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MARIE-CLAIRE BÉLANGER
STATUT REDOX, INFLAMMATOIRE ET METABOLIQUE CHEZ UNE POPULATION INUIT
Effets d’une alimentation traditionnelle riche en acides gras omega-3 et en sélénium, mais contaminée par du mercure et des biphényles
polychlorés
Thèse présentée à la Faculté des études supérieures de l’Université Laval
dans le cadre du programme de doctorat biologie moléculaire et cellulaire pour l’obtention du grade de Philosophiae Doctor (PhD)
FACULTÉ DE MÉDECINE
UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC
2007
© Marie-Claire Bélanger, 2007
2
Résumé Une étude épidémiologique menée en 1992 chez les Inuit du Nunavik rapportait une faible
prévalence des maladies coronariennes et du diabète de type 2, probablement grâce à la
consommation d’acides gras oméga-3, dont les apports sont élevés dans l’alimentation
traditionnelle. Par ailleurs, cette même alimentation est source d’exposition aux contaminants
environnementaux comme les biphényles polychlorés (BPC) et le méthyle mercure (MeHg). La
première hypothèse de l’étude était que ces contaminants environnementaux pourraient induire
un stress oxydant et ainsi contribuer au risque de maladies cardiovasculaires. Par ailleurs, la
seconde hypothèse de l’étude suggère que la consommation de cette alimentation traditionnelle
pourrait avoir des effets bénéfiques pour la santé malgré tout, grâce aux acides gras oméga-3 et
au sélénium, également contenus dans l’alimentation traditionnelle.
L’initiation de la recherche sur les contaminants environnementaux chez la population Inuit a mis
en lumière une autre variable pouvant affecter la santé des Inuit : la prévalence élevée de
l’obésité. En effet, suite à l’observation que plusieurs participants souffraient d’obésité, il a été
suggéré d’effectuer certaines mesures afin de caractériser le syndrome métabolique, le statut
inflammatoire et la fonction endothéliale chez cette population afin de discriminer les effets
potentiellement délétères des contaminants des effets reliés à l’obésité. De la même manière, les
effets des acides gras oméga-3 sur les composantes du syndrome métabolique ont été investigués.
Les résultats obtenus rapportent, d’abord, que les contaminants n’ont pas un impact direct sur le
stress oxydant tel que mesuré dans cette population, malgré que les BPC étaient associés à la
lipoprotéine de faible densité (LDL) oxydée. En effet, les contaminants stimuleraient plutôt la
défense antioxydante. Par ailleurs, une association positive entre les acides gras oméga-3 et la
glycémie à jeun suggère que l’introduction d’une alimentation occidentale riche en sucre raffiné
pourrait induire l’expression d’une hyperglycémie et d’une hyperinsulinémie sans la
dyslipidémie habituellement rapportée chez les Caucasiens. En effet, le profil lipidique des Inuit
restait favorable avec des triglycérides et des acides gras libres faibles et une concentration de
cholestérol de haute densité (HDL) élevée. De plus, près de la moitié des sujets étudiés
présentaient une hyperinsulinémie à jeun, sans toutefois démontrer une inflammation
3
périphérique et une dysfonction endothéliale, conditions habituellement rencontrées lors de
l’hyperinsulinémie.
4
Abstract The Inuit of Nunavik are exposed by their traditional diet to environmental contaminants
including methylmercury (MeHg) and polychlorinated biphenyls (PCBs), at levels potentially
noxious for health. Nevertheless, this diet is rich in omega-3 fatty acids and selenium. We
formulated the hypothesis that these dietary factors could have beneficial effects counteracting
the potentially pro-oxidant effects of contaminants.
An epidemiological study conducted in 1992 retrieved a relatively low prevalence of ischemic
heart diseases and type 2 diabetes in these Inuit, maybe because of their high consumption of
omega-3 fatty acids. The initiation of research on the Inuit and environmental contaminants to
which they are exposed to revealed another factor that might affect their health: a high prevalence
of obesity. In fact, the observation that several participants suffered from obesity lead us to carry
out relevant measurements in order to assess metabolic syndrome components, the inflammatory
status and endothelial function in this population, in an attempt to distinguish the potentially
harmful effects linked to obesity from those linked to contaminants. The potential effects of
omega-3 fatty acids on the components of the metabolic syndrome have therefore also been
investigated.
Our results indicate, firstly, that the observed levels of contaminants had no evident oxidant
effect detectable at the level of the redox couples of vitamin E and coenzyme Q10 in these Inuit.
The contaminants were nevertheless associated with an increase of low-density lipoprotein
oxidation, and a stimulation of the antioxidant defenses. Besides, a positive association between
omega-3 fatty acids and fasting blood glucose suggests that the introduction of a western diet rich
in refined sugars could induce the expression of hyperglycemia and hyperinsulinemia phenotypes
without concomitant dyslipidemia usually reported for Caucasians. In fact, the lipid profile of the
Inuit remained favourable, characterized by low levels of triglycerides and free fatty acids, and
high levels of HDL cholesterol. Moreover, close to half of the studied subjects presented a
fasting hyperinsulinemia, without evidence of peripheral inflammation or endothelial
dysfunction, which are conditions usually met in hyperinsulinemic and obese Caucasians.
5
Avant-Propos Supporté par des subventions du Programme de lutte contre les contaminants dans le Nord (Affaires Indiennes et du Nord Canada) et de l’Initiative de recherche sur les substances toxiques (Environnement Canada et Santé Canada), et d’une bourse du Fonds de la recherche en santé du Québec (FRSQ). Cette thèse comporte cinq articles scientifiques présentés sous forme de chapitres, tous écrits par Mme Bélanger en premier auteur. Les mesures de laboratoire effectuées pour leur préparation ont toutes été effectuées par Mme Bélanger, excepté les mesures des contaminants (mercure et biphényles polychlorés) et du sélénium, qui ont été effectuées par le Laboratoire de toxicologie de l’Institut national de santé publique. Par ailleurs, Mme Bélanger a été assistée dans le laboratoire par Mme Line Berthiaume pour la mesure des acides gras oméga-3 et par Mme Micheline Noël pour les mesures des activités enzymatiques des glutathion réductase et peroxydase. Le premier manuscrit s’intitulait Dietary contaminants and oxidative stress in Inuit of Nunavik par Marie-Claire Bélanger, Eric Dewailly, Line Berthiaume, Micheline Noël, Jean Bergeron, Marc-Édouard Mirault et Pierre Julien. Les mesures de laboratoire ont été effectuées par Marie-Claire Bélanger, assistée de Line Berthiaume et de Micheline Bergeron. Les mesures des contaminants ont été effectuées par le laboratoire de toxicologie de Québec. L’article a été écrit par Marie-Claire Bélanger et révisé par M. Dewailly, M. Bergeron, M. Mirault et M. Julien. Le second article s’intitulait Environmental contaminants and redox status of coenzyme Q10 and vitamin E in an Inuit population, par Marie-Claire Bélanger, Marc-Édouard Mirault , Eric Dewailly , Line Berthiaume et Pierre Julien. Les mesures de laboratoire ont été effectuées par Marie-Claire Bélanger, assistée de Line Berthiaume. Les mesures des contaminants ont été effectuées par le laboratoire de toxicologie de Québec. L’article a été écrit par Marie-Claire Bélanger et révisé par M. Mirault, M. Dewailly et M. Julien. Enfin, le troisième article s’intitulait Seasonal mercury exposure and oxidant-antioxidant status in James Bay sport fishermen par Marie-Claire Bélanger, Eric Dewailly, Line Berthiaume, Micheline Noël, Marc-Édouard Mirault et Pierre Julien. Les mesures de laboratoire ont été effectuées par Marie-Claire Bélanger, assistée de Line Berthiaume et de Micheline Noël. Les mesures des contaminants ont été effectuées par le laboratoire de toxicologie de Québec. L’article a été écrit par Marie-Claire Bélanger et révisé par M. Mirault, M. Dewailly et M. Julien. Le quatrième article s’intitulait :Omega-3 fatty acids, fasting insulin and fasting blood glucose in Inui population, par Marie-Claire Bélanger, Eric Dewailly, Line Berthiaume, Marc-Édouard Mirault et Pierre Julien. Les mesures de laboratoire ont été effectuées par Marie-Claire Bélanger, assistée de Line Berthiaume. L’article a été écrit par Marie-Claire Bélanger et révisé par M. Dewailly, M. Pierre Julien et M. Mirault.
6
Le dernier article s’intitulait: Metabolic syndrome and markers of inflammation and endothelial dysfunction in Inuit consuming n-3 polyunsaturated fatty acids. Par: Marie-Claire Bélanger, Eric Dewailly, Jean Bergeron, André Tchernof, Line Berthiaume, Marc-Édouard Mirault et Pierre Julien. Les mesures de laboratoire ont été effectuées par Marie-Claire Bélanger, assistée de Line Berthiaume. L’article a été écrit par Marie-Claire Bélanger et révisé par M. Dewailly, M. Bergeron, M. Tchernof, M. Mirault et M. Julien.
7
Merci tout spécial à ma famille, à Line Bethiaume, Nathalie Laflamme , aux techniciennes du CRML
8
Table des matières Résumé .............................................................................................................................................2
Abstract ............................................................................................................................................4
Avant-Propos....................................................................................................................................5
1.La population Inuit ......................................................................................................................17
1.1Le Nunavik..............................................................................................................................17
1.2 L’alimentation traditionnelle..................................................................................................18
2. Contaminants..............................................................................................................................21
2.1 Mercure ..................................................................................................................................21
2.1.1Contamination au mercure à la Baie James ...................................................................22
2.1.2 Le mercure et les maladies cardiovasculaires ...............................................................22
2.2 Biphényles polychlorés (BPC) ...............................................................................................24
2.2.1 Les BPC au Canada.......................................................................................................25
2.2.2 Les BPC et les maladies cardiovasculaires ...................................................................25
2.3 Sélénium.................................................................................................................................27
2.3.1 Le sélénium et les maladies cardiovasculaires..............................................................30
2.3.2 Interactions du sélénium avec le mercure .....................................................................33
3. Les molécules redox.................................................................................................................34
3.1 La vitamine E .........................................................................................................................34
3.1.1 La vitamine E et les maladies cardiovasculaires...........................................................35
3.2 La coenzyme Q10...................................................................................................................39
3.2.1 La coenzyme Q10 et les maladies cardiovasculaires ....................................................40
4 L’homocystéine.........................................................................................................................41
4.1 L’homocystéine et les maladies cardiovasculaires...........................................................42
5 Le stress oxydant.......................................................................................................................44
5.1 Les radicaux libres ...........................................................................................................45
5.2 Production des radicaux libres .........................................................................................46
5.3 La particule LDL oxydée (LDLOx) .................................................................................48
5.4 Élimination des radicaux libres ........................................................................................49
5.5 Évaluation de l’activité radicalaire...................................................................................52
9
5.6 Le stress oxydant et les maladies cardiovasculaires.........................................................52
6 Les acides gras ..........................................................................................................................54
6.1 Définition et structure des acides gras oméga-3 et oméga-6..................................................56
6.2 Les acides gras oméga-3 et l’inflammation............................................................................58
6.3 Les acides gras oméga-3 et la maladie cardiovasculaire........................................................61
7 Le syndrome métabolique ...........................................................................................................65
7.1 Définitions..............................................................................................................................65
7.2 Prévalence ..............................................................................................................................68
7.3 Pathophysiologie du syndrome métabolique..........................................................................69
8 Les marqueurs d’inflammation et de dysfonction endothéliale ..................................................73
8.1 La protéine C-réactive (CRP).................................................................................................73
8.2 Le facteur de nécrose tumorale (TNF-α) ...............................................................................74
8.3 La molécule d’adhésion vasculaire sécrétée (sVCAM-1)......................................................74
8.4 La protéine C-réactive, le TNF-α, le sVCAM-1 et les maladies cardiovasculaires...............75
8.4.1 Le CRP et la maladie cardiovasculaire .........................................................................75
8.4.2 Le TNF-α et les maladies cardiovasculaires .................................................................76
8.4.3 Le sVCAM-1 et les maladies cardiovasculaires ...........................................................76
9 Problématique............................................................................................................................78
10. Chapitre 1 : Exposition aux contaminants environnementaux et stress oxydant chez les Inuit
du Nunavik .....................................................................................................................................81
10.1 Résumé.................................................................................................................................82
Dietary Contaminants And Oxidative Stress In Inuit Of Nunavik..............................................84
10.2 Abstract ................................................................................................................................85
10.3 Introduction ..........................................................................................................................87
10.4 Methods................................................................................................................................89
10.4.1 Subjects .......................................................................................................................89
10.4.2. Laboratory Analyses ..................................................................................................89
10.4.3 Statistical Analyses .....................................................................................................90
10.5 Results ..................................................................................................................................92
10.6 Discussion ............................................................................................................................94
10.7 References ............................................................................................................................98
10
11. Chapitre 2: Statut redox de la vitamine E et de la coenzyme Q10 chez une population Inuit du
Nunavik. .......................................................................................................................................112
11.1 Résumé...............................................................................................................................113
Environmental Contaminants And Redox Status Of Coenzyme Q10 And Vitamin E In Inuit
From Nunavik ..............................................................................................................................114
11.2 Abstract ..............................................................................................................................117
11.3 Introduction ........................................................................................................................118
11.4 Methods..............................................................................................................................121
11.5 Results ................................................................................................................................124
11.6 Discussion ..........................................................................................................................126
11.7 References ..........................................................................................................................130
12. Chapitre 3: Exposition saisonnière au méthylmercure et statut oxidant chez des pêcheurs de
la Baie James..............................................................................................................................143
12.1 Résumé...............................................................................................................................144
Seasonal Mercury Exposure And Oxidant-Antioxidant Status Of James Bay Sport Fishermen.....
