對我們皮膚上的細菌室友來說,手背是乾燥沙漠,腋下是雨林,額頭則是油井遍布的油田

對我們皮膚上的細菌室友來說,手背是乾燥沙漠,腋下是雨林,額頭則是油井遍布的油田
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我們想讓你知道的是

那這些住在我們身上的常駐細菌,到底在做什麼呢?你大概沒想到,它們光是活著,就對我們有很大的幫助了。這些細菌把皮膚上能住的地方都占滿,這樣一來就算病原菌有機會落在我們身上,它們也沒地方可以立足。

文:陳俊堯(慈濟大學生命科學系助理教授)

Take Home Message

  • 人類皮膚每天碰到的微生物都不同,因此除了抗菌胜肽、油脂、吞噬細胞等先天性免疫系統保障日常生活,皮膚上還住滿了維護我們健康的細菌。例如皮膚上數量最多的表皮葡萄球菌,它的代謝產物讓皮膚維持在酸性,阻止外來細菌在皮膚上落腳。
  • 近年來,研究人員發現皮膚上的菌群組成和平衡是造成皮膚疾病的關鍵,如菌群組成改變可能導致異位性皮膚炎。

在這個世界上,到處都有細菌。不管是我們觸碰到的物品還是迎面而來的空氣,都可能帶有細菌。因此,當我們的皮膚與外界環境接觸,便有相當大的面積可讓細菌附著並成為皮膚上的住民。這些細菌到底是些什麼傢伙,對我們又會造成什麼影響呢?

堅不可摧的人體城牆:皮膚

光滑柔軟的皮膚摸起來雖然十分舒服,但是它住起來可不是個舒服的地方。我們皮膚的最外層是表皮細胞,它扁扁的形狀就像一塊塊磁磚,每個細胞都與隔壁細胞相連,還有蛋白絲線將細胞緊密縫合,防止細胞之間出現破口。不只如此,為了把水牢牢的鎖在身體裡面,一點都不讓它們滲出去,一層層的表皮細胞之間還加上了薄薄的脂肪層,防止水分通過。你現在可以在手上滴一滴水,如果這滴水沒有被包覆,不久後就會蒸發消失。

所以留在手上的細菌也會碰到這個問題,面對這個留不住水的環境,它們如果想住在這裡就需要忍受乾燥。而緊密相連的表皮細胞,對細菌來說就成了一道堅固的城牆,細菌若想要進入,就必須想辦法在細胞上開一個洞,或是等待傷口出現,否則就只能在表皮上又乾又餓地等待機會。

不過我們也不希望皮膚上住著太多細菌,因為細菌一多,哪天真的攻城就麻煩了。所以除了緊密結實的細胞城牆之外,身體還在皮膚上安排了「化學武器」來對付細菌。

皮膚上主要的化學武器有兩種,一種是油脂,可以溶解細菌,也可以封住毛孔並阻止細菌進入;另一種是抗菌胜肽(antimicrobial peptide),它可以直接打破細菌細胞。對停留在皮膚上的細菌來說,待在這裡不只又乾又餓,還有一堆會溶破自己細胞的化學武器,根本就是地獄。不過還是有不少細菌有本事待下來,甚至是讓我們維持健康的關鍵。

抵抗外族、占據表皮的常駐菌

我們身上的不同部位,對細菌來說就是不同的環境。例如手背的皮膚是乾燥沙漠,腋下的皮膚是雨林,額頭是個油井遍布的油田,更別提不知道抺了什麼成分的臉部皮膚了。

就像在雨林和沙漠住著不同的生物一樣,在身體不同部位的皮膚上,居住的細菌也不盡相同。例如潮濕的腋下皮膚,葡萄球菌屬(Staphylococcus)和棒狀桿菌屬(Corynebacterium)的菌種比較多;而到了油膩膩的額頭,愛吃油的丙酸桿菌屬(Propionebacterium)菌種就直接佔掉3/4的名額。

不過不管在哪個部位,數量最多的細菌都是表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)和痤瘡丙酸桿菌(Propionibacterium acnes),它們兩個的代謝產物讓皮膚維持在有點酸性的狀態,正好阻止外來細菌在這裡落腳。

那這些住在我們身上的常駐細菌,到底在做什麼呢?你大概沒想到,它們光是活著,就對我們有很大的幫助了。這些細菌把皮膚上能住的地方都占滿,這樣一來就算病原菌有機會落在我們身上,它們也沒地方可以立足。皮膚上的表皮細胞會一直汰換,因此死細胞就會變成細菌的食物,然而當皮屑一脫落,爬在上面的細菌也會跟著離開我們。

所以想在皮膚上生存,這些細菌的手腳要夠快,如果來得及在皮屑掉落前長到下層的表皮上,就能夠保住在皮膚上的居住權。需要搶時間、生長時又要對抗大量、早已占據表面的常駐菌,病原菌想要打贏地頭蛇的難度真的很高。不過一旦有傷口出現,情勢就改變了。在傷口處的表皮城牆開了大洞,又有源源不絕的養分從傷口滲出,原菌成功入侵的機會就大幅提升。所以如果你擦破了皮,要記得好好處理傷口,別讓壞菌有機可乘。

常駐細菌這麼重要,那會不會因為我們天天清潔,把好菌都洗掉了?大部分人類都是愛乾淨的物種,每天會洗澡、洗手來保持乾淨。雖然肥皂能洗掉或殺死細菌,但因為細菌多到洗不完,只要還有少數細菌留在上頭,便可以當作種源,細菌就會重新長回皮膚,不久後又會是滿滿的一片菌海。

