减少，而且显示角质层功能的变化。形成角质层的各类脂质（神经酰胺、脂肪酸、胆固醇等）在通过皮肤屏障对各种化学物质的渗透功能中起主要作用。在健康皮肤中，所有这些类型的脂质大致处于相等的摩尔比，这在特应性皮肤的组成中是看不到的。在特应性皮肤（干性皮肤）中，水分流失增加，神经酰胺和脂肪酸水平降低。干燥病的常规治疗包括使用保湿剂、封闭剂或润肤剂以恢复真皮屏障的完整性。

最常见的皮肤病之一是特应性皮炎。它是一种系统性多因素遗传决定的炎症性皮肤病，具有多器官病理体征，以瘙痒、慢性复发性病程、病变的定位和形态学的年龄相关特征为特点。特应性皮炎是最常见的疾病之一（占皮肤疾病的20%至40%），在所有国家、两种性别的人群和不同年龄组中均有发生。儿童中特应性皮炎的患病率高达20%，成年人口中为2-8%。特应性皮炎在不同皮肤类型上的表现不同。对于肤色较浅的人，特应性皮炎表现为红斑斑点和斑块，而在肤色较深的皮肤类型上，该疾病通常表现为灰褐色或深棕色斑点。特应性皮炎的发生与胃肠道微生物群组成的紊乱有关：这种情况下检测到双歧杆菌和乳杆菌总数减少，以及金黄色葡萄球菌和大肠杆菌微生物比例增加。也有报道称胃中幽门螺杆菌数量与特应性皮炎的严重程度直接相关。特应性皮炎患者的治疗包括一系列旨在恢复皮肤屏障以及抗炎、抗菌和止痒治疗的措施，旨在延长缓解期和预防复发。患者被开具抗组胺药、免疫调节剂、维生素、外用糖皮质激素。但到目前为止，此类特应性皮炎治疗方法被认为是相当保守的。人们对使用基于生物聚合物（如壳聚糖）的高效递送系统用于新一代抗菌制剂的新颖、更安全和更通用的治疗方法越来越感兴趣。

另一种常见的皮肤病，痤疮是一种毛囊和皮脂腺的多形性多因素疾病，发生在80%的青少年和年轻成人中。在各种临床类型的痤疮中，寻常痤疮（acne vulgaris）是最常见的。高达35%的男性青少年和23%的女性青少年患有这种皮炎。只有在24岁之后，这一数字才会下降到10%及以下。关键的发展因素是皮脂失调（脂质失衡）、以痤疮丙酸杆菌（Cutibacterium acnes）为主但也涉及表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、马拉色菌属（Malassezia spp.）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的多微生物失调，它们共同破坏皮肤稳态、皮脂腺活动、某些激素循环受损、遗传易感性、毛囊角化过度和角化过程受损。最近的研究表明，痤疮发展涉及早期血管内皮细胞激活和炎症反应，免疫系统失调在发病机制中起关键作用。现代治疗策略将局部维A酸类药物视为黄金标准，因其具有三重作用益处（溶解粉刺、抑制皮脂和抗炎），同时还纳入辅助疗法，包括抗菌剂、皮脂生产抑制剂、局部益生菌和抗雄激素。新兴的方法，如免疫调节疫苗接种策略，突显了对痤疮作为一种需要靶向干预的多因素条件的不断发展的理解。

