Chapitre 1 Introduction
1.4 La néphropathie diabétique
1.4.8 Le stress oxydatif et la néphropathie diabétique
Dans les circonstances normales, les activités métaboliques continues du rein génèrent une quantité considérable d’espèces réactives oxygénées. De plus, l’environnement urinaire est très favorable à l’oxydation, ce qui explique la grande variété d’enzymes antioxydantes qui
coexistent avec différentes molécules absorbantes des radicaux libres afin d’équilibrer l’environnement de réduction-oxydation. Le diabète s’accompagne d’une augmentation de la génération des ROS dans les tissus, incluant ceux du rein, ce qui impliquent de multiples réseaux moléculaires. Bien que l’augmentation de la génération des ROS dans les reins soit d’origines multiples, il est évident qu’une des principales sources de ROS rénaux soit reliée à la famille des oxydases NADPH non-phagocytaires, qui sont structurellement reliées mais fonctionnellement distinctes des oxydases NADPH que l’on retrouve dans les neutrophiles. Les trois principales différences entre ces deux protéines est que les oxydases NADPH non-phagocytaires génèrent continuellement de bas niveaux de superoxyde, même dans les cellules non-stimulées. En second lieu, ces enzymes non-phagocytaires généreront un bas niveau de superoxydes mêmes si elles sont surexprimées par différentes conditions pathologiques. Finalement, il semble qu’une grande proportion des ROS générés dans les cellules non-phagocytaires semble être
intracellulaire, alors que la génération de superoxydes durant la phagocytose par les neutrophiles se fait surtout au niveau extracellulaire dans les compartiments phagosomals [138]. Des données d’études animales et humaines suggèrent que les oxydases NADPH sont une source enzymatique majeure de génération de ROS dans certaines conditions pathologiques [139, 140]. En fait, Zalba et al. ont postulé que les oxydases NADPH sont la plus important source de superoxyde dans les parois des vaisseaux sanguins de différents modèles d’hypertension expérimentale, incluant l’hypertension induite par l’angiotensine II, l’hypertension rénovasculaire et l’hypertension d’origine génétique [140].
La NADPH oxydase est une enzyme formée de multiples sous-unités qui catalyse la production de superoxydes par la réduction de l’oxygène O2 en utilisant le NADPH comme donneur d’électrons : 2 O2 + NADPH → 2 O2- + NADP+ + H+. La NADPH oxydase a été découverte dans les cellules phagocytaires, et est composée de différentes enzymes telles que p47phox (« phox » étant dérivé de phagocyte oxydase), p67phox, p40phox, p22phox, des unités catalytiques gp91 phox (aussi connue sous le nom de Nox2) [141, 142] ainsi que la GTPase Rac2. Dans les cellules non stimulées, p47phox, p67phox et p40phox sont confinées dans le cytosol, alors que p22phox et gp91phox sont situées sur la membrane cellulaire, formant la flavoprotéine hétérodimérique nommée cytochrome b558. Une fois que les cellules sont stimulées, p47phox devient
déplacer à la membrane cellulaire où il se liera au cytochrome b558 afin de former une oxydase active, ce qui entraine le transfert d’électrons de NADPH vers l’oxygène O2, formant l’ion O2- [143]. Cependant, l’activation des NADPH oxydases requiert aussi la participation de Rac2 (ou Rac1) ainsi que de Rap1A [144, 145]. Suite à la découverte des homologues de gp91phox, différents membres de la famille des « Nox » (pour NADPH-oxydase) ont été désigné sous les noms de Nox1 à 5 ainsi que Duox1 et 2 [146-148]. Celles-ci sont exprimées dans de nombreux tissus et servent de médiateurs pour différentes fonctions biologiques.
Figure 1-18. La structure présumée des isoformes de NADPH oxydases. Les isoformes des protéines
transmembranaires NADPH oxydases sont constituées de six α-hélices contenant des résidus d’histidine impliqués dans le lien haem. [149]
Parmi ces homologues, Nox4 a été communément appelé « Renox » (pour Renal oxydase) est abondamment exprimée dans les reins. Des études récentes ont démontré le rôle que joue cette isoforme dans la néphropathie diabétique. Etoh et al. ont en effet démontré que l’expression de Nox4 et de p22phox étaient significativement augmentées dans les glomérules et les tubules distaux de rats diabétiques par injection de STZ [150]. Ils ont aussi trouvé que les unités Nox4 et p22phox étaient co-localisées avec le 8-OHdG, un marqueur pour le dommage causé à l’ADN par les ROS. Une autre expérience effectuée par Gorin et al. indique aussi une relation de cause à effet entre les ROS dérivés de Nox4 et la néphropathie diabétique : l’utilisation de nucléotides antisens a été employée pour inhiber l’expression de Nox4, ce qui a effectivement réduit la génération de ROS et a permis de prévenir le développement de l’hypertrophie et de l’augmentation de l’expression de fibronectine [151].
Dans une revue, Ha et Lee ont postulé que les ROS jouent un rôle important dans le remodelage de la matrice extracellulaire dans la néphropathie diabétique. Par exemple, différents facteurs tel qu’un taux de glucose élevé, les AGEs, l’angiotensine II et le TGF-β1 peuvent tous augmenter le niveau de ROS dans les cellules rénales. Aussi, ils contribuent à l’augmentation de la synthèse de la matrice extracellulaire tout en diminuant sa dégradation, ce qui emmène l’expansion glomérulaire et mésangiale ainsi qu’à la fibrose tubulo-interstitielle dans les reins diabétiques [152].
Une autre source de ROS intracellulaires résultant de l’hyperglycémie est la mitochondrie. Kakimoto et al. sont parvenus, par la détection des niveaux urinaires du marqueur du stress oxydatif systémique total 8-OHdG [153, 154], à démontrer que l’hyperglycémie permet une augmentation du dommage à l’ADN causé par l’oxydation mitochondriale ainsi que la délétion de l’ADNA mitochondrial dans les reins de rats diabétiques. Bien que l’insuline parvienne à normaliser les niveaux de 8-OHdG rénaux, cela n’a pas eu d’effet sur la délétion de l’ADN mitochondrial [153], ce qui suggère que le dommage de l’ADN mitochondrial pourrait être impliqué dans la pathogénèse de la néphropathie diabétique. Une étude clinique traitant des liens entre le dommage oxydatif à l’ADN et les dommages tubulo-interstitiel chez les patients atteints de diabète de type II avec néphropathie diabétique a permit de démontrer que les niveaux urinaires de 8-OHdG étaient plus élevés chez les patients avec diabète de type II que chez les sujets contrôles. De plus, les niveaux de 8-OHdG avaient tendance à être plus élevé en relation avec la sévérité des lésions glomérulaires ainsi qu’avec la sévérité des lésions tubulo- interstitielle chez les patients atteints de diabète de type II [155]. De Plus, Houstis et al. ont démontré une relation de cause à effet entre les ROS présents dans différents modèles in-vitro et in vivo de résistance à l’insuline [156].