皮膚是脊椎動物與外界環境之間的主要物理屏障。皮膚微生物的特征對于了解宿主如何與其微生物共生進化、免疫系統發育、診斷疾病以及探索可能影響人類得人畜共患病的起源至關重要。

        盡管目前對人類微生物群進行較多的研究，但對于其他哺乳動物、兩棲動物、鳥類、魚類和爬行動物的皮膚微生物群我們卻知之甚少。

        本綜述的目的是總結如何利用高通量測序更好地了解與脊椎動物類成員相關的皮膚微生物，將探討皮膚微生物類群與脊椎動物之間的聯系，包括地理位置、生物性別、動物互作、飲食、圈養、母親轉移和疾病。關于宿主進化史與它們的皮膚微生物群落或系統共生的平行模式的最新文獻也將被分析。在設計未來的微生物組研究時，如益生菌研究和瀕危動物的保護策略研究，必須考慮這些因素，以確?；A研究得出的結論能轉化為有用的應用。

水生哺乳動物

        為了進一步保護海洋，對水生哺乳動物的皮膚展開了研究。迄今為止，已對座頭鯨、海豚和虎鯨等鯨類進行了采樣。海豚和虎鯨的微生物群落之間存在顯著差異。來自北太平洋、南太平洋和北大西洋的56頭座頭鯨（巨翅目新翼鯨）的皮膚活檢和脫落的皮膚顯示，嗜冷桿菌屬和黃桿菌屬是這些自由游動的鯨魚的核心屬。在經歷合成代謝和分解代謝狀態的座頭鯨之間這兩個屬的豐度有顯著差異。

圖1 影響微生物組成的因素

        處于不同地理位置鯨類皮膚微生物群不同（圖1）。具體來說，近海寬吻海豚的皮膚微生物多樣性比沿海寬吻海豚高，而沿海寬吻海豚由于受到沿海徑流的影響，個體之間的皮膚微生物更為相似。座頭鯨的皮膚微生物群與周圍的海水微生物截然不同。同樣，圈養海豚的皮膚微生物群與被飼養的環境、食物和空氣相關。盡管不同環境的樣本可能會相互接觸，但每個環境都保持著一個獨特的微生物群。未來的研究旨在為改善受皮膚病影響的野生動物的提供保護，因此需對野生動物進行采樣，以獲取最準確的皮膚微生物群落信息。

鳥類

        鳥類皮膚微生物受性別、物種、年齡和棲息地的影響（圖1）。歐洲椋鳥（Sturnus vulgaris）和藍鳥（Sialia sialis）具有明顯的性別依賴性多樣性，其微生物類群與取樣的羽毛相關。這些變化可能是由于兩性之間的生理變化，如pH。相比之下，雄性和雌性禿鷹的皮膚微生物沒有發現差異。鳥類皮膚微生物也與巢穴的位置和建成時間長短有關。

       鳥類是群居動物，其社會性結構有助于細菌的傳播。例如，從斑馬雀（Taeniopygia guttata）的羽毛感染了地衣芽孢桿菌，導致了口腔-糞便-生殖器的傳播途徑。感染先導致自體感染，繼而發展為群居性感染，其傳播速率因生物學性別而異。體型較大的歐洲椋鳥的羽毛上有更多的細菌。此外，根據培養結果，共享同一個巢穴的藍鳥傳播羽毛細菌。微生物的某些子集被歸類為“羽毛降解細菌”，影響羽毛的生長，進而影響鳥類的健康。對三種雀鳥進行了比較。盡管飲食和環境相同，但每種雀鳥都有不同的整體皮膚群落，盡管它們共享保守的核心OTUs。

        食腐鳥的飲食習慣會改變它們皮膚微生物的多樣性。兩種新大陸禿鷲的皮膚微生物超過它們了腸道微生物的多樣性（分別為528和72OTUs）。頻繁接觸尸體可以導致皮膚微生物多樣性的增加。梭菌和梭桿菌是禿鷹皮膚上的優勢菌。

        很少有對動物進行從棲息地收集核酸序列的病毒組研究。高通量測序研究15只健康雞（家養雞Gallus），并確定它們的皮膚主要被皰疹病毒感染。作者假設這些病毒來自疫苗接種或無癥狀感染引起的。此外，雞的皮膚顏色也不同于爬行動物和人類。值得注意的是，雞皮上沒有乳頭狀瘤病毒和多瘤病毒，這兩種病毒通常在人類皮膚上檢測到。

