第二章 文獻探討
第二節 痤瘡的致病機轉
壹、 痤瘡的成因
痤瘡病灶發生位置在毛囊皮脂腺單位(pilosebaceous unit, PSU)，在臨床上可 分為非發炎與發炎病變，包括開放性與閉鎖性粉刺(open and closed comedones)、
膿皰(pustule)、囊腫(cyst)、結節(nodule)，一般好發於臉部、胸部、上背部與上 臂(Olutunmbi, 2008)。雖然對於痤瘡之致病機制並不是完全清楚，但目前廣被接 受的4個基本致病因子(fundamental etiopathogenic factors) 包括：皮脂過度生成 (sebaceous hyperproduction)、毛囊過度角質化(follicular hyperkeratinization)、痤瘡 桿 菌 增 生(increase of Propionibacterium acnes colonization) 和 發 炎 反 應 (periglandular dermal inflammation) (Costa, 2010)。當雄性激素(androgen)促進皮脂 腺，促使皮脂細胞(sebocyte)增生與分化造成皮脂分泌增加(sebaceous hyperplasia)，
皮 脂 分 泌 過 多 加 上 IL-1α 增 加 使 毛 囊 漏 斗 部 過 度 角 質 化 (follicular hyperkeratinisation) ， 阻 塞 毛 囊 漏 斗 部 形 成 粉 刺 ， 促 進 毛 囊 中 痤 瘡 桿 菌 (Propionibacterium acnes, P. acnes)增生(colonization)，並透過CD4+T-cell調控的特 異性途徑或非特異性途徑啟動發炎反應，增加角質細胞產生促發炎細胞激素，發 炎反應會因為巨噬細胞與嗜中性白血球的活化而增加。其中P. acnes增生與其誘 發的發炎被認為是重要的致病因子(圖2-2) (Farrar, 2004; Thiboutot, 2002)。
痤 瘡 桿 菌(P. acnes) 是 一 種 革 蘭 氏 陽 性 厭 氧 菌 (Gram-positive anaerobic bacterium)，屬於皮膚正常菌叢之一。皮脂腺分泌的皮脂是一種包含角鯊烯 (squalene)、蠟酯(wax esters)、 三酸甘油酯(triglycerides)、游離膽固醇和脂肪酸 的脂質混合物，P. acnes 能夠利用這些脂質與脂肪酸作為生長的主要養分，代謝 三酸甘油酯所產生的游離脂肪酸則會吸引嗜中性白血球聚集，誘發後續的發炎反 應(Webster, 2002)。
事實上，P. acnes 與痤瘡病程發展的研究已超過 100 年，早在 1896 年即提出
無菌的角質囊腫，發現會造成囊腫破裂並產生發炎，證實P. acnes 發炎的特性。
另在痤瘡病患的PSU 中也發現 P. acnes 顯著地增加。而臨床上也發現使用抗生素 (如：erythromycin 和 clindamycin)能減少皮膚表面的 P. acnes，進而改善痤瘡 (Holland, 1978)。也有研究證實以甲醛殺死的 P. acnes 無法誘發正常人類角質細 胞產生 IL-1α，活的 P. acnes 能夠誘發人類角質細胞產生 IL-1α, tumor necrosis factor (TNF)-α (Graham, 2004; Ingham, 1998; Walters, 1995)，這些研究皆證實 P.