最后，迄今为止，银屑病被认为是另一种常见的皮肤病。根据严重程度和临床特征，银屑病可能以各种方式表现。银屑病是一种慢性炎症性皮肤病，其特征是皮肤上出现红色、厚和鳞状的斑块，其起源和机制尚未完全研究清楚。然而，据信免疫系统的状态、遗传特征和环境影响是其发展的主要因素之一。这种进行性皮肤病可以影响人体皮肤的任何区域，但通常影响肘部、膝盖、头皮、下背部和指甲。银屑病的传统治疗方法基于局部应用从药用植物中分离的生物活性物质。迄今为止，主流的医学治疗主要依赖于局部皮质类固醇、维生素D类似物、光疗和全身性免疫调节剂。银屑病治疗的现代进步引入了创新的治疗方法，产生了尖端剂型和药物输送系统。这些发展通过增强药物疗效、改善靶向递送和最小化副作用，为管理银屑病提供了多样化的解决方案。例如，研究人员设计了负载叶酸的透明质酸包被的壳聚糖纳米颗粒以提高治疗效果。带正电荷的壳聚糖促进卓越的透皮药物渗透，建立了一个有效的局部递送系统用于银屑病治疗。另一项突破涉及开发壳聚糖/透明质酸纳米凝胶共同递送甲氨蝶呤和5-氨基乙酰丙酸用于联合化学-光动力疗法。这种双重作用策略增强了治疗效果同时降低了系统毒性。纳米凝胶表现出改善的皮肤积累和保留，为银屑病管理提供了一种更安全、更有效的治疗方法。这些创新例证了先进的药物输送系统，如纳米颗粒和纳米凝胶，如何通过优化药物性能、最小化不良反应和实现靶向治疗来革命性地改变银屑病治疗。

因此，我们可以强调常见皮肤病如特应性皮炎、痤疮和银屑病日益增长的患病率和心理社会影响。这些条件共享免疫失调和皮肤屏障功能障碍的潜在机制。特应性皮炎涉及微生物组失衡和神经酰胺缺乏，使用润肤剂和新兴的基于生物聚合物的疗法进行治疗。寻常痤疮源于皮脂过度活跃和痤疮丙酸杆菌增殖，通过维A酸类药物和研究性疫苗进行管理。银屑病由遗传和免疫因素驱动，现在利用皮质类固醇乳膏、光疗和生物药物作为标准干预措施。总的来说，这些情况强调了向精准皮肤病学的转变，结合屏障修复、微生物组维持、免疫调节以及先进的生物材料和靶向纳米技术来增强药物递送，以解决其多因素起源。

同时，无论皮肤疾病类型如何，在大多数情况下都观察到皮肤微生物群的失衡。然而，目前仍然没有足够的数据来理解疾病与关键微生物类型之间的因果关系。将来，皮肤病的治疗不应局限于使用抗炎药、局部皮质类固醇、激光疗法和其他传统方法。正在考虑通过健康饮食、益生菌和益生元的组合以及皮肤微生物群移植来调节皮肤微生物群的可能性。因此，皮肤微生物组调节可能成为未来治疗皮肤病的强大工具。

壳聚糖的来源、结构和性质

几丁质是一种线性多糖，由通过1,4-β-糖苷键连接的2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖的基本单元组成。几丁质在甲壳类动物、昆虫和真菌的细胞中高浓度存在。它是通过原料的交替脱蛋白和脱矿质反应获得的。脱蛋白和脱矿质的阶段数量以及它们的实施顺序取决于对最终产品质量的要求。

壳聚糖是几丁质脱乙酰化的产物。其生产基于从几丁质结构单元中完全或部分消除乙酰基的反应。当该反应发生时，一些糖苷键断裂，产生比原始几丁质分子量更低的较短聚合物单元的混合物。在大多数情况下，工业壳聚糖含有高达5-15%的残留乙酰胺基团，分子量（MW）约为200 kDa。为了获得低分子量水溶性壳聚糖和具有更高生物活性的寡聚物，使用化学和酶法两种方法。

壳聚糖在人类生活的各个领域找到应用，例如在农业和食品工业、纺织、造纸、核能和采矿工业。低分子量壳聚糖增加的溶解度使得它们可以作为医学和生物学应用的聚合物。壳聚糖也广泛用于生产不同的化妆品产品，作为水分吸收和保留剂、乳液稳定剂、抗菌剂、抗氧化剂或输送系统。为此，它被包含在洗剂、凝胶、牙膏、洗发水和乳霜中。

壳聚糖的抗菌活性

壳聚糖抗菌活性的起源尚未精确确立和解释。壳聚糖抗菌活性的可能机制将在本综述中进一步讨论。简而言之，据信带正电荷的壳聚糖大分子与细胞表面上带负电荷的结构（革兰氏阳性菌的磷壁酸、革兰氏阴性菌的脂多糖或真菌的磷脂）的相互作用导致膜功能障碍和细胞裂解。在更高浓度下，壳聚糖可以用致密层覆盖细胞表面，从而阻止营养物质进入细胞和细胞代谢产物的移除。有证据表明壳聚糖可以渗透到细胞中并与细胞的各种结构成分相互作用，从而破坏它们的正常功能，导致细胞死亡。

