Biomarqueurs : outils de diagnostique

L’évaluation du stress oxydant la plus pertinente est le dosage des métabolites des AGPI. En effet, les dérivés prostanoïques sont de bons biomarqueurs du stress oxydant dans de nombreuses pathologies aussi diverses et variées que les maladies cardiovasculaires, pulmonaires et neurodégénératives.

1. Les isofuranes

Nous avons vu que les IsoFs étaient préférentiellement formées en conditions plus élevées en oxygène et ce jusqu’à une tension en oxygène de 100%. Cela laisse supposer que les IsoFs constituent de potentiels biomarqueurs complémentaires aux IsoPs, en particulier pour les maladies impliquant de hautes concentrations en oxygène. Une étude réalisée sur des tissus pulmonaires de souris,54 a permis de doser la concentration en IsoPs et IsoFs estérifiées, dans des tissus exposés à 100% d’oxygène. Après 3h d’exposition, une augmentation non significative d’IsoPs est observée alors que la concentration en IsoFs est plus de 5 fois supérieure à celle de référence (Figure 9). Ces recherches montrent que les dommages liés à une hyperoxie commencent bien avant la détresse respiratoire, et peuvent être décelés par le dosage des IsoFs. Ces dernières pourraient alors être des biomarqueurs de choix pour les maladies impliquant des dysfonctionnements mitochondriaux (neurologique, cardiovasculaire, rénal, …).

Figure 9 : Niveau d’IsoPs et IsoFs estérifiées dans des tissus de poumons de souris après 3h d’hyperoxie54

Suite aux résultats de cette étude, Fessel et al.64 ont voulu comparer les quantités d’IsoPs et IsoFs chez des patients atteints de maladies associées à des défaillances neuronales. Un échantillon de substance noire (noyau du système nerveux) a été prélevé lors d’une autopsie sur des patients sains, des patients atteints de la maladie de Parkinson, de démence à corps de Lewy (maladie regroupant les symptômes de la maladie de Parkinson

et d’Alzheimer), d’atrophie multisystématisée et de la maladie d’Alzheimer. Des dosages sur ces échantillons ont montré que la concentration en IsoPs et IsoFs des patients porteurs de la maladie d’Alzheimer et d’atrophie multisystématisée n’était pas significative (Figure 10). En revanche les patients atteints de la maladie de Parkinson et de démence à corps de Lewy produisent presque deux fois plus d’IsoFs qu’un porteur sain. Cette différence est plus négligeable pour les IsoPs. Il serait envisageable d’utiliser les IsoFs comme biomarqueur des maladies de Parkinson et démence à corps de Lewy.

Figure 10 : Dosage d’IsoPs et d’IsoFs dans la substance noire de patients sains (CTR), des patients atteints de la maladie de Parkinson (PD), de démence à corps de Lewy (DLB), d’atrophie multisystématisée (MSA) et de

la maladie d’Alzheimer (AD)

Une étude plus récente, réalisée par Billings et al., a mis en évidence le stress oxydant chez les personnes atteintes d’insuffisance rénale aïgue.65 Un dosage des IsoPs et IsoFs dans le plasma et les urines a été réalisé sur 10 patients souffrant d’insuffisance rénale et subissant une opération impliquant une mise en circulation extracorporelle du sang. Une plus forte augmentation en IsoFs comparée aux IsoPs a été observée chez les patients atteints d’insuffisance rénale aïgue. Cette étude a aussi montré qu’une importante concentration en hémoglobine est associée à une augmentation en IsoFs. Il a été conclu que les insuffisances rénales aïgues sont liées à une augmentation en hémoglobine et au stress oxydant.