......................................................................................................................................145
12.2 Abstract ..............................................................................................................................148
12.3 Introduction ........................................................................................................................149
12.4 Methods..............................................................................................................................152
12.5 Results ................................................................................................................................156
12.6 Discussion ..........................................................................................................................158
12.7 References ..........................................................................................................................162
13. Chapitre 4 : Association entre les acides gras oméga-3 et la glycémie à jeun chez les Inuit du
Nunavik. .....................................................................................................................................174
13.1 Résumé...............................................................................................................................175
Association Between Omega-3 Fatty Acid Blood Levels And Hyperglycemia In Inuit ...........176
13.2 Abstract ..............................................................................................................................177
13.3 Introduction ........................................................................................................................178
13.4 Materials And Methods......................................................................................................180
13.5 Results ................................................................................................................................182
13.6 Discussion And Hypothesis ...............................................................................................184
11
13.7 Fundamental Basics Of The Hypothesis ............................................................................186
13.8 Conclusion And Medical Implications...............................................................................188
13.9 Bibliography.......................................................................................................................190
14. Chapitre 5: La prévalence du syndrome métabolique et la protéine C-réactive chez une
population Inuit du Nunavik. .......................................................................................................201
14.1 Résumé...............................................................................................................................202
Metabolic syndrome and markers of inflammation and endothelial dysfunction in Inuit
consuming n-3 polyunsaturated fatty acids................................................................................203
14.2 Abstract ..............................................................................................................................204
14.3 Introduction ........................................................................................................................206
14.4 Methods..............................................................................................................................208
14.5 Results ................................................................................................................................212
14.6 Discussion ..........................................................................................................................215
14.7 Bibliography.......................................................................................................................221
15. Discussion ............................................................................................................................234
15.1 Les contaminants..........................................................................................................234
15.2 Autres paramètres physiologiques chez les Inuits........................................................236
15.3 Nourriture traditionnelle : finalement bénéfique?........................................................239
15.4 Limites et forces des études .........................................................................................241
15.5 Perspectives..................................................................................................................242
16. Conclusion..............................................................................................................................243
17. Bibliographie..........................................................................................................................244
12
Liste des tableaux
Tableau 1: Aliments traditionnels les plus fréquemment consommées par les femmes Inuit du
Nunavik, sur une base annuelle..............................................................................................20
Tableau 2 : Consommation quotidienne de sélénium chez l’humain dans différents pays............30
Tableau 3: Études prospectives portant sur l’effet de vitamine E dans la prévention des maladies
cardiovasculaires ....................................................................................................................37
Tableau 4: Études interventionelles randomisées utilisant la vitamine E ......................................38
Tableau 5: Principaux acides gras retrouvés chez l’humain. .........................................................56
Tableau 6: Mécanismes potentiellement cardioprotecteurs des acides gras oméga-3 (50). .........64
Tableau 7: Définitions du syndrome métabolique .........................................................................67
13
Liste des figures Figure 1 : Villages Inuit du Nunavik..............................................................................................17
Figure 2: Défense antioxydante reliée au sélénium, le sélénium agit comme cofacteur essentiel de
la GPx-1..................................................................................................................................32
Figure 3 : Productions des radicaux libres oxygénés (ROS) et azotés (RNS) et autres espèces
réactives dans les cellules des mammifères. ..........................................................................47
Figure 4: Métabolisme du glutathion.. ...........................................................................................51
Figure 5: Des modifications oxydatives des LDL seraient responsables de l’athérosclérose........53
Figure 6: Acides gras saturés et insaturés et leurs principales sources. .........................................55
Figure 7: Structure et métabolisme des acides gras n-3 et n-6.......................................................58
Figure 8: Synthèse des écosanoïdes à partir de l’acide arachidonique. ........................................59
Figure 9: Les effets potentiellement anti-inflammatoires des acides gras oméga-3. .....................61
Figure 10: Pathophysiologie du syndrome métabolique. ...............................................................72
14
Introduction
Lors de cette étude, il sera question d’évaluer les effets possiblement nocifs de certains
contaminants environnementaux tels que les biphényles polychlorés et le méthylmercure chez
une population Inuit de Salluit, Nunavik, et chez des pêcheurs sportifs de la Baie James. Les
Inuits consomment une alimentation traditionnelle riche en oméga-3 mais contaminée au
méthylmercure et aux biphényles polychlorés alors que les pêcheurs sportifs consomment en
grande partie des poissons prédateurs contaminés au méthylmercure mais pauvres en acides gras
oméga-3.
Lors des années 1990-1992, les populations québécoises Caucasiennes, Cris de la Baie James et
Inuit du Nunavik ont participé à une vaste enquête de santé publique. Cette enquête a révélé que
des différences significatives entre les facteurs de risque de maladies cardiovasculaires avaient
été rapportées pour ces trois populations. Globalement, les Inuit présentaient le plus faible risque
de maladies cardiovasculaires comparé aux Cris et à la population québécoise caucasienne du
Québec, malgré une grande prévalence de tabagisme et d’obésité. Par ailleurs, la quantité de
poisson consommée quotidiennement était différente entre ces trois groupes; avec une moyenne
journalière de 13 grammes, 60 grammes et 131 grammes pour les Québécois, les Cris et les Inuit
respectivement. Durant la période de 1992-1996, les taux de mortalité pour les maladies
ischémiques ajustés pour l’âge (par 100 000 habitants/année) étaient de 66.3 pour les Inuit, 92.8
pour les Cris et de 140.2 pour les Québécois caucasiens (1).
Des études épidémiologiques ont démontré que les acides gras polyinsaturés à longues chaînes de
type omega-3 pouvaient avoir un effet protecteur contre les maladies cardiovasculaires (2-4). Une
grande consommation de poissons gras et de mammifères marins constituent des sources
majeures en acides gras de type oméga-3, dont les acides écosapentanoïque (EPA, 20 :5 n-3) et
docosahexanoïque (DHA, 22 :6 n-3) (5- 10).
15
La consommation de poisson est relativement faible parmi les Québécois caucasiens, tandis que
chez les populations indigènes, la consommation de nourriture traditionnelle inclut de grandes
quantités de poisson gras et de mammifères marins. Cependant au cours des dernières décennies,
des changements dans le style de vie et dans le régime alimentaire, incluant une baisse de la
consommation de nourriture traditionnelle ont été documentés chez les Cris de la Baie James et
plus récemment chez les Inuit du Nunavik (5,11).
Par ailleurs, l’abandon d’un style de vie et d’une alimentation traditionnels chez d’autres
populations indigènes a été associé à une augmentation de la prévalence de maladies
cardiovasculaires et de ses facteurs de risque tels que l’obésité, l’hypertension et le diabète de
type 2. Dans une séquence historique, la population Cri est passée d’une alimentation et d’un
style de vie traditionnels à une alimentation et des habitudes nord-américaines avant la population
Inuit. Il se pourrait que le gradient observé dans les taux de mortalité associés aux maladies
cardiovasculaires entre ces deux populations soient reliés aux différences dans leur style de vie, et
plus spécialement aux changements nutritionnels (12).
L’alimentation traditionnelle des Inuit du Nunavik contient de grandes quantités de mercure sous
forme de méthylmercure (13). L’exposition au méthylmercure pourrait avoir des effets
indésirables sur la santé cardiovasculaire. En effet, des études dans la population finlandaise ont
démontré qu’une grande quantité de mercure dans les cheveux pouvait être un facteur de risque
indépendant pour les maladies cardiovasculaires (14-16). Le mercure atténuerait ainsi les effets
protecteurs du poisson sur la santé cardiovasculaire (14). Ces résultats sont toutefois controversés
car d’autres études n’ont pas pu relier les taux de mercure aux risques de maladies
cardiovasculaires (17). Dès lors, il est difficile d’établir le niveau minimal d’exposition au MeHg
qui pourrait avoir un effet délétère sur la santé. De plus, les Finlandais démontraient des taux de
sélénium plus faibles que d’autres populations (14-16). Donc, des différences entre les
concentrations de MeHg ou de Se pourraient peut-être expliquer les différents résultats obtenus
dans les différentes études.
La nourriture traditionnelle des Inuit est aussi contaminée en biphényles polychlorés (BPC) (13).
Les BPC constituent une famille de plus de 200 congénères, mais les plus fréquemment
rencontrés chez l’humain sont les congénères 28, 52, 99, 101, 105, 118, 128, 138, 153, 156, 170,
180, 183 et 187, classifiés selon la nomenclature de l’Union internationale de chimie pure
16
appliquée (IUPAC) (18,19). Certains de ces congénères peuvent induire un stress oxydant et une
dysfonction endothéliale (20,21) par des mécanismes encore mal connus. La santé publique du
Québec avait déjà fait des recommandations nutritionnelles visant à diminuer l’exposition à ces
contaminants (22).
Cette alimentation traditionnelle contient, en plus des acides gras oméga-3, des antioxydants
naturels tels que la vitamine E, la coenzyme Q10 et le sélénium (5). La vitamine E et la
coenzyme Q10 participent à des réactions de type «redox» piégeant les radicaux libres (23), alors
que le sélénium est un constituant élémentaire des sélénoprotéines, par exemple la glutathion
peroxydase, impliquée dans le cycle du glutathion, qui élimine les peroxydes (24).
Dans les études qui seront décrites dans une population Inuit et chez des pêcheurs sportifs de la
Baie James, les taux de méthylmercure, de BPC et de sélénium ont été mesurés ainsi que
plusieurs molécules reliées à un stress oxydant, incluant les lipoprotéines oxydées de faible
densité (LDLox), les activités enzymatiques de la glutathion peroxydase et réductase, les
concentrations sanguines de glutathion et les formes réduites et oxydées de la vitamine E et de la
coenzyme Q10. Des marqueurs inflammatoires ont également été mesurés, tels que la protéine C-
réactive (CRP) et le facteur de nécrose tumorale α (TNF-α) ainsi qu’un marqueur de la
dysfonction endothéliale, la molécule d’adhésion cellulaire secrétée (sVCAM-1).
17
1. La population Inuit
1.1 Le Nunavik
Figure 1 : Villages Inuit du Nunavik.
La région du Nunavik est localisée au nord du 55ème parallèle, à près de 1 500 km de Montréal
(Figure 1). Près de 8 700 Inuit vivent dans 14 villages disséminés tout au long de 2 000 km de
côtes de la Baie d’Hudson, le détroit d’Hudson et la Baie d’Ungava. La grande majorité de la
population est d’origine Inuit (89%). Dans le Canada arctique, la population Inuit possède la plus
grande proportion de personnes entre 0 et 14 ans (42%), 19% ont entre 15 et 24 ans alors que les
groupes de 25 à 44 ans et de 45 à 64 et représentent respectivement 33 et 22% de la population
Inuit. Enfin, les personnes de plus de 65 ans ne représentent que 3 à 6% de la population,
dépendant des régions (1).
18
1.2 L’alimentation traditionnelle
Chez les populations autochtones, dont font partie les Inuit, la nourriture est perçue comme une
composante intégrale de la santé et du bien-être. Le terme «nourriture traditionnelle» réfère à des
mammifères, au poisson, à des plantes et de petites baies, à du gibier d’eau, tous récoltés dans
l’environnement local. La nourriture «importée» réfère à toute autre sorte de nourriture qui
provient du marché et qui est généralement importée d’autres régions du pays ou simplement
d’autres pays. La nourriture traditionnelle joue un rôle critique sur le bien-être social, culturel,
spirituel, économique et nutritionnel de plusieurs communautés Inuit. En effet, pour les Inuit, la
nourriture traditionnelle est directement associée avec la santé physique et le bien être. À
Sanikiluaq, les gens attribuent certains bienfaits à un type de nourriture en particulier, par
exemple, le phoque serait capable de générer de la chaleur corporelle et de la force d’une façon
unique, non reproductible avec de la nourriture importée. Dès lors, ce type de nourriture est
essentiel pour des activités Inuit telle que la chasse. De plus, parmi les Inuit, la vie individuelle
est perçue comme étant la synthèse de deux éléments : le corps (l’être physique et la
fonctionnalité du corps humain) et l’esprit (l’expression de la conscience, l’âme, la pensée, l’état
émotionnel). La nourriture traditionnelle est importante dans la perception et la construction du
bien-être chez les Inuit. En effet, l’intégration se fait à travers la capture, et le partage de cette
nourriture avec les autres Inuit. La culture et le savoir concernant la nourriture traditionnelle se
partagent dans la communauté et sont importants pour les individus et la communauté elle-même
(25).
La nourriture demeure un vecteur d’exposition significatif aux contaminants dans toutes les
populations. Une proportion substantielle de l’alimentation des Inuit consiste en nourriture
traditionnelle, par conséquent, ils ont un risque plus grand d’exposition aux contaminants que le
reste des habitants du Canada (25). En effet, les Inuit sont plus à risque d’être exposés au mercure
ou aux biphényles polychlorés (BPC) par la consommation de poissons et de mammifères marins
(26).
Par ailleurs, des études récentes démontrent que les adultes de l’Arctique Canadien expérimentent
une transition nutritionnelle très importante. En effet, il a été démontré que la nourriture importée
19
constitue maintenant l’apport calorique le plus important chez la femme Inuit, au détriment de
l’alimentation traditionnelle (5). Pourtant, la nourriture traditionnelle contient la majeure partie
des nutriments importants tels la vitamine D, le fer, le phosphore et le zinc.(5) L’analyse de
l’apport en nutriments des femmes Inuit a montré que la contribution des aliments traditionnels
était plus grande dans le groupe plus âgé que chez les jeunes, pour lesquelles la contribution des
aliments du marché était supérieure (5,27). Le tableau 1 montre les principales sources de
nourritures traditionnelles chez les Inuit du Nunavik.
20
Tableau 1: Aliments traditionnels les plus fréquemment consommées par les femmes Inuit du Nunavik, sur une base annuelle.
Espèces et rangs
1. Caribou
Rangifer tarandus
10. Corrégone
Coreganus clupeaformis
2. Omble Arctique
Salvelinus Salvelinus
11. Phoque annelé (chair)
Phoca hispida
3. Bernache du Canada
Branta canadensis
12. Chaboisseau à 4 cornes
Myoxocephalus quadricornis
4. Lagopède des saules
Lagopus lagopus
13. Ogac
Gadus Ogac
5. Béluga (peau)
Delphinateus leucas
14. Béluga (gras)
Delphinateus leucas
6. Touladi
Salvelinus namaycush
15. Phoque annelé (gras)
Phoca hispida
7. Ouananiche
Salmo salar ouananiche
16. Saumon Atlantique
Salmo salar
8. Béluga (chair)
Delphinateus leucas
17. Phoque annelé (foie)
Phoca hispida
9. Omble de fontaine
Salvelinus fontinalis
18. Huard à collier
Gravia immer
21
2. Contaminants
2.1 Mercure
Le mercure est un contaminant environnemental largement répandu qui a une origine naturelle
(géologie locale, volcans, diffusion dans les milieux aquatiques) et anthropogénique (mines,
extraction par fusion, combustion de gaz fossiles, incinération de déchets) (28). Le mercure
retrouvé dans l’environnement peut revêtir trois formes : mercure élémentaire Hg, sels de
mercure (Hg1+, Hg2+) et mercure organique. Dans la croûte terrestre, le mercure est retrouvé
surtout sous forme de composés sulfures; le cinnabar est le minéral le plus riche en mercure, avec
un contenu de plus de 70% de mercure (29). De plus, le mercure peut être transporté de sources
distantes jusqu’en Arctique par le transport atmosphérique et océanique. Le mercure a ainsi été
retrouvé dans toutes les composantes de l’écosystème Arctique (28,30). Les composés
organiques de mercure incluant le méthylmercure ont été produits commercialement dès les
années 1930 (31). Tous les types de mercure peuvent subir une méthylation par des
microorganismes saprophytes trouvés dans le sol et l’eau et les sédiments (29). Le mercure
s’accumule ainsi dans la chaîne alimentaire et n’est pas facilement éliminé.
