Dans une étude récente publiée dans le Rapports scientifiques Journal, les chercheurs ont évalué les modifications globales du profil métabolique de la peau en relation avec le microbiote et l’exposition aux rayons ultraviolets (UV).
Étude: L’exposition aux ultraviolets régule le métabolome cutané en fonction du microbiome. Crédit d’image : solarseven/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
L’exposition au soleil, en particulier à la lumière UV, est un facteur environnemental critique qui influe sur le bien-être humain. Le rayonnement ultraviolet peut traverser les couches cutanées pour pénétrer dans le derme (≤200,0 µm), entraînant des changements moléculaires qui modifient les environnements locaux et systémiques.
Le pouvoir pénétrant de la lumière UV pourrait être exploité pour fournir des avantages thérapeutiques dans les troubles inflammatoires cutanés, mais peut également nuire à la peau, entraînant le vieillissement et le cancer. De plus, le rayonnement ultraviolet possède de puissantes propriétés immunosuppressives.
Les métabolites de la peau dérivés du sébum, de la sueur, des protéines dégradées et du liquide interstitiel régulent l’homéostasie, l’hydratation, les fonctions de barrière, l’invasion microbienne, les réponses immunologiques et la pénétration des allergènes.
Cependant, les effets des profils lipidiques et métaboliques altérés sur la peau ne sont pas bien caractérisés.
Les microbes cutanés sont des réservoirs de plusieurs enzymes biologiques actives impliquées dans le métabolisme moléculaire, modulant ainsi les réponses immunologiques.
Les auteurs de la présente étude ont précédemment démontré que le microbiote cutané médie les effets du rayonnement UV sur les réponses immunitaires de la peau.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont prolongé leur analyse précédente en étudiant les altérations du contenu lipidique et métabolique de la peau en relation avec les métabolites d’exposition aux ultraviolets B (UVB) et le microbiote cutané.
L’équipe a exposé six animaux murins sans germe (GF) (dépourvus du microbiome cutané), cinq souris désinfectées (partiellement dépourvues du microbiome cutané) et dix témoins [specific-pathogen-free (SPF)] souris avec un microbiome intact à des doses immunosuppressives (618,0 mJ/cm2) de rayonnement UVB.
Ils ont effectué le profilage du métabolome et du lipidome à l’aide d’échantillons de peau de souris par chromatographie liquide ultra-haute performance-spectrométrie de masse (UHPLC-MS).
Au total, les données ciblées ont produit 34,0 métabolites ciblés et 111,0 molécules lipidiques ciblées, tandis que 502,0 molécules lipidiques annotées et 3 161,0 caractéristiques inconnues ont été obtenues à l’aide de données non ciblées.
Des échantillons de biopsie cutanée ont été obtenus à partir des animaux murins pour des analyses lipidomiques et métabolomiques. L’équipe a effectué une analyse des voies et a utilisé l’annotation automatisée Mummichog pour fournir des informations moléculaires détaillées.
De plus, une analyse discriminante partielle des moindres carrés (PLS-DA) et une analyse des caractéristiques de fonctionnement du récepteur (ROC) ont été effectuées. La peau rasée du dos des souris a été désinfectée un jour et une heure avant l’exposition aux UVB.
Le rayonnement UV a été administré à l’aide d’une source lumineuse avec une gamme d’émission de 280 à 360 nm en positionnant le dispositif à l’envers sur les cages des animaux. Les valeurs moyennes de l’irradiance UVB de la lampe (mW/cm2) et l’exposition aux UVB (minutes) étaient de 2,0 et 5,42, respectivement.
Résultats
Le rayonnement UV a modulé de manière différentielle plusieurs métabolites, dont la choline, l’alanine, la glutamine, l’histidine et la glycine, chez les souris GF par rapport aux témoins. De plus, les lipides membranaires tels que la phosphatidyléthanolamine (PE), la sphingomyéline et la phosphatidylcholine (PC) ont été affectés par l’exposition aux UV, médiée par le microbiote cutané.
