MECANISME ENDOGENE DE REGULATION DU STRESS OXYDATIF

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

Origine des radicaux libres

La chaine respiratoire mitochondriale dans laquelle les êtres aérobies puisent leur énergie, joue un rôle important dans la cellule. Cependant les conséquences de cette activité sont doubles et paradoxales. En effet, elle fournit d’une part à la cellule une source importante d’énergie par réduction tétravalente de l’essentiel de l’oxygène que nous respirons en entrainant une production d’eau selon la réaction suivante : O₂ + 4e¯+ 4H⁺ 2H₂O
D’autre part,elle entraine la formation d’espèces réactives de l’oxygène. Ainsi cette chaine de transport peut permettre la formation d’une certaine proportion d’électrons qui vont réduire l’oxygène. C’est ainsi qu’environ 1% à 5%de l’oxygène subit une réduction monoélectronique (addition d’un seul électron).
De chacune de ces réductions monoélectroniques résultent des entités radicalaires et moléculaires beaucoup plus réactives que l’oxygène qui leur a donné naissance. Ce sont l’ion superoxyde, le peroxyde d’hydrogène et le radical hydroxyle.
L’inflammation est par ailleurs une source importante de radicaux oxygènes produits directement par les cellules phagocytaires activées qui sont le siège d’un phénomène appelé explosion oxydative consistant en l’activation du complexe NADPH oxydase, capable d’utiliser l’oxygène moléculaire pour produire une grande quantité d’ions superoxyde au niveau de la membrane cellulaire.
Le monoxyde d’azote NO, elle aussi produit par les systèmes enzymatiques que sont les différents NO synthase (NOS) à titre de médiation par les neurones, les cellules endothéliales et macrophages. La production concomitante de NO et superoxyde donnent naissance aux peroxynitrites.
Des sources importantes de radicaux libres sont les mécanismes de cycles redox que produisent dans l’organisme des molécules comme les quinones. Ce cycle redox a lieu soit spontanément, soit surtout lors de l’oxydation de ces composés au niveau du cytochrome P450. Ce mécanisme est souvent incriminé pour expliquer la toxicité de l’alcool, de la fumée des cigarettes et de certains médicaments,il se produit avec des composés endogènes comme l’acide lévulinique et surtout les catécholamines. Les métaux toxiques (cuivre, chrome, vanadium),et fer libre (existant lors de surcharges générales ou localisées) génèrent des radicaux hydroxyles, très réactifs à partir de l’espèce peu réactif H₂O₂ par la réaction de Fenton. Les particules inhalées (amiante, silice) sont aussi des sources de radicaux libres, d’une part parce qu’elles exacerbent la phagocytose, d’autre part parce que leur surface est tapissée de sels de fer. Les rayonnements sont capables de générer des radicaux libres, soit en scindant la molécule d’eau soit en activant les molécules photo sensibilisantes lorsqu’il s’agit des rayons ultraviolets qui vont par ce mécanisme produire des anions superoxydes et de l’oxygène singulet (19).
Réaction de fenton : Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + HO¯+ HO•

Rôle des radicaux libres dans l’organisme

La grande majorité des radicaux libres est impliquée dans l’entretien et le fonctionnement de l’organisme particulièrement dans le processus de la fécondation,de la maturation et du mouvement cellulaire.Ils jouent aussi un rôle important dans la production de médiateurs cellulaires, l’élimination des produits toxiques et la défense contre l’invasion des microbes et des virus,de même que contre les cellules tumorales.Les radicaux libres peuvent être aussi impliqués dans la pathogénèse des maladies qui peuvent éventuellement conduire au dérèglement de l’organisme et a son vieillissement.

Stress oxydatif

Définition

Le stress oxydatif, dénommé aussi stress oxydant,résulte du déséquilibre de la balance «pro-oxydants et antioxydants »(fig 2). C’est seulement à ce moment que les ERO vont exercer leur action délétère sur l’organisme. Les radicaux libres sont responsables de dommages sur toutes les molécules biologiques comme les lipides, les protéines, les acides nucléiques,ou les hydrates de carbone(56).
Les mécanismes d’oxydation des composés insaturés biologiques (acides gras, caroténoïdes, polyphénols…) sont souvent des réactions radicalaires avec l’oxygène moléculaire et présentent trois phases principales (29).
 Une phase d’initiation qui peut être due à l’intervention d’un radical hydroxyle qui arrache un atome d’hydrogène RH+HO•R•+H₂O
L’arrachement du proton est facilité tant par la chaleur (agitation moléculaire) que par les rayonnements ou les catalyseurs (métaux tels que Cu, Fe, Co, Mn, Ni…).
 Une phase de propagation : en présence d’oxygène, il se forme un radical peroxyde (ROO•) qui déstabilise une deuxième molécule d’acide gras polyinsaturé AGPI et conduit à un hydro peroxyde lipidique (ROOH) et à un nouveau radical, assurant ainsi la propagation du processus :
R• + O₂ → ROO•
ROO• + RH → ROOH + R•
 Une phase de terminaison, où se recombinent différents radicaux formés pour aboutir à des composés stables :
R•+R•→RR
ROO• + R• → ROOR
ROO• + ROO• → ROOR + O₂

