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Nutr. Clin. Metabol. 1989 ; 3 : 197-206 REVUE GENERALE M tabolisme lipidique et infection Guillaume Lef6vre 1, Frank Tallet 2, Jean-Francois Dhainaut a, Denis Raichvarg ~ 1, Laboratoire de Biochimie, H~pital Tenon. 2. Laboratoire de Biochimie A, H6pital Cochin. 3. Service de Reanimation Polyvalente, H6pital Cochin, Paris. R6sum~ Le m~tabolisme des lipides chez le sujet sain est earac- t~ris~ par un ~change dynamique entre les differentes fractions lipoprot~iniques et une transformation catabo- lique dans le sang eirculant r~gl~s par des enzymes comme la lipoproteine lipase, |a triglyc~ride lipase h~patique et la l~cithine cholesterol acyl transf~rase. L'infection entraine des modifications hormonales, li~es /t rapparition de produits microbiens circulants et/t la production de iymphokines qui vont modifier rapidement les param~tres lipidiques. Ainsi, la diminution de l'acti- vit~ lipoprot~ine lipase, l'hypertriglyc~rid~mie r~sul- tante, rapparition d'interactions entre les lipoprot~ines et les prot~ines de l'inflammation, comme la prot~ine Amylo'ide A, sont les caract~ristiques du ph~nom~ne inflammatoire. La connaissance de ces modifications permet d'envisager de nouvelles th~rapeutiques, no- tamment nutritionnelles. Mots-Cl#s : Lipides, lipoprot~ine, infection. Les modifications des lipides plasmatiques pendant les processus infectieux ont ~t~ dOcrites des le debut de t'etude de la biochimie clinique [ 11. Les resultats rappor- tes dans la litterature sont souvent contradictoires et il n'existe pas d'interpretation unique des modifications des paramOtres lipidiques lors des processus infectieux. Ce- pendant les progres recents realises dans l'etude des modifications biologiques associees ~t la rOponse inflam- matoire, la comprehension des modifications hormonales au eours des etats septiques ainsi que le rOle physiopatho- logique des cytokines, permettent une nouvelle interpreta- tion des modifications metaboliques lots des processus infectieux. Correspondance : G. Lef~vre, Laboratoire de Biochimie, H6pital Te- non, 4, rue de la Chine, 75970 Paris Cedex 20. Reou le 31 ao0t 1988, accept6 apr~s r6vision le 17 septembre 1989. Le but de cette revue est de preciser les pertiarbations du metabolisme lipidique au cours des infections graves. I1 existe des similitudes importantes darts les reactions de l'organisme /t l'agression traumatique et/ou septique [2, 3]. Cette derniere est caractOrisee par un dObut rapide et se prOsente comme une suite de modifications reglees par les modifications hormonales. La rapidit6 et l'intensit6 de cette reponse dependent de l'~tat prOalable du malade (nutritionnel et immunologique notarnment), de la gra- vite de l'atteinte, et de l'effet des thOrapeutiques. Ces perturbations ont ~t6 bien precisees depuis les travaux initiaux de Cuthbertson [4]. Classiquement, il apparait une elevation prOcoce et constante de la secretion des catOcholamines, de l'hormone corticotrope (ACTH), du cortisol, du glucagon et de l'hormone de croissance. Ces modifications sont contrOlOes par l'hypothalamus. Dans le cas de l'insuline, une diminution initiale est gOnOrale- ment suivie d'une hypersecretion. L'augmentation simul- tanee des hormones hyperglycemiantes et de l'insuline pourrait expliquer les troubles du rnetabolisme glucidique observes au cours des agressions, qu'elles soient d'origine traumatique ou septique [ 2, 3, 5, 6 ]. A la phase hyperme- tabolique de la reponse /t l'infection, le metabolisme oxydatif du glucose, du pyruvate et du lactate est diminuO, mOme en presence d'un flux sanguin et d'un apport adequats en substrats [71. Ces phenom~nes s'amplifient lots du passage a l'~tat de choc septique. Bien que ces modifications soient explicables en pattie par une diminu- tion de l'activite du complexe pyruvate deshydrogOnase (PDH), un rOle fondamental semble tenu par les cytoki- nes, notamment le groupe des interleukines (IL) et la cachectine ou ~ Tumor Necrosis Factor ~ (TNF) [8, 9]. Ces protOines ou glycoprotOines, produites par les cellules phagocytaires activees par les produits microbiens, modu- lent non seulement la rOponse immune mais aussi les modifications hormonales et les adaptations mOtaboliques observOes au cours de l'infection [10]. Ces molecules de petite taille (17 ~ 24 kDa), sont produites principalement par le macrophage active, bien 197

Métabolisme lipidique et infection

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Nutr. Clin. Metabol. 1989 ; 3 : 197-206

REVUE GENERALE

M tabolisme lipidique et infection

Guillaume Lef6vre 1, Frank Tallet 2, Jean-Francois Dhainaut a, Denis Raichvarg ~ 1, Laboratoire de Biochimie, H~pital Tenon. 2. Laboratoire de Biochimie A, H6pital Cochin. 3. Service de Reanimation Polyvalente, H6pital Cochin, Paris.

