你头皮的隐秘世界：毛囊上的微生物如何影响头发健康与疾病

目录

• 要点
• 为何这项研究至关重要
• 头皮毛囊：一个独特而复杂的器官
• 微生物如何到达你的皮肤细胞和免疫系统？
• 免疫对话：微生物如何影响皮肤和毛囊的免疫反应
• 头皮上究竟生活着哪些微生物？
• 头皮疾病中的微生物组变化
• 这对患者意味着什么
• 本综述未能解答的问题
• 实用要点
• 常见问题
• 来源信息

要点

• 头皮每平方厘米可栖息多达十亿个微生物，形成受遗传、环境和年龄影响的个人微生物组。
• 毛囊是具有特殊隔室的活性免疫器官，能够容纳微生物并调节免疫反应。
• 共生细菌可保护机体免受病原体侵害并支持免疫功能，因此过度使用强效抗菌剂可能并无益处。
• 如脱发性毛囊炎等疾病中的生物膜具有抗生素耐药性，这解释了为何某些头皮感染在治疗后会复发。
• 生命早期的微生物暴露似乎对皮肤细菌的免疫耐受至关重要；这种破坏可能导致后来的炎症反应。

为什么这项研究很重要

一平方厘米的人体皮肤，连同其毛囊和皮脂腺，可栖息多达十亿个微生物，包括细菌、真菌和病毒。这些微小的居民组成了一个被称为皮肤菌群的复杂群落。

其组成在同一个人的不同皮肤区域之间差异显著，这取决于pH值、温度、湿度和皮脂（油脂）含量。各种外部因素塑造了您皮肤上的微生物群落，包括您的出生方式（阴道分娩与剖宫产）、生活环境（阳光照射、气温、湿度）、生活习惯、使用的化妆品，甚至您的遗传易感性。这些因素导致了高度个体化的菌群——没有两个头皮是完全相同的。

毛囊（HFs）——头发生长的管状结构——从皮肤表面延伸至真皮层深处，甚至皮下组织。每个毛囊直接连接到一个皮脂腺，形成研究人员所称的“毛皮脂单位”。这创造了一个独特的、富含脂质且疏水（亲脂性）的微环境，使特定微生物得以繁衍生息。

头皮毛囊：一个独特而复杂的器官

在胚胎发育过程中形成的约五百万个毛囊中，有10万至15万个位于头皮上，确保终身周期性头发生长。它们的开口显著增加了皮肤的表面积，更重要的是对于微生物定植而言，它们在漏斗部（毛囊上部呈漏斗状的部分）形成口袋，延伸至更深的头皮皮肤层。

漏斗部通常充满皮脂、细胞碎片和多样化的微生物——从病毒和细菌到酵母菌、真菌甚至螨虫。其内衬（上皮）具有密集的抗原提呈细胞（向其他免疫细胞“展示”外来物质的免疫细胞）网络和活跃的免疫细胞运输，使其成为与外部环境进行密集交流的场所。

需要注意的是，并非所有毛囊都相同。大型终毛毛囊（您头皮上粗黑、有色的头发）的生长期球部（生长基部）延伸至皮下组织深处，而毳毛（细软毛发）则小得多。皮脂腺的大小及其活性在不同身体区域也有所不同。这些差异显著影响每个毛囊的储存功能和菌群。

有趣的是，毛囊在免疫方面具有双重性格。上部（漏斗部）密集分布着免疫细胞。相比之下，免疫特权部位存在于隆突（干细胞所在处）和生长期球部（深层生长部分）周围。在这些部位，免疫细胞显著减少，并已鉴定出免疫抑制介质的梯度。这种免疫特权保护毛囊在其生长周期中免受攻击。

这种免疫特权的“崩溃”是慢性头皮疾病的关键要素。究竟是球部还是隆突的特权受到干扰，决定了毛囊是存活——如在斑秃（AA）中，脱发是可逆的——还是被永久破坏，如在瘢痕性脱发中。

