Dans un article récent publié dans Rapports scientifiques, les chercheurs ont ratifié les découvertes précédentes selon lesquelles l’ozone (O3) l’exposition (à un polluant atmosphérique) modifie l’expression des peptides antimicrobiens (AMP) dans la peau avec et sans tension.
En tant qu’effecteurs clés des réponses immunitaires innées, les AMP, des peptides longs de 12 à 100 acides aminés, tuent un large spectre d’agents pathogènes. Une étude précédente a montré que la régulation positive des AMP, sensible au redox, sur O3 l’exposition a contribué au développement d’affections cutanées inflammatoires.
Étant donné que les AMP renforcent l’immunité cutanée mais contribuent à de multiples affections cutanées inflammatoires, telles que le psoriasis et l’acné vulgaire, pour n’en nommer que quelques-unes, il est crucial de déterminer si les AMP induits par l’O3 l’exposition inhibe ou favorise l’inflammation cutanée.
Sommaire
Arrière-plan
L’Organisation mondiale de la santé (OMS) déclare qu’environ 91 % de la population mondiale vivant dans les villes inhale de l’air pollué, ce qui entraîne plus de quatre millions de décès prématurés chaque année. Le Département de l’Agriculture des États-Unis (USDA) a classé les polluants atmosphériques (en fonction de leurs propriétés physiques et chimiques) en six catégories, à savoir le monoxyde de carbone (CO), l’ozone (O3), plomb (Pb), dioxyde d’azote (NO2), dioxyde de soufre (SO2), et les particules (PM), dont O3 est le plus dangereux et le plus toxique en raison de sa forte réactivité avec la peau.
Des études ont signalé des concentrations constamment élevées d’O3 dans les centres urbains, comprise entre 0,5 et 0,8 parties par million (ppm) en cas de pollution grave. La plupart du temps, les villes de l’OMS fixent un seuil d’exposition à l’ozone (0,05 ppm), de sorte que 9 personnes sur 10 respirent clairement un air gravement pollué, bien au-dessus des directives recommandées actuellement.
Notez qu’environ 90 % de l’ozone existe dans la stratosphère, où il absorbe le rayonnement ultraviolet (UV) du soleil ; cependant, ô3 a également une origine anthropique. Cet ozone reste dans la troposphère après avoir été issu du smog photochimique, c’est-à-dire de la réaction chimique entre les rayons UV, les oxydes d’azote et les hydrocarbures.
Concernant le mécanisme par lequel O3 induit des dommages cutanés, il est à noter qu’il interagit directement avec et oxyde les acides gras polyinsaturés (AGPI) et les lipides du SC, conduisant à la génération d’aldéhydes et d’espèces réactives de l’oxygène (ROS), qui favorisent davantage la toxicité de l’ozone pour perpétuer les dommages dans couches cutanées plus profondes.
La production de ROS déclenche également des réponses inflammatoires qui, à leur tour, activent des voies nocives, telles que les facteurs de transcription pro-inflammatoires (NFkβ) et les protéines kinases intracellulaires activées par les mitogènes (MAPK). Ceux-ci dégradent le tissu conjonctif dermique via les métalloprotéinases, la métallopeptidase matricielle 9 (MMP9) et d’autres médiateurs pro-inflammatoires [e.g., interleukin-18 (IL-18), IL-1β].
Polluants tels que les PM, O3et les UV peuvent activer les récepteurs d’hydrocarbures aryliques (AhR), qui, à leur tour, pourraient favoriser davantage la production de ROS et améliorer les réponses tissulaires OxInflammatory, une boucle de diaphonie vicieuse entre l’inflammation et le stress oxydatif.
Grâce à la présence de fibres élastiques dans le derme, la peau possède un degré d’élasticité mécanique qui maintient un état de tension constante, fondamental pour maintenir l’intégrité et la flexibilité de la peau. Il aide également la peau à maintenir des fonctions telles que la production de matrice extracellulaire (MEC) et la réponse aux stimuli externes.
L’homéostasie tensionnelle est l’équilibre entre les forces extracellulaires sur les cellules de la peau. [e.g., ECM] et les forces de traction générées par les cellules et est significative aux niveaux organique et cellulaire.
