Cell Host & Microbe | 李巍/姚煦/董立新合作研究揭示痤疮丙酸杆菌的基因和功能异质性

该研究从健康人、AD和痤疮患者的面部、肘窝、前臂和足底部位分离培养了1200余株C. acnes菌株并进行了全基因组测序，发现健康皮肤和AD的C. acnes亚群多样性更高，且分别具有优势亚群；痤疮的C. acnes亚群多样性降低，其优势亚群与既往报道的痤疮毒力亚群一致。此外发现个体和皮肤部位是影响C. acnes基因组异质性的主要因素。C. acnes具有开放性泛基因组，能量代谢、氨基酸代谢通路在AD和痤疮来源的C. acnes附属基因组中差异富集。

C. acnes基因组与公共数据库中的C. acnes和表皮葡萄球菌（S. epidermidis）基因组的整合分析发现，脂肪酸合成及代谢基因在C. acnes和S. epidermidis差异富集。C. acnes基因组的可移动遗传元件、毒力因子和耐药基因均明显减少，提示C. acnes基因组更稳定，携带更少的抗性基因。

研究还发现基因组异质性低的个体中，C. acnes水平基因转移事件显著减少，附属基因组中代谢相关基因的水平转移可能有助于C. acnes适应不同的生态位。C. acnes附属基因组与核心基因组相比，正向选择基因数量显著增加。正向选择压力在特定生态位（AD的肘窝和痤疮的面部）显著增高，且具有与部位相适应的代谢基因差异富集。水平基因转移和选择压力共同塑造了不同疾病、不同个体以及不同皮肤部位的基因组特征。

进一步通过C. acnes单菌水平的转录组、代谢组分析，揭示了疾病和皮肤部位对C. acnes基因表达的影响。脂质利用相关基因在AD来源C. acnes转录组中低表达，痤疮患者来源的C. acnes具有更活跃的能量代谢途径，并相对缺乏抗氧化应激相关基因的表达。高皮脂环境培养下的C. acnes具有独特的转录组特征，高皮脂环境增加了C. acnes对角质形成细胞的毒性及促炎效应。此外，AD和痤疮来源的C. acnes代谢组的比较揭示了C. acnes在不同皮肤状态下脂质利用模式的差异；AD来源的C. acnes代谢组中肌肽水平显著增高，并可以缓解AD模型小鼠的皮肤炎症。

综上所述，本研究基于单菌株的全基因组、代谢组和转录组整合分析以及体内外实验，揭示了基因多样性和皮肤生态位在塑造C. acnes种内菌株水平功能差异中的复杂相互作用，有助于理解C. acnes在炎症性皮肤病中的作用，也为将来探索C. acnes的临床应用奠定了基础。