头癣发病机制的研究进展

张芙蓉　杨国玲

(1.大连市友谊医院，大连 116001；2.大连医科大学附属第一医院，大连 116011)



·综述·

头癣发病机制的研究进展

张芙蓉1,2杨国玲2

(1.大连市友谊医院，大连 116001；2.大连医科大学附属第一医院，大连 116011)

头癣是一种常见的浅部真菌感染性疾病，多发生于儿童。大量流行病学资料显示其发病率逐年上升。由于头癣愈后可形成萎缩性瘢痕或永久性秃发，严重影响患者的身心健康，因此明确头癣发病机制意义重大。目前头癣的发病机制尚不清楚，国内尚无系统的相关研究综述。该文针对头癣发病机制国内外相关研究成果，从镜下真菌-头发形态学变化、头癣与蛋白酶、头癣与宿主免疫等方面详细介绍最新研究动态。

头癣；发病机制；扫描电镜；蛋白酶；宿主-免疫

[Chin J Mycol，2016，11(4):252-256]

头癣是头皮及头发的浅部真菌感染，临床上分为黄癣、白癣、黑点癣和脓癣。该病主要通过直接或间接接触患者或患病的动物而传染，易在学校和家庭中传播，可引起大规模流行[1]。头癣曾受到控制，但随着近年来人们生活方式的改变，家庭饲养宠物的流行，抗生素的滥用，皮质类固醇激素及免疫抑制剂的使用使得头癣的发病率逐年增加[2-3]。头癣的致病菌为皮肤癣菌，其主要致病菌为犬小孢子菌、紫色毛癣菌，其次为须癣毛癣菌、许兰毛癣菌、断发毛癣菌等[3]。该病好发于学龄前儿童，病情严重的可遗留萎缩性瘢痕或永久性脱发，严重影响患儿的身心健康，因此明确头癣的发病机制意义重大。目前其发病机制并不明确，并且国内外尚无系统的相关报道。因此，本文将从镜下真菌-头发形态学变化、头癣与蛋白酶、头癣与宿主免疫等几方面进行头癣发病机制的归纳和总结。

1　镜下真菌-头发的变化

早期头癣发病机制的研究主要通过电镜或光镜观察真菌入侵过程中真菌形态与头发的关系，以及真菌在头发各层的侵袭情况。如Okuda等[4-6]通过光镜及电镜分别观察了紫色毛癣菌、犬小孢子菌和红色毛癣菌等入侵毛发的过程，发现真菌在头发的各层形态学表现不同：紫色毛癣菌在弱角化的毛皮质区为弱电子密度未分隔的菌丝，随着毛发向上生长，菌丝出现分隔，胞浆里包含很多分散的致密小体，在内毛根鞘的Huxley层菌丝转变成关节孢子，占据大量的头发皮质区[4]；红色毛癣菌最初从毛小皮边缘侵入毛皮质不完全角化区，在毛皮质的外层表现为无隔菌丝；当菌丝侵入成熟的皮质和内毛根鞘后即转化为关节孢子，一些停留在原处的菌丝也转化为关节孢子继续生存，一些未转化成孢子的菌丝则降解退化[5]，与之相似，犬小孢子菌在毛皮质的外层为无隔菌丝，当入侵到角质化的内毛根鞘时也转化为关节孢子；在光镜下，一些被感染的毛囊在峡部水平可见由中性粒细胞所形成的微脓肿，部分菌丝在毛皮质降解，真菌不入侵头发的生发层[6]。Guarro等[7]通过扫描电镜及透射电镜观察了须癣毛癣菌体外降解头发的全过程：头发的降解起于头发的毛小皮及毛皮质含角蛋白少的部位，特别是细胞间隙，而非细胞间隙部分由于富含胱氨酸则较难降解；真菌侵入皮质后纤维组织先彼此分离，后被真菌从表面侵入内部，1个月后由于酶的作用头发完全降解。Lee等[8]曾从组织病理学角度探讨了10多例紫色毛癣菌在头癣的发病过程及机制，结果与Okuda等[4]的研究一致，进一步阐明了黑点癣是由于在漏斗部头发皮质完全被孢子取代，头发生长受到阻碍，脆弱的头发在漏斗部形成螺线状，而产生了黑点。Zhuang等[9]也在扫描电镜及透视电镜下观察了紫色毛癣菌的入侵头发过程，并推测真菌在入侵过程中形态学的改变可能与其寄生适应有关，而头发皮质中角蛋白纤维的降解消失可能是因为真菌分泌的蛋白酶所致，并且真菌利用降解物作为营养吸收来增殖生长。

