L'àcid propiònic produït per la fermentació de Cutibacterium Acnes millora la síntesi de melanina

Contacte: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Correu electrònic:audrey.hu@wecistanche.com

Hsin‑Jou Kao1, Yan‑HanWang2, Sunita Keshari3, John JacksonYang3, Shinta Simbolon1, Chun‑Chuan Chen1 i Chun‑Ming Huang1*

La irradiació ultraviolada indueix l'acumulació de melanina, que es pot reduir mitjançant l'ús de productes químics per blanquejar. Tanmateix, les preocupacions de seguretat associades d'aquests productes han impulsat la recerca d'alternatives naturals i inofensives. Aquest estudi pretenia identificar una formulació àcida natural per reduir la pigmentació de la pell. El metabòlit àcid propiònic (CH3CH2COOH, PA) va ser l'àcid gras més abundant en el filtrat de la fermentació de Pluronic F68 (PF68) de Cutibacterium acnes (C. acnes) i va reduir els melanòcits positius per DOPA inhibint significativament l'activitat de la tirosinasa cel·lular mitjançant la unió a la receptor 2 d'àcids grassos lliures (FFAR2). A més, el tractament amb PA de 4 mM no va alterar la proliferació de melanòcits, cosa que indica que és una solució eficaç per a la hiperpigmentació, sense causar danys cel·lulars. També es va observar la reducció de l'activitat de la tirosinasa i dels melanòcits positius per DOPA en el teixit de la pell de l'oïda de ratolins injectat amb una barreja de C. acnes i PF68, donant suport que la inhibició de la melanogènesi és probable que estigui mediada a través dels metabòlits de fermentació de la C. acnesfermentació utilitzant PF68 com a font de carboni. A més, PA no va afectar el creixement dels seus bacteris progenitors C. acnes, per tant, és un potent metabòlit de fermentació que no altera l'equilibri del microbioma de la pell.

La pell actua com a interfície entre el cos humà i el medi extern proporcionant defensa contra patògens, danys físics i ultraviolats1. Si la pell humana està sobreexposada a la radiació ultraviolada (UVR) que influeix en la funció i la supervivència de molts tipus de cèl·lules, induint la inflamació de la pell, que pot provocar càncer2,3. El dany de l'ADN induït per UV activa els senyals de reparació cel·lular per produir melanina als melanòcits, donant lloc a la pigmentació de la pell4,5. La superfície de la pell humana sana està colonitzada per un entorn divers de microorganismes, molts dels quals són inofensius com a comensals o patògens oportunistes6,7. Els probiòtics són exemples habituals de bacterioteràpia amb potencial per a la fotoprotecció al retardar els signes de l'envelliment de la pell i mitigar els efectes de la infamació de la pell induïda pels UV3,8,9. Per exemple, els bacteris probiòtics de l'àcid làctic prevenen notablement les reaccions inflamatòries, al·lèrgiques i la immunosupressió induïdes pels UV a la pell10. A més, la capacitat de Cutibacterium acnes (C. acnes), un bacteri predominant en el microbioma de la pell, per produir porfirina en resposta a la radiació ultraviolada el converteix en un biomarcador important pel seu paper en la protecció i la prevenció del desequilibri2,11,12, per tant és d'interès pràctic13. Els estudis van revelar que el filtrat de fermentació (GFF) va reduir la melanina a les cèl·lules de melanoma humà, reduint així la pigmentació de la pell14. Els àcids grassos lliures (FFA) tenen efectes reguladors notables sobre la melanogènesi i l'activitat de la tirosinasa suprimida en cèl·lules de melanoma murí B16F10 cultivades15. La majoria de les opcions de tractament per a la hiperpigmentació bloquegen la conversió de la tirosina en melanina, actuant com a inhibidor de la tirosinasa, un enzim regulador clau necessari per a la biosíntesi de melanina16. Recentment, l'ús extensiu d'agents per blanquejar la pell, com els compostos fenòlics i de mercuri, en formulacions cosmètiques ha generat serioses preocupacions de seguretat17. A més, FFAR2 (també conegut com GPR43) està present en una varietat de teixits com la medul·la òssia, la melsa i la pell normal18 i és un objectiu de fàrmacs prometedor per a l'obesitat, la colitis i algunes respostes inflamatòries19. FFAR2 és un receptor d'àcids grassos de cadena curta (SCFA) amb longituds de cadena inferiors a sis carbonis, com ara acetat, butirat i propionat, l'agonista més potent de FFAR220,21. Anteriorment, vam demostrar que la derrota in vivo de FFAR2 a la pell del ratolí bloquejava la mediació de l'àcid butíric de la irritació UV3.