Origine et mecanisme du stress oxydatif

Face à la rupture de l’équilibre de la balance pro-oxydants et antioxydants l’organisme peut être confronter à une production beaucoup trop importante de radicaux libres pour être maîtrisée. Ceci sera observée dans les intoxications aux métaux lourds,dans l’irradiation, dans les ischémies/reperfusions suivant des thromboses. La rupture d’équilibre peut provenir d’une défaillance nutritionnelle ou de la carence en un ou plusieurs des antioxydants apportés par la nutrition comme les vitamines ou les oligo-éléments. Enfin, la mauvaise adaptation peut résulter d’anomalies génétiques responsables d’un mauvais codage d’une protéine soit enzymatiquement antioxydante,soit synthétisant un antioxydant (comme le gamma glutamyl synthétase produisant le glutathion), soit régénérant un antioxydant, soit couplant la défense à l’énergie (comme la G6PD), soit d’un promoteur de ces mêmes gènes que la mutation rendra incapable de réagir à un excès de radicaux.Généralement,le stress oxydant sera la résultante de plusieurs de ces facteurs et se produira dans un tissu (fig 3) et un type cellulaire bien précis, objet de la défaillance et non pas dans tout l’organisme (19).
Les sources du stress oxydant peuvent êtres endogènes ou exogènes.
 Sources exogènes
Constituées par le mode de vie (tabagisme,faible consommation en fruits et légumes,alcool,médicaments , pilule contraceptive, exposition au soleil ,exercice intense ou mal géré)et de l’environnement( pollution, ozone, amiante , radiations ou contact avec des substances cancérogènes (75).
 Sources endogènes
Il s’agit essentiellement de mécanisme biochimique:xanthine-oxydase, ischémie-perfusion, inflammation, altération de la fonction endothéliale, surcharge de fer, oxydation de l’hémoglobine, altération mitochondriale, biosynthèse des prostaglandines, interventions chirurgicales.
Les radicaux libres qui sont responsables de ce stress oxydatif ont plusieurs cibles : l’acide désoxyribonucléique, les protéines, les lipides membranaires et les lipoprotéines (fig 5).
• L’acide désoxyribonucléique ou ADN
L’ADN est une cible privilégiée pour les ERO. La guanine, par exemple, peut réagir avec •OH pour former la 8-hydroxy-2’-déoxyguanosine (8-OH-Dg) qui, au lieu de s’apparier avec la cytosine, s’associera avec l’adénine, entraînant des mutations au sein de l’ADN et conduisant à des altérations du message génétique impliquées dans le déclenchement du cancer et le vieillissement (30).
• Les protéines
Les acides aminés possèdent des susceptibilités différentes vis-à-vis des ERO. Les plus réactifs sont l’histidine, la proline, le tryptophane, la cystéine et la tyrosine. Toute attaque radicalaire d’un acide aminé provoquera l’oxydation de certains résidus avec, pour conséquences, l’apparition de groupements carbonylés, des clivages de chaînes peptidiques et des ponts bi-tyrosine intra-et inter-chaînes. La plupart des dommages sont irréparables et peuvent entraîner des modifications fonctionnelles importantes (non-reconnaissance d’un récepteur par un ligand, perte d’activité enzymatique). Certaines protéines oxydées sont peu dégradées et forment des agrégats qui s’accumulent dans les cellules et dans le compartiment extracellulaire (30)
• Les lipides membranaires
Le radical hydroxyle est capable d’arracher un hydrogène sur les carbones situés entre deux doubles liaisons des acides gras polyinsaturés(AGPI) : c’est la phase d’initiation. Le radical lipidique réagit avec une molécule d’oxygène pour former un radical peroxyde (ROO•), suffisamment réactif pour arracher un H• à un AGPI voisin, propageant ainsi la réaction (3). Il en résulte une altération de la fluidité membranaire qui conduit inévitablement à la mort cellulaire. Les peroxydes générés seront neutralisés par le glutathion peroxydase ou continueront à s’oxyder et à se fragmenter en aldéhydes (malondialdéhyde, 4-hydroxynonénal) dont les activités pro-athérogènes sont bien connues.
• Les lipoprotéines
L’attaque radicalaire des lipoprotéines circulantes aboutit à la formation de LDL oxydées, qui seront captées par des récepteurs spécifiques des macrophages. L’activité de ces récepteurs n’étant pas régulée par la concentration intracellulaire en cholestérol, les macrophages se transforment petit à petit en cellules spumeuses (rôle important dans les premières étapes de l’athérosclérose (48). En outre, ces LDL oxydées sont immunogènes et les immuns complexes formés peuvent activer la voie classique du complément et générer la sécrétion de cytokines pro inflammatoires par les macrophages (52).