Les chercheurs ont développé et utilisé plusieurs modèles de peau différents pour étudier les réponses cutanées à la pollution, par exemple in vitro lignées cellulaires bidimensionnelles (2D) et modèles cutanés 3D, in vivo des modèles utilisant des donneurs animaux/humains, et ex vivo explants de peau, chacun présentant certaines limites et certains avantages.
Ainsi, bien que les lignées cellulaires 2D soient économiques, accessibles et reproductibles, elles n’ont pas réussi à générer la couche cornée (SC), la couche cutanée la plus externe fortement affectée par l’O.3 exposition. Les modèles 3D formaient le SC, mais pas toutes les couches SC. Jusqu’à présent, ex vivo Les explants de peau humaine sont les meilleurs pour examiner les réponses cutanées, car ils contiennent toutes les couches cutanées, les cellules immunitaires et les annexes cutanées, telles que les glandes sudoripares et les follicules pileux, qui produisent des AMP. Malheureusement, même ces modèles ne présentent pas la tension physiologique des tissus présente dans la peau humaine.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé le modèle TenSkin™ qui utilise ex vivo explants de peau humaine cultivés sous tension physiologiquement pertinente pour démontrer l’importance de la tension cutanée dans les interactions entre la peau et les facteurs de stress environnementaux, tels que O3.
De plus, ils ont exploré si l’homéostasie tensionnelle de la peau anticipait, retardait ou prolongeait la réponse cutanée OxInflammatory à l’O.3 par rapport à une peau non tendue exposée à l’O3.
Sur la base des conclusions d’un précédent in vitro étude, ils ont émis l’hypothèse que O3 l’exposition déclenche une régulation positive des AMP cutanés dans les tissus avec et sans tension, probablement en raison du stress oxydatif.
Trois sujets sains donnés ex vivo explants de peau humaine, dont l’équipe a cultivé 50 % sous tension physiologiquement pertinente (peau sous tension, Ten), tandis que les 50 % restants sans tension (NT).
Ils ont exposé ces explants de peau à l’O3 pendant quatre heures à une dose de 0,4 ppm. Ensuite, l’équipe a collecté des échantillons de peau à zéro, trois, six et 24 heures, T0, T3, T6 et T24. Ensuite, ils ont effectué des analyses de protéines, d’ARN et immunohistochimiques de ces échantillons. Enfin, les chercheurs ont utilisé la réaction en chaîne par polymérase quantitative en temps réel (RT-qPCR) pour quantifier l’expression des gènes.
Résultats
L’étude actuelle n’a pas pu déterminer pourquoi l’exposition à l’ozone augmente les AMP ; cependant, il a confirmé que la tension modulait les niveaux d’expression des gènes et des protéines AMP, tels que le peptide antimicrobien de la cathélicidine (CAMP)/LL-37, les bêta-défensines humaines (hBD)2/3.
Les auteurs ont également noté des réponses variables entre la peau cultivée sous tension et sans tension lors de l’évaluation des marqueurs OxInflammatory, notamment la cyclooxygénase-2 (COX2), l’AhR, la MMP9 et le 4-hydroxy-nonénal (4HNE).
Les résultats de l’étude ont confirmé la corrélation entre les AMP et les marqueurs du stress oxydatif lors de l’exposition à l’O3 dans des tissus cultivés avec et sans homéostasie tensionnelle. De plus, les chercheurs ont détecté une augmentation anticipée (T0, T3) de certains niveaux de protéines, notamment hBD3 et cyclooxygénase-2 (COX2), dans la peau sans tension par rapport à la peau sous tension lors de l’O.3 exposition.
Conclusions
La présente étude a ratifié les découvertes précédentes selon lesquelles la pollution induit l’expression cutanée des AMP via la signalisation redox. Plus important encore, cette étude a validé les connaissances selon lesquelles l’utilisation de biopsies cutanées est idéale pour examiner les réponses cutanées. Ainsi, le modèle Ten Bio pourrait s’avérer bénéfique pour étudier les polluants qui interagissent avec le SC, réaliser des tests physiologiques, tels que des tests d’administration de médicaments, et évaluer des aspects ressemblant beaucoup à des réponses biologiques.
Les études futures devraient se concentrer sur la collecte de données concernant les mécanismes moléculaires régissant les réponses de tension cutanée à l’expression de l’AMP induite par des facteurs de stress environnementaux et au stress oxydatif pour obtenir un aperçu des scénarios réels.