C. acnes is abundant on the human skin surface accounting for>60 per cent dels bacteris2. A més, l'àcid propiònic (PA), un metabòlit de fermentació de C. acnes, i els seus derivats esterificats actuen com a agent antimicrobià potencial contra Staphylococcus aureu11,22 i els recobriments de poli(òxid d'etilè) són un mètode prometedor per evitar infeccions23. Els bacteris probiòtics comensals de la pell poden inhibir el creixement de USA300 mitjançant la fermentació de poli (etilenglicol) dime-metacrilat com a iniciador de fermentació selectiu24. PF68, un polímer basat en PEG, és un portador de gel estable per a agents antimicrobians, augmentant la solubilitat superficial del fàrmac, i s'utilitza habitualment en el tractament de ferides infectades sense cap efecte secundari perceptible25. En aquest estudi, vam determinar que PF68 com a compost derivat de polímers és un agent potencialment segur i eficaç i l'aplicació de metabòlits de la fermentació de PF68 per part de la pell comensal C. acnes podria inhibir la hiperpigmentació o la melanogènesi de la pell induïda pels UV.

Beneficis de cistanche tubolosa: inhibeix la melanogènesi de la pell.

Mètodes

Declaració ètica.

Aquest estudi es va dur a terme en estricte amb un protocol aprovat del Comitè Institucional de Cura i Ús d'Animals (IACUC) a la National Central University (NCU), Taiwan (NCU-106-016) i d'acord amb les directrius Arrive (https://arriveguidelines). .org/). Els ratolins de l'Institut d'Investigació del Càncer (ICR) (femelles de 8 a 9 setmanes; Centre Nacional d'Animals de Laboratori, Taipei, Taiwan) es van sacrificar amb CO2 en una caixa tancada. Tots els mètodes es van dur a terme d'acord amb les directrius i regulacions pertinents

Cultiu bacterià.

C. acnes (ATCC 6919) es va cultivar en medi de clostridi reforçat (RCM, Oxford, Hampshire, Anglaterra) en condicions anaeròbiques mitjançant un Gas-Pak (BD, Sparks, MD, EUA). Els bacteris es van cultivar a 37 graus fins a la fase de creixement logarítmic. Els pellets bacterians es van recollir per centrifugació a 5, 000 x g durant 10 min, es van rentar en solució salina tamponada amb fosfat (PBS) i després es van suspendre en PBS o RCM per a més experiments.

Fermentació bacteriana.

C. acnes (105 unitat formadora de colònies (CFU)/ml) es va incubar en 10 ml de TSB en presència o absència del 2% de PF68 (BASF, NY, EUA) en condicions anaeròbiques mitjançant Gas-Pak a 37 graus. PF68 sol a TSB es va incloure com a control. El 0,002 per cent (p/v) de vermell de fenol (Sigma) a TSB va servir com a indicador de fermentació. Un canvi de color de vermell-taronja a groc va indicar l'aparició de fermentació bacteriana, que es va detectar per densitat òptica a 560 nm (OD560).

Anàlisi de cromatografia de gasos-espectrometria de masses (GC-MS).