R6sum~

Le m~tabolisme des lipides chez le sujet sain est earac- t~ris~ par un ~change dynamique entre les differentes fractions lipoprot~iniques et une transformation catabo- lique dans le sang eirculant r~gl~s par des enzymes comme la lipoproteine lipase, |a triglyc~ride lipase h~patique et la l~cithine cholesterol acyl transf~rase. L'infection entraine des modifications hormonales, li~es /t rapparition de produits microbiens circulants et / t la production de iymphokines qui vont modifier rapidement les param~tres lipidiques. Ainsi, la diminution de l'acti- vit~ lipoprot~ine lipase, l'hypertriglyc~rid~mie r~sul- tante, rapparition d'interactions entre les lipoprot~ines et les prot~ines de l'inflammation, comme la prot~ine Amylo'ide A, sont les caract~ristiques du ph~nom~ne inflammatoire. La connaissance de ces modifications permet d'envisager de nouvelles th~rapeutiques, no- tamment nutritionnelles.

Mots-Cl#s : Lipides, lipoprot~ine, infection.

Les modifications des lipides plasmatiques pendant les processus infectieux ont ~t~ dOcrites des le debut de t'etude de la biochimie clinique [ 11. Les resultats rappor- tes dans la litterature sont souvent contradictoires et il n'existe pas d'interpretation unique des modifications des paramOtres lipidiques lors des processus infectieux. Ce- pendant les progres recents realises dans l'etude des modifications biologiques associees ~t la rOponse inflam- matoire, la comprehension des modifications hormonales au eours des etats septiques ainsi que le rOle physiopatho- logique des cytokines, permettent une nouvelle interpreta- tion des modifications metaboliques lots des processus infectieux.

Correspondance : G. Lef~vre, Laboratoire de Biochimie, H6pital Te- non, 4, rue de la Chine, 75970 Paris Cedex 20. Reou le 31 ao0t 1988, accept6 apr~s r6vision le 17 septembre 1989.

Le but de cette revue est de preciser les pertiarbations du metabolisme lipidique au cours des infections graves.

I1 existe des similitudes importantes darts les reactions de l'organisme /t l'agression traumatique et/ou septique [2, 3]. Cette derniere est caractOrisee par un dObut rapide et se prOsente comme une suite de modifications reglees par les modifications hormonales. La rapidit6 et l'intensit6 de cette reponse dependent de l'~tat prOalable du malade (nutritionnel et immunologique notarnment), de la gra- vite de l'atteinte, et de l'effet des thOrapeutiques. Ces perturbations ont ~t6 bien precisees depuis les travaux initiaux de Cuthbertson [4]. Classiquement, il apparait une elevation prOcoce et constante de la secretion des catOcholamines, de l 'hormone corticotrope (ACTH), du cortisol, du glucagon et de l 'hormone de croissance. Ces modifications sont contrOlOes par l'hypothalamus. Dans le cas de l'insuline, une diminution initiale est gOnOrale- ment suivie d'une hypersecretion. L'augmentation simul- tanee des hormones hyperglycemiantes et de l'insuline pourrait expliquer les troubles du rnetabolisme glucidique observes au cours des agressions, qu'elles soient d'origine traumatique ou septique [ 2, 3, 5, 6 ]. A la phase hyperme- tabolique de la reponse /t l'infection, le metabolisme oxydatif du glucose, du pyruvate et du lactate est diminuO, mOme en presence d'un flux sanguin et d'un apport adequats en substrats [71. Ces phenom~nes s'amplifient lots du passage a l'~tat de choc septique. Bien que ces modifications soient explicables en pattie par une diminu- tion de l'activite du complexe pyruvate deshydrogOnase (PDH), un rOle fondamental semble tenu par les cytoki- nes, notamment le groupe des interleukines (IL) et la cachectine ou ~ Tumor Necrosis Factor ~ (TNF) [8, 9]. Ces protOines ou glycoprotOines, produites par les cellules phagocytaires activees par les produits microbiens, modu- lent non seulement la rOponse immune mais aussi les modifications hormonales et les adaptations mOtaboliques observOes au cours de l'infection [10]. Ces molecules de petite taille (17 ~ 24 kDa), sont produites principalement par le macrophage active, bien

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clue d'autres types de cellules, irnpliques ou non dans la d6fense immune, soient capables de les s6cr6ter. Ces molecules exercent leur activit6 sur un grand hombre de cellules et leurs fonctions dans l'infection et la reponse immune sont fondamentales (Tableau I).

Tableau I : Fonctions de I'IL1, de l'IL6 et du TNF dans les infections (selon Bendtzen, 10)

IL l IL6 TNF

Activation cellulaire Lymphocytes B, T, et cellules tueuses ++ ++ + Monocytes (Production de Throm- boxane, PGE2, CSF, IL l ) + ++ + Neutrophiles (adhesion, degranula- tion, production de radicaux libres) + + ++ Cellules endothbliales (production de collagenase, plasminogene, PGE2) ++ + + Ost6oclastes (via ost6oblastes) ++ ++ Fibroblastes (croissance, production de PGE2 et de collagenase) ++ + Hepatocytes (<< Acute Phase Protein ~, hypoalbuminemie) + ++ +

