REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEURET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
Université de Jijel
Faculté des Sciences
Département de Biologie moléculaire et cellulaire
MÉMOIRE
De fin d'études en vue de l'obtention du Diplôme d'Etudes
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en
Biologie
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THÈME
EFFET DE LA CONSOMMATION DE L'ALCOOL
SUR LA BALANCE
ANTIOXYDANT-PROOXYDANT
PROMOTION
JUIN 2009
Présenté par :
}IIJfOV Z 1(Jlrima
S}II<DI }Imina
<DŒCJ{<M.I Samira
Nous commençons par remercier
CJ)ieule tout puissant qui nous a
donné le courage et la volonté pour accomplir ce modeste travai4 nous tenons
à
fowuler notre gratitude et notre profonde reconnaissance.
Puis, nous tenons
à
cœur
à
exprimer notre profonde gratitude
à
notre
encadreur
:M_elle'1(9l.ŒS)I
'Wüfetf
qui nous a suivi tout au long de ce travail et
à
la remercier infiniment pour ses conseils avisés,
pour ses encouragements, pour
sa disponibilité continuelle et pour son
encadrement détetminé. Merci de nous
avoir partager tes connaissances avec tant d'enthousiasme, de patience et de
gentillesse.
C'est avec grand plaisir que nous remerczons vivement notre
examinateur
:Mr
'1(9l,ŒJP,Of!E,
:Moli.a:med
d'avoir accepté de faire partie de
notre jury et qui a sacrifié de son temps afin d'examiner et d'évaluer ce travai4
et pour sa contribution dans l'obtention de notre diplôme.
Nous remercions profondément nos précieuses familles et nos chères et
fidèles amies : 1fakjma
Œ.
et )lme[
)1.
à
la fois pour leur soutien quotidien,
leur patience admirable et leurs témoignages continuelles et aussi de leur
encouragement.
Nous tenons enfin
à
remercier toute personne qui a contribué de prés ou
de loin
à
la réalisation de ce mémoire.
Sommaire
Introduction ... 1
Chapitre 1: Généralités sur l'alcool et le stress oxydant 1.1. Alcool... 2 1.1.1. Historique... 2 I.1.2. Définition . . . .. . . . 2 1.1.3. Pharmacocinétique de l'alcool.. ... 3 1.1.3.1. L'adsorption ... 3 I.1.3.2. La distribution ... 4 1.1.3.3. Le métabolisme ... 5 1.1.3.4. L'élimination ... 7
1.1.4. Facteurs influençant le métabolisme ... 7
1.1.5. Enzymes du métabolisme de l'alcool. ... 8
1.1.5.1. Alcool déshydrogénase (ADH) ... 8
1.1.5.2. Aldéhyde déshydrogénase (ALDH) ... 10
1.1.5.3. Cytochrome P450 2El (CYP2El) ... 12
1.1.6. Conséquences métabolique et toxique de l'excitation de l'alcool.. ... 13
1.1.6.1. Augmentation du rapport NADH/NAD+ ... 13
1.1.6.2. Production d'acétaldéhyde ... 14
1.1.6.3. Formation de radicaux libres ... 14
1.1.6.4. Induction du CYP 2El et activation de certains xénobiotiques et procarcinogène ... 14
1.1.6.5. Influence de l'alcool sur les fonctions hormonales... . . . .. .. . .. .. . 15
1.2. Stress oxydant... 15
1.2.1. Définition des radicaux libres... 15
I.2.2. Définition du stress oxydant... 16
1.2.3. Les principaux dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) ... 16
1.2.4. Origines et formation des RO~ ... 17
1.2.4.1. Origines exogènes ... : ... 17
1.2.4.2. Origines endogènes ... 17
1.2.5. Les dégâts oxydatifs ... 19
1.2.5.1. La peroxydation lipidique ... 19
1.2.5.2. L'oxydation des protéines ... 20
I.2.5.3. L'oxydation des acides nucléiques ... 20
1.2.5.4. L'oxydation des carbohydrates ... 20
I.2.6. Système de défense contre les ROS., ... 21
1.2.6.1. Le système de défense anti oxydant enzymatique ... 21
1.2.6.2. Le système antioxydant non enzymatique ... 23
1.2.7. Evaluation du stress oxydant ... 25
1.2.7.1. Mesure des radicaux libres ... 25
I.2.7.2. Mesure des systèmes antioxydants ... 25
1.2.7.3.
Mesure de désordres cellulaires liés au stress oxydant ... 26I.2.9. Effet néfaste des ROS ... 27
Chapitre II : Alcool et balance antioxydant/pro oxydant 11.1. Alcool et radicaux libres ... 28
11.2. Mécanisme radicalaire induit par la consommation de l'alcool.. ... 28
11.3. Effet pro oxydant I pro apoptotique de l'alcool. ... 29
11.4. Effet de l'alcool sur les voies du stress oxydatif ... ... 31
II.4. 1. Alcool et peroxydation lipidique ... 31
II.4. 2. Alcool et oxydation des protéines ... 32
II.4. 3. Alcool et oxydation des acides nucléiques ... 32
II.4. 4. Alcool et systèmes de défense antioxydants ... 33
Chapitre
m :
Conséquences de la consommation de l'alcool sur la santé ill.1. Les effets immédiats de l'alcool.. ... 35m.2.
Pathologies liées à la consommation de l'alcool.. ... 35III.2.1. Maladies alcoolique du foie ... 35
III.2.2. Maladies neuronales ... 39
III.2.3. Le cancer ... 41
III.2.3.1. Le cancer des voies aérodigestives supérieures (V ADS) ... 41
III.2.3.2. Le cancer du foie ... 41
III.2.3.3. Le cancer du sein ... 42
III.2.3.4. Le cancer colorectal. ... 43
III.2.4. Complications cardiovasculaires ... 43
III.2.4.1. Hypertension artérielle ... 43
III.2.4.2. Hémostase et coagulation ... 43
III.2.4.3. Vasodilatation ... 45
III.2.4.4. Cardiopathies ischémiques ... 45
III.2.4.5. Accidents vasculaires cérébraux (AVC) ... 45
III.2.4.6. Artériopathie périphérique ... 45
III.2.4.7. Myocardiopathie ... 45
III.2.4.8. Arythmie ... 46
III.2.5. Complications prénatales ... 46
III.2.6. Manifestations immuno-allergiques ... 47
III.2.7. Troubles métaboliques ... 47
III.2.7.1. Hypoglycémie ... : ... 47
III.2.7.2. Acidocétose alcoolique ... 47
ill.3. Alcool et médicaments .... 47
Conclusion ... ··· 48 Références bibliographiques
1 02 4-HNE 8-0H-dG AA ADH ADN ADNmt ADNn ADP AGPI AIF ALDH AMP ApaF-1 ARN ARNm ATP BER CAT CH3CHO CH3COO-CH3CH20H CHO CYP450 DFO DISC DNPH DRO FAD FADD FAS Fas-L Fe+2 Fe+3 FSH G6PDH GABA GPT GPX GR GSH GSH-Px GSSG GSSH H202 HER H02· HSP IAP IGFs IL-1 LDL LH LPO LPS
LISTE DES ABRÉVIATIONS
Oxygène singulet 4-hydroxy 2-nonénal
8 hydroxy 2-désoxy guanosine Acetaldehyde adducts
Hormone Anti-Diurétique Acide Désoxyribonucléique
Acide Désoxyribonucléique mitochondrial Acide Désoxyribonucléique nucléaire Adéosine diphosphate
Acide gras polyinsaturé
apoptosis inducing factor; facteur induisant l'apoptose Aldéhyde déshydrogénase
Adénosine monophosphate Apoptosis activating factor-1 Acide Ribonucléique
Acide ribonucléique messager Adénosine triphosphate Base exision repair Catalase Acétaldéhyde Acétate Ethanol Groupement carbonyle Cytochrome P450 Deferoxamine
Death Inducing Signaling Complex 2-4-dinitro phény !hydrazine Dérivés réactifs de l'oxygène
Flavine-adénine dinucléotide (oxydé) Fas Associated Death Domain Fatty acid synthase
Fas ligand
Ions ferreux (ou fer ferreux) Ions ferriques (ou fer ferrique) Hormone foliculostimulante 6-Phosphate déshydrogénase Acide gamma amino butyrique Glutathion transférase Glutathion peroxydase Glutathion réductase Glutathion réduit Glutathion peroxydase Glutathion oxydé G luthation-disulfure Peroxyde d'hydrogène Radical 1-hydroxéthyle Radical hydroperoxyl
Heat Shock Pro teins (proteine de stress) Inhibitor of apoptosis protein
Insulin-like grouth factors Interleukine-1
Low density lipoprotein Phospholipide Membranaire Peroxyde lipidique
1
MAA MDA MEOS Mn N2-Et-dGNAD+
NADH
NAD PH
NER NF-KB NMDA NO· NOS 02 02·-0H OH· ONOO· PAF PI Prx RO· ROI ROM ROS ROO· ROOH RPE SAF SH SNC SOD TNFa TNFIJ TNFRl TRAIL TRAIL-Rl TRAIL-R2 TRADD TRAF-2 UVVADS
VHB VHCMalonaldéhyde acétaldéhyde adducts Malondialdehyde
Microsomal ethanol oxidizing system Manganèse
N-2éthy 1-désoxyguanosine
Nicotinamide adénine dinucléotide, forme oxydée Nicotinamide-Adenine-Dinucleotide
Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate
Nucléotide exision repair (Réparation par excision de nucléotide) Nuclear factor-kappa B
N-méthyl D-aspartate Monoxyde d'azote Nitric Oxide Synthase Oxygène moléculaire Anion superoxyde Groupe hydroxyle Radical hydroxyl Péroxynitrite
Platelet activating factor Phosphatidylinositol Thiorédoxine peroxydase Radical alcoxyl
Réactive oxygène intermediates Réactive oxygène métabolite Reactive oxygen species Radical peroxyl
Hydroxyde organique Résonance para-électrique Syndrome d'alcool fœtal Groupement sulfhydryles Système nerveux centrale Superoxyde dismutase Tumor necrosis factor a Tumor necrosis factor ~ TNF receptor 1
TNF-related apoptosis-inducing ligand
TNF-related apoptosis-inducing ligand receptor 1 TNF-related apoptosis-inducing ligand receptor 2 TNFR-associated protein with death domain TNF-associated factor-2
Ultraviolet
Voies aérodigestives supérieures Virus des hépatites B
1
GLOSSAIRE
Adduits à l' ADN: En génétique, il s'agit du produit de la réaction entre un produit chimique et
l'ADN.
