[Article] Staphylococcus epidermidis—Skin friend or foe?

- 저자: Morgan M. Brown, Alexander R. Horswill

- 저널: plos pathogens (IF = 6.8, 2020)

 

 

The human skin microbiota: Composition and function in barrier homeostasis

- 표피(Epidermis)는 각질세포(keratinocytes)의 4개의 구성되어 있으며, 모낭(hair follicles)과 피지선(sebaceous glands )이 박혀있다. 피부는 30 m^2의 표면적을 가지며, 이는 장의 표면적보다 더 크다.

- CoNS 은 38 종으로 구성된다.

 

S. epidermidis strain-level diversity underlies skin–microbe interactions

- 2.5Mb의 S. epidermidis의 genome은 약 80%가 core gene으로 이루어져 있다. 

- 나머지 20%는 더 큰 유전자 풀과 교환될 수 있으며, 이는 신속하게 적응하여 번성할 수 있음을 깨달았다. 

 

- agr 유전자좌(agrBDCA)는 S. epidermidis를 포함한 모든 staphylococcus 에 걸쳐 보존

- S. epidermidis agr regulon는 피부 군집화에 필수적인 proteases, lipases, 와 immunomodulatory phenol soluble modulins (PSMs) 독성 인자의 생산에 제어한다.

 

Benefits of S. epidermidis skin colonization

- S. epidermidis는 각질세포에서 체내 면역 신호 경로를 활성화하여 S. aureus 의 AMP를 강화

- S. epidermidis PSMs는 정상 표피 및 모낭에서 풍부하게 생성되는 양친매성 amphipathic α-helical peptides 이다. 이는 숙주의 AMPs와 협력하여 병원체 Streptococcus pyogenes의 처치를 강화

- 피부 손상의 마우스 모델에서 S. epidermidis 의  lipoteichoic acid와  lipopeptide LP78 은 염증 반응을 억제해 상처를 치유 가속화하는 Toll-like receptor (TLR)-3 종속 메커니즘 작용

- S. epidermidis 는 S. aureus 유도 neutrophil 세포의 모집과 염증성 사이토카인 생성을 억제하며, 피부 감염에 대한 보호 기능

 

 

 

- S. epidermidis의 정착은 적응면역 체계의 발달과 면역활성화에 기여

   - mucosal-associated invariant T cells (MAIT 세포)의 초기 위치 지정과 priming 에 필수적

      - MAIT: host–commensal cross talk 을 매개하는 전통적인 피부 면역 신호 전달의 중요한 구성 요소

- 피부는 T 세포의 최대 reservoirs 이며, 내 림프구와 S. epidermidis와 같은 commensal 간의 상호 작용의 중요성 강조

 

 

Costs of S. epidermidis skin colonization

- 피부 장벽이 손상되있을 때 , S. epidermidis로 처리된 쥐는 장벽이 손상되지 않았을때만 S.aureus의 공격에 저항성 보유

- S.epidermidis 에 의해 유발된  AD 장벽에서 cysteine protease EcpA가 저하의 핵심 매개체로 확인되었다. EcpA는 모든  S.epidermidis 에 존재하지만, 일부 종에서만 발현된다.

- AD에서 EcpA은 S. aureus 의  staphopains A과 B와 유사한 상동성을 가지며, 이는 AMP LL-37를 소화여 S. aureus 의 biofilm 성장을 향상시킨다. AD이 외에도 EcpA생산은 SPINK5 gene 의 돌연변이로 인한 다량의 serine protease활성과 연관있는 Netherton syndrome (NS)의 악화와 연관있다.

 

- 또한 EcpA생산은 S. epidermidis 의 agr quorum sensing system 에 의해 규제된다. 이는 AD와 NS의 악화가 초기 미생물 불균형 이후에,   S.epidermidis 에 의한 agr signaling가 이어진 다는 것을 가정한다. 이로써 agr-1이 증식되고, EcpA같은 위험인자가 upregulation되며 장벽파괴와 결합되면서 S.epidermidis의 증식 및 악화를 촉진한다.

- 마지막으로 S.epidermidis의 biofilm형성은 AD를 악화시킬 수 있다. 일부 땀샘에서 S.epidermidis의 염증성 biofilm이 발견되었다. 

 

 

Concluding remarks and future directions

- CoNS를 MRSA의 표피 치료제로 사용한 사례는 있지만, 치료제로 사용하기 전에 병원성의 잠재성(e.g. S. epidermidis EcpA 생성)을 이해하는 것이 필수적임

 

 

 

 

 

 

 

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Brown, M. M., & Horswill, A. R. (2020). Staphylococcus epidermidis-Skin friend or foe?. PLoS pathogens, 16(11), e1009026. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1009026