Conséquences du stress oxydatif

La production excessive de radicaux libres provoque des lésions directes de molécules biologiques (oxydation de l’ADN, des protéines, des lipides, des glucides).Elle entraine aussi des lésions secondaires dues au caractère cytotoxique et mutagène des métabolites libérés notamment lors de l’oxydation des lipides. L’organisme peut aussi réagir contre ces composés anormaux par la production d’anticorps, qui malheureusement peuvent aussi être des auto-anticorps créant une troisième vague d’attaques chimiques.Les lipides et principalement leurs acides gras polyinsaturés sont la cible privilégiée de l’attaque par le radical hydroxyle capable d’arracher un hydrogène sur les carbones situés entre deux doubles liaisons, pour former un radical diène conjugué, oxydé en radical peroxyle. Cette réaction appelée peroxydation lipidique forme une réaction en chaîne car le radical peroxyle formé se transforme en peroxyde au contact d’un autre acide gras qui forme un nouveau radical diène conjugué (18).
Les hydroperoxydes peuvent avoir plusieurs modes d’évolution : être réduits et neutralisés par le glutathion peroxydase ou continuer à s’oxyder et à se fragmenter en aldéhydes acides et en alcanes (éthane, éthylène, pentane) qui, de par leur volatilité, sont éliminés par voie pulmonaire. Le radical peroxyde, après évolution dans un processus cyclique et coupure de la molécule, peut libérer différents aldéhydes toxiques dont le malonaldialdéhyde ou l’hydroxynonenal. La transmission en chaîne de la réaction de peroxydation lipidique est stoppée par la vitamine E intercalée dans la bicouche lipidique des membranes. Cette attaque des lipides peut concerner les lipoprotéines circulantes ou les phospholipides membranaires. Les conséquences seront différentes : l’attaque des lipides circulants aboutissant à la formation de LDL (lipoprotéines de densité légère).Ces LDL sont captées par des macrophages, formeront le dépôt lipidique de la plaque d’athérome des maladies cardiovasculaires, l’attaque des phospholipides membranaires modifiant la fluidité de la membrane et donc le fonctionnement de nombreux récepteurs et transporteurs et la transduction des signaux (24). Bien que l’ADN soit la mémoire de toute la composition biochimique des êtres vivants, il s’agit d’une molécule très sensible à l’attaque par les radicaux libres de l’oxygène. On denombre plus de cinq classes principales de dommages oxydatifs médiés par •OH peuvent être générées. Parmi elles, les bases oxydées, les sites abasiques, des adduits intra-caténaires, des cassures de brins et des pontages ADN-protéines (13). Les bases qui composent l’ADN, et particulièrement la guanine, sont sensibles à l’oxydation. L’attaque radicalaire peut être directe et entraîner l’oxydation des bases, engendrant un grand nombre de bases modifiées: 8-oxoguanine, 8-nitroguanine, formamidopyrimidine, 8-oxo adénine, formamido uracile, 5-hydroxycytosine, 5-hydroxy méthyluracile, thymine diol, oxazolone. Mais le stress oxydant peut aussi attaquer la liaison entre la base et le désoxyribose, créant un site abasique, ou attaquer le sucre lui-même, créant une coupure de chaîne simple brin. Des dommages indirects peuvent résulter de l’attaque des lipides dont la peroxydation génère des aldéhydes mutagènes, formant des adduits sur les bases de l’ADN de type MDA-guanine ou éthéno dérivés. L’attaque radicalaire des protéines qui sont très nombreuses à entrer en contact avec l’ADN pour le protéger (histones) ou pour le lire (enzymes et facteurs de la réplication ou de la transcription), entraîne des pontages des protéines ou des adduits sur des bases de type lysinoguanine.
Le rôle des nombreux métaux fixés à l’ADN, qui est un polyanion (Fe, Mg, Zn, Cu, Ni, Cd…), est crucial pour amplifier ou orienter le profil de ces lésions. Cette attaque de l’ADN est quotidienne puisque le nombre de lésions se formant chaque jour dans une cellule est estimé à 10⁴. Heureusement, la fidélité de la séquence des 4.10⁹ paires de bases de notre ADN cellulaire est maintenue depuis des milliers d’années et dans des milliards de cellules grâce à des systèmes de réparation perfectionnés, dont les principaux sont la réparation par excision de base (BER) ou par excision de nucléotide (NER), couplées ou non à la transcription, le système de réparation des mésappariements et la réparation par recombinaison. Malheureusement, ce beau mécanisme peut se dérégler soit par une surcharge de lésions en cas de stress massif, soit par un mauvais fonctionnement de ces systèmes de réparation chez des sujets déficients en cofacteurs (thio-redoxines, zinc) ou atteints d’une anomalie génétique. Dans ce cas, les lésions non réparées vont perturber les mécanismes de réplication de l’ADN et entraîner soit des erreurs de lecture et de synthèse par des ADN polymérases translésionnelles infidèles aboutissant à une mutation ponctuelle dans le génome, soit une impossibilité de copie de l’ADN qui aboutira à la mise en route du suicide programmé des cellules par un mécanisme appelé apoptose. Cette modification de l’ADN induit des mutations par transversions GC (guanine/cytosine) vers TA (thymine/adénine) souvent observées spontanément dans les cellules cancéreuses. Ce sont les premières étapes de la carcinogenèse et ce n’est pas une coïncidence si les agents carcinogènes sont tous des générateurs puissants de radicaux libres (radiations ionisantes et UV, fumée, alcool, fibres d’amiante, métaux carcinogènes, hydrocarbures polycycliques).Si la chimie de l’attaque radicalaire des polysaccharides a été beaucoup moins étudiée que celle des autres macromolécules, il n’en demeure pas moins que les espèces réactives de l’oxygène attaquent les mucopolysaccharides et notamment les protéoglycanes du cartilage. Par ailleurs, le glucose peut s’oxyder dans des conditions physiologiques, en présence de traces métalliques, en libérant des cétoaldéhydes, H₂O₂ et •OH, qui entraîneront la coupure des protéines ou leur glycation par attachement du cétoaldéhyde, formant un dérivé AGE. Ce phénomène de glycosoxydation est très important chez les diabétiques et contribue à la fragilité de leurs parois vasculaires et de leur rétine (1). Les protéines les plus sensibles aux attaques radicalaires sont surtout celles qui comportent un groupement sulfhydryle (SH). C’est le cas de nombreuses enzymes cellulaires et protéines de transport qui vont ainsi être oxydées et inactivées. D’autres lésions irréversibles conduisent à la formation d’un intermédiaire radicalaire. Les protéines peuvent alors soit subir des réticulations par formation notamment de ponts bi-tyrosine détectables par leur fluorescence, soit subir des coupures en cas d’agression forte, soit des modifications de certains acides aminés en cas d’agressions modérées. Les protéines modifiées par oxydation perdent leurs propriétés biologiques (enzyme, anti-enzyme, récepteur…) et deviennent beaucoup plus sensibles à l’action des protéases et notamment du protéasome. Les protéines oxydées deviennent aussi très hydrophobes, soit par suppression de groupements amines ionisables, soit par extériorisation de zones hydrophobes centrales. Elles vont alors former des amas anormaux dans ou autour des cellules. Ces amas, associés aux lipides, forment les dépôts de lipofuschines caractéristiques des tissus des sujets âgés.
Les conséquences biologiques du stress oxydant seront extrêmement variables selon la dose et le type cellulaire. De légers stress augmenteront la prolifération cellulaire et l’expression de protéines d’adhésion, des stress moyens faciliteront l’apoptose, alors que de forts stress provoqueront une nécrose et des stress violents désorganiseront la membrane cellulaire, entraînant des lyses immédiates. De nombreuses autres anomalies biologiques sont induites par le stress oxydant : mutation, carcinogenèse, malformation des fœtus, dépôt de protéines anormales, fibrose, formation d’auto-anticorps, dépôt de lipides oxydés, immunosuppression.