C. acnes (105 CFU/mL) es va incubar en TSB (10 mL) en presència d'un 2% de PF68. Després de 1-dia, el medi fermentat es va centrifugar a 5000 g durant 10 min i el sobrenedant es va utilitzar per a la detecció de SCFA mitjançant el protocol publicat anteriorment26. Els nivells d'àcid acètic (AA), PA, àcid butíric (BA) i àcid isobutíric (I-BA) en els medis de fermentació es van quantificar mitjançant una corba de calibratge feta a partir de sis nivells diferents de zero mitjançant l'estàndard de prova FFA ( Restek Corporation, Bellefonte, PA, EUA) que es dilueix a 500-, 1,000-, 2,000-, 5,000- i 10,000- plegar.

Cultiu de cèl·lules de melanoma B16F10.

La línia cel·lular de melanoma B16F10 va ser amablement proporcionada pel Dr. Richard Gallo, Universitat de Califòrnia a San Diego, EUA, i el Dr. Cheng Ching-Yi, Universitat de Ciència i Tecnologia de Chang Gung, Taiwan. Les cèl·lules es van cultivar en el medi d'àguila modificat de Dulbecco (DMEM, Life Technologies, Carlsbad, CA, EUA) complementat amb un 10% de sèrum fetal boví (FBS, Life Technologies) i un 1% de penicil·lina-estreptomicina (Life Technologies) a 37 graus i 5% CO2. Les cèl·lules es van cultivar fins al 70-80 per cent de confluència i després es van subcultivar amb àcid tripsina-etilendiaminotetraacètic (EDTA, Life Technologies).

Reacció en cadena de la polimerasa quantitativa de transcripció inversa (RT-qPCR).

Es va utilitzar RT-qPCR per estudiar l'expressió gènica de la tirosinasa en cèl·lules de melanoma B16F10 tractades amb PA 4 mM durant 48 h. L'ARN cel·lular total es va extreure mitjançant un kit Quick-RNA MiniPrep (Zymo Research, CA, EUA), seguida de la transcripció inversa a l'ADNc mitjançant el kit de síntesi d'ADNc iScript (Bio-Rad, Hercules, CA, EUA) i es va amplificar per RT-qPCR a un sistema ABI 7300 (Applied Biosystems, Waltham, MA, EUA). El llindar de cicle comparatiu (ΔΔCT) es va utilitzar per determinar la quantificació de l'expressió gènica. El nivell gènic de la gliceraldehid 3-fosfat deshidrogenasa (GAPDH) es va utilitzar per a la normalització del gen de la tirosina cinasa. El primer per a tirosinasa i GAPDH són 5′-TGACAAAGCCAAAACCCCCA-3′ (en endavant); 5′-TTGTTCAAAAATACTTCCAGTGTGT-3′ (marrrera) i 5′-TGTGTCCGTCGRGGATCTGA-3′ (davant); 5′-GATGCCTGCTTCACCACCTT3′(invers).

Activitat de la tirosinasa cel·lular després de la derrota del gen FFAR2.

Les cèl·lules de melanoma B16F10 es van sembrar a una densitat de 5 × 104 cèl·lules/pou en plaques de 24-pous. A més, les cèl·lules es van tractar amb un antagonista selectiu FFAR2 GLPG0974 (0, 1 µM, GLPG) i PA (4 mM) i es van incubar a 37 graus en un 5% de CO2 durant 24 h. Les cèl·lules es van tripsinitzar i lisar amb tampó RIPA (Thermo Fisher Scientific, NJ, EUA). Les cèl·lules lisades es van congelar a -80 graus i es van descongelar dues vegades seguit de centrifugació a 12,000 rpm durant 10 min. El sobrenedant es va barrejar amb 1 ug/mL de Levodopa (L-DOPA, Sigma) en una proporció de 2:1 en una placa de pous 96-, es va incubar a temperatura ambient (RT) durant 1 h i OD a 475 nm. detectat27.

per a què serveix el cistanche: redueix l'activitat de la tirosinasa

Etiquetatge BrdU.