En 2009 Vento et coll. ont réalisé une étude sur des bébés prématurés.66 Ils ont montré qu’il y avait une corrélation entre un apport important d’oxygène à la naissance et le développement de maladies pulmonaires chroniques comme la dysplasie

65 Billings, F. T.; Ball, S. K.; Roberts, L. J.; Pretorius, M. Free Radic. Biol. Med. 2011, 50, 1480-1487.

66 Vento, M.; Moro, M.; Escrig, R.; Arruza, L.; Villar, G.; Izquierdo, I.; Roberts, L. J.; Arduini, A.; Escobar, J. J.; Sastre, J.; Asensi, M. A. Pediatrics 2009, 124, e439–e449.

bronchopulmonaire. Cette corrélation a été confirmée par une seconde étude67 qui a mis en évidence que les bébés prématurés qui développent plus tard une dysplasie bronchopulmonaire, présentent un taux d’IsoFs elevé dans les premiers jours de leur naissance.

L’évaluation de cette peroxydation lipidique due au stress oxydant a été évaluée par le dosage des IsoPs et IsoFs au cours d’autres études.^68,69,70,71 Les résultats de toutes ces recherches font des IsoFs des biomarqueurs importants du stress oxydant et montrent qu’un dosage simultané des IsoPs et IsoFs permet d’estimer au mieux ce phénomène.

2. Les neurofuranes

Le DHA est l’acide gras le plus abondant au niveau cérébral et notamment au niveau neuronal. C’est pour cela que les NeuroPs peuvent être considérées comme étant de très puissant biomarqueurs du stress oxydant neuronal, notamment dans la maladie d’Alzheimer.^7,72 L’analyse des NeuroFs pourrait aussi avoir de l’importance dans la quantification et l’évaluation de la peroxydation lipidique dans les maladies neurodégénératives.

Afin de valider cette hypothèse deux études ont été réalisées par Song et al.59 Un premier dosage comparatif entre les NeuroPs et NeuroFs a été réalisé sur des foies de souris âgées de 3 mois et traités au CCl4. Vingt heures après l’administration de CCl4, l’analyse LC-MS/MS a mis en évidence que les NeuroFs étaient préférentiellement formées en condition de stress oxydant élevé (Figure 11).

67 Kuligowski, J.; Aguar, M.; Rook, D.; Lliso, I.; Torres-Cuevas, I.; Escobar, J.; Quintas, G.; Brugada, M.; Sanchez-Illana, A.; van Goudoever, J. B.; Vento, M. Antioxidants & Redox Signaling 2015, 23, 178-184.

68 Corcoran, T. B.; Barden, A. E.; Mas, E.; Grape, S.; Koren, V.; Phillips, M.; Roberts, L. J.; Mori, T. A. Free Radic. Biol. Med. 2011, 51, 1235-1239.

69 Mas, M.; Barden, A. E.; Corcoran, T. B.; Phillips, M.: Roberts, L. J.; Mori, T. A. Free Radic. Biol. Med. 2011, 50, 1171-1176.

70 Spinelli, S. L.; Lannan, K. L.; Casey, A. E.; Croasdell, A.; Curran, T. M.; Henrichs, K. F.; Pollock, S. J.; Milne, G. A.; Refaai, M. A.; Francis, C. W.; Phipps, R. P.; Blumberg, N. Transfusion 2014, 54, 1569-1579.

71 Rivara, M. B.; Ikizler, T. A.; Ellis, C. D.; Mehrotra, R.; Himmelfarb, J. BMC Nephrology 2015, 16, 79-91.

Figure 11 : Concentration de NeuroPs et NeuroFs dans des foies de souris après injection de CCl4⁵⁹

La deuxième étude, dosant les IsoPs, NeuroPs et NeuroFs dans le cortex cérébral de souris transgéniques, modèles de la maladie d’Alzheimer, a montré que les NeuroFs sont davantage produites que les IsoPs et NeuroPs et sont en beaucoup plus grande concentration que chez les souris saines (Figure 12). D’après ces résultats, la quantification des NeuroFs pourrait s’avérer être utile dans le diagnostique, l’avancement et le choix du traitement des maladies neurodégénératives.

