Une étude des effets des monomères cycliques d’acides
gras issus d’une huile végétale chauffée sur les
marqueurs de la stéatose hépatique, de l’inflammation
et du stress oxydant chez le rat
Thèse
Jean Mboma
Doctorat en nutrition
Philosophiæ doctor (Ph. D.)
Une étude des effets des monomères cycliques d’acides
gras issus d’une huile végétale chauffée sur les marqueurs
de la stéatose hépatique, de l’inflammation et du stress
oxydant chez le rat
Thèse
Jean Mboma
Sous la direction de :
Pr. Hélène Jacques, directrice de recherche
Pr. Paul Angers, codirecteur de recherche
Résumé
Cette étude vise trois objectifs majeurs. Elle cherche d’abord à déterminer les mécanismes par lesquels les monomères cycliques d’acides gras (MCAG) issus de la friture des huiles végétales induisent l’accumulation des lipides dans le foie des rats. Ensuite, elle évalue les effets des MCAG sur les marqueurs de l’inflammation et du stress oxydant chez ces mêmes rats. Enfin, elle vise à déterminer si ces effets peuvent être modulés par la qualité des lipides alimentaires.
Pour atteindre ces objectifs, cette étude compare les effets des quatre diètes sur la composition corporelle, les profils d’acides gras et de lipides hépatiques et plasmatiques, l’activité ou l’expression d’enzymes hépatiques, les marqueurs d’homéostasie glucidique, d’inflammation et de stress oxydant. Les quatre diètes diffèrent par la source de lipides alimentaires et l’ajout ou non de MCAG (0,5% des lipides alimentaires totaux) : huile de canola (CO), huile de canola avec MCAG (CC), huile de soya (SO) et huile de soya avec MCAG (SC). Les rats sont nourris avec ces diètes (n = 9 par groupe) pendant 28 jours et des paramètres biochimiques sont analysés dans le foie, le plasma et les urines.
Les rats nourris aux MCAG manifestent une hausse des TG hépatiques, du cholestérol total plasmatique et du cholestérol de VLDL+LDL, une baisse de la phosphatidylcholine hépatique et du cholestérol des HDL plasmatique par rapport aux rats nourris avec les diètes sans MCAG. En plus, les rats nourris aux MCAG montrent des concentrations plus élevées en 15-F2t-IsoP et son
métabolite, le 2,3-dinor-15-F2t-IsoP, que les rats non nourris aux MCAG. Enfin,
les rats nourris avec la diète SC ont des concentrations plasmatiques et urinaires plus élevées d’isoprostanes, de neuroprostanes et d’Interleukine-6 que ceux nourris avec l’huile de canola et MCAG.
sanguines et causent l’accumulation des TG dans le foie des rats en lien avec une réduction de la phosphatidylcholine hépatique. Par ailleurs, la consommation de MCAG favorise le développement d’un stress oxydant, et cet effet ainsi que l’impact des MCAG sur l’inflammation sont exacerbés par une diète riche en acide linoléique (huile de soja) comparée à une diète riche en acide oléique (huile de canola).
Abstract
This study has three major objectives. It first seeks to determine the mechanisms by which cyclic fatty acid monomers (CFAM), which are derived from the frying of vegetable oils, induce the accumulation of lipids in the liver of rats. Then, it evaluates the effects of CFAM on the markers of inflammation and oxidative stress in these same rats. Finally, it aims to determine if these effects can be modulated by the quality of dietary lipids.
To achieve these objectives, this study compares the effects of four diets on body composition, hepatic and plasma fatty acid and lipid profiles, activity or expression of liver enzymes, markers of carbohydrate homeostasis, inflammation and oxidative stress. The four diets differ in the source of dietary lipids (canola oil or soybean oil) and the addition of CFAM (0.0 or 0.5% of total dietary fat). Rats were fed these diets (n = 9 per group) for 28 days and biochemical parameters are analyzed in liver, plasma and urine.
CFAM-fed rats showed increased hepatic triglycerides and plasma total cholesterol and VLDL+LDL cholesterol, decreased plasma HDL cholesterol and liver phosphatidylcholine, compared to rats fed CFAM-free diets. In addition, CFAM-fed rats showed higher concentrations of plasma 15-F2t-IsoP and
2,3-dinor-15-F2t-IsoP than non-CFAM-fed rats. Finally, rats fed soybean oil and CFAM had elevated plasma and urinary concentrations of isoprostanes, neuroprostanes and interleukin-6 as compared to those fed canola oil and CFAM. This study shows that CFAM disrupt blood lipoprotein homeostasis and cause triglyceride accumulation in rat liver related to reduced liver phosphatidylcholine. In addition, the consumption of CFAM promotes the development of oxidative stress, and this effect and the impact of CFAM on inflammation are exacerbated by a diet rich in linoleic acid (soybean oil) compared to a diet rich in oleic acid (canola oil).
Table des matières
Résumé ... iii
Abstract ... v
Liste des tableaux ... x
Liste des figures ... xi
Liste des abréviations et sigles... xiii
Dédicace ... xvii Épigraphe ... xviii Remerciements ... xix Avant-propos ... xxi Chapitre 1. ... 1 Introduction ... 1 Chapitre 2. ... 6 Revue de la littérature ... 6 2.1. Le syndrome cardiométabolique... 6
2.1.1. Définition du syndrome cardiométabolique ... 6
2.1.2. Définition du syndrome métabolique ... 6
2.2. Le syndrome cardiométabolique et la stéatose hépatique ... 8
2.2.1. La stéatose hépatique : définition, données épidémiologiques et lipidomique ... 8
2.2.2. La stéatose hépatique : pathogenèse et mécanismes ... 10
2.3. Le syndrome cardiométabolique, l’inflammation chronique et les cytokines inflammatoires ... 17
2.4. Le syndrome cardiométabolique et le stress oxydant ... 20
2.4.1. Le stress oxydant ... 20
2.4.2. Les isoprostanes, marqueurs du stress oxydant ... 21
2.5. Le syndrome cardiométabolique et la dyslipidémie... 25
2.6. Régulation de la stéatose hépatique par les gènes et les habitudes de vie .. 27
2.6.1. Facteurs génétiques ... 27
2.6.2. Régulation par les habitudes de vie ... 28
2.6.3. Facteurs nutritionnels réduisant l’inflammation chronique ... 30
2.6.4. Les huiles végétales : une source importante d’acides gras... 30
2.7. Le traitement thermique des huiles végétales ... 33
2.7.1. Introduction... 33
2.7.3. L’impact du traitement thermique des huiles végétales sur leur qualité
nutritionnelle ... 34
2.7.4. Stratégies pour limiter la dégradation des huiles chauffées ... 38
2.7.5. Les effets des huiles thermo-oxydées sur les processus physiopathologiques ... 39
2.8. Les monomères cycliques d’acides gras ... 41
2.8.1. Formation et structures des monomères cycliques d’acides gras ... 41
2.8.2. Les effets métaboliques et physiologiques des MCAG ... 42
Transition 1 ... 47
Chapitre 3. Hypothèses et objectifs de recherche ... 48
Hypothèses principales ... 48 Hypothèses spécifiques ... 48 Objectif principal ... 49 Objectifs spécifiques ... 49 Transition 2 ... 51 Chapitre 4. ... 52
Liver and plasma lipid changes induced by cyclic fatty acid monomers from heated vegetable oil in the rat ... 52
4.1. Résumé ... 53
4.2. Abstract ... 54
4.3. Introduction ... 55
4.4. Materials and methods ... 57
4.4.1. CFAM extraction from heated linseed oil ... 57
4.4.2. Experimental diets ... 58
4.4.3. Animals and experimental design ... 58
4.4.4. Body composition... 59
4.4.5. Liver lipid extraction ... 60
4.4.6. Liver total cholesterol, triacylglycerols (TAG), phosphatidylethanolamine (PE), and phosphatidylcholine ... 60
4.4.7. Liver fatty acid composition ... 60
4.4.8. Liver glycogen ... 61
4.4.9. Liver PEMT activity and CT-a protein analysis ... 61
4.4.10. Liver histology and assessment of fat accumulation ... 62
4.4.11. Plasma analyses... 62