爬行動物

        盡管爬行動物的皮膚感染與病毒、細菌、真菌和寄生蟲有關，但很少有研究關注爬行動物皮膚微生物群。通過對科莫多龍（Varanus komodeoensis）口腔和皮膚微生物群的研究發現，圈養的龍與其圍欄有相似的微生物群落組成和物種豐富度（圖1）?？颇帻埰つw微生物群的多樣性高于口腔或糞便微生物群。優勢菌包括類桿菌和硬桿菌。

 

        爬行動物容易受到主要為革蘭氏陰性共生細菌的感染，包括氣單胞菌、克雷伯氏菌、變形桿菌、假單胞菌和沙門氏菌。在美國，真菌性皮炎已經影響了許多爬行動物物種，包括響尾蛇（Sistrurus miliarius barbouri）、高托蛇（Thamnophis sirtalis）和帶狀蛇（Thamnophis saulitis）。真菌感染導致了歐洲和北美蛇高死亡率。

        一項對東部馬薩烏加蛇（Sistrurus catenatus）的研究確定，受感染的蛇更有可能擁有大量的沙雷菌和Janthinobacterium。受感染的蛇體內的一部分OTU（如木聚糖微生物和纖維素微生物）減少，進一步表明蛇真菌病改變了皮膚微生物群。

        另一項研究確定，木響尾蛇（Crotalus horridus）和黑尾蛇（Coluber scrynor）的蛇種群之間的微生物群落沒有顯著差異，表明對模型生物的蛇真菌病研究可廣泛應用于多種蛇種。未來的研究將能夠利用這些發現來研究“保護性微生物群”是否有助于保護工作。例如，可以從實驗確定對皮膚疾病具有保護作用的微生物創建皮膚益生菌培養物。

        更多的研究集中在爬行動物皮膚病毒組與疾病的關系。爬行動物的皮膚微生物群研究集中在蜥蜴病毒組。多種病毒與致命的皮膚損傷有關，包括蛙病毒、腺病毒和呼腸孤病毒。皰疹病毒目前正在感染野生和圈養的海龜和烏龜，造成壞死性病變。受影響物種包括阿根廷烏龜（Chelonoidis chilenis）、地中海烏龜（testudo屬）、太平洋池塘烏龜（actiemys marmorata）和彩繪烏龜（chrysemys picta）。纖維乳頭狀瘤病影響野生海龜種群，尤其是綠海龜、紅海龜和橄欖里氏海龜（Chelonia mydas、Caretta caretta和Lepidochellys olivaca）。這種病毒感染已在全球蔓延，目前還沒有在野生動物中預防傳播的措施。

 

        其他皮膚相關感染，如包涵體?。↖BD），由逆轉錄病毒科病毒引起。IBD主要分布在非洲、澳大利亞、歐洲和北美的博伊德蛇，包括緬甸蟒蛇。據證實，爬行動物的皮膚含有幾種病毒，這些病毒可導致病變和過早死亡。需要健康和患病皮膚樣本高通量數據來實施保護措施。

兩棲動物

        為建立兩棲動物的微生物群落集，對許多兩棲動物物種皮膚微生物群進行了采樣，皮膚真菌感染導致兩棲動物種群減少。野生虎蠑螈（虎紋龍眼）、西部脊索蛙（三色假斑蛙）和北部豹蛙（石斑蛙）的微生物多樣性與人類皮膚相似。在兩棲動物皮膚上觀察到的18種細菌中，酸桿菌、放線菌、擬桿菌、藍藻、硬桿菌和變形桿菌最為豐富。

        觀察到皮膚細菌向四趾蠑螈胚胎的傳播。這些蠑螈可以使用至少兩個雌性卵的公共巢穴，這提高了后代的存活率。這些公共巢穴更有可能含有抑制真菌瑪麗安娜蟲的皮膚細菌，而這種真菌對四趾蠑螈是致命的。只有27%的雌性擁有這些有益的皮膚細菌，并且有多只雌性與一個巢穴接觸，這導致它們的生存率高于其皮膚群落中抗真菌細菌含量較低的獨居巢穴。

        兩棲動物有不同的皮膚微生物群落，這取決于它們生命周期的當前階段。蝌蚪在經歷變形之前與不同的皮膚微生物有關。

        火腹蟾蜍（bombina orientalis）不同身體部位微生物存在差異，野生蟾蜍背側的多樣性和豐富度高于腹側，而圈養蟾蜍則相反。由于一些非人類脊椎動物的研究使用一個拭子來取樣所有的身體部位，未來的皮膚微生物組研究應該對每只動物的多個身體部位取樣，以評估皮膚群落的異質性。

        兩棲動物的皮膚細菌群落受飲食影響，而微生物群也可能影響它們的行為（圖1）。例如，為圈養的紅眼樹蛙（石蛙）提供富含類胡蘿卜素的飲食可增加皮膚細菌的豐富性和豐度，包括葡萄球菌、黃桿菌、克雷伯氏菌和檸檬酸桿菌的增加。

