2016-06-02
派森诺生物与上海交通大学微生物代谢国点实验室、上海系统生物医学教育部实验室、花王（中国）研究开发中心以及上海市皮肤病医院共同合作，在《Nature》旗下的《Scientific Reports》（影响因子5.578）发表论文，系统揭示了头皮菌群、头皮局部生理环境、人体表型与头皮屑之间的互作关系。
【研究背景】
头皮由毛囊皮脂腺和汗腺覆盖而成，头皮分泌的皮脂是一种由甘油三酯、鲨烯、胆固醇和多种酯类组成的复合物。皮脂腺的活性能影响皮脂的分泌，且与多种头皮脱落病有明显的关联性。头皮屑就是一种常见的头皮脱落病，将近一半的人口都或多或少地受到头皮屑的困扰。虽然对于头皮屑形成原因的研究已长达数十年，但尚未形成统一的理论观点。同时，头皮也共生着多样的微生物群落，包括细菌和真菌，皮脂是它们主要的营养来源。头皮微环境的改变（比如头皮屑等病变）也可能影响头皮菌群的生长。长期以来，对于头皮屑相关微生物的研究焦点都集中在一种名为Malassezia的真菌属中，但对头皮菌群整体组成及其与头皮屑等疾病关系尚有待于进一步探索。
【研究目的】
头皮屑可能是由多方面因素共同作用而产生的，这些因素不仅包括人体自身的生理状态、人群特定的表型特征，头皮菌群的紊乱失调也是一个可能的重要因素。这项研究即着眼于上述三类因素之间可能的互作关系，力图系统性地阐释头皮屑产生的根本原因。
【研究方法】
这项研究从363例个体中筛选得到59例受试者的170份轻微或中度头皮屑样本，通过ASFS得分值（Adherent scalp flaking scale）评估头皮屑的严重等级，并采用Roche 454 FLX+焦磷酸高通量测序技术，分别对头皮细菌的16S rRNA V1-V3可变区和头皮真菌的ITS区序列进行测序分析。
表1 头皮样本基本信息
【分析内容与结果说明】
1、头皮菌群的组成结构和菌群成员之间的关联网络
通过焦磷酸测序，共获得1,042,946条细菌16S rRNA V1-V3可变区序列和599,004条真菌ITS区序列，在97%的序列相似度下，分别归并得到753和378个OTU。细菌群落中，来自Actinobacteria门的Propionibacterium属（63.3%）与来自Firmicutes门的Staphylococcus属（32.4%）最为优势，两者的丰度总和达到细菌群落的95%之多；而Malassezia属的丰度（>95%）则在真菌群落中占有绝对优势的地位。
图1 正常个体和头皮屑人的头皮菌群组成
研究还发现，头皮细菌和真菌群落成员之间的丰度变化存在相互关联，并以此构建了关联网络。其中，优势细菌属Propionibacterium和Staphylococcus互相呈负相关，而来自Proteobacteria和Actinobacteria门的低丰度细菌则形成了正相关的关联网络。此外，真菌属也形成了以M. restricta为中心的关联网络。
图2 头皮菌群成员之间的关联网络
注：蓝色代表负相关，红色代表正相关
2、头皮菌群与人体生理状态和人群表型特征的相互作用关系
通过RDA冗余分析（Redundancy analysis），发现共有35个关键细菌属同头皮屑的严重程度显著相关（P = 0.002），其中，包括Staphylococcus在内的33个属同头皮屑并的严重程度正相关，但仅有两个属（Propionibacterium和Labrys）与其呈负相关。头皮真菌群落与头皮屑的关联性相对较弱（P = 0.272）。
RDA分析还发现，头皮细菌群落的组成结构也同年龄、性别等人群表型特征和皮脂量、经皮失水量等人体生理指标呈现显著相关，优势细菌属Propionibacterium和Staphylococcus仍是其中关联最为密切的两个细菌属。相比之下，头皮真菌群落仅仅体现出与性别相关的差异特征（P = 0.030）。
图3 RDA冗余分析显示头皮菌群组成结构与头皮屑严重程度的相关性
表2 RDA冗余分析显示头皮菌群组成结构同人体生理状态和人群表型特征的相互作用关系
3、头皮屑与各影响因素间的系统关系
综合以上分析结果，这项研究系统性地展示了头皮屑同诸多影响因素（头皮菌群、人体生理状态和人群表型特征等）之间复杂的相互作用关系。虽然过往研究大多将聚焦于头皮真菌优势群落，但这项研究却表明，头皮细菌群落对于头皮屑的影响程度可能更甚于头皮真菌群落，不仅体现于优势细菌如Propionibacterium和Staphylococcus，也体现在一些低丰度的微生物类群中。
图4 头皮屑同头皮菌群、人体生理状态和人群表型特征等因素之间可能的相互作用关系
【研究结论】
这项研究表明头皮屑的发生很可能并非单一因素的作用结果，而是由头皮菌群和人体自身的诸多影响因素共同作用的结果。这项研究为降低头皮屑的困扰提供了新思路，如调节头皮菌群中Propionibacterium和Staphylococcus两种优势细菌的组成和平衡。
原文索引：
Zhijue Xu, Zongxiu Wang, Chao Yuan, Xiaoping Liu, Fang Yang, Ting Wang, Junling Wang, Kenji Manabe, Ou Qin, Xuemin Wang, Yan Zhang & Menghui Zhang. Dandruff is associated with the conjoined interactions between host and microorganisms. Scientific Reports. 6, 24877; doi:10.1038/srep24877 (2016).
