© Borgis - Nowa Medycyna 2/2010, s. 56-59
*Anna Michalak-Stoma, Grażyna Chodorowska, Maria Juszkiewicz-Borowiec, Agnieszka Gerkowicz, Joanna Bartosińska
Rola Propionibacterium acnes ( P. acnes) w patogenezie trądziku pospolitego
Role of Propionibacterium acnes (P. acnes) in the acne vulgaris pathogenesis
Katedra i Klinika Dermatologii, Wenerologii i Dermatologii Dziecięcej Uniwersytetu Medycznego w Lublinie
Kierownik Katedry i Kliniki: prof. dr hab. n. med. Grażyna Chodorowska
Summary
Acne vulgaris is a disease of the pilosebaceous follicle. The pathogenesis of acne is multifactorial and not fully elucidated. The most important factors are: increased serum, ductal epidermal hyperproliferation, Propionibacterium acnes ( P. acnes) colonization, inflammation, hormonal and genetic disturbances. Immune abnormalities, hyperreactivity of pilosebaceous follicle, psychological, physical and iatrogenic factors can also take part in acne pathogenesis. Although P. acnes has been implicated in acne pathogenesis, the exact mechanism of action in the acne lesion formation is not well known. The recognition of P. acnes genome and Toll-like receptor (TLR) function had a great impact. This microorganism can be involved in inflammation as well as in comedogenesis. An acute inflammatory reaction in acne can be the result of an innate immune response, in which TLRs are involved, and Th1 adaptive immune response for specific antigens of P. acnes. These bacteria take part in the complement activation, release proinflammatory factors and they are mitogenic for T cells. Further studies concerning the role of P. acnes, TLR and the interaction of the skin microflora on the immune response can help develop innovative therapies for acne vulgaris. The knowledge about the biofilm of P. acnes is also very important to develop new medications which can reduce the bacteria adhesion to the epithelium and decrease extracellular matrix production by changes of the pilosebaceous follicle microenvironment.
Trądzik pospolity ( acne vulgaris) dotyczy około 70-87% populacji w wieku od 11 do 30 lat (1). Przewlekle toczące się zmiany w obrębie mieszków łojowych (łojowo-włosowych) występujących w okolicach łojotokowych, prowadzą do powstania wykwitów niezapalnych oraz zapalnych. Etiopatogeneza trądziku jest złożona i nie do końca wyjaśniona. Istotną rolę w powstawaniu zmian trądzikowych odgrywają: łojotok, nadmierna mieszkowa keratynizacja, namnażanie Propionibacterium acnes ( P. acnes), rozwój odczynu zapalnego, czynniki hormonalne, uwarunkowania genetyczne. Inne czynniki to: zaburzenia immunologiczne, nadmierna reaktywność mieszków włosowych, czynniki psychologiczne, fizykalne, a nawet tło jatrogenne (2, 3, 4, 5).
Zainteresowanie P. acnes datuje się od 1963 roku, kiedy Halpern wykazał, że podanie zabitych komórek bakterii P. acnes (dawna nazwa Corynebacterium parvum) powoduje szybką i silną stymulację układu siateczkowo-śródbłonkowego u myszy (6, 7). Stanowi to podstawę immunomodulującego, przeciwbakteryjnego, przeciwwirusowego i przeciwnowotworowego działania propionibakterii (8). Wykazano, że martwe P. acnes wywołują wstrząs endotoksyczny indukowany lipopolisacharydami (LPS) (9), mają działanie przeciwnowotworowe (10), działają jako adiuwant w odpowiedzi humoralnej (11), a także zwiększają oporność na zakażenia (11-13).
Propionibacterium acnes przypisuje się istotną rolę w patogenezie trądziku pospolitego. Obecność tej bakterii stwierdzono również w innych chorobach zapalnych, jak zapalenie wsierdzia (14), stawów (15, 16), szpiku (17), wewnętrznych struktur oka (18), centralnego układu nerwowego (19, 20), zespole SAPHO ( synovitis acne pustulosis hyperostosis osteitis) (21).
