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角膜与外眼

眼表微生物组

微生物组是指特定环境中所有微生物及其遗传物质的总称4)。眼表微生物组(OSM)指结膜角膜上常驻的细菌、真菌和病毒群落2)。眼睑和睫毛的菌群被视为皮肤微生物组的一部分。

与其他体表和黏膜相比,健康眼表的微生物负荷极低,被称为“低微生物量”4)。每个结膜细胞约检测到0.05个细菌,相当于面部皮肤或口腔黏膜的约1/1504)。这种低微生物量归因于泪液中抗菌酶(溶菌酶、乳铁蛋白、防御素)的选择性压力以及眨眼和泪液反射的物理清除机制4)

眼表的常驻微生物竞争性抑制病原体的定植,并有助于局部免疫的成熟和调节1)2)。这种平衡被破坏的状态称为菌群失调,已报道与多种眼病相关。

注意,“核心微生物组”(特定环境中普遍存在的微生物群)的精确定义目前尚未建立4)。低生物量环境中的技术挑战和数据变异性使标准化变得困难。

Q 什么是眼表微生物组?
A

眼表微生物组是结膜角膜上常驻的细菌、真菌和病毒的总和。它参与维持稳态和防御病原体,其平衡破坏(菌群失调)与许多眼病相关。详情请参见“病理生理学”部分

通过宏基因组鸟枪法测序对五项研究的整合数据显示,眼表微生物中细菌平均占91%,病毒平均占5%,真菌及其他真核生物平均占4% 4)

细菌

三大主要门:变形菌门(平均45%)、放线菌门(平均23%)、厚壁菌门(平均19%)。无论采用何种方法均能一致检测到 4)

最丰富的属:棒状杆菌属(在18项研究中的17项中检测到,加权平均11%)。其次是假单胞菌属、葡萄球菌属、链球菌属和不动杆菌属 4)

培养法:凝固酶阴性葡萄球菌(CNS)分离最多,其次是棒状杆菌属和丙酸杆菌属 3)

病毒

TTV(Torque teno virus):眼表最优势的病毒。在86.3%的健康结膜中检测到 4)

噬菌体:感染细菌的病毒,调节细菌群体的密度和分布 4)

其他MSRV、HERV-K(人内源性逆转录病毒K)、MCV和HPV以低频率检测到 4)

真菌

两大主要门:担子菌门(平均78.67%)和子囊菌门(平均19.54%) 4)

核心真菌:马拉色菌属(74.65%)存在于80%以上的受试者中。其次是红酵母属、戴维氏菌属、曲霉属和链格孢属 4)

机会致病菌:镰刀菌属、曲霉属和马拉色菌属也存在于健康眼中。

眼表微生物组的紊乱与许多眼病相关。以下列出主要疾病及其菌群变化。

疾病增加的菌属减少的菌属
细菌性角膜炎链球菌、假单胞菌
睑板腺功能障碍葡萄球菌、鞘氨醇单胞菌棒状杆菌
史蒂文斯-约翰逊综合征假单胞菌、不动杆菌

史蒂文斯-约翰逊综合征(SJS)患者的结膜培养阳性率为60%,显著高于健康者的10% 3)。16S rRNA测序报告显示α多样性增加,乳酸杆菌、拟杆菌、假单胞菌、葡萄球菌和不动杆菌增加 3)

糖尿病患者的结膜微生物组多样性高于健康人,表现为不动杆菌增加和变形菌门占优势5)

改变眼表微生物组组成的因素多种多样。

  • 年龄:11岁以下儿童的细菌多样性高于老年人。链球菌在儿童中约丰富6.2倍。老年人群中棒状杆菌和丙酸杆菌增加。
  • 隐形眼镜佩戴:假单胞菌、不动杆菌和甲基杆菌增加,而葡萄球菌和棒状杆菌减少2)。眼表转变为类似于皮肤微生物组的组成2)
  • 抗菌药物使用:使用妥布霉素3个月会减少菌群的数量和多样性2)。加替沙星在2周内改变组成,恢复需要4周2)。联合使用头孢他啶、妥布霉素和万古霉素后,恢复需要30天2)
  • 干眼症:已有报道与肠道菌群异常相关;随着干眼严重程度增加,眼表微生物组多样性进一步降低2)
  • 睑板腺功能障碍MGD结膜囊病原菌增加和生物膜形成参与其中2)
  • 糖尿病结膜微生物组变得复杂,金黄色葡萄球菌分离率升高5)
  • 史蒂文斯-约翰逊综合征:眼表结构变化和免疫调节障碍导致菌群大幅改变3)。也有MRSA角膜炎的报道3)
  • 肠-眼轴:有研究提出肠道菌群失调通过Th17/Treg失衡诱导眼表炎症的途径2)5)
Q 隐形眼镜如何影响眼部微生物组?
A