除了电镜、光镜被用于头癣的研究工作，近年来不断发展的皮肤镜技术也逐渐被应用于头癣的诊断及致病机制的研究之中[10]。例如Lu等[11]利用皮肤镜观察紫色毛癣菌在头癣中所致的螺旋样或烟灰样头发形成机制，得出螺旋样头发为弯曲的发根和不对称断裂的皮质，烟灰样头发为不规律断裂和不完整的头发末梢。

上述研究表明真菌入侵头发过程的形态学变化大致可归纳出如下：真菌由不成熟的毛小皮处进入，在皮质层菌丝产生分隔，并转化为关节孢子，最终破坏降解头发。

2　头癣与蛋白酶的关系

镜下直观展示了真菌入侵头发整个过程中形态学的变化，对于产生这些变化的具体机制尚不清楚。皮肤癣菌入侵的过程为先与角质层接触，再与表皮上聚居的正常菌群竞争，黏附、定植并穿透角质层细胞，最终侵入角质层[12]。其中真菌需要通过降解宿主组织作为碳、氮、磷、硫的来源以获取营养，然而细胞质膜的选择性阻止了蛋白质、淀粉、纤维素及脂肪进入细胞内，因此真菌需要将它们降解成小分子物质[13]。这也是众多学者推测蛋白酶与头癣的发病机制有关的主要根据。早在1963年，Mercer等[14]就发现须癣毛癣菌在侵蚀头发的过程中分泌了一种类似蛋白酶的物质破坏了头发的双硫键，从而使头发降解消化。此后大量研究发现，此类蛋白酶包括角蛋白酶、弹性蛋白酶、胶原酶、酯酶、神经酰胺酶、磷酸酶等[12,14-15]，其中角蛋白酶的致病性比较明确。Viani等[16]通过比较有症状及无症状猫犬产生的这些酶的区别，发现有症状组的角蛋白酶的活性高于无症状组，角蛋白酶活性高的菌株感染动物模型的临床症状重，而其他的酶则未发现这种变化。在对角蛋白酶进一步进行分离、鉴定及作为抗原引起的免疫反应等研究后[17-18]，角蛋白酶中的Sub家族(丝氨酸蛋白酶)和Mep家族(金属蛋白酶)成为目前关注的热点。在分子水平上用特异性引物扩增Sub家族已得到SUB1、SUB2、SUB3、SUB4、SUB5、SUB6及SUB7七条基因[19]，Mep家族MEP1、MEP2、MEP3、MEP4及MEP5五条基因[20]。此后，进一步采用基因敲除、基因沉默等分子生物学技术对这些基因的功能进行研究后，发现MEP4、MEP5可能是须癣毛癣菌的重要致病因子，而MEP1、MEP2、MEP3的致病性相对较弱[21]。丝氨酸蛋白酶与犬小孢子菌的黏附有关，与入侵无关，尤其是Sub3[22-24]。Shi等[25]利用基因干扰技术对Sub6进行功能研究，得出Sub6基因干扰后菌株的致病性减弱，引起超敏反应的细胞因子水平降低，从而推测Sub6作为主要变应原既可以诱发急性超敏反应也可以诱发慢性超敏反应。此外，真菌外切酶(双肽基肽酶Dpps，包括Dpp Ⅳ和Dpp Ⅴ)与S9家族的丝氨酸蛋白酶高度同源，DPP Ⅳ基因在真菌关节孢子的产生、黏附和侵袭过程中高度转录，在皮肤癣菌的感染中起重要作用[26]。