acnes 在痤瘡病程中扮演重要的角色。
圖2-2 發炎性痤瘡病變發展 (Farrar, 2004)
貳、 痤瘡桿菌與發炎反應
皮膚是人體與環境的初級屏障，當皮膚受到創傷等因素造成皮膚屏障受損，
可能會進一步造成致病微生物入侵。因此，為了抵禦微生物病原體，除了皮膚的 屏障功能之外也需要完整的免疫系統共同防護。皮膚的宿主防禦包括先天免疫反 應，當病原體入侵皮膚時會啟動先天免疫反應，以清除致病的病原體，雖然發炎 是正常的反應，但是當發炎反應過度產生會造成慢性發炎，促進發炎調節因子生 成並損傷組織而加重發炎的情況。在痤瘡中，P. acnes 會誘發皮膚產生保護的抗 菌反應以消滅P. acnes，但是當發炎反應失衡之後，會因為釋出的多種發炎介質 而增加發炎的情況，造成更嚴重的痤瘡(Kupper, 2004)。
由於毛囊中 P. acnes 之增殖是引起痤瘡發炎反應的主要因素，因此，在發炎 型痤瘡中P. acnes 便成為治療的主要目標。P. acnes 能藉由數種機制造成毛囊上 皮損傷而引起後續的發炎反應，首先，P. acnes 會產生 lipase, proteases 與 hyaluronidases，造成組織受損與發炎(Hoeffler, 1977)，也會產生嗜中性白血球趨 化因子(neutrophil chemotactic factors)吸引嗜中性白血球(neutrophils)聚集至毛囊，
雖然嗜中性白血球能夠吞噬毛囊中的 P. acnes 或是產生活性氧分子(Reactive oxygen species, ROS)去毒殺 P. acnes，但其所釋放的水解酶(hydrolases)會瓦解毛 囊組織，與過量產生的 ROS 共同促使發炎反應惡化。另外，P. acnes 會活化 Toll-like receptors (TLRs) 調 控 的 先 天 性 免 疫 系 統 ， 誘 發 促 發 炎 細 胞 激 素 (proinflammatory cytokines) 的 合 成 ， 像 是 tumor necrosis factor-α (TNF-α), interleukin (IL)-1α, IL-8, and IL-1β (Kim et al., 2002; Grange, 2010; Vowels, Yang, &
Leyden, 1995)。P. acnes 也會藉由活化 T helper 1 (Th1) lymphocytes 啟動適應性免 疫反應(Mouser, Baker, Seaton, & Chu, 2003)，當免疫細胞辨識到 P. acnes 會誘發 宿主防禦機制以抵禦感染，然而活化抗菌胜肽(antimicrobial peptides)、發炎細胞 激素(inflammatory cytokines)與凋亡酵素(proapototic enzymes)卻會造成組織受損
形成之間的關連性。
一、 痤瘡桿菌誘導之促發炎細胞激素
由單核球細胞(monocytes)與巨噬細胞(macrophages)產生的細胞激素會調控 感染和受傷時全身性的反應。許多文獻皆指出P. acnes 會誘發促發炎細胞激素的 產生(Kim, et al., 2002; Grange, 2010; Vowels, et al., 1995)，也會增加血管與真皮黏 附因子的表現(Frank et al., 1995)。IL-8 是一種化學趨化因子(chemotactic factors) 會吸引嗜中性白血球聚集到毛囊皮脂線單位，嗜中性白血球分泌的溶解酶會造成 更嚴重的發炎反應；IL-1α 會造成毛囊細胞漏斗部過度角化而形成粉刺；IL-1β 是發炎反應重要的調節因子，會藉由正向調控氧化LDL 受器而增加 macrophages 對膽固醇的吸收造成foam cell 形成；TNF-α 參與朗格罕細胞(Langerhans cells)的 成熟與遷移，在發炎病變早期可能會造成T 細胞的浸潤；IL-12 會促進 Th1 調控 的免疫反應，當Th1 cytokines 這類型的細胞激素 IL-12 過度產生會造成組織受損 (Dessinioti, 2010; Ishibashi et al., 1990)。
發炎性痤瘡與活性氧分子(Reactive oxygen species)
活性氧分子(Reactive oxygen species, ROS)是 half-life 短暫的小分子，在正常 有氧代謝會不斷少量的產生，大量時可能導致細胞損傷和組織損傷(Cullen et al, 2003) 。 ROS 包 括 氧 源 分 子 (oxygen-derived molecules) 中 的 氧 自 由 基 (oxygen radicals)，像是超氧陰離子(superoxide anion, O2-)、氫氧自由基(hydroxyl)、過氧化 自由基(peroxyl radicals)與非自由基的次氯酸(hypochlorous acid, HOCl)、臭氧 (ozone, O3)、單氧(1O2) 與過氧化氫(hydrogen peroxide, H2O2)。除此之外，氮源分 子(nitrogen-derived molecules)如一氧化氮(nitric oxide, NO)會和 O2-結合形成亞硝 酸鹽陰離子(peroxinitrites)，對生物分子造成亞硝殘留。細胞內的 ROS 主要來自 於粒線體，少量產生時能傳遞訊息促進細胞增生。在一般發炎反應與先天免疫中，