Figure 12 : Quantité d’IsoPs (iPs), NeuroPs (nPs) et NeuroFs (noté ici iFs) dans le cortex cérébral de souris transgéniques et de souris saines59 *p < 0,05 ; **p <0,01

Soldberg et al.73 ont réalisé une étude, utilisant pour la première fois le dosage simultané d’IsoPs, IsoFs, NeuroPs et NeuroFs. Ces analyses ont été réalisées sur des porcelets nouveaux nés afin d’évaluer les lésions oxydantes cérébrales produites par une

73 Soldberg, R.; Longini, M.; Proietti, F.; Vezzosi, P.; Saugstad, O. D.; Buonocore, G. Free Radic. Biol. Med. 2012, 53, 1061-1067.

hypoxie suivi d’une réoxygénation. La Figure 13 montre que l’hypoxie et la réoxygénation augmentent les concentrations de ces quatre métabolites et que l’utilisation d’un supplément d’oxygène induit une augmentation notable du niveau de NeuroFs. Ces recherches montrent que les dommages oxydatifs sont dépendants de la dose en oxygène.

Nous pouvons en conclure que l’utilisation conjointe des IsoPs, IsoFs, NeuroPs et NeuroFs comme biomarqueurs permet d’évaluer plus précisément les dégâts neuronaux causés par le stress oxydant.

Figure 13 : Dosage des IsoPs, IsoFs, NeuroPs et NeuroFs dans des tissus cérébraux de porcelets nouveau-nés après avoir subi une réoxygénation suite à une hypoxie73

3. Les dihomo-isofuranes

La découverte des dihomo-IsoFs étant très récente, l’utilisation de ces dernières en tant que biomarqueurs est actuellement à l’étude. Cependant, les premiers résultats montrant une surproduction des dihomo-IsoFs par rapport aux IsoFs et NeuroFs dans le cortex préfrontal de porcelets prématurés laissent penser que les dihomo-IsoFs pourraient devenir de nouveaux biomarqueurs de choix pour l’évaluation du stress oxydant neuronal et plus précisément dans la matière blanche.6

En 2015, Lee et coll.74 ont dosé la 17(RS)-SC-D15-11-dihomo-IsoF dans des cerveaux et des reins de fœtus de souris après exposition au sulfonate de perfluorooctane (substance, présente dans des emballages alimentaires, connu pour augmenter les dommages oxydatif). Une augmentation significative de la 17(RS)-SC-D15-11-dihomo-IsoF a été observée après traitement au sulfonate de perfluorooctane dans les reins des fœtus.

Une dernière étude75 réalisée par la même équipe a montré que suite au stress oxydant, l’AdA, la 17(RS)-17-F2t-dihomo-IsoP et la 10-epi-17(RS)-SC-D15-11-dihomo-IsoF ont un impact sur la médiation de phéromone et sur le comportement reproducteur des poissons marins males.

VI. Conclusion

Nous venons de voir que sous une tension en oxygène élevée et suivant une voie métabolite radicalaire non-enzymatique l’AA, le DHA et l’AdA sont respectivement métabolisés en IsoFs, NeuroFs et dihomo-IsoFs. Leur formation préférentielle sous haute concentration en oxygène, leur confère le rôle de biomarqueurs spécifiques pour les maladies impliquant une tension d’oxygène supérieure à la normale. Ainsi leurs utilisations simultanées avec les IsoPs, NeuroPs et dihomo-IsoPs permettraient d’évaluer au mieux le stress oxydant.

Suivant ce même mécanisme biosynthétique d’autres acides gras polyinsaturés, tel que l’acide a-linolénique (ALA, C18:3 n-3), ne seraient-ils pas eux aussi métabolisés en composés de structure furanoïque ?

74 Lee, Y. Y.; Wong, C. K. C.; Oger, C.; Durand, T.; Galano, J.-M.; Lee, J. C.-Y. Free Radic Res. 2015, 49, 1015-1025.