由于角蛋白富含胱氨酸的二硫键，使得角蛋白酶的单独水解能力减弱，因此角蛋白的水解除了角蛋白酶，还需半胱氨酸双加氧酶及亚硫氨酸流出泵的参与[27]。皮肤癣菌在感染过程中分泌的亚硫酸盐作为还原剂，将角蛋白的胱氨酸二硫键裂解，同时产生的还原蛋白更易于真菌产生的各种内切酶及外切酶分解胱氨酸的二硫键。亚硫酸盐是皮肤癣菌在角蛋白水解过程通过半胱氨酸的氧化产生的，半胱氨酸双加氧酶可催化半胱氨酸的氧化，因此半胱氨酸双加氧酶作为皮肤癣菌的另一致病因子成为一项研究热点[28-30]。

虽然角蛋白酶、半胱氨酸双加氧酶、双肽基肽酶在头癣发病中作用确切，但是是否有其他未知蛋白酶参与发病尚未得知。杨国玲教授团队研究了犬小孢子菌在不同组织(成人头皮组织、儿童头皮组织及儿童光滑皮肤组织)诱导下表达的差异基因，构建了犬小孢子菌差异基因文库，从中筛选出在儿童头皮组织诱导培养上调表达的基因4条，分别为FSH1、PQ-LRP、P-GAL4及NADH1[31]。用半定量PCR证实PQ-LRP基因的高表达可能与犬小孢子菌的生长和致病性有关[32]；进一步用RNA干扰技术得出PQ-LRP基因抑制后犬小孢子菌形态产生变化、毒力减弱，从而推测PQ-LRP基因可能是犬小孢子菌致头癣的致病基因之一[33-34]。

3　头癣与宿主免疫

头癣的发病机制还与宿主的免疫反应有关。众所周知，头癣的临床表现轻重可以有很大的不同，轻至无炎症的感染及少许的鳞屑，重至大量脱发、脓肿及窦道。对于这一现象，有学者认为可能与宿主不同的免疫反应有关，也可能与真菌本身产生的不同物质有关，或者是多方面因素[35-36]。对于宿主的免疫反应，经典的测定方法为毛癣菌素皮肤测试[35]。如果对毛癣菌素实验表现为迟发型超敏反应(DTH)，则一般为真菌的急性感染表现，其通过激发细胞免疫，清除真菌。反之对毛癣菌素实验表现为急性超敏反应(IH)，则一般为真菌的慢性感染，临床炎症反应不重，其通过体液免疫诱发，形成IgE抗体。但体液免疫对真菌的清除无效[37]。像红斑狼疮及HIV等免疫缺陷、或皮肤屏障完整性被破坏或角化异常的患者多表现为慢性皮肤癣菌的感染[36]。像异位性皮炎的患者既有免疫缺陷又存在皮肤屏障的完整性破坏，也会对毛癣菌素皮肤测试反应出现阳性[38]。对于真菌自身方面，亲动物性真菌引起的炎症反应重于亲人性的真菌[39]，菌种间的变异也可以引起炎症的不同[40]。真菌分泌的蛋白酶在动物模型中作为抗原诱发免疫反应已被实验证实，如Broua等[41]在犬小孢子菌感染豚鼠实验中发现天然的外抗原及金属蛋白酶MEP3均可引起豚鼠的体液免疫及细胞免疫，SUB3可引起相应的IgG抗体、诱发体液免疫等。此外，还有研究比较了同时致头癣的12株须癣孢子菌产生的角蛋白酶、胶原酶及弹性蛋白酶的活性，发现不同的菌株间蛋白酶活性不同，这些蛋白酶被证实作为抗原诱发了免疫反应，因此推测蛋白酶活性的不同会引起不同的免疫反应，从而导致不同的临床表现[40]。胡莎莎等[42]通过光镜和电镜观察犬小孢子菌头癣株和体癣株对不同年龄毛发破坏的程度，发现头癣株较体癣株对毛发的破坏早且严重；患者年龄越小，毛发越易受破坏。Gümral与Al-Janabi等[43-44]观察了不同菌株入侵头发的时间，得出菌株不同，头发穿孔时间亦不同。

此外，真菌细胞的外蛋白层或者甘露聚糖也参与了免疫反应，其通过逃避宿主的免疫监视使得真菌具有适应生长的能力[45]。Sakuragi等[46]研究发现犬小孢子菌所致的头癣患者中Th17计数增加，从而推测Th17通过活化中性粒细胞加重了头癣的炎症反应。Mao等[47]揭示了核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nueleotide-binding oligomerization domain-like receptors protein 3,NLRP3)炎性小体作为固有免疫系统识别病原体的一类重要感受器，在宿主应对犬小孢子菌感染的固有免疫反应中起较重要的作用。