La maladie de Minamata au Japon était en fait un empoisonnement au méthylmercure. Les
victimes de cette maladie étaient exposées au méthylmercure par leur alimentation, laquelle
contenait de grandes quantités de méthylmercure provenant d’une compagnie chimique qui
utilisait le mercure comme catalyseur pour produire de l’acétaldéhyde. Le mercure était alors
concentré dans la chaîne alimentaire sous forme de méthylmercure. Les symptômes se
traduisaient par une démarche mal assurée, de l’ataxie, une constriction du champ visuel et de la
surdité. Il était aussi commun de voir des gens en dépression ou euphoriques, quelques fois
catatoniques avant de sombrer dans un coma (31). Finalement, les autorités médicales au Japon
ont décrété en 1957 que le mercure était responsable de la maladie de Minamata (31). La
fréquence de consommation de poissons contaminés au mercure était en effet prédictive de
l’augmentation du mercure sanguin, particulièrement le mercure organique (32). La quantité de
mercure varie également selon l’espèce de mammifère marin ou de poisson, ce qui amène
également une certaine variation du mercure dans le sang (32). Normalement, les individus qui
22
consomment peu ou pas de poisson et qui ne sont pas exposés au mercure de façon
occupationnelle présentent des taux de mercure sanguin entre 9 et 10 nmoles/L (33).
Chez l’humain, la demi-vie du mercure varie entre 50 et 120 jours (34). Des études chez la souris
rapportent que le méthylmercure est éliminé par la flore intestinale qui le transforme en mercure
inorganique, qui n’est alors pas absorbé. Sans cet événement-clé, les populations qui
consomment du poisson contaminé ne seraient pas capables de survivre à leur prise quotidienne
de MeHg (35).
2.1.1 Contamination au mercure à la Baie James
Les Cris de la Baie James ont été exposés au méthylmercure par la consommation de poissons
contaminés dans les lacs naturels et plus récemment dans les réservoirs hydroélectriques. En
effet, les poissons sont devenus contaminés lors des premières années du remplissage des
réservoirs. Le mercure alors présent dans l’environnement a été méthylé par les bactéries
retrouvées sur la matière organique en décomposition. Lors des années 1990, plusieurs activités
éducationnelles ont eu lieu dans les communautés Cris afin d’encourager la population à éviter la
consommation de poissons contaminés tout en conservant leur mode de vie traditionnel (36).
2.1.2 Le mercure et les maladies cardiovasculaires
Les hommes de la Finlande de l’Est consomment beaucoup de poissons, mais leur taux de
mortalité relié à des maladies coronariennes est l’un des plus élevés au monde. Cette observation
semble contredire le concept voulant qu’une grande consommation de poisson soit favorable
pour le système cardiovasculaire (15). Par ailleurs, on a observé chez ces Finlandais un lien entre
la déficience en sélénium, la peroxydation lipidique et la progression de l’athérosclérose de la
carotide (37).
23
Il semblerait qu’il y ait au moins trois mécanismes par lesquels le mercure pourrait favoriser la
peroxydation lipidique. Tout d’abord, le mercure est un métal de transition tout comme le fer, il
pourrait donc agir comme catalyseur dans des réactions de type Fenton, ce qui produirait alors
des radicaux libres. En 1980, Ganther et al (38) a proposé que le mercure puisse effectivement
générer des radicaux libres suite à l’observation que la vitamine E procurait une protection
contre l’empoisonnement au méthylmercure chez le rat. En plus de son effet catalyseur direct, le
mercure stimulerait la peroxydation par le fer in vitro (39).
Deuxièmement, le mercure possède une grande affinité pour les groupements thiols (SH) sur les
protéines. Les protéines qui comportent des groupements SH semblent compter pour 10-50% de
la défense antioxydante du plasma. En se liant à un groupement thiol, le mercure inactive ainsi
les thiols antioxydants de composés tels que le glutathion (GSH). Le GSH joue un rôle essentiel
dans l’élimination des peroxydes par les GSH peroxydases et la régénération des radicaux
tocophéryls en tocophérol. De plus, l’empoisonnement au mercure, qui est associé à une
augmentation de la peroxydation lipidique dans le foie et les reins, inactive également la catalase
et la superoxyde dismutase (SOD), deux enzymes importantes qui détoxifient le superoxyde et
peroxyde d’hydrogène (H2O2) (15).
Enfin, le mercure forme un complexe insoluble avec le sélénium, le séléniure de mercure (40).
Le sélénium est donc lié au mercure sous une forme insoluble, ce qui l’empêche d’agir comme
cofacteur de la glutathion peroxydase, un agent détoxiquant important du H2O2 et des peroxydes
lipidiques. Toutes ces réactions ont le potentiel de réduire la capacité antioxydante du plasma et
du milieu intracellulaire et ainsi favoriser l’apparition de radicaux libres et de peroxydation
lipidique dans les cellules.
Une étude européenne récente a démontré que le mercure mesuré dans les ongles d’orteil était
directement associé avec le risque d’infarctus du myocarde alors que l’acide docosahexaénoïque
(C22 :6n-3) contenu dans les adipocytes et provenant d’une alimentation riche en poisson était
inversement corrélé. Donc, un contenu élevé en mercure dans le poisson pourrait diminuer les
effets cardioprotecteurs reliés aux acides gras polyinsaturés à longues chaînes (41). Une étude
similaire utilisant également le mercure dans les ongles d’orteil comme marqueur d’exposition
au mercure a été réalisée chez 33 737 personnes. Les niveaux de mercure étaient
24
significativement corrélés avec la consommation de poisson, mais aucune association n’a été
rapportée entre les niveaux de mercure et le risque de maladies coronariennes (17).
2.2 Biphényles polychlorés (BPC)
Les BPC sont des contaminants environnementaux persistants et largement répandus. Ils ont été
utilisés dans plusieurs applications industrielles : plastiques, équipements électriques
(transformateurs), lubrifiants, systèmes hydrauliques, adhésifs, pesticides et ignifuges (42). Les
humains sont exposés aux BPC par l’ingestion de nourriture contaminée (43). Les BPC sont
lipophiles et tendent à s’accumuler et persister dans les tissus. L’exposition à ces contaminants
peut générer plusieurs effets néfastes incluant la suppression immunitaire, le cancer, des retards
de développement et de comportement, ils sont toxiques pour la reproduction et peuvent aussi
engendrer des défauts congénitaux chez le fœtus (42,43). La toxicité des BPC a beaucoup été
étudiée ces dernières années mais les mécanismes par lesquels les BPC exercent leurs effets
néfastes sont encore inconnus. Il existe 209 congénères (molécules similaires) des BPC ayant un
large spectre d’effets toxiques (44). Le nombre et la localisation des atomes de chlore
déterminent le potentiel et la nature toxique de chacun des congénères (44).
Quelques congénères et certains composés hydrocarbures aromatiques polyhalogénés tel que la
2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxine (TCDD), retrouvé dans l’herbicide nommé agent orange,
sont biologiquement actifs via le récepteur aux hydrocarbures aromatiques (AhR) auquel ils se
lient (43,44). Les BPC qui sont doublement substitués en para et au moins à deux positions méta,
mais pas en ortho peuvent présenter une conformation coplanaire similaire à la TCDD et ainsi se
lier fortement au AhR. Ces BPC non-ortho substitués démontrent alors la même activité que le
TCDD et induisent donc une variété d’effets sur la reproduction et les systèmes immunitaire et
hépatique. Les congénères non-ortho substitués mais activent le CYP1A1 (code pour le
cytochrome P450 1A1) et le CYP1A2. Les CYP1A sont des enzymes responsables de l’activation
de certains promutagènes et de procarcinogènes (21,44).
25
2.2.1 Les BPC au Canada
Entre les années 1930 et 1970, les BPC étaient utilisés dans de nombreux matériaux industriels y
compris les produits de calfeutrage et d’étanchéité, les encres et les adjuvants de peinture. Ils
entraient dans la composition d’agent de refroidissement et de lubrifiants dans certains dispositifs
électriques, notamment les transformateurs et les condensateurs. La contamination de la
nourriture traditionnelle nordique par les BPC a attiré l’attention du public en 1985 (45). Les
BPC étaient parmi les produits chimiques risqués retrouvés dans les sites «Distant Early
Warning» abandonnés 20 ans plus tôt. Pourtant, les opérations de nettoyage ont révélé que la
contamination du sol par les BPC était limitée à ces sites (Environnement Canada 1986). La
contamination observée dans la nourriture traditionnelle serait plutôt le résultat d’une
contamination globale de l’air et du mouvement des courants océaniques transportant les BPC,
avec l’entrée subséquente dans la chaîne alimentaire (28,30). Le gouvernement fédéral a alors
restreint l’utilisation des BPC, mais ils ne sont pas encore complètement interdits, l’interdiction
ne touchait pas les BPC déjà présents dans les dispositifs électriques; ceux-ci sont en train d’être
éliminés graduellement. On estimait en 1987 que deux mille tonnes de résidus BPC étaient
mobiles dans l’environnement, ils pouvaient alors s’accumuler dans la chaîne alimentaire (46).
Par ailleurs, les effets d’une exposition chronique aux BPC sur le système nerveux et sur le
système immunitaire sont incertains. Des modèles animaux ont démontré un large spectre de
pathologies suivant l’ingestion de BPC dans l’alimentation, à des quantités près de celles ingérées
par l’homme (21,47,48). Néanmoins, il est difficile de transposer ces résultats à l’humain, car
l’exposition aux BPC est généralement accompagnée d’une exposition à d’autres contaminants
qui peuvent avoir un effet antagoniste sur les effets néfastes des BPC. Les recommandations
canadiennes d’exposition quotidienne tolérable (tolerable daily intake, TDI) aux BPC ont été
fixées à 0.13µg/kg de poids corporelle (49).
2.2.2 Les BPC et les maladies cardiovasculaires
L’exposition aux hydrocarbures aromatiques polycycliques pourrait causer une toxicité
cardiovasculaire et induire l’athérosclérose. Par exemple, en Suède, il y a une augmentation du
26
taux de maladies cardiovasculaires chez les travailleurs de manufacture exposés à des BPC durant
plus de 5 ans(50) et les taux les plus effarants de mortalité due à des maladies cardiovasculaires
se retrouve chez des travailleurs de l’électricité exposés à des herbicides et aux huiles usées des
transformateurs contenant des BPC (51). D’autre part, des études récentes sur la population de
Seveso en Italie exposée à la dioxine (TCDD) suite à un accident industriel en 1976 (52),
rapportent une augmentation de l’incidence des maladies cardiovasculaires (52-54).
Par ailleurs, une étrange maladie de peau identique à l’acné est devenue épidémique en 1968 dans
le Nord de Kyushu, au Japon(55). Une étude épidémiologique intensive a permis de déterminer
que les patients atteints de ce mal consommaient de l’huile de riz de marque Kanemi fabriquée
entre le 5 et le 6 février 1968. Cette huile de riz avait été contaminée par des BPC contenus dans
l’un des tubes chauffants des réservoirs d’huile de riz. Comme les BPC sont des composés stables
à la chaleur, ils étaient utilisés comme conducteurs de chaleur. Malheureusement, certains
congénères ont été convertis en des composés plus toxiques, les produits de pyrolyse des BPC
(PCDF) par pyrolyse. Les contaminants majeurs de l’huile de riz étaient ces PCDF et des BPC
coplanaires. La maladie a été nommée Yusho, en japonais, yu veut dire huile et sho maladie. Les
patients atteints de la maladie de Yusho étaient au nombre de 1860 dont 149 sont morts entre
1968 et 1990(55). De plus, une étude récente de Tokunaga et al (56) rapporte que certains
patients atteints de la maladie de Yusho avaient des niveaux de triacylglycérols élevés et le
cholestérol total qui corrélaient avec les niveaux de BPC sanguins.
Par ailleurs, il est connu que certains contaminants environnementaux tels que les BPC peuvent
causer une dysfonction des cellules endothéliales vasculaires (57-59). D’ailleurs, plusieurs études
suggèrent que le stress oxydant puisse être l’un des mécanismes par lesquels certains BPC
pourraient causer une dysfonction des cellules endothéliales vasculaires (60,61). Le stress
oxydant induit par certains contaminants environnementaux, i.e. des hydrocarbures aromatiques
comme le congénère 77 serait dû à des interactions entre ces composés et le récepteur des
hydrocarbonés aryl (AhR) et l’activation du cytochrome P450 1A (58,59). Récemment,
Schlezinger et collaborateurs (62) ont démontré que le congénère 77 pouvait découpler le site
catalytique du cytochrome p450 A1, entraînant la formation d’espèces réactives oxygénées
(ROS) dans le site actif. Donc, le fer dans le noyau hème peut alors entrer dans une série de
cycles oxydoréduction et ainsi agir comme un catalyseur Fenton générant alors des radicaux
27
hydroxyls et d’autres ROS. L’endothélium vasculaire pourrait être ainsi l’un des sites majeurs de
l’induction de CYP 1A1 par les BPC (57). Ces enzymes joueraient un rôle important dans le
destin métabolique de substances toxiques circulantes. Le facteur de transcription NF-κB serait
également activé par les BPC agonistes du AhR. Ce facteur de transcription est transloqué au
noyau des cellules immunitaires en réponse à des signaux extracellulaires. Il régule, entre autres,
la transcription des gènes des immunoglobulines chez les mammifères (63). Le facteur de
transcription NF-κB est également impliqué dans la régulation des molécules d’adhésion dans les
cellules endothéliales, après l’activation par des cytokines inflammatoires. Donc, l’activation de
NF-κB par des BPC coplanaires mènerait à l’expression de gènes de l’inflammation impliqués
dans l’activation des cellules endothéliales (21). En effet, une activation du NF-κB dose-
dépendante par des BPC coplanaires a été observée chez des poissons (64). L’expression de
certaines molécules d’adhésion telle que VCAM-1 est également affectée par l’exposition des
cellules endothéliales aux BPC. VCAM-1 joue un rôle important dans la migration et l’adhérence
des leucocytes à l’endothélium vasculaire, une des premières étapes dans la pathogenèse de
l’athérosclérose (65,66).