4.5. Statistical analysis ... 63
4.6. Results ... 63
4.6.2. Effects of diets on food consumption, food efficiency, body weight gain
and composition ... 64
4.6.3. Effects of CFAM and non-CFAM diets on liver lipid composition and function ... 64
4.6.4. Effects of diets on liver lipids and phosphatidylcholine biosynthesis enzymes ... 65
4.6.5. Effects of CFAM and non-CFAM diets on liver fatty acid composition... 65
4.6.7. Effects of CFAM and non-CFAM diets on plasma lipids ... 65
4.6.8. Effects of diets on plasma biochemical parameters ... 66
4.7. Discussion ... 66 Authors’ contributions: ... 72 Acknowledgements ... 72 Conflict of interest ... 72 Ethical review ... 72 References ... 82 Transition 3 ... 85
Chapitre 5. Effects of Cyclic Fatty Acid Monomersfrom Heated Vegetable Oil on Markers of Inflammation and Oxidative Stress in Male Wistar Rats ... 86
5.1. Résumé ... 87
5.2. Abstract ... 88
5.3. Introduction ... 89
5.4. Material and Methods ... 90
5.4.1. Chemicals ... 90
5.4.2. Standards ... 91
5.4.3. Internal standards ... 91
5.4.4. Animals and diets ... 91
5.4.5. Plasma fatty acid analysis ... 93
5.4.6. Extraction, analysis, and quantification of non-enzymatic lipid products ... 93
5.4.7. Analysis of non-enzymatic lipid products by microLC-MS/MS... 95
5.5. Statistical analysis ... 97
5.6. Results ... 97
5.6.1. Yield, matrix effect, and repeatability and precision of the method ... 97
5.6.2. Food intake and body weight gain ... 98
5.6.3. Plasma fatty acid composition ... 98
5.6.4. Mediators of oxidative stress: Isoprostanes and Neuroprostanes ... 99
5.7. Discussion ... 100
5.7.1. Changes in plasma fatty acids ... 100
5.7.2. Soybean oil induces more urinary 15-F2t-IsoP than canola oil ... 102
5.7.3. CFAM diets induce more plasma 15-F2t-IsoP than non-CFAM diets ... 103
5.7.4. Soybean oil and CFAM diet induces higher levels of plasma and urinary 2,3-dinor-15-F2t-IsoP, urinary 4(RS)-4-F4t-neuroprostanes, and plasma IL-6 than the other three diets ... 103
Abbreviations Used ... 104 Acknowledgements ... 105 Funding source ... 105 References ... 115 Chapitre 6. ... 119 Discussion générale ... 119
6.1. Synthèse des résultats et vérification des hypothèses générales ... 120
6.2. Extraction et qualité des fractions de MCAG ... 124
6.3. Les monomères cycliques d’acides gras, l’accumulation des triglycérides dans le foie : rôle de la synthèse de la phosphatidylcholine ... 130
6.4. Les monomères cycliques d’acides gras et la fonction hépatique ... 134
6.5. Les monomères cycliques d’acides gras et les dyslipidémies ... 137
6.6. Accumulation hépatique des lipides, stress oxydant et baisse de cholestérol des HDL plasmatique : conséquences cardiovasculaires des acides gras cycliques ... 139
6.7. Interactions entre les huiles alimentaires et les monomères cycliques d’acides gras... 142
6.8. La question de la nocivité et/ou l’innocuité des monomères cycliques d’acides gras... 145
6.9. Forces et limites de cette étude ... 147
6.10. Perspectives futures ... 149
6.10.1. Utiliser une diète obésogène chez l’animal ... 149
6.10.2. Déterminer l’activité de la CETP ... 150
6.10.3. Mesurer l’activité de la CT-a ... 150
6.10.4. Mesurer la sécrétion des VLDL et de la bile ... 151
Chapitre 7. ... 153
Conclusion ... 153
Liste des tableaux
Tableau 2.1. Un exemple de synthèse de paramètres de contrôle de qualité de l’huile de friture dans l’Union Européenne.. ... 38 Table 4.1 Formulation (g/kg) and fatty acid composition (weight%) in canola oil
(CO), canola + CFAM (CC), soybean oil (SO), and soybean + CFAM (SC) diets. ... 73 Table 4.2 Isomer composition (mol%) of the CFAM fraction in Canola oil +
CFAM (CC) and soybean oil + CFAM (SC) diets ... 74 Table 4.3 Food consumption, growth, liver and fecal lipids, glucose, insulin,
and body composition of rats fed canola oil (CO), canola + CFAM (CC),
soybean oil (SO), and soybean + CFAM (SC). ... 75 Table 4.4 Fatty acid composition (weight %) in total liver lipids of rats fed diets
containing canola oil (CO), canola oil and CFAM (CC), soybean oil (SO), and soybean oil and CFAM (SC). ... 76 Table 5.1. Standards calibration curves ... 106 Table 5.2. Summary data for isoprostanes and neuroprostanes yield and
matrix effect. ... 107 Table 5.3. Fatty acid composition (weight %) in total plasma lipids of rats fed
diets containing canola oil (CO), canola oil and CFAM (CC), soybean oil (SO), and soybean oil and CFAM (SC). ... 108 Table 5.4. Significant correlations between plasma IL-6, fatty acids, and plasma and urinary isoprostanes (P<0.05). ... 109 Tableau 6.1. Comparaison de deux méthodes de production des MCAG, du
protocole expérimental et les effets des MCAG sur la consommation et le gain de poids chez le rat. ... 128 Tableau 6.2. Comparaison des effets des MCAG sur le poids relatif du foie, le
Liste des figures
Figure 2.1. Le stress oxydant et ses relations avec des conditions
physiopathologiques associées au syndrome cardiométabolique.. ... 22 Figure 2.2. Formation d’isoprostanes à partir de l’acide arachidonique.. ... 23 Figure 2.3. Facteurs qui contribuent à la production des radicaux libres et la
pathogenèse du syndrome métabolique. ... 24 Figure 2.4. Métabolites du 15-F2t-IsoP.. ... 25 Figure 2.5. Voies de la biosynthèse des acides gras polyinsaturés oméga 6
(AGPI n-6) et oméga 3 (AGPI n-3) à partir des acides linoléique et
a-linolénique, respectivement. . ... 32 Figure 2.6. Schéma de synthèse des réactions et leurs produits lors de la
thermo-dégradation des huiles végétales et ses conséquences sur la qualité du produit.. ... 36 Figure 4.1. Representative structures of cyclopentenyl (a) and cyclohexenyl (b)
CFAM isomers from a-linolenic acid, formed during heat treatment.. ... 77 Figure 4.2. Liver total lipids (A), TAG (B), and histological samples fixed in
buffered formaline and stained with hematoxylin and eosin (C) and plasma ALT (D), AST (E), and AST/ALT ratio (F) of rats fed either the non-CFAM or CFAM diets... 78 Figure 4.3. Liver PE (A), PC (B), PEMT activity (C), CT protein expression (D),
and representative immunoblots for the expression of CT (E) of the livers of rats fed canola oil or soybean oil with or without 0.5% CFAM diets.. ... 80 Figure 4.4. Plasma total cholesterol (A), TAG (B), HDL-C (C), VLDL+LDL-C (D) of rats fed canola oil or soybean oil with or without 0.5% CFAM diets.. ... 80 Figure 4.5. Pearson correlation between liver triacylglycerols (TAG) and
phosphatidylcholine of rats fed canola oil or soybean oil with or without 0.5% CFAM diets.. ... 81
Figure 5.1. Effects of oil and cyclic fatty acid monomers (CFAM) on plasma myristic acid (MYA, A), palmitic acid (PMA, B), palmitelaidic acid (PEA, C), linoleic acid (LNA, D), a-linolenic acid (ALA, E), and total n-6
polyunsaturated fatty acids (n-6 PUFA, F) of rats fed either canola oil or soybean oil with or without 0.5% of CFAM.. ... 110 Figure 5.2. Liver 15-F2t-IsoP (A), 2,3-dinor-15-F2t-IsoP (B), and
4(RS)-4-F4t-NeuroP (C)) of rats fed either canola oil or soybean oil with or without 0.5% of cyclic fatty acid monomers (CFAM)... 111 Figure 5.3. Plasma 15-F2t-IsoP (A), 2,3-dinor-15-F2t-IsoP (B), and
4(RS)-4-F4t-NeuroP (C)) of rats fed either canola oil or soybean oil with or without 0.5% of cyclic fatty acid monomers (CFAM)... 112 Figure 5.4. Urinary 15-F2t-IsoP (A), 2,3-dinor-15-F2t-IsoP (B), and
4(RS)-4-F4t-NeuroP (C)) of rats fed either canola oil or soybean oil with or without 0.5% of cyclic fatty acid monomers (CFAM)... 113 Figure 5.5. Plasma IL-6 and C-reactive protein (CRP) of rats fed either canola