4　头癣与其他

头癣的好发人群为儿童，在青春期可自愈，这种现象与成人在青春期后产生了抑制及杀灭真菌的长链不饱和脂肪酸有关。此外头部的鳞屑可黏附空气中的孢子，因此头癣的发病与头部的鳞屑有关，并且皮肤屏障的完整性也是真菌感染的一大因素[48]。已有研究还报道过头癣的发病与头发的护理如发油的使用，洗头的频率以及发绳过紧等无关[49]。

5　结　　语

综上所述，头癣的发病机制概括起来为真菌黏附头发及头皮后，真菌由菌丝向孢子转化，并产生一系列蛋白水解酶水解蛋白后入侵头发，以及产生一些炎症因子引起宿主免疫反应，从而引起头癣的一系列临床症状。目前其中具体的发病机制及致病因子尚不清楚，随着后基因组时代的到来，功能基因组学的发展给未来的研究提供了更好的工具。例如基因沉默、基因敲除技术越来越多地被成功应用于皮肤癣菌的未知致病因子研究[50]中，这为未来头癣发病机制的研究提供了重要方向。

[1]余进,万结,陈伟,等.头癣暴发的分子流行病学调查研究[J].中华皮肤科杂志，2003,36(8) ：427-429.

[2]李彩霞，刘维达.我国大陆近年儿童头癣流行情况的回顾分析[J].中国真菌学杂志，2011，6(2)：77-81.

[3]Zaraa I，Hawilo A，AounaUah A，et al.Inflammatory tinea capitis：a 12-year study and a review of the literature[J].Mycoses,2013,56(2)：110-116.

[4]Okuda C,Ito M,Sato Y.Fungus invasion into human hair tissue in black dot ringworm:light and electron microscopic study[J].J Invest Dermatol,1988,90(5):729-733.

[5]Okuda C,Ito M,Sato Y.Trichophyton rubrum invasion of human hair apparatus in tinea capitis and tinea barbae:light-and electron microscopic study[J].Arch Dermatol Res,1991,283(4):233-239.

[6]Okuda C,Ito M,Sato Y,et al.Fungus invasion of human hair tissue in tinea capitis caused by Microsporum canis:light and electron microscopic study[J].Arch Dermatol Res,1989,281(4):238-246.

[7]Guarro J,Figueras J,Cano J.Degradation of human hair in vitro by Trichophyton mentagrophytes[J].Microbiologia,1988,4(1):29-37.

[8]Lee JY,Hsu ML.Pathogenesis of hair infection and black dots in tinea capitis caused by Trichophyton violaceum:a histopathological study[J].J Cutan Pathol,1992,19(1):54-58.

[9]Zhuang K,Ran X,Lei S,et al.Scanning and transmission electron microscopic observation of the parasitic form of Trichophyton violaceum in the infected hair from tinea capitis[J].Scanning,2014,36(4):465-470.

[10]Schechtman RC,Silva ND,Quaresma MV,et al.Dermatoscopic findings as a complementary tool in the differential diagnosis of the etiological agent of tinea capitis[J].An Bras Dermatol,2015,90(3):13-15.

[11]Lu M,Ran Y,Dai Y,et al.An ultrastructural study on corkscrew hairs and cigarette-ash-shaped hairs observed by dermoscopy of tinea capitis[J].Scanning,2016,38(2):128-132.

[12]Vermout S,Tabart J,Baldo A,et al.Pathogenesis of dermatophytosis[J].Mycopathologia,2008,166(5-6):267-275.

[13]Monod M.Secreted proteases from dermatophytes[J].Mycopathologia,2008,166(5-6):285-294.

[14]Mercer EH,Verma BS.Hair digested by Trichophyton mentagrophytes.An electron microscope examination[J].Arch Dermatol,1963,87(3):357-360.