Adénocarcinome: tumeur maligne d'un épithélium glandulaire.
Adrénodoxine: Protéine qui sert de transporteur d'électrons dans la réaction enzymatique
d'hydroxylation des stéroïdes dans le cortex surrénal des mitochondries. Le système de transport des électrons qui catalyse cette réaction est composé par l'adrénodoxine réductase, du NADP, de
l'adrénodoxine et du cytochrome P450.
Allèle: caractère héréditaire qui s'oppose à un autre (cheveux noirs, cheveux blancs). Se dit
aussi de deux gènes situés au même niveau (locus) sur deux chromosomes d'une même paire. Si les deux gènes allèles sont identiques, on dit que l'individu est homozygote pour le caractère correspondant. S'ils diffèrent, on dit qu'il est hétérozygote.
Aménorrhée: absence de menstruations. En dehors de la grossesse, l'aménorrhée relève de
causes multiples; elle s'observe au cours de nombreuses maladies (tuberculose, diabète, maladies infectieuses, maladies endocriniennes etc.).
Androgènes : Hormone stéroïdes secrétées par le testicule et par la glande surrénale, impliquées
dans le développement des caractères sexuels masculins.
Athérosclérose : Maladie d'artère caractérisée par un épaississement de leur paroi, lié au dépôt d'une plaque d'athérome (dépôt lipidique riche en cholestérol).
Bronchospasme: bronchospasme correspond à une contraction d'origine spasmodique (due à un
spasme) des muscles lisses de la paroi des bronches. Le spasme est une contraction des muscles
involontaires, intense et passagère.
Carcinogène : agent physique, chimique ou biologique pouvant provoquer ou favoriser
l'apparition d'un cancer.
Chromosome : organite cellulaire responsable du stockage, de la transmission, et de
l'expression des informations du patrimoine héréditaire. Sur le plan moléculaire, ces organites
sont des édifices complexes comportant trois types de molécules, ADN, ARN, protéines.
Cytokines : médiateurs solubles issus d'une cellule impliquée dans la réponse immunitaire et
agissant sur une autre cellule. On distingue différents types de cytokines selon la cellule sécrétrice, les monokines, produites par les monocytes et les macrophages ; les lymphokines, produites par les lymphocytes T activées, et les interleukines qui sont les molécules message
entre les différentes populations de leucocytes.
Diastole: C'est la période de la révolution cardiaque pendant laquelle le coeur est au repos.
C'est pendant ce temps que se remplit les ventricules. La diastole précède la systole et la suit bien
sûr.
Effet antabuse : On parle d'effet antabuse qui correspond à divers symptômes survenant lorsque
un patient absorbe un médicament puis de l'alcool par la suite. L'effet antabuse se caractérise par différents symptômes : flush, bouffée vasomotrice, vasodilatation, céphalée (pulsatile ), nausée,
vomissement, tachycardie, dyspnée, hypersudation, vertige, étourdissement, vision floue,
malaise, lipothymie, modification de l'électrocardiogramme, douleur thoracique, confusion mentale et ataxie.
ELISA: Le terme ELISA vient de Enzyme-Linked Immunosorbent Assay. Il s'agit
.d'~
procédéMarchiafava-Bignami : Processus dégénératif impliquant le corps calleux, la substance blanche, les pédoncules cérébelleux moyens, les nerfs et bandelettes optiques dont l'incidence est fréquente avec l'ingestion de certains vins rouges.
Microsome: Terme issu du grec mikros: petit, et sôma: corps ou grain de Palade. Particules de taille très faible présentes dans le cytoplasme des cellules.
Molybdène : Métal gris ou blanc d'argent, inoxydable à l'air, malléable et très difficile à fondre. Le molybdène existe dans la nature à l'état de sulfure.
Mutation : modification de la structure des chromosomes, due à une altération génétique et qui se manifeste par une modification héréditaire du phénotype.
Myocardiopathie : Ou cardiomyopathie. Augmentation de volume du cœur dont les cavités sont plus larges et les parois plus minces que celles d'un cœur normal. Terme désignant les affections graves du muscle cardiaque d'origine inconnue, provoquant un trouble du fonctionnement du coeur et évoluant généralement vers une insuffisance cardiaque.
Nécrose: Terme issu du grec nékros : mort. Arrêt pathologique (anormal, dû à une maladie) de fonctionnement d'une cellule. La nécrose peut également toucher un ensemble de cellules ou un tissu alors que les autres parties de voisinage restent vivantes. La transformation qui en résulte est une mortification des cellules ou des tissus. La nécrose doit être différenciée de l'apoptose (mort cellulaire naturelle) qui elle est programmée génétiquement.
Néoglucogenèse: La néoglucogenèse est définie comme la transformation du pyruvate en glucose.
Oedème de Quincke : Réaction allergique se caractérisant par une éruption s'accompagnant d'un oedème apparaissant sous la peau (sous cutané).
Peroxysome: vésicule entourée d'une membrane et contenant des enzymes oxydatives qui produisent et décomposent le peroxyde d'hydrogène. Comme les chloroplastes et les mitochondries, les peroxysomes sont des organites qui s'autorépliquent mais qui ne contiennent ni ADN, ni ribosomes.
Polymorphisme génétique: Désigne la diversité génétique. Présence de différentes formes d'un même gène au sein d'une même espèce, qui vont coder pour des protéines ou enzymes (plus ou moins actives).
Polynévrite alcoolique : Appelée également neuropathie carentielle, cette pathologie neurologique est liée à une atteinte du système nerveux, entraînant une dégradation de la myéline des neurones du système nerveux périphérique. La polynévrite alcoolique correspond à une complication d'une intoxication alcoolique sévère et ancienne.
Particulièrement visibles dans le noyau au moment de la division cellulaire, les chromosomes sont en nombre constant et pair dans toutes les cellules d'individus de la même espèce, sauf dans les gamètes où leur nombre est réduit de moitié.
Promoteur: séquence invariable d' ADN qui est reconnue par l' ARN polymérase à laquelle elle dicte le site d'amorçage de la transcription.
Radicaux libres : Espèces chimiques à très forte réactivité, capables d'oxyder les protéines, l'ADN et les lipides. Molécules chimiques, possédant un nombre impair d'électrons, produits pendant le métabolisme de l'énergie dans la cellule.
Sevrage: Le sevrage est l'action d'arrêter une substance ou un comportement ayant entraîné une dépendance. Cet arrêt conduit à une modification comportementale inadaptée avec .des répercussions physiologiques et psychologiques que l'on appelle syndrome de sevrage qID se
caractérise par un certain nombre de symptômes neurologiques centraux et périphériques, neuropsychiques, neurovégétatifs et métaboliques.