佩戴隐形眼镜会使眼表微生物组中假单胞菌、不动杆菌等皮肤相关菌增加,而正常共生菌减少。镜片成为将皮肤微生物转移到眼睛的媒介,可能增加微生物性角膜炎的风险。

传统的培养法历史悠久,但灵敏度低。健康眼表的培养阳性率仅为10~13% 3)。培养法的优点是只能检测存活细菌,但无法检测大多数难培养细菌、病毒和真菌 4)

该方法通过PCR扩增16S rRNA基因后进行测序 4)。可检测到的多样性是培养法的3倍以上 3)。但仅针对细菌,无法检测病毒和真菌。PCR扩增偏差可能影响结果 4)

该方法将样本中的所有DNA片段化后进行测序。可同时检测细菌、病毒、真菌和古菌,并能进行功能谱分析 4)。但在低生物量环境中,短片段污染(包括来自DNA提取试剂盒的污染,称为“kitome”)是一个问题 4)

各方法的特点总结如下。

方法检测对象优点/局限性
培养法仅存活菌低灵敏度(阳性率10-13%)
16S rRNA仅细菌高灵敏度但存在PCR偏差
鸟枪法所有微生物全面但易受污染影响

在低生物量样本中,需要去除宿主DNA或富集微生物组。选择性宿主细胞裂解可将相对细菌DNA含量提高多达10倍4)。未来需要建立包括阳性和阴性对照在内的标准化方案4)

目前尚无专门针对眼表微生物组失调的既定治疗方法。当前的管理分为生活方式改善和研究性干预。

  • 充足睡眠:促进正常微生物组生长
  • 隐形眼镜卫生:限制佩戴,睡前取下,操作前彻底洗手
  • 避免刺激物:不要在眼睛周围使用刺激性化学物质
  • 口服益生菌:据报道,含有乳双歧杆菌和两歧双歧杆菌的益生菌可改善干眼症患者的泪液分泌量和泪膜破裂时间(TBUT2)
  • 益生菌滴眼液:据报道,为期一个月的益生菌滴眼液治疗可改善春季角结膜炎患者的体征和症状
  • 益生元:一项双盲随机对照试验报告,连续三周摄入产氢牛奶可改善TBUT 5)
  • 粪菌移植(FMT):针对干燥综合征患者的FMT临床试验已启动2)5)
Q 益生菌对眼睛健康有益吗?
A

有报告称口服益生菌可改善干眼的泪液分泌量和泪膜破裂时间,但这些是研究阶段的发现,并非标准治疗。肠-眼轴的免疫调节被认为是其作用机制。详情请参阅“病理生理学”章节

眼表的稳态由多层防御机制维持2)4)

物理和化学防御

眨眼和泪液反射:机械性清除微生物4)

抗菌泪液蛋白:溶菌酶、乳铁蛋白、黏蛋白和防御素抑制细菌生长4)。泪液蛋白质组中9%参与抗菌功能4)

上皮紧密连接角膜结膜上皮细胞间的紧密连接形成物理屏障2)

免疫防御

CALT结膜相关淋巴组织。包含树突状细胞、B细胞和T细胞的滤泡结构,负责免疫耐受和免疫监视2)

分泌型IgA:由泪腺和结膜的IgA产生浆细胞分泌。抑制病原体黏附,并以非炎症方式包裹共生菌2)

γδT细胞、MAIT细胞、NKT细胞:作为非传统T细胞存在于上皮中,连接先天免疫和适应性免疫2)

Corynebacterium mastitidis是一种常存在于眼表的非致病性共生菌2)。该菌刺激结膜的γδT细胞,诱导IL-17和IL-22的分泌2)

