Динамика и взаимодействие между метаболомом кожи, микробиомом и воздействием ультрафиолета

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports, ученые оценили глобальные изменения метаболического профиля кожи в зависимости от микробиоты и воздействия ультрафиолетового (УФ) света.

Справочная информация

Воздействие солнца, особенно ультрафиолетового излучения, является одним из важнейших экологических факторов, влияющих на благополучие человека. Ультрафиолетовое излучение может проходить через кожные покровы и проникать в дерму (≤200,0 мкм), вызывая молекулярные изменения, которые изменяют местную и системную среду.

Проникающая способность ультрафиолетового излучения может быть использована для оказания терапевтической помощи при кожных воспалительных заболеваниях, но также может нанести вред коже, приводя к старению и раку. Кроме того, ультрафиолетовое излучение обладает мощными иммуносупрессивными свойствами.

Метаболиты в коже, получаемые из кожного сала, пота, деградированных белков и интерстициальной жидкости, регулируют гомеостаз, гидратацию, барьерные функции, вторжение микробов, иммунологические реакции и проникновение аллергенов.

Однако влияние измененных липидных и метаболических профилей на кожу изучено недостаточно хорошо.

Кожные микробы являются резервуаром нескольких активных биологических ферментов, участвующих в молекулярном метаболизме, тем самым модулируя иммунологические реакции.

Авторы настоящего исследования ранее продемонстрировали, что кожная микробиота опосредует воздействие УФ-излучения на иммунные реакции кожи.

Об исследовании

В настоящем исследовании ученые расширили свой предыдущий анализ, изучив изменения в липидном и метаболическом составе кожи в зависимости от метаболитов ультрафиолетового излучения В (УФВ) и кожной микробиоты.

Команда подвергла шесть беззародышевых (GF) мышиных животных (лишенных кожного микробиома), пять дезинфицированных мышей (частично лишенных кожного микробиома) и десять контрольных [специфически-патогенных (SPF)] мышей с интактным микробиомом иммуносупрессивным дозам (618,0 мДж/см 2) УФ-излучения.

Они провели профилирование метаболома и липидома в образцах мышиной кожи методом сверхвысокоэффективной жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (UHPLC-MS).

В целом, целевые данные дали 34,0 целевых метаболитов и 111,0 целевых липидных молекул, в то время как 502,0 аннотированных липидных молекул и 3 161,0 неизвестных характеристик были получены с помощью нецелевых данных.

Образцы биопсии кожи были получены от мышиных животных для липидо-и метаболомического анализа. Группа провела анализ путей и использовала автоматизированную аннотацию Mummichog для получения подробной молекулярной информации.

Кроме того, были проведены частичный дискриминантный анализ по методу наименьших квадратов (PLS-DA) и анализ операционной характеристики приемника (ROC). Выбритую спинную кожу мышей дезинфицировали за день и за час до УФ-облучения.

УФ-облучение проводилось с помощью источника света с диапазоном излучения от 280 до 360 нм путем размещения устройства вверх ногами на клетках животных. Средние значения УФ-облучения лампы (мВт/см 2) и УФ-облучения (минуты) составили 2,0 и 5,42, соответственно.

Результаты

УФ-излучение дифференциально модулировало несколько метаболитов, включая холин, аланин, глутамин, гистидин и глицин, у мышей с ГФ по сравнению с контролем. Кроме того, под воздействием УФ-облучения, опосредованного кожной микробиотой, изменялись мембранные липиды, такие как фосфатидилэтаноламин (ФЭ), сфингомиелин и фосфатидилхолин (ФХ).

До УФ-облучения метаболические различия между мышами GF и контрольной группой были обусловлены в основном повышением уровня ПК, ПЭ, фосфатидилсерина и кардиолипинов и снижением уровня неизвестных метаболитов.

После УФ-облучения повышение уровня неизвестных метаболитов стало ключевым фактором, отличающим мышей GF от контрольных.

Независимо от микробиоты, воздействие УФБ снизило вариабельность с 40% до облучения до 34% после облучения. Аналогичный метаболомный сдвиг наблюдался в коже обеззараженных мышей.

Метаболом дезинфицированной кожи также показал значительные различия по сравнению с метаболомом контрольных мышей до и после УФ-облучения, в основном за счет неизвестных метаболитов с повышенным содержанием глицерофосфолипидов.

Отсутствие микробиоты последовательно снижало активность метаболизма аспартата, аланина, гистидина и пиримидина по сравнению с контролем до и после УФ-облучения.

У контрольных мышей УФ-облучение усилило метаболизм таких аминокислот, как триптофан (Trp), глицин (Gly), серин (Ser), аланин (Ala), аспартовая кислота (Asp) и аспарагин (Asn), тогда как метаболизм жирных кислот, сфинголипидов и гистидина был снижен.

Среди беззародышевых мышей отсутствие микробиоты и метаболизма микробов способствовало реакции на УФБ, при этом наблюдался повышенный метаболизм витамина B9 и пониженный метаболизм гликосфинголипидов и гистидина.

Аналогичные результаты наблюдались у дезинфицированных мышей, при этом наблюдался значительный и сильный метаболомный сдвиг, в основном за счет неизвестных молекул метаболитов с повышенным содержанием глицерофосфолипидов. Сдвиг был значительно сильнее у дезинфицированных мышей, чем у GF и контрольных мышей.

Дезинфекция кожи снижала метаболизм Asp, Asn, пролина (Pro) и аргинина (Arg), а также липид-опосредованные пути, участвующие в метаболизме арахидоновой кислоты (ARA) и эйкозапентаеновой кислоты (EPA).

У обеззараженных мышиных животных метаболизм гистидина не был подвержен влиянию УФ-облучения, хотя наблюдались сходные тенденции. Однако УФ-излучение значительно снижало гистидин-метаболизирующую активность, аналогично мышам GF.

Метаболом кожи сильно зависит от микробиоты, как это наблюдалось у беззародышевых и контрольных животных, а УФ-облучение уменьшило различия в метаболизме, обусловленные микробиотой.

Выводы

В целом, результаты исследования показали изменение липидного и метаболического профилей кожи в связи с воздействием УФБ, опосредованное кожной микробиотой.

Результаты показали, что микробы кожи содержат ферменты, которые могут использовать липиды и изменять их концентрацию в коже, потенциально способствуя иммуномодулирующим реакциям.

Истощение микробиоты увеличило метаболизм чередования и аскорбата у мышей GF, подвергшихся УФ-облучению, а активность пути фолиевой кислоты или витамина B9 была выше у мышей, подвергшихся УФ-облучению, дезинфицированных и мышей GF.

Напротив, у мышей GF, подвергшихся УФ-облучению, метаболизм гликосфинголипидов был ниже, чем у контрольных. В присутствии микробиоты наблюдался усиленный метаболизм аланина, аспартата, азота, пиримидина, гистидина и глутамата.

УФ-облучение усилило метаболизм триптофана у контрольных мышей. Выявление таких метаболических изменений может помочь в разработке новых стратегий, направленных на вмешательство в определенные метаболические пути для сохранения здоровья кожи после воздействия УФ-излучения.

https://www.news-medical.net/news/20230505/The-dynamics-and-interactions-between-the-skin-meta**bolome-microbiome-and-UV-exposure.aspx