Spectrométrie de masse : La spectrométrie de masse (La masse est une propriété fondamentale de la matière qui se manifeste à la fois par l'inertie des corps et leur ... ) est une technique d'analyse chimique permettant de détecter et d'identifier des molécules d'intérêt par mesure de leur masse monoisotopique. De plus, la spectrométrie de masse permet de caractériser la structure chimique des molécules en les fragmentant.
Stéatohépatite : Atteinte hépatique (du foie) se caractérisant par la présence d'un infiltrat (pénétration) de nature inflammatoire et une fibrose hépatique (perte d'élasticité des tissus constituant le foie).
Stéatose: correspond à l'accumulation de corps gras (essentiellement des triglycérides) à l'intérieur des cellules de l'organisme qui habituellement n'en contiennent pas ou dans de très faibles proportions.
Stigmate : Cicatrice, marque que laisse une plaie ou une maladie.
Stress oxydant : ou stress oxydatif est un type d'agression des constituants de la cellules dû aux espèces réactives oxygénées (ROS) et aux espèces réactives oxygénées et azotées (RONS) oxydantes qui sont des molécules instables pouvant endommager nos cellules.
Systolique : physiologie qui se produit pendant la systole en tant que phase de contraction du cœur.
Tautomérie : Transformation rapide entre plusieurs formes de la même molécule réalisant un équilibre (au sein d'un composé).
Xénobiotiques : Qualifie les substances étrangères à !'Organisme possédant des propriétés toxiques, même à très faible concentration (exemple des pesticides).
LISTE DES FIGURES
FIGURE 1. PHARMACOCINETIQUE D'ABSORPTION DE L'ETHANOL A JEUN OU APRES UN
REPAS ... .4
FIGURE 2. SCHEMA DES VOIES METABOLIQUES DE L'ETHANOL DANS LE FOIE ... 7
FIGURE 3. MECANISME DE LA PEROXYDA TION LIPIDIQUE ... 20
FIGURE 4. DIFFERENTS SYSTEMES ANTIOXYDANTS ASSOCIES AU GLUTATHION ... 22
FIGURE S. MODE D'ACTION DES PRINCIPAUX SYSTEMES ENZYMATIQUES ANTIOXYDANTS ET DE LEURS COFACTEURS METALLIQUE ... .22
FIGURE 6. REGULATION DE LA VITAMINEE ... 24
FIGURE 7. VOIES DE L'APOPTOSE DANS L'HEPATOCYTE T ... .31
FIGURE 8. FOIE NORMALE ... 36
FIGURE 9. FOIE STEATOSIQUE ... .36
FIGURE 10. COUPE HISTOLOGIQUE D'UNE HEPATITE ALCOOLIQUE ... .37
FIGURE 11. FOIE CIRRHOTIQUE ... 37
FIGURE 12. CORPS DE MALLORY ... .37
FIGURE 13. ÉVOLUTION DES LESIONS HEPATIQUES DETERMINEES PAR L'INTOXICATION ETHYLIQUE ... 38
FIGURE 14. CYTOKINES IMPLIQUES DANS LES HEPATOPATHIES ALCOOLIQUES ... .39
FIGURE 15. COUPE HISTOLOGIQUE D'UN CARCINOME HEP A TIQUE ... .42
FIGURE 16. SCHEMA DE LA COAGULATION ... .44
FIGURE 17. SCHEMA EXPLIQUANT LE MECANISME DE L'HEMOSTASE ET LA COAGULATION .... .44
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 1. ALCOOLEMIE ET SIGNES CLINIQUES ... 5TABLEAU 2. CLASSIFICATION DES ADH ... 9
TABLEAU 3. PRINCIPAUX XÉNOBIOTIQUES ACTIVES PAR LE CYP2El ... 14
TABLEAU 4. LES PRINCIPAUX ROS ... 16
Introduction
INTRODUCTION
Depuis longtemps, l'alcool a été considéré comme la drogue la plus généralement consommée dans de nombreux pays. Les conséquences de sa consommation excessive et /ou prolongée sur la santé sont considérable et varient selon l'importance et les modalités d'usage (excessif ou non, aigu ou chronique) et dépendent de nombreux facteurs environnementaux et individuals (Inserm, 2006).
Il est admis depuis longtemps que l'alcool consommé de manière excessive peut être responsable de décès par intoxication, accidents ou violence, et que l'usage sur le long terme entraîne l'augmentation de l'incidence de cirrhose et de certains types de cancers (langue, oesophage, pharynx, foie et probablement du sein chez la femme). La consommation d'alcool est un facteur de gravité d'évolution des infections virales chroniques (hépatites B et C) en augmentant le taux et/ou la vitesse de constitution de la cirrhose et du carcinome hépatocellulaire. Dans les dernières années, l'hypothèse selon laquelle une consommation faible ou modérée pourrait réduire le risque de maladie ischémique cardiaque a été confortée par plusieurs études prospectives (Danel V. et Barriot P., 1999).
La consommation d'alcool implique des risques qui peuvent être d'ordre physique, psychique et social. Le potentiel toxique de l'alcool peut porter préjudice à pratiquement tous les organes du corps humain. Plus de soixante maladies et handicaps sont associés de façon attestée à la consommation d'alcool. Dans les pays occidentaux industrialisés la consommation d'alcool est le troisième facteur de risque déterminant les dépenses sociales liées aux maladies (après la consommation de tabac et l'hypertension) (Camh, 2008).
Le stress oxydant, déséquilibre de la balance antioxydant-prooxydant en faveur des ROS (Reactive Oxygen Specises), est l'un des mécanismes essentiels de l'hépatotoxicité de l'éthanol et de toutes les pathologies liées à la consommation de l'alcool. De nombreux arguments montrent que le métabolisme de l'alcool est responsable au niveau hépatique d'un stress oxydant résultant d'une perturbation de la balance Prooxydants/antioxydants conduisant ainsi à une diminution de la défense antioxydante ou d'une hyperproduction des radicaux libres (Zakhari S. et Li T.K., 2007).
La surproduction des radicaux libres peut être néfaste pour l'organisme, ces molécules sont dotées de propriétés oxydantes qui les amènent à réagir, dans l'environnement où elles sont produites, avec toute une série de substrats biologiques (lipides, protéines, ADN, glucose ... ). En raison de leur capacité à endommager presque tous les types de molécules dans l'organisme, les dérivés réactifs de l'oxygène ont été impliqués dans la physiopathologie de nombreuses maladies; tant aiguës que chroniques; chez l'homme tel que les Pathologies neuronales , le cancer,les maladies cardiovasculaires, les complications prénatals .... Ainsi, les radicaux libres peuvent contribuer à la survenue d'inflammations chroniques et à l'accélération des processus de vieillissement (Inserm, 2001 ).
C'est dans cette optique que s'inscrit cette approche bibliographique ayant pour objectifs essentiels: D'aborder la notion de l'alcool et du stress par des généralités, d'étudier l'impact de la consommation de l'alcool sur la balance antioxydant-prooxydant et sur le fonctionnement cellulaire et ses mécanismes, ainsi que de mettre en évidence les principales pathologies liées à la consommation de l'alcool et ses effets sur la santé publique.
-CHAPITREI
GÉNÉRALITÉS SUR L'ALCOOL ET
LE STRESS OXYDANT
Chapitre! 1.1.L' Alcool 1.1.1. Historique
Généralités sur l'alcool et le stress oxydant
Le mot alcool est d'origine arabe« al-kuhl »qui signifie "antimoine pulvérisé", mais sa place a évolué au cours du temps. Tantôt un breuvage sacré, un remède, tantôt un poison, l'alcool est au centre des préoccupations des hommes. On retrouve des traces archéologiques de la consommation de l'alcool remontant à plusieurs milliers d'années, avant l'agriculture et la sédentarisation de peuples. La perception de la consommation d'alcool et de ses effets sont probablement découvertes par l'homme en mangeant des fruits fermentés et qui sont variées au cour du temps en fonction de plusieurs paramètres socioculturels. On retrouve toujours la notion de méfaits liés aux abus et à la consommation chronique dans chaque société. D'abord considéré comme un problème relevant de lajustive ou de la morale, mais ce n'est que vers la fin du 18ème siècle que la dépendance et les abus commencent à être considérés comme un problème de santé physique et mentale (Sournia J.C.,
1986).
Des indices archéologiques semblables on été trouvés dans le monde entier : En chine, il semblerait que l'on ait commencé à fabriquer une sorte de bière à partir de riz, de miel et de fruits. Des papyrus égyptiens décrivent les étapes de fabrication, de production, et de commercialisation de la bière et du vin avec des sceaux qui indiquent les types de boissons alcoolisées et leurs qualités. Des mises en gardes contre l'ivresse et sur les conséquences de la consommation sont formulées dès cette période (Anonyme, 2008b ).
