Les sphingolipides sont impliqués dans des pathologies très diverses. Ainsi, les effets cytotoxiques des céramides interviennent dans la neurodégénérescence intervenant lors de la maladie d'Alzheimer. En effet, le peptide amyloïde β induit la production de céramides dans des neurones in vitro, et des céramides à longue chaîne sont accumulés dans le cerveau des patients (Cutler et al. 2004). Plusieurs études ont montré le potentiel carcinogène de la voie des sphingolipides : l’inhibition de la céramide synthase par injection de la toxine fumonisine B1 ou par consommation de denrées alimentaires contaminées par Fusarium moniliforme (le micro-organisme produisant cette toxine) induit une forte augmentation des taux de bases sphingoïdes (sphingosine, sphinganine) dans le sang, le foie, l’estomac et le rein, couplée à une forte diminution des sphingolipides complexes, et à une apoptose dans ces tissus. Il en résulte une hépatotoxicité et une néphrotoxicité, à l’origine de tumeurs dans de nombreux modèles animaux et chez l’homme, où l'incidence de la fumonisine sur les cancers du foie et de l’œsophage est démontrée (Thiel et al. 1991; Wang et al. 1992; Riley et al. 1993; Ueno et al. 1997; Tsunoda et al. 1998; Riley et al. 2001). Les premières utilisations in vivo des céramides datent de la fin des années 90 avec l’apparition de céramides en cosmétologie, les publicitaires vantant leur intérêt dans les shampoings et les crèmes (Kester et Kolesnick 2003). Cette idée se justifie par leur potentiel à renforcer la barrière épidermique puisque les (glycosyl)céramides sont les composants principaux de la couche cornée de l’épiderme qui garantit l’imperméabilité de la peau (Wertz 2000). Cependant, les pathologies où l'effet des sphingolipides est le mieux documenté sont la résistance à l'insuline, l'inflammation et le cancer.
2.5.1 Céramides et insulino-résistance
L'obésité prédispose les individus au développement de la résistance à l'insuline, au niveau du foie et du muscle. Divers mécanismes sont proposés pour expliquer comment l'excès d'adiposité s'oppose à l'action de l'insuline. Premièrement, quand la capacité de stockage du tissu adipeux est dépassée, les graisses s'accumulent dans des tissus non adaptés, ce qui induit la formation de métabolites inhibiteurs de la signalisation de l'insuline. Par ailleurs, l'obésité déclenche un état d'inflammation chronique, et les cytokines relarguées par
2.5 Rôle physiopathologique 2. Les sphingolipides
le tissu adipeux ou les macrophages qui y sont infiltrés antagonisent l'action de l'insuline.
Dans les deux cas, les céramides semblent impliqués (Summers 2006). En effet, les taux de céramides et de diacylglycérol sont élevés dans le tissu musculaire de rats obèses par rapport aux rats témoins (Turinsky et al. 1990). De même, chez l'humain les taux de céramides ont été trouvés très augmentés dans les muscles de patients obèses, et une corrélation négative a été observée entre ces taux et la sensibilité à l'insuline (Straczkowski et al. 2004).
De nombreuses études montrent que les céramides inhibent le transport du glucose et la synthèse du glycogène stimulés par l'insuline (Wang et al. 1998). Parmi les éléments de la voie de signalisation de l'insuline susceptibles d'être affectés par les céramides, IRS-1 a été évoqué par plusieurs laboratoires. IRS-1 serait phosphorylé et inactivé via l'activation par les céramides de kinases telles que ERK2, p38 MAPK, JNK, IKK (NFB inhibitor kinase). La PI3 kinase pourrait elle-aussi être inhibée par les céramides. Cependant, l'implication de ces deux cibles est sujette à controverse. Par contre, l'inhibition de Akt par les céramides est unanimement acceptée. Elle se produit par deux mécanismes simultanés: les céramides activent la phosphorylation PKC-dépendante du résidu Thréonine34 d'Akt, ce qui inhibe la translocation de l'enzyme ; d'autre part, ils activent la phosphatase PP2A, qui enlève les phosphates en positions Sérine 473 et Thréonine 308, nécessaires à l'activité de l'enzyme (Summers 2006). De plus, il a été démontré que la formation de céramide explique l'effet inhibiteur des acides gras saturés sur la voie de l'insuline dans des myotubes en culture (Schmitz-Peiffer et al. 1999) et que le TNF induit la déphosphorylation d'Akt en activant PP2A, effet qui est reproduit par un céramide exogène, dans des adipocytes en culture (Teruel et al. 2001).