Induction de : Fievre (via l'hypothalamus), anorexic ++ + ++ Amaigrissement (proteines musculai- res, graisse du tissu adipeux) + ++ Production des << Acute Phase Pro- teins ~ + ++ + Diminution du Zn 2+, Fe 3+, Albumine sanguine + Augmentation du Cu 2+ + Diminution de l'activite Cytochrome P450 + Liberation d 'ACTH + Leucocytose (neutrophiles immatures) + Lymphop6nie + + Hyper-insulinisme + + Hypotension + ++ Fuite capillaire + ++

Le TNF est responsable de la presque tota/ite des effets pathologiques observ6s apres injection d'endotoxine [ 11 ]. En effet, l'injection de TNF recombinant entraine une r6ponse stereotyp6e semblable ~ ce/le observ6e dans le choc endotoxinique [12, 13]. Chez la souris, le TNF entraine les effets biologiques retrouves durant le choc septique tels que acidose metabolique, h6moconcentra- tion, modification biphasique de la glycemie, leucostase pulrnonaire, necrose h6morragique, etc... De plus, le TNF diminue les propri6t6s anticoagulantes des cellules endo- theliales, ce qui pourrait expliquer en pattie les ph6nom~- nes de coagulation intravasculaire dissemin6e (C/VD) observ6s lors des etats septiques graves [10]. Enfin, l 'immunisation passive avec un antiserum ou un anticorps monoclona/ant i -TNF reduit la mortalit6 indulte par une

dose lethale d'Escherichia coil et abolit les manifestations du choc endotoxinique [ 14, 15 ]. Le mode d'action du TNF ferait intervenir la voie de la cyclo-oxyg6nase, a/ors que I'IL6 serait responsable de la synth6se hepatique des <~ acute phase proteins >>. Ces cytokines modulent les perturbations du metabolisme lipidique au cours des infections qui concement ~t la fois des substrats de demi-vie courte (acides gras non esterifies ou AGNE, corps cbtoniques) et des lipides de derni-vie longue (triglycerides, cholesterol, phos- pholipides).

AGNE

Les A G N E circulants proviennent en majorit~ de la lipolyse adipocytaire. Au niveau des adipocytes se derou- lent en permanence une lipolyse et une r6esterification [16]. Ces mecanismes sont regl6s directement par des proteines kinases AMPc dependantes, elles-m6mes sous contr61e hormonal. Chez l 'homme, l'insuline comme les prostaglandines E1 et E2 sont antilipolytiques alors que le glucagon, les cat6cholamines et l 'hormone thyreotrope (TSH) favorisent la lib6ration des A G N E et du glycerol partir du tissu adipeux. Les concentrations seriques en A G N E sont variables selon les autettrs (norma/es, aug- mentees ou diminuees) au cours du sepsis et du choc infectieux [17]. Ces variations semblent d6pendre de l'esp6ce consider6e et de la nature de l 'agent infectant (germe ou toxine) [ 18]. Au cours des infections, plusieurs effecteurs modulent le m6tabolisme du tissu adipeux : il existe conjointement des effets lipolytiques et des effets lipogeniques. In vitro, le traitement du tissu adipeux du chien par un composant de la paroi des germes gram-nbgatifs, le lipopo- lysaccharide, entraine une diminution de la lipolyse induite par les catecholamines en diminuant les taux d'AMPc [19-21]. Chez l'homme, la lipolyse p6ripherique est direc- tement liee ~i l'action des catecholamines sur la lipase hormono-sensible adipocytaire qui persiste m6me en pre- sence d'un hyperinsulinisme. Le quotient respiratoire des patients infectes reste le plus souvent compris entre 0,7 et 0,9 ce qui indique que les lipides restent les principaux nutriments utilises lors des infections [22]. Au contraire, lots du choc septique, il existe une ana6robiose adipocytaire, favoris6e par l'hypoperfusion qui entraine une production accrue de lactate [21]. Cette ana6robiose et l'hyperinsuli- nisme favorisent la reest6rification des acides gras en trigly- cerides puisque le glyc6rol 3-phosphate provenant indi- rectement de la glycolyse ana6robie reste disponible. Ainsi, au niveau du muscle squelettique, le catabolisme des A G N E par la 13 oxydation est diminu6, provoquant un defaut energetique important [7, 23]. Les mecanismes precis de cette diminution d'utilisation sont real connus : inhibition du catabolisme par l'hyperlactacidemie, deficit en carnitine (cf. corps cetoniques) [21, 22, 24]. Les A G N E seraient a/ors reest6riti6s localement, creant une infiltration lipidique, qui alt6rerait le potentiel d'oxydo-reduction cellulaire et participerait ~i l'inhibition de la pyruvate deshydrogenase (PDH) retrouvee dans les infections graves [8, 25, 26]. Au niveau du foie, l 'apport massif en A G N E et glycerol se traduit par une synthese

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accrue de triglycerides [27]. I1 existe une augmentation du ~ turn-over ~ de ces substrats au cours du sepsis [28, 291. Les triglycerides vont s'accumuler localement indui- sant une surcharge 11pidique des h6patocytes et une secr6tion accrue de lipoproteines de tr6s basse densit6 (Very Low Density Lipoproteins ou VLDL) riches en triglyc6rides.

