Modèles d!étude

Dans cette thèse, deux modèles animaux ont été étudiés : le rat Goto-Kakizaki, modèle spontané de DT2, et le rat Lou/C, spontanément restreint en calories et résistant à l"obésité.

5.1. Le rat GK/Par, spontanément diabétique 5.1.1. Modèle de DT2 humain

! Issu de croisements répétés de rats Wistar — sur la base d'une tolérance au glucose infranormale — le rat Goto-Kakizaki (GK) est un modèle animal qui développe spontanément un DT2 (Goto et al., 1975 ; Goto et al., 1988). Le rat GK issu de la lignée parisienne du Pr. B. Portha (GK/Par) (pour revues récentes : Portha et al., 2007 ; Portha et al., 2008) s'apparente au DT2 humain par bien des aspects : (i) un contenu insulaire en insuline et une masse $- cellulaire diminués d'environ 40% ; (ii) une gluco-incompétence, qui se traduit par une réduction/absence de la première phase de sécrétion ; (iii) une réponse maintenue aux autres sécrétagogues : glutamine, leucine, arginine ; et (iv) un déficit en ATP lié à un ratio ATP/ADP diminué en réponse au glucose. La masse de cellules $ est congénitalement diminuée chez le rat GK/Par (Movassat et al., 1997 ; Portha et al., 2001), non pas en raison d'une apoptose $-cellulaire mais — du moins en partie — à une diminution de leurs taux de réplication in vivo. L"hyperglycémie basale apparaît seulement après le sevrage (entre 3 et 4 semaines d'âge) (Portha et al., 2001), moment où les anomalies de la fonction $-cellulaire apparaissent. Il existe donc une corrélation chronologique entre l"acquisition de ces anomalies et l"exposition des cellules $ à un environnement métabolique diabétique (Fig. I19). L'hyperglycémie chronique est assortie d"une hyperlipidémie (augmentation du cholestérol, des triglycérides et des acides gras non estérifiés) modeste, déjà présente à la naissance (Homo-Delarche et al. 2008).

5.1.2. Modèle de stress-oxydant ?

! Dans l'îlot GK/Par, il existe un microenvironnement lié au stress oxydant. En effet, des données récentes attestent qu'une inflammation chronique insulaire contribue à la physiopathologie du diabète chez le rat GK/Par (Homo-delarche et al., 2006 ; Ehses et al.,

2007a ; Ehses et al., 2007b ; Portha et al., 2008). Le travail de Homo-Delarche et al. a

permis de mettre en évidence que, parmi les 71 gènes surexprimés (analyse de transcriptome par microarray [Affymetrix]) dans l'îlot GK/Par, la moitié codent pour des molécules de la réponse immunitaire et de l'inflammation, et un quart pour des molécules de la matrice extracellulaire et de l'adhésion cellulaire (Homo-Delarche et al., 2006). Il a aussi été montré que les cellules $ du rat GK (souche japonaise) surexpriment le gène de l'IL-1$ (Mine et al., 2004). A ce profil moléculaire, et parallèlement à la durée d'exposition à l'hyperglycémie chronique chez le rat GK/Par, s'associe la présence de macrophages et de granulocytes à l'intérieur et autour des îlots ; elle est accompagnée de la progression de protéines de la matrice extracellulaire (phénomène rappelant la microangiopathie) (Homo-

delarche et al., 2006 ; Ehses et al., 2007b ; Portha et al., 2008). Les données montrant des

altérations de la circulation sanguine et de la vascularisation chez cet animal — restaurées par la normalisation de la glycémie — sont parfaitement compatibles avec des anomalies de la microcirculation insulaire (Atef et al., 1994 ; Svensson et al., 1994 ; Svensson et al., 2000).

Fig. I19. Chronologie d!apparition et d!évolution du diabète spontané du rat GK/Par (d!après Portha, 2003). DNID: diabète non insulino-dépendant.

! L'analyse du transcriptome de l'îlot GK/Par a, par ailleurs, révélé que près de 3% des gènes surexprimés sont impliqués dans le stress oxydant, et 5% régulent les processus de croissance et de survie cellulaire (Homo-Delarche et al., 2006). Diverses données sur le stress oxydant sont rapportées dans d'autres colonies de rats GK. Dans les îlots issus de GK japonais (GK/Jap), des marqueurs indirects du stress oxydant (8-OHdG, HNE) ont été décelés, et ceux-ci sont clairement associés à l'hyperglycémie car d'une part ils progressent avec la durée d'exposition à l'hyperglycémie et, d'autre part, ils sont diminués une fois la glycémie normalisée (Ihara et al., 1999). Des traitements à base d'antioxydants (vitamine E, acide lipoïque) ou de metformine améliorent le contrôle glycémique, les indicateurs de stress oxydants circulants et urinaires, ainsi que les défenses antioxydantes plasmatiques chez ces animaux (Ihara et al., 2000 ; Bitar et al., 2005 ; Rösen et Wiernsperger, 2006 ; Sena et al.,