Mécanisme endogène de régulation du stress oxydatif

Pour se protéger des effets délétères des ERO, l’organisme dispose d’un ensemble complexe de défenses antioxydantes. On distingue deux sources d’antioxydants : l’une est apportée par l’alimentation sous forme de fruits et légumes riches en vitamines C, caroténoïdes, ubiquinone, flavonoïdes, glutathion ou acidelipoïque; l’autre est endogène et se compose d’enzymes (superoxyde dismutase, glutathion peroxydase, catalase), de protéines (ferritine, transferrine, céruléoplasmine, albumine) et de systèmes de réparation des dommages oxydatifs comme les endonucléases. A cela s’ajoutent quelques oligoéléments comme le sélénium, le cuivre et le zinc qui sont des cofacteurs d’enzymes antioxydantes.

Systèmes de défense enzymatiques

Superoxyde dismutases (SOD)

Ces métalloprotéines, qui représentent une des premières lignes de défense contre le stress oxydant, assurent l’élimination de l’anion superoxyde O₂˙ˉ par une réaction de dismutation, en le transformant en peroxyde d’hydrogène et en oxygène. Chez l’homme, on décrit 3 isoenzymes: la Cu/Zn-SOD1 cytosolique, la Mn-SOD2 et là Cu/Zn-SOD3, qui diffèrent par la localisation chromosomique du gène, leur contenu métallique, leur structure quaternaire et leur localisation cellulaire. La SOD3 est sécrétée par les cellules musculaires lisses et constitue le système antioxydant majeur de la paroi artérielle : son expression et sa sécrétion sont augmentées par les facteurs vasoactifs (histamine, endothéline 1, angiotensine II) et diminuées par l’homocystéine (5).