oil or soybean oil with or without 0.5% of cyclic fatty acid monomers
(CFAM).. ... 114 Figure 6.1. Schéma d’extraction des monomères cycliques d’acides gras à partir de l’huile de lin chauffée. ... 127 Figure 6.2. Schéma de synthèse des effets des MCAG sur la stéatose hépatique, la dyslipidémie, le stress oxydant et l’inflammation.. ... 145
Liste des abréviations et sigles
Sigles des organisations telles que citées dans ce travail :AOCS American Oil Chemists’ Society
CRIBIQ Consortium de recherche et innovations et bioprocédés industriels au
Québec
CRSNG Conseil Canadien de recherche en sciences naturelles et génie FCF Fondation canadienne du foie
FID Fédération internationale du diabète
FQRNT Fonds Québécois de la Recherche sur la Nature et les Technologies IBMM Institut des biomolécules Max Mousseron
INAF Institut de Nutrition et des Aliments Fonctionnels OMS Organisation mondiale de la santé
WHO World Health Organization
Sigles associés aux acides gras et leur métabolisme, tels que cités (traduction française, là où c’est nécessaire) :
AGCC Acides gras courte chaîne AGL Acides gras libres
AGMI Acides gras monoinsaturés AGPI AGPI : acides gras polyinsaturés
AGS Acides gras saturés
ALA a-linolenic acid (acide a-linolénique) ARA Arachidonic acid (acide arachidonique)
DHA Docosahexaenoic acid (acide docosahexaénoïque) DNL de novo lipogenesis (lipogenèse de novo)
DPA Docosapentaenoic acid (acide docosapentaénoïque) EPA Eicosapentaenoic acid (acide eicosapentaénoïque) FAME Fatty acid methyl ester (méthyle ester d’acide gras)
LNA Linoleic acid (acide linoléique) MUFA Monounsaturated fatty acid
MYA Myristic acid (acide myristique) n-6 omega 6 (oméga 6)
n-3 omega 3 (oméga 3) OLA Oleic acid (acide oléique)
PEA Palmitelaidic acid (acide palmitélaidique) PMA Palmitic acid (acide palmitique)
PUFA Polyunsaturated fatty acid SFA Saturated fatty acid
Sigles des enzymes et facteurs, tels que cités (traduction française, là où c’est nécessaire) :
ACO Acyl-CoA oxidase
CETP Cholesterol ester transfer protein CPT-1 Carnitine palmitoyl-transferase 1
CT-a CTP:phosphocholine cytidylyltransferase-a CYP2E1 Cytochrome P450 2E1
CYP4A1 Cytochrome P450 4A1 FADS Fatty acid desaturase
FAS Fatty acid synthase
LCAT Lecithine cholesterol acyltransferase PAP Phosphatidate phosphatase
PEMT Phosphatidyléthanolamine N-méthyle transférase PPARa Peroxisome proliferator activation factor a
SCD-1 Stearoyl Co-A desaturase-1
SREBP1c Sterol regulatory element binding protein 1c
Sigles associés aux diètes, tels que cités (traduction française, là où c’est nécessaire) :
CO Canola oil (huile de canola)
CC Canola oil and CFAM (huile de canola avec 0,5% MCAG des lipides totaux) CFAM Cyclic fatty acid monomers
MCAG Monomères cycliques d’acides gras SO Soybean oil (huile de soya)
SC Soybean oil and CFAM (huile de soya avec 0,5% MCAG des lipides totaux)
Sigles associés aux à l’inflammation, tels que cités (traduction française, là où c’est nécessaire) :
COX-2 Cyclooxygenase-2 CRP C-reactive protein
hsCRP High sensitivity CRP (CRP haute sensibilité) IC Inflammation chronique
IL-6 Interleukin-6
IL-6R IL-6 receptor (récepteur de l’IL-6) TNF-a Tumor necrosis factor-a
Sigles associés aux facteurs du syndrome métabolique, tels que cités (traduction française, là où c’est nécessaire) :
CL Cholestérol libre
IFG Impaired fasting glucose IGF Impaired glucose tolerance
HDL High density lipoprotein (lipoprotéine de haute densité) LDL Low density lipoprotein (lipoprotéine de basse densité)
OGTT Oral glucose tolerance test (test oral de tolerance au glucose) RI Résistance à l’insuline
SCardMét Syndrome cardiométabolique SMét Syndrome métabolique
TC Total cholesterol (cholesterol total)
T2DM Type 2 diabetes mellitus (diabète de type 2 mellitus)
VLDL Very low-density lipoprotein lipoprotéine de très basse densité)
Sigles associés au stress oxydant, tels que cités (traduction française, là où c’est nécessaire) :
GPX Glutathione peroxidase IsoP Isoprostane
NADPH Nicotinamide dinucleotide phosphate NeuroP Neuroprostane
ROS Reactive oxygen species (radicaux libres)
Sigles associés aux lipides, tels que cités (traduction française, là où c’est nécessaire) :
PC Phosphatidylcholine
PE Phosphatidylethanolamine TAG Triacylglycerols (triacylglycérols)
TG Triglycérides
Sigles associés au foie et maladies du foie, tels que cités (traduction française, là où c’est nécessaire) :
ALT Alanine transaminase AST Aspartate transaminase
MFNA Maladies du foie non alcooliques NAFLD Non-alcoholic fatty liver disease
Sigles associés aux analyses statistiques, tels que cités (traduction française, là où c’est nécessaire) :
ANOVA Analysis of variance (Analyse de la variance)
HSD Tukey honest significant difference test (test de Tukey de la différence
significative honnête)
NS Non-significant (pas de différence significative)
SEM Standard error of the mean (erreur-type de la moyenne) STD Standard deviation (écart-type)
Sigles associés aux méthodes et procédures d’analyse, tels que cités(traduction française, là où c’est nécessaire) :
AUC Area under the curve (aire sous la courbe)
GC Gas chromatography (chromatographie en phase gaseuse, CPG) GC-MS GC-mass spectrometry (CPG-spectrométrie de masse)
IS Internal standard (standard interne)
LC-MS/MS Liquid chromatography tandem mass spectrometry (chromatographie
en phase liquide tandem spectrométrie de masse)
MRM Multiple reaction monitoring (système de suivi multiple des réactions)
Autres sigles, tels que cités (traduction française, là où c’est nécessaire) :
AIN American Institute of Nutrition (Institut américain de nutrition) ATP Adénosine triphosphate
CP Composés polaires
H&E Hematoxyline and Eosine TBHQ Tert-butylhydroquinone
Dédicace
Je dédie ce travail
à tous mes formateurs et maîtres,
ceux qui m’ont porté au point où j’en suis. Vivants
ou morts, de près ou de loin, ils m’ont aidé à forger
ce que je suis aujourd’hui.
Épigraphe
“Every day we are born again.
What matters is what we do of today.”
« Chaque jour nous naissons à nouveau. Ce qui
compte c’est ce que nous faisons de notre
aujourd’hui. »
Buddha
Remerciements
« La gratitude est la mémoire du cœur. Par elle, on entretient le souvenir du bienfait reçu en en faisant mention lorsque l’occasion se présente ».
Raymond Saint-Jean
Ce travail de thèse a été l’occasion d’apprentissage de cette ancienne sagesse africaine qui souligne l’importance du travail d’équipe : « un seul doigt ne peut enlever le pou de la tête ». Ma gratitude va d’abord à Dieu, créateur de tout et source de tout don, qui a donné sa vie en profusion et permis que ce travail de thèse devienne aussi une croissance en sagesse et maturité humaine.
Je suis reconnaissant à Hélène Jacques, ma directrice de thèse et de recherche. Hélène a été patiente, assidue et bienveillante tout au long de mon cheminement. Ses exigences m’ont fait comprendre qu’elle voulait le meilleur de et pour moi. Je la remercie aussi pour l’exemple de vie qu’elle m’a donné : mère de famille, épouse, directrice de programme, enseignante, chercheuse, chrétienne engagée dans son milieu. Elle a enfilé tous ces costumes avec harmonie. Merci Hélène. Ma reconnaissance va également à Paul Angers, qui a été pour moi le vent derrière le dos, très positif, optimiste et un vrai soutien. Mes présentations à Chicago et Cancun n’auraient pas été possibles sans son soutien financier. Je remercie Nadine Leblanc qui a été mon « guide » dans la préparation du dispositif expérimental, la conduite des expériences animales et les analyses. Son expertise dans la confection des présentations PowerPoint m’a été précieuse.