P. acnes jest bakterią Gram-dodatnią, polimorficzną, z przewagą form cylindrycznych, niewytwarzającą form przetrwalnikowych, pozbawioną organelli ruchu. Znamienną ich cechą jest zdolność do produkcji dużych ilości kwasu propionowego, który obok kwasu octowego jest końcowym produktem metabolizowanych przez te bakterie heksoz. P. acnes preferuje warunki beztlenowe, chociaż częściowo toleruje tlen, temperatury 36-37°C oraz pożywki wzbogacone wyciągiem drożdżowym, trypsynizowaną kazeiną, glukozą i solami mineralnymi (22-24).
Obecnie wykazano, że P. acnes może występować jako biofilm, który odgrywa istotne znaczenie w patogenezie trądziku pospolitego (25, 26). Biofilm tworzy populacja danej bakterii, która ma zdolność przylegania do różnych powierzchni, takich jak na przykład nabłonek mieszków łojowo-włosowych. Po adherencji do podłoża bakterie wydzielają polisacharydy, w których zostają uwięzione. Warstwa zewnątrzkomórkowa stanowi około dwie trzecie biofilmu i składa się oprócz polisacharydów także z wody, DNA zewnątrzkomórkowego i czynników wydzielanych przez komórki (27, 28). Zakażenia wywołane przez biofilm mogą być przetrwałe. P. acnes ze względu na występowanie w postaci biofilmu wykazuje dobrą tolerancję nawet na wysokie dawki antybiotyków, co wiąże się z ich gorszą penetracją poprzez warstwę polisacharydową (26). Poznanie struktury biofilmu P. acnes może przyczynić się do powstania nowych leków, które poprzez zmianę mikrośrodowiska mieszka łojowego, zmniejszałyby zdolności przylegania bakterii do nabłonka i hamowały wytwarzanie macierzy zewnątrzkomórkowej przez P. acnes (25).
P. acnes może występować również wewnątrzkomórkowo, najczęściej w makrofagach, gdzie przez wiele miesięcy, a nawet lat może pozostawać w formie latentnej (29, 30). Występowanie P. acnes w tej postaci wykazano w zapaleniu opon mózgowych, zapaleniu wsierdzia, zakażeniach w obrębie jamy brzusznej, kości, oka, płuc, a także w zapaleniu prostaty (29, 30).
Poznanie genomu P. acnes w znacznym stopniu przyczyniło się do wyjaśnienia roli tej bakterii w etiologii i patogenezie trądziku pospolitego oraz innych chorób, w których stwierdzono obecność P. acnes (31), Genom składa się z jednego okrągłego chromosomu z 2 560 265 parami zasad, które kodują około 2333 geny, z czego 1587 są to geny o poznanej funkcji (32). Istotne w patogenezie trądziku są produkty genów kodujących lipazę, odpowiedzialną za rozkład łoju, co ma znaczenie w kolonizacji ludzkiej skóry. Powstałe wolne kwasy tłuszczowe ułatwiają przyleganie bakterii oraz kolonizację mieszków włosowych. Istotny jest również udział hialuronidazy rozkładającej hialuronian, ważny składnik macierzy pozakomórkowej tkanki łącznej. Ostatnio zidentyfikowano dwa nowe enzymy, endoglikoceramidazy, których funkcją jest rozkład glikosfingolipidów na oligosacharydy i ceramidy. Wykryto również geny dla sialidazy/neuraminidazy, z których 2 posiadają zdolności zakotwiczania w ścianie komórkowej (32).
P. acnes wytwarza duże ilości porfiryn, które mogą przyczyniać się do niszczenia keratynocytów (32).
W genomie P. acnes zidentyfikowano również kilka podobnych do siebie genów (PPA687, PPA1198, PPA1231, PPA1340, PPA2108), które kodują homologi czynników CAMP, białek wydzielniczych wykrytych jak dotąd tylko u paciorkowców (33). Nazwa odnosi się do reakcji CAMP, po raz pierwszy obserwowanej przez Christie'a, Atkins'a i Munch-Petersen'a, lizy erytrocytów przez interakcję czynników CAMP ze sfingomielinazą C Staphylococcus aureus. Wykazano, że czynniki CAMP mogą łączyć się z fragmentami Fc immunoglobulin klasy IgG i IgM (33). Ostatnio stwierdzono, że czynniki CAMP mogą oddziaływać jak toksyny tworzące pory (34).