微生物如何到达您的皮肤细胞和免疫系统？

要了解微生物如何与身体相互作用，研究人员必须考虑微生物物质在何处、以何种方式以及多大程度到达活细胞。细菌的大小通常在低微米范围内，这意味着渗透主要局限于更深的漏斗部和皮脂腺。虽然漏斗部的上部被厚厚的保护性角质层（最外层皮肤）覆盖，但更深的漏斗部被认为是渗透性较高的区域。

细菌还可以形成生物膜——包裹在保护性基质中的有组织的群落。例如，表皮葡萄球菌（S. epidermidis）在正常干燥皮肤的复层上皮的外三到十层的鳞状细胞之间形成生物膜。痤疮丙酸杆菌（C. acnes，以前称为Propionibacterium acnes）深入皮脂毛囊，附着在毛干上——在痤疮患者中比在健康对照组中更常见。生物膜保护细菌免受免疫细胞和皮肤正常脱落过程的影响。

与工程颗粒不同，一些细菌携带促进组织渗透和入侵的酶。例如，皮肤癣菌（引起体癣的真菌）沿着毛根鞘（外源性模式）甚至深入毛干本身（内源性模式）侵入，如在头癣（头皮体癣）中。

关于微颗粒和纳米颗粒渗透的大型研究表明，微颗粒主要停留在皮肤表面，但可以到达头皮毛囊的更深漏斗部。即使纳米颗粒的渗透率也非常有限，取决于其物理和化学性质。然而，皮肤屏障的轻微破坏可以使颗粒进入活组织，被细胞摄取并触发免疫反应。

尽管皮肤屏障足够强大，可以将大分子和颗粒的渗透限制为个别事件，但此类相互作用经常发生——最显著地发生在毛囊和皮肤沟槽等微环境和口袋中。研究人员假设，漏斗部周围密集的抗原提呈细胞群反映了这些结构在免疫监视中的核心作用。经皮疫苗接种研究的见解表明，激活抗原提呈细胞的轻度炎症刺激会增加它们通过皮肤屏障摄取大分子的能力。

免疫对话：微生物如何影响皮肤和毛囊免疫

许多免疫细胞驻扎在皮肤及其附属物周围，紧邻菌群。朗格汉斯细胞（LCs）——主要集中于表皮和上部毛囊的外根鞘（ORS）——可以将其树突（分支状突起）延伸到角质形成细胞（皮肤细胞）之间，以捕获微生物抗原。

这些细胞与皮肤驻留记忆T细胞相互作用，后者“记住”以前遇到的抗原。在正常情况下，LCs促进参与维持免疫耐受的调节性T细胞（Tregs）的激活和增殖。然而，在病原体存在的情况下，它们也会刺激病原体特异性效应记忆T细胞。

其他免疫参与者包括皮肤驻留的CD103+树突状细胞，它们能感知微生物群落的变化。在没有炎症的情况下，这些细胞会刺激IL-17A+CD8+ T细胞进入表皮——在定植有S. epidermidis的小鼠中观察到的刺激作用最强。不同共生（无害驻留）菌种的存在与释放的细胞因子谱存在显著差异，这意味着微生物群落的组成可以影响皮肤的免疫状态。

共生细菌为何重要

共生菌（生活在您皮肤上的“有益”细菌）被认为对维持皮肤稳态至关重要。它们保护皮肤免受病原体定植，刺激参与免疫反应的补体系统蛋白和细胞因子的产生，有助于降低炎症程度，并促进组织修复。

比较在带有微生物群的小鼠与无菌小鼠中的基因表达分析显示，正常菌群小鼠中先天免疫反应基因（包括Toll样受体[TLRs]和抗菌肽[AMPs]）以及参与细胞因子活性的基因（如皮肤IL-1信号传导）的表达上调。此外，参与角质形成细胞分化和角化（硬化）的基因表达也受到了微生物的影响。