Glutathion peroxydases (GPxs)

La GPx est une sélénoprotéine (cinq isoformes) qui réduit les peroxydes aux dépens de son substrat spécifique, le glutathion réduit (GSH).
Son rôle principal consiste en l’élimination des peroxydes lipidiques résultant de l’action du stress oxydant sur les acides gras polyinsaturés. La GPx est effondrée en cas de déficit majeur en sélénium, elle est donc un bon reflet de cette carence. Toutefois, pour un apport adéquat en sélénium, les teneurs en GPx atteignent un plateau. Le dosage en GPx ne peut donc être utilisé comme marqueur d’une intoxication en sélénium. Cependant, sa synthèse étant rénale et hépatique, d’autres facteurs tels que l’insuffisance rénale ou la cytolyse hépatique peuvent modifier sa concentration (65).

Système thiorédoxine

Le milieu intracellulaire est plutôt réducteur, les protéines contiennent des groupements thiols libres et les ponts disulfures sont rares. L’antioxydant majeur responsable du maintien des protéines à l’état réduit est la thiorédoxine qui sera régénérée par le NADPH sous l’action de la thiorédoxine réductase (TrxR) qui possède un groupement sélénocystéine dans son site actif. Elle intervient dans la dégradation des peroxydes lipidiques et du peroxyde d’hydrogène, ainsi que dans la régénération du radical ascorbyle en acide ascorbique (30).

La catalase

La catalase réagit efficacement avec H2O2 pour donner de l’eau et de l’ oxygène. (2H2O2 → 2 H2O + O2).
La catalase est localisée principalement dans le peroxysome, mais elle se trouve aussi dans le cytoplasme. La GPX et la CAT permettent ainsi l’élimination du H2O2. Toutefois, la CAT semble jouer un rôle important en présence de fortes concentrations en H2O2, alors que la GPX prend en charge les hydroperoxydes et H2O2 même en faible quantité. La GPX ainsi est considérée comme la source majeure de protection contre H2O2 et les hydro peroxydes.

Systèmes antioxydants non enzymatiques

Le glutathion et les protéines-thiols

Le glutathion est un tripeptide (acide glutamique-cystéine-glycine). Il est le thiol (-SH) majoritaire au niveau intra-cellulaire (l’albumine étant son équivalent plasmatique) où il est présent sous forme essentiellement réduite (GSH).
Dans des conditions physiologiques, sa forme oxydée (GSSG) est en concentration très faible. Le rapport GSH/GSSG est considéré comme un excellent marqueur de la peroxydation lipidique et permet d’objectiver l’importance du stress. Au cours du vieillissement et lors d’un exercice intense, ce rapport tend à diminuer. Les autres propriétés antioxydantes du GSH sont nombreuses ; cofacteur de la GPx, chélateur des métaux de transition, régénérateur final des vitamines E et C, à partir de leur forme radicalaire (65). L’apport recommandé journalier est d’environ 300 mg (agrumes). La plupart des protéines dont l’albumine contiennent des groupements « thiols » qui possèdent des propriétés réductrices et piègent facilement les espèces oxygénées activées.

Vitamine C

La plupart des mammifères sont capables de synthétiser la vitamine C dans leur foie ou dans leurs reins. Ce n’est pas le cas de l’homme qui doit assurer un apport journalier d’environ100 mg via une alimentation riche en fruits. La vitamine C est, avant tout, un excellent piégeur des ERO (HO• ou O2˙ˉ). Elle inhibe également la peroxydation lipidique en régénérant la vitamine E à partir de la forme radicalaire issue de sa réaction avec des radicaux lipidiques. Ses fonctions sont nombreuses : contribution au bon fonctionnement du système immunitaire, implication dans la synthèse du collagène et des globules rouges ainsi que dans les mécanismes de métabolisation du fer (11).

Vitamine E

Ce terme désigne un ensemble d’isomères, les tocophérols, (constitués d’un noyau chromanol et d’une chaîne latérale saturée à 16 atomes de carbone) et les tocotriénols (qui diffèrent des tocols par la présence de 3 doubles liaisons sur cette chaîne latérale). D’un point de vue biologique, deux isomères sont particulièrement intéressants, l’α- et le γ-tocophérol. Leur caractère hydrophobe leur permet de s’insérer au sein des membranes riches en acides gras polyinsaturés, où ils jouent un rôle protecteur en réagissant avec les radicaux peroxyles (ROO•) pour former un radical tocophéryle, empêchant ainsi la propagation de la peroxydation lipidique. Si l’α-tocophérol est le plus abondant, il semble que le γ-tocophérol soit le plus efficace à ce niveau (45). Les apports journaliers d’α-tocophérol sont de l’ordre de 10 mg : il se retrouve en quantité variable dans les huiles (soja, maïs, olive) et dans les noix et noisettes. Le γ-tocophérol est présent essentiellement dans l’huile de sésame.