Par ailleurs, les antioxydants cellulaires, incluant la vitamine E peuvent être diminués par
l’exposition à certains congénères. En effet, Slim et collaborateurs (67) ont démontré que les
congénères agonistes du AhR comme le BPC 77 pouvaient induire une dysfonction endothéliale
lorsqu’il y a un déséquilibre dans le statut oxydant/antioxydant dans la cellule. Lorsque la
synthèse du glutathion est inhibée dans la cellule, le BPC 77 induit alors un stress oxydant qui
peut mener jusqu’à l’apoptose de la cellule (67).
2.3 Sélénium
Le sélénium est un nutriment essentiel même à l’état de trace pour la biologie humaine. En effet,
cet élément fait même partie du code génétique, du 21ème acide aminé, appelé sélénocystéine, il
possède son propre codon, sa biosynthèse spécifique et sa machinerie d’insertion. En présence
d’une structure downstream stem-loop, le codon UGA dans l’ARN messager, qui normalement
signifie stop, spécifie alors l’insertion d’une sélénocystéine dans la synthèse protéique pour
28
produire une sélénoprotéine (68). Le sélénium dans la sélénoprotéine existe sous forme d’anion
(sélénolate) à des pH biologiques (constante de dissociation acide : sélénocystéine 5,2, cystéine
8,5) (69). Cette propriété du sélénium permet des réactions redox biologiques. Jusqu’à
maintenant, 25 sélénoprotéines de mammifères ont été identifiées. Plusieurs de ces
sélénoprotéines possèdent des activités enzymatiques redox. L’apport adéquat de sélénium dans
l’alimentation apparaît donc crucial à la santé humaine et animale (70). Il existe plusieurs formes
d’enzymes antioxydantes contenant du sélénium, les glutathion peroxydases 1,2 3 et 4 (GPx1,
GPx2, GPx3 et Gpx 4), la thiorédoxine réductase et la sélénoprotéine P. Les GPx réduisent les
peroxydes et les hydroperoxydes des phospholipides donc maintiennent l’intégrité membranaire,
modulent la synthèse des eicosanoïdes, modifie l’inflammation et préviennent la propagation de
dommages oxydatifs (71). Des études ont démontré que dans la majorité des tissus (sauf le
cerveau), l’activité des GPx est directement reliée à la consommation de sélénium dans l’
alimentation (71,72). Lors d’une étude métabolique, il a été établi que les besoins quotidiens en
sélénium des nord-américains se situaient autour de 1µg de sélénium par kg de poids corporel
(73). En 1989, les recommandations de consommation quotidienne proposées par le «Food and
Nutrition Board of the United States Concil» étaient de 70 µg/jour pour un homme et de 55
µg/jour pour une femme (74).
Le sélénium entre dans la chaîne alimentaire grâce aux plantes qui le métabolisent. En effet, la
quantité de sélénium contenue dans la nourriture dépend principalement de la concentration
existante dans le sol de la région et de sa forme physico-chimique. De plus, les propriétés du sol
où se trouve le sélénium sont elles-mêmes importantes : le pH, le potentiel redox du sol,
l’existence de certains composés organiques ou inorganiques, le type de roche et la nature des
eaux de ruissellement sont autant de facteurs pouvant influencer la distribution de cet élément.
L’état d’oxydation du sélénium influence aussi sa capacité à être absorbé par l’humain (75), les
sélénates (sel contenant un atome de Se et quatre atomes d’oxygène) sont les composés du Se les
plus mobiles à cause de leur solubilité élevée et de leur incapacité de se combiner aux particules
du sol. Ils sont donc rapidement absorbés par les microorganismes dans le sol et lessivés par le
sol. Les sélénites (sels contenant un atome de Se et trois atomes d’oxygène) sont moins solubles
que les séléniates. Le Se élémentaire est abondant dans certains types de sol, mais il est peu
soluble dans l’eau et donc rarement absorbé par les organismes vivants. Pour la plupart des
29
humains, la plus importante exposition au Se est celle provenant de l’alimentation; on évalue que
plus de 98% du Se absorbé quotidiennement provient de la consommation d’aliments (76). Il est
possible de subir une intoxication au sélénium lorsque les apports quotidiens dépassent les doses
recommandées et la capacité du corps à éliminer les surplus. Des signes d’intoxication
chroniques apparaissent alors tels irritation sévère du système respiratoire, goût métallique
typique dans la bouche, oedème pulmonaire et odeur d’ail caractéristique de l’haleine et de la
sueur due au diméthyle sélénide (77).
Par ailleurs, il y a certains endroits où les niveaux de sélénium sont très faibles (<5 ppm), par
exemple, en Chine, en Finlande et en Nouvelle-Zélande (74). Dans ces régions, des maladies
reliées à des déficiences en sélénium ont été observées. Par exemple, dans la région de Keshan en
Chine, un groupe de recherche a fait le lien entre la déficience en sélénium et le syndrome de
Keshan (78), regroupant les symptômes suivants : cardiomyopathie avec congestion endémique
et insuffisance myocardique. Ce syndrome affectait presque qu’exclusivement les villages des
zones montagneuses où le soja qui y était cultivé était spécialement pauvre en sélénium (78). Le
poisson et les fruits de mer, la crevette particulièrement, sont riches en sélénium (74). Au Canada,
le blé constitue une bonne source de sélénium (79). Les recommandations canadiennes pour la
qualité du sol, dont le but est de protéger contre les effets néfastes, préconisent un taux de 1.0
milligramme de sélénium par kilogramme de terre pour les terres cultivables, résidentielles et
dans les parcs. Pour les terres commerciales et industrielles, on recommande un taux de 39
milligrammes de sélénium par kilogramme de terre (76). Il y a beaucoup d’études sur la
contamination au sélénium chez les animaux au Canada, mais peu de données chez l’humain. Le
tableau 2 offre un aperçu de la consommation quotidienne de sélénium chez l’humain dans
différents pays. Par ailleurs, les méthodes d’évaluation de la prise quotidienne de Se varie selon
les études.
30
Tableau 2 : Consommation quotidienne de sélénium chez l’humain dans différents pays.
Pays (région) Moyenne ± (ET)
µg/jour
Référence
Finlande 28 ± 17 Knekt et al, 1991 (80)
USA (Ohio) 240 ± 143 Longnecker et al 1991 (81)
France 48 ± 3 Pelus et al 1994 (82)
Espagne (sud-est) 72.6 Diaz-Alarcon et al 1996 (83)
Pays-Bas 67 Kumpulainen et al 1989 (84)
2.3.1 Le sélénium et les maladies cardiovasculaires
Depuis un certain temps déjà, le sélénium a été associé à la prévention des maladies
cardiovasculaires. En effet, une corrélation inverse entre l’incidence de maladies coronariennes
chez l’humain et l’animal et les niveaux environnementaux et sériques de sélénium a été
rapportée (85). La plupart des études concernant le sélénium et la maladie cardiovasculaire
rapporte une baisse significative des concentrations de sélénium dans le sérum ou le plasma chez
des patients présentant différentes cardiomyopathies (infarctus du myocarde, athérosclérose,
maladies cardiaques congestives, hypertension artérielle) (74). Le mécanisme par lequel des
niveaux plasmatiques faibles de sélénium peuvent agir dans le développement des maladies
cardiovasculaires n’est pas encore bien compris. La première hypothèse formulée en 1980 par
Turk (86) indique que de faibles concentrations plasmatiques de Se peuvent faciliter la formation
d’hydroperoxydes lipidiques, lesquels attaqueraient l’endothélium vasculaire. D’autres ont établi
que le sélénium pouvait modifier la synthèse des prostaglandines et des thromboxanes dans les
31
plaquettes diminuant ainsi la concentration de prostacycline dans l’endothélium vasculaire (87).
Toutefois, les études épidémiologiques prospectives rapportent des résultats controversés.
Salonen et ses collègues (88) ont noté une augmentation de l’ordre de deux à trois fois de la
mortalité pour des patients ayant des concentrations sériques de sélénium sous les 45µg/L. Par
ailleurs, le groupe de Virtamo (89) n’observe pas d’association entre la maladie cardiovasculaire
et la même concentration plasmatique de sélénium, soit 45 µg/L. Suadicani et collaborateurs (90)
rapportent que les hommes plus âgés de leur étude, présentant des concentrations sériques de
sélénium plus faibles que 79 µg/L avaient un risque significativement accrû de développer une
maladie cardiaque ischémique. D’autres études n’ont pas fait de lien, mais les participants avaient
des niveaux de sélénium sériques beaucoup plus élevés au départ. Donc, la relation entre les
niveaux de sélénium sériques et la maladie cardiovasculaire ne serait qu’apparente surtout dans
des populations avec de faibles concentrations de sélénium dans leur sérum.
Une grande variété d’agents toxiques pour la cellule est neutralisée par l’action du glutathion
(GSH), un antioxydant cellulaire. Ce tripeptide versatile qui est synthétisé par la cellule agit
comme cofacteur réducteur pour certaines enzymes. Plusieurs mécanismes contrôlent la synthèse
du GSH en réponse à des stimuli toxiques ou pathologiques, incluant l’exposition à des particules
LDL oxydées (91). La mort des macrophages semble être un événement important dans la
pathogenèse de l’athérosclérose humaine et il semblerait que l’oxydation des LDL en soit
responsable (92). L’oxydation des LDL produit une mixture complexe d’hydroperoxydes
lipidiques, d’oxystérols et d’aldéhydes tous potentiellement toxiques. La peroxydation des acides
gras polyinsaturés produit des aldéhydes connus sous le nom hydroxylalcènes (HNE). Les HNE
peuvent avoir des effets génotoxiques et cytoxiques et induire la production de protéines de choc
thermique, inhiber la division cellulaire et induire la fragmentation de l’ADN. Il semblerait que le
GSH soit capable de se combiner aux molécules de HNE dans le macrophage et ainsi limiter les
dommages engendrés par les HNE (93).
32
Figure 2: Défense antioxydante reliée au sélénium, le sélénium agit comme cofacteur essentiel de la GPx-1
Légende:
ROOH: Hydroperoxyde ROH: Alcool GSH: Glutathion GSSG: Glutathion oxydé NADP: Nicotinamide dinucleotide phosphate NADPH:NADP réduit G-6-P: Glucose-6-phosphate G-6-P: 6-phosphogluconate
Il a été récemment rapporté lors d’une étude prospective dans une cohorte de patients présentant
des maladies coronariennes documentées par angiographie, que l’activité de la glutathion
peroxydase érythrocytaire était inversement associée avec des événements cardiovasculaires
fatals ou non (94). La glutathion peroxidase 1 semble une enzyme antiathérogénique importante
puisqu’elle semble avoir un rôle majeur dans la prévention du stress oxydant (94).
Il semblerait que l’obésité serait un facteur de risque indépendant pour la peroxidation lipidique
et diminuerait les enzymes cytoprotectives chez l’humain, y compris la GPx (95).
33
2.3.2 Interactions du sélénium avec le mercure
Le sélénium semble réduire la toxicité de plusieurs métaux par la formation de composés
séléniures (produits des sélénites en présence de glutathion) inertes. Le mercure ou le
méthylmercure retrouvés dans la nourriture marine pourrait se combiner au sélénium, offrant
ainsi une certaine protection contre la toxicité du mercure (40). Les mécanismes de ces
interactions sont encore peu connus. Le sélénite (Se4+) peut présenter des propriétés pro-
oxydantes tout comme le mercure Hg2+ lorsqu’il est administré seul. Cependant, cette toxicité du
sélénite semble rapidement diminuer lorsque le sélénide se forme en présence de glutathion. De
plus, le séléniure forme un complexe Hg-Se/S lequel se lie ensuite à une sélénoprotéine P pour
former un complexe tertiaire (Hg-Se/S)-Sel-P (96,97). La littérature rapporte que les ions
mercure se lient au sélénium pour former un composé biologiquement inactif et la toxicité de ce
complexe est très faible comparé à celle des deux sels qui le forment : chlorure de mercure et
sélénite de sodium. Chez l’animal, le mercure produit une très forte inhibition d’un grand nombre
d’enzymes ayant des groupements fonctionnels thiols (SH). Le mercure pourrait en fait se lier au
groupement SH de l’enzyme ce qui changerait la conformation de l’enzyme et l’inactiverait.
Encore une fois, l’addition de sélénium restore les propriétés des enzymes touchées par le
mercure, probablement en se complexant avec le mercure (98). De plus, le glutathion, un
antioxydant connu, joue un rôle clé dans l’excrétion du MeHg via la formation d’un complexe
GSH-MeHg (99). Le sélénium et la cystéine sont également connus pour être capables de contrer
la neurotoxicité du MeHg dans des modèles expérimentaux. Le Se, un cofacteur de la GPx
pourrait protéger de la neurotoxicité du MeHg via deux mécanismes : le premier implique la
conversion du radical méthyle du MeHg en méthane par une réaction de réduction effectué à
l’aide du GSH. L’autre impliquerait une réduction des radicaux libres (ROS), comme les
peroxydes lipidiques, grâce à l’activation de la GPx. La GPx réduit les peroxydes en des
composés moins toxiques (38,100). D’autres études ont rapporté que la cystéine pouvait
également protéger contre la neurotoxicité du MeHg en formant des complexes avec le mercure.
Ainsi, la formation des composés cystéine-mercure est favorisée par la grande affinité du mercure
pour les groupements thiols de la cystéine (38). Plus récemment, une étude a indiqué que le
mercure était détoxiqué par le sélénium grâce à la formation d’un complexe entre une protéine
spécifique du plasma, non identifiée, et les deux éléments dans un ratio équimolaire. Le mercure
34
et le sélénium interagiraient avec les acides aminés basiques de la protéine, et cette protéine serait
capable de lier l’héparine (101).