事实上，表明壳聚糖表现出抗菌、抗真菌和抗病毒活性。然而，其抗菌活性取决于许多内源性和外源性因素。

注意到壳聚糖的抗菌活性取决于获得它的原料类型。例如，从蟹壳获得的壳聚糖表现出比从蟹腿获得的壳聚糖更高的抗菌活性。壳几丁质比腿几丁质具有更高的矿物质含量（CaCO₃）和更复杂的蛋白质基质，这可能导致加工过程中更广泛的脱乙酰化（更高的正电荷密度）和脱矿质后不同的晶体结构（改变溶解度/生物活性）。

影响壳聚糖抗菌活性的最重要因素之一是环境的酸度。众所周知，天然壳聚糖在pH低于6的有机酸中可溶，但在水、有机溶剂和碱性介质中不溶。大多数研究表明，在环境pH低于pKa时，聚合物具有增强的抗菌效果，这可能是由于壳聚糖在细胞表面的吸附增加，细胞膜通透性受损，最终导致细胞死亡。

另一方面，壳聚糖的抗菌活性深受其分子量的影响。根据分子量，壳聚糖分为三种类型：

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  低分子量（LMw）壳聚糖，也称为“寡聚壳聚糖”或“短链壳聚糖”（分子量 <50 kDa）；
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  中等分子量（MMw）壳聚糖，分子量从50 kDa到250 kDa；
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  高分子量（HMw）壳聚糖，分子量 > 250 kDa。

在此应注意，我们在不同研究中发现的关于壳聚糖分子量对其抗菌活性影响的数据非常矛盾。

例如，在各种对多种不同细菌（如金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、肺炎克雷伯菌和大肠杆菌）的研究中表明，壳聚糖的分子量越低，其抗菌效果越高。这可以用壳聚糖颗粒的大小和构象来解释，它们在理解低分子量壳聚糖的有效性方面似乎起着重要作用。小链的移动性、吸引力和离子相互作用比大链更容易。此外，注意到分子量不超过5000 Da的低分子量壳聚糖可以穿透细菌细胞壁并与DNA形成复合物。同时，也有研究相反地指出，具有更高分子量的壳聚糖对皮肤病原体如金黄色葡萄球菌和痤疮丙酸杆菌具有优异的抗菌性能。而且，抗菌效果随着pH降低而增加，并在pH >7.5时完全消失。

Hong Kyoon No等人的研究提供了对不同分子量（从3到150 kDa）和恒定脱乙酰度（85%）的壳聚糖的杀菌和抗真菌活性的比较评估。表明分子量从5到50 kDa的壳聚糖对革兰氏阴性细菌丁香假单胞菌、胡萝卜软腐欧文氏菌和革兰氏阳性种多粘芽孢杆菌显示出比分子量更低（3 kDa）和更高（150 kDa）的壳聚糖更高的抗菌活性。而且，所有壳聚糖样品都抑制了真菌尖孢镰刀菌和菌核病核盘菌的菌丝体生长。将聚合物的分子量降低到3 kDa降低了壳聚糖对尖孢镰刀菌生长的抑制效果，这证实了壳聚糖的抗真菌活性对其分子量的依赖性。

这种结果上的矛盾可能可以通过壳聚糖的抗菌活性不仅由其分子量（聚合度）决定，而且由其整个物理化学特性复合体（例如，脱乙酰度）以及它们的组合来决定来解释。

聚合度和脱乙酰度是两个直接影响壳聚糖聚合物链结构的内在参数。这些是决定壳聚糖用于各种目的的主要物理化学参数。在聚合过程中，壳聚糖的分子量逐渐增加，这反过来影响其在水介质中的粘度和溶解度。研究表明，更高的聚合度通过增加分子大小和改善与细菌细胞的相互作用来提高壳聚糖的抗菌活性。壳聚糖的聚合度也影响非细胞生物的繁殖，特别是苏云金芽孢杆菌伽勒里亚变种培养物中的噬菌体1-97A。高分子量壳聚糖聚合物比聚合度为15的壳聚糖寡聚物引起更显著的噬菌体颗粒破坏。