P. acnes koduje różne białka powierzchniowe, które mogą wyzwalać lub pośredniczyć w wywołaniu reakcji zapalnej. Sekwencja białek genów PPA1880 i PPA2127 posiada charakterystyczne wielokrotne powtórzenia prolina-treonina (PTRP) i mniej rozwinięte prolina-lizyna. Takie liczne powtórzenia motywów aminokwasów wykryto również w białkowych antygenach Mycobacterium tuberculosis, których ekspresja występowała in vivo po zakażeniu drogą oddechową, ale jeszcze przed rozwojem klinicznej gruźlicy (35). Wykazano, że P. acnes wytwarza otoczkę zbudowaną głównie z liposacharydów (36), co może mieć znaczenie w procesie przylegania do skóry i prawdopodobnie jest istotne w wytworzeniu biofilmu (25). Utworzenie takiej otoczki może również częściowo tłumaczyć immunogenność P. acnes. Poza antygenami na powierzchni komórki także inne produkty P. acnes mogą wykazywać immunogenność. Są to białka szoku termicznego – GroEL, DnaK, DnaJ, GrpE oraz białko o masie 18 kDa, którego homologi u Mycobacterium są głównymi białkami odpowiedzialnymi za reakcję immunologiczną (37, 38). Wykazano także podobieństwo PPA765 P. acnes do antygenu 84 M. tuberculosis i M. leprae, który jest wysoce immunogennym białkiem (39).
Poza wymienionymi wyżej czynnikami o charakterze immunogennym wykazano, że P. acnes biorą udział w aktywacji dopełniacza i uwalniając czynniki prozapalne, takie jak czynnik chemotaktyczny dla granulocytów, cytotoksyczny dla fibroblastów, wazoaktywne aminy, substancje zbliżone do prostaglandyny E (PGE), stymulujące wydzielanie IL-1, IL-8 i czynnika martwicy nowotworów (TNF, dawniej TNF-α) z hodowli monocytów ludzkich, zapoczątkowują całą kaskadę reakcji i są mitogenne dla limfocytów T (2, 40, 41).
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Dreno E, Poli F: Epidemiology of Acne. Dermatology 2003; 206: 7-10. 2. Biegalska J, Żaba R: Trądzik pospolity. Przewodnik Lekarza 2004; 6: 34-60. 3. Braun-Falco O et al.: Dermatology. Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 2000. 4. Harper JC: An update on the pathogenesis and management of acne vulgaris. J Am Acad Dermatol 2004; 51: S36-S38. 5. Wolska H, Gliński W, Placek W: Trądzik zwyczajny - patogeneza i leczenie. Konsensus PTD. Przegl Dermatol 2007; 2: 171-178. 6. Halpern BN et al.: Stimulation de l'activite phagocytaire du systeme reticuloendothelial provoquee par Corynebacterium parvum. J Reticuloendoth Soc 1963; 83: 77-96. 7. Markowska-Daniel I: Przydatność propionibakterii w immunomodulacji. Medycyna Wet 1993; 49: 489-493. 8. Roszkowski W et al.: Immunomodulation by propionibacteria. Zentralbl Bakteriol 1990; 274: 289-298. 9. Green S et al.: Corynebcterium parvum as the priming agent in the production of tumor necrosis factor in the mouse. J Natl Cancer Inst 1977; 59: 1519-1522. 10. Ananias RZ et al.: In vitro nonspecific anti-tumoral activity and surface molecules expression in cells obtained from mice treated with killed Propionibacterium acnes. Scand J Immunol 2001; 54: 133. 11. Squaiella CC et al.: In vivo and in vitro effect of killed Propionibacterium acnes and its purified soluble polysaccharide on mouse bone marrow stem cells and dendritic cell differentiation. Immunobiology 2006; 211: 105-116. 12. Hill JO: Modulation of the pattern of development of experimental disseminated Leishmaniasis by Corynebacterium parvum. J Leukocyte Biol 1987; 41: 165-169. 13. Teixeira KM et al.: Effects of non-specific immunopotentiators in experimental Schistosoma mansoni infection. II Corynebacterium parvum. Rev Inst Med Trop Sao Paulo 1996; 38: 359-363. 