Par ailleurs, ces études sont souvent in vitro ou sur des modèles animaux supplémentés avec des
sels de mercure et de sélénium qui ne correspondent pas vraiment aux formes physico-chimiques
sous lesquelles on retrouve normalement ces deux éléments dans la nourriture.
3. Les molécules redox
3.1 La vitamine E
La vitamine E a été découverte en 1922 par Evans et Bishop, qui l’ont alors surnommée facteur
de fertilité X. Elle a été nommée tocophérol plus tard, en 1924 par Bennet Sure. Le terme
tocophérol provient du terme grec «tòkos» signifiant naissance et «phérin» signifiant «menant à»
afin d’indiquer son caractère indispensable pour la fertilité des rats (102). Le terme vitamine E
couvre 8 formes différentes, 4 tocophérols (α, β, γ, δ) et 4 tocotrienols (α, β, γ, δ), toutes
contiennent un anneau chroman avec un nombre variable de groupements méthyle et une chaîne
latérale liée à la position 2 de cet anneau (102).
Les propriétés antioxydantes de la vitamine E ont été reconnues depuis le début des années 1930.
En effet, avec la détection de sa capacité antioxydante, elle a été classée comme étant un
antioxydant liposoluble majeur protégeant les membranes des dommages oxydatifs (102).
Depuis, le recherche sur la vitamine E est restée centrée sur ces propriétés jusqu’aux années
1990, où d’autres fonctions de la vitamine E ont été découvertes, non reliées à sa capacité
antioxydante, telles que la signalisation cellulaire et la régulation des gènes. Des protéines de
liaison et de transfert pour l’α-tocophérol ont été découvertes, alors qu’on découvrait également
que les formes autres que l’α-tocophérol se dégradaient vraiment rapidement (102).
La concentration plasmatique moyenne mesurée d’α-tocophérol dans les populations
occidentales est d’environ 25 µmoles/L et le γ-tocophérol se situe entre 1.5 et 3.0 µmoles/L
(103,104). L’α-tocophérol est l’isomère le plus actif biologiquement et chimiquement (105). En
35
fait, la réaction antioxydante de l’α-tocophérol ne se produit pas avec une molécule d’oxygène.
En effet, le principe d’une réaction antioxydante n’est pas simplement l’élimination d’un atome
d’oxygène, mais aussi l’interception d’un processus de réaction en chaîne d’autooxydation, qui
n’est pas perpétuée directement par l’oxygène, mais plutôt par l’oxydation des acides gras. L’α-
tocophérol réagit avec des radicaux peroxydes d’acides gras, les produits primaires de la
peroxydation lipidique, et interrompt la réaction en chaîne (105).
3.1.1 La vitamine E et les maladies cardiovasculaires
Au cours des dernières années, les études concernant la vitamine E et les maladies
cardiovasculaires ont rapporté des résultats contradictoires. Pourtant, un résultat constant parmi
ces études est le fait que les gens qui consomment de grandes quantités de fruits et de légumes
ont des taux de maladies cardiovasculaires plus faibles que les autres, possiblement à cause de
l’ingestion d’une plus grande quantité d’antioxydants. Les mécanismes exacts d’une telle
protection restent encore à élucider, mais les études s’accordent pour dire que les antioxydants
naturels pourraient retarder et même prévenir certaines étapes de l’athérosclérose. Il est
généralement admis que la particule LDL oxydée jouerait un rôle important dans l’initiation de
l’athérosclérose, et il a été rapporté que la vitamine E pouvait inhiber cette réaction d’oxydation
(106). Les études descriptives sont utiles pour générer des hypothèses, mais leur design empêche
un contrôle adéquat des facteurs potentiellement confondants qui pourraient avoir autant d’effets
que la vitamine E elle-même. Les études observationnelles donnent plus de contrôle au chercheur
sur les variables étudiées. Par exemple, une grande étude cas-témoins, EURAMIC (European
Community Mulitcenter Study on Antioxidants, Myocardial Infarction, and Breast Cancer) a
comparé la concentration de vitamine E dans les tissus adipeux de 683 sujets atteints d’infarctus
du myocarde (IM) et de 727 témoins. La concentration moyenne d’α-tocophérol dans les deux
groupes était semblable et n’était pas associée avec le risque de IM. Par ailleurs, la
supplémentation en vitamine E semble être associée avec un risque plus faible de IM (107). Des
études prospectives de cohorte ont également étudié la relation entre la prise de vitamine E et
l’incidence de maladies coronariennes, voir tableau 3. Ces études suggèrent que les antioxydants
ont des effets bénéfiques importants, mais ces études ont des limites importantes. Par exemple, il
36
peut y avoir des facteurs confondants qui ont un effet de la même ampleur que l’intervention, et
la consommation d’antioxydants serait simplement un marqueur pour d’autres facteurs
cardioprotecteurs tels que l’alimentation et l’exercice (106). De plus, les antioxydants chez les
individus prenant des suppléments tendent à être hautement corrélés entre eux, ce qui complique
la détermination des effets spécifiques pour un antioxydant en particulier (106).
Par ailleurs, des études cliniques utilisant la vitamine E en prévention primaire n’ont pas observé
d’effet bénéfique sur la réduction des maladies cardiovasculaires (108-110). Une grande étude
clinique utilisant la vitamine E en prévention secondaire a eu plus de succès : en effet, l’étude
GISSI (Gruppo Italiano per lo Studio della Sopravvivenza nell’Infarto miocardio) a vu un effet
statistiquement significatif sur les événements cardiovasculaires secondaires (111). Le tableau 4
montre les autres études randomisées utilisant la vitamine E.
37
Tableau 3: Études prospectives portant sur l’effet de vitamine E dans la prévention des maladies cardiovasculaires
Études Population Exposition Durée
(années)
Réduction des risques attribuable à la vit E
Nurses’ Health Study (112) 87 245 infirmières, 34-59 ans
Vitamine E dans l’alimentation et suppléments
8 Oui
Health Professionals
Follow-up (113)
39 910 hommes, 40-75 ans
Vitamine E dans l’alimentation et les suppléments
4 Oui
Iowa Women’s Health
Study (114)
34 486 femmes post-ménopausées, 55-69 ans
Vitamine E dans l’alimentation et suppléments
7 Oui
Finnnish Cohort (80) 5 133 hommes, 30-69 ans
Alimentation seulement
12-16 Oui
French Canadian Men
(115)
2 313 hommes dans la quarantaine
Vitamine E dans l’alimentation et suppléments
5 Oui
Multiple Risk Factor
Intervention (116)
734 hommes, 35-57 ans
Échantillons de sang pris il y a 20 ans
20 Non
Established Populations for
Epidemiologic Studies of
the Elderly (117)
11 178 hommes et femmes, 67-105 ans
Suppléments de vitamine E et C
9 Oui
Rotterdam (118) 4 802 hommes et femmes
Antioxydants de l’alimentation
4 Non
38
Tableau 4: Études interventionelles randomisées utilisant la vitamine E
Études Population Exposition Durée
(années)
Réduction des risques attribuable à la vit E
ATBC (119) Hommes, fumeurs, 50-69 ans, avec antécédent de IM, 963 traités, 799 contrôles
Vit E, 50 mg 5.3 Pas d’effet
CHAOS
(120)
84% hommes, maladies coronaires, 1035 traités/ 967 contrôles
Vit E, 400-
800 IU
1.4 Vit E réduit le taux des IM non létaux
GISSI (111) 85% hommes, IM récent
5660 traités/5664 contrôles
Vit E, 300 mg 3.5 Pas d’effet, sauf pour les événements secondaires
HOPE (121) 66 ans, maladie cardiovasculaire ou diabète connu, 4761 traités/4780 contrôles
Vit E, 400 IU 4.5 Pas d’effet
HPS (122) 75 % hommes, 40-80 ans, maladies vasculaires connues ou à risque, 10 269 traités/10 267 contrôles
Vit E 600 mg,
Vit C 250 mg
5 Pas d’effet
PPP (109) Prévention primaire avec des patients ayant au moins un facteur de risque, 50-80 ans
2231 traités/2264 contrôles
Vit E, 300 mg 3.6 Les résultats ne sont pas concluants
Les antioxydants ont été utilisés pour traiter et ralentir la progression de l’athérosclérose
dans des études d’interventions, sans toutefois produire les effets escomptés. Dans le cas de
la vitamine E, plusieurs études ne rapportent pas d’effets bénéfiques. Une des raisons qui
pourrait expliquer ces résultats décevants serait le manque d’identification de critères plus
39
rigoureux pour le choix des candidats à un traitement antioxydant. De plus, la vitamine se
compose principalement d’α-tocophérol, mais la γ-tocophérol pourrait également jouer un
rôle plus important que celui qu’on lui accorde dans la prévention des maladies
cardiovasculaires (123).
3.2 La coenzyme Q10
Les coenzymes Q ou ubiquinones sont une famille de molécules dont les différents
membres possèdent une structure quinoidale et une chaîne latérale polyisoprénoïde. Les
homologues diffèrent dans leur nombre d’unités polyisoprène dans la chaîne latérale,
variant ainsi le nom de la coenzyme en Q6, Q7, ou Q10. Chacune des espèces synthétise
habituellement préférentiellement une forme, par exemple les levures produisent de la Q6,
les rats et les souris de la Q7 et l’homme de la Q10. En fait, le corps humain contient
habituellement 2 grammes de coenzyme Q10 dont environ un demi-gramme provient de
l’alimentation quotidienne (124). La viande rouge (8-203 µg/g), la volaille (17 µg/g) et le
poisson (4-27 µg/g) sont les sources alimentaires les plus riches de coenzyme Q10 (125).
La coenzyme Q10 joue un rôle majeur dans le transport intracellulaire des électrons dans la
chaîne respiratoire et est couplée avec la phosphorylation oxydative (124). Par ailleurs, la
particule LDL contient, en plus de l’α-tocophérol, de l’ubiquinol-10 (la forme réduite de la
coenzyme Q10, CoQ10H2) et en moindre quantité de l’ubiquinone-10 (la forme oxydée de
la coenzyme Q10, CoQ10) (126). La coenzyme Q10 serait un antioxydant potentiel dans les
lipoprotéines en agissant comme un briseur de la réaction en chaîne d’oxydation ou bien
via la régénération de l’α-tocophérol, ayant dans les deux cas un rôle sur la fonction de la
vitamine E (127). Stocker et al ont proposé que la coenzyme Q10 réduite protège la
particule LDL de l’oxydation plus efficacement que l’α-tocophérol (128). En effet, la
coenzyme Q10 réduite est le premier antioxydant liposoluble à être consumé lors d’un
stress oxydant. De plus, le taux d’oxydation des LDL est faible lorsque l’ubiquinol-10 est
présent, mais s’accroît lorsqu’il n’y a plus d’ubiquinol-10, même s’il reste de l’α-
tocophérol et du β-carotène en grandes quantités (128). Par ailleurs, la supplémentation en
40
coenzyme Q10 ne change pas le ratio ubiquinol-10/coenzyme Q10 totale qui reste > 85%
chez des sujets sains (129).
3.2.1 La coenzyme Q10 et les maladies cardiovasculaires
La coenzyme Q10 a été utilisée pour la première fois en 1965 pour le traitement des
maladies cardiovasculaires (130). Le rationnel de l’utilisation de la coenzyme Q10 dans les
maladies cardiovasculaires était d’abord la correction d’un déficit mesurable de la
coenzyme Q10 dans le sang et dans le myocarde, qui corrélait directement avec le degré de
l’affaiblissement du ventricule gauche (130). Des études contrôlées randomisées
impliquant des patients ayant eu des arrêts cardiaques et supplémentés à la coenzyme Q10
ont démontré des améliorations par rapport aux groupes témoins. Des améliorations
significatives ont été observées dans la fraction d’éjection et dans le statut fonctionnel du
cœur en général. Une méta analyse des études contrôlées utilisant la cœnzyme Q10 chez
des patients souffrant d’arrêts cardiaques ont démontré une amélioration significative de la
fonction cardiaque (131). De même, la supplémentation en coenzyme Q10 a résulté en une
amélioration de la fonction diastolique et une diminution de l’épaisseur du myocarde
(132,133). Les études contrôlées randomisées concernant les ischémies cardiaques
montrent une amélioration de l’efficacité du myocarde, probablement par une amélioration
dans la fonction ATPase sodium potassium dépendante (134).
Par ailleurs, les propriétés antioxydantes de la coenzyme Q10 et le fait que dans le plasma,
60% du pool de cette molécule se retrouve dans le LDL ont amené des recherches sur ses
effets potentiellement bénéfiques contre l’oxydation du LDL. En effet, il est généralement
reconnu que les LDL oxydés ont une grande importance dans le développement de
l’athérosclérose. Donc, une supplémentation en coenzyme Q10 protégerait le LDL de
l’oxydation (135).
Les Inuits du Groenland ont une faible prévalence de maladies cardiaques ischémiques,
partiellement expliquée par un développement plus faible de l’athérosclérose. Comme
l’athérosclérose peut se développer à la suite d’un stress oxydant, la capacité antioxydante
41
devient alors importante. Or, il a été démontré que les Inuit du Groenland ont une quantité
plus grande de coenzyme Q10 dans leur plasma que les Danois, la population témoin. Les
niveaux de coenzyme Q10 sont associés avec l’âge. Ces niveaux de coenzyme Q10
reflètent l’alimentation, où il y a bioaccumulation, ce qui constitue probablement une part
substantielle de la défense antioxydante chez les Inuit (136).
Enfin, il a été proposé que le ratio coenzyme Q10 réduite sur coenzyme Q10 totale
(ubiquinol-10 ou CoQ10 H2/CoQ10 totale) puisse être un marqueur de stress oxydant (137).
Il a été démontré chez des sujets sains que le ratio ubiquinol-10/CoQ10 totale était de 95%
et que ce ratio diminuait chez des patients atteints de maladies présentant un stress
oxydant : hépatite, cirrhose et maladies cardiovasculaires (126,137,138).