       地理位置和季節變化都與兩棲動物皮膚種群的變化有關（圖1）。對紅頰蠑螈（Plethodon jordani）的一項研究表明，采樣的蠑螈與潮濕的森林地面殘骸共享其最豐富的細菌類群。相比之下，紅背蠑螈、東部蠑螈（綠背蠑螈）和幼體牛蛙（Rana catesbieana）的皮膚拭子樣本不同于它們居住的水域；同居于同一池塘的兩棲動物不是影響它們群落結構的重要因素。在低地豹蛙（Lithobate yavapaiensis）中觀察到季節性變化，這可能與疾病發生率有關，因為蛙類在冬季感染樹枝狀芽孢桿菌的風險更高。

        兩棲動物皮膚微生物群落也可能受到周圍環境中污染物的影響，可能降低皮膚的防御和免疫力。對佩雷斯蛙（Pelophylax Perezi）的研究表明，生活在富含金屬環境中的青蛙與未受污染環境中的青蛙相比，具有明顯的皮膚微生物群特征。所有青蛙皮膚樣本均顯示，細菌主要來自放線菌和α-變形菌分類群，而來自受污染部位的細菌有更多的與酸性金屬污染水相關，如摩拉氏菌、分枝桿菌和水桿菌。因此，對周圍的土壤或水進行生物和非生物成分的測試，可能會對影響皮膚微生物群落組成的因素提供更多的見解。

        與先前哺乳動物的數據相似，野生兩棲動物的皮膚上的細菌多樣性水平高于圈養的同一物種（圖1）。野生紅眼樹蛙（學名龍蛙）皮膚上的細菌OTU數量是其圈養同類的兩倍以上，這表明圈養動物的多樣性顯著降低。巴拿馬金蛙（Atelopus zeteki）在野生和圈養標本之間的皮膚上擁有大約70%的細菌OTU，盡管在豐富度、群落結構和系統發育方面仍存在顯著差異。

        大約30%的兩棲動物物種面臨滅絕?？紤]到兩棲動物皮膚對皮膚感染的敏感性，在脊椎動物類中已經進行了相對較好的研究，以防止野生種群內的感染，如與雷氏病毒、真菌性皮炎和乳糜支原菌病相關的感染。從受傷的地獄蜥蜴的皮膚中培養出多種真菌，包括頂孢菌、枝孢菌、彎孢菌、鐮刀菌、鏈霉菌和青霉。

         兩棲動物的皮膚微生物群可能對皮膚病原體有保護作用。樹突狀芽孢桿菌是一種引起乳糜支原體病的真菌病原體，是兩棲動物種群減少的主要原因。盡管樹突狀芽孢桿菌與改變的皮膚微生物群有關，但已知共生皮膚細菌產生抑制這種病原體的抗真菌次級代謝產物。從紅背蠑螈中分離出四個細菌屬（即芽孢桿菌屬、幾丁質噬菌體屬、紫色桿菌屬和假單胞菌屬）的成員，并通過體重減輕和肢體抬起測定其預防樹枝軟化癥相關臨床癥狀的能力。

         盡管所有這些細菌協同作用以防止感染，但芽孢桿菌和幾丁質噬菌體的共培養對抑制真菌病原體最有效，并且這種抑制與代謝物色氨酸的產生有關。根據不同的皮膚微生物群，觀察到兩個密切相關的蛙種（即，Rana Sierra和Rana Muscosa）對樹突狀芽孢桿菌感染有不同的反應。

魚

        通過對多種魚類皮膚微生物分析，可以了解微生物在宿主健康中的作用，這對漁業和水產養殖業具有經濟意義。對北海鱈魚（gadus morhua）的早期培養研究表明，魚類的皮膚細菌豐度可能經歷季節性變化。主要培養分離菌株包括假單胞菌、嗜鉻桿菌、棒狀桿菌、黃桿菌和弧菌。在所有魚類物種中都觀察到了核心OTU Aeribacilus，而其他OTU則反映了物種特定的分布。對野生鰻魚（鰻鱺屬）粘液的分析表明，與弧菌屬相關的黏膜病原體非常豐富，這表明野生鰻魚是它們進化和分布的一個生態位。對居住在墨西哥灣的6種魚類的102條魚類進行的研究確定，每種魚類都有一個獨特的皮膚群落。