Les cèl·lules de melanoma B16F10 es van cultivar en 8-diapositives de cambra de pous (Thermo Fisher Scientific) en DMEM amb un 10 per cent de FBS, penicil·lina i estreptomicina fins que es va aconseguir un 70 per cent de confluència. Es va afegir bromodeoxiuridina (10 μM, BrdU, ACROS, Nova Jersey, EUA) al medi de cultiu juntament amb 4 mM de PA. BrdU afegit amb PBS en medis de cultiu es va incloure com a control. Després de 24 h, les cèl·lules es van fixar amb un 4% de perfluoro Roxy (PFA, Sigma) i després es van permeabilitzar amb un 0,2% de Triton X-100 (Sigma) durant 10 min. A continuació, les cèl·lules es van tractar amb HCl 2 N a 37 graus durant 25 min, es van neutralitzar amb HCl amb tampó borat 0, 1 M (pH 8, 5) durant 10 minuts i es van bloquejar amb tampó de bloqueig abans de la incubació d'anticossos anti-BrdU (Abcam, MA, EUA) durant la nit i ruc anti-cabra Alexa Fluor 568 IgG (H plus L) (Tecnologies de la vida) com a segon anticossos durant 1 h a 4 graus. Els nuclis es van tacar amb 4,6-diamidino2-fenilindol (DAPI, Sigma). Les imatges es van adquirir amb el programari cellSens connectat a un microscopi Olympus BX63.

Els models de ratolí es van crear mitjançant l'exposició a la llum UV.

Els models de ratolí han estat fonamentals per avançar en la comprensió dels nombrosos papers de la UVR28. La UV augmenta els melanòcits DOPA positius a la pell, específicament al lloc d'exposició29. El protocol per al tractament de la injecció de C. acnes a les orelles dels ratolins s'ha descrit en el nostre estudi anterior3 (Aquesta referència no parla de la injecció de C. acnes). Les orelles dels ratolins ICR es van injectar per via intradèrmica amb C. acnes (107 CFU) amb i sense un 2% de PF68 seguit d'una exposició a ultraviolats B (UVB) de 312 nm de longitud d'ona a una dosi de 200 mg/cm2 mitjançant una làmpada UV (model EB{). {10}}C, Spectronics Corp., Westbury, NY, EUA) durant 2 minuts cada dia durant 3 dies. Les orelles de ratolí injectades amb PBS o PF68 seguida d'exposició UVB es van incloure com a control. En un altre grup de ratolins d'experimentació, les orelles es van aplicar amb PA 4 mM seguida d'exposició UV, amb PBS com a control.

Silenciment gènic mediat per siRNA de FFAR2.

Per silenciar el gen FFAR2, hem utilitzat el siRNA modificat químicament que s'adreça al receptor FFAR2 (FFAR2 siRNA), el control negatiu siRNA (NC siRNA) i el control sense injecció (C), que es van obtenir de GenePharma Co. (Xangai, Xina). Les seves seqüències d'oligonucleòtids són siFFAR2: cadena de sentit, 5′-CCGGUGCAGUACAAGUUAUTT-3′; fil antisens, 5′-AUAACUUGUACUGCACCGGTT-3′. control: cadena de sentit, 5′-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT-3′; fil anti-sentit, 5′-ACGUGACACGUUCGGAGAATT-3′. Aquests siRNA modificats químicament es van lliurar cada dia durant 3 dies mitjançant injecció intradèrmica a les orelles dels ratolins mitjançant una microagulla (2 mg/kg de pes de ratolins). A partir del segon dia, apliqueu amb un 2% de PA i exposició UV durant 3 dies. El pretractament per injectar siRNA al ratolí tal com es descriu a la referència30. Deu, les orelles dels ratolins es van extirpar i es van tacar el quart dia.

Western blotting.

