从双向孟德尔随机化角度探究皮肤微生物群在自身免疫性皮肤病中的作用

《Clinical, Cosmetic and Investigational Dermatology》：Exploring the Role of Skin Microbiota in Autoimmune Skin Diseases from a Bidirectional Mendelian Randomization Perspective

　　

背景：银屑病、局限性硬皮病（LoS）和系统性红斑狼疮（SLE）的病因尚不完全清楚。尽管皮肤微生物群与皮肤免疫稳态有关，但其与自身免疫性皮肤病的因果关系尚不明确。
目的：研究皮肤微生物群与银屑病、LoS和SLE之间的双向因果关联。
方法：从公共资源获取1656个皮肤微生物组性状的汇总级全基因组关联研究（GWAS）数据，并从FinnGen第9版获取银屑病、LoS和SLE的GWAS数据。采用两样本孟德尔随机化（MR），以逆方差加权法为主要方法，辅以MR-Egger回归、加权中位数法、简单模式法、加权模式法、异质性检验、多效性评估、MR-PRESSO和留一法分析。
结果：正向MR识别出与银屑病、LoS和SLE风险相关的皮肤微生物群性状。具体而言，分别有4、5和5个微生物群性状与这些疾病呈正相关，而4、3和8个性状呈负相关。反向MR提示，银屑病、LoS和SLE也可能影响皮肤微生物群组成：银屑病和LoS分别与4个和1个微生物群性状的丰度增加相关，银屑病、LoS和SLE分别与8个、6个和2个性状的丰度降低相关。大多数显著关联未显示异质性或水平多效性的强证据。
结论：这项双向MR研究提供了支持皮肤微生物群与自身免疫性皮肤病之间相互关系的遗传学证据。这些发现是探索性的，需要在更大的多祖先人群队列中进行重复验证和功能验证，才能进行临床转化。

**研究背景**
皮肤作为人体最大器官，容纳了由细菌、真菌、病毒等构成的多样化微生物生态系统，即皮肤微生物群。该群落与外部环境和宿主免疫系统动态互动，其失调（dysbiosis）与多种皮肤病的发生发展相关。自身免疫性皮肤病，如银屑病（psoriasis）、局限性硬皮病（localized scleroderma, LoS）和系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus, SLE），是慢性炎症性疾病，病因复杂，涉及遗传易感性、环境暴露、屏障功能障碍及免疫异常。近年来，这些疾病负担加重、持续皮肤及系统性表现、心理影响及有限治疗选择对临床和研究构成挑战。尽管观察性研究提示皮肤微生物群改变与免疫介导性炎症性皮肤病（immune-mediated inflammatory skin disease, IMID）相关，但此类研究易受混杂因素和反向因果影响，微生物群与疾病间的因果方向和具体机制仍不清楚。为此，研究人员开展本项研究，旨在利用双向孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）方法，探究皮肤微生物群与银屑病、LoS和SLE之间的因果关联。论文发表在《Clinical, Cosmetic and Investigational Dermatology》。

**主要关键的技术方法**
研究人员从公共资源获取1656个皮肤微生物组性状的汇总级全基因组关联研究（genome-wide association study, GWAS）数据，这些数据源自德国两个一般人群队列（KORA FF4，n=324；PopGen，n=273），共597名个体提供来自前臂背侧、掌侧、肘前窝、前额及耳后褶皱等不同身体部位的皮肤微生物样本，微生物表型包括细菌分类学丰度和扩增子序列变体（amplicon sequence variant, ASV）。疾病GWAS数据来自FinnGen第9版（银屑病：9267例/364071对照；LoS：361例/353088对照；SLE：1023例/281127对照）。采用两样本MR，以逆方差加权（inverse variance weighting, IVW）为主要方法，辅以MR-Egger回归、加权中位数（weighted median, WME）、简单模式（simple mode, SM）、加权模式（weighted mode, WM），并进行异质性检验（Cochran's Q）、水平多效性评估（MR-Egger截距）、MR-PRESSO及留一法（leave-one-out, LOO）分析。工具变量（instrumental variable, IV）选择标准：显著性阈值为多样本来源，正向分析P<5×10^-8，反向分析因LoS的全基因组显著单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphism, SNP）数量有限，阈值为P<5×10^-5；连锁不平衡（linkage disequilibrium, LD）聚类r²<0.001，窗口10000kb；排除F统计量<10的弱工具变量。所有分析基于R软件（版本4.4.2）及TwoSampleMR（版本0.6.10）和MR-PRESSO（版本1.0）完成。

