Changes in levels of omega-O-acylceramides and related processing enzymes of sun-exposed and sun-protected facial stratum corneum in differently pigmented ethnic groups

Int J Cosmet Sci. 2022 Feb 9. doi: 10.1111/ics.12765. Online ahead of print.

Abstract

Introduction: We report on the differences in ceramide composition and levels of omega-O-acylceramide processing enzymes of sun-exposed and sun-protected facialstratum corneum (SC) among Albino African, Black African and Caucasian women living in South Africa.

Methods: Tape strippings were taken from the sun-exposed cheek and the sunprotected postauricular site (PA). In two subsets proteomic (n = 18) and lipidomic (n = 24) analysis were performed using mass-spectrometry-based shotgun platforms.

Results: No significant differences in total ceramide levels or ceramide subtypes were found between the Black African and Caucasian women in either the cheek or PA samples. Compared to the other two groups the levels of total ceramide as well as selected omega-O-acylceramide species were increased in Albino Africans. On the cheek, ceramide (CER) EOS, EOH along with CER AS were increased relative to the Caucasian women, while CER EOP and EOdS were elevated relative to the Black African women. Moreover, on the PA site CER EOP and EOdS were elevated compared with the Black African women and CER EOdS in Caucasians. Decreasesin masslevels of 12R-LOX and eLOX3 were observed on cheeks compared with the PA sites in all ethnic groups. On the PA sites 12R-LOX was particularly lower in the Albino Africans compared with the Black African and Caucasian women. On the cheeks mass levels of SDR9C7 was also lower in the Albino Africans.

Conclusion: The mass levels of the ceramides were similar between Black African and Caucasian women. However, elevated total ceramides and excessively elevated selected omega-O-acylceramides were apparent in the Albino African women. The findings in the Albino African women were unexpected as these participants suffer from impaired skin barrier function. However, the elevated levels omega-O-acylceramides can contribute to barrier insufficiency by directly impacting SC lipid phase behaviour and/or secondly elevated omegaO-acylceramide levels may indicate a reduced attachment of ceramides to the corneocyte lipid envelope and reduced corneocyte maturation that can also impair the barrier. Indeed, differences in the mass levels of omega-O-acylceramide processing enzymes were observed for 12R-LOX and SDR9C7 for the Albino Africans. This indicates a corneocyte lipid scaffold disorder in this population.

Introduction: Nous décrivons les différences de composition en céramides et de niveaux des enzymes du métabolisme des oméga-O-acylcéramides du stratum corneum facial (SC) photo-exposé et photo-protégé chez des femmes Albinos Africaines, Noires Africaines et Caucasiennes vivant en Afrique du Sud. MÉTHODES: Les prélèvements ont été effectués sur la joue photo-exposée et sur le site post-auriculaire (PA) photo-protégé à l’aide de disques adhésifs. Dans deux sous-groupes, des analyses protéomiques (n = 18) et lipidomiques (n = 24) ont été réalisées à l'aide de plateformes de spectrométrie de masse non-ciblées. RÉSULTATS: Aucune différence significative de quantité globale de céramides ou dans les différentes classes de céramides n'a été observée entre les femmes Noires Africaines et les femmes Caucasiennes, quels que soient les échantillons (Joue ou de PA). Comparativement aux deux autres groupes, les quantités de céramides totales, ainsi que certaines espèces d’oméga-O-acylcéramides, étaient plus élevés chez les femmes Albinos Africaines. Sur la joue, les céramides (CER) EOS, EOH et CER AS étaient plus élevés que chez les femmes Caucasiennes, tandis que les CER EOP et EOdS étaient plus élevés que chez les femmes Noires Africaines. De plus, sur le site PA, les CER EOP et EOdS étaient plus élevés que chez les femmes Noires Africaines et les CER EOdS chez les Caucasiennes. Des diminutions des niveaux d’enzymes 12R-LOX et eLOX3 ont été observées sur les joues par rapport aux sites PA dans tous les groupes ethniques. Sur les sites PA, le niveau de 12RLOX était notablement plus faible chez les femmes Albinos Africaines comparativement aux femmes Noires Africaines et Caucasiennes. Sur les joues, le niveau de SDR9C7 était également plus faible chez les Albinos Africaines.

Conclusion: La masse des céramides totaux était similaire entre les femmes Noires Africaines et Caucasiennes. Cependant, des niveaux élevés de céramides totaux et excessivement élevés des oméga-O-acylcéramides sélectionnés, ont été observés chez les femmes Albinos Africaines. Les résultats obtenus chez les femmes Albinos Africaines étaient surprenants car ces participantes souffrent d’une altération de la fonction de la barrière cutanée. Néanmoins, les niveaux élevés d’oméga-O-acylcéramides peuvent en premier lieu contribuer à l’insuffisance de la barrière en ayant un impact direct sur le comportement de la phase lipidique du SC et/ou, deuxièmement, peuvent indiquer une fixation réduite des céramides à l’enveloppe lipidique des cornéocytes et une maturation réduite des cornéocytes pouvant aussi altérer la barrière. En outre, des différences dans les niveaux d’expression des enzymes de transformation de l’oméga-O-acylcéramide ont été observées pour 12R-LOX et SDR9C7 chez les femmes Albinos Africaines. Ceci indique une désorganisation de l’échafaudage lipidique des cornéocytes dans cette population.

Keywords: chemical analysis; corneocyte envelope; ethnic; lipidomics; proteomics; skin barrier; skin physiology/structure.