Dans l'antiquité, l'homme pense que l'alcool peut lui permettre de connaître le monde de dieu. Au moyen age, les bacchanales perdent leur signification mystique et deviennent des « orgies sauvages». L'alcool devient peu à peu une source d'enrichissement pour divers pays en occident à son exploitation et son exportation à travers le monde. Jusqu'à la fin du 15ème siècle, l'alcool distillé devient un remède précieux et est acheté par des riches citadins qui lui connaissent des vertus fortifiantes (Sournia J.C., 1986).
De nouvelles boissons chaudes sont apparues au 1 ime siècle, comme le café, le thé et le cacao et la consommation courante de boissons alcooliques a alors baissée. Au18ème siècle, le développement de nouvelles techniques en matière de distillation et d'agriculture permettre au spiritueux de devenir des produits de consommation courante. En 1849, le suédois Magnus Huss a introduis la notion d'alcoolisme dans le langage médical en décrivant le tableau de la maladie et les multiples alcoolopathies viscérales ou mentales. Puis, lors des publications par des scientifiques et des romanciers tel que Dickens et Zola traitant de l'alcoolisme. Des phénomènes similaires se produisent vers la fin de 19ème siècle, dont l'alcool devient une cause majeure de problèmes économiques et sociaux (Anonyme, 2008b ).
Actuellement, la dépendance à l'alcool est considérée comme un trouble relevant du domaine plus large des addictions. Le développement de méthodes psychothérapeutiques spécifiques, l'aide apportée par la recherche, la pharmacothérapie et la poursuite des efforts des milieux associatifs ont permis d'améliorer le pronostic et la prise en charge (Sournia J.C., 1986).
1.1.2. Définition
On appelle boisson alcoolisée toute boisson (fermentée, macérée, distillée ou autre) contenant de l'alcool éthylique ou éthanol. Alcool désigne l'ensemble des composés organiques dans lesquels un groupe hydroxyle (-OH) est lié en atôme de carbone qui a son tour lié à d'autres atômes de carbones ou hydrogènes. En chimie, l'alcool pur est nommé: éthanol (CH3CH20H); est la substance active des boissons alcoolisés qui circule facilement à travers les membranes cellulaires, c'est un inhibiteur du système nerveux central en diminuant l'activité des neurones ce qui peut provoquer un oubli total ou partiel des évènements survenus lors de son ingestion, cette substance est présente en état de traces dans les fruits, les grains, les racines ... etc. Donc tous les végétaux ayant un contenu élevé en sucre (Sournia J.C., 1986).
Chapitre 1 Généralités sur l'alcool et le stress oxydant
L'éthanol pur est incolore, il dégage une odeur forte, brûle la gorge lorsqu'il est buvait. Son point de fusion se situe à -114,5 c0
, et le point d'ébullition à 78,3c0• L'éthanol est produit par fermentation alcoolique, c'est la voie métabolique des hydrates de carbones simple en absence d'02
et qui sont transformés en alcool et en gaze carbonique par l'action des levures. En général, c'est le fait de levures de la famille des Saccharomyces ou celle de Kluyveromyces. Les boissons fermentées peuvent atteindre une concentration maximale d'alcool de 18°. Au-delà, les levures, qui supportent male des concentrations plus élevées, sont détruites. Et pour obtenir de l'alcool à plus de 18°, il faut distiller l'alcool (Alais C. et Linden G., 2008; Koolman J. et Rohm K.H., 2002). L'ensemble de la fermentation se traduit par l'équation suivante :
. C 6H 12 0 6 + 2 Pi + 2 ADP ~ 2 ( CH 3 - CH 2 - OH ) + 2 ATP + 2 CO 2
(Alais C. et Linden G., 2008; Stryer L. et al., 2003).
1.1.3. Pharmacocinétique de l'alcool
La pharmacocinétique étudie le devenir et les effets d'une molécule dans l'organisme. Elle est le résultat de plusieurs étapes: l'absorption, la distribution, le métabolisme et l'élimination (Wagner J.G., 1993; Wilkinson P.K., 1980). Un certains nombre de paramètres sont susceptibles d'intervenir dans la pharmacocinétique d'une molécules : dans le cas de l'éthanol, on peut en particulier relever l'influence de facteurs génétique (polymorphisme des enzymes du métabolisme de l'éthanol,
sexe ... ) et environnementaux (mode de consommation, prise conjointe de médicaments) sur l'ensemble des événements consécutifs à la consommation d'alcool (Inserm, 2001).
1.1.3.1. L'absorption
Dans le cas de l'éthanol, l'absorption se fait par voie digestive et les autres voies étant en effet exceptionnelle. L'éthanol est une petite molécule absorbée par simple diffusion. Cette diffusion est lente au niveau gastrique et la majeure partie (70% à 80%) est absorbée au niveau de l'intestin grêle (duodénum et jéjunum) et environ 20% restantes ont été absorbée au niveau de l'estomac (Jones A.W. et Jonsson K.A., 1994).
La vitesse d'absorption est variable: quand l'alcool est ingéré à jeun, la concentration maximale est atteinte rapidement, environ 30 minutes après l'ingestion, par contre l'ingestion de nourritures ralentis le vidange gastrique en entraînant la fermeture du verrou pylorique et en réduisant la motricité gastrique, en particulier au niveau antral. En conséquence, l'ingestion de nourritures, en prolongeant le temps de séjours de l'éthanol dans l'estomac, va modifier la cinétique de l'absorption de l'éthanol. Le pic sérique est atteint donc en 30 à 90 minutes de l'ingestion (figure 1). Mais il y a d'autres facteurs qui accélèrent le passage de l'alcool dans le sang tel que: les boissons alcooliques chaudes, et le sucre, l'ingestion rapide et les facteurs individuels comme certains maladies: l'hépatite B et C, VIH, ... (Wilkinson P.K. et al., 1977; Danel V. et Bariot P., 1999).
Chapitre 1 Généralités sur l'alcool et le stress oxydant 1,5
-
...-
b.O 1,0 ...._.. Q) ...E
'Q) ...8
ctS-B
0,5 '~ 0 1 2 3 4 5 6 7 Temps (heures)Figure 1. Pharmacocinétiq_ue de l'absorption de l'éthanol àjeûn ou après un repas (d'après
Lands W.E.M., 1998)
Valeurs obtenues chez un homme ayant consommé 0,80 g d'alcool/kg de poids corporel avant(•) ou après (o) le petit déjeuner
1.1.3.2. La distribution
La distribution de l'éthanol est très rapide (demi-vie de distribution de 7 à 8 minutes) aux organes très vascularisés comme le foie, le cerveau et les poumons. Le volume de distribution serait en moyenne de 0,7 VK.g chez les femmes et de 0,6 l/Kg chez les hommes (Goist K.C. et Sutker P.B., 1985; Danel V. et Bario P., 1999). L'éthanol est distribué dans l'eau libre sans liaison aux protéines plasmatiques, sa solubilité dans les graisses et les os est négligeable. Son volume de distribution est donc celui de l'eau libre (soit environ 41 1 pour un homme de 70 kg). En effet, l'administration à des hommes et à des femmes de mêmes doses d'alcool par rapport à leur volume d'eau libre (et non par rapport à leur poids) aboutit à des concentrations identiques des pics d'éthanolémies. Par conséquent, les variations dans les proportions respectives de masse grasse par rapport à la masse maigre influencent le volume de distribution de l'éthanol. Ce fait pourrait expliquer en partie les différences observées entre homme et femme de sensibilité à l'alcool. L'alcoolémie, concentration de l'alcool dans le sang, peut être estimé par la formule de Widmark (1932): Prenons par exemple: un homme de 70 Kg absorbant un verre de vin de 10 cl. Ce verre contient 1,2 cl d'alcool soit 9,6 g d'alcool. On peut théoriquement estimer l'alcoolémie selon la formule suivante :
Alcool ingéré (en gramme)
Poids (en Kg) x coefficien t de diffusion K
9,6
- - - = 0,19 g d'alcool / 1 du sang 70 X 0,7
Avec: K = 0,7 pour les hommes et 0,6 pour les femmes (Paysant F., 1998)
Mais ce ci reste une estimation, car les facteurs importantes ne sont ici pas pris en compte (temps écoulé, quantité et qualité de la nourriture absorbée, ... ). Ou par une autre méthode plus simple, plus fiable et plus rapide qui s'effectue par l'utilisation d'un éthylotest électronique: CA2000PX PRO TM
GOLD. Les indications ci-dessus (tableau 1) à propos des effets de l'alcool et l'alcoolémie s'applique aux adultes et doivent être considérés uniquement comme des points de référence (Danel V. et Bariot P., 1999).
