脂質モデルにおけるスフィンゴシンおよびフィトリンゴシンセラミド比は、短い周期性段階を形成する：実験的および分子シミュレーション研究

皮膚の最も外側の層、角質層（SC）にある脂質は、皮膚バリア機能を維持する上で重要な役割を果たします。SC脂質マトリックスの主要な成分は、セラミド（CERS）、コレステロール（CHOL）、および遊離脂肪酸（FFA）です。それらは、2つの結晶性ラメラ相を形成します：長い周期期（LPP）と短い周期性相（SPP）。アトピー性皮膚炎や乾癬などの炎症性皮膚の状態では、スフィンゴシンベースのCER（CER NS）の濃度の増加やフィトリンゴシンベースのCER（CER NP）の濃度の低下など、SC CER組成に変化があります。本研究では、脂質モデルがSPPのみを形成するために作成され、CER NS：CER NPモル比の変化が脂質組織に影響するかどうかを調べました。実験データは、1：2（健康なSC比を模倣する）と2：1（炎症性皮膚疾患で観察される）の比率でのCER NPを含む脂質モデルの分子ダイナミクスシミュレーションと組み合わされ、胆汁とリグノサン酸と混合され、FFA。実験的調査結果は、CER NSおよびCER NPおよびFFAのアシル鎖がSPPユニットセル内に近接していることを示しており、CER NSとCER NPがLPPで観察されるのと同様に線形立体構造を採用していることを示しています。実験とシミュレーションの両方は、ラメラ組織が2つのCER NSで同じであることを示しています。このシミュレーションは、これがCER NSと比較してCER NPのヘッドグループ上の追加の水酸化物グループとの分子間水素結合に起因する可能性があることを示しています。

The lipids located in the outermost layer of the skin, the stratum corneum (SC), play a crucial role in maintaining the skin barrier function. The primary components of the SC lipid matrix are ceramides (CERs), cholesterol (CHOL), and free fatty acids (FFAs). They form two crystalline lamellar phases: the long periodicity phase (LPP) and the short periodicity phase (SPP). In inflammatory skin conditions like atopic dermatitis and psoriasis, there are changes in the SC CER composition, such as an increased concentration of a sphingosine-based CER (CER NS) and a reduced concentration of a phytosphingosine-based CER (CER NP). In the present study, a lipid model was created exclusively forming the SPP, to examine whether alterations in the CER NS:CER NP molar ratio would affect the lipid organization. Experimental data were combined with molecular dynamics simulations of lipid models containing CER NS:CER NP at ratios of 1:2 (mimicking a healthy SC ratio) and 2:1 (observed in inflammatory skin diseases), mixed with CHOL and lignoceric acid as the FFA. The experimental findings show that the acyl chains of CER NS and CER NP and the FFA are in close proximity within the SPP unit cell, indicating that CER NS and CER NP adopt a linear conformation, similarly as observed for the LPP. Both the experiments and simulations indicate that the lamellar organization is the same for the two CER NS:CER NP ratios while the SPP NS:NP 1:2 model had a slightly denser hydrogen bonding network than the SPP NS:NP 2:1 model. The simulations show that this might be attributed to intermolecular hydrogen bonding with the additional hydroxide group on the headgroup of CER NP compared with CER NS.