Caroténoïdes

Plus de 600 caroténoïdes différents ont été isolés à partir de sources naturelles, mais seul un petit nombre d’entre eux se retrouve dans le sang et les tissus animaux. Les fruits et les légumes en sont les principales sources alimentaires. De façon formelle, tous les caroténoïdes dérivent d’une structure linéaire (C40H56) avec de nombreuses doubles liaisons, le lycopène, pigment rouge présent notamment dans la tomate et le pamplemousse. Le chef de file des caroténoïdes est cependant le β-carotène, également appelé provitamine A car, après hydrolyse hépatique, il donne naissance à deux molécules de vitamine A. Tous les caroténoïdes ne possèdent toutefois pas cette propriété particulière (32). Le β-carotène se retrouve dans l’abricot, le melon, la carotte, les légumes verts (épinards, laitue…) : l’apport journalier recommandé est de 1 à 5 mg. Plusieurs études, dont l’étude YALTA (Young Adult Longitudinal Trends in Antioxydants), ont montré que l’effet bénéfique du β-carotène ne survenait qu’à des doses physiologiques ou alimentaires, alors qu’il est plutôt délétère à doses pharmacologiques, particulièrement chez le fumeur (27). Le tabagisme expose à des taux élevés d’ERO endogènes et exogènes et pourraient altérer le métabolisme de certains caroténoïdes, libérant des métabolites pro-carcinogènes.

Coenzyme Q10

Le coenzyme Q10, appelé ubiquinone en raison de son ubiquité dans les cellules, est un dérivé benzoquinolique avec une longue chaîne latérale isoprénique. Cette chaîne latérale confère à la molécule un caractère lipophile qui lui permet de s’insérer dans les membranes et les lipoprotéines. Il joue un rôle essentiel dans la chaîne mitochondriale de transport d’électrons et est un puissant inhibiteur de peroxydation lipidique, en synergie avec la vitamine E (47). S’il n’existe pas d’apport journalier recommandé pour cet antioxydant, il semble toutefois qu’il soit nécessaire d’en ingérer au moins 30 mg par jour.
Il est à noter que la synthèse de cet antioxydant est, en tout point, parallèle à celle du cholestérol. La formation de ces deux molécules dépend, en effet, de l’acide mévalonique formé à partir de la transformation de la HMG CoA (3-hydroxy-3 methylglutaryl-CoA) par la HMGCoA réductase. Or, les agents hypocholestérolémiants comme les statines agissent en inhibant cette dernière enzyme, ce qui a comme effet secondaire une réduction significative du taux plasmatique d’ubiquinone. Connaissant le rôle de cette dernière au niveau de la chaîne respiratoire mitochondriale, on comprend pourquoi les personnes prenant des statines se plaignent régulièrement de douleurs musculaires (35).

 Acide urique

Produit terminal majeur du métabolisme des purines chez l’homme, il est à pH physiologique majoritairement ionisé sous forme d’urate, un piégeur puissant de radicaux (•OH, ROO• NOO•…). Ces réactions conduisent à des espèces radicalaires qui seront à leur tour réduites, notamment par la vitamine C. Les propriétés antioxydantes de l’urate in vivo peuvent être appréciées indirectement par le fait qu’un produit de réaction de l’urate avec les ERO, l’allantoïne, est présent à des taux élevés lors d’un stress oxydant (17).

Oligoéléments

• Le sélénium
Le sélénium n’est pas un anti-oxydant en tant que tel, car il ne peut piéger les radicaux libres, mais il joue un rôle primordial comme cofacteur de la GPx. Dans l’alimentation, on retrouvera essentiellement du sélénium organique, lié à un acide aminé, la cystéine. Le sélénium organique est mieux absorbé, il subit une métabolisation hépatique qui conduit à des intermédiaires à la synthèse de dérivés physiologiquement actifs comme la GPx (67).La dose journalière commandée est de 50-70 µg/jour. Les aliments riches en sélénium sont, notamment, les noix de Brésil, les brocolis, l’ail…
• Le cuivre
A concentration physiologique, le cuivre est le cofacteur d’enzymes comme la SOD, le cytochrome C oxydase, la dopamine β-hydroxylase. Cependant, en tant que métal de transition, il joue un rôle important dans le déclenchement de réactions de production d’ERO (réactions de Fenton) et peut – lorsque sa concentration est élevée devenir pro-oxydant (22).Les apports journaliers recommandés sont de l’ordre de 2,5 mg. Il est présent dans le son, l’avoine, le seigle, le foie de veau.
• Le zinc
Le zinc joue un rôle de cofacteur pour de nombreuses enzymes et intervient ainsi dans de nombreuses fonctions comme le métabolisme des nucléotides, la synthèse des prostaglandines, le fonctionnement de l’anhydrase carbonique. Comme le cuivre, le zinc est un des cofacteurs essentiels de la SOD. Il protège également les groupements thiols des protéines et il peut inhiber les réactions de formation d’ERO induites par des métaux de transition comme le fer ou le cuivre. Le rapport Cu / Zn, (normalement inférieur à 1,5) sera un excellent indicateur de l’état de stress oxydant d’un individu (9). Les aliments les plus riches en zinc sont les viandes et les poissons, les céréales complètes et les légumes secs. Les apports journaliers recommandés sont de l’ordre de 20 mg.

