Stress oxydant et pathologies: PDF

Faculté de Médecine d’Alger Département de Pharmacie Les stress oxydant Pr OTMANE  Plan Présentation et définition du stress oxydant Biologie du stress oxydant Interactions entre les nutriments et le stress oxydant: les carences et les excès...

Faculté de Médecine d’Alger Département de Pharmacie Les stress oxydant Pr OTMANE  Plan Présentation et définition du stress oxydant Biologie du stress oxydant Interactions entre les nutriments et le stress oxydant: les carences et les excès Biologie clinique et stress oxydant 2  Radicaux libres et espèces réactives Radicaux libres: molécules très réactives qui présentent un (des) électron(s) non apparié(s) célibataire,.OH O2: biradical qui présente deux électrons non appariés, de spin parallèle (état triplet – conservation de spin). O:O Cet état limite la réactivité en empêchant une réaction directe et en imposant une barrière énergétique. Espèces réactives (ER): radicalaires ou non; ce sont des molécules à très haute réactivité. ERO, ERN et ERCl correspondent à O, N et Cl 3 Les principales espèces oxydantes 4 5  Définition du stress oxydant Stress oxydant: état de déséquilibre entre la production d’espèces réactives et les défenses de l’organisme. Un état de stress oxydant existe lorsqu’au moins une des trois conditions suivantes est présente: Excès des espèces réactives de O2, N2 ou Cl2 Défenses insuffisantes (endogènes et exogènes) Mécanismes de réparation insuffisants Le stress oxydant n’est pas une maladie mais un mécanisme physiopathologique. Un excès d’espèces réactives mal maîtrisé favorisera une maladie ou un vieillissement accéléré. 10 Déséquilibre de la balance Causes et conséquences du stress oxydant 17  Activité pro-oxydante des métaux de transition Le contrôle de l’activité rédox des métaux est vital. On estime qu’en dehors des processus pathologiques il y a moins d’un atome de fer libre par cellule. Production directe de radicaux alkyls (graisses, huiles) Fe3+ + RH Fe2+ + R + H+ Décomposition des hydroperoxydes en radicaux peroxyles ou alkoxyles. + Fe3+ + ROOH Fe2+ + ROO + H Fe2+ + ROOH Fe3+ + RO + OH - Le taux de peroxydation des lipides est maximal pour un rapport Fe (II):Fe(III) de 1:1. Minotti, G. and Aust S.D. (1987) J. Biol. Chem. 262, 1098-1104. Activation de l’oxygène moléculaire puis production de singulet. - Fe2+ + O2 Fe3+ + O2 1 O2 11  Le cycle d’Haber-Weiss: un concept périmé 1) Fe3+ + O2− → Fe2+ + O2 2) Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH− + OH Réaction de Fenton Réaction nette du cycle: O2- + H2O2 → OH + HO- + O2 12 Production des ROS Mitochondrie: notre centrale « nucléaire » fuit… Environ 1000/cellule Multiples copies d’un mini- génome Dépend aussi du génome externe Chaîne respiratoire Production d’énergie Production d’ERO Lésions mt ADN >> ADN nucléaire 15 Sources endogènes d’espèces réactives 14 Systèmes de défense anti oxydante Enzymatiques Non enzymatiques (les protéines)  Définition d’un antioxydant N’importe quelle substance qui, lorsqu’elle est présente à une concentration faible par rapport à un substrat oxydable, retarde de façon significative ou empêche l’oxydation du dit substrat. Halliwell & Gutteridge (1999) 6 Action des antioxydants: terminaison R + AH RH + A RO + AH ROH + A ROO + AH ROOH + A R + A RA RO + A ROA ROO + A ROOA Antioxydant + O2 Antioxydant oxydé 7 Antioxydants  Les défenses contre le stress oxydant ENZYMATIQUES NON-ENZYMATIQUES – Superoxyde dismutase – Protéines – Catalase – Albumine – Glutathion peroxydase – Céruloplasmine,… – Glutathion réductase – Hydrosolubles – Autres enzymes de phase 2 – Vitamine C – Glutathion S transférase – Glutathion – Thiorédoxine réductase – Acide urique – Hème oxygénase 1 – Liposolubles – α -tocophérol – γ-tocophérol – Coenzyme Q10 – Caroténoïdes – Polyphénols-flavonoïdes Les enzymes de phase 2 sont inductibles 21 Interdépendance des systèmes antioxydants I Vitamine C Le lipoperoxyde, plus hydrophobe, Vitamine E Réparation vient « flotter » sur la membranaire bicouche près du site réactif de la vitamine E 22 Buettner GR. (1993) Arch Biochem Biophys. 