抗菌肽：您皮肤自带的抗生素

角质形成细胞——包括毛囊角质形成细胞和皮脂腺细胞（油腺细胞）——通过产生具有针对细菌、真菌、病毒和寄生虫广谱活性的抗菌肽（AMPs），在保护宿主的同时也塑造了微生物组。有些AMPs始终存在，而另一些则是在皮肤微生物群（如Cutibacterium）的刺激下产生的。

角质形成细胞上的模式识别受体（如TLRs）能识别革兰阴性细菌的脂多糖（LPS）等病原体相关分子模式。根据具体情况，激活这些受体会启动免疫反应——释放抗菌肽、细胞因子和趋化因子——或抑制炎症。

在头皮毛囊的不同部位发现了不同的抗菌肽：

• 人β-防御素1和2：存在于表皮的棘层以上各层、外根鞘的远端和中央部分（包括隆突区）以及皮脂腺中。近端外根鞘和内根鞘中可见较弱的表达。
• 银屑病素：存在于人头皮毛囊的表皮和外根鞘远端。
• RNase7：在整个外根鞘中表达。
• 杀菌/通透性增加蛋白：在内根鞘中被鉴定出来。

银屑病素和RNase7也存在于皮脂腺中，并可被特定的微生物产物诱导。在头皮毛囊中，用LPS刺激TLR4会触发RNase7和银屑病素的释放，而用革兰阴性细菌的成分鞭毛蛋白刺激TLR5则仅产生RNase7。

抗菌肽的最强表达位于毛囊的上部——这正是微生物群浓度最高的区域。这些肽可能防止微生物（尤其是病原体）深入渗透毛囊，并有助于调节毛囊微生物组的组成。

对抗其他微生物的微生物

微生物还可以产生自己的抗菌物质。S. epidermidis和S. hominis释放乳酸链球菌素，抑制S. aureus（一种常见病原体）的定植。某些S. epidermidis菌株产生的名为谷氨酰内肽酶（Esp）的丝氨酸蛋白酶，可以溶解S. aureus生物膜形成所需的蛋白质。

然而，共生菌有时也会起到相反的作用。根据剂量、生长阶段和pH值的不同，某些Cutibacterium物种可诱导S. aureus聚集（结块），从而可能促进病原体定植。

生命早期的关键窗口期

新生儿期的毛囊形态发生（发育）和皮肤微生物定植对于调节性T细胞（Tregs）迁移至毛囊至关重要——因此也对建立对皮肤共生菌的免疫耐受至关重要。这一特殊的CD4+ T细胞亚群可抑制自身免疫反应并维持外周组织的免疫平衡。

在新生儿小鼠模型和人皮肤外植体中，Scharschmidt及其同事表明，皮肤微生物的存在会刺激发育中毛囊漏斗部内趋化因子Ccl20的表达。Ccl20的受体（Ccr6）存在于新生儿皮肤和胸腺中的Tregs上。这一Ccl20-Ccr6通路驱动胸腺来源的Tregs流入毛囊。破坏这一过程——无论是暂时阻断Treg迁移，还是将共生菌的皮肤定植延迟至成年期——都会导致皮肤炎症，并无法建立对驻留细菌的耐受性。

如果在人体内建立免疫耐受也发生在有限的时间窗口内，这一过程的破坏可能导致在生命后期遇到抗原时引发炎症反应。

调节性T细胞与头发生长

除了免疫耐受外，调节性T细胞似乎还直接调控毛周期。Ali及其同事最近的一项研究发现，调节性T细胞在休止期（静止期）毛囊的隆突区附近聚集，并刺激干细胞的增殖与分化，从而推动毛囊进入生长期（生长阶段）。缺乏这些T细胞会损害毛囊进入生长阶段的能力——无论是在拔毛后还是在自然毛周期中。