Pathologies liées au stress oxydatif

Le stress oxydant est impliqué dans de très nombreuses maladies comme facteur déclenchant ou associé à des complications de leur évolution. La multiplicité des conséquences médicales de ce stress n’a rien de surprenant car, selon les maladies, celui-ci se localisera à un tissu et à des types cellulaires particuliers, mettra en jeu des espèces radicalaires différentes et sera associé à d’autres facteurs variables et à des anomalies génétiques spécifiques à chaque individu. La plupart des maladies induites par le stress oxydant apparaissent avec l’âge car le vieillissement diminue les défenses antioxydantes et augmente la production mitochondriale de radicaux libres (58).
En faisant apparaître des molécules biologiques anormales et en sur exprimant certains gènes, le stress oxydant sera la principale cause initiale de plusieurs maladies : cancer, cataracte, sclérose latérale amyotrophique, syndrome de détresse respiratoire aigu, œdème pulmonaire, vieillissement accéléré. Ainsi, les relations entre stress oxydant et cancer s’avèrent très étroites, les radicaux libres intervenant dans l’activation des pro-carcinogènes en carcinogènes, créant les lésions de l’ADN, amplifiant les signaux de prolifération et inhibant des gènes suppresseurs de tumeur comme p53.
Le stress oxydant est aussi un des facteurs potentialisant l’apparition de maladies plurifactorielles telles que : le diabète, la maladie d’Alzheimer, les rhumatismes et les maladies cardiovasculaires(59).
Dans la genèse de la plaque d’athérome, l’oxydation des LDL est un des phénomènes clefs transformant les monocytes en cellules spumeuses. Le stress oxydant joue également un rôle dans l’apparition des autres facteurs athérogènes : augmentation de la résistance à l’insuline, activation des cellules endothéliales libérant des médiateurs pro oxydants (prostacycline, cytokine, facteur de fibrinolyse, superoxyde, NO), augmentation de la prolifération des fibres lisses. Un facteur de risque découvert récemment, l’homocystéine, voit son action liée en partie à la génération de radicaux libres au cours de son métabolisme.
Les causes essentielles de ce stress oxydant sont soit d’origine nutritionnelle dans les cas de carences en vitamines et oligo-éléments, ou inversement de surcharges en facteurs pro oxydants (fer, acides gras), soit d’origine accidentelle (inflammation, exposition à des xénobiotiques pro oxydants…), soit d’origine génétique. Le plus souvent, l’association de ces différents facteurs aboutira au mécanisme pathogène. La responsabilité la plus nette des radicaux libres est mise en évidence dans les maladies directement induites par des anomalies d’un gène antioxydant. Plusieurs mutations de la Cu Zn superoxyde dismutase ont été observées dans les formes familiales d’une maladie neurologique de la sclérose latérale amyotrophique (SLA). Le transfert du gène de malade chez la souris recrée d’ailleurs une maladie analogue à la maladie humaine. La dégénérescence maculaire liée à l’âge est fortement associée avec la forme valine/alanine du polymorphisme du gène du superoxyde dismutase (19).