[15]Giudice MC,Reis-Menezes AA,Rittner GM,et al.Isolation of Microsporum gypseum in soil samples from different geographical regions of brazil,evaluation of the extracellular proteolytic enzymes activities(keratinase and elastase) and molecular sequencing of selected strains[J].Braz J Microbiol.2012,43(3):895-902.

[16]Viani FC,Cazares Viani PR,Gutierrez Rivera IN,et al.Extracellular proteolytic activity and molecular analysis of Microsporum canis strains isolated from symptomatic and asymptomatic cats[J].Rev Iberoam Micol,2007,24(1):19-23.

[17]Descamps F,Brouta F,Vermout SM,et al.A recombinant 31.5 kDa keratinase and a crude exo-antigen from Microsporum canis fail to protect against a homologous experimental infection in guinea pigs[J].Veterinary Dermatology,2003,14(6):305-312.

[18]Brouta F,Descamps F,Fett T,et al.Purification and characterization of a 43.5kDa keratinolytic metalloprotease from Microsporum canis[J].Med Mycol,2001,39(3):269-275.

[19]Jousson O,Léchenne B,Bontems O,et al.Secreted subtilisin gene family in Trichophyton rubrum[J].Gene,2004,339(15):79-88.

[20]Brouta F,Descamps F,Monod M,et al.Secreted metalloprotease gene family of Microsporum canis[J].Infect Immun,2002,70(10):5676-5683.

[21]Zhang X,Wang Y,Chi W,et al.Metalloprotease genes of Trichophyton mentagrophytes are important for pathogenicity[J].Med Mycol,2014,52(1):36-45.

[22]Baldo A,Tabart J,Vermout S,et al.Secreted subtilisins of Microsporum canis are involved in adherence of arthroconidia to feline corneocytes[J].J Med Microbiol,2008,57(9):1152-1156.

[23]Baldo A,Mathy A,Tabart J,et al.Secreted subtilisin Sub3 from Microsporum canis is required for adherence to but not for invasion of the epidermis[J].Br J Dermatol,2010,162(5):990-997.

[24]Bǎgut ET,Baldo A,Mathy A,et al.Subtilisin Sub3 is involved in adherence of Microsporum canis to human and animal epidermis[J].Vet Microbiol,2012,160(3-4):413-419.

[25]Shi Y,Niu Q,Yu X,et al.Assessment of the function of SUB6 in the pathogenic dermatophyte Trichophyton mentagrophytes[J].Med Mycol,2016,54(1):59-71.

[26]Mathy A,Baldo A,Schoofs L,et al.Fungalysin and dipeptidyl-peptidase gene transcription in Microsporum canis strains isolated from symptomatic and asymptomatic cats[J].Vet Microbiol,2010,146(1-2):179-182.

[27]Grumbt M,Monod M,Yamada T,et al.Keratin degradation by dermatophytes relies on cysteine dioxygenase and a sulfite efflux pump[J].J Invest Dermatol,2013,133(6):1550-1555.

[28]Kasperova A,Kunert J,Horynova M,et al.Isolation of recombinant cysteine dioxygenase protein from Trichophyton mentagrophytes[J].Mycoses,2011,54(5):456-462.

[29]Kasperova A,Cahlikova R,Kunert J,et al.Exposition of dermatophyte Trichophyton mentagrophytes to L-cystine induces expression and activation of cysteine dioxygenase[J].Mycoses,2014,57(11):672-678.

[30]Kasperova A,Kunert J,Raska M.The possible role of dermatophyte cysteine dioxygenase in keratin degradation[J].Med Mycol,2013,51(5):449-454.

[31]Furong Zhang,Zhenying Zhang,Guoling Yang,et al.Analysis of the differentially expressed genes in Microsporum canis in inducing smooth skin and scalp tissue conditions[J].Clin Exp Dermatol,2011,36(8):896-902.

[32]张振颖,祝逸平,杨国玲.儿童头皮及光滑皮肤组织对体外培养犬小孢子菌PQ-LRP表达水平的影响[J].中国皮肤性病学杂志,2011,25(2):107-109.

[33]陈欣宜，杨国玲，刘健雯，等.RNA干扰技术对犬小孢子菌PQ-LRP基因沉默的研究[J].中华皮肤科杂志，2014,47(8):27-30.

