Кожная микробиота ингибирует подавление иммунитета, индуцированное ультрафиолетом

Кожа — главный барьер организма, защищающий от внешних воздействий. На ее поверхности обитает множество микроорганизмов, которые формируют кожный микробиом, уникальный для каждого человека и варьирующий на различных участках тела. Влияние на структуру микробиома оказывают как физиологические изменения в организме, так и факторы окружающей среды, в том числе ультрафиолетовое излучение. Международный коллектив ученых выяснил, каким образом некоторые кожные бактерии ингибируют иммуноподавляющий эффект фотопродукта ультрафиолетового излучения — цис-урокановой кислоты (цис-УКК).

Транс-урокановая кислота (транс-УКК) синтезируется клетками верхнего слоя кожи. Под воздействием средневолнового ультрафиолетового излучения (УФ-B) она превращается в цис-форму — цис-УКК. Эта форма обладает иммуномодулирующими свойствами. Чтобы изучить связь УФ и цис-УКК с кожной микробиотой, авторы провели эксперименты на мышах. Выбритый участок кожи у мыши на спине обрабатывали цис-УКК либо облучали УФ-B и затем изучали состав микробиоты, для чего секвенировали участки генов 16S рибосомной РНК бактерий.

Через 8 часов после обработки в обеих группах мышей сильно снижалось видовое разнообразие бактерий. Интересно, что эффекты обработки цис-УКК оказались временными, и показатели альфа- и бета-разнообразия вернулись к начальному уровню спустя 24 часа. Более детальный анализ выявил увеличение относительной численности 54 видов бактерий. У 9 видов изменения численности наблюдались как после обработки цис-УКК, так и после УФ-облучения.

Авторы статьи предположили, что увеличивается численность тех видов, которые способны использовать цис-УКК в качестве питательного субстрата. Некоторые бактерии имеют систему утилизации гистидина (Hut) — метаболический путь получения углерода и азота из органики, в которой фермент уроканаза превращает цис-УКК в 4-имидазол-5-пропионат. Исследователи провели поиск генов уроканазы hutU и ее ингибитора hutC в геномах идентифицированных бактерий. Действительно, они были обнаружены у большинства бактерий, показавших прирост численности после обработки цис-УКК.

Ученые дополнительно проверили роль hutU и hutC в метаболизме цис-УКК, проведя эксперименты in vitro. Для этого из идентифицированных бактерий они выбрали Staphylococcus epidermidis (S. epidermidis; HutU+, HutC+) и Corynebacterium singulare (C. singulare; HutU-, HutC-). При добавлении в среду цис-УКК положительные по уроканазе бактерии S. epidermidis росли быстрее, чем C. singulare, причем этот эффект исчезал при добавлении ингибитора уроканазы.

Чтобы выяснить, как кожный микробиом влияет на иммуномодулирующую функцию цис-УКК, ученые использовали мышиную модель контактной гиперчувствительности (реакции, схожей с аллергическим дерматитом) к химическому аллергену. Оказалось, что цис-УКК, подобно УФ-B, подавляет развитие аллергической реакции. Примечательно, что у мышей с удаленным кожным микробиомом (после обработки хлоргексидином) иммуносупрессивный эффект цис-УКК значительно усиливался, а также развивалась устойчивая толерантность к аллергену. Эти результаты подтверждают, что кожные бактерии могут ингибировать иммуноподавляющее действие цис-УКК.

Ключевую роль положительных по уроканазе бактерий в ослаблении цис-УКК-индуцированной иммуносупрессии установили с помощью мышиных моделей. Кожу мышей колонизировали Hut+ (S. epidermidis) или Hut- (C. singulare) бактериями. Оказалось, что заселение Hut+ бактериями нивелировало иммуноподавляющий эффект цис-УКК, в то время как Hut- бактерии такого эффекта не оказывали, и эти мыши даже становились толерантными к аллергену. Ингибирование уроканазы восстанавливало способность цис-УКК подавлять иммунный ответ у мышей, колонизированных Hut+ бактериями. Таким образом, иммуносупрессивное действие цис-УКК снижают бактерии кожи, имеющие фермент уроканазу и способные метаболизировать это вещество.

«Эти результаты открывают двери для разработки средств защиты от солнца, учитывающих особенности микробиома, с помощью которых мы не только защищаем кожу от УФ-излучения, но и принимаем во внимание, как резидентные микробы могут изменять иммунный ландшафт после воздействия», — говорит один из соавторов работы, профессор Медицинского университета Граца (Австрия) Питер Вульф.

Пребывание на солнце нарушает микробиоту кожи