巨噬細胞(macrophage)能夠利用 ROS 作為細胞毒性介質以殺死微生物，但是當過
多的 ROS 無法經由酵素或是抗氧化物清除，便會產生氧化壓力，破壞蛋白質結 構甚至造成細胞死亡(Grange, 2010)。
在發炎性痤瘡中，氧化物增加造成的氧化壓力會影響痤瘡的病理發展。研究
發現痤瘡病患嗜中性白血球產生的 ROS 明顯增加，且產生的量與痤瘡的嚴重度
相關(Fattah et al, 2008; Sarici et al, 2009)，而在一項 2009 年的研究中更證實 P.
acnes 不僅會誘發巨噬細胞產生 ROS，也會辨識角質細胞膜上的 CD36，CD36 會透過NADPH oxidase pathway (NOX)誘發超氧陰離子的合成，並和 NO 結合形 成peroxinitrites，活化 MAPKs, p38 和 ERK，促進 IL-8 的產生而增強發炎，顯示 ROS 造成的氧化損傷在痤瘡病變中可能扮演重要角色(Grange, 2009)。在痤瘡發 炎的過程中，嗜中性白血球與巨噬細胞會產生ROS 以消滅 P. acnes，當巨噬細胞 為了破壞P. acnes 而產生過量的 ROS 時，會同時刺激並破壞毛囊周圍健康的組 織，增加氧化壓力，除此之外，ROS 會藉由 TLR4 活化 THP-1 細胞內的 NF-κB，
促進IL-8 的合成，進而加重痤瘡發炎的情況(圖 2-3) (Grange, 2009; Ryan, 2004;
Sarici, 2010)。
二、 基質金屬蛋白酶
(一) 細胞外基質(Extracellular matrix, ECM)
真皮層包含多種細胞外基質蛋白質(extracelluLar matrix proteins, ECMs），如：
第一型及第三型膠原蛋白（type I and III collagens）、彈力蛋白(elastin）、fibronectin 等，主要是由纖維母細胞（fibroblast）分泌。ECMs 會在分解與合成的過程中保 持 動 態 平 衡 ， 而 降 解 ECMs 的 調 控 主 要 是 受 到 基 質 金 屬 蛋 白 酶 （ matrix metalloproteinases, MMPs)以及組織中 MMPs 專一性的抑制劑（tissue inhibitor of MMPs, TIMP）二者相互作用。
(二) 基質金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinases, MMPs)
基質金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinases, MMPs)是一群含鋅的內切酶 (zinc-dependent endopeptidases)，根據受質特異性(substrate specificity)與 primary structure 分成 collagenases, gelatinases, stromelysins 與 membrane type MMPs 等(表 2-1)。MMPs 中的 collagenase subgroup 包括 collagenase-1 (or fibroblast collagenase, MMP-1), collagenase-2 (or neutrophil colagenase, MMP-8), 與 collagenase-3 (MMP-13)；而 gelatinase subgroup 包括 gelatinase A (72-kDa gelatinase, MMP-2) 與gelatinase B (92-kDa gelatinase, MMP-9)。MMPs 的生理功能為分解細胞外基質 (extracellular matrix)，在傷口癒合、真皮纖維化與腫瘤細胞轉移中扮演關鍵的角 色，對於發炎時的基質重塑(remodeling)與過度增生的皮膚疾病亦有重要的影響。
MMPs 能夠由多種不同類型的細胞產生，如纖維母細胞(fibroblasts)、角質細胞 (keratinocytes)、巨噬細胞(macrophages)、內皮細胞(endothelial cells)等，其活性 主要受到tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs)調控。
大部分 MMPs 在皮膚並不會持續表現，但是當存在外來訊息如不同的細胞
激素(IL-1, IL-6, TNF-α)、表皮生長因子(epidermal growth factors, EGF)、纖維母細 胞生長因子(fibroblast growth factor, FGF)時會誘發不同細胞 MMPs 的表現(Kahari,
1997; Chakraborti, 2003)。
表
2-1 基質金屬蛋白酶分類 (Lagente, 2005)Table 2-1 The family of matrix metalloproteinases and tissue inhibitors of metalloproteinases.
