本文由Franziska Rademacher、Maren Simanski、Regine Gläser和Jürgen Harder共同撰写，发表于2018年的《Experimental Dermatology》期刊。这些作者均来自德国基尔大学医院皮肤科。本文主要探讨了皮肤微生物群（microbiota）与人类三维（3D）皮肤模型之间的相互作用，旨在为皮肤微生物群研究提供新的实验模型，并减少动物实验的使用。

学术背景

皮肤微生物群是指生活在皮肤表面的微生物群落，包括细菌、真菌和病毒等。近年来，随着下一代测序技术（next-generation sequencing, NGS）的发展，科学家们能够更深入地研究皮肤微生物群的多样性和功能。研究表明，皮肤微生物群在维持皮肤屏障功能、调节免疫反应以及抑制病原微生物方面发挥着重要作用。然而，皮肤微生物群的失调与多种炎症性皮肤病（如特应性皮炎）的发生密切相关。

传统的皮肤微生物群研究主要依赖于小鼠模型，但这些模型存在伦理问题和与人类生理差异较大的局限性。因此，开发替代动物实验的体外人类皮肤模型成为当前研究的重要方向。本文综述了当前用于研究皮肤微生物群与皮肤相互作用的3D皮肤模型，并探讨了这些模型在皮肤生物学研究中的应用潜力。

研究内容与工作流程

本文主要分为两部分：第一部分介绍了基于角质层（stratum corneum）的体外模型，第二部分则详细讨论了3D皮肤模型的应用。

1. 基于角质层的体外模型

角质层是皮肤的最外层，也是微生物与皮肤相互作用的第一道屏障。为了研究皮肤微生物在更接近体内环境下的生长情况，van der Krieken等人开发了一种基于人类角质层的体外模型。该模型使用2%琼脂层和2%角质悬浮液（来自健康志愿者的足跟）来模拟皮肤表面环境。通过将不同细菌接种到角质层表面，研究人员能够在更接近体内条件下研究细菌的生长情况。该模型的优势在于操作简单、成本低廉，并且能够在32°C下培养细菌，更接近皮肤表面的实际温度。然而，该模型的局限性在于缺乏活角质细胞，无法研究微生物与活细胞的相互作用。

通过该模型，研究人员成功培养了完整的皮肤微生物群，并发现其组成和多样性在7天内保持相对稳定。此外，该模型还用于研究抗菌蛋白RNase 7在角质层中的抗菌作用。研究表明，RNase 7不仅能够抑制病原菌的生长，还能够调节共生菌（如棒状杆菌）的生长，从而参与皮肤微生物群的塑造。

2. 3D皮肤模型

3D皮肤模型是近年来皮肤生物学研究中的重要工具，能够模拟人类皮肤的结构和功能。本文详细介绍了不同类型的3D皮肤模型及其在微生物群研究中的应用。

2.1 3D皮肤模型的类型

最简单的3D皮肤模型仅包含分化的表皮层。通过将角质细胞接种到组织培养插入膜上，并在空气-液体界面培养，可以生成分化的表皮层，包括角质层。更复杂的模型则包含真皮层，通常由胶原或纤维蛋白基质和成纤维细胞组成。这些全层皮肤模型能够更好地模拟人类皮肤的结构和功能。

此外，研究人员还开发了基于诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）和微流控技术（microfluidic technology）的下一代皮肤模型。这些模型能够更精确地模拟皮肤的动态环境，并有望在未来减少对动物模型的依赖。

2.2 免疫细胞的整合

为了研究表皮角质细胞与免疫细胞之间的相互作用，研究人员开发了包含免疫细胞的3D皮肤模型。例如，将活化的CD4+ T细胞引入皮肤模型后，T细胞能够迁移到真皮层并引发炎症反应。这些研究表明，3D皮肤模型能够用于研究微生物与皮肤免疫系统之间的相互作用。

2.3 3D皮肤模型在微生物群研究中的应用

3D皮肤模型已被广泛用于研究皮肤与微生物的相互作用，尤其是金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）等常见皮肤微生物。研究表明，表皮葡萄球菌能够通过激活免疫细胞来增强皮肤防御功能，而金黄色葡萄球菌则能够引发强烈的免疫反应。此外，3D皮肤模型还被用于研究皮肤伤口感染和生物膜的形成，为开发抗感染策略提供了重要工具。

主要结果

本文综述了多种3D皮肤模型在皮肤微生物群研究中的应用，并展示了这些模型在研究微生物与皮肤相互作用中的潜力。通过3D皮肤模型，研究人员能够更深入地理解皮肤微生物群的功能及其在皮肤健康与疾病中的作用。例如，研究表明，表皮葡萄球菌能够通过分泌脂肽激活角质细胞的抗菌反应，而金黄色葡萄球菌则能够引发强烈的炎症反应。此外，3D皮肤模型还被用于研究皮肤伤口感染和生物膜的形成，为开发抗感染策略提供了重要工具。

结论与意义

本文强调了3D皮肤模型在皮肤微生物群研究中的重要性，并展示了这些模型在研究微生物与皮肤相互作用中的潜力。通过3D皮肤模型，研究人员能够更深入地理解皮肤微生物群的功能及其在皮肤健康与疾病中的作用。此外，3D皮肤模型还能够减少对动物实验的依赖，为未来的皮肤生物学研究提供了重要的替代方案。

研究亮点

本文的亮点在于全面综述了3D皮肤模型在皮肤微生物群研究中的应用，并展示了这些模型在研究微生物与皮肤相互作用中的潜力。特别是，本文详细介绍了基于角质层的体外模型和3D皮肤模型的开发与应用，为未来的皮肤微生物群研究提供了重要的实验工具。

其他有价值的内容

本文还讨论了基于iPSCs和微流控技术的下一代皮肤模型的开发前景，这些模型有望在未来进一步减少对动物实验的依赖，并为皮肤生物学研究提供更精确的实验工具。