微生物是否在新生儿期之后影响皮肤中的调节性T细胞活性，以及它们是否因此有助于毛周期的调控，仍然是一个未解之谜。

你的头皮上究竟生活着什么？

头皮富含皮脂腺，皮脂通过导管释放到漏斗部并到达皮肤表面。虽然皮脂具有抗菌特性，但一些微生物却在这种油性环境中繁衍生息。Cutibacterium水解甘油三酯并释放游离脂肪酸，促进其自身的附着。Malassezia和Corynebacterium物种不产生自己的脂质，直接受益于皮脂中的脂质。对于漏斗部下方更深处的毛囊内的环境条件（包括氧张力），目前知之甚少。

头皮表面的细菌

头皮拭子一直是分析头皮微生物组最常用的方法。在健康个体中，最丰富的细菌是：

• Cutibacterium 物种（主要是 C. acnes）
• Staphylococcus 物种（主要是 S. epidermidis）

这两组细菌共同构成了头皮拭子中发现的总基因序列的约 90%。其他数量显著较少的物种包括 Corynebacterium spp.、Streptococcus spp.、Acinetobacter spp. 和 Prevotella spp.

不同研究之间存在一些差异。例如，Perez-Perez及其同事发现头皮定植中 Cutibacterium 物种的代表性可能较低。Shibagaki及其同事研究了女性头皮细菌随年龄的变化，发现老年组（60–76岁）与年轻组（21–37岁）相比，物种丰富度更高，且次要物种的数量显著增加。这些与年龄相关的头皮微生物组变化与口腔细菌菌群的变化相关。

毛囊深处的细菌

关于头皮毛囊深处微生物的研究很少。使用光镜和电子显微镜在活检样本中检测到了漏斗部深处的革兰阳性细菌。Matard及其同事对拔下的头发使用场发射扫描电子显微镜和共聚焦激光扫描显微镜，捕获了位于漏斗部下方和基质区上方的结构与细菌生物膜相符的证据，这在 三名健康受试者中的两名身上被发现。这些生物膜由在形态上对应于 C. acnes 的杆菌组成。

头皮上的真菌（真菌组）

大多数关于头皮真菌的研究依赖于拭子样本。Malassezia 物种在头皮上占据主导地位，其中 Malassezia globosa（M. globosa）和 M. restricta 是最丰富的物种。在健康头皮上鉴定的其他真菌包括子囊菌门（Acremonium spp.、Didymella bryoniae）、其他担子菌门（Cryptococcus liquefaciens 和 C. diffluens）、Coniochaeta spp. 和 Rhodotorula spp.

14岁以下的儿童拥有 更多样化的真菌组，与20–30多岁的成年人相比，Malassezia 物种的比例相对较低。这很可能是因为在青春期之前，皮脂腺活性较低且皮脂成分不同。还使用光镜和电子显微镜对活检样本以及体内使用共聚焦激光扫描显微镜在漏斗部中鉴定出了酵母菌。

螨虫与病毒

头皮不仅是细菌和真菌的家园：

• Demodex folliculorum 通常存在于毛囊漏斗部
• Demodex brevis 位于皮脂腺中
• Naspitz 及其同事在从头皮表面吸出的物质中鉴定出了 Dermatophagoides 属和 Euroglyphus 属
• 人类乳头瘤病毒 (HPV) 在拔下的头发以及从健康志愿者头皮上收集的鳞屑中被检测到

头皮疾病的微生物组变化

将头皮微生物与疾病联系起来的最强证据发现于 脂溢性皮炎/头屑 以及一种称为 脱发性毛囊炎 (FD) 的瘢痕性脱发中。抗菌治疗在大多数情况下能带来短暂的疗效。然而，频繁的复发、部分患者疗效不佳以及在急性发作期需要额外的抗炎治疗，都表明这些疾病的复杂性。

