a-Localisation du GLP-1 et de son récepteur
L’ARNm du gène du préproglucagon est exprimé dans le noyau du tractus solitaire du tronc cérébral chez le rat sous la forme d’un transcrit identique à celui produit par les cellules du tube digestif (122). Ce précurseur subit des modifications post-traductionnelles (clivages protéolytiques) libérant le GLP-1-(7-36)amide (123).
Sur des coupes de cerveau de rat, la présence du GLP-1 est détectée par des anticorps dans le noyau du tractus solitaire (NTS) et les noyaux hypothalamiques. L’utilisation d’un marqueur fluorescent montre, par traçage rétrograde (Fluorogold), que la présence du GLP-1 dans les noyaux hypothalamiques est en fait du à la projection des fibres nerveuses du NTS vers l’hypothalamus (122, 124).
Chez le rat, la technique du ‘binding’ utilisant le 125I- GLP-1(7-36)amide localise le récepteur au GLP-1 dans l’hypothalamus et le noyau du tractus solitaire du tronc cérébral (125-127). La distribution des sites de liaison de l’125 I-exendine-4 est identique à celle du
125I-GLP-1 dans le cerveau de rat (128).
L’ARNm du récepteur au GLP-1 co-localise avec celui du transporteur au glucose GLUT2 et de la glucokinase dans les cellules hypothalamiques de rat (111). Cette observation suggère que le GLP-1 peut agir sur ces cellules et moduler la détection du glucose
cérébral ainsi que les décharges électriques.
L’injection de GLP-1 dans le ventricule latéral des rats induit l’expression du marqueur c-fos, d’activité neuronale, dans l’hypothalamus (noyaux paraventriculaire, supraoptique et arqué), le noyau du tractus solitaire et l’area postrema (129). Cet effet est prévenu par l’injection cérébrale d’exendine-9. De plus, l’injection périphérique d’exendine-4 induit l’expression du marqueur c-fos dans les neurones de l’area postrema exprimant dans leur cytosol, la tyrosine hydroxylase, enzyme clef de la voie de synthèse des catécholamines
- 42 - (130). L’area postrema contrôle aussi l’activité des neurones autonomes du tronc cérébral régulant le rythme cardiaque et le tonus vasculaire (131-134). Ces observations suggèrent que le GLP-1 circulant ou sécrété dans le tronc cérébral régule le tonus catécholaminergique
et l’activité des nerfs autonomes. Il peut moduler le tonus artériel périphérique. b-GLP-1 et libération de neuropeptides et neurotransmetteurs
Sur des coupes de noyau arqué de souris, la technique du ‘patch-clamp’ (enregistrement des activités électriques in vitro à l’aide d’électrodes apposées sur les coupes) montre que le GLP-1 stimule les décharges électriques des neurones à POMC du noyau arqué (repérés grâce à l’expression d’une protéine fluorescente verte). Cet effet est prévenu par l’ajout d’exendine-9 dans le milieu. Parmi les mécanismes moléculaires, le GLP-1 active la protéine kinase A et l’entrée de calcium dans le cytosol par ouverture des canaux voltages dépendants de type L (CCVDL) entraînant une dépolarisation du neurone (135). Cet effet pourrait contribuer aux effets anorectiques du GLP-1.
En conclusion, cette observation suggère que le GLP-1 active la libération de neuropeptides ou neuromédiateurs par les neurones. Ces médiateurs pourraient être impliqués dans la régulation des fonctions métaboliques ou vasculaires en réponse à l’action du GLP-1 cérébral.
c-Effets centraux du GLP-1 sur les paramètres cardiovasculaires
L’injection de GLP-1 (forme native) dans le ventricule latéral des rats anesthésiés, augmente la pression artérielle et le rythme cardiaque des animaux (136-138). Les expériences de vagotomie ou d’injection par voie intracérébroventriculaire d’inhibiteurs pharmacologiques du tonus cholinergique montrent que ces effets sont contrôlés en partie par le nerf vague et le système nerveux cholinergique central (136, 138). Cependant il est possible que le tonus sympathique contribue aux effets observés. L’injection par voie intraveineuse et cérébrale d’exendine-4 chez le rat éveillé active l’expression du marqueur c-fos dans les neurones catécholaminergiques du tronc cérébral (137). Ces neurones projettent vers l’hypothalamus et le noyau du tractus solitaire mais aussi vers les neurones pré ganglionnaires du système nerveux sympathique de la corde spinale. En effet, l’injection de fortes doses d’agoniste du GLP-1 dans le ventricule latéral des rats active aussi l’expression du marqueur
- 43 - c-fos dans la médullosurrénale. De plus, l’exendine-4 active rapidement la transcription du gène de la tyrosine hydroxylase dans les neurones catécholaminergiques du tronc cérébral. Enfin, une dernière équipe, Gardiner et collaborateurs, montre l’implication du système nerveux sympathique dans le contrôle des réponses cardiovasculaires périphériques en réponse à l’exendine-4 administré par voie intraveineuse (66). Chez les rats éveillés, l’exendine-4 perfusé par voie intraveineuse provoque une vasodilatation des vaisseaux de la patte arrière, effet qui est prévenu par l’injection intraveineuse de propranolol, un antagoniste non spécifique des récepteurs β adrénergiques. Les effets sur le rythme cardiaque sont aussi bloqués par le propranolol. Dans cette étude, le propranolol systémique n’a pas eu d’effet sur la pression artérielle.
En conclusion, Le GLP-1 est une incrétine mais aussi un neuropeptide. Il est capable par son action sur le système nerveux central d’agir sur les fonctions cardiovasculaires et métaboliques : ces effets sont bien séparément décrits dans la littérature et font intervenir un contrôle neural. Cependant il est important de comprendre le lien entre ces deux actions biologiques : le système cardiovasculaire participe t’il ou contribue t’il a potentialiser les réponses métaboliques en réponse à l’action de cette incrétine ? Quel est impact du diabète de type II sur ces réponses ? La compréhension de ces mécanismes peut être un outil d’étude de cibles potentielles pour le traitement des maladies métaboliques et cardiovasculaires.
3-Les signaux périphériques : l’axe cerveau – tractus gastro-intestinal A- Le foie
Le foie régule la glycémie au cours du repas ou des périodes de jeun. Lors du repas, le foie capture le glucose sanguin quand la glycémie s’élève au-delà de sa valeur normale. Le glucose rentre dans les hépatocytes par le transporteur GLUT2 au glucose et, est rapidement phosphorylé par la glucokinase; 20-30% du glucose capturé est métabolisé et stocké dans les hépatocytes sous forme de glycogène en réponse à l’action de l’insuline qui active la glycogène synthase (139). Quand les concentrations en glucose circulantes sont trop élevées, le foie synthétise des lipides à partir du glucose. Entre les repas, le foie régule finement la glycémie en stimulant la production endogène de glucose à partir du glycogène (glycogénolyse). Au cours des périodes de jeun prolongé, le glucose est produit à partir de
- 44 - précurseurs métaboliques comme le lactate, des acides aminés et du glycérol par la voie de la néoglucogenèse.