14. Günthard H et al.: Propionibacterium acnes as a cause of aggressive aortic valve endocarditis and importance of tissue grinding: case report and review. J Clin Microbiol 1994; 32: 3043-3045. 15. Tunney MM et al.: Detection of prosthetic hip infection at revision arthroplasty by immunofluorescence microscopy and PCR amplification of the bacterial 16S rRNA gene. J Clin Microbiol 1999; 37: 3281-3290. 16. Yocum RC et al.: Septic arthritis caused by Propionibacterium acnes. J Am Assoc 1982; 248: 1740-1741. 17. Abolnik IZ, Eaton JV, Sexton DJ: Propionibacterium acnes vertebral osteomyelitis following lumbar puncture: case report and review. Clin Infect Dis 1995; 21: 694-695. 18. Benz MS et al.: Endophthalmitis isolates and antibiotic sensitivities: a 6-year review of culture-proven cases. Am J Ophthalmol 2004; 137: 38-42. 19. Critchley G, Strachan R: Postoperative subdural empyema caused by Propionibacterium acnes - a report of two cases. Br J Neurosurg 1996; 10: 321-323. 20. Ghalayini SR, Likhith AM, Golash A: Propionibacterium acnes causing delayed subdural empyema - a case report and review of literature. J Clin Neurosci 2004; 11: 677-679. 21. Kirchhoff T et al.: Diagnostic management of patients with SAPHO syndrome: use of MR imaging to guide bone biopsy at CT for microbiological and histological work-up. Eur Radiol 2003; 13: 2304-2308. 22. Bojar RA, Holland KT: Acne and Propionibacterium acnes. Clinic Dermatol 2004; 22: 375-379. 23. Paściak M, Mordarska H: Rodzaj Propionibacterium - heterogenność taksonomiczna i biologiczna. Post Microbiol 1999; 38: 245-256. 24. Perry AL, Lambert PA: Propionibacterium acnes. Lett Appl Microbiol 2006; 42: 185-188. 25. Burkhart CN, Burkhart CG. Microbiology's principle of biofilms as a major factor in the pathogenesis of acne vulgaris. Int J Dermatol 2003; 42: 925-927. 26. Coenye T, Peeters E, Nelis HJ: Biofilm formation by Propionibacterium acnes is associated with increased resistance to antimicrobial agents and increased production of putative virulence factors. Res Microbiol 2007; 158: 386-392. 27. Sutherland I: Biofilm exopolysaccharides: a strong and sticky framework. Microbiology 2001; 147: 3-9. 28. Whitchurch CB et al.: Extracellular DNA required for bacterial biofilm formation. Science 2002; 295: 1487. 29. Alexeyev OA et al.: Direct visualization of Propionibacterium acnes in prostate tissue by multicolor fluorescent in situ hybridization assay. J Clin Microbiol 2007; 45: 3721-3728. 30. Oprica C, Nord CE: European surveillance study on the antibiotic susceptibility of Propionibacterium acnes. Clin Microbiol Infect 2005; 11: 204-213. 31. Brüggemann Het al.: The complete genome sequence of Propionibacterium acnes, a commensal of human skin. Science 2004; 305: 671-673. 32. Brüggemann H: Insights in the Pathogenic Potential of Propionibacterium acnes From Its Complete Genome. Semin Cutan Med Surg 2005; 24: 67-72. 33. Gase K et al.: Identification, cloning, and expression of the CAMP factor gene (cfa) of group A streptococci. Infect Immun 1999; 67: 4725-4731. 34. Lang S, Palmer M: Characterization of Streptococcus agalactiae CAMP factor as a pore-forming toxin. J Biol Chem 2003; 278: 38167-38173. 35. Singh KK et al.: Antigens of Mycobacterium tuberculosis expressed during preclinical tuberculosis: serological immunodominance of proteins with repetitive amino acid sequences. Infect Immun 2001; 69: 4185-4191. 36. Whale GA et al.: Purification and characterisation of lipoglycan macroamphiphiles from Propionibacterium acnes. Antonie Van Leeuwenhoek 2004; 86: 77-85. 