Les orelles dels ratolins es van injectar amb FFAR2 modificat químicament i siRNAs de control seguits de l'aplicació amb un 2% d'exposició a PA i UVB durant 3 dies. Al tercer dia, les orelles dels ratolins es van tallar, homogeneïtzar i després lisar amb tampó RIPA (Thermo Fisher Scientific). Els lisats cel·lulars (30 µg) es van sotmetre a gel SDS-PAGE al 10%, que després es va transferir a una membrana de poli (fluorur de vinilidè) (PVDF) (Sigma) i es va bloquejar amb llet sense greix al 5% (p/v) abans de la incubació durant la nit amb anticossos primaris contra FFAR2 Rabbit PolyAb (Proteintech, Rosemont, IL, EUA) a 4 graus o -actina (1:1,000; Cusabio Technology, Houston, TX, EUA). Això va ser seguit d'un tractament amb anticòs secundari de cabra anti-conill conjugat amb peroxidasa de rave picant (1:5000) (Thermo Fisher Scientific) durant 1 h. Les bandes de proteïnes es van detectar amb un reactiu de detecció quimioluminiscent (Thermo Fisher Scientific) i Omega Lum C Imaging System (Gel Co., San Francisco, CA, EUA). Les bandes de proteïnes es van realitzar mitjançant el programari ImageJ.

Recompte de melanòcits.

Els cartílags del ratolí es van eliminar manualment i els teixits de la pell es van remullar en una solució de tiocianat d'amoni (Sigma) a 37 graus durant 2 0 min. Les capes epidèrmiques i basals es van exfoliar de la resta del teixit de la pell i els melanòcits es van tacar submergint-se en 0.1 M PBS (pH 7,2) que contenia un 0,14 per cent de L-DOPA a RT durant 3 h i el recompte de melanòcits. en els teixits de la pell es va determinar microscòpicament segons un protocol publicat prèviament29.

Anàlisis estadístics.

L'anàlisi de dades es va realitzar mitjançant una prova t sense aparellament mitjançant el programari Prism. Els nivells de significació estadística es van indicar de la següent manera: *P<0.05,><0.01,><0.001, and="" ns="non-significant." the="" mean±standard="" deviation="" (sd)="" for="" at="" least="" three="" independent="" experiments="" except="" for="" two="" independent="" western="" blotting="" analyses="" for="" fig.="" 4c="" was="" displayed.="" animal="" experiments="" were="" performed="" with="" at="" least="" three="" animals="" per="" treatment="">

cistanche tubolosa

Resultats

C. acnes indueix la fermentació de PF68.

Estudis anteriors han demostrat la fermentació de probiòtics de la pell per a la inducció de la producció de SCFA en presència de compostos com a font de carboni26. Per investigar si C. acnes podia fermentar PF68, C. acnes es va incubar amb PF68 en medis TSB durant 1 dia amb vermell de fenol com a indicador per controlar la fermentació bacteriana. En els medis TSB incubats només amb bacteris, el vermell fenol va canviar de vermell a taronja a causa de la replicació bacteriana, mentre que en els medis TSB que contenien bacteris i PF68, el color vermell fenol va canviar a groc pàl·lid amb una disminució del pH que indica l'ús de PF68 com a PF68. una font de carboni per a la fermentació (Fig. 1A). A més, la OD560 de vermell fenol va mostrar una disminució significativa del valor del pH en els medis TSB que contenien bacteris i PF68 (Fig. 1B) en comparació amb bacteris o PF68 sols. Els SCFA continguts en el fermentat de C. acnes cultivat amb PF68 es van identificar mitjançant anàlisi GC-MS (Fig. 1C) i es va trobar que eren àcids AA, PA, BA i I-BA, amb PA11 que tenia la concentració més alta (Fig. 1D). ).

Figura 1. La fermentació bacteriana amb polímer va anar acompanyada d'una disminució del pH intracel·lular.

Efecte in vitro de PA sobre la producció de melanina mitjançant PA-FFAR2.