Mise en évidence d’un état de stress oxydant

Le stress oxydant implique un ensemble complexe de paramètres et ne peut donc être mis en évidence par une seule méthode, aussi élaborée soit-elle (15).
Ces marqueurs se répartissent selon quatre axes :
1) la détermination des antioxydants enzymatiques et non enzymatiques
2) le dosage des oligo-éléments
3) la mesure des dommages oxydatifs au niveau des lipides, de l’ADN et des protéines
4) l’identification de sources génératrices de stress oxydant (inflammation, hyperglycémie, hyperhomocystéinémie).
Parmi tous ces paramètres, pointons quelques analyses intéressantes :
– Le rapport vitamine C / α-tocophérol : ces deux antioxydants agissent en synergie et la valeur optimale du rapport doit être supérieure à 1,3. Des valeurs inférieures sont clairement avec un risque accru de développer des maladies cardio-vasculaires (20).
– Le rapport glutathion réduit (GSH) / glutathion oxydé (GSSG) est un excellent marqueur du stress oxydant et de son importance. En effet, le GSH réagit très rapidement avec les ERO pour former le GSSG ; plus la valeur de ce rapport est basse, plus le stress oxydant est élevé.
– Le rapport Cu/Zn : à concentration élevée, le cuivre devient pro-oxydant et favorise la formation des EOA. A l’opposé, le zinc inhibe les réactions radicalaires induites par le cuivre. La mesure du rapport plasmatique Cu/Zn est donc un excellent marqueur du stress oxydant. De plus, il existe une corrélation positive étroite entre la valeur de ce rapport et le taux circulant de peroxydes lipidiques (51).
– Les isoprostanes : ils résultent spécifiquement de l’attaque des radicaux libres oxygénés sur l’acide arachidonique et ils sont des marqueurs terminaux stables de la peroxydation lipidique («gold standard technique»). Ils sont stables in vivo et in vitro (62); ils peuvent être dosés à des concentrations picomolaires (GC/MS), mais il faut une extraction et un appareillage spécifiques; ils ne sont pas affectés par l’alimentation. Par ailleurs, leur formation in vivo est corrélée à l’importance du stress. L’étude CARDIA, réalisée chez 2850 jeunes adultes, a montré la présence de calcifications des artères coronaires chez 10% des sujets (21). Les taux plasmatiques de F2-isoprostanes étaient corrélés à la présence de calcifications des artères coronaires, confirmant ainsi que la peroxydation lipidique pourrait avoir un rôle initiateur dans le développement précoce de la plaque d’athérome (68).
Il est à noter que ce marqueur est de loin beaucoup plus spécifique de la peroxydation lipidique que le classique dosage (et malheureusement toujours utilisé) de la malondialdéhyde par la méthode des TBARS.

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : REVUE DE LA LITTERATURE
CHAPITRE-I : LE STRESS OXYDATIF ET LES ANTIOXYDANTS
I-GENERALITES
I.1. Définition des radicaux libres
I.2. Origine des radicaux libres
I.3. Rôle des radicaux libres dans l’organisme
II- STRESS OXYDATIF
II.1. Définition
II.2. Origine et mecanisme du stress oxydatif
II.3. Conséquences du stress oxydatif
III : MECANISME ENDOGENE DE REGULATION DU STRESS OXYDATIF
III.1.Systèmes de défense enzymatiques
III.1.1.Superoxyde dismutases (SOD)
III.1.2.Glutathion peroxydases (GPxs)
III.1.3.Système thiorédoxine
III.1.4.La catalase
III.2.Systèmes antioxydants non enzymatiques
III.2.1.Le glutathion et les protéines-thiols
III.2.2.Vitamine C
III.2.3.Vitamine E
III.2.4.Caroténoïdes
III.2.5.Coenzyme Q10
III.2.6.Acide urique
III.2.7.Oligoéléments
IV. PATHOLOGIES LIEES AU STRESS OXYDATIF
V. MISE EN EVIDENCE D’UN ETAT DE STRESS OXYDANT
VI. ANTIOXYDANTS
VI.1. Définition
VI.2. Antioxydants naturels
VI.2.1.Flavonoïdes
VI.2.2. Coumarines
VI.2.3 Tanins
VI.2.4 Phénols
VI.2.5.Xanthones
VI.3. Antioxydants synthétiques
VII. MODES D’ACTION DES ANTIOXYDANTS
CHAPITRE-II : RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES SUR TERMINALIA AVICENNIOIDES
I. Présentation botanique
II. Classification systématique
III. Nom vernaculaire
II-ETUDE BOTANIQUE
II.1.Répartition géographique
II.2. Descriptions de la plante
II.2.1. Port
II.2.2. Feuilles
II.2.3. Fleurs
II.2.4. Fruits
III-CHIMIE DE LA PLANTE
IV. PHARMACOLOGIE ET ETUDE ETHNO PHARMACOLOGIQUE
IV.1. Etude pharmacologique
IV.2. Etude ethno pharmacologique
DEUXIEME PARTIE : TRAVAIL EXPERIMENTAL
CHAPITRE I : MATERIEL ET METHODES
I : MATERIELS ET REACTIFS
1. Matériel végétal
2. Matériel expérimental
3. Réactifs et Solvants
II : METHODES D’ETUDES
II.1.Extraction
II.2. Fractionnement
II.3.Mode opératoire
II.4. Etude de l’activité antioxydante
II.4.1principe du test au DPPH
II.4.2 Protocole expérimental test au DPPH˙
II.4.3Expressions des résultats et analyse statistiques
CHAPITRE II : RESULTATS
CHAPITRE III : DISCUSSION
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Télécharger le rapport complet