Subgroup MMP Enzyme Molecular mass (kDa) Known substrate(s)
Latent Active
cAMP metalloproteinase MMP-23
? MMP-28
Neutrophil collagenase 75
Collagenase-3 60
Xenopus collagenase 55
Collagenase-4 72
Stromelysin-1 57
Stromelysin-2 57
RASI or MMP-18 57
(human)
Enamelysin 54
Gelatinase A 72
Gelatinase B 92
Matrilysin (PUMP-1) 28
Matrilysin-2 or 30
endometase
45 Collagens I, II, III, VII, VIII; gelatin; aggrecan; versican;
proteoglycan link protein; casein; α-proteinase inhibitor;
α-macroglobulin; ovostatin; nidogen; pro-TNF; L-selectin;
MMP-2; MMP-9
?
58 Collagens I, II, III, V, VII, VIII, X; gelatin; aggrecan; α-proteinase 48 inhibitor; fibronectin
? Collagens I, II, III, IV; gelatin; aggrecan; perlecan; tenascin
? (see MMP-24)
45 Collagens III, IV, IX, X; gelatin; aggrecan; versican; perlecan;
fibronectin; laminin; elastin; casein; fibrinogen, α-macroglobulin;
ovostatin; pro-TNF; MMP-1, 7, 8, 9, 13
44 Collagens III, IV, V; gelatin; casein; aggrecan; elastin; fibronectin;
MMP-1, 8; α-proteinase inhibitor
? Aggrecan and cartilage oligomeric matrix protein; amelogenin
? Amelogenin; enamel matrix; aggrecan 66 Collagens I, IV, V, VII, X, XI, XIV; gelatin; elastin;
fibronectin; aggrecan; perlecan; versican; ß-amyloid;
pro-TNF; α-proteinase inhibitor; MMP-9, 13
86 Collagens IV, V, VII, X, XIV; gelatin; elastin; aggrecan; versican;
fibronectin; nidogen; α-proteinase inhibitor; pro-TNF
19 Collagens I, II, III; gelatin; aggrecan; fibronectin; laminin; entactin;
elastin; casein; transferring; α-proteinase inhibitor; pro-TNF;
MMP-1, 2, 9
? Collagen type IV; fibronectin; fibrinogen; beta-casein; type I gelatin; α-1 proteinase inhibitor. Is also able to activate pro-gelatinase B
45/22 Collagen IV; gelatin; elastin; α-proteinase inhibitor;
fibronectin; vitronectin; laminin; pro-TNF
? ?
? Casein
56 Collagens I, II, III; gelatin; casein; elastin; fibronectin; laminin ß chain; vitronectin; aggrecan; dermatan sulfate proteoglycan; MMP-2, 13; pro-TNF
?