  • IL-17的作用:促进结膜上皮细胞产生抗菌肽(如防御素)2)。通过IL-8和GM-CSF招募中性粒细胞,通过吞噬作用、活性氧和中性粒细胞胞外陷阱(NETs)清除病原体2)。此外,诱导上皮干细胞增殖和紧密连接蛋白表达,重建屏障功能2)
  • IL-22的作用:促进上皮细胞产生抗菌蛋白2)。促进黏蛋白产生和紧密连接形成,维持上皮屏障稳态2)。刺激角膜上皮细胞增殖,促进伤口愈合(再上皮化)2)

角膜上皮的TLR2、TLR4和TLR5并非位于表层,而是定位于翼细胞和基底细胞水平的细胞内2)。这种战略性定位维持了“免疫沉默”状态,避免与共生菌接触时引发不必要的炎症反应2)。当上皮受损时,这些TLR被激活,启动下游炎症级联反应。

以下途径被认为是肠道菌群失调诱导眼表疾病的机制2)

  • 肠道菌群失调激活的树突状细胞迁移至泪腺和眼表,诱导效应T细胞分化
  • 肠道致敏的效应T细胞和自身反应性B细胞产生的自身抗体到达眼表,引起炎症
  • 肠道屏障破坏导致LPS渗漏至体循环,引发TLR介导的全身炎症
  • 短链脂肪酸(SCFA)产生菌减少导致Treg/Th17平衡失调

在动物模型中,无菌小鼠的眼表显示杯状细胞密度降低和上皮损伤,通过粪便移植可改善5)

Q 为什么Corynebacterium mastitidis对眼睛健康很重要
A

C. mastitidis是一种非致病性共生菌,刺激结膜γδT细胞分泌IL-17和IL-22。这导致抗菌肽的产生、中性粒细胞的招募和上皮屏障的强化,从而阻止病原体定植。


史蒂文斯-约翰逊综合征中的微生物组分析

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Kittipibul等人(2021)比较了20只史蒂文斯-约翰逊综合征患者眼和20只健康对照眼的结膜微生物组3)。培养法显示,史蒂文斯-约翰逊综合征组60%为阳性,而健康组为10%。16S rRNA测序鉴定出假交替单胞菌科、弧菌科、伯克霍尔德菌科和肠杆菌科为史蒂文斯-约翰逊综合征组的核心微生物组。培养阳性组的疾病严重程度评分显著更高(p=0.016)。

Peter等人(2023)报告了健康眼表微生物组与泪液蛋白质组之间的关联4)。在2172种泪液蛋白中,9%参与抗菌功能。氨基酸代谢途径被认为是眼表细菌与泪液成分之间的接触点,提示棒状杆菌可能对氨基酸代谢有贡献。

噬菌体是细菌种群的主要调节因子,正在被研究作为抗生素的替代治疗4)。在眼表也检测到了短尾噬菌体科的噬菌体,可能成为未来的治疗靶点4)

通过调节肠道微生物群来治疗眼表疾病正在研究中2)。针对干燥综合征患者的FMT临床试验正在进行,但需要进一步研究来阐明肠道微生物群与眼表之间的病理生理联系5)

在低生物量环境中建立标准化的分析方案是当务之急4)。整合宏基因组学、蛋白质组学和代谢组学的多层次分析有望加深对眼表微生物组功能的理解3)


  1. Doularamani M, Murthy SI. Role of ocular surface microbiome in health and disease. Indian journal of ophthalmology. 2023;71(6):2595. doi:10.4103/ijo.IJO_8_23_1. PMID:37322688; PMCID:PMC10418028.
  2. Tariq F, Hehar NK, Chigbu DI. The Ocular Surface Microbiome in Homeostasis and Dysbiosis. Microorganisms. 2025;13:1992. doi:10.3390/microorganisms13091992.
  3. Kittipibul T, Puangsricharern V. The Ocular Microbiome in Stevens-Johnson Syndrome. Front Med. 2021;8:645053. doi:10.3389/fmed.2021.645053.
  4. Peter VG, Morandi SC, Herzog EL, Zinkernagel MS, Zysset-Burri DC. Investigating the Ocular Surface Microbiome: What Can It Tell Us? Clin Ophthalmol. 2023;17:259-271. doi:10.2147/OPTH.S359304. PMID:36698849; PMCID:PMC9870096.
  5. Markoulli M, Ahmad S, Arcot J, Arita R, Benitez-Del-Castillo J, Caffery B, et al. TFOS Lifestyle: Impact of nutrition on the ocular surface. The ocular surface. 2023;29:226-271. doi:10.1016/j.jtos.2023.04.003. PMID:37100346.

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