Je remercie Thierry Durand et son équipe qui m’ont accueilli à Montpellier. Leur expertise, qui s’est encore illustrée dans leur lecture critique de mon deuxième article, a ajouté un grand plus à ce travail. Ma reconnaissance va aussi à René Jacobs et son étudiante Sereana Wan pour leur expertise sur la biosynthèse de la phosphatidylcholine.
Je remercie John McGarry SJ qui reste un mentor pour moi. Je remercie la province jésuite du Canada français qui m’a accueilli à Québec et m’a hébergé. Je remercie aussi les provinces jésuites de France et de l’Afrique centrale qui m’ont soutenu. En particulier, ma reconnaissance va au Père José Minaku SJ qui a accepté de m’envoyer faire ces études et qui m’a fait une grande confiance. Merci aux membres de la communauté jésuite de Québec, en particulier Marc Rizzetto. Je remercie aussi la Sœur Bénigne qui, malgré son jeune âge, a été une source de réconfort et une compagne de route. Je remercie les Sœurs de la Congrégation Notre-Dame de Québec qui m’ont accueilli dans leur communauté chaque fin de semaine autour de la table du Seigneur.
Je remercie l’Institut de la nutrition et des aliments fonctionnels (INAF) et le Fonds Jean-Paul Houle qui ont subventionné en partie ma présentation à Chicago. Ma gratitude va également aux organismes qui ont subventionné cette recherche, dont le Conseil Canadien de recherche en sciences naturelles et génie (CRSNG) et le Fonds Québécois de la Recherche sur la Nature et les Technologies (FQRNT)
Je termine en remerciant ma mère pour son amour maternel, m’assurant qu’elle sera toujours là pour moi, tant que Dieu le voudra. Mes remerciements à mes frères et sœurs, nièces et neveux, cousins et cousines.
Avant-propos
Cette thèse est structurée et présentée sous forme de « thèse par articles ». Elle intègre deux articles publiés dont je suis l’auteur principal. Ce projet est dirigé par l’investigatrice principale, la Dre Hélène Jacques, Ph.D. (École de Nutrition, Université Laval) et co-dirigé par le Dr Paul Angers, Ph.D. (Département des Sciences des Aliments, Université Laval). Le Dr Thierry Durand, Ph.D. (Institut des Biomolécules Max Mousseron, Université de Montpellier, France) a supervisé mes travaux de recherche sur les marqueurs de l’inflammation. Le Dr René Jacobs et son étudiante au doctorat Sereana Wan (Department of Biochemistry, University of Alberta, Canada) m’ont aidé dans l’analyse de l’activité ou de l’expression des enzymes de synthèse de la phosphatidylcholine et ont apporté une critique scientifique pour le premier article. Le Dr André Tchernof, Ph.D. (Institut universitaire de cardiologie et pneumologie, Université Laval) a contribué à ce travail grâce aux analyses histologiques du foie réalisées par son équipe de recherche.
La majorité des coauteurs a été impliquée dans la conception expérimentale du projet, ainsi que dans l’analyse des données, les révisions et éditions des manuscrits. J’ai contribué à la conception du plan d’expérience et au choix des différents paramètres à analyser. Avec Nadine Leblanc, j’ai administré et conduit l’élevage des rats, ainsi que l’ensemble des soins aux animaux. Antoine Godin et Charlène Marcotte ont apporté leur soutien technique dans le suivi des animaux et certaines tâches bureautiques. Avec Nadine Leblanc, j’ai procédé au sacrifice des animaux, prélèvement des organes et plasma, et certaines analyses biochimiques de ces derniers. J’ai réalisé la compilation de l’ensemble des données recueillies, les analyses statistiques, la rédaction des manuscrits, ainsi que de cette thèse. J’ai rédigé deux articles à titre de premier auteur. Le premier manuscrit est en fait la combinaison de deux manuscrits traitant des effets des MCAG sur, respectivement, les paramètres hépatiques et plasmatiques et il a été
publié dans Food Science and Nutrition. Le deuxième manuscrit porte sur les effets des MCAG sur les marqueurs du stress oxydant et l’inflammation et a été publié en ligne dans Journal of Agricultural and Food Chemistry.
Les manuscrits publiés sont les suivants :
Jean Mboma, Nadine Leblanc, Sereana Wan, René L. Jacobs, André Tchernof, Pascal Dubé, Paul Angers, Hélène Jacques. Liver and plasma lipid changes induced by cyclic fatty acid monomers from heated vegetable oil in the rat. Publié dans Food Science and Nutrition, 2018 ; 1-12. DOI: 10.1002/fsn3.766.
Jean Mboma, Nadine Leblanc, Paul Angers, Amandine Rocher, Claire Vigor, Camille Oger, Guillaume Reversat, Joseph Vercauteren, Jean Marie Galano, Thierry Durand,Hélène Jacques. Effects of Cyclic Fatty Acid Monomers from Heated Vegetable Oil on Markers of Inflammation and Oxidative Stress in Male Wistar Rats. Publié le 19 juin 2018 dans Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2018, 66, 7172−7180. DOI: 10.1021/acs.jafc.8b01836
Les travaux de recherche suivants ont été présentés à des congrès internationaux sous forme de présentation orale (travaux 1 et 3) ou de poster (travail 2). Tous ces travaux ont fait l’objet d’un résumé arbitré :
1. Jean Mboma, Nadine Leblanc, Paul Angers, Hélène Jacques. Cyclic fatty acid monomers from heated oils do not have adverse effects on food consumption and weight gain in rats. 25th Canadian on Fats and
Oils. Canadian section of the American Oil Chemists’ Society (AOCS). Quebec City, October 4-6, 2015.
2. Jean Mboma, Nadine Leblanc, Paul Angers, Hélène Jacques. Cyclic fatty acids effects on rat liver and plasma fatty acid metabolism and inflammation mediators depend on dietary lipids. Experimental Biology
2017 (American Society for Nutrition). Chicago, April 22-26, 2017. FASEB J, April 2017, 31:971.21.
3. Jean Mboma, Hélène Jacques, Nadine Leblanc, Amandine Rocher, Claire Vigor, Camille Oger, Guillaume Reversat, Joseph Vercauteren, Jean Marie Galano, Thierry Durand, Paul Angers. Cyclic Fatty Acid Monomers from Heated Vegetable Oils Increase F2-Isoprostanes
Production in the Rat. 17th AOCS Latin American Congress and Exhibition on Fats, Oils, and Lipids. Cancun, September 11–14, 2017.
Chapitre 1.
Introduction
La stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA) est un spectre de pathologies hépatiques en l’absence ou avec une consommation modérée d’alcool (<20 g et <30 g d’alcool par jour pour les femmes et les hommes, respectivement). Ce spectre inclut la simple accumulation des lipides dans le foie ; soit >5% du volume du foie (Sattar et al., 2014) pouvant évoluer vers des formes plus sérieuses telles la stéatohépatite, la fibrose et la cirrhose (Goh & McCullough, 2016). La prévalence de la SHNA va de pair avec celle de l’obésité et du syndrome métabolique (Brunt et al., 2015 ; Rinella, 2015 ), du diabète de type 2 et des maladies cardiovasculaires (Cusi, 2012). Par ailleurs, les pathologies associées à la SHNA ont atteint des proportions épidémiques. Il est estimé que 20 à 30% d’adultes vivant dans les pays riches présentent la stéatose hépatique (Goh & McCullough, 2016 ; Neuschwander-Tetri, 2017 ) et le poids économique annuel de ces pathologies s’élèverait à plus 100 milliards de dollars Américains, rien que pour les États-Unis et quelques pays européens (Younossi et al., 2016). Ces éléments indiquent à la fois le poids de ces maladies sur les budgets nationaux de la santé, mais aussi l’urgence de trouver des solutions durables à ces pathologies.
La SHNA se caractérise généralement par un indice de masse corporelle élevé et des altérations hépatiques et plasmatiques. Dans le foie, la SHNA se caractérise par une rupture de l’équilibre entre les voies de synthèse et d’utilisation des acides gras et des lipides (Kawano & Cohen, 2013) et s’accompagne d’une augmentation des diglycérides, triglycérides (TG), et cholestérol libre, et d’une baisse de phosphatidylcholine (Puri et al., 2007). Concernant les enzymes de la fonction hépatique, il a été observé des taux élevés d’alanine transaminase (ALT) avec des taux d’aspartate transaminase (AST) moindres que ceux d’ALT, des TG
élevés et de faibles taux de cholestérol de HDL peuvent être indicateurs de SHNA (Sattar et al., 2014).