        魚類皮膚微生物群落有季節性變化，有時與地理位置相結合。這些變化可能是由于浮游生物繁殖的時間和周圍水域微生物群落的變化?？赡苡绊懰つw微生物群的其他因素包括pH、溶解氧濃度和溫度。位于溫暖水域的魚類中嗜鹽菌比例較高，而海岸線附近的魚類中耐鹽細菌比例較高。鮭魚也有不同的細菌群，這取決于它們是在海洋環境還是淡水環境中。然而，最近一項關于養殖鮭魚的研究發現，魚類的微生物群落與其周圍的水之間幾乎沒有相關性。。與其他脊椎動物一樣，地理位置也顯著影響了六種魚類的細菌群落。

 

        魚皮微生物群也可以根據宿主的代謝狀態和相互作用而改變（圖1）。被剝奪食物的鮭魚（Salmo Salar）在細菌和真菌群落組成和密度上有顯著差異，這被認為是粘膜細胞數量減少的結果。對44種珊瑚礁魚類的研究確定，宿主飲食和系統發育都影響皮膚微生物群落。作者提出了兩個假設來解釋這一結果。首先，各種飲食可能導致魚類腸道微生物群的轉變，在水生環境中，這些微生物群會間接轉移到皮膚上。另外，飲食的變化會導致表面粘液成分中代謝物的變化，從而改變微生物群落。對魚類微生物群的另一個影響是相互作用。與?？嘘P的小丑魚的皮膚微生物群發生了顯著的變化。當微生物直接在動物之間轉移時，這種可逆的轉變很可能發生；然而，粘液厚度或化學底物的變化也可能造成這種轉變。

 

        為了防止對漁業和水產養殖業造成巨大的經濟損失，研究了魚皮微生物群和相關皮膚病原體的組成。例如，虹鱒皮膚的定植是病原體鰻弧菌向身體其他區域傳播疾病的一個重要步驟。魚類也被證明擁有有益的皮膚細菌，有助于預防感染。例如，虹鱒魚的皮膚上有共生乳酸菌，通過產生抑制性化合物和超過營養物質的競爭，防止了乳球菌的定植。此外，黃尾金魚（seriola lalandii）的腸道健康有助于界定皮膚和鰓微生物群落。慢性淋巴細胞性腸炎的魚類總體多樣性較低，變形桿菌和放線菌門成員增加。因此，腸道疾病有可能影響皮膚微生物群。

 

        關于魚類微生物群研究的方法中，在處理前取樣的魚類生物學重復具有更多的變異性，這意味著網捕和處理魚類的過程會改變取樣的皮膚微生物群。由于與海床接觸產生的沉積物污染和魚類胃腸道內容物的釋放，拖網捕撈的魚類微生物比用餌線捕獲的要豐富。此外，由于水中細菌數量的不同，鮭魚在其產卵場的微生物比其海洋棲息地高。魚類的真正皮膚微生物密度可能高出幾個數量級，因為培養技術只是的到了整個微生物群落的一個子集。

         

         現在，大多數皮膚微生物組的研究都集中在人類、寵物、家畜及兩棲動物。魚類和鳥類受到的關注較低，并且現有許多研究都是以養殖為基礎的。探討爬行動物的皮膚微生物群的研究很少。這篇綜述的目的是總結利用高通量測序的研究，以更好地了解與脊椎動物相關的皮膚微生物。

結論

        1、海豚和虎鯨的微生物群落之間存在顯著差異。來自北太平洋、南太平洋和北大西洋的56頭座頭鯨（巨翅目新翼鯨）的皮膚活檢和脫落的皮膚顯示，嗜冷桿菌屬和黃桿菌屬是這些自由游動的鯨魚的核心屬；

        2、食腐鳥的飲食習慣會改變它們皮膚微生物的多樣性，頻繁接觸尸體可以導致皮膚微生物多樣性的增加。梭菌和梭桿菌是禿鷹皮膚上的優勢菌；

        3、圈養的科莫多龍與其圍欄微生物群落組成和物種豐富度相似，龍皮膚微生物群的多樣性高于口腔或糞便微生物群，優勢菌包括類桿菌和硬桿菌；

       4、皮膚真菌感染導致兩棲動物種群減少，野生蟾蜍背側的多樣性和豐富度高于腹側，而圈養蟾蜍則相反；

       5、地理位置是微生物群落組成的重要預測因子；

       6、生活在富含金屬環境中的青蛙與未受污染環境中的青蛙相比，具有明顯的皮膚微生物群特征；

       7、每種魚類都有一個獨特的皮膚群落，腸道疾病有可能影響皮膚微生物群；

       8、提高微生物多樣性的特應性皮炎治療可以改善病情。

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        參考文獻：

Charles JS , James MN , et al . Airway response to respiratory syncytial virus has incidental antibacterial effects. Nature Communications . 2019.05.17