4 L’homocystéine
L’homocystéine est un acide aminé intermédiaire formé lors du métabolisme de la
méthionine. Cet acide aminé est métabolisé par un des deux voies métaboliques : la
reméthylation impliquant la méthionine synthase, dépendante de la vitamine B12, le N5-
méthyl-tétrahydrofolate est le donneur de méthyl et lorsqu’il y a un excès de méthionine ou
lorsque la synthèse de cystéine est nécessaire, l’homocystéine est métabolisée par la voie de
transsulfuration, dépendant de la vitamine B6 ( cystathionine β-synthase), la cystathionine
est subséquemment hydrolysée pour former la cystéine, qui peut alors être incorporée dans
le glutathion ou être métabolisé en sulfate et être excrétée dans l’urine (139).
L’homocystinurie est un désordre métabolique dû à une déficience de la cystathionine bêta-
synthase produisant une augmentation de l’homocystéine et de la méthionine urinaires. Les
symptômes cliniques se retrouvent au niveau des yeux, du système nerveux central, du
squelette et du système vasculaire (retard mental, problèmes au système nerveux central,
1/3 des patients ont une intelligence normale, yeux : ectopia lentis, lésions thrombotiques
des artères et des veines, on observe des thromboses en jeune âge (0,2 – 8 ans) (140).
42
En plus de la déficience en cystathionine β-synthase, 7 causes autres pour
l’homocysteinurie sont connues : défaut du métabolisme de la vitamine B12, déficience de
la N(5,10) methylènetétrahydrofolateréductase, malabsorption intestinale sélective de la
vitamine B12, homocystiuria sensible à la vitamine B12 ( cb1 E type), déficience en
méthylcobalamine (cb1 G type), défaut du métabolisme de la vitamine B12 (type 2) et
déficience en transcobalamine. La déficience en vitamine B12, B6 et en folate compte pour
2/3 des cas d’hypercyst(e)inemie) (140). L’homozygote de la déficience en β-synthase peut
être associé à des concentrations d’homocystéine de plus de 400µmol/L à jeun (141).
L’homozygote est rare (1/200 000). Les hétérozygotes ont une hyperhomocyst(e)inémie
beaucoup moins marquée, entre 20 et 40 µmol/L, approximativement 2 à 4 fois plus élevé
que le taux normal (5-10 µmol/L) (141).
Par ailleurs, la déficience en méthylènetétrahydrofolate réductase (MTHFR) est la cause
innée la plus commune d’une erreur du métabolisme du folate. Dans la forme classique, des
enzymes thermostable et thermolabile ont été identifiées. Kang et ses collègues (142) ont
rapporté en 1988 un variant thermolabile de la MTHFR contenant une mutation ponctuelle
(C677T) dans la région codante pour le site liant N5-N10-methylenetetrahydrofolate,
menant à une substitution de la valine pour l’analine. Cette mutation a été rapportée dans
38% de la population des Canadien-Français et dans 5-15 % de la population canadienne.
Les homozygotes de la déficience MTHFR, l’enzyme impliquée dans le processus de la
reméthylation de l’homocystéine en méthionine dépendante de la vitamine B12, peuvent
également souffrir d’hyperhomocyst(e)inémie (142).
4.1 L’homocystéine et les maladies cardiovasculaires
En 1969, McCully et al ont été les premiers à proposer que l’hyperhomocyst(e)inémie
puisse être athérogénique (143). Plus encore, certains auteurs ont conclu que le risque de
maladies cardiovasculaires est fonction et proportionnel à la concentration d’homocystéine
43
dans le plasma, de façon similaire à la relation entre le cholestérol et les maladies
coronariennes (CHD).
Des évidences expérimentales suggèrent que les propriétés athérogéniques de
l’hyperhomocystéinémie résultent d’un stress oxydant. L’homocystéine est rapidement
autooxydée lorsqu’elle est dans le plasma, formant l’homocystine, des disulfides mixtes et
des thiolactones. Des espèces réactives oxygénées seraient alors produites pendant l’auto-
oxydation de l’homocystéine (139). L’homocystéine pourrait également promouvoir la
prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires, contribuant à l’athérosclérose.
Plusieurs mécanismes peuvent être en cause, par exemple : les blessures aux cellules de
l’endothélium vasculaire peuvent diminuer les propriétés antithrombotiques de cet
endothélium en augmentant l’activation du facteur V de la coagulation, en inhibant
l’expression de surface des thrombomodulines et diminuant l’activation de la protéine C
par les cellules endothéliales. De plus, l’homocystéine pourrait altérer la liaison de
l’activateur plasminogène aux cellules endothéliales, augmenter le facteur XII et les
facteurs von Willebrand, augmenter l’expression de facteurs de tissu, l’activation des
plaquettes, augmenter l’activation du facteur X par la prothrombine. L’homocystéine
pourrait également favoriser la liaison de la lp(a) à la fibrine (144).
Par ailleurs, ces résultats sont controversés et d’autres observations ont soulevé des
questions à propos de l’homoscystéine en temps que facteur de risque pour les maladies
cardiovasculaires (145).
1- Des études prospectives ont démontré une relation faible ou nulle entre l’homocystéine
et les maladies cardiovasculaires.
2- Plusieurs facteurs de risques traditionnels peuvent être associés à l’homocystéine et être
confondants.
3- L’homocystéine est associée à la fonction rénale, et l’hyperhomocystéinémie peut
refléter une néphrosclérose précoce.
4- La transition C677T de la MTHFR cause une augmentation modérée des concentrations
d’homocystéine, mais ne semble pas augmenter le risque de maladies cardiovasculaires.
44
Même récemment, des revues de la littérature concernant des études de supplémentation
d’acide folique et de vitamine B12 alimentent encore quelques controverses. On rapporte
que la diminution de 25% de l’homocystéine plasmatique serait associée à une diminution
de 10 % du risque de maladies coronariennes. Ces résultats dépendent de la manière dont
les études sont menées : supplémentation de vitamines en prévention primaire des maladies
ou en prévention secondaire des maladies (146).
5 Le stress oxydant
La vie implique une lutte constante contre l’entropie. Il faut donc de l’énergie pour
maintenir un organisme en ordre. Pour les humains, cette énergie est captée dans des
réactions d’oxydation pour construire des structures cellulaires, maintenir ces structures et
fournir de l’énergie pour leur fonctionnement. L’énergie utilisée provient alors du
mouvement des électrons des molécules oxydables. Il en résulte un environnement
globalement réducteur dans les cellules et les tissus. Les couples de molécules redox dans
les cellules sont bien sûr sensibles au flot d’électrons et donc aux changements
d'oxydoréduction de leur environnement. Certains couples redox sont liés à d’autres pour
former une série de couples apparentés. L’environnement redox de la cellule est un reflet de
l’état de ces couples. L’état redox est un terme qui a été utilisé historiquement pour décrire
le rapport interconvertible de la forme réduite à la forme oxydée d’un couple redox
spécifique (147). L’environnement d’une série de couples redox liés retrouvés dans les
fluides biologiques, les organelles, les cellules ou les tissus est la somme des produits de
réduction et de la capacité réductrice de ces couples redox. Le potentiel réducteur peut être
perçu comme un voltage et la capacité réductrice serait déterminée par le nombre
d’électrons disponibles (147).
45
5.1 Les radicaux libres
Les radicaux libres sont définis comme des molécules ayant un électron de valence non-
pairé dans l’orbite externe. Il est en général instable et très réactif (148). Exemples de
radicaux libres : superoxyde, hydroxyl (•OH), peroxyl (RO2•), alkoxyl (RO•) et
hydroperoxyl radical (HO2•). L’oxyde nitrique (•NO) et le dioxyde d’azote (•NO2) sont
deux radicaux libres azotés. Les radicaux libres d’oxygène et d’azote peuvent être
également convertis en espèces non radicalaires, mais également réactives, comme le
peroxyde d’hydrogène (H2O2), l’acide hypochlorique (HOCl), l’acide hypobromeux
(HOBr) et les peroxynitrites (ONOO-). Les espèces réactives oxygénées (ROS), les espèces
réactives azotées (RNS) et les espèces réactives chlorées sont produites chez l’animal et
l’humain dans des conditions normales physiologiques, qui peuvent devenir pathologiques
lorsqu’elles sont produites en excès (23).
Les radicaux libres jouent un rôle important dans l’origine de la vie et l’évolution
biologique par leurs effets bénéfiques sur les organismes vivants. Par exemple, les ROS
peuvent agir comme signaux de transduction et de transcription génique (149,150). Le NO
est l’une des molécules de signalisation les plus répandues et elle participe au
fonctionnement de presque toutes les cellules et les organes du corps (151,152). La
production de NO par les cellules endothéliales est essentielle pour la régulation de la
relaxation et la prolifération des cellules musculaires lisses, pour l’adhésion leucocytaire,
l’agrégation plaquettaire, l’angiogenèse, le tonus vasculaire et l’hémodynamisme (152). De
plus, le NO produit par les neurones sert de neurotransmetteur tandis que le NO produit par
les macrophages sert de médiateur pour la réponse immunitaire (153).
Par ailleurs, les radicaux libres et les autres espèces réactives sont oxydantes et inhibent les
enzymes contenant un centre Fe-S en les oxydant, ce qui peut alors provoquer la mort
cellulaire (153). Les effets cytotoxiques des radicaux libres peuvent endommager les
cellules des mammifères et être responsables de la pathogenèse de plusieurs maladies
chroniques en même temps qu’ils sont responsables de la mort des agents pathogènes par le
biais des macrophages activés (154). Il y a donc deux faces à la biologie des radicaux
46
libres : 1) ils servent de molécules de signalisation et de régulation à des concentrations
physiologiques 2) à des concentrations pathologiques, ils peuvent devenir des oxydants très
cytotoxiques (153).
5.2 Production des radicaux libres
L’oxygène est requis pour la génération de tous les ROS, les RNS et les espèces réactives
chlorées (153). Les réactions majeures pour la production des ROS et des RNS sont
présentées dans la Figure 3 tirée de l’étude de Fang et collaborateurs (24).
47
Figure 3 : Productions des radicaux libres oxygénés (ROS) et azotés (RNS) et autres espèces réactives dans les cellules des mammifères. AA : acides aminés ; Arg : L-arginine ; BH4, : (6R)-5,6,7,8-tétrahydro-L-bioptérine ; CH2O ; formaldéhyde ; Cit : L-citrulline ; DQ : diquat ; ETS : système de transport d’électrons ; FAD : dinucléotide flavine adénine (oxydé) ; FADH2 : dinucléotide flavine adénine (réduit) ; Gly : glycine ; H2O2 : peroxyde d’hydrogène ; HOCL : acide hypochloreux ; H•LOH : radical lipidique hydroxy ; LOOH : hydroperoxyde lipidique ; MPO : myéloperoxydase ; NAD+ : dinucléotide nicotinamide adénine (oxydé) ; NADH : dinucléotide nicotinamide adénine (réduit) ; NADP+ : dinucléotide nicotinamide adénine phosphate (oxydé) ; NADPH : dinucléotide nicotinamide adénine phosphate (réduit) ; • NO : oxyde nitrique ; O2
- : radical anion superoxyde ; •OH : radical hydroxyle ; ONOO- : peroxynitrite ; P-450 : cytochrome P-450 ; PDG : glutaminase sulfate dépendante ; Sar : sarcosine ; SOD : superoxyde dismutase ; Vit C : vitamine C ; Vit E : vitamine E (α-tocophérol)
Le NO est formé à partir de la L-arginine par une des trois isoformes de NO synthase :
nNOS (constitutive dans les tissus neuronaux), iNOS (inductible par les cytokines dans les
48
macrophages activés et dans le foie) et eNOS (constitutive dans les cellules endothéliales
vasculaires). Toutes les isoformes de NOS requièrent de l’oxygène, de la
tétrahydrobioptérine, du nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADPH), de la
calmoduline, de la flavine adénine dinucléotide (FMN) et un noyau hème pour les activités
catalytiques, alors que le Ca2+ est également essentiel pour l’activité de nNOS et eNOS
(155). Le superoxyde est généré par l’oxygène de multiples façons : 1) Oxydation du
NADPH par la NADPH oxydase, 2) oxydation de la xanthine ou de l’hypoxanthine par la
xanthine oxydase, 3) oxydation des équivalents réducteurs (NADH, NADPH et FADH2)
via le système mitochondrial de transport des électrons, 4) l’autooxydation des
monoamines (dopamine, épinéphrine, norépinéphrine), flavine et hémoglobine en présence
de métaux de transition, 5) réduction du O2 par le cytochrome p450, 6) par réduction grâce
à électron de O2 , par nNOS ou eNOS lorsque l’apport en arginine ou en
tétrahydrobioptérine est déficient (153).
Sous des conditions physiologiques, environ 1 à 3% de l’oxygène consommé par le corps
est converti en ROS (156). Au cours de sa vie, un individu peut être à risque de subir un
stress oxydant induit soit par une grande quantité d’oxygène consommée (travail harassant
ou compétitions sportives), soit par une activation auto-immune du système immunitaire
(«burst» des cellules polymorphonucléaires ou mononucléaires), soit par des facteurs
environnementaux (pollution contenant du NO, du NO2 et des radicaux hydroxyles). Une
exposition prolongée à des radicaux libres, même à basse concentration peut engendrer des
dommages à des molécules biologiquement importantes et potentiellement mener à la
mutation de l’ADN et aux maladies (153). Donc, quoique l’oxygène soit absolument
essentiel à la vie, il peut être toxique sous certaines conditions.
5.3 La particule LDL oxydée (LDLOx)
Les LDL oxydées représentent une population hétérogène de particules LDL modifiées qui
diffèrent dans leur composition chimique et dans leurs propriétés fonctionnelles des
particules LDL normales (157). En effet, ces particules LDL oxydées ont des propriétés
49
antigéniques qui mènent à la formation d’anticorps et à une réaction inflammatoire,
entraînant la formation de lésions athérosclérotiques (158). Les particules LDL denses
seraient particulièrement susceptibles de participer au processus inflammatoire, à cause de
leur affinité aux protéoglycans subintimaux (159) et leur tendance à être facilement
oxydées (160). Une petite taille des LDL a d’ailleurs été associée avec les facteurs de risque
de maladies cardiovasculaires qui constituent le syndrome métabolique (161). Les LDL de
petite taille ont également été associées avec le développement de l’athérosclérose, mesurée
par angiographie coronaire (162). Il a été rapporté que les niveaux de LDL oxydées
puissent être associés à de l’athérosclérose subclinique et à certaines variables
inflammatoires telles que la CRP et le TNF-α, supportant l’hypothèse que la particule LDL
joue un rôle important dans le développement de l’athérosclérose (163,164). Enfin, il a été
démontré que des concentrations élevées de LDLOx étaient prédictives d’événements
coronariens chez des hommes apparemment en bonne santé. Le LDLOx pourrait alors être
considéré comme un marqueur du risque pour les complications cliniques associées aux
maladies coronariennes (165).