决定壳聚糖生物活性的另一个重要参数是其脱乙酰度。壳聚糖的脱乙酰度是一个参数，表示从壳聚糖分子中去除的乙酰基数量，这影响分子的电荷及其在水中的溶解度。脱乙酰度降低和壳聚糖分子中乙酰基数量增加导致壳聚糖正电荷减少，其与微生物细胞带负电荷表面的相互作用减少，从而降低其抗菌活性。随着壳聚糖乙酰化度的增加，其在水中的溶解度降低，这限制了壳聚糖穿透细菌细胞膜的能力并降低了其生物利用度。

因此，在Karpova等人进行的一项研究中，研究了壳聚糖主要物理化学特性（分子量、脱乙酰度和多分散性）对灰葡萄孢菌生长的影响。发现对真菌生长最大的抑制效果（分生孢子萌发指数低于50%）是由分子量为2-13 kDa、脱乙酰度为85–98%、多分散性为2-2.5的壳聚糖施加的。此时，最大效果发现在壳聚糖分子量为13 kDa、脱乙酰度为98%、介质中壳聚糖浓度为0.938 mg/ml时。

Younes等人进行的研究检验了壳聚糖对革兰氏阴性菌（大肠杆菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌和鼠伤寒沙门氏菌）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、粪肠球菌和藤黄微球菌）生长的影响。同时，评估了壳聚糖参数如分子量和乙酰化度在不同pH值下的组合。研究结果发现，具有低乙酰化度且在较低pH值下的壳聚糖对大多数研究的细菌种类表现出更大的抗菌活性。同时，壳聚糖分子量的降低有助于增加对革兰氏阴性菌的抗菌活性，随后在相同条件下对革兰氏阳性菌的壳聚糖抗菌活性同时降低。

继续这个话题，应该注意到，另一方面，微生物对壳聚糖的敏感性既取决于微生物在分类系统中的分类位置，也取决于其物种和菌株特征，以及细胞培养物的年龄。例如，有数据表明，壳聚糖对细菌和酵母的最低抑制浓度（MIC）为0.9-3.0 mg/ml，而壳聚糖对黑曲霉丝状真菌的MIC超过5 mg/ml。

对于革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌CCRC 12657，发现处于指数生长后期（培养12小时后）的细胞比处于稳定期（培养24小时后）的细胞对含有乳糖的水溶性壳聚糖衍生物更敏感。同时，处于指数生长中期（培养6小时后）的细胞对壳聚糖的作用表现出最强的抵抗力。

在Kulikov等人进行的研究中表明，低分子量壳聚糖对白色念珠菌的抗真菌效果取决于酵母的菌株特性。作者指出，该真菌的保藏菌株和临床分离株对低分子量壳聚糖具有不同的敏感性。在壳聚糖存在下，与临床分离株相反，真菌保藏菌株的细胞经历了显著的形态变化，并在介质中聚合物浓度为200 μg/ml时死亡。真菌临床分离株的细胞形态几乎保持不变，并且细胞本身在给定的介质壳聚糖浓度下继续繁殖。同时，临床菌株停止形成生长管和假菌丝，这是其高毒力的最重要指标之一。在另一项工作中，对于分子量为96.5 kDa的低分子量壳聚糖，在更高介质浓度（1 mg/ml）下检测到白色念珠菌酵母细胞膜完全破坏和细胞裂解。

进一步地，壳聚糖分子中取代基的存在也影响其抗菌活性。许多研究表明，壳聚糖衍生物仅在低取代度下对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌有活性。为此，壳聚糖衍生物应具有更多质子化的氨基团。在Cai Zhaosheng等人的研究中，注意到羧乙基壳聚糖及其季铵化类似物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养物的抗菌活性增加。向壳聚糖中添加Cu²⁺和Mn²⁺离子可增强其对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和沙门氏菌的抗菌活性。而将银纳米颗粒纳入壳聚糖不仅对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌提供抗菌效果，而且对枯草芽孢杆菌孢子形成种也有效。