Corps c6toniques Les corps c6toniques ([3 Hydroxybutyrate, Acetoac6tate) provierment du catabolisme hepatique des acides gras. Leur synthese mitochondriale necessite le transport des acides gras a travers la barri6re mitochondriale par les enzymes camitine-d6pendantes. Les corps cetoniques representent un substrat 6nerg&ique important pour le muscle et le cerveau [30]. Ainsi en p6riode de jefme, 60 % de l'oxygene consomme par le cerveau provient du catabollsme des corps cetoniques. Au contraire du je0ne off elle augmente progres- sivement, la c6ton6mie diminue au tours des infections, pour atteindre des valeurs proches de zero au stade terminal du choc septique [31, 32]. Ce phenom6ne est 1i6/t une diminution de la production hepatique alors que l'utilisation p6riph6rique demeure inchang6e. Plusieurs effets concourent h cette diminution de la c6tog6n6se. Tout d'abord, il existe au cours du sepsis une hyperglycemie et un hyperinsullnisme qui inhibent la c6tog6n6se [33]. De plus, une anomalie qualitative du transport des acides gras a l 'int6deur de la mitochondrie a 6t6 decrite [23]. Le transport des acides gras /t longue chaine (carnitine-d6pendant) est alter6 h l'inverse de celui des acides gras a chaine courte et moyenne (carnitine independant) [27]. L'etude des varia- tions de la carnitine au cours des processus infectieux a fourni des r6sultats contradictoires qui peuvent s'expli- quer par des differences de metabollsme entre les especes, de statut nutritionnel ou de germes incrimines [32, 34-361. L'ensemble de ces resultats suggere l'existence d 'un trouble du transport de la camitine lors des infections. Chez le rat rendu septique, on note une augmentation de la camitinemie totale, associ6e ~ une diminution de son excr&ion urinaire [37]. De plus, la teneur en carnitine

myocardique est diminuee lors des infections fi germes gram-negatifs [37]. Ce r6sultat est h rapprocher des modifications du metabollsme myocardique lots du choc septique off existe une diminution importante de l'utilisa- tion des A G N E par cet organe [36, 38, 39]. Par aiUeurs un r61e regulateur important semble revenir l'insuline qui inhibe la c6tog6n6se et stimule la lipog6n6se hepatique. Par consequent, la synthese de malonyl-CoA partir d'acetyl-CoA, premiere 6tape de la lipog6nese, inhiberait les carnitine ac6tyl transf6rases, d6favodsant la c6tog6nese [34]. Ces r6sultats sont confirmes chez l'ani- mal diabetique insullno-dependant chez lequel le sepsis n'alt6re pas la c6togen6se [27]. L'ensemble de ces modifications oriente alors les A G N E vers un stockage sous forme de triglycerides. La diminution de la disponi- bilit6 des corps c6toniques pour les tissus p6ripheriques associee ~ une diminution de la sensibillte tissulaire l'insuline, ampllfie le d6ficit 6nergetique observ6 au cours du sepsis grave [32, 40].

kipoprot~ines Le r61e des lipoproteines est d'assurer le transport et la distribution des lipides et des substances liposolubles comme les vitamines, les carotenes, etc. Ce r61e de transport concerne /t la fois les lipides /t destinee 6nerg6tique comme les glycerides exog6nes d'origine intestinale ou endog6nes, d'origine hepatique et les lipides participant au renouvellement des structures membranaires (cholesterol et phospholipides). Les apo- lipoproteines participent a la stabilisation de ces com- plexes macromoleculaires et jouent un r61e capital dans leur metabolisme. Ainsi, elles modulent l'activite des enzymes du m6tabolisme des lipoprot6ines comrne la Lipoprot6ine Lipase (LPL), activ6e par l 'Apo CII et la Lecithine Cholest6rol Acyl Transf6rase (LCAT), activ6e par l 'Apo A1 et sont reconnues par des r6cepteurs cellulaires (Apo B-100 par le recepteur des LDL, Apo E par le recepteur des remnants). L'etude des modifications du metabolisme des 11pides au tours des infections s'est tout d 'abord 11mitee attx 11pides circulants (principale- ment le cholesterol et les triglycerides) (Tableau II). La decouverte du r61e regulateur des apolipoproteines per-

Tableau 11: Variations des param~tres lipidiques au cours des infections graves chez l'homme.

Agents infeetieux Lipides Lipoprot~ines

CT TG PL HDL-C HDL LDL VLDL

Batteries gram-positif D N ou A D - N ou D N ou D N ou A gram-negatif N ou D A A - N ou D A ou N A

Virus N ou D A D D D D A

CT : Cholesterol total TG : Tdglycerides PL : Phospholipides HDL-C : Cholesterol HDL HDL : Lipoproteines de haute densite

LDL : Lipoproteines de basse densite VLDL : Lipoproteines de tr6s basse densit6 A : Augmentation de la concentration sanguine D : Diminution de la concentration sanguine N : Aucune variation de la concentration sanguine

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met actuellement d'esquisser un schema general des modifications lipoproteiniques au cours des phonomOnes infectieux.