Chapitre 1 Généralités sur l'alcool et le stress oxydant Tableau 1. Alcoolémie et signes cliniques (d'après Borg J.M. et Reeber A., 2008; Cardin R., 1999;
Anonyme, 2008a)
Alcoolémie ("9) Signes cliniques
•Légère diminution de l'acuité visuelle et auditive
0,2 à O,S •Relâchement de l'attention, de la concentration et augmentation du temps de réaction • L'esprit critique et la capacité de jugement sont altérés et la propension à prendre des risques augmente
• Problème de vision nocturne
dès o,s •Troubles de l'équilibre
• Problèmes de concentration, modification nette du temps de réaction • La désinhibition et la surestimation de soi augmentent
•Réduction accrue de l'acuité visuelle, la perception des objets et la vision spatiale sont altérées, le champ visuel se rétrécit (vision tubulaire)
dès 0,8 •Troubles croissants de l'équilibre
• Difficultés de concentration marquées, net allongement du temps de réaction • Surestimation croissante de soi, euphorie, désinhibition croissante
•Péjoration de la vision spatiale et de l'adaptation aux passages de la clarté à l'obscurité •Troubles importants de l'équilibre
1,0 à2,0:
•Déficits d'attention et de concentration, temps de réaction considérablement perturbé, stade de l'ivresse confusion, troubles du langage,
troubles de l'orientation
•Importante surestimation de soi du fait de la désinhibition et de la perte de l'esprit critique •Troubles marqués de l'équilibre et de la concentration, capacité de réaction pratiquement inexistante
2,0à3,0: • Relâchement musculaire
stade de la orpeur • Troubles de la mémoire et de la conscience, confusion • Vomissements
•à partir de 3,0 pour mille: perte de conscience, amnésie, respiration faible, baisse de la 3,0 àS,O: température, perte des réflexes
stade du coma • à partir de 4,0 pour mille: paralysies, coma avec perte des réflexes, mictions involontaires, arrêt respiratoire et mort
1.1.3.3. Le métabolisme
L'essentiel du métabolisme de l'éthanol a lieu dans le foie (plus de 80%), cependant, d'autres tissus peuvent participer à l'oxydation de l'éthanol, le rein pour une faible part et le tractus gastro-intestinal mais aussi le cerveau (Koolman J. et Rohm K.H., 2002; Lieber C.S., 1997; Müller-Esterl
W., 2007).
L'éthanol subit un effet dit« de premier passage »c'est-à-dire qu'une fraction est métabolisée avant d'atteindre la circulation sanguine. Les enzymes responsables de ce premier métabolisme sont contenues dans la muqueuse digestive et dans le foie (Hemendez-Munoz R. et al., 1990; Seitz H.K. et Poschl G., 1997; Baraona E., 2000; Haber P.S., 2000). Cet effet du premier passage concernant
Chapitre 1
Généralités sur l'alcool et le stress oxydantau maximum 20% (dans certains études, entre 5% à 14% seulement) et plus de 80% de l'éthanol ingéré pénètre dans la circulation générale sous forme d'éthanol purs et il est ensuite métabolisé au niveau hépatique. Ce métabolisme s'effectue selon deux voies:
);;> La première est la voie principale qui comporte deux oxydations successives :
La première oxydation: s'effectue par l'enzyme alcool déshydrogénase (ADH) qui oxyde l'éthanol en acétaldéhyde dans le cytoplasme hépatique, et le NAD est le cofacteur qui conduit à une production en excès de NADH (Stryer L. et al., 2003; Murry R.K. et Granner D.K., 1999)
CH 3 - CH
2 - OH
+ NAD + _
ADH ~ CH 3 - CHO+ NADH
+ H
+Éthanol Acétaldéhyde
La vitesse de dégradation de l'éthanol dans le foie est limitée par l'activité de l' ADH. Le facteur limitant est alors la disponibilité en NAD+ (Koolman J. et Rohm K.H., 2002; Danel V.et Bariot P.,
1999).
La deuxième oxydation: s'effectue par l'enzyme aldéhyde déshydrogénase (ALDH) qui oxyde !'acétaldéhyde en acétate dans la mitochondrie (Styer L. et al., 2003; Müller-Esterl W., 2007; Danel V. et Bariot P. 1999).
Acétaldéhyde Acétate
La consommation de l'alcool conduit à une accumulation de NADH. Cette concentration du NADH inhibe la glucogénèse en empêchant l'oxydation du lactate en pyruvate. A cause élévation de la concentration du NADH, la réaction inverse prédominera et le lactate s'accumulera, il peut en résulter une hypoglycémie et une acidose lactique (Stryer L. et al., 2003). Ensuite l'acétate est transformé grâce à l'acétate COA-ligase (une thiokinase) en acétyle COA et en présence d'ATP et du COA. L'acétyle COA formé est principalement dégradé en C02 et H20 après son passage par le
cycle de krebs, Mais la majorité de l'acétate libéré dans la circulation générale est oxydé en C02 et H20 dans les tissus extra-hépatiques(Koolman J. et Rohm K.H., 2002).
N.B: a coté de l'alcool déshydrogénase cytoplasmique il y a la catalase peroI)'somal, une alcool OI)'dase microsomale inductible situé dans les peroI)'somes, qui ne joue q'un rôle mineur dans l'oIYdation de l'éthanol en revanche dans le cerveau elle métabolise plus de la moitié de l'éthanol et nécessite la présence de peroI)'de d'hydrogène, mais ne permettre qu'une dégradation limité d'alcool (Danel V. et Bariot P., 1999).
CH 3 - CH 2 - OH
+
H 0 2 2 _Catal~~ CH - CHO 3+
2H 20Éthanol Acétaldéhyde
);;> La deuxième voie pour le métabolisme de l'éthanol est appelée système microsomial d'oxydation de l'éthanol (MEOS). Cette voie fait intervenir une forme spécifique du cytochrome P450 (CYP2El) pour former de !'acétaldéhyde, puis de l'acétate, toute en oxydant le NADPH, en NADP+. Etant donné qu'elle utilise de l'oxygène, elle crée des radicaux libres qui lèsent les tissus (Stryer L. et al., 2003). Les mitochondries du foie peuvent convertirent cet acétate en acétyle COA au cours d'une réaction nécessitant del' ATP, l'enzyme est la thiokinase qui normalement active les acides gras à chaîne courte.
Acétate + coenzyme A
+
A TP ~ Acetyl COA+
AMP+
PPi PPi ~ 2 PiChapitre 1
Généralités sur l'alcool et le stress oxydant Ce système voie son activité augmente dans l'alcoolisation excessive et chronique ce qui perturbe le métabolisme de l'éthanol d'où une surproduction de radicaux hydroxyle (OH'). D'une part l'activité de l'activité de l' ADH est diminuée tandis que l'expression du CYP2El augmente. Ce dont témoigne l'élévation de des taux sanguins d'acétaldéhyde et d'acétate. D'autre part l'activité de l'ALDH diminue également, et !'acétaldéhyde s'accumule, il se forme alors des adduits aux molécules environnantes et en perturbe le fonctionnement (Lieber C.S., 1997; Nordmann R., 1994, Rintala J. et al, 2000).Éthanol
Catalase ADH MEOS (CYP2El)
2H20 NADP+ ADLH NADH Acétate COA-lipse
1
Acetyl COAFigure 2. Schéma des voies métaboliques de l'éthanol dans le/oie (Inserm, 2001).
1.1.3.4. L'élimination
Deux voies contribuent à l'élimination de l'éthanol, suivant une cinétique Michaélienne l'oxydation enzymatique, c'est-à-dire le métabolisme, dont la majeur partie de l'alcool (90%) sera éliminer par le foie, et seuls 2 à 10% de la quantité d'éthanol absorbé est excrétée sous forme inchangée: par les poumons (air expiré, la sueur ... ), les reins (urines) et la peau. Dans les urines, par exemple, le rapport alcoolurie/alcoolémie est en moyenne de 1,30. L'éthanol est excrété aussi dans le lait maternel à des concentrations environ 10% plus élevées que les concentrations plasmiques, en raison de la teneur en eau supérieure du lait (Lands W.E.M., 1998; Brown D.J., 1985; Danel V. et Bariot P., 1999) .