Concernant les causes alimentaires des SHNA, il a été montré que les diètes riches en glucides, en particulier le glucose et le fructose, favorisent le développement d’un foie gras (Cusi, 2012; Machado & Diehl, 2016; Neuschwander-Tetri, 2010). Même si la lipogenèse hépatique est régulée par plusieurs facteurs nutritionnels (Jump, 2011), il est reconnu que certains lipides alimentaires favorisent la stéatose hépatique alors que d’autres la réduisent (Ferramosca & Zara, 2014). Les acides gras polyinsaturés oméga 3 (AGPI n-3) contenus dans le gras de poisson suppriment la stéatose hépatique chez la souris en inhibant la synthèse des lipides et du cholestérol (Rossmeisl et al., 2014). Il en est de même pour l’huile de krill -une bonne source d’AGPI n-3 à très longue chaîne eicosapentaénoïque (AEP) et docosahexaénoïque (ADH)- qui réduit l’hépatomégalie et la stéatose hépatique chez la souris (Tandy et al., 2009) et chez le rat Wistar (Ferramosca et al., 2012). En revanche, il s’est avéré que les rats nourris avec le lard (Ferramosca et al., 2012) ou 40% d’énergie sous forme d’huile d’olive (Portillo et al., 2001) présentaient une augmentation de la stéatose hépatique.
Par ailleurs, certains lipides et enzymes hépatiques peuvent moduler la stéatose hépatique et altérer la composition plasmatique des lipides et lipoprotéines. Chez la souris, la phosphatidylcholine (PC) protège contre la stéatose (Niebergall et al., 2011) et une baisse du ratio de la PC à la phosphatidyléthanolamine (PE) prédit la stéatose hépatique (Ling et al., 2012). En plus, les activités des enzymes impliquées dans la synthèse de PC, soit la CTP:phosphocholine cytidylyltransferase-a (CT-a) et la phosphatidyléthanolamine N-méthyle transférase (PEMT), sont critiques au maintien des taux de PC hépatique et des lipoprotéines plasmatiques (Jacobs et al., 2008). Ces éléments indiquent que la qualité des lipides alimentaires ainsi que l’altération de certaines voies
métaboliques impliquées dans la synthèse de la PC peuvent exacerber ou atténuer la stéatose hépatique.
Concernant les lipides alimentaires, il convient de noter qu’ils contribuent en moyenne 30% à 33% de l’apport énergétique des Canadiens (Statistics Canada, 2015) et les huiles de canola et de soya sont les principales huiles consommées en Amérique du Nord (Cloutier, 2017). Alors que l’huile de canola est riche en acide oléique (62%) et possède un ratio n-6/n-3 bas (2.2), l’huile de soya est riche en acide linoléique (61%) et exprime un ratio n-6/n-3 élevé (7.8). Ces différences de composition ont une incidence sur les effets nutritionnels de ces deux huiles (de Catalfo et al., 2013; Takeuchi et al., 2001; Wijendran & Hayes, 2004).
Malgré ces différences, ces deux huiles sont des sources alimentaires d’acides gras essentiels : les acides linoléique et a-linolénique. Ces deux acides gras servent de substrats pour les acides gras polyinsaturés (AGPI) n-6 et n-3, respectivement. Cependant, les acides gras essentiels sont les plus affectés par la friture des huiles végétales et leur baisse est accompagnée de la formation d’acides gras trans (Aladedunye & Przybylski, 2009) -dont les effets délétères sur la santé sont déjà connus (Mensink & Katan, 1990; Mozaffarian et al., 2006)- et des monomères cycliques d’acides gras (MCAG) (Ziaiifar et al., 2008).
Des études sur les effets des MCAG sur le métabolisme lipidique et des acides gras montrent que les MCAG induisent une accumulation des lipides dans le foie des rats (Iwaoka & Perkins, 1976 ; Lamboni et al., 1998 ; Siess et al., 1988 ) tout en perturbant les activités d’enzymes impliquées dans la synthèse et l’oxydation des acides gras (Lamboni et al., 1998; Martin et al., 2000). Cependant, les mécanismes par lesquels les MCAG induisent l’accumulation des lipides dans le foie ne sont pas complètement élucidés. Par exemple, il est connu qu’une altération du métabolisme des phospholipides, en particulier la phosphatidylcholine peut induire le foie gras (Niebergall et al., 2011), mais aucune étude n’a évalué l’impact des MCAG sur la biosynthèse de la PC. En plus,
même si l’accumulation des lipides dans le foie peut s’avérer protectrice (Listenberger et al., 2003), elle peut générer un état lipotoxique (Trauner et al., 2010). Cette lipotoxicité advient à cause d’une exposition chronique des cellules aux concentrations élevées d’acides gras libres, TG ou cholestérol qui peut enclencher des processus lipotoxiques impliqués dans la pathogenèse du syndrome métabolique (Schaffer, 2003; Unger, 2002). Or cette lipotoxicité peut induire le stress oxydant et l’inflammation (Trauner et al., 2010), mais à notre connaissance les effets des MCAG sur ces processus pathophysiologiques n’ont pas encore été explorés. En outre, et à notre connaissance, aucune étude n’a évalué simultanément les effets des MCAG sur le foie, le plasma et les urines, ni trouvé les mécanismes liant ces effets les uns aux autres. Enfin, il reste à savoir si les effets des MCAG peuvent être modulés par les lipides alimentaires.
Compte tenu de ces lacunes, ce projet de thèse s’est proposé de mesurer les effets des MCAG sur la réponse lipidique, inflammatoire et le stress oxydant chez le rat. Six objectifs spécifiques guident ce projet de recherche : (1) la caractérisation de la fraction de MCAG produite à partir de l’huile de lin et l’évaluation de ses effets sur la consommation et la prise de poids chez le rat ; (2) la détermination des effets des MCAG sur le contenu en lipides sur la synthèse de la phosphatidylcholine hépatique ; (3) la détermination des effets des MCAG sur le profil en acides gras hépatiques et la fonction hépatique ; (4) l’analyse des effets des MCAG sur les lipides et lipoprotéines de même que le profil en acides gras plasmatiques et les paramètres du métabolisme glucidique ; (5) la détermination de l’impact des MCAG sur les cytokines pro-inflammatoires et les marqueurs du stress oxydant ; et enfin (6) l’évaluation des effets respectifs des MCAG sur les profils lipidiques, les cytokines inflammatoires et les marqueurs du stress oxydant selon que les MCAG sont supplémentés avec l’huile de canola ou l’huile de soya.
Pour présenter les résultats de ces travaux de recherche, cette thèse est divisée en 7 chapitres, y compris cette introduction. Le deuxième chapitre est consacré à la revue de la littérature. Cette dernière dégage les interrelations entre différents paramètres du syndrome cardiométabolique, présente une synthèse des résultats des travaux antérieurs sur les effets des huiles chauffées et les MACG, et conduit à la formulation de la problématique du présent travail. Dans le troisième chapitre, je présente les hypothèses et objectifs de recherche. Le quatrième chapitre présente les résultats de la présente étude en lien avec les objectifs spécifiques 1 à 4 sous forme d’article publié dans Food Science et Nutrition. Le cinquième chapitre présente le travail qui couvre les objectifs 5 et 6 sous forme d’article publié dans Journal of Agricultural and Food Chemistry. Le chapitre 6 est consacré à la discussion des résultats, la présentation des forces et faiblesses de l’étude et les perspectives futures. Enfin, le chapitre 7 constitue la conclusion générale de ce travail.
Chapitre 2.
Revue de la littérature
Ce deuxième chapitre de la thèse vise à révéler la complexité des liens entre la stéatose hépatique non alcoolique (SHNA) ou accumulation des lipides dans le foie et les mécanismes impliqués dans la pathogenèse du syndrome cardiométabolique. En plus de discuter ces liens, cette revue de la littérature vise à souligner l’implication des facteurs nutritionnels dont les lipides et les monomères cycliques d’acides gras (MCAG), dérivés des lipides alimentaires à la suite du traitement thermique industriel ou domestique. Enfin, ce chapitre fait ressortir les questions et problématiques qui sont à la base de ce projet de thèse.