Lipoprot~ines et lipopolysaeeharides

Le rOle des composants bacteriens darts la genese et l'entretien de la reaction de defense de l'organisme /t l'infection est clairement demontrO. Parmi ces compo- sants, un interet particulier a 6te porte sur le lipopolysac- charide (LPS), composant de la paroi des germes gram- negatifs. Le LPS est une molecule complexe, specitique de souche, formee de deux parties differentes, un com- plexe polyosidique (cha~mes laterales ramifiees polysac- charidiques associ6es fi un polysaccharide de base ou << core >>) et tree structure lipidique (lipide A) [41 ]. Cette molecule a tree structure amphiphatique expliquant la structure pseudo-micellaire d'environ 106 Da qu'elle adopte dans un milieu aqueux. Parvenu dans la circula- tion sanguine, le LPS se decompose en unites plus petites. In vitro la desagregation du LPS est facilitbe par les chelateurs des cations divalents, les sels biliaires et in vivo par differents faeteurs plasmatiques thermostables apparte- nant soit aux a lipoproteines, soit aux ~ globufines [42, 43]. Le LPS interagit avec plusieurs composants plasmati- ques : facteurs du complement et de la coagulation, pmtei- nes fixant le LPS etc. [41]. L'injection de LPS d l'anirnal a mis en bvidence une interaction entre le LPS et les fipopro- teines [44, 45]. Chez l'an/mal, le complexe LPS-lipopro- teine a une demi-vie prolongee et s'accumule dans les tissus cibles par l'intermediaire des recepteurs aux lipoproteines (Figure 1) [42]. Chez la souris et le rat les HDL sont majoritaires dans le plasma : 90 % du cholestbrol est vebi- cule par les HDL murines alors que les HDL humaines ne transportent pas plus de 30 % du cholesterol total [46]. Cette particularite explique la formation d'un complexe HDL-LPS chez le rat [45]. Au contraire chez le lapin rendu hypercholesteroldmique, le LPS se trouve fLxe majoritaire- merit aux LDL [47]. La nature amphiphile du LPS pourrait expliquer son affinite pour les lipoproteines. Ce sont proba- blement les parties lipidiques du LPS qui interagissent avec les lipoprotOines : a cet egard, le Lipide X, pattie biologi- quement active du LPS, offre une analogie structurale avec les phospholipides, composants externes des LP. Chez l'animal, le << complexe >> HDL-LPS peut 6tre considere comme une forme de detoxification de l'endo- toxine. Les HDL-LPS apparaissent beaucoup moins actives que le LPS << fibre >> darts de nombreux tests comme la pyrog6nicite, l'activation du Complement, la neutropenie, le Lirnulus-Test [44, 48, 49]. Un m~me rOsultat a et6 retrouv6 avec les LDL-LPS puisque ce complexe est environ 2 000 fois moins toxique que le LPS pour les eellules endotheliales [50]. Dans tous les cas, la fixation cellulaire du cornplexe semble se faire proferentiellement dans les organes cibles des lipoprotbi- nes [42, 50]. Chez l 'homme, le r61e eventuel des lipoprotOines darts le metabolisme du LPS est peu documentO. La presence d'endotoxine circulante a 6te mise en evidence lots de septicemies /t germe gram-negatif mais aussi fi germe

gram-positif [51, 52]. L'endotoxinemie serait le reflet soit de la pr6sence de germes dans le sang, soit de la bacteriolyse liOe/t l'antibiotherapie, soit d'un passage de lipopolysaccharide d'origine digestive darts le sang circu- lant [53, 54]. Les valeurs rapportees dans la litterature sont tres varia- bles. Ceci est lie aux problemes d'etalonnage et aux nombreuses interferences biologiques rencontrOes dans la raise en eeuvre des dosages, le Limulus-test ou de ses variantes [ 51, 55, 56]. L'existence d'une relation entre la gravit6 de l'infection, la survenue d'un choc septique et les valeurs de l'endotoxinOmie est appreciee diversement selon les auteurs [ 53, 55 ]. Les cinetiques de disparition du LPS varient de 3,5 a 9 heures selon les sujets, ce qui est tres inferieur aux demi-vies des HDL humaines (4/t 5 jours) [53]. Ainsi, le r01e des lipoproteines n'est peut-etre qu'accessoire darts la dOtoxification du LPS [ 53]. I1 faut cependant noter que la survenue de l'endotoxine darts le sang est chronologiquement correlOe avec la reponse inflammatoire. Les protOines de la phase aigu~ pourraient faciliter la fixation du LPS sur les lipoprotOines : Tobias et coll. [57] ont ainsi demontre le r01e adjuvant d'une protOine de la r~ponse inllammatoire, differente de la CRP et de la SAA dans la detoxification de l'endotoxine.

LIP_O. P O L Y S A C C ~ R I D E I

Desagregation LPS intact

(forme d6toxifi~e) (forme toxique)

1 Complexe LPS-HDL

l captation lente captation rapide

I

ORGANES CIBLES : FOIE, RATE, OVAIRE, I SURRENALE, etc.

Figure 1 : Interaction lipopolysaccharide-lipoprotkines chez le rat (d'aprOs rOf 42).