不過酒精就比肥皂暴力得多,因此在進出醫院時,為了要消除被病原附身的風險當然要使用酒精消毒,加上現在疫情嚴峻,平常沒有地方洗手時,仍建議使用酒精消毒;但如果是日常在家,一直使用酒精清除保護我們的細菌,反而可能導致被壞菌攻占的機會增加,對皮膚就不太好了。

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圖片來源:維基百科
棒狀桿菌在培養基上漲程菌落

另外,說到最近大家關心的COVID-19(嚴重特殊傳染性肺炎、新冠肺炎、武漢肺炎)疫情,讀者知道除了我們施打的疫苗外,皮膚保護也是免疫系統中重要的一環嗎?疫苗依靠的是能針對這個病原體發動攻擊的免疫反應,所以打完疫苗,才需要給身體約兩個星期的時間產生抗體。

不過對於皮膚來說,由於每天碰到的微生物都不同,來不及針對每一種微生物訂製反制武器,而上面提過的表皮城牆、抗菌胜肽、油脂,還有巡邏的吞噬細胞(phagocytes)都不是針對性的防禦系統,這些不管誰來都可以擺好等著的常備武器,則稱為先天性免疫(innate immune)反應,其實它們才是保障人體每天正常生活的主要力量。

細菌決定你的氣味

細菌住在人類的身上過活,它吃的、代謝的東西都算在我們頭上。有些細菌產生的代謝廢物不討人喜歡,就會害帶著這些細菌的人也不討人喜歡。住在皮膚上的細菌會利用油脂腺裡分泌的油脂當作養分,如果它代謝完油脂、產生的化合物會有臭味,這鍋就是你扛了。

因此我們的體味其實是由皮膚上住了什麼細菌決定,而且怎麼認真洗澡都除不掉它。這些細菌也可能搬家到我們愛穿的衣服上,在每次穿它的時候還可以快速散發你的「氣」質,這還真是件讓人頭痛的事。

不過,哺乳類卻會利用這些氣味線索決定重要的事情。最有名的例子是東非的斑點鬣狗(Crocuta crocuta)。牠們利用氣味劃定家族間的地盤界線,如果你聞起來不像我們家鬣狗的味道,就沒辦法進來了。這個氣味跟人類的體味一樣,是由體表的細菌決定:鬣狗的肛門油脂腺裡住了自己家族獨有的細菌,這些細菌利用鬣狗分泌的油脂後會產生代謝廢物,這就是氣味的來源。

而同一家的動物從小彼此接觸,身上帶的菌相同,氣味就會相同。哺乳類動物發現用氣味就可以用來判定親緣關係,並善加運用這個線索來調整社交行為,人類身上有沒有類似的機制呢?雖然還沒有被證實,但應該蠻有機會的。例如香水,可能就是利用了我們對氣味的信任。

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圖片來源:維基百科
斑點鬣狗會透過肛門油脂腺的味道,判斷對方是不是同一個家族的成員。

皮膚上的生態平衡

近年大家逐漸了解,在皮膚和腸道的表面都會與外界接觸,因此這裡的微生物生態平衡和疾病的發生其實有著密切關係。這個想法與過去認為「有病菌才會有病」的想法不同,也將大幅改變疾病的治療方式。

以影響很多人的異位性皮膚炎(atopic dermatitis)為例:在異位性皮膚炎的病人身上,常常會看到金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的數量大幅增加,多到讓你認為它就是病原。但健康的人體表皮也有這種細菌,甚至有時在發病者身上並沒有特別多的金黃色葡萄球菌,而且用藥除去它們也無法將病治好。

雖然異位性皮膚炎的致病機制至今仍未完全解開,但是過去累積的研究成果已經讓我們對這個疾病有些初步認識。它的病因有很多種,例如纖聚蛋白(filaggrin)的基因發生突變時,會讓皮膚間的脂肪層消失、皮膚保水功能變差,造成外界分子比較容易入侵。使皮膚表面的居住環境發生改變,讓住在上面的菌群也因為舞臺改變而出現變化。

這時皮膚上的菌群組成會變成什麼樣子呢?前面提到金黃色葡萄球菌的數量爆增,同時其它細菌數量變少,皮膚細菌的多樣性也快速下降。有人認為是表皮葡萄球菌先變少,被它壓制的金黃色葡萄球菌才會失控狂長。但究竟是環境改變讓金黃色葡萄球菌能稱霸,或者因為其它細菌活得太辛苦而讓它趁亂崛起,就不得而知了。

金黃色葡萄球菌是個伺機性病原,當它數量變多,就有機會攻破皮膚城牆並引起發炎。就算用藥殺死它們,由於環境還是適合它生長,沒過多久又會重新出現。如果可以從調整皮膚生態著手,或許會是此類疾病在未來的治本方法。

參考資料

  • Dora Hrestak et al., Skin Microbiota in Atopic Dermatitis,International Journal of Molecular Sciences, Vol. 23(7): 3503,2022.
  • Silvia Carmona-Cruz et al., The Human Skin Microbiome in Selected Cutaneous Diseases, Frontiers in cellular and infection microbiology, Vol. 12: 834135, 2022.
  • Alan V. Nguyen et al., The Dynamics of the Skin's Immune System, International Journal of Molecular Sciences, Vol. 20(8):1811, 2019.

本文經科學月刊授權刊登,原文刊載於此

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責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航


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