5.4 Élimination des radicaux libres
Les radicaux libres sont éliminés/neutralisés de leur milieu par des réactions enzymatiques
et non enzymatiques (24), présentées dans la Figure 4. Le NO est rapidement oxydé par
l’oxyhémoglobine pour former du NO3- (nitrate), le produit d’oxydation majeur du NO
retrouvé dans le corps. Le NO réagit également avec le glutathion (GSH) pour former le
nitrosothiol ou avec un groupement hème pour former le hème-NO. Physiologiquement, le
nitrosothiol peut servir de véhicule pour transporter le NO dans le plasma et ainsi
augmenter la demi-vie des concentrations physiologiques bénéfiques du NO. Les résidus
tyrosine des protéines peuvent être nitrosylées par le NO ou son dérivé peroxynitrite. Le
GSH peut réduire les molécules ONOO- avec formation de GSSG, lequel est reconverti en
GSH par la glutathion réductase, dépendante de NADPH (166). Les principales défenses de
l’organisme contre les ROS sont la superoxyde dismutase (SOD), les glutathion
peroxydases, la glutathion réductase, la catalase et les nutriments antioxydants. La vitamine
50
E peut transférer son hydrogène phénolique à un radical libre peroxyl d’un acide gras
polyinsaturé à longue chaîne, brisant alors la réaction en chaîne et empêchant ainsi la
peroxydation des acides gras polyinsaturés des phospholipides dans les membranes
cellulaires. La vitamine C réagit en agent réducteur avec un radical de la vitamine E pour
produire de la vitamine E (Figure 4). Contrairement au radical de la vitamine E, le radical
de la vitamine C n’est pas une espèce réactive car son électron non-pairé est stable
énergétiquement (24). Par la suite, le radical de la vitamine C est reconverti en vitamine C
grâce au GSH. Le GSH est synthétisé à partir du glutamate, de la cystéine et de la glycine.
Le GSH est une composante majeure de la défense antioxydante de la cellule et il possède
les caractéristiques suivantes : 1) le GSH de l’alimentation peut être partiellement absorbé
par le petit intestin et peut être synthétisé de novo, c’est donc un antioxydant endogène et
exogène, 2) le radical GS• formé lors de l’oxydation du GSH est un radical prooxydant, il
peut également réagir avec un autre GS• pour former le GSSG, lequel sera réduit en GSH
par la GR dépendante du NADPH, 3) le GSH peut réagir avec une grande variété de
composés électrophiles xénobiotiques, des réactions catalysées par des glutathion-s-
transférases, 4) le GSH élimine efficacement les ROS directement et indirectement par des
réactions enzymatiques, 5) le GSH peut se conjuguer avec le NO pour former des adduits
S-nitroso glutathion, qui sont alors clivés par le système thioredoxine qui relâche alors du
GSH et du NO, 6) le GSH interagit avec la glutaredoxine (protéines thiol), lesquelles jouent
un rôle important dans la régulation de l’homéostasie cellulaire redox (155). Le
métabolisme du glucose joue également un rôle crucial en produisant le NADPH nécessaire
au maintien d’un état redox normal du couple GSH-GSSG dans les cellules (figure 4).
Lorsque la concentration intracellulaire de GSH diminue et celle du GSSG augmente, la
demande cellulaire de NADPH augmente significativement (166).
51
Figure 4: Métabolisme du glutathion. Élimination des radicaux libres oxygénés et azotés et autres espèces réactives dans les cellules de mammifères. ADP : adénosine triphosphate ; BH4, : (6R)-5,6,7,8-tétrahydro-L-bioptérine ; Carn : carnosine ; Cat : catalase ; Cit : citrulline ; Cyt C : cytochrome C ; ETS : systèeme de transport des électrons ; Glu : L-glutamate ; Gly : glycine ; γ-Glu-CySH : γ-glutamyl-cystéine ; GS-SG : glutahion oxydé ; GSH : glutathion (réduit) ; GSH-Px : glutathione peroxydase ; GSH-R : glutathione réductase ; GSH-T : glutathione-S-transférase ; GSNO : glutathion nitrosylaté ; HbO2 : oxyhemoglobine ; Heme-NO : oxyde nitrique dans le groupement hème ; His : histidine ; LOH : alcool lipidique ; LOO• radical lipidique peroxyl ; LOOH : hydroperoxyde lipidique ; •NO : oxyde nitrique ; NO3
- nitrate ; O2- : anion superoxyde radicalaire ; ONOO-
: peroxynitrite ; PC : cycle pentose ; R• : radicalaire ; R : non-radicalaire ; R5P : ribulose 5-phosphate ; SOD : superoxyde dismutase ; Tau : taurine ; Vit C : vitamine C ; Vit C• : vitamine C radicalaire ; Vit E : vitamine E (α-tocophérol) ; Vit E• : vitamine E radicalaire.
52
5.5 Évaluation de l’activité radicalaire
Il y a plusieurs façons de mesurer «l’activité radicalaire», dépendamment des conditions
expérimentales, de la disponibilité des outils analytiques et de l’intérêt du chercheur. Il
existe trois approches différentes : 1) détermination des niveaux d’antioxydants endogènes,
2) mesure des produits générés par l’oxydation des macromolécules, 3) détection directe
des radicaux libres.
Afin de mesurer la capacité antioxydante endogène, la plupart des études ont examiné la
concentration des antioxydants (vitamine E, C, caroténoïdes, le folate et le GSH) dans le
plasma et les cellules. D’autres groupes de recherche ont mesuré l’activité d’enzymes
antioxydantes telles que les glutathions peroxydase et réductase, la superoxyde dismutase,
et la catalase. Les produits d’oxydation des macromolécules incluent les peroxydes
lipidiques, les isoprostanes, le malondialdéhyde, le 4-hydroxynonenal (4-HNE) et les
protéines nitrotyrosine. Des produits spécifiques de l’oxydation de l’ADN comme la 8-
hydroxy-guanosine, la 5-OH cytosine, la 8-OH adénine, la 8-OH guanine et le thymine
glycol ont tous été utilisés pour mesurer l’oxydation des bases de l’ADN (167).
5.6 Le stress oxydant et les maladies cardiovasculaires
En 1989, Steinberg et al ont proposé l’hypothèse que l’athérosclérose découlait de
modifications oxydatives des LDL (168). Cette hypothèse est basée sur la supposition que
l’oxydation représente une modification biologique analogue aux modifications chimiques
découvertes par Brown et Goldstein (169) concernant les cellules spumeuses. En
conséquence, la LDL oxydée contribuerait à l’athérogenèse en 1) facilitant le recrutement
des monocytes circulant dans les espaces intimaux, 2) inhibant la capacité des macrophages
à quitter l’espace intimal, 3) en augmentant le taux de captation de lipoprotéines menant à
la formation de cellules spumeuses, 4 ) en étant cytotoxique par la perte de l’intégrité
membranaire (169). La Figure 5 résume l’hypothèse selon laquelle des modifications
oxydatives seraient responsables de l’athérosclérose. Stocker et al (170).
53
Figure 5: Des modifications oxydatives des LDL seraient responsables de l’athérosclérose (tiré de Stocker et al.) Le LDL est piégé dans l’espace subendothélial où il subit des modifications oxydatives par les cellules vasculaires présentes (cellules musculaires lisses, cellules endothéliales, macrophages). Ensuite, les LDL ainsi oxydées stimulent l’attraction des monocytes A) empêchent la sortie des monocytes B) et supportent la formation des cellules spumeuses C). Une fois formé, la LDL oxydée amène également de la dysfonction endothéliale D) et les cellules spumeuses deviennent nécrotiques à cause d’une accumulation de LDL oxydées E) (170,171).
L’exposition des cellules vasculaires dans un milieu qui contient des métaux de transition
modifie également le LDL de telle sorte qu’elle est reconnue par le récepteur des
macrophages (172). Il est maintenant démontré que l’oxydation de la particule LDL, et par
conséquent de sa partie apolipoprotéines B-100, la rend susceptible d’être reconnue par le
récepteur du macrophage (173). Par ailleurs, plusieurs études indiquent que le stress
54
oxydant est une caractéristique de plusieurs facteurs de risque de l’athérosclérose tels que le
diabète (174), l’hypertension (175,176) et le tabagisme (177). De plus, il est maintenant
bien établi que le stress oxydant est une conséquence secondaire importante de
l’inflammation. Le processus inflammatoire est modulé par les activités de plusieurs
familles d’enzymes incluant les cyclooxygénases, les lipooxygénases et les peroxydases.
Toutes ces enzymes ont des capacités catalytiques capables de produire des radicaux libres
(178). Il y a donc une grande quantité de données qui lient les événements oxydatifs à la
pathogenèse des maladies cardiovasculaires (178).
6 Les acides gras
Les lipides sont des substances retrouvées dans les organismes vivants et sont insolubles
dans l’eau, mais solubles dans les solvants organiques. Un lipide contient une longue
chaîne hydrocarbonée et peut posséder plusieurs groupements fonctionnels. Les lipides
retrouvés dans les tissus, la circulation sanguine, les huiles isolées de plantes telles que
l’huile de tournesol, l’huile de canola ou d’olive sont tous des esters (Figure 6). En effet, ils
sont des esters de glycérol avec une longue chaîne terminée par un acide carboxylique
(169).
55
Figure 6: Acides gras saturés et insaturés et leurs principales sources.
Le tableau 5 représente les principaux acides gras retrouvés dans le plasma de l’homme.
Les acides gras qui contiennent des double liens sont appelée acides gras insaturés, un acide
gras qui contient plus de deux insaturations est appelé acide gras polyinsaturé (179).
56
Tableau 5: Principaux acides gras retrouvés chez l’humain.
Chaîne de carbone Noms
14 :0 Acide myristique
16 :0 Acide palmitique
18 :0 Acide stéarique
18 :1 n-9 Acide oléique
18 : 2 n-6 Acide linoléique
18 : 3 n-3 Acide α-linoléique
20 : 4n-6 Acide arachidonique
20 :5 n-3 Acide éicosapentaénoïque
22 :5 n-3 Acide docosapentaénoïque
22 :6 n-3 Acide docosahexaénoïque
6.1 Définition et structure des acides gras oméga-3 et oméga-6
Les acides gras polyinsaturés sont nommés par l’identification du nombre de carbones, de
doubles liens et la position du premier double lien dans la chaîne de carbone, compté à
partir de l’extrémité méthyle (l’extrémité méthyle est donc le carbone numéro un). Par
conséquent, une chaîne de 18 carbones, avec deux double liaisons, dont la première en
position six à partir de l’extrémité méthyle est noté 18 :2n-6 (figure 7). Le nom commun de
cet acide gras est l’acide linoléique, alors que le 18 :3n-3 se nomme l’acide α-linolénique.
Ces deux acides gras sont dits «essentiels» car ils ne peuvent pas être synthétisés par les
mammifères (179). Par ailleurs, ces acides gras peuvent être métabolisés par l’ajout de
liaisons doubles et par l’élongation de la chaîne, grâce aux élongases. Ainsi, l’acide
57
linoléique peut être converti en acide γ-linoléïque (18 :3n-6) et en acide dihomo-γ-
linoléïque (20 :3n-6), lequel est converti en acide arachidonique (20 :4n-6). En utilisant les
mêmes élongases, l’acide α-linolénique peut être converti en acide eicosapentaènoïque
(EPA, 20 :5n-3), qui peut être converti en acide docosahexaénoïque (DHA, 22 :5n-3) par
l’addition de deux carbones (figure 7). Il y a donc compétition entre les familles de n-3 et
de n-6 pour le métabolisme (179). Quoique le substrat préféré de la ∆6-désaturase soit
l’acide α-linolénique, l’acide linoléïque est plus abondant dans l’alimentation occidentale
(179). Les huiles provenant de plantes sont riches en acides gras polyinsaturés; le maïs, le
tournesol, le carthame sont des sources importantes d’acide linoléique (Figure 7). Le
poisson (saumon, hareng, thon, maquereau) sont des sources importantes d’EPA et de DHA
(figure 6) (179).
58
Figure 7: Structure et métabolisme des acides gras n-3 et n-6(179).
6.2 Les acides gras oméga-3 et l’inflammation
Le lien qui existe entre les acides gras et l’inflammation provient du fait que les
médiateurs inflammatoires écosanoïdes sont produits à partir des acides gras polyinsaturés
à 20 carbones, libérés par les phospholipides des membranes cellulaires (180). Les cellules
inflammatoires contiennent plus d’acides gras de type n-6 que de type n-3, chez les
59
occidentaux. Donc, l’acide arachidonique est le substrat dominant pour la synthèse des
écosanoïdes par les cyclooxygénases (COX) et les lipoxygénases (LOX), qui incluent les
prostaglandines (PGs), les thromboxanes (TXs), les leukotriènes (LTs) et l’acide
hydroxyeicosatetraenoïque (HETEs). L’acide arachidonique peut être mobilisé par
différentes phospholipases, la plus abondante étant la phospholipase A2, et les acides gras
libres peuvent ensuite servir de substrats pour les enzymes qui produisent les eicosanoïdes
(figure 8) (180).
Figure 8: Synthèse des écosanoïdes à partir de l’acide arachidonique(179).
60
La PGE2 a beaucoup d’effets pro inflammatoires, comme l’induction de la fièvre,
l’augmentation de la perméabilité vasculaire et de la vasodilatation, il signale également la
douleur et l’enflure (180).
LTB4 augmente la perméabilité vasculaire et c’est un agent potentiellement attractant pour
les leucocytes, il induit la libération des enzymes lysosomales, augmente la production
d’espèces oxygénées réactives (ROS) et de cytokines pro inflammatoires telle que le TNF-
α (180). L’augmentation de la consommation d’huiles de poisson a pour effets
d’augmenter la proportion des acides gras n-3 dans les phospholipides des cellules
inflammatoires. Il y a donc une compétition entre l’acide arachidonique et les huiles de
poisson pour le métabolisme inflammatoire. On observe alors une diminution de la
production de PGE2,(181) de TXB2, (182) de LTB4, de 5HETE et de LTE4 (183) par les
cellules inflammatoires. L’EPA est également un substrat pour les COX et les LOX ,
formant des métabolites différents et pour la plupart moins réactifs (179).