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METABOLISME LIPIDIQUE ET INFECTION

VLDL et Chyiomicrons

Les VLDL et les chylomicrons assurent le transport des triglycerides d'origine endog6ne (VLDL) ou exog6ne (chylomicrons). Au cours des ph6nom6nes infectieux, les modifications lipidiques touchent directement ces lipo- proteines. Ainsi, l'hypertriglyc6ridemie est presque tou- jours retrouv6e au cours des episodes infectieux graves. Ce phenomene, connu depuis 1969, a 6te confirm6 ~t la fois chez l'homme et chez l'animal et est retrouve au cours du choc endotoxinique [21, 58-61]. L'augmentation des AGNE au cours du sepsis entraine au niveau h6patique une synth6se accrue de triglycefides et une secr6tion de VLDL (cf. AGNE) [27]. I1 existe de plus une diminution du catabolisme des VLDL. Deux activit6s lipasiques reglent le catabolisme des LP de basse densite : la lipoprot6ine lipase (LPL), et la triglyceride lipase hepatique (TGLH). La TGLH possSde une acflvite phospholipasique et triglyceride hydrolase et jouerait un r61e dans l'interconversion des IDL en LDL ainsi que dans la transformation des HDL2 en HDL3. L'infection entralne a la fois une diminution de la prise alimentaire et de l'activite physique ainsi qu'un hyperme- tabolisme important. La restriction calorique et l'alite- ment diminuent l'activite LPL des tissus adipeux et squelettique ce qui contribue a l'hypertriglyc6ridemie [62]. Une inhibition a la fois de la LPL et de la TGLH est retrouv6e au stade aigu de l'episode infectieux, mais l'activite TGLH est restauree plus rapidement que celle de la LPL lors de la convalescence [63]. L'inhibition de la LPL est aussi liee ~i la production de monokines. L'IL1, normalement elev6e lors de l'infection inhibe la synth6se de la LPL, de m6me que le TNF [64]. L'inhibition de la LPL par le TNF est etablie in vitro sur des pr6adipocytes. Son mode d'action passe par un effet depressif sur la synthese de la LPL [65]. Si l'int6rSt s'est surtout porte sur le TNF et sur sa responsabilit6 dans le choc septique, les modifications du metabolisme des lipoprot6ines de tres basse densite ne semblent pas liees h ce seul mediateur [66]. Le TNF induirait d'autres cytokines comme le suggere Kern [67] qui ne retrouve pas d'action inhibitrice directe du TNF sur l'activite LPL des adipocytes humains. Chez l'animal, soumis ~t une injection d'endotoxine, cette diminution est importante, au niveau du tissu adipeux ( - 5 7 %) et consid6rable au niveau myocardique ( - 87 %), contribuant au deficit energ6tique observe lors du choc endotoxique [21]. Elle agirait de concert avec d'autres mediateurs comme les lymphokines et les pepti- des deriv6s de l'activation du systeme macrophage-mono- cyte [9, 54, 68]. Les interf6rons possederaient eux aussi une activite anti-LPL: l'interferon alpha diminue les activites LPL et TGLH sans entgainer d'angmentation des triglycerides, alors que l'injection d'interf6ron beta (IL-6) provoque une hypertriglycerid6mie dose-d6pendante [ 69, 70]. Les modifications du metabolisme des chylomicrons au cours des infections sont peu docurnent6es. Dans la majorite des 6tudes la voie (orale ou parenterale) et la

quantit6 des apports ne sont pas pr6cis6es. Le bilan lipidique est classiquement effectue apres un jefine de 12

14 heures, ce qui elimine totalement les chylomicrons du plasma chez le sujet sain. Comme ces lipoproteines ont le m6me catabolisme que les VLDL, il est paradoxal de ne pas retrouver d'augmentation de ces particules lors des infections. C'est pourquoi, Gallin et coll. I71] ont sugger6 qu'il existait un trouble de l'absorption des lipi- des au cours des infections a germes gram-negatifs chez l'homme. Cependant, chez le chien une hyperchylomi- cronemie est retrouvee apres injection de ce type de germe [72]. Indirectement, l'absence de s6cr6tion intesti- nale de lipoproteines pourrait contribuer a la diminution des concentrations en Apo AI observee au cours du sepsis (cf. HDL).

LDL

Les lipoproteines de basse densite (LDL) sont compo- sees d'une fraction mineure, les IDL (d= 1,006 h 1,019) riches en triglyc6rides et en cholesterol et d'une fraction majeure les LDL2 (d = 1,019 ~ 1,063) riches en choleste- rol. Chez l'homme, les LDL transportent la majorite du cholesterol et des phospholipides plasmatiques. La cho- lest6rolemie varie dans de grandes proportions au cours des processus infectieux. Independamment du processus septique, la fievre entraine une baisse du cholest6rol total [ 73 ]. La variation de la cholesterol6mie est aussi fonction de l'agent infectant : diminuee (pneumocoque, mycobac- teries), augmentee (Escherichia coli), ou constante (fievre jaune, shistosomiase) [24, 71]. De mSme, les phospholipi- des plasmatiques varient dans de larges proportions au cours du sepsis: augmentation dans les infections parasitaires, diminution dans les infections virales et les septic6mies germe gram-positif ou negatif [24]. Les resultats des differents travaux realisss concernant l'influence de l'infection sur les LDL sont tr6s contradic- toires. Pour certains auteurs, les infections n'entrainent pas de variation significative des LDL, alors que pour d'autres les LDL diminuent [63, 74-77]. Chez l'homme malade, les LDL ont une composition differente des LDL normales avec une augmentation de la teneur en triglyce- rides associee/t une diminution des teneurs en cholest6rol et phospholipides [63]. La teneur en Apo B ne semble pas varier de maniere significative [63, 75]. L'etude in vitro des interactions entre les LDL et les cellules immunes a permis de mettre en evidence d'importantes modifications stmcturales. L'incubation de LDL avec des polynucleaires entraine un clivage de l'Apo B-100 [78]. Les LDL ainsi modifiees sont catabolisees par le biais des recepteurs a Apo B des macrophages. De plus, le contact entre les LDL et les polynucl6aires entraine des modifications oxydatives des lipides ou des apolipoproteines [ 79-81 ]. Les LDL oxydees seraient catabolis6es au niveau macrophagique par les recep- teurs << scavengers >> [82]. L'ensemble de ces resultats souli- gne les similitudes physiopathologiques qui pourraient exis- ter entre la reponse g l'infection et le processus ath6rog6ne, puisque dans ce demier cas des modifications identiques des LDL sont retrouv6es.