1.1.4. Facteun influençant le métabolisme
La pharmacocinétique de l'éthanol peut être modifiée par de nombreux facteurs tel que la consommation chronique d'alcool, l'absorption de nourritures ou de médicaments, mais aussi par l'age et le sexe. Il semble notamment que, pour une même quantité d'alcool consommée, les femmes atteignent généralement des alcoolémies plus élevées que les hommes, donc les femmes supportent moins bien l'alcool que les hommes (Mezey E. , 2000). Cette différence s'explique de plusieurs manières: Le corps d'une femme comporte en moyenne d'avantage de tissus adipeux et moins de liquide physiologique que celui d'un homme. L'alcool étant plus facilement soluble dans l'eau que dans la graisse, il se diffuse avant tous dans le liquide corporel (Murry R.K. et Granner
Chapitre 1
Généralités sur l'alcool et le stress oxydantD.K., 1999). Par ailleurs, les femmes disposent d'une quantité moindre d'enzyme contribuant à l'élimination de l'alcool qui se trouve ainsi ralentie. De nombreux travaux ont étudié les différences du métabolisme de l'éthanol entre l'homme et la femme, mais leurs résultats demeurent très contradictoires. Il semble que la clairance métabolique soit supérieure chez la femme, peut être de façon liée à l'influence des oestrogènes et de la progestérone sur l'activité de l'ADH. Ainsi, quelques auteurs retrouve des variations aux différentes périodes du cycle menstruel. Des taux
élevés d'oestrogène semblent augmenter l'activité de l' ADH hépatique, alors que l'ovariectomie
semble diminuer cette activité (Lammers S.M.M. et al., 1995).
Les effets et les risques liés à la consommation d'alcool dépendent aussi de l'age. Les jeunes supportant moins biens l'alcool que les adultes. D'une part, les adolescents ont un poids inférieur à celui des adultes. De ce fait, l'alcool se répartit dans une quantité plus faible de liquide corporel et la concentration d'alcool dans le sang se trouve ainsi augmentée. D'autre part, chez les jeunes, les enzymes contribuant à l'élimination de l'alcool par le foie sont présentes en petite quantité que chez les adultes (Anonyme, 2004).
1.1.5. Enzymes du métabolisme de l'alcool
Il y a trois enzymes métabolisant l'éthanol :
I.L5.1.
Alcool déshydrogénase (ADH)Les alcools déshydrogénases sont des enzymes utilisant le NAD+ comme cofacteur, elles oxydent l'éthanol en acétaldéhyde et qui diffèrent selon leur localisation dans le cytoplasme, le microsome ou dans la mitochondrie. C'est une protéine dimérique contenant deux atomes de zinc par sous unité, chacune des deux atomes du zinc est cordonnée aux atomes de souffre de deux résidus cystéines et un atome d'azote d'une histidine. Cet ion zinc polaire lie le groupe carbonyle
du substrat pour favoriser le transfère d'une hydrure du NADH (Stryer L. et al., 2003).
A. Classification des ADH
Les sous unités sont associées deux par deux pour former des isoenzymessont réparties en cinq
classes selon leurs propriétés éléctrophorétiques, enzymatiques et leur similarités de séquences. Généralement le sous unités identiques s'assemblent entre elles pour former des isoenzymes
homodimériques (aa, b1b1). Cependant, les sous unités de la classe 1 peuvent se combiner pour former des hétérodimères (ab). (Tableau 2) (Bosron W.F. et Li T.K., 1986; Ehrig T. et al., 1990).
);>- Les enzymes de classe 1 (ADH-a, b, c)
Elles ont une forte affinité pour l'éthanol (Km ou constante de Michaelis bas : 0,05 - 4,4 mM)
sont principalement présentent dans le foie ou elles jouent du fait de leur abondance un rôle très
important dans le métabolisme de l'alcool, se trouve aussi dans les glandes surrénales en plus faible quantité dans le rein, le poumon et d'autres tissus excepté le cerveau et le cœur (Crabb D.W., 1995; Edenberg H.J., 2000).
);>- Les enzymes de classe II (ADH-p)
Ont été détecté dans le foie et le duodénum. Elles ont un Km plus élevé pour l'éthanol (34 mM),
mais sont très abondantes dans le foie qui signifie qu'elles contribuent à l'oxydation de l'éthanol pour des concentrations élevées (Inserm, 2001).
);>- Les enzymes de classe III (ADH-v)
Également appelées formaldéhydes déshydrogénase glutathion-dépendantes, il sont relativement
abondantes dans tous les tissus cités précèdament, y compris le cerveau, les leucocytes et l'estomac
(Koivusalo M. et al., 1989). Elles métabolisent les alcools à longue chaîne et les acides gras
hydroxylés. Elles pourraient de se fait participer au métabolisme de premier passage de l'éthanol et
expliquer les différences entre homme/ femme à ce niveau, ces dernières ayant une activité ADH-v plus faible que les hommes (Baraona E. et al. 2001; Parès X. et vallee B.L., 1981 ).
Chapitre 1 Généralités sur l'alcool et le stress oxydant
~ Les enzymes de classe IV (ADH-µ ou r)
Ils ont été découvertes plus récemment (Yin S.J. et al., 1990). Elles ont été purifiées à partir de l'estomac et de l'œsophage, elles ont une faible affinité pour l'éthanol. La contribution de l' ADH gastrique au métabolisme du premier passage de l'alcool fait actuellement l'objet de débats (Haber
P.S., 2000).
~ Les enzymes de classe V
Cette enzyme est mal caractérisée. L' ARNm de son gène à été identifier dans le foie et
l'estomac mais l'enzyme elle même n'a pas été purifiée (Haber P.S., 2000).
Tableau 2. Classification des ADH (Li T.K. et al., 2001 ; Bo"as E. et aL, 2000).
Classe Gène Allèle Sous- Km éthanol V max Localisation tissulaire unité
[mM (g/I)) (min-1 )
1 ADH1 ADH1 a 4,4 (0,2) 23 Foie
ADH2 ADH2•1 ~l 0,05 (0,002) 9 Foie, poumons ADH2•2
fu
0,94 (0,04) 340ADH2•3 ~3 34,0 (1,56) 320
ADH3 ADH3•1 Y1 1,0 (0,05) 88 Foie, estomac
II ADH3•2 Y2 0,63 (0,029) 35
m
ADRi ADRi 7t 34,0 (1,56) 20 FoieIV ADHs ADHs X > 1 000 (46,0) Tous tissus+ cerveau
V ADH1 ADH1 cr,µ 37,0 (1,7) 1 510 Oesophage, estomac
ADH6 ADH6 ? ? ? Foie(ARNm)
Les constantes cinétiques sont données pour des dimères. Km (constante de Michae/is) représente la concentration d'éthanol pour laquelle l'enzyme travaille à moitié de sa vitesse maximale. Vmax représente la vitesse maximale de /'activité enzymatique et est exprimée en mole de substrat métabolisée par minute et par mole d'enzyme. Les enzymes travaillent à leur vitesse maximale pour des concentrations d'environ JO à 20 Km.
B. Régulation de l'expression de I' ADH
Les isoenzymes de l' ADH constituent 1 % des protéines cytosoliques du foie, leur ARNm est
très abondant, indiquant que ces gènes sont très actifs dans le foie. Chez l'homme, il existe 7 gènes
(ADH1 à ADH7) qui code pour des sous unités différents qui sont situés sur le chromosome 4. La
régulation de ces gènes a fait l'objet d'une revue récente (Edenberg H.J., 2000). Les promoteurs
sont constitués d'une combinaison de sites de liaison pour des facteurs de transcription ubiquitaires
et pour de facteurs spécifiques de certains tissus. Des sites de liaison pour des hormones thyroïdiennes, l'acide rétinoïque et les glucocorticoïdes ont été décrit dans les régions« amont» des
gènes de L' ADH. Ces horinones affectent l'activité des promoteurs in vitro; l'acide rétinoïque et les
glucocorticoïdes activent la transcription. Les hormones thyroïdiennes antagonisent l'effet de
l'acide rétinoïque mais ses effets semblent nuls ou faibles in vivo (Harding P.P. et Duester G.,
1992). Des expériences sur le rat montrent que l'hormone de croissance augmente l'activité de
l' ADH, alors que les androgènes et les hormones thyroïdiennes la diminuent. Chez l'homme le traitement par des androgènes diminue la vitesse de l'élimination de l'alcool (Mezey E. et al., 1988). Des études montrent qu'il n' y a aucune différence liée au sexe n'a été trouvé au niveau de
Chapitre 1 Généralités sur l'alcool et le stress o:xydant C. Polymorphisme génétique de l' ADH
Il existe un polymorphisme génétique pour les gènes ADH2 et ADH3 qui contribuent à la capacité des individus à métaboliser l'éthanol (Bosron W.F. et Li, 1986). Les allèles ADH2_i, ADH2-2 et ADH2_3 codent respectivement pour les sous unités b1, b2 et b3. Bien que différentes par un acide aminé, ces isoenzymes ont des propriétés catalytiques tout à fait distinctes in vitro car la mutation affecte le site de fixation du NAD+ sur l'enzyme. La forme b1 a une faible activité mais une forte affinité pour l'éthanol, alors que les autres formes seront sollicitées pour des concentrations plus faibles de l'éthanol. Les allèles ADH3_1 et ADH3_2 codent pour les sous unités c1 et c2 : les sous unités c1 étant 2,5 fois plus activent que les sous unités c2 pour une faible quantité de l'alcool ingérées (Quertemonet E., 2004).