2.1. Le syndrome cardiométabolique
2.1.1. Définition du syndrome cardiométabolique
Wiernsperger définit le syndrome cardiométabolique (SCardMét) comme un ensemble de désordres métaboliques précurseurs au diabète de type 2 (syndrome métabolique ou SMét – voir ci-dessous) pouvant avoir des implications cardiovasculaires. De ce fait, le SCardMét est complexe, car il implique des voies métaboliques dans plusieurs tissus tels le foie, le tissu adipeux et le muscle (Wiernsperger, 2013).
2.1.2. Définition du syndrome métabolique
Le syndrome métabolique (SMét) désigne la présence d’un ensemble de facteurs de risque du diabète de type 2, des maladies cardiovasculaires et des accidents vasculaires cérébraux. Plusieurs associations et organismes dont l’Organisation mondiale de la santé (OMS), l’American Heart Association, le Groupe européen pour l’étude de la résistance à l’insuline et La Fédération Internationale du Diabète (FID) ont proposé différentes définitions du SMét qui se rejoignent. Mais dans ce travail, la définition de la FID a été choisie en raison du large consensus autour d’elle, de la centralité de l’obésité et son lien à la prévalence du diabète
de type 2 (voir paragraphe 2.2.1) et du fait qu’elle inclut certains facteurs non considérés dans les autres définitions. La FID définit le SMét comme la présence de l’obésité centrale (tour de taille avec des spécificités ethniques) associée à deux des facteurs ci-après :
Ø TG élevés (³ 150 mg/dL ou 1,7 mmol/L)
Ø baisse du cholestérol des HDL (< 40 mg/dL pour les hommes et < 50 mg/dL pour les femmes)
Ø hypertension (pression systolique ³ 130 mm Hg, pression diastolique ³ 85 mm Hg)
Ø glucose plasmatique à jeun élevé (³ 100 mg/dL ou 5,6 mmol/L)
En plus de ces facteurs, la FID ajoute huit autres paramètres métaboliques qui peuvent être utilisés afin de cerner l’étiologie du syndrome métabolique :
- une distribution anormale des gras corporels (dont le gras abdominal et le gras hépatique)
- la dyslipidémie athérogénique (niveaux élevés d’apolipoprotéine B ou de cholestérol des lipoprotéines autres que des HDL)
- la dysglycémie (glycémie à jeun : Impaired fasting glucose (IFG) : 5,6-6,9 mmol/L et 120 minutes suivant le test oral de tolérance eau glucose (OGTT) : Impaired glucose tolerance (IGT) : 7,8-11,0 mmol/L)
- la résistance à l’insuline
- la dérégulation vasculaire (dysfonctionnement endothélial)
- un état pro-inflammatoire : niveaux élevés de C-reactive protein haute sensibilité (hsCRP), tumor necrosis factor-a (TNF-a), interleukine-6 (IL-6) - un état pro-thrombotique (niveaux élevés de facteurs fibrinolytiques ou de
facteurs coagulants)
2.2. Le syndrome cardiométabolique et la stéatose
hépatique
Selon Wiernsperger, le foie joue un rôle crucial dans la pathogenèse du syndrome cardiométabolique (Wiernsperger, 2013). Plusieurs facteurs justifient cette position centrale du foie dans l’ensemble d’événements métaboliques et physiopathologiques que constitue le syndrome cardiométabolique. Le lien entre le foie et le diabète de type 2 est établi puisque, d’une part, le foie gras et le diabète sont associés à la résistance à l’insuline et que, d’autre part, le diabète peut induire des lésions dans le foie (Loria et al., 2013). Dans le cadre cette thèse, j’ai choisi de concentrer les liens entre le SCardMét et le foie sur la stéatose hépatique. En effet, d’une part, la stéatose hépatique est la manifestation du syndrome métabolique (Kim & Younossi, 2008) et, d’autre part, le SMét prédit la stéatose hépatique (Hamaguchi et al., 2005).
2.2.1. La stéatose hépatique : définition, données épidémiologiques
et lipidomique
La stéatose hépatique ou foie gras d’origine non-alcoolique est définie comme une anomalie métabolique reliée à une accumulation de gras dans le foie (lipides hépatiques >5% du poids total du foie). Le foie gras est intimement lié à l’obésité et à la résistance à l’insuline et est considéré comme la manifestation hépatique du syndrome métabolique (Alberti et al., 2006). Cependant, elle peut évoluer d’une simple accumulation des lipides dans le foie vers la fibrose et la cirrhose en passant par la stéatohépatite qui est caractérisée par, entre autres, des lésions hépatiques et l’inflammation (Petta et al., 2009).
Selon les statistiques de l’OMS, il y avait en 2014 plus de 1,9 milliard d’adultes (³ 18 ans) qui étaient en surpoids dont 600 millions d’obèses, soit environ 13% de la population mondiale adulte (Seuring et al., 2015). Ce même rapport indique presqu’un doublement de la population mondiale obèse entre 1980 (4,7%) et 2014 (8,5%) ; la proportion d’enfants obèses étant passée de 4% en 1975 à 18%
en 2014. Mondialement, il est estimé que 1 à 5% de la population serait affectée par ces anomalies métaboliques, alors que 10 à 20% des personnes affectées courent le risque de développer une stéatohépatite (Johnson & Olefsky, 2013).
La prévalence du surpoids et de l’obésité est liée mondialement à deux causes majeures : une plus grande consommation d’aliments à haute densité énergétique, c’est-à-dire riches en gras et en sucres, et un accroissement de la sédentarité (Seuring et al., 2015). Un indice de masse corporelle élevé est un facteur de risque pour certaines maladies telles les maladies cardiovasculaires, le diabète, les troubles musculo-squelettiques et certains types de cancer (WHO, 2016).
Cette situation est une préoccupation pour les services de santé publique puisque le surpoids et l’obésité sont globalement associés à une prévalence plus élevée de la mortalité comparé au sous-poids (Seuring et al., 2015). Au niveau canadien, la Fondation Canadienne du Foie (FCF) estime qu’environ 50% des Canadiens sont en situation de surpoids et 75% des personnes obèses courent le risque de développer la stéatose hépatique, et jusqu’à 23% ont un risque de développer le foie gras avec possibilité d’inflammation. Par ailleurs la même organisation estime que la stéatose hépatique non alcoolique affecte environ 2 à 6% de la population générale et 3% d’enfants, alors que les enfants obèses ont entre 22 et 53% de risque de développer ce problème de santé (FCF, 2017). Concernant la lipidomique de la stéatose hépatique non-alcoolique, des changements dans les lipides et acides gras hépatiques et plasmatiques ont été notés. Dans une étude sur la lipidomique des cas de SHNA, Puri et ses collègues ont présenté les différentes classes de lipides et des acides gras caractéristiques de cette pathophysiologie (Puri et al., 2007). Il ressort de cette étude que les cas de foie gras présentent des concentrations élevées en diglycérides (DG) et TG comparées aux populations « normales » en plus d’une augmentation de cholestérol libre (CL). Une baisse de phosphatidylcholine hépatique était aussi observée chez des sujets affectés par la stéatose hépatique mais aucune
différence n’a été observée concernant les acides gras libres (AGL). Concernant des acides gras spécifiques, il a été montré que le foie gras n’altérait pas les concentrations des acides linoléique et a-linolénique, alors que la stéatohépatite, une forme plus avancée de la stéatose hépatique, s’accompagne d’une baisse en acide arachidonique au niveau des AGL, des TG et de la PC (Puri et al., 2007). Par ailleurs, une baisse de l’AEP dans les TG hépatiques était également mise en évidence dans une étude (Ramsden et al., 2013).
Donc, l’accumulation des lipides dans le foie n’est pas un phénomène bénin. Elle est à la base de changements dans la composition des lipides et acides gras hépatiques et plasmatiques. En raison des interrelations existant entre, d’une part, l’obésité, le diabète de type 2 et le syndrome métabolique et, d’autre part, la stéatose hépatique, on comprend que cette dernière soit un poids dans les budgets de santé et qu’il y ait urgence à trouver des solutions. Il convient à présent d’examiner les facteurs génétiques et nutritionnels prédisposant de la SHNA.