脂溢性皮炎与头屑

脂溢性皮炎是一种发生在皮脂丰富区域的炎症性皮肤病。头屑被认为是一种仅限于头皮的轻度脂溢性皮炎。多年来，该病症一直被认为是对酵母菌——特别是 马拉色菌 属的炎症反应所致。确切的疾病机制尚未完全阐明，但涉及酵母菌、皮脂和宿主免疫反应之间的相互作用。

脱发性毛囊炎

脱发性毛囊炎是一种瘢痕性脱发。研究人员在 FD 患者的拔除毛囊中发现了与细菌生物膜相容的结构，尽管在健康个体中也发现了类似结构。生物膜假说得到了以下观察结果的支持：

1. 尽管抗生素治疗短暂有效，但疾病仍然持续
2. 组织学显示多形核中性粒细胞（一种白细胞）浸润，它们破坏毛囊但无法破坏生物膜
3. 患者通常具有正常的免疫背景

目前的假说是，最初非致病性的生物膜可能变得更加广泛，并转化为引起炎症的致病形式。抗生素治疗可能会杀死从生物膜中释放出的浮游（自由漂浮）形式的细菌，并暂时缓解症状，但剩余的生物膜细胞形成慢性感染的病灶（源头）。

雄激素性脱发

雄激素性脱发 (AGA)，俗称男性或女性型脱发，其特征是生长期缩短和毛囊缓慢进行性微型化。虽然微生物组在 AGA 中的作用尚未像头屑或 FD 那样得到充分研究，但该综述表明，微生物对炎症和毛发生长周期调节的影响也可能与此病症相关。

这对患者意味着什么

这项研究强调，您的头皮是一个复杂的生态系统，而不仅仅是一个需要清洁的表面。您毛囊的健康取决于居住在那里的微生物与您的免疫系统对其反应之间的微妙平衡。

对于患有慢性头皮疾病（如头屑、脂溢性皮炎或脱发性毛囊炎）的患者，这具有实际意义：

• 抗生素和抗真菌治疗可以提供缓解，但可能无法治愈潜在疾病，特别是当涉及生物膜时
• 除了抗菌治疗外，通常还需要抗炎治疗，特别是在急性发作期间
• 治疗后症状复发很常见，这也是预期之中的结果，因为微生物、皮脂和免疫系统之间存在复杂的相互作用

调节性T细胞有助于推动毛囊再生的发现表明，未来可能会开发出支持免疫耐受或调节微生物群的治疗方法以促进头发生长。然而，这些仍是初步的研究发现。

本综述未能回答的问题

作者承认存在几个重要的知识空白：

• 大多数微生物群研究使用头皮表面拭子，无法揭示毛囊深层发生的情况
• 关于深层毛囊微生物群的研究很少，对该区域内组织的水平及其相互作用了解甚少
• 微生物是否在新生儿期之后影响皮肤中调节性T细胞的活性和维持——以及它们是否有助于成年人的毛发生长周期调节——仍不清楚
• 将微生物变化与寻常痤疮和化脓性汗腺炎等疾病联系起来的精确机制仍有待确定
• 对于漏斗部下方的环境条件（如氧张力）知之甚少

实用要点总结

1. 您的头皮微生物群是独特且复杂的。 您头皮上的微生物组成受遗传、环境、年龄甚至出生方式的影响。
2. 共生细菌具有保护作用。 它们有助于防止病原体定植，支持免疫功能，并促进组织修复——因此过度使用强效抗菌药物未必总是有益。
3. 头皮屑和脂溢性皮炎涉及酵母菌过度生长。 针对马拉色菌酵母菌的治疗在短期内有效，但复发很常见。
4. 生物膜可能解释了顽固性头皮感染。 在脱发性毛囊炎等疾病中，细菌可以形成抵抗抗生素的生物膜——这就是为什么一些患者在治疗后复发的原因。通常需要联合使用抗菌和抗炎方法。
5. 毛囊的免疫系统非常脆弱。 毛囊免疫豁免状态的丧失是斑秃和扁平苔藓性毛发红糠疹等自身免疫性脱发疾病中的关键事件，这也是临床上使用免疫抑制治疗的原因。
6. 生命早期的微生物暴露至关重要。 新生儿期似乎是建立对皮肤细菌免疫耐受的关键窗口期。这一过程的破坏可能导致日后出现炎症性皮肤病反应。