300:535-543. Interdépendance des systèmes antioxydants II 23 Interdépendance des systèmes antioxydants III 24 Les caroténoïdes et xanthophylles 25 Mécanisme antioxydant des caroténoïdes: cas de l’oxygène singulet 1 O2 + 1β-CAROTENE 3 O2 + 3β-CAROTENE 3 β-CAROTENE 1 β-CAROTENE Conversion non-radiative 26 Vue globale du stress oxydant 27 Toren Finkel & Nikki J. Holbrook NATURE (2000) VOL 408 239-247 Maladies avec présence de marqueurs de stress oxydant (liste abrégée) Sickle cell disease Chronic kidney disease ALS Friedreich ataxia Systemic lupus erythematosus Crohn disease Asthma Renal cell carcinoma Systemic sclerosis (scleroderma) Cystic fibrosis Atherosclerosis Spherocytosis Diabetes mellitus Huntington disease Preeclampsia AD ARDS Hyperhomocysteinemia Alcoholic liver disease Ischemia/Reperfusion injury COPD Interstitial lung disease Asbestosis Pancreatitis HIV-positive patients Primary biliary cirrhosis Acute and chronic alcoholic liver Psoriatic arthritis disease Lung cancer Retinopathy of prematurity Pulmonary hypertension Rheumatoid arthritis Lung injury Myocardial inflammation Multiple sclerosis Osteoarthritis Inflammation… Preeclampsia Dalle-Donne I. et al Clinical Chemistry 52:4 601–623 (2006) 30  Etude Su.Vi.Max: prévention primaire micronutritionelle du cancer Incidence de cancers, 12741 participations hommes complètes Etude prospective randomisée en double insu, contrôlée ↕30% 7.5 années de suivi Zinc, Sélénium, Vit. E, Vit. C et B carotène associés à doses nutritionnelles. Galan P et al British Journal of Nutrition 2005, 94, 125–132 Hercberg et al, Arch Int Med 2004, 164:2335 40  La carcinogenèse Receptor binding-dependent pathway Mutations Oncogènes ras et myc Stress oxydant Protein-kinase activation and others Modifié d’après Wogan GN et al Seminars in Cancer Biology 14 (2004) 473– 486 41  ERO, stress oxydant et carcinogenèse Il existe un niveau physiologique d’ERO Altérations des molécules – ADN (génotoxicité) Bases oxydées, site abasique, adduits – Protéines (épigénétique) Régulation génome, déchets – Lipides Propagation des réactions, adduits Altération des signaux – Intracellulaires – Intercellulaires Connexines Système de réparation de l’ADN Initiation→ Promotion→ Progression Oxidative Stress, Disease and Cancer KK Singh Ed, 2006 PP 705-731 42 Stress oxydant et vieillissement 18  L’alimentation et le mode de vie influencent fortement le stress oxydant Une alimentation déséquilibrée La sédentarité/effort violent Le tabac …sont les problèmes les plus courants 32 Conséquences biologiques du stress oxydant Severity of Biological Oxidative Stress Consequences A. Low level & gradual Aging Carcinogenesis B. Medium level & rapid Mutagenesis C. Large level & rapid Death, Stroke, Trauma, Ionizing irradiation 20  L’analyse médicale pour évaluer le stress oxydant et corriger le mode de vie L’analyse de laboratoire joue un rôle clé dans cette démarche : Les déséquilibres sont objectifs et quantifiables La démarche médicale se base sur des faits concrets qui favorisent la prise de conscience. L’approche est personnalisée. Les recommandations reposent sur des données individuelles au lieu de conseils généraux. Les effets de l’intervention sont contrôlables. Les résultats d’analyses objectivent les résultats et renforcent la motivation. 49  Applications des tests de laboratoire Vérifier si le statut en oligo-éléments et vitamines est adéquat. Suivre les effets d’une prescription (compliance, absorption, adéquation) ou d’un conseil alimentaire. Evaluer les défenses et réponses contre le stress oxydant – Dégâts LDL oxydées, bases oxydées – Réponses Glutathion peroxydase 2GSH + H2O2 → GS–SG + 2H2O Superoxyde dismutase (Cu,Zn) O2− + 2H+ → H2O2 – Antioxydants Caroténoïdes, vitamine E et C, Zn, Se, GSH/GSSG – Pro-inflammatoire Profil des acides gras Détecter la prise inavouée ou par inadvertance de suppléments. – Alpha-tocophérol: ↑ de l’ α-tocophérol, ↓ du γ-tocophérol, ↑↑ du rapport α/ γ. – Concentration de β-carotène; profil des caroténoïdes – Concentration ou excrétion d’oligoéléments (Zn, Se, …) 50  Paramètres biologiques Espèces Dégâts Défenses réactives O2°- 8-iso-PGF 2α Eléments traces °OH 4-HNE Enzymes ROO° MDA Antioxydants NO° 8-OH 2-déoxy DG …. ADMA AGEP GSH/GSSG …. Vit C Très instable Instable Instable ou stable Très complexe Complexe Moins complexe 51  Conclusion  Le stress oxydant est un concept complexe et en pleine évolution.  Il s’agit d’un mécanisme et non d’une maladie.  En pratique les mécanismes inflammatoires sevrent souvent d’évènement déclenchant.  On peut mesurer le stress du moins ses conséquences  On peut mesurer les défenses antioxydantes,  Il est possible d’agir par voie pharmacologique et/ou nutritionnelle. 53