Ces compositions comportent fréquemment des caroténoïdes connus pour être utilisés par les plantes pour se protéger des agressions du soleil. Les caroténoïdes sont des pigments plutôt oranges et jaunes répandus chez de très nombreux organismes vivants. Ils appartiennent à la famille chimique des isoprénoïdes et sont liposolubles. Ils sont synthétisés par les algues, les plantes vertes et par de nombreux champignons et bactéries (dont les cyanobactéries). Les animaux ne sont pas capables de les produire, mais ils les trouvent dans leur nourriture. Les caroténoïdes sont connus pour leur activité photoprotectrice, liée d'une part à leur absorption des rayons lumineux (rôle d'écran) et d'autre part à leurs propriétés antioxydantes, qui leur permettent de neutraliser efficacement les radicaux peroxyle et les molécules d'oxygène singulet (Sies et Stahl, 1995, 2004). Ils sont utlilisables par voie externe, mais également par voie interne, dans la mesure où une partie des caroténoïdes ingérés par les animaux se retrouve dans leur tégument. Des études de supplémentation avec le 13-carotène et lycopène, seuls ou en mélange avec d'autres caroténoïdes montrent une photoprotection systémique, mesurée par une diminution des érythèmes induits par les UV. Une étude clinique a montré qu'un mélange de caroténoïdes réduit le stress oxydatif. Cette étude clinique randomisée en double aveugle contre placebo décrit l'effet des caroténoïdes sur 32 individus non fumeurs et en bonne santé qui ont reçu quotidiennement et de façon croisée pendant des périodes de 3 semaines séparées par une pause de 12 semaines 4 capsules contenant chacune, soit 1 g d'huile de poisson, soit 1 g d'huile de poisson supplémentée avec un mélange de caroténoïdes (7,6 mg de caroténoïdes totaux dont 2,9 mg de bixine par capsule). Il a été observé que ce mélange de caroténoïdes réduit le stress oxydatif induit par la consommation de l'huile de poisson (très riche en acides gras polyinsaturés 20:5 et 20:6). Cela est illustré par une stabilité accrue des LDL dans un test d'oxydation ex vivo et la réduction de la concentration d'un marqueur de dégradation de l'ADN (la 8- hydroxy-2'-désoxyguanosine) au niveau des urines (Kiokias et Gordon, 2003). Une autre étude chez la souris a montré que l'administration orale de divers caroténoïdes, dont la bixine (200 micromoles = 80 mg par kg de masse corporelle) avant une irradiation y (1.5-3.0 Gy) réduit l'apparition de lésions chromosomiques, appréciée par le test des micronoyaux (Thresiamma et al., 1998). La bixine, administrée per os préalablement à une chimiothérapie, est capable d'en réduire les effets secondaires (Silva et al., 2001). L'activité antioxydante de la norbixine a aussi été étudiée sur de l'ADN plasmidique, en induisant des cassures radicalaires par le peroxyde d'hydrogène H2O2 en présence d'ions Sn2+ ou Fe2+ - réaction de Fenton : de faibles concentrations de norbixine (10 µM) protègent l'ADN mis en présence de 10 µM H2O2 (Kovary et al., 2001). Par ailleurs, la norbixine augmente d'un facteur 10 la survie de bactéries (E. col') soumises à des radiations UV, à du peroxyde d'hydrogène H2O2 ou des anions superoxyde 02'-. L'induction du système SOS par les UVC est réduite de 2,3 fois en présence de norbixine (Jûnior et al., 2005). Enfin, la norbixine possède une activité antimutagène, et réduit ainsi de 87% l'effet mutagène de H2O2 sur Salmonella typhimurium (Kovary et al., 2001). Plus globalement, il a été montré dans des systèmes acellulaires que les caroténoïdes peuvent neutraliser les anions superoxyde générés par le système xanthine / xanthine oxydase. Cette capacité de neutralisation dépend de la nature du caroténoïde et diminue dans l'ordre canthaxanthine > bixine > lutéine > 13-carotène (Corol et al., 2003). Pour ses effets antioxydants, il a ainsi été proposé d'ajouter de la bixine dans des aliments (Levy et Levy, 2003). Sur cette base, des compositions contenant des caroténoïdes liposolubles, destinées à être appliquées sur la peau avant et au moment de l'exposition au soleil ont été développées afin de protéger celle-ci des méfaits du soleil. Leurs propriétés pigmentantes permettent de colorer simultanément les cellules de l'épiderme en orangé, accentuant l'impression de bronzage. Notamment, une composition cosmétique filtrante photostable a été développée pour la protection de l'épiderme humain contre les radiations UV, comprenant une quantité faible (0,0025-0,009 % en poids) de bixine dans un extrait huileux (Grollier et al., 1991). Mais les caroténoïdes peuvent également être ingérés pour jouer leur rôle antioxydant au niveau notamment des cellules dermiques et épidermiques. Les composés ingérés sont en effet retrouvés dans le plasma puis dans divers tissus, dont la peau (Richelle et al., 2006). La peau humaine contient en moyenne de 0,2 à 0,6 ng/g de caroténoïdes totaux, avec de larges variations entre individus et entre zones du corps (Stahl et Sies, 2007). L'ingestion d'une nourriture supplémentée en caroténoïdes provoque une augmentation de la teneur du derme en caroténoïdes (Stahl et al., 1998) et, pour être efficaces, ces derniers doivent être utilisés de façon prolongée, pendant une période supérieure à 10 semaines (Stahl et al., 2000). Une telle approche a montré son efficacité avec par exemple un mélange (30 à 90 mg/jour pendant 24 semaines) de R- et a-carotène (Lee et al., 1999), avec un extrait de tomate apportant 16 mg/jour de lycopène pendant 12 semaines (Stahl et al., 2001 ; 2006) ou un extrait d'algue (Dunaniella satina) apportant 24 mg/jour de 13-carotène ou d'un mélange (1:1:1) de 13-carotène, lutéine et lycopène pendant 12 semaines (Heinrich et al., 2003). Les effets protecteurs ne se développent que progressivement, et l'administration d'une simple dose de 120 mg ou celle d'une dose quotidienne de 90 mg de [3-carotène pendant 23 jours s'avèrent inefficaces (Garmyn et al., 1995). Toutefois, Klàui et al. (1973), qui proposent d'ingérer des mélanges de caroténoïdes contenant éventuellement de la bixine pour protéger la peau contre les UV, indiquent qu'un traitement commençant 10 à 20 jours avant l'exposition au soleil est suffisant.