常见问题解答

什么是头皮微生物群，它为何对头发健康重要？

头皮微生物群是生活在您的头皮和毛囊中的每平方厘米多达十亿个微生物的群落。这些微生物与您的免疫系统相互作用，并可能影响正常的头发生长和慢性炎症性皮肤病，因此它们之间的平衡对头皮健康至关重要。

我头皮上的微生物会导致脱发吗？

是的，某些与微生物相关的头皮状况会导致脱发。例如，脱发性毛囊炎是一种与细菌生物膜相关的瘢痕性脱发。脂溢性皮炎和头屑涉及酵母菌过度生长。此外，由微生物触发的免疫变化可能会影响毛囊再生，但还需要更多研究。

什么是生物膜？它如何影响头皮感染？

生物膜是包裹在保护性基质中的细菌群落。在脱发性毛囊炎中，毛囊内的生物膜会抵抗抗生素的作用，因此治疗可能杀死游离的细菌，但生物膜仍然存在，导致慢性感染和复发。这解释了为什么某些头皮感染顽固难愈，需要联合使用抗菌和抗炎治疗。

为什么头屑和脂溢性皮炎在治疗后反复发作？

头屑和脂溢性皮炎与皮脂丰富区域中马拉色菌引发的炎症反应有关。针对这些酵母菌的治疗只能暂时起效，但由于酵母菌、皮脂和您的免疫系统之间复杂的相互作用，病情经常复发。在发作期间通常需要抗炎治疗，但底层的平衡很难永久恢复。

抗生素对细菌引起的头皮状况总是有效吗？

抗生素可以为脱发性毛囊炎等细菌性头皮状况提供临时缓解，但并不总能治愈。细菌会形成抵抗抗生素的生物膜，因此症状往往会复发。部分患者对抗生素完全无反应，且在急性发作期间通常需要抗炎治疗。

生命早期的微生物暴露与后来的头皮问题有关联吗？

小鼠和人类皮肤的研究表明，新生儿期是建立对皮肤细菌免疫耐受的关键时期。破坏这一过程会导致皮肤炎症以及对常驻细菌的耐受失败。这是否适用于人类以及后续的头皮疾病尚不完全清楚，但这是目前积极研究的领域。

我的头皮状况在治疗后反复发作。我应该寻求第二诊疗意见吗？

是的，如果您的头皮状况（如头屑、脂溢性皮炎或脱发性毛囊炎）在治疗后仍复发，寻求第二诊疗意见可能很有价值。本综述指出，这些状况涉及微生物、皮脂和您的免疫系统之间的复杂相互作用，且生物膜可抵抗抗生素，导致复发。第二诊疗意见有助于确认您的诊断，并探索联合抗菌和抗炎治疗方案。Diagnostic Detectives Network 提供独立的专家第二诊疗意见。

来源信息

Original Article Title: microbiome in scalp hair follicle biology and disease Vogt Charite

DOI: 10.1111/exd.13935

Authors: Katarzyna Polak-Witka, Lidia Rudnicka, Ulrike Blume-Peytavi, Annika Vogt

Journal: Experimental Dermatology, 2020; Volume 29, pages 286–294

Published: Received October 1, 2018; Revised March 2, 2019; Accepted March 18, 2019

DOI: 10.1111/exd.13935

Institutions: Clinical Research Center for Hair and Skin Science, Department of Dermatology and Allergy, Charité-Universitätsmedizin Berlin, Germany; Department of Dermatology, Medical University of Warsaw, Poland

这篇患者友好型文章基于同行评审的研究编写。其目的是用于教育，不能替代专业医疗建议。有头皮或头发问题的患者应咨询皮肤科医生。