201

Page 6: Métabolisme lipidique et infection

G. LEFEVRE et coll.

HDL

Les HDL, classiquement definies par leur densite (1,063 < d < 1,210), sont r6parties en deux sous-classes : les HDL2 (d = 1,063 ~i 1,125) et les HDL 3 (d = 1,125 /t 1,210).

Les HDL sont synth6tisees par differentes voies metabo- liques : synth6se directe et secr6tion par le foie et l'intes- tin, ~ syrlth~se indirecte ~ par la lipolyse peripherique. En effet, l'hydrolyse des VLDL et des chylomicrons par la LPL entraine un depart des triglycerides de ces particules. Les particules r6sultantes sont plus petites et contiennent un exc6s de composants lipidiques de surface comme le cholesterol, les apolipoprot6ines et les phospholipides, qui sont transf6r6s au pool des HDL circulantes. Les HDL servent aussi de reservoir pour les apolipoproteines (Apo CII et Apo E), necessaires au catabolisme des lipoprot6ines riches en triglycerides (chylomicrons et VLDL). Au cours des ph6nom6nes septiques, la concen- tration plasmatique des HDL est fortement diminu6e. Plusieurs mecanismes concourent ~ cette diminution: ralentissement de la synth6se plasmatique des HDL2 lice

l'inhibition de la LPL, diminution de la synthese de l 'Apo AI, deplacement de l 'Apo AI par la proteine Amyloide serique A (Apo SAA).

Comme il existe une correlation entre l'activit6 LPL et la concentration en HDL, notamment les HDL 2, le HDL cholesterol est pratiquement toujours abaisse au eours des episodes infectieux [63, 83, 84]. Les modifications des HDL s'expliqueraient aussi par la diminution de la synthbse de l'Apo AI. Chez la souris, il a et6 d6montre une diminution de la teneur h6patique en mRNA de l'Apo AI au cours de la reponse inflammatoire et l 'Apo AI se comporte comme une ~ negative acute phase protein ~ dont la concentration plasmatique s'ef- fondre lorsque l 'Apo SAA augmente [85-88]. De plus, l'infection entraine g6n6ralement une diminution de la prise alimentaire orale, voire sa substitution par un apport parenteral, qui diminue l'Apo AI d'origine digestive. Selon les sujets et/'importance de la pathologic septique, le trac6 61ectr0Phoretique des HDL peut 6tre tr6s diff6- rent: diminution de la fraction HDL ou disparition totale, acc61eration de sa migration, dedoublement des fractions [87]. Les HDL de patients septiques presentent la taille des HDL2 avec la densite des HDL3 et leur teneur en Apo AI, cholest6rol, triglycerides et phospholipides est diminuee ]89, 90]. La modification structurale la plus importante est l'apparition de proteine Amyloide s6rique A : l'Apo SAA devient, au cours de tout ph6nomene inflammatoire important, l'apolipoprot6ine majoritaire des HDL. L'Apo SAA remplace l'Apo AI au sein de la HDL. Cet echange a pu ~tre reconstitue in vitro [90]. L'61evation de la SAA, importante et pr6coce, est d6clen- chee par la s6cretion d'IL 1. Sa concentration augmente de plusieurs centaines de fois et son pic plasmatique maximal coincide avec celui de la CRP [88]. Ces deux proteines interagissent avec les lipoproteines. La CRP se lie aux particules riches en triglycerides et en Apo B [91 ]. La SAA est synthetis6e principalement dans l'h6patocyte, sous forme