[34]张芳芳，张渊，栾莉，等.PQ-LRP基因沉默对犬小孢子菌生长及毒力的影响[J].中国皮肤性病学杂志，2015，29(4):336-341.

[35]Criado PR,Oliveira CB,Dantas KC,et al.Superficial mycosis and the immune response elements[J].An Bras Dermatol,2011,86(4):726-731.

[36]Mirmirani P,Willey A,Chamlin S,et al.Tinea capitis mimicking cicatricial alopecia:what host and dermatophyte factors lead to this unusual clinical presentation[J].J Am Acad Dermatol,2009,60(3):490-495.

[37]Jones HE.Immune response and host resistance of humans to dermatophyte infection[J].J Am Acad Dermatol,1993，28(5 Pt 1):S12-S18.

[38]Woodfolk JA,Platts-Mills TA.The immune response to intrinsic and extrinsic allergens:determinants of allergic disease[J].Int Arch Allergy Immunol,2002，129(4):277-285.

[39]Elewski BE.Tinea capitis:a current perspective[J].J Am Acad Dermatol,2000,42(1Pt1):1-20.

[40]Abdel-Rahman SM.Polymorphic exocellular protease expression in clinical isolates of Trichophyton tonsurans[J].Mycopathologia,2001,150(3):117-120.

[41]Mignon B,Nikkels A,Pierard G,et al.The in vitro and in vivo production of a 31.5kDa keratinolytic subtilase from Microsporum canis and the clinical status in naturally infected cats[J].Dermatology,1998,196(4):438-441.

[42]朱敬先，胡沙沙，高顺强，等.犬小孢子菌毛发穿孔试验及扫描电镜观察[J].中国皮肤性病学杂志,2004,18(10)：577-588.

[44]Al-Janabi AA,Ai-Tememi NN,Ai-Shammari RA,et al.Suitability of hair type for dermatophytes perforation and differential diagnosis of T.mentagrophytes from T.verrucosum[J].Mycoses,2016,59(4):247-252.

[45]Zahur M,Afroz A,Rashid U,et al.Dermatomycoses:challenges and human immune responses[J].Curr Protein Pept Sci,2014,15(5):437-444.

[46]Sakuragi Y,Sawada Y,Hara Y,et al.Increased circulating Th17 cell in a patient with tinea capitis caused by Microsporum canis[J].Allergol Int,2016,65(2):215-216.

[47]Mao L,Zhang L,Li H,et al.Pathogenic fungus Microsporum canis activates the NLRP3 inflammasome[J].Infect Immun,2014，82(2):882-892.

[48]Sharma V,Silverberg NB,Howard R,et al.Do hair care practices affect the acquisition of tinea capitis? A case-control study[J].Arch Pediatr Adolesc Med,2001,155(7):818-821.

[49]Khosravi AR,Shokri H,Vahedi G.Factors in etiology and predisposition of adult tinea capitis and review of published literature[J].Mycopathologia,2016,181(5-6):371-378.

[50]Grumbt M,Defaweux V,Mignon B et al.Target gene deletion and in vivo analysis of putative virulence gene function in the pathogenic dermatophyte Arthroderma benhamiae[J].Eucaryot Cell,2011,10(6):842-853.

[本文编辑]卫凤莲

Recent advance in the pathogenesis of tinea capitis

ZHANG Fu-rong1,2，YANG Guo-ling2

(1.Dalian Friendship Hospital,Dalian 116001,2.The 1st Affiliated Hospital of Dalian Medical University,Dalian 116011)

Tinea capitis is a common superficial fungal infection of the scalp primarily afflicting young children.Epidemiologic data suggest that tinea capitis has been on the rise.The patients sometimes experience atrophic scar and permanent hair loss,especially after longstanding inflammation.So understanding the pathogenesis of tinea capitis is very significant.But at present it is not clear and there are no reviews about it in our country.This report introduced the recent research progress about pathogenesis of tinea capitis after reviewing lots of literatures.

tinea capitis;pathogenesis;scanning electron microscopic;protease;host-pathogen interactions

张芙蓉，女(汉族)，硕士，主治医师.E-mail:betty00710449@126.com

R 756.1

A

1673-3827(2016)11-0252-05

2016-02-21