D. Influence de l' ADH et de ses polymorphismes sur le métabolisme et la consommation d'alcool
L' ADH oxyde l'éthanol en acétaldéhyde selon un mécanisme «ping-pong » où le NADW
doit pénétrer dans son site de fixation avant que l'éthanol n'entre dans le domaine catalytique. La quantité d' ADH est peu limitante dans le métabolisme de l'éthanol, l'oxydation de l'éthanol est en réalité contrôlée par la vitesse de réoxydation du NADH produit et par la quantité d'acétaldéhyde générée (Crabb D.W. et al., 1989). Les taux de NADH sont contrôlés par l'activité des navettes permettant de transférer les équivalents réduits vers la mitochondrie et par l'activité de la chaîne respiratoire mitochondriale. Si la réduction de l'activité de l' ALDH entraîne une diminution de la capacité d'oxydation de l'éthanol par le foie, l'oxydation de l'éthanol n'augmente pas de façon proportionnelle à l'augmentation de l'activité enzymatique. Ainsi, les sujets possédant les sous unités b3, par exemple, n'ont pas une augmentation du métabolisme de l'éthanol que de 20% malgré des activités enzymatiques potentiellement très élevé, suggérant que le taux d'oxydation du NADH est limitant (Thomasson H.R. et al., 1995). L'incapacité à accroître l'oxydation de !'acétaldéhyde qui s'accumule peut également limiter l'activité del' ADH. Les génotypes del' ADH ont été associés à des différences de consommation de l'alcool. Les sujets possédant un allèle ADH2_2 (enzyme très active) ont un risque diminué en cas de consommation excessive. La prévalence de l' ADH3_1 semble risque prédominant chez les sujets ne consommant pas excessivement de l'alcool mais semble plus lié à la présence de l'allèle ADH2_2 qu'à un effet propre. Le fait que l'allèle ADH2_2 soit « protecteurs » contre les risques de la consommation excessive d'alcool a été retrouvé dans toutes les ethnies (Crabb D. W., 1995; Li T.K. et al., 2001; Borras E. et al., 2000).
1.1.5.2. Aldéhyde déshydrogénase (ALDH)
L'aldéhyde déshydrogénase (ALDH) est une enzyme, liée au FAD a pour coenzyme le NAD, et présente dans le foie des mammifères (Smith M., 1986). Cette enzyme est une métallo-flavoprotéine qui contient du molybdène et du fer non hémique et qui agit sur les aldéhydes et les substrats N-hétérocycliques (Murry R.K. et Granner D.K., 1999). Elle oxyde !'acétaldéhyde en acétate, une substance beaucoup moins dangereuse pour l'organisme. Les ALDH ont une large spécificité pour les aldéhydes aromatiques et aliphatiques. Elle oxyde les aldéhydes en leur acide carboxylique correspondant. La réaction est thermodynamiquement irréversible dans les conditions physiologiques. L'activité de l' ALDH est diminuée au cours de l'alcoolisme chronique mais remonte après quelques semaines de sevrage (Lin C.C. et al., 1984; Argaueral D.P. et al., 1987).
A. Classification des ALDH
Les deux isoenzymes les plus importantes dans le métabolisme de l'éthanol sont l' ALDH1 et l 'ALDH2 (Vasiliou V. et al., 1999). Ces isoenzymes sont homotétramériques (Smith M., 1986).
};;> L' ALDH1 : enzyme cytosolique, possède des variants responsables de la différence de
sensibilité à l'éthanol, même si la base moléculaire de ces différences n'est pas élucidée. Son km pour l' acétaldéhyde est de l'ordre de 50-1 OO µM (Y oshida A. et al., 1992).
Chapitre! Généralités sur l'alcool et le stress o:xydant
»-
L' ALDH2: enzyme mitochondriale, a une affinité pour l'acétaldéhyde beaucoup plus forteque l' ALDH1 (Km < 1 µM) et est responsable de la majeur partie de l'oxydation de !'acétaldéhyde en acétate. La mesure de l'activité ALDH dans le foie de sujets déficients pour l' ALDH2 suggère qu'environ 40 % de l'activité totale du foie est liée à l' ALDH2 et de 60% à l' ALDH1 et aux autres isoformes (Crabb D.W., 1995).
»-
Une autre ALDH a été détecté au niveau des mitochondries. Elle a été appelée ALDH-xou ALDH5 • Son km pour !'acétaldéhyde est égal à 30 µM suggérant qu'elle pourrait jouer un rôle dans le métabolisme de l'éthanol (Stewart M.L. et al., 1995).
B. Régulation de l'expression de I' ALDH
Le contrôle génétique de l'expression de l' ALDH est en cours d'étude. Le promoteur de l' ALDH2 contient un site de liaison pour un facteur de transcription ubiquitaire (Stewart M.J. et al., 1996) qui joue probablement un rôle dans l'expression du gène dans la plupart des tissus. D'autres sites de liaison plus complexes ont également été identifiés en amont et seraient impliquées dans l'expression plus forte du gène au niveau du rein et du foie (Li T.K. al., 2001). Les ARN messagers des ALDHi, 2 et 5 sont présents dans le foie (en grande quantité), mais également dans de très nombreux autres tissus; rein muscle, cœur (en quantité relativement abondante), placenta, cerveau, pancréas
(en quantité plus faible), suggérant que ces tissus seront également des cibles privilégiées pour la toxicité par l'acétaldéhyde. L'enzyme parait être repartie de façon homogène dans l'acinus hépatique avec une légère prédominance dans la zone périportale des hépatocytes en accord avec une augmentation de la toxicité de !'acétaldéhyde dans la zone péricentrale (Chen L. et al., 1992). Les ALDH restent active malgré l'augmentation du rapport NADH /NAD+ qui a lieu au cours du métabolisme de l'éthanol par rapport à plusiuers déshydrogénases (Y oshida A. et al., 1992).
C. Polymorphisme génétique de l' ALDH
L' ALDH appartient à une super-famille d'enzyme comprenant 16 gènes chez l'homme (Vasiliou V. et Pappa A., 2000). Il existe plusieurs variants de l' ALDH1 basés sur le métabolisme de l'éthanol. La nature de ces variants reste à déterminer sur le plan moléculaire. Un polymorphisme génétique a principalement mis en évidence au niveau de l' ALDH2_1 ou allèle
commun, code pour une enzyme très active, alors que l'ALDH2_2 ou allèle mutant, code pour une enzyme inactive (Goedde H.W. et al., 1979). La mutation responsable correspond à la substitution d'une lysine par un acide glutamique à la position 487 du polypeptide, sur le site de fixation du coenzyme, rendant l'enzyme inactive dans les conditions physiologiques. Le déficit en ALDH2 est un trait dominant: les hétérozygotes comme les homozygotes présentent une activité enzymatique déficiente. La conséquence de cette ALDH inactive est une accumulation d'acétaldéhyde associée à un afflux de sang «Flush» facial et à des signes d'intolérance à l'alcool (maux de tête, hypotension, tachycardie, faiblesse musculaire, brûlure épigastriques) semble aux effets rencontrés lors de l'administration de disulfirame (effet antabus ). Des études récentes ont montrées que l' ALDH5 est également polymorphique. Les études sur un nombre limité de sujet n'ont pas montré d'association entre les différents génotypes de l' ALDH5 et la consommation excessive d'alcool (Sherman D. et al., 1993).
D. Influence de l' ALDH et de ses polymorphismes sur le métabolisme et la consommation d'alcool
L'activité de L' ALDH n'est pas limitante dans le métabolisme de l'éthanol, on considère que tout l' acétaldéhyde généré par l' AD H est métabolisé par l' ALD H. Cependant, la situation change lorsque l'on est en présence d'individus ayant une ALDH2 déficiente. Chez ces individus, les concentrations d' acétaldéhyde sont très augmentées après ingestion d'alcool et on peut donc s'attendre à une inhibition de l'activité de l'ALDH par !'acétaldéhyde (Wall T.L. et al., 1997). L' ALDH2_2 étant dominant chez les hétérozygotes auront des activités enzymatiques intermédiaires entre celle des homozygotes ALDH2_1 et ALDH2_2. Bien que les études sur l'effet de l' ALDH2
Chapitre 1 Généralités sur l'alcool et le stress oxydant déficients soient limités à cause des effets néfastes observés, des taux d'élimination d'alcool diminué ont été observés chez ces sujets (Crabb D.W., 1995).