de monomere et elle s'associe aux HDL dans le courant circulatoire. L'absence de residu glucidique expliquerait son affinit6 pour les lipoprot6ines, HDL mais aussi VLDL et chylomicrons [87, 92, 93]. L'infection entra~me rapidement une atteinte hepatique liee /L la stimulation des cellules de Ktipffer par les produits rnicrobiens [94]. Au stade avance du sepsis, l'insuffisance h6patocellulaire entraine une hypocholest6- rolemie. Plus pr6coc6ment, l'infection se traduit par une diminution de l'activit6 de la LCAT, lice probablement ~i la diminution de concentration de son principal activa- teur, l 'Apo AI. Cette diminution d'activite, est retrouv6e lorsque le site infectieux est le foie (h6patite virale), ou m6me en absence d'atteinte hepatique directe ]95]. La traduction biochimique de cette atteinte est la diminution du rapport cholesterol esterifi6/cholest6rol total [75, 95, 96]. De plus, l 'Apo SAA poss6derait in vitro un r61e inhibiteur de la LCAT [97]. Aux concentrations trouv6es lors des episodes infectieux, l'Apo SAA pourrait participer ~i l'abaissement du cholesterol classiquement retrouv6 lors des infections [75]. Differents travaux ont indique que, in vitro, l'Apo SAA, comme les Apo All, 6tait d6gradee par les syst6mes prot6o- lytiques des neutrophiles, plus particulierement l'elastase [98]. De plus, les HDL3 riches en Apo SAA ont plus d'atfinite pour les neutrophiles que les HDL 3 normales [98 ]. Ainsi, les HDL3 inflammatoires pourraient participer par le biais des neutrophiles /l l'immunit6 non specifique anti- bacterienne. Le r61e physiologique exact de l'Apo SAA est inconnu : comme le catabolisme de l'Apo SAA est plus rapide que celui de l'Apo Al, il est possible que le r61e de la SAA soit d'evacuer le cholesterol stocke dans les macro- phages et de participer par le biais des ~ HDL3 inflammatoi- res ~ au retour du cholesterol vers le foie [97, 98].

Consequences th6rapeutiques

Le but principal de la nutrition au cours des infections est de restaurer un bilan proteique positif par un apport nutritionnel adapt6. Une correction des effets nefastes li6s

la production des cytokines en agissant soit directement sur elles ou indirectement sur la vole de la cyclo-oxyge- nase est aussi envisageable. Les malades en 6tat d'infec- tion grave sont en hypermetabolisme et 1curs apports nutritionnels doivent a la fois combler leur depense 6nerg6tique et leur 6viter une perte prot6ique trop impor- tante. Au contraire, en cas de choc septique ou de defaillance multiviscerale, 1cur metabolisme est essentiel- lement anaerobic et les apports energ6tiques sont exclusi- vement glucoses, car les lipides sont real assimiles et real toler6s [99]. Chez les malades en etat d'infection grave l'apport nutritionnel associera du glucose (2 g/kg/j) in- dispensable aux tissus strictement glucodependants, a un apport Upidique contenant des acides gras essentiels afin d'6viter les carences observees chez les malades septiques. Cependant, l'augmentation de la synth6se endogene des triglycerides, associ6e a l'inlaibition de la LPL, rend necessaire un contr61e precis de la triglyc6rid6mie qui ne doit pas depasser 2 /t 3 mmol/1. De plus, on verifiera

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Page 7: Métabolisme lipidique et infection

METABOLISME LIPIDIQUE ET INFECTION

FOIE Recepteur

IDL / . LDL

LPL

I

I

HDL 3

Apo SAA

HDL << septiques >>

I ? . . . ~ H D L 2 _ _

"A Transferts de lipides

et VLDL ~ d'apolipoproteines

Oxyd

~ R6cepteur -

( MACROPHAGE ( / TISSUS PERIPHERIQUES

LPL

Figure 2 : Mdtabolisme lipoprotdinique au cours des infections.

voie metabolique augrnent6e <--- voie metabolique diminuee

~ : : : ~ A p o B100-E-C /

Trigl ~cerides /

AGNE-albumine

\

I I AGNE

1 I !

I Z

; Triglycerides - - ~

AGNE TISSU ADIPEUX /

l'absence d'eventuelles complications de l'apport nutri- tionnel parenteral, comme la st6atose hepatique, liee l'exc6s de glucides, qui peut entrainer une synth6se accrue d'acides gras puis de triglyc6rides. A un stade plus avanc6 du processus infectieux, l'utilisation de triglycerides fi chaine courte (carnitine independant) cetog~nes, pourrait theoriquement fournir une source d'energie interessante. Malgre des r6sultats prometteurs chez l'animal, les resul- tats obtenus chez l'homme indiquent que l'effet ben6fique de cette therapeutique, notamment en ce qui concerne leur effet sur l'epargne proteique, n'est pas supedeur fi celui obtenu avec les glycerides a chaines longues [ 100-1021. Ainsi, la comprehension des mecanismes precis des alt6rations cellulaires observ6es lors du sepsis, doit per- mettre de proposer des therapeutiques adequates. Cel-

les-ci sont basees sur une fourniture 6nerg6tique correete et adapt6e en rue d'obtenir une survie accrue des rnalades atteints d'infections et de choc septique.

Lipid metabolism during sepsis Summary: In healthy subjects, lipid metabolism is characterized by a dynamic exchange between different lipoprotein fractions, together with their eatabolic transformation by various enzymes such as lipoprotein lipase, hepatic lipase and lecithin cholesterol aeyl trans- ferase. Sepsis triggers hormonal alterations due to the presence of circulating microbial products and lympho- kine secretion which, in turn, rapidly modify lipid parameters. The main features of these changes are decreased lipoprotein lipase activity, resulting in hyper-

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G. L E F E V R E et coll.

triglyceridemia, and reactions between HDL and acute-phase reactants such as serum amyloid A protein. Improved knowledge of these modifications will allow new therapeutic approaches especially in the field of nutrition.

Key-words: lipid, /ipoprotein, infection.

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