目前，抗菌疗法的一个主要挑战是微生物在生物和非生物表面形成生物膜的能力。超过65%的所有传染性疾病是由以生物膜形式存在的微生物引起的（高度有序的微生物群落，位于它们形成的多糖基质内部）。已经可靠地确定，在人体内，生物膜既由正常微生物组的代表也由病原体形成，这在病理过程的发展中起着至关重要的作用。微生物生物膜的形成显著增加了位于其基质中的微生物对抗菌剂的耐受性，这些抗菌剂很容易破坏处于浮游状态的相同微生物。在这方面，证明了壳聚糖对由变形链球菌（一种能够粘附牙齿表面并在其上形成生物膜的主要物种）形成的生物膜具有抑制作用的研究具有极大的了解兴趣。已经表明，壳聚糖在细胞粘附到牙齿表面阶段和成熟生物膜生长阶段都抑制了这种细菌生物膜的形成。由于只有少数已发表的工作致力于壳聚糖与生物膜的相互作用以及对生物膜形成和生长的影响，这是一个有趣且有前途的进一步研究领域。

总的来说，我们可以得出结论，文献中关于壳聚糖抗菌活性的数据相当矛盾，因为抗菌活性取决于许多非常不同的因素，以及它们的组合，另一方面，这使得可以选择或获得针对特定研究目的调整了抗菌活性的壳聚糖，并扩大了其可能应用的范围。

壳聚糖抗菌作用的机制

最近，壳聚糖经常被独立使用或作为组合制剂的一部分，作为抗菌剂。有两种主要方法用于增强壳聚糖的抗菌特性。在第一种情况下，对壳聚糖进行化学改性并合成各种生物活性的壳聚糖衍生物。例如，表明水溶性壳聚糖衍生物（3-氨基吡啶和3-氨基-4-甲基吡啶）与原始壳聚糖相比，对一些植物病原真菌如辣椒疫霉、立枯丝核菌、尖孢镰刀菌和腐皮镰刀菌具有更高的抗真菌效果。而且，发现用季胺改性的壳聚糖对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌表现出更大的抗菌活性。另一种提高壳聚糖抗菌活性的方法是制备基于它的各种胶体系统，如微米和纳米颗粒以及凝胶。比较测试显示，通过离子凝胶法获得的壳聚糖纳米颗粒比壳聚糖和几丁质本身具有更大的抗菌活性，这是由于此类颗粒的球形、尺寸小和表面积更大，使它们能够更有效地与细胞相互作用。

正如我们最近所见，研究人员积极研究壳聚糖及其衍生物，它们表现出有效的抗菌活性，并得到体外和体内研究的支持。然而，尽管对壳聚糖有很大的兴趣，其抗菌作用的机制至今尚未得到充分研究。描述了几种壳聚糖抗菌作用的机制，根据这种生物聚合物的初始特性，可以分为细胞外效应、细胞内效应或组合效应。

最广泛认可的假设是，在酸性条件下，带正电荷的壳聚糖氨基团与带负电荷的微生物表面分子（革兰氏阳性菌的磷壁酸、革兰氏阴性菌的脂多糖或真菌的磷脂）发生离子相互作用，导致细胞膜破坏、细胞内化合物泄漏和细胞死亡。即使在这种情况下，也可能发生微生物细胞膜和壁破坏的不同机制。因此，显示壳聚糖纳米颗粒通过与大外膜孔蛋白（OmpA）相互作用，在中性pH下破坏了大肠杆菌O157:H7的细胞壁。相反，带正电荷的普通壳聚糖在酸性pH下通过结合带负电荷的脂多糖分子破坏大肠杆菌O157:H7的细胞壁。