37. Farrar MD, Ingham E, Holland KT: Heat shock proteins and inflammatory acne vulgaris: Molecular cloning, overexpression and purification of a Propionibacterium acnes GroEL and DnaK homologue. FEMS Microbiol Lett 2000; 191: 183-186. 38. Booth RJ et al.: Homologs of Mycobacterium leprae 18-kilodalton and Mycobacterium tuberculosis 19-kilodalton antigens in other mycobacteria. Infect Immun 1993; 61: 1509-1515. 39. Hermans PW et al.: Molecular and immunological characterization of the highly conserved antigen 84 from Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium leprae. Infect Immun 1995; 63: 954-960. 40. Jappe U et al.: Propionibacterium acnes and inflammation in acne; P. acnes has T-cell mitogenic activity. Br J Dermatol 2002; 146: 202-209. 41. Dessinioti C, Katsambas AD: The role of Propionibacterium acnes in acne pathogenesis: facts and controversies. Clin Dermatol 2010; 28: 2-7. 42. Jugeau S et al.: Induction of toll-like receptors by Propionibacterium acnes. Br J Dermatol 2005; 153: 1105-1113. 43. Zhang D et al.: A toll-like receptor that prevents infection by uropathogenic bacteria. Science 2004; 303: 1522-1526. 44. Vega B, Jomard A, Michel S: Regulation of human monocyte Toll-like receptor 2 (TLR2) expression by adapalene. J Eur Acad Dermatol Venerol 2002; 16: 123-124. 45. Jefferies C, O'Neill LAJ: Signal transduction pathway activated by toll-like receptors. Mod Asp Immunobiol 2002; 2: 169-175. 46. Kim J et al.: Activation of Toll-like receptor 2 in acne triggers inflammatory cytokine responses. J Immunol 2002; 169: 1535-1541. 47. Nagy I et al.: Distinct strains of Propionibacterium acnes induce selective human beta-defensin-2 and interleukin-8 expression in human keratinocytes through toll-like receptors. J Invest Dermatol 2005; 124: 931-938. 48. Braga EG et al.: Treatment with Propionibacterium acnes modulates the late phase reaction of immediate hypersensitivity in mice. Immunol Lett 2003; 88: 163-169. 49. Farrar MD, Ingham E: Acne: Inflammation. Clin Dermatol 2004; 22: 380-384. 50. Lynch FW: Acne vulgaris: a review of histologic changes observed in early lesions. Arch Dermatol Syphil 1940; 42: 593-603. 51. Kligman AM: An overview of acne. J Invest Dermatol 1974; 62: 268-87. 52. Norris JFB, Cunliffe WJ: A histological and immunocytochemical study of early acne lesions. Br J Dermatol 1988; 118: 651-659. 53. Jeremy AH et al.: Inflammatory events are involved in acne lesion initiation. J Invest Dermatol 2003; 121: 20-27. 54. Mouser PE et al.: Propionibacterium acnes -Reactive T Helper-1 Cells in the Skin of Patients with AcneVulgaris. J Invest Dermatol 2003; 121: 1226-1228. 55. Lodes MJ et al.: Variable expression of immunoreactive surface proteins of Propionibacterium acnes. Microbiology 2006; 152: 3667-3681. 56. Holland KT et al.: Detection of Propionibacterium acnes polypeptides which have stimulated an immune response in acne patients but not in normal individuals. Exp Dermatol 1993; 2: 12-16. 57. Webster GF: Inflammation in acne vulgaris. J Am Acad Dermatol 1995; 33: 247-253. 58. Burkhart CG et al.: Propionibacterium acnes: interaction with complement and development of an enzyme-linked immunoassay for the detection of antibody. Int J Dermatol 1999; 38: 200-203. 59. Biegalska J, Szkaradkiewicz A, Żaba R: Przeciwciała przeciw Propionibacterium acnes u chorych z różnymi postaciami trądziku pospolitego. Przegl Dermatol 2004; numer specjalny XXVIII Zjazd Polskiego Towarzystwa Dermatologicznego, Bydgoszcz 1-5 września 2004: P78, 286. 60. Burkhart CG, Burkhart CN, Lehmann PF: Classic diseases revisited: Acne: a review of immunologic and microbiologic factors. Postgrad Med J 1999; 75; 328-331.