**研究结果**
**工具变量筛选**：基于显著性阈值和连锁不平衡阈值，筛选出与皮肤微生物群门、纲、目、科、属、ASV水平性状及自身免疫性皮肤病相关的SNP作为IV，所有IV的F统计量均大于10，无弱IV纳入。

**皮肤微生物群对自身免疫性皮肤病的因果效应**：通过IVW法，正向MR识别出与疾病风险相关的皮肤微生物性状。银屑病风险与4个微生物群性状呈正相关：前额皮脂腺皮肤的奈瑟菌科（Neisseriaceae family）（比值比OR=1.036, 95%置信区间CI: 1.005–1.059, P=0.01997）、前臂背侧干性皮肤的奈瑟菌科（OR=1.037, 95% CI: 1.006–1.069, P=0.01998）、肘前窝湿性皮肤的asv002（OR=1.032, 95% CI: 1.003–1.063, P=0.0311）、前臂背侧干性皮肤的Finegoldia属（OR=1.027, 95% CI: 1.000–1.054, P=0.04653）；银屑病风险与4个性状呈负相关：asv053、asv070、asv016、asv033。局限性硬皮病（LoS）风险与5个性状呈正相关：Enhydrobacter属、asv070、asv013、asv072、奈瑟菌科；与3个性状呈负相关：asv023、红杆菌科（Rhodobacteraceae family）、葡萄球菌属（Staphylococcus genus）。系统性红斑狼疮（SLE）风险与5个性状呈正相关：变形菌门（Proteobacteria phylum）、放线菌目（Actinomycetales order）、asv031、asv039、asv001；与8个性状呈负相关：厚壁菌门（Firmicutes phylum）、不动杆菌属（Acinetobacter genus）、asv054（分两部分）、asv008、asv092、β-变形菌纲（Betaproteobacteria class）、asv003、asv011。敏感性分析显示大多数关联无显著异质性或水平多效性，LOO分析结果稳健。

**自身免疫性皮肤病对皮肤微生物群的因果效应**：反向MR评估疾病对微生物群丰度的影响。银屑病增加4个性状丰度：肘前窝湿性皮肤的asv012（OR=1.462）、前臂背侧干性皮肤的厌氧球菌属（Anaerococcus genus）（OR=1.411）、asv007（OR=1.582）和肘前窝湿性皮肤的放线菌目（OR=1.444）；降低8个性状丰度：奈瑟菌科、乳杆菌目（Lactobacillales order）、嗜血杆菌属（Haemophilus genus）（两部分）、链球菌科（Streptococcaceae family）、asv065、β-变形菌纲、乳杆菌目、asv013。局限性硬皮病（LoS）增加1个性状丰度：asv021；降低6个性状丰度：asv005、考克氏菌属（Kocuria genus）、asv008、asv042、asv059、拟杆菌属（Bacteroides genus）。系统性红斑狼疮（SLE）降低2个性状丰度：asv008和asv045。大多数关联无显著异质性或水平多效性，LOO分析结果稳健。部分关联因工具变量数量不足以进行MR-PRESSO全局检验，结果标记为“NA”。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究发现皮肤微生物群与疾病间存在双向因果关联，且某些微生物性状在不同疾病中作用相反（如asv070在银屑病中为保护因素，在LoS中为危险因素），可能反映疾病特异性病理生理机制和微环境驱动的功能转变。对于银屑病，奈瑟菌科（Neisseriaceae）在正向和反向MR中呈现矛盾的双向作用模式，研究人员认为这可能是宿主维持免疫稳态的负反馈调节机制：初始奈瑟菌科增殖通过Th17激活等途径促进发病，而随后炎症微环境变化（如pH改变、抗菌肽、屏障破坏）限制其进一步定植。对于LoS，增强微生物如Enhydrobacter属等可能通过激活Toll样受体4（Toll-like receptor 4, TLR4）途径诱导促炎反应和胶原沉积，而保护性微生物如葡萄球菌属可能通过维持屏障完整性和产生抗炎代谢物拮抗疾病进展。对于SLE，皮肤中变形菌门（Proteobacteria）富集和厚壁菌门（Firmicutes）减少与肠道微生物组变化一致，提示脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）触发的系统性炎症和屏障功能障碍可能是共同病理机制。研究存在局限性：皮肤微生物群GWAS样本量较小且基于欧洲血统（德国人群），结局数据来自芬兰队列，可能存在残余人群结构偏倚；LoS病例数有限导致统计效能较低，反向分析中放宽的SNP阈值可能增加假阳性；未进行正式多重检验校正；16S rRNA测序和ASV水平推论无法提供可靠物种分辨率；大多数关联缺乏功能验证。结论翻译如下：这项双向MR分析提供了遗传学证据，表明皮肤微生物群与银屑病、LoS和SLE之间存在相互关联。这些发现支持皮肤-免疫轴在自身免疫性皮肤病发病中的潜在参与，并突出了值得进一步研究的微生物性状。然而，观察到的效应普遍较小，应谨慎解释，因为样本量有限、缺乏正式多重检验校正且缺少功能验证。在将这些发现转化为基于微生物群的预防或治疗策略之前，需要在更大的多祖先数据集中进行重复验证和机制研究。