Fatty acids modulate the degradation of tyrosinase, a crucial enzyme involved in melanin biosynthesis in melanocytes and melanoma cells31. Therefore, to detect the in vitro effect of PA on melanin synthesis, B16F10 melanoma cells were treated with 4 mM PA for 48 h, with the decreased expression of the tyrosinase in PA treated melanoma cells compared to the control (Fig. 2A). The immunostaining of PA-treated melanoma cells after BrdU labeling showed that PA did not alter the proliferation of melanoma cells (Fig. 2B). Furthermore, the effect of PA and AA, two highly expressed SCFAs in the fermentation filtrate (Fig. 1D)32, on melanin production was assessed in melanoma cells, with PA causing a>disminució del doble de la producció de melanina en comparació amb AA (Fig. 2C). Els SCFA, com PA i AA, regulen les seves funcions mitjançant la interacció amb FFAR2 i FFAR3, sent PA entre els SCFA més potents per a aquests dos receptors33. Tenint en compte la regulació de PA mitjançant la seva interacció amb FFAR2, bloquejar la senyalització d'aquest receptor mitjançant un inhibidor selectiu podria ser un enfocament útil per avaluar el paper de l'AP en la regulació de la melanogènesi. L'activitat de la tirosinasa cel·lular es va mantenir sense canvis bloquejant FFAR2 mitjançant l'antagonista selectiu FFAR2 GLPG abans del tractament amb PA i va disminuir sense GLPG en contrast amb el grup control (Fig. 2D). Aquests resultats van demostrar el paper efectiu de PA-FFAR2 en l'atenuació del contingut de melanina mitjançant la inhibició de l'activitat de la tirosinasa quinasa en cèl·lules de melanoma amb proliferació cel·lular inalterada.

Figura 2. Efectes de l'expressió gènica de la tirosinasa i la proliferació cel·lular en cèl·lules de melanoma després del tractament amb PA.

La barreja de C. acnes i PF68 va inhibir els melanòcits de funcionament induïts per UVB a les orelles del ratolí.

S'ha demostrat que l'aplicació tòpica d'extractes de fermentació o àcids grassos disminueix la hiperpigmentació de la pell induïda pels UV mitjançant la regulació de la degradació de la tirosinasa34,35. Estudis anteriors van demostrar que la melanogènesi després de l'exposició UV es deu a l'activació de melanòcits en funcionament a l'epidermis o la dermis36. Després d'haver establert que PA com a SCFA important de la fermentació de C. acnes de PF68 podria reduir eficaçment la producció de melanina in vitro, llavors vam examinar l'efecte de C. acnes més PF68 sobre ell in vivo. Les orelles dels ratolins ICR es van exposar a UVB cada dos dies durant 3 dies simultàniament amb la injecció de C. acnes i PF68. La injecció amb PBS o C. acnes o PF68 sol es va incloure com a controls. Les capes epidèrmiques i basals es van exfoliar del teixit de la pell a l'oïda del ratolí i els melanòcits es van tacar amb L-DOPA. Hi va haver un augment significatiu del nombre de melanòcits després de l'exposició UVB, sense cap canvi després de la injecció amb C. acnes o PF68 sols. No obstant això, es va detectar una reducció significativa del nombre de melanòcits positius per DOPA en els grups d'exposició UVB després del tractament amb una barreja de C. acnes i PF68 (Fig. 3A).

Figura 3. Inducció de melanòcits per UVB i inhibició per diferents tractaments.

Millora del melanòcit de funcionament induït per UVB a l'oïda del ratolí per PA, un metabòlit de fermentació de C. acnes.

Es va avaluar l'efecte de l'aplicació directa de PA sobre la melanogènesi induïda per UV. La hiperpigmentació induïda per UV i l'expressió de tirosinasa a la pell de l'oïda del ratolí del grup control es va reduir significativament després de l'aplicació tòpica de PA durant 3 dies (Fig. 3B). Tus, PA, un metabòlit de la fermentació PF68 de C. acnes inhibeix la producció de melanòcits en funcionament amb la síntesi de melanina induïda per UVB. L'expressió de tirosinasa es va reduir notablement a les cèl·lules tractades amb PA en comparació amb el control (Fig. 3C).

PA inhibeix els melanòcits de funcionament induïts per UVB mitjançant FFAR2 in vivo.