Il est maintenant établi que la présence de l'allèle ALDH2_2 protège fortement contre la
consommation excessive d'alcool (Peterson R.J. et al., 1999; Chen C.C. et al., 1999). En effet, une
ALDH déficiente est associée à une réduction de la quantité et de la fréquence de l'ingestion de
l'alcool, l'accumulation d'acétaldéhyde dans le sang provoquant des réactions désagréables qui
dissuadent de le consommer. En revanche, s'il y a consommation d'alcool, les taux d'acétaldéhyde
plus élevés entraînent des risques plus grands de développer un cancer de l' œsophage ou du tractus
aérodigestif (Y okoyama A. et al., 1999). Il faut également souligner que les individus ayant une
ALDH2 déficiente sont plus susceptible à la toxicité de certains solvants industriels nécessitant une activité ALDH dans leur processus de détoxication, comme par exemple le 2-étoxyéthanol (Kitagawa K. et al.,2000).
1.1.5.3.Cytochrome P450 2El (CYP2El)
La deuxième voie pour le métabolisme de l'éthanol est appelée système microsomial d'oxydation de l'éthanol (MEOS) qui est induite uniquement par une forte consommation de
l'éthanol et utilise le NADPH et l'oxygène comme cofacteur (Stryer L. et al., 2003; Lieber C.S. et
De Carli L.M., 1968). Cette voie dépendante du CYP450 2El crée de !'acétaldéhyde puis de
l'acétate toute en oxydant le NADPH en NADP+ et produit en parallèle des radicaux libres
notamment des radicaux hydroxyles qui vont participer à l'oxydation de l'éthanol en acétaldéhyde
et à la formation de radicaux hydroxyéthyles (Eckstron G. et Ingelman S.M., 1989; Ollat H., 2004).
Le système du CYP450 est une super famille ubiquitaire de mono-oxygénase présent chez les animaux, les végétaux et les procaryotes. Chez les mammifères, le système du CYP450 est essentiellement localise dans la réticulum endoplasmique du foie, dans la membrane interne des mitochondries et de l'intestin grêle (Stryer L. et al., 2003 ; Borel J.P. et al., 1997). Le cytochrome P450 est une hémoprotéine contenant du fer dans lequel l'atome de fer oxille entre l'état ferrique
(Fe+3) et l'état ferreux (Fe+2) au cours de l'oxydation et de la réduction grâce à l'adrénodoxine qui
lui transfère un électron, sans l'addition de ce dernier le CYP450 ne fixera pas l'oxygène (Stryer L.
et al., 2003). Il est important pour la détoxication des substances étrangères par un métabolisme
oxydatif, par exemple : composés xénobiotiques, les médicaments, la synthèse des hormones
stéroïdiens, les acides biliaires, la synthèse des acides gras insaturés ... etc. L'action du système
P450 n'est pas toujours bénéfique, certains des plus puissants carcinogènes sont créés à partir de
composés inoffensifs par le CYP450 in vivo dans un processus d'activation métabolique (Murry
R.K. et Granner D.K., 1999).
A. Régulation de l'expression du CYP2El
Le CYP2El est exprimé en grande quantité au niveau des hépatocytes et en quantité 10 à 100 fois plus faible dans les cellules de Kupffer (Koivisto T. et al., 1996) et les tissus extrahépatiques (poumons, œsophage, intestin, cerveau, lymphocytes) (Lieber C.S. , 1999). La répartition du CYP2El dans les hépatocytes n'est pas homogène: les plus grandes concentrations sont retrouvés
dans la région périveineuse du lobule hépatique là ou l'induction par l'éthanol et donc la toxicité
sont le plus prononcées (Lindros K.O. et al., 1990). Chez l'homme, Takahashi H. et al. (1993) ont montrés que l'alcoolisation chronique induisant le CYP450 dans la zone périveineuse du lobule hépatique et était accompagnée d'une augmentation de l' ARNm corrélée avec la quantité de protéine. Après arrêt de l'intoxication alcoolique, le taux de CYP2El diminue rapidement pour
retrouver le taux de basse en 5 jours environ (Perrot N. et al., 1989; Lucas D. et al., 1995; Mishin
V.M. et al., 1998). Parmi les inducteurs du CYP2El, on peut citer certains solvants (acétone,
benzène), les médicaments (isoniazide) et les conditions physiopathologiques Geun, diabète ou
obésité). Les mécanisme de cette induction sont complexes et peuvent intervenir à différents
niveaux: transcriptionnel, prétraductionnel, traductionnel et post traductionnel (Koop D.R. et
Chapitre 1 Généralités sur l'alcool et le stress o:xydant L'induction du CYP2El par l'alcool peut se faire selon deux mécanises:
- Stabilisation de l'enzyme par son substrat, résulte d'une diminution de la dégradation de l'enzyme. Chez le rat, la demi-vie de la protéine ainsi stabilisée serait de 37 heures au lieu de 7 heures pour la protéine constitutionnelle (Roberts B.J. et al., 1995).
- Activation transcriptionnelle du gène pour les fortes concentrations d'alcool (Badger T.M. et al., 1993). Cette induction du CYP2El se retrouve également chez l'homme atteint de stéatohépatite d'origine non alcoolique (Weltman M.D. et al., 1998).
B. Polymorphisme génétique
Le polymorphisme génétique du CYP2El n'a pas souvent été trouvé associer à une consommation excessive et chronique d'alcool. Seules deux études ont montrées une fréquence accrue des allèles mutées C chez les consommateurs excessifs (lwahashi K. et al., 1998; Lucas D. et al., 1996). Le gène du CYP2El est situé sur le chromosome 10, il se compose d'environ 11 Kb et 9 exons (Song B.J. et al., 1986). Plusieurs polymorphismes génétiques ont été décrit pour le CYP2El chez l'homme (Nedelcheva V. et al., 1996), mais aucun polymorphisme important n'affecte la partie codante du gène (Itoga S. et al., 1999). Il y a deux sites qui ont été plus particulièrement étudiés:
~ Le site de restriction Rsa 1: est situé dans la partie 5' - régulatrice du gène. Il permet de caractériser les allèles C1 (commun) et C2 (muté). Cette mutation augmente le taux de transcription in vitro d'un gène reporter, mais des résultats contradictoires concernant
l'expression ou l'activité de l'enzyme ont été obtenus in vivo: dans certains études, la
présence de l'allèle muté est associé à une activité transcriptionnelle augmentée (Watanabe J. et al., 1994), alors que dans d'autres études aucune différence d'expression ou d'activité n'a été retrouvée (Carrière V. et al., 1996; Powell H. et al., 1998), à l'inverse certaines étude ont montrées que l'allèle muté était plutôt associés à une diminution de l'activité de la protéine ou de son inductibilité (Lucas D. et al., 1995).
~ Le site de restriction Dra 1 : situé dans l'intron 6, est partiellement lié au site Rsa I et permet de caractériser les allèles D et C (Hirvonen A. et al., 1993 ). L'allèle CYP2El-1D serait associé à une augmentation de l'inductibilité du gène sous l'influence de l'alcool ou de l'obésité.
En raison du rôle joué par le CYP2El dans le développement des hépatites et dans l'activation des procarcinogènes, une association de ces deux polymorphismes avec les maladies hépatiques dues à l'alcool ou avec différents types de cancer a été recherchée dans de nombreuses études. Des résultats contradictoires ont été obtenus, ce qui laisse penser que ces allèles mutés ne sont pas des facteurs de risque importants dans la survenue de ces maladies (Wong N.A. et al., 2000).
1.1.6. Conséquences métaboliques et toxiques de l'excitation de l'éthanol
Plusieurs études ont montrées que les principaux facteurs responsables de désordre métabolique et de la toxicité de l'éthanol étaient l'augmentation du NADH, la production d'acétaldéhyde, la génération de radicaux libres et l'induction du CYP2El (Lieber C.S., 1997).
1.1.6.1. Augmentation du rapport NADH/NAD+
Dans le foie la principale conséquence métabolique de l'oxydation de l'éthanol est l'augmentation du rapport NADH /NAD+ (le NAD+ étant le coenzyme des ADH et ALDH) après l'ingestion de grande quantité d'alcool (Murry R.K. et Granner D.K., 1999). Ce changement peut modifier la constante d'équilibre d'un certains nombre de réactions métaboliques importantes qui utilisent ces deux cofacteurs comme le cas du métabolisme des glucides et des lipides. Des taux
élevés de NADH favorisent la formation du lactate à partir du pyruvate ce qui explique la survenue d'une acidose lactique. Il s'ensuit une diminution de la concentration en pyruvate (nécessaire pour la réaction de la pyruvate carboxylase) et un freinage et de la néoglucogenèse. Dans les cas sévères,