Avant l’exposition aux UVB, les différences métaboliques entre les souris GF et les témoins étaient en grande partie dues à l’augmentation de la PC, de la PE, de la phosphatidylsérine et des cardiolipines et à la diminution des niveaux de métabolites inconnus.
Après exposition aux UVB, des métabolites inconnus élevés étaient des facteurs de différenciation clés entre les souris GF et les souris témoins.
Quel que soit le microbiote, l’exposition aux UVB diminue la variabilité de 40 % avant exposition à 34 % après exposition. Un changement métabolomique similaire a été observé dans la peau de souris désinfectées.
Le métabolome de la peau désinfectée a également montré des différences significatives par rapport au métabolome des souris témoins avant et après l’exposition aux UV, en grande partie en raison de métabolites inconnus à teneur élevée en glycérophospholipides.
L’absence de microbiote a systématiquement réduit les activités du métabolisme de l’aspartate, de l’alanine, de l’histidine et de la pyrimidine par rapport aux témoins avant et après l’exposition aux UVB.
Chez les souris témoins, l’exposition aux UV a amélioré le métabolisme des acides aminés tels que le tryptophane (Trp), la glycine (Gly), la sérine (Ser), l’alanine (Ala), l’acide aspartique (Asp) et l’asparagine (Asn), tandis que le métabolisme réduit de des acides gras, des sphingolipides et de l’histidine, a été observée.
Chez les souris sans germes, l’absence de microbiote et de métabolisme microbien a facilité la réponse aux UVB, avec une augmentation du métabolisme de la vitamine B9 et une diminution du métabolisme des glycosphingolipides et de l’histidine.
Des résultats similaires ont été observés pour les souris désinfectées, avec un changement métabolomique important et fort, en grande partie dû à des molécules de métabolites inconnues avec une teneur élevée en glycérophospholipides. Le changement était considérablement plus fort chez les souris désinfectées que chez les souris GF et témoins.
La désinfection de la peau a réduit le métabolisme de l’Asp, de l’Asn, de la proline (Pro) et de l’arginine (Arg) et des voies médiées par les lipides impliquées dans le métabolisme de l’acide arachidonique (ARA) et de l’acide eicosapentaénoïque (EPA).
Chez les animaux murins désinfectés, le métabolisme de l’histidine n’a pas été affecté avant l’exposition aux UV, bien que des tendances similaires aient été observées. Cependant, le rayonnement UV a considérablement réduit les activités de métabolisation de l’histidine, comme chez les souris GF.
Le métabolome cutané dépendait fortement du microbiote, comme observé chez les animaux exempts de germes et témoins, et l’exposition aux UVB réduisait les différences métaboliques induites par le microbiote.
conclusion
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré des profils lipidiques et métaboliques altérés de la peau en relation avec l’exposition aux UVB médiée par le microbiote cutané.
Les résultats ont indiqué que les microbes de la peau contiennent des enzymes qui peuvent utiliser les lipides et modifier leurs concentrations dans la peau, contribuant potentiellement aux réponses immunomodulatrices.
L’épuisement du microbiote a augmenté le métabolisme alternatif et ascorbate chez les souris GF exposées aux UV, et l’activité de la voie de l’acide folique ou de la vitamine B9 était plus élevée chez les souris désinfectées et GF exposées aux UV.
En revanche, les souris GF exposées aux UV ont montré un métabolisme des glycosphingolipides inférieur à celui des témoins. En présence du microbiote, un métabolisme accru de l’alanine, de l’aspartate, de l’azote, de la pyrimidine, de l’histidine et du glutamate a été observé.
L’exposition aux UV a amélioré le métabolisme du tryptophane chez les souris témoins. L’identification de ces altérations métaboliques pourrait aider à développer de nouvelles stratégies qui interfèrent avec des voies métaboliques particulières pour préserver la santé de la peau après une exposition aux rayons UV.