2.2.2. La stéatose hépatique : pathogenèse et mécanismes
Si des facteurs génétiques et nutritionnels ont été identifiés dans le développement de la stéatose hépatique non-alcoolique, il convient de préciser que cette dernière n'est habituellement associée à aucun symptôme. On la découvre lors d'analyses de sang de routine indiquant des anormalités métaboliques et pathologiques. Il convient à présent de recenser certains mécanismes à la base du développement de ces anomalies.Trois hypothèses ont été avancées pour expliquer la pathogenèse de la SHNA, soit, (1) l’hypothèse du microbiote intestinal ou l’axe gastro-hépatique, (2) l’hypothèse des “two-hit” et (3) la résistance à l’insuline (RI).
2.2.2.1. L’hypothèse de l’axe gastro-hépatique
L’hypothèse du microbiote intestinal repose sur l’association entre l’obésité et les perturbations de la composition du microbiote intestinal (Moschen et al., 2013). Brièvement, selon cette hypothèse les microbes du tractus gastro-intestinal ou leurs produits affectent le foie et les tissus adipeux, provoquant ainsi la stéatose hépatique (Moschen et al., 2013). D’un côté, des glucides complexes fermentés par des enzymes bactériennes favoriseraient la formation des acides gras à courte chaîne (AGCC) qui à leur tour activeraient des récepteurs, tels le Gpr43 (G-protein coupled receptor 43), qui provoquent la baisse des réponses immunitaires aux inflammations intestinales (Moschen et al., 2013). Il convient de rappeler que le Gpr43 est impliqué dans certaines conditions pathophysiologiques tels l’obésité, les colites, l’asthme et l’arthrite (Ang et al., 2015). D’un autre côté, l’augmentation de la production d’éthanol par les enzymes bactériennes du tractus gastro-intestinal a été associée à la pathogenèse des SHNA (Moschen et al., 2013). En résumé, l’hypothèse du microbiote intestinal explore les voies métaboliques qui partent des régimes alimentaires riches en lipides ou glucides complexes en passant par des perturbations des réponses inflammatoires qui se produisent au niveau des tissus adipeux et les déséquilibres du microbiote intestinal. Même si la littérature scientifique abonde pour soutenir cette hypothèse, la plupart des études sur le rôle du microbiote intestinal dans la pathogenèse des SHNA ont souvent utilisé des modèles animaux, et il n’est pas toujours facile de traduire les résultats obtenus au contexte humain.
2.2.2.2. L’hypothèse des « two-hit » ou « deux-coups »
Dans sa forme la plus succincte, l’hypothèse des “deux-coups » comprend la pathogenèse des SHNA comme étant initiée par un premier “hit” ou « coup » provoqué par la résistance à l’insuline (RI), l’obésité et un réseau d’adipokines et cytokines qui aboutissent à l’accumulation des lipides dans le foie (Petta et al.,
2009). La résistance à l’insuline se développe dans ce cas comme une conséquence de la combinaison des facteurs tels le flux des acides gras libres dans le foie, une augmentation de la lipogenèse de novo (DNL) et le stress oxydant. L’obésité contribue au premier “hit” par la libération des AGL et la production des cytokines à partir des tissus adipeux. Et le réseau des cytokines contribue au second “hit” en stimulant la réponse inflammatoire et en interférant avec les réseaux de signalisation de l’insuline (Petta et al., 2009).
2.2.2.3. L’hypothèse de la résistance à l’insuline
L’hypothèse de la RI soutient que la RI et l’hyperinsulinémie qu’elle engendre sont les causes majeures de la pathogenèse des SHNA. Une question se pose à savoir si c’est le foie gras qui cause la RI ou si c’est l’inverse qui se produit (Takamura et al., 2012). D’une part, la RI favorise la lipolyse au niveau des adipocytes et donc une augmentation de la libération des AGL vers le foie. D’autre part, l’hyperinsulinémie favorise la DNL (Aubert et al., 2011). Même si les mécanismes impliqués dans la pathogenèse des SHNA ne sont pas encore complètement élucidés, l’hypothèse de la résistance à l’insuline –à laquelle l’hypothèse des “two-hit” se réfère- semble la plus étudiée (Hassan et al., 2014; Kim & Younossi, 2008).
Tous ces éléments pathogéniques indiquent que la stéatose hépatique n’est pas un phénomène isolé. Qu’elle soit associée à des perturbations du métabolisme lipidique, des dysfonctionnements mitochondriaux ou de la résistance à l’insuline, la stéatose hépatique est la résultante d’une conjugaison des phénomènes métaboliques et biochimiques qui permettent d’expliquer la complexité des mécanismes d’accumulation des TG dans le foie.
2.2.2.4. Mécanismes biochimiques d’accumulation des triglycérides dans le foie
L’accumulation des lipides dans le foie peut résulter de plusieurs voies métaboliques dont une hausse de la lipolyse au niveau des tissus adipeux et de la synthèse hépatique des acides gras, une baisse de la synthèse/excrétion des lipoprotéines de très faible densité (VLDL), une hausse de l’estérification des TG et une baisse du taux de la β-oxydation mitochondriale (Ferramosca & Zara, 2014; Wei et al., 2013). Parmi ces causes, il a été suggéré que la DNL jouerait un rôle significatif dans le développement de la SHNA (Donnelly et al., 2005; Ferre & Foufelle, 2010; Postic & Girard, 2008).
Il convient tout d’abord de noter que, dans les conditions physiologiques normales, le foie n’est pas considéré comme un organe de réserve des lipides. Le foie assemble des TG à partir des acides gras et synthétise ces derniers à partir des glucides et acides aminés quand ceux-ci sont en excès. Le foie synthétise aussi des phospholipides, cholestérol et lipoprotéines qui sont ensuite exportés dans le système circulatoire. Par ailleurs, l’hydrolyse des TG dans le foie produit des acides gras qui sont b-oxydés, générant ainsi de l’énergie pour les hépatocytes. C’est pour cela qu’il existe une circulation et une sécrétion continues des TG et des acides gras par le foie (Poumes-Ballihaut et al., 2001). Donc, l’accumulation des TG dans le foie résulte principalement d’un déséquilibre entre l’apport en gras alimentaire, la production des lipides et la DNL, et l’utilisation des lipides par la b-oxydation des acides gras et l’exportation à jeun des TG par les VLDL (Kawano & Cohen, 2013). Par la DNL, le foie synthétise des acides gras, qui sont ensuite estérifiés en TG, à partir des sucres alimentaires. À présent, une exploration de chacun des mécanismes suspectés permettra de mettre en lumière la complexité de la pathogenèse de la stéatose hépatique.
2.2.2.4.1. Le rôle des acides gras libres dans la pathogenèse du foie gras
L’accumulation des lipides dans le foie est principalement associée à une augmentation du flux des AGL vers le foie. Donnelly et collaborateurs ont montré qu’environ 60% des TG hépatiques proviennent des AGL soit exogènes (tissus adipeux) soit provenant de la DNL à partir du glucose (Donnelly et al., 2005). Alors que Puri et collaborateurs n’ont pas trouvé de différence significative entre les concentrations hépatiques en AGL des foies normaux et des foies des personnes affectées par la SHNA (5,53±1,21 nmol/g et 5,93±1,87 nmol/g, respectivement) (Puri et al., 2007), une autre étude a rapporté que les patients atteints de SHNA avaient des concentrations plasmatiques élevées en AGL provenant des tissus adipeux (Fabbrini et al., 2008). Cette situation favorise la synthèse des TG accompagnée d’une baisse de l’exportation des TG du foie à cause d’une baisse dans la synthèse et la sécrétion des VLDL et une baisse de la b-oxydation (Donnelly et al., 2005; Dowman et al., 2010).
2.2.2.4.2. Le rôle de la b-oxydation dans la pathogenèse du foie gras
La relation entre la b-oxydation et l’accumulation des lipides hépatiques peut être schématisée succinctement de la manière suivante. La b-oxydation des acides gras fait intervenir une variété d’enzymes dont les activités sont cruciales pour la production de l’ATP et des corps cétoniques. Il est connu que la b-oxydation hépatique est favorisée par le glucagon (et les PPARa) pendant les périodes de jeûne alors que l’insuline et le glucose réduisent ce processus en favorisant la lipogenèse à travers l’augmentation de l’activité du sterol regulatory element binding protein 1c (SREBP1c) et l’inhibition de la carnitine palmitoyl-transferase 1 (CPT-1) (Kawano & Cohen, 2013). On peut donc remarquer qu’une perturbation de l’un de ces processus peut conduire à l’accumulation des lipides et une baisse de la b-oxydation.
