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Atopic dermatitis microbiomes stratify into ecologic dermotypes enabling microbial virulence and disease severity - 05/04/21

Doi : 10.1016/j.jaci.2020.09.031 
Angeline S.L. Tay, PhD a, , Chenhao Li, PhD b, , Tannistha Nandi, PhD b, , Kern Rei Chng, PhD b, Anand Kumar Andiappan, PhD c, Vijaya Saradhi Mettu, PhD d, Camille de Cevins, MSc b, Aarthi Ravikrishnan, PhD b, Charles-Antoine Dutertre, PhD c, X.F. Colin C. Wong, MSc a, Amanda Hui Qi Ng, BSc b, Sri Anusha Matta, PhD e, Florent Ginhoux, PhD a, c, Olaf Rötzschke, PhD c, Fook Tim Chew, PhD e, Mark B.Y. Tang, MD f, g, Yik Weng Yew, MD f, Niranjan Nagarajan, PhD b, h, , John E.A. Common, PhD a,
a Skin Research Institute of Singapore, Agency of Science Technology and Research Research Institutes, Singapore 
b Genome Institute of Singapore, Agency of Science Technology and Research Research Institutes, Singapore 
c Singapore Immunology Network, Agency of Science Technology and Research Research Institutes, Singapore 
d Biological Resource Centre, Agency of Science Technology and Research Research Institutes, Singapore 
e Department of Biological Sciences, National University of Singapore, Singapore 
h Yong Loo Lin School of Medicine, National University of Singapore, Singapore 
f National Skin Centre, National Healthcare Group, Singapore 
g Lee Kong Chian School of Medicine, Nanyang Technological University, Singapore 

Corresponding author: John E. A. Common, PhD, Skin Research Institute of Singapore, 8A Biomedical Grove, No. 06-10 Immunos, Singapore 138648.Skin Research Institute of Singapore8A Biomedical GroveNo. 06-10 Immunos138648Singapore∗∗Niranjan Nagarajan, PhD, Genome Institute of Singapore, 60 Biopolis, No. 02-01 Genome, Singapore 138672.Genome Institute of Singapore60 BiopolisNo. 02-01 Genome138672Singapore

Abstract

Background

Atopic dermatitis (AD) is a common skin disease affecting up to 20% of the global population, with significant clinical heterogeneity and limited information about molecular subtypes and actionable biomarkers. Although alterations in the skin microbiome have been described in subjects with AD during progression to flare state, the prognostic value of baseline microbiome configurations has not been explored.

Objective

Our aim was to identify microbial signatures on AD skin that are predictive of disease fate.

Methods

Nonlesional skin of patients with AD and healthy control subjects were sampled at 2 time points separated by at least 4 weeks. Using whole metagenome analysis of skin microbiomes of patients with AD and control subjects (n = 49 and 189 samples), we identified distinct microbiome configurations (dermotypes A and B). Blood was collected for immunophenotyping, and skin surface samples were analyzed for correlations with natural moisturizing factors and antimicrobial peptides.

Results

Dermotypes were robust and validated across 2 additional cohorts (63 individuals), with strong enrichment of subjects with AD in dermotype B. Dermotype B was characterized by reduced microbial richness, depletion of Cutibacterium acnes, Dermacoccus and Methylobacterium species, individual-specific outlier abundance of Staphylococcus species (eg, S epidermidis, S capitis, S aureus), and enrichment in metabolic pathways (eg, branched chain amino acids and arginine biosynthesis) and virulence genes (eg, β-toxin, δ-toxin) that defined a pathogenic ecology. Skin surface and circulating host biomarkers exhibited a distinct microbial-associated signature that was further reflected in more severe itching, frequent flares, and increased disease severity in patients harboring the dermotype B microbiome.

Conclusion

We report distinct clusters of microbial profiles that delineate the role of microbiome configurations in AD heterogeneity, highlight a mechanism for ongoing inflammation, and provide prognostic utility toward microbiome-based disease stratification.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Atopic dermatitis, skin, microbiome, nonlesional, stratification, biomarkers

Abbreviations used : Ac, AD, BCAA, CCL, HDM, FDR, FLG, MCP, MS/MS, NMF, 1× PBS-T, PCA, SC, SCORAD, SPT, TEWL, UCA, UPLC


Plan


 Supported by a National Healthcare Group/Agency of Science Technology and Research (A∗STAR)/Nanyang Technological University Skin Research Grant (SRG/14032); A∗STAR BMRC EDB IAF-SPF grants (SPF2013/004) titled Skin Biology Basic Research and (SFP2012/005) Genetic Orphan Diseases Adopted: Fostering Innovation Therapy; an A∗STAR BMRC EDB IAF-PP grant (H18/01/a0/016) titled the Asian Skin Microbiome Program.
 Disclosure of potential conflict of interest: The authors declare that they have no relevant conflicts of interest.


© 2020  American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 147 - N° 4

P. 1329-1340 - avril 2021 Retour au numéro
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