2.5.2 Sphingolipides et inflammation
Le TNF, une cytokine pro-inflammatoire fortement augmentée chez des patients atteints de pathologies chroniques (insuffisance rénale, cancer, SIDA, diabète, infections diverses), est un régulateur important des taux de sphingolipides intracellulaires : la fixation du TNFα sur son récepteur induit l'hydrolyse de la SM et produit une accumulation rapide de céramide. Un des effets du céramide est d'activer le facteur de transcription NF-B qui impliqué dans la réponse inflammatoire en induisant l'expression de cytokines, chimiokines, chimioattractants, d'enzymes pro-inflammatoires comme la cyclo-oxygénase 2 (COX2). Le TNF induit aussi l'activation de la cPLA2 qui permet de relarguer l'acide arachidonique à la
source de dérivés pro-inflammatoires, peut-être via la conversion du céramide en céramide-1-phosphate (Nixon 2009). La fixation du TNFα induit aussi une stimulation de la sphingosine kinase SK1 et la production de S1P, qui a été reliée à l'expression de molécules d'adhésion sur les cellules endothéliales, à l'activation de la COX2 et à la production de la prostaglandine PGE2 . De plus, il a été montré que la voie SK1/S1P/S1PR régule de nombreux types de cellules immunitaires impliquées dans l'inflammation: migration des monocytes, réponse des macrophages et des cellules microgliales au lipopolysaccharide, production de cytokines par les macrophages et chimiotaxie induites par le peptide C5a, dégranulation et production de cytokines par les mastocytes La disponibilité récente de modulateurs des récepteurs S1PR a permis de montrer leur implication dans la migration des lymphocytes. Notamment, FTY720 qui down-régule les S1PR, diminue le nombre de lymphocytes circulants en inhibant leur sortie du thymus, et présente des potentialités thérapeutiques intéressantes. Divers processus impliqués dans les crises d'asthme impliquent en effet la mise en jeu de SK et S1P : la fixation de l'antigène sur les récepteurs FcR induit la transactivation des récepteurs S1PR2, suivie de la constriction des muscles lisses bronchiques et du recrutement de cellules inflammatoires.
Dans la polyarthrite rhumatoïde, la surproduction de TNF au niveau des articulations induit la production de S1P par les synoviocytes, et son accumulation dans le liquide synovial, couplée à la prolifération et à la sécrétion de cytokines par ces mêmes cellules. Le composé FTY720 et l'inhibiteur de SK diméthylsphingosine ont tous deux montré des effets bénéfiques dans des modèles expérimentaux de ces maladies (Snider et al. 2010).
2.5.3 Sphingolipides et cancer
Un défaut des voies d’apoptose est un mécanisme connu de tumorigénèse qui permet aux cellules malignes d’échapper au contrôle de l'organisme, et corriger ce défaut peut sélectivement induire l’apoptose dans ces cellules. Dans ce but, le modèle le plus étudié de synthèse agoniste-induite de céramides est celui par lequel les agents utilisés en chimiothérapie (anthracyclines, alcaloïdes et rétinoïdes auxquels on peut ajouter la radiothérapie) induisent une accumulation de céramides pro-apoptotiques dans des lignées cancéreuses (Kester et Kolesnick 2003). In vivo, le phénotype de multi-résistance aux drogues de certaines tumeurs trouve son origine dans un défaut de l'accumulation des céramides qui constitue un mécanisme de résistance à l’apoptose qui favorise la progression tumorale (Michael et al. 1997; Selzner et al. 2001) (Woodcock 2006). Par exemple, les lignées MCF-7
2.5 Rôle physiopathologique 2. Les sphingolipides
résistante à l’adriamycine (une anthracycline), et KB-V-1 résistantes à la vinblastine, présentent la particularité d’avoir des taux de céramides endogènes très bas en raison d’une forte activité glucosylcéramide synthase (Lavie et al. 1996; Lucci et al. 1999), ce qui en fait une cible thérapeutique intéressante (Liu et al. 2001). Les céramides ont également un effet anti-angiogénique en diminuant la prolifération des cellules musculaires lisses des vaisseaux via la voie ERK-Akt (Johns et al. 2001). Pour la même raison, les céramides sont utilisés pour limiter la resténose après une angioplastie (Charles et al. 2000). Actuellement, des stratégies thérapeutiques permettant un apport ciblé de céramides, ou faisant appel à des agents qui modifient les taux de céramides endogènes (inhibiteur de céramidase B13, inhibiteur de glucosylcéramide synthase PDMP) sont en cours d'étude (Kester et Kolesnick 2003; Reynolds et al. 2004).
Outre ces situations pathologiques où le rôle des sphingolipides est classiquement invoqué, notre travail a permis de montrer qu'ils sont aussi impliqués dans la perte de masse musculaire. En effet, les inhibiteurs de la synthèse de céramides protègent les cellules musculaires contre l'atrophie induite par le TNF in vitro, et in vivo contre l'atrophie induite par une tumeur (De Larichaudy et al, 2012).