Per determinar si la reducció de la melanogènesi exògena es va produir mitjançant la interacció PA amb el seu receptor afí, FFAR2 es va enderrocar als melanòcits de la pell de l'oïda del ratolí, seguit de l'exposició UVB i el tractament amb PA. L'augment de la proliferació de melanòcits induït per UVB i l'activitat de la tirosinasa es va reduir significativament a l'epidermis de l'oïda del ratolí injectada amb NC siRNA després de l'aplicació de PA (Fig. 4A, B). Tanmateix, el nombre de melanòcits i l'activitat de la tirosinasa es manté sense canvis fins i tot després de l'aplicació de PA a l'epidermis de l'oïda del ratolí irradiada amb UVB enderrocada amb FFAR2. Es va confirmar la derrota del gen FFAR2 mesurant el nivell d'expressió de proteïnes de FFAR2 mitjançant l'anàlisi Western blot (Fig. 4C). Per tant, PA interfereix amb la melanogènesi suprimint l'activitat de la tirosinasa, en la qual PA-FFAR2 té un paper potencial en la producció de melanina.

extracte de cistanche tubolosa

Discussió

La melanina, un factor crític de la defensa de la pell contra la irradiació UV, es sintetitza als melanosomes dels melanòcits, es transfereix als queratinòcits veïns a través de les puntes dendrítiques i, finalment, es distribueix per l'epidermis de la pell37. Els metabòlits de fermentació de bacteris s'utilitzen cada cop més en la teràpia de la pell pel seu efecte beneficiós sobre la inflamació de la pell induïda pels UV i els trastorns infecciosos3. En aquest estudi, vam demostrar que PA, el principal metabòlit de la fermentació de PF68 de C. acnes, va reduir els nivells de melanòcits de funcionament induïts per UVB inhibint l'activitat de la tirosinasa in vitro i in vivo mitjançant FFAR2.

Estudis anteriors van demostrar la inhibició de la melanogènesi mitjançant la inhibició de la tirosinasa per metabòlits de fermentació dels bacteris probiòtics LA i Lactobacillus24,38,39. A més, el polímer basat en PEG d'alt pes molecular (~ 20,000) es va degradar completament mitjançant la fermentació per bacteris gramnegatius que produeixen acetat i propionat40. En aquest estudi, PA (~ 4 mM) va ser el SCFA més abundant en el filtrat de la fermentació PF68 de C. acnes i va reduir el contingut de melanina als melanòcits de manera més eficaç que l'AA. A més, el tractament amb 4 mM de PA va inhibir significativament l'activitat de la tirosinasa cel·lular als melanòcits demostrant que la inhibició de la melanogènesi per PA es va produir mitjançant la reducció de l'expressió gènica de la tirosinasa. Les persones tenen el mateix nombre de melanòcits que no és la raó per la qual afecta la pigmentació de la pell sinó l'activació dels melanòcits en funcionament per la irradiació UV36,41. Aquí, el tractament amb PA de 4 mM no va alterar la proliferació de melanòcits, cosa que indica que és una opció de tractament eficaç, sense causar danys cel·lulars. També es va observar una reducció del nombre de melanòcits i l'activitat de la tirosinasa en el teixit de la pell de l'oïda de ratolins injectat amb una barreja de C. acnes i PF68, demostrant que és probable que la inhibició de la melanogènesi estigui mediada per metabòlits de fermentació de la fermentació de C. acnes utilitzant PF68 com a carboni. font. A més, el nostre estudi va validar PA com un agent antimicrobià excel·lent, sense alteració en el creixement dels seus bacteris progenitors C. acnes, mostrant PA com un potent metabòlit que no altera l'equilibri del microbioma de la pell11.