52 MMP-2; gelatin; fibronectin; tenascin; nidogen; laminin
? MMP-2
? Fibrin; pro-TNF; activation of pro-gelatinase A. Does not hydrolyze collagen types I, II, III, IV, and V, gelatin, fibronectin, laminin, decorin nor α1-antitrypsin
? Specifically activates pro-gelatinase A and proteoglycans, such as dermatan sulfate and chondroitin sulfate proteoglycans. Cleaves partially fibronectin, but not collagen type I, nor laminin. Activation of pro-gelatinase A
Tissue inhibitor of MMPs TIMP-1 28.5 (glycosylated) All MMPs except MMP-14, MMP-19. Binds to pro-MMP-9
TIMP-2 21 (unglycosylated) All MMPs. Binds to pro-MMP-2
TIMP-3 27 (glycosylated) All MMPs. Binds to pro-MMP-2 and pro-MMP-9
參、 誘發發炎的訊息傳遞路徑
一、 Toll-like receptors (TLRs)
Toll-like receptors (TLRs)是一種模式識別受體(pattern recognition receptors, PRRs)，能辨別微生物與引起的免疫反應中與病原體相關的分子模式，參與多種對 抗致病微生物的宿主防禦反應(Iwasaki, 2004)。先天免疫系統(innate immune system) 被認為是非特異性，包括早期發炎反應，像是 neutrophil 和 monocyte/macrophage 的吞噬作用(phagocytosis)與補體活化(complement activation)；適應性免疫系統 (adaptive immune system)會透過辨識外來抗原，促使 T 淋巴細胞與 B 淋巴細胞(T and B lymphocytes)產生與增殖，進而誘發細胞與抗體調控免疫反應，故具有特異 性。TLRs 被認為在先天免疫反應的特異性中扮演重要的角色，而在之後的適應性 免疫反應中也有重要的影響。
目前已知有十種 TLRs，每一種都會辨識一種特定的微生物組成成分，例如：
TLR2 能辨認細菌的 peptidoglycan (PGN), lipopeptides 與 lipoteichoic acid；TLR4 能 辨認革蘭氏陰性菌之內毒素(LPS)。當 TLRs 被誘發之後會啟動數個訊息傳遞路徑，
包 括 nuclear factor-κB (NF-κB) 的 活 化 ， 最 後 會 導 致 cytokines, chemokines, antimicrobial peptides 的合成，並促進參與先天與適應性免疫反應的刺激與黏附因 子合成(圖 2-4) (Medzhitov, 2001; Medzhitov, 2000; Miller, 2007)。
近年來的研究指出 P. acnes 是藉由 Toll-like receptors (TLRs)誘發 cytokines 的反 應。P. acnes 引起的反應是藉由活化毛囊周圍皮脂腺巨噬細胞表面的 TLR2 進一步 活化下游的NF-κB。另外，研究發現除了 TLR2 knockout 的小鼠之外，在野生型、
TLR6 knockout 和 TLR1 knockout 小鼠取出的腹腔巨噬細胞中都因為 P. acnes 的誘 發而產生了IL-6 (Kim, 2002)。在人類初代單核球細胞(primary human monocytes) 中 P. acnes 會誘導 IL-12 和 IL-8 的產生，而這些 cytokines 的生成會因為 anti-TLR2-blocking antibody 而被抑制(Kim, 2005)。這些研究都證實 P. acnes 可藉由
活化TLR2 誘導促發炎細胞激素的合成。
圖2-4 Toll-like receptor signaling. (Miller, 2007)
在痤瘡病程中，MMPs 分解毛囊之基質(matrix)的同時可能吸引巨噬細胞聚集 而增加毛囊發炎的情況(Dessinioti, 2010; Kahari, 1997; Chakraborti, 2003)，Trivedi
等人為了探討參與痤瘡病程發展的基因，從 6 位痤瘡病患之痤瘡病灶與其他部位
的正常皮膚進行組織切片分析，發現相較於正常皮膚組織，痤瘡病灶有 211 基因
的正常皮膚進行組織切片分析，發現相較於正常皮膚組織，痤瘡病灶有 211 基因