61
Figure 9: Les effets potentiellement anti-inflammatoires des acides gras oméga-3 (179), les feux rouges indiquent que la voie métabolique est inhibée.
En plus d’antagoniser le métabolisme de l’acide arachidonique, les acides gras oméga-3
ont d’autres effets anti-inflammatoires. En effet, des études sur des cultures cellulaires ont
démontré que l’EPA et le DHA pouvaient inhiber la production d’IL-6 et de TNF-α par les
monocytes (184) et la production d’IL-6 et d’IL-8 par les cellules endothéliales veineuses
(185).
6.3 Les acides gras oméga-3 et la maladie cardiovasculaire
La faible incidence de maladies cardiovasculaires observée chez les Inuit a inspiré de
nombreuses études concernant les effets des acides gras polyinsaturés contenus dans leur
alimentation. Cette faible incidence a été confirmée par autopsie (186) et par l’étude de
62
certificats de décès (187,188). Vers la fin des années 1970, des chercheurs danois ont étudié
le taux de maladies coronariennes chez les Inuit et ont observé significativement moins de
décès dus à un infarctus du myocarde chez les Inuit comparé à une population caucasienne
danoise pairée pour l’âge et le sexe (187,188)
Plusieurs études prospectives ont par la suite été effectuées et ont examiné la relation entre
la consommation de poisson et les maladies coronariennes. Certaines démontrent que les
sujets qui ne consomment pas ou rarement du poisson ont un taux plus élevé de maladies
coronariennes comparé à ceux qui consomment plus d’un repas de poisson par semaine
(189-192). L’étude intitulée «US Physicians Health Study» comprenant 20 551 hommes
rapporte que la consommation régulière (plus d’un repas de poisson par semaine) conférait
une réduction de 52% du risque ajusté de mort subite comparé aux sujets qui consomment
moins d’un repas de poisson par mois (193). Ces observations suggèrent que les acides gras
oméga-3 pourraient avoir des effets antiarythmiques, incluant l’augmentation de la
fréquence de variabilité du cœur (194,195). De plus, d’autres études ont rapporté que la
supplémentation chronique en acides gras oméga-3 diminuait significativement la
concentration de triglycérides à l’état post-prandial (196), augmentait la clairance des
chylomicrons (197) et augmentait la concentration des HDL (198).
D’autres groupes ont effectué des études contrôlées randomisées, et parmi celles-ci, la plus
importante examinant des effets potentiellement bénéfiques des oméga-3 a été réalisée par
le GISSI «(Gruppo Italiano per lo Studio della Sopravvivenza nell’ Infarto miocardio)-
Prevention Study» (111). Cette étude a randomisé 11 324 hommes italiens consommant une
alimentation méditerranéenne, ayant eu un infarctus du myocarde dans les trois mois
précédant l'étude. Ils ont reçu soit : 850 mg d’acide gras oméga-3, soit de la vitamine E à
300 mg/jour, soit les deux ou un placebo. Après trois ans et demi, le groupe recevant
l’acide gras oméga-3 a eu un taux de réduction de 20% de la mortalité totale (intervalle de
confiance de 95%, 6%-33%) et de 45% dans la mort subite cardiaque (intervalle de
confiance 95%, 24%-60%) (111).
Une méta analyse récente a examiné les effets de plusieurs agents hypolipidémiants et de
alimentations spéciales sur la mortalité totale (199). Cette méta analyse a regroupé 97
63
études sur plus de 137 000 patients recevant des traitements pour des désordres lipidiques
versus un nombre similaire de témoins. Il y avait 35 études sur les statines, sept avec des
fibrates, huit avec des résines, 14 avec des acides gras oméga-3 et 18 avec des changements
diététiques globaux. Les auteurs ont observé que seulement deux types d’intervention ont
été associées avec des réductions significatives de la mortalité; les statines (risque ratio de
0.87; 95% CI, 0.81 à 0.94) et les acides gras oméga-3 (risque ratio de 0.77, CI 95%, 0.63-
0.94) (199). Plusieurs mécanismes ont été proposés pour tenter d’expliquer la
cardioprotection conférée par les acides gras oméga-3 (tableau 6).
64
Tableau 6: Mécanismes potentiellement cardioprotecteurs des acides gras oméga-3 (200).
Effets potentiellement cardioprotecteurs des acides gras oméga-3
• Réduction de la susceptibilité à l’arythmie ventriculaire
• Réduction de la fréquence cardiaque et augmentation du remplissage diastolique du
ventricule gauche
• Augmentation la fréquence de variabilité du coeur
• Amélioration la relaxation endothéliale induite par l’oxyde nitrique
• Diminution des triglycérides post-prandiaux
• Réduction de l’expression des molécules d’adhésion
• Diminution de la sécrétion des facteurs de croissance des plaquettes
• Réduction de la transcription des cytokines inflammatoires
Par ailleurs, les acides gras polyinsaturés affectent l’expression de plusieurs gènes. En effet,
l’inhibition des gènes lipogéniques dans le foie par les acides gras polyinsaturés constitue
un signal très fort qui outrepasse la capacité prolipogénique de l’insuline et des glucides.
Chez les rongeurs, les acides gras polyinsaturés répriment plusieurs gènes, dont la
désaturase stearoyle CoA-1 (SCD1), l’acétyle CoA carboxylase (ACC), les gènes de la
synthèse des acides gras (FAS) et le transporteur de glucose sensible à l’insuline –4
(GLUT-4) dans le foie (201,202). Les acides gras polyinsaturés interagissent également
avec les récepteurs proliférateurs activés du peroxisome (PPAR). Ces récepteurs
appartiennent à la super famille de récepteurs nucléaires hormono-stéroïdiens des facteurs
de transcription activés par un ligand. Il existe trois isoformes des PPAR, le PPAR-α, le
65
PPAR- β⁄δ et le PPAR-γ qui sont encodés par trois gènes différents. Ils fonctionnent tous
par dimérization avec le récepteur rétinoïde ubiquitaire RXR et se lient à une séquence
d’ADN spécifique, appelée élément de réponse des PPAR (PPRE) (203). Le PPAR-α est la
forme majeure retrouvée dans les hépatocytes et il est impliqué dans la régulation des
lipides et des glucides (204-206).
En général, tous les acides gras oméga-3 et oméga-6 activent les 3 isoformes PPARs.
Cependant leur affinité pour le récepteur varie, ce qui suggère des métabolismes
spécifiques pour certains acides gras. Par exemple, l’EPA est un meilleur activateur de
PPAR-α dans les hépatocytes primaires comparativement à l’acide arachidonique (207).
Donc, les effets des acides gras polyinsaturés sur l’expression de plusieurs gènes se feraient
via les PPARs. Plusieurs gènes lipogéniques réprimés par les acides gras polyinsaturés
seraient, en outre, régulés via l’action d’un autre facteur transcription, la protéine de liaison
de régulation du stérol (SREBP-1) (208).
7 Le syndrome métabolique
7.1 Définitions
Le concept de syndrome métabolique (SM) existe depuis au moins 80 ans (209). Cet
ensemble de perturbations métaboliques ainsi que les facteurs de risque de la maladie
cardiovasculaire on été décrits dès la fin des années 1920 par un médecin suédois, le Dr
Kylian comme étant le regroupement de l’hypertension, l’hyperglycémie et de la goutte
(209). Plus tard, en 1947, le Dr Vague porta l’attention des autres scientifiques sur
l’adiposité androïde (masculine), un phénotype communément associé avec les anormalités
métaboliques retrouvées dans le diabète de type 2 et les maladies cardiovasculaires (210).
Le syndrome métabolique est aussi connu sous les appellations de syndrome d’insulino
résistance (211), syndrome X (212) et de «quartet mortel» (213). Les anomalies
métaboliques retrouvées incluent l’intolérance au glucose (diabète de type 2, tolérance au
glucose altérée, ou une glycémie à jeun altérée), la résistance à l’insuline, l’obésité
66
viscérale, les dyslipidémies et l’hypertension. Ces conditions coexistent dans un individu de
façon non aléatoire. Il a même été suggéré que le tour de taille était un prédicteur important
de l’hypertriglycéridémie (214).
Alors que le concept de syndrome métabolique est bien accepté, il existe beaucoup de
controverses quant à sa définition. En effet, les définitions se veulent un outil pour les
chercheurs et les cliniciens. L’organisation mondiale de la santé en a proposé une (215), et
ensuite, le programme américain «National Cholesterol Program’s Adult Treatment Panel
III (NCEP-ATP III)) (216) et le regroupement européen pour l’étude de la résistance à
l’insuline(217). Ces définitions s’accordent sur les composantes essentielles du syndrome
métaboliques, telles que l’intolérance au glucose, l’obésité, l’hypertension, mais diffèrent
dans le détail et dans les critères à rencontrer (Tableau 7).
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7.2 Prévalence
Bien entendu, la comparaison des différentes valeurs de prévalence publiées est difficile à cause
de la difficulté à trouver une définition commune. Malgré les différents designs des études sur la
prévalence du syndrome métabolique, certaines déductions peuvent être faites. Par exemple,
dans la plupart des études, il y a une grande variation de la prévalence entre les deux sexes (218).
De plus, dans les études où des personnes de plus de 25 ans sont incluses, la prévalence varie des
populations urbaines de 8% (Indes) à 24% (États-unis) chez les hommes et de 7% (France) à 43%
(Iran) chez la femme (218). Une des caractéristiques les plus souvent retrouvées dans ces études
est le fait que le syndrome métabolique soit dépendant de l’âge. Cette caractéristique est
clairement mise en évidence en Iran où la prévalence du syndrome métabolique est de moins de
10% chez les hommes et les femmes entre 20 et 29 ans, et augmente jusqu’à 38% et 67%
respectivement dans le groupe de 60-69 ans (218).
Les maladies cardiovasculaires et le diabète de type 2 sont considérés comme étant des maladies
relativement récentes dans les communautés autochtones au Canada (219). Au cours des
dernières décennies, les autochtones du Canada ont subi plusieurs changements importants dans
leur culture, leur économie et leur structure sociale. Ils subissent également une transition dans
leur état de santé; les taux de maladies infectieuses déclinent alors que ceux des maladies
chroniques augmentent. Récemment, une étude a comparé la prévalence et les caractéristiques du
SM entre les Amérindiens, les Inuit et les gens d’origine Européenne. Pour cette étude, les
critères du NCEP-ATP III ont été utilisés (220). Les prévalences totales obtenus ont été de 33.3%
chez les Amérindiens, 13.5% chez les Inuit et 30% chez les gens d’origine Européenne (220) .
Par ailleurs, les prévalences obtenues pour les femmes sont plus élevées que chez les hommes
chez les Amérindiens et les Inuit (220). Cette étude démontre que le syndrome métabolique est
prévalent même dans les régions nordiques du Canada, avec une certaine hétérogénéité pour le
sexe et l’origine ethnique (220).
69
69
7.3 Pathophysiologie du syndrome métabolique
Le syndrome métabolique est associé avec un risque accru de diabète de type 2 (221) et de
maladies cardiovasculaires (222,223). La résistance à l’insuline a été traditionnellement définie
d’un point de vue glucocentrique, i.e. un changement dans l’insuline à jeun pour maintenir la
glycémie. En effet, bien avant que l’hyperinsulinémie à jeun se développe, l’hyperinsulinémie
postprandiale existe (209). L’augmentation des acides gras libres en circulation serait responsable
du développement de la résistance à l’insuline. Les acides gras libres proviennent principalement
des tissus adipeux sous l’effet de la lipase hormono-sensible. Les acides gras proviennent
également de la lipolyse des lipoprotéines riches en triglycérides dans les tissus par l’action de la
lipoprotéine lipase. L’insuline peut à la fois stimuler et inhiber la lipoprotéine lipase. L’inhibition
de la lipolyse dans les tissus adipeux par l’insuline est un mécanisme finement régulé. Alors,
lorsque la résistance à l’insuline s’installe, la lipolyse de molécules triacylglycérols
emmagasinées dans les tissus adipeux est moins inhibée, produisant ainsi plus d’acides gras libres
en circulation, lesquels peuvent venir inhiber les effets antilipolytiques de l’insuline, augmentant
alors la lipolyse (209).
Bien que la première description du syndrome métabolique date du début du 20ème siècle, il a
fallu l’émergence de l’obésité dans le monde pour reconnaître le syndrome métabolique.
L’obésité joue un grand rôle dans le syndrome, mais il est possible de voir des patients ayant un
poids normal et être insulino-résistant (224). Il est difficile de distinguer entre une obésité due à
du tissu adipeux sous-cutané et une obésité due à une accumulation de tissu adipeux intra
abdominale. La tomographie axiale est un outil efficace pour faire cette distinction, mais pas
nécessairement disponible. Le tour de taille est retrouvé dans plusieurs définitions du syndrome
métabolique et il semble qu’il soit un bon prédicteur de l’hypertriglycéridémie et de
l’hyperinsulinémie (214). Une augmentation de tissu adipeux viscéral peut augmenter le flux de
d’acides gras libres qui se rendent au foie par la veine porte tandis qu’une augmentation de tissu
adipeux sous-cutané favorise la lipolyse dans la circulation systémique, évitant ainsi un effet
direct sur le métabolisme hépatique (production de glucose, synthèse de lipides, sécrétion de
protéines prothrombotiques) (225).
70
70
En général, lorsqu’il y a une augmentation du flux d’acides gras libres au foie, il y a également
une augmentation de la production de lipoprotéines de faible densité contenant des
apolipoprotéines B (VLDL) (226). Il semblerait que lors de la résistance à l’insuline,
l’augmentation du flux d’acides gras au foie augmenterait la synthèse des triglycérides au foie.
De plus, la résistance à l’insuline réduirait la concentration de lipoprotéine lipase dans les tissus
périphériques (dans les tissus adipeux plus que dans les muscles) (227). L’hypertriglycéridémie
est donc un bon indice de la résistance à l’insuline et est un critère important dans le diagnostique
du syndrome métabolique. Un autre désordre lipoprotéique couramment rencontré lors de la
résistance à l’insuline est