La producció de melanina s'inicia i regula per diversos sistemes de senyalització, mitjançant els quals la tirosinasa catalitza la conversió de la tirosina en DOPA i en dopaquinona, donant lloc a la formació de pigments melanocítics42,43. En la majoria dels casos, els reactius per alleugerir la pell actuen a diversos nivells de producció de melanina mitjançant FFAR2 per afectar l'activitat de la tirosinasa o dirigir directament la tirosinasa per inhibir la melanogènesi a la pell44–46. Els SCFA com PA i AA exerceixen els seus efectes mitjançant la unió als seus receptors afins selectius com FFAR2 o FFAR3, i PA es troba entre els SCFA més potents per als dos receptors47. GLPG, un antagonista selectiu de FFAR2 i silenciament gènic de FFAR2 mediat per siRNA per donar suport al bloqueig de FFAR23,48. En l'estudi actual, l'augment del nombre de melanòcits i l'expressió gènica de la tirosinasa al teixit de la pell de les orelles dels ratolins no va canviar en resposta a la radiació UVB fins i tot després de l'aplicació de PA a la derrota de FFAR2 en ratolins (Fig. 4A). A més, l'expressió gènica de la tirosinasa es va reduir després del tractament amb PA in vitro, però, bloquejant el gen FFAR2 amb GLPG, un antagonista selectiu de FFAR2, va millorar l'efecte de la PA per atenuar l'expressió gènica de la tirosinasa. Després de bloquejar FFAR2, la pèrdua de FFAR2 dóna lloc a una expressió millorada de l'activitat de la tirosinasa després del tractament amb PA. Tot i que tant PA com AA, els metabòlits de fermentació de C. acnes, tenen una afinitat similar per la unió a FFAR220, l'eficàcia relativament menor de l'AA per atenuar l'activitat tirosinasa en melanòcits valida el potencial terapèutic de PA com a postbiòtic contra la melanogènesi.

Els efectes fotogràfics perjudicials causats per la UV a la pell han cridat una gran atenció. Els productes de protecció solar i antihiperpigmentació s'utilitzen àmpliament, però la seva seguretat, penetració cutània i eficàcia terapèutica encara estan en dubte49. Tot i que l'avobenzona és un component comú en els filtres solars per la seva alta eficàcia contra els UV, és foto inestable i, per tant, no és segur, i s'ha detectat a la sang després d'aplicacions cròniques50,51. El desenvolupament d'un blanqueig efectiu de la pell mitjançant el bloqueig de l'expressió de la tirosinasa per metabòlits de fermentació de bacteris o polímers probiòtics com a font de carboni és una forma eficaç i natural de suprimir la melanogènesi38,39. Com que l'ús de probiòtics vius per a cosmètics està estrictament regulat, la promoció dels seus efectes beneficiosos mitjançant metabòlits de fermentació de bacteris probiòtics vius s'ha convertit en una aplicació factible. A més, el PF68 com a prebiòtic pot augmentar la producció de SCFA a partir de la fermentació de C. acnes i s'ha utilitzat per millorar l'estabilitat biològica i ajudar diversos agents terapèutics com ara microesferes carregades de 6-mercaptopurina en la seva interacció amb el cos humà52. A més, PF68 es pot incorporar a les membranes cel·lulars i trans-ubicar-se a les cèl·lules i s'ha utilitzat com a portador de gel estable per a agents antimicrobians, augmentant la solubilitat superficial del fàrmac en el tractament de la pell12,23. Per tant, PF68 s'ha considerat una opció segura i eficaç per al desenvolupament de productes farmacèutics i cosmètics. A més de la funció de PF68 com a iniciador de fermentació per augmentar l'activitat de fermentació de C. acnes, també té el potencial de ser un adjuvant per reduir les dosis efectives de reactius de medicaments i millorar la solubilitat dels fàrmacs poc solubles en aigua.

En general, aquests resultats demostren que la interacció PA-FFAR2 pot ser un mecanisme central en l'efecte dels probiòtics o postbiòtics sobre la hiperpigmentació causada per la UVR. El tractament amb PA no va afectar la proliferació de melanòcits. En comparació amb les teràpies químiques, els metabòlits dels probiòtics són més suaus i naturals53. Tot i que no està clar el mecanisme exacte pel qual els metabòlits de la fermentació de PF68 de C. acnes inhibeixen la melanogènesi, l'evidència del present estudi suggereix la implicació de la via SCFAs-FFAR2-tirosinasa. Aquests resultats són beneficiosos per al futur tractament clínic dels trastorns de la pigmentació i per al desenvolupament de cosmètics que augmentin el ventall d'aplicacions dels productes blanquejants. Finalment, la diversitat de probiòtics ofereix tractaments personalitzats per a la hiperpigmentació i el desenvolupament de productes dedicats amb més rendiment.

Beneficis de l'extracte de cistanche: blanqueig de la pell