另一种可能的替代机制是壳聚糖作为螯合剂，选择性结合痕量金属元素，导致毒素产生并抑制微生物生长。而这种机制主要针对高分子量壳聚糖。由于高分子量壳聚糖由于分子较大通常无法穿透细胞壁和细胞膜，其潜在的抗菌作用是它作为必需金属的螯合剂，阻止细胞从外部摄取营养物质并改变细胞通透性。因此，在讨论壳聚糖-金属复合物的抗菌机制和分子结构时，得出结论认为壳聚糖-金属复合物由于复合物形成后更强的正电荷而表现出更高的抗菌活性。更多的螯合金属离子、更强的键、更高的壳聚糖分子量和脱乙酰度以及更低的环境pH有助于获得更高的正电荷，从而导致更好的抗菌活性。

最后，提出的壳聚糖抗菌活性机制涉及一个连续过程：它首先结合到带负电荷的细菌细胞壁，引起破坏和改变的膜通透性。然后它附着到DNA上，抑制复制并导致细胞死亡。

壳聚糖抗菌活性的确切机制仍有待完全阐明。壳聚糖的抗菌活性受许多生物和结构起源因素的影响。物理化学因素如pH、温度、离子强度、二价金属阳离子的存在以及所使用的溶剂，在决定生物聚合物的功效方面起着决定性作用。壳聚糖的特性也很重要，因为低分子量壳聚糖不仅具有细胞外抗菌活性，而且具有细胞内抗菌活性，这是由于更有效地渗透到细胞中并影响RNA合成、蛋白质和线粒体功能。此外，壳聚糖的抗菌作用模式在很大程度上取决于目标微生物的类型。

壳聚糖对微生物发病机制的影响

壳聚糖对微生物发病机制的影响是在尝试使用壳聚糖用于抗菌制剂和产品的背景下讨论的另一个有趣话题。这种影响在很大程度上取决于特定微生物的结构和特性。

因此，研究壳聚糖及其衍生物对金黄色葡萄球菌培养物的影响很有趣，因为在某些皮肤疾病，特别是特应性皮炎中，注意到该物种在微生物群中的比例增加。在综述中，作者提供了关于金黄色葡萄球菌在特应性皮炎中发病机制的概括数据，这是由细菌的直接作用（由于产生毒素和皮肤微生物群失调）以及对免疫反应的影响（导致皮肤屏障减弱、对其过敏原的敏感性增加和炎症加深）共同引起的。此外，金黄色葡萄球菌的活跃繁殖伴随着对抗生素具有抗性的生物膜的形成。研究表明，银纳米颗粒和壳聚糖的生物纳米复合材料由于破坏细胞壁完整性而导致金黄色葡萄球菌细胞的显著形态变化。同时，如此获得的生物纳米复合材料的最低抑制和最低杀菌浓度显著低于其他类型的纳米颗粒和纯壳聚糖。研究表明，壳聚糖与金黄色葡萄球菌的细胞壁和膜都发生反应，影响脂质双层的结构。由于这种相互作用，细胞膜的通透性发生变化，伴随着酶和核苷酸的泄漏。

在另一组研究中，发现皮肤共生菌痤疮丙酸杆菌的活跃繁殖（在痤疮疾病中与表皮葡萄球菌、马拉色菌属和金黄色葡萄球菌一起观察到）有助于患者滤泡炎症和过度角化。在这种情况下，痤疮丙酸杆菌形成稳定的生物膜，这使得用抗菌药物治疗变得复杂。由壳聚糖与藻酸盐合成的纳米颗粒对皮肤痤疮中发现的痤疮丙酸杆菌表现出抗菌活性。电子显微镜显示壳聚糖-藻酸盐纳米颗粒破坏细胞膜。还发现所得纳米颗粒抑制了由痤疮丙酸杆菌诱导的人单核细胞和角质形成细胞中炎症细胞因子的产生，从而对皮肤发挥抗炎作用。

最后，一项研究显示正常皮肤个体和银屑病患者皮肤微生物群组成的差异。银屑病患者皮肤上最常检测到的微生物之一是化脓性链球菌，尤其是点滴状银屑病。一项研究表明，链球菌细胞壁蛋白是银屑病皮肤免疫反应增强的原因。

最近，肠道微生物群与各种皮肤疾病之间的关系也得到了积极研究。综述中呈现的研究数据表明，肠道菌群失调引起免疫系统激活，因此可以