2008). Les effets des traitements antioxydants demeurent néanmoins controversés selon la

colonie de rat GK étudiée (Oliveira et al, 2004). Par ailleurs, des travaux récents, obtenus dans une colonie portuguaise de rats GK/Par, ont mis en évidence, dans les pancréas de ces animaux, une activité accrue de SOD et GPx, parallèlement à un phénomène de peroxydation lipidique (Sena et al., 2008).

Toujours dans cette souche portugaise, des altérations fonctionnelles de la mitochondrie de foie ont été observées avec : une augmentation du potentiel de membrane mitochondrial (Ferreira et al., 2003a), une protection contre le stress oxydant et la MMP, et une augmentation des défenses antioxydantes (Ferreira et al., 1999b ; Santos et al., 2001 ;

Ferreira et al., 2003b). De plus, ces altérations augmentent avec l'âge des animaux (Ferreira et al., 1999a ; Ferreira et al., 2003a ; Ferreira et al., 2003b).

5.2. Le rat Lou/C, spontanément restreint en calories 5.2.1. Modèle animal anti-obèse

! Le rat Lou/C, dérivé de la souche Wistar (Bazin et Beckers ; Université de Louvain, Belgique), présente tous les stigmates de la restriction calorique. Le rat Lou/C se restreint en calories ()40%) spontanément, et sa prise alimentaire est corrélée à une masse corporelle amoindrie, comparativement à son cousin Wistar (Veyrat-Durebex et al, 1998 ; Ramsey,

2000 ; Couturier et al., 2002) (Photo 1). Avec une hyperactivité locomotrice spontanée et une

masse du tissu adipeux brun accrue, assortie d"une thermogenèse plus élevée, le rat Lou/C présente une dépense énergétique supérieure à la normale (Veyrat-Durebex et Alliot, 1997 ;

Alliot et al., 2002 ; Couturier et al., 2002 ; Perrin et al., 2003 ; Servais et al., 2003 ; Abdoulaye et al., 2006 ; Soulage et al., 2008). La faible adiposité ()70% comparée au

Wistar) caractéristique du rat Lou/C n'est pas reproductible chez le rat Wistar par un simple ajustement des apports caloriques chez ce dernier (Couturier et al., 2002 ; Couturier et al.,

2004 ; Garait et al., 2005). Le rat Lou/C maintient une plus faible adiposité comparativement

au Wistar restreint (Couturier et al., 2002 ; Couturier et al., 2004), ce qui témoigne d'une plus grande aptitude à oxyder les lipides chez le rat Lou/C. Avec une meilleure sensibilité à l'insuline et une moindre glycémie (Couturier et al., 2002 ; Perrin et al., 2003), le rat Lou/C atteste aussi d'un meilleur contrôle de l'homéostasie glucidique. Enfin, la longévité du rat Lou/C est accrue (Dodane et al., 1991 ; Veyrat-Durebex et Alliot, 1997 ; Alliot et al., 2002 ;

Zimmerman et al., 2003), et il se montre résistant à l'obésité avec l'âge contrairement au

Wistar (Boghossian et al., 2000 ; Perrin et al., 2003).

Photo 1. Rats Wistar et Lou/C au même âge

5.2.2. Modèle animal anti-stress oxydant ?

! Les récentes implications du stress oxydant dans diverses altérations pathologiques (insulino-résistance, hyperinsulinémie, hyperglycémie, dyslipidémie), caractéristiques du syndrome métabolique (pour revue : Frisard et Ravussin, 2006), suggèrent que le rat Lou/C représente un modèle approprié en vue d'évaluer l'impact des apports caloriques sur les propriétés mitochondriales en relation avec l'insulino-sensibilité. À ce titre, de récentes

données montrent que la production mitochondriale d'ERO par le muscle squelettique est diminuée chez le rat Lou/C, et tient à des caractéristiques mitochondriales très singulières : une activité du complexe I diminuée et une augmentation du découplage via les protéines découplantes (UCP2 et UCP3) (Garait et al., 2005). Néanmoins, la production d'ERO et les caractéristiques mitochondriales lui étant associées sont normalisées lorsque cet animal est soumis à un régime hyperlipidique (Garait et al., 2005), pour lequel il présente une forte appétence (Veyrat-Durebex et Alliot, 1997 ; Kappeler et al., 2004 ; Garait et al., 2005 ; Heliès