Mais il convient de préciser que toutes les études n’observent pas de consensus quant à cette conclusion. Cortez-Pinto et collaborateurs ont observé une détérioration de la production d’ATP chez des patients affectés par les MHNA et la RI (Cortez-Pinto et al., 1999), alors qu’une autre étude (Sanyal et al., 2001) observe une augmentation de la b-oxydation chez les patients souffrant de la SHNA. Il est possible que ces résultats contradictoires soient une démonstration de la complexité des mécanismes qui sous-tendent le spectre des MHNA. Dans le cas d’une augmentation de la b-oxydation, il est possible qu’une telle situation conduise au stress oxydant dans le foie, favorisant le développement de la stéatose couplée à l’inflammation à partir de la simple stéatose, comme le suggère l’étude de Pessayre et Fromenty (Pessayre & Fromenty, 2005).
2.2.2.4.3. Le rôle de la lipogenèse de novo dans la pathogenèse du foie gras Concernant la lipogenèse de novo, il a déjà été noté plus haut que l’accumulation des TG dans le foie est en partie due à la baisse de la sécrétion des VLDL. L’hyper-insulinémie due à la résistance à l’insuline favorise à la fois une baisse de la sécrétion des VLDL et la stimulation de l’activité des enzymes impliquées dans la DNL résultant en une production et stockage des TG (Petta et al., 2009). Pour rappel, la contribution de la DNL à l’accumulation des TG dans le foie est en deçà de 5% chez les sujets normaux alors qu’elle est de 26% chez les sujets affectés par les MHNA (Schwenger & Allard, 2014). Comme la surproduction des particules de VLDL a été observée dans des conditions de SHNA, un accroissement de la DNL et une lipolyse des lipides hépatiques et intra-abdominaux ont été observés (Fabbrini et al., 2008). Ces données montrent que la pathogenèse des SHNA peut aussi être reliée à une perturbation de l’assemblage en plus de la sécrétion des VLDL (Kawano & Cohen, 2013).
On peut donc conclure que les quatre facteurs que sont le flux des AGL, la synthèse des TG, la b-oxydation des acides gras et la sécrétion des VLDL ont un point commun : la résistance à l’insuline. La résistance à l’insuline et son
corollaire, l’hyperinsulinémie, conduit doublement à l’accumulation des lipides hépatiques. D’une part, la RI réduit le frein de l’hormone sur la lipolyse dans les tissus adipeux qui libère des acides gras libres, résultant en un accroissement du flux de ces derniers vers le foie. D’autre part, la RI induit une augmentation de la synthèse des acides gras et des TG en favorisant la DNL (Aubert et al., 2011). Dans ces conditions, on comprend que certains auteurs considèrent que la résistance à l’insuline joue un rôle majeur dans l’accumulation des lipides dans le foie (Aubert et al., 2011). Mais, en plus de ces mécanismes, il ne faudrait pas négliger le rôle des mitochondries.
2.2.2.5. Perturbations du métabolisme lipidique : rôle des mitochondries Compte tenu du rôle des mitochondries dans la b-oxydation des acides gras, des études ont suggéré que la stéatose hépatique non-alcoolique serait un problème résultant des dysfonctionnements mitochondriaux (Outlaw & Ibdah, 2005; Pessayre & Fromenty, 2005; Sanyal, 2001; Sanyal et al., 2001). Des lésions structurales, des déplétions de l’ADN mitochondrial, la baisse de l’activité des complexes des chaînes respiratoires ainsi qu’une dérégulation de la β-oxydation peuvent constituer des obstacles au bon fonctionnement mitochondrial. Ces dysfonctionnements engendreraient l’accumulation des lipides dans le foie, la génération d’espèces réactives oxydées et la production des cytokines, enclenchant ainsi l’inflammation et la fibrose hépatique (Wei et al., 2006). Des altérations de la fonction mitochondriale peuvent générer l’accumulation des lipides dans le foie, en partie à cause des activités des enzymes lipolytiques et lipogéniques. En particulier, une étude a conclu que le transporteur de citrate mitochondrial agirait comme une sonde des changements affectant la lipogenèse hépatique qui à son tour contribuerait au dépôt des lipides dans le foie (Ferramosca et al., 2012; Ferramosca et al., 2008). Comme il existe une coordination entre les activités des enzymes lipolytiques et lipogéniques (Ferramosca & Zara, 2014), les enzymes impliquées dans ces voies métaboliques peuvent être considérées comme des indicateurs fiables de l’homéostasie lipidique. L’inhibition de l’acide gras synthase (fatty acid synthase, FAS, une
enzyme lipogénique) entraîne une accumulation de malonyl-CoA hépatique occasionnant du même coup l’inhibition de la carnitine palmitoyltransférase (CPT-1) qui est une enzyme lipolytique. Donc une étude des activités des enzymes lipolytiques et lipogéniques peut mettre en lumière le mécanisme d’accumulation des lipides dans le foie.
En conclusion, une augmentation du flux des AGL vers le foie peut conduire à l’augmentation de la RI qui à son tour conduit à l’augmentation de la lipolyse du tissu adipeux. En effet, dans les conditions normales, l’insuline inhibe la lipolyse des TG du tissu adipeux qui génère des acides gras. En état de jeûne, les TG sont hydrolysées et les acides gras sont libérés dans la circulation pour être utilisés. Cependant, en situation postprandiale cette libération est inhibée par l’insuline dont la sécrétion est favorisée par les sucres alimentaires (Karpe et al., 2011). La RI ne permettant plus cette inhibition, il en résulte une augmentation des AGL dans le foie qui peut favoriser la synthèse des TG, la peroxydation des lipides et peut-être la production des cytokines pro-inflammatoires (Bugianesi et al., 2006). Une augmentation du flux des AGL au foie peut non seulement accroître les risques de développer la résistance à l’insuline, mais elle peut aussi conduire à ce que les capacités pour la b-oxydation mitochondriale soient dépassées, potentiellement enclenchant davantage le stress oxydant et l’inflammation (Schreuder et al., 2008).
2.3. Le syndrome cardiométabolique, l’inflammation
chronique et les cytokines inflammatoires
Comme pour plusieurs autres maladies chroniques, l’inflammation chronique (IC) de faible grade est une des caractéristiques du syndrome cardiométabolique et le paragraphe précédent a déjà indiqué comment l’accumulation des lipides dans le foie peut générer un état inflammatoire. L’IC est une forme d’inflammation qui n’élicite pas une réponse inflammatoire intense comme cela est le cas dans d’inflammation aiguë. La FID définit l’inflammation
caractéristique du SMét par une élévation du CRP hautement sensible (hsCRP), une élévation des cytokines pro-inflammatoires telles le TNF-a et l’IL-6, et une baisse de concentration de l’adiponectine plasmatique (Alberti et al., 2006). Des études ont montré des liens entre certaines caractéristiques du SCardMét et l’inflammation chronique. Chez les enfants obèses ou en surpoids, il a été observé une inflammation systémique (Visser et al., 2001). Il a été montré que des cas d’athérosclérose et de diabète de type 2 étaient associés à l’inflammation (Plutzky, 2004).
Il existe aussi des liens établis entre l’obésité, la RI et l’inflammation (Fernandez-Real et al., 2003). En particulier, les sujets les plus insulinorésistants présentent une hausse de CRP, alors que chez les individus en surpoids, les concentrations plasmatiques d’AGL et d’AGPI n-6 étaient positivement associées aux concentrations d’IL-6. Par ailleurs, chez des enfants et adolescents en surpoids, il a été montré que les concentrations de CRP sont associées aux concentrations de l’insuline à jeun (Kelly et al., 2004). En outre, une étude sur des souris obèses (Pedersen et al., 2015) a montré que l’étendue de l’inflammation du tissu adipeux, qui inclut une expansion accrue des macrophages et l’expression des cytokines, est significativement favorisée par une insulinémie élevée et la baisse de cette dernière réduit l’expression des macrophages des tissus adipeux. La littérature abonde des études des liens entre l’accumulation des macrophages dans les tissus adipeux et l’inflammation chez des sujets en surpoids (Olefsky & Glass, 2010). En situation de surcharge énergétique, une augmentation du nombre et de la taille des adipocytes peut se manifester. Une étude a montré que l’obésité est associée à une accumulation des macrophages dans le tissu adipeux (Weisberg et al., 2003). D’après cette même étude, la majorité de l’expression de TNF-a et de l’expression d’une grande partie de la synthase de l’oxyde nitrique de forme inductible (iNOS) et de l’IL-6 était produite par les macrophages du tissu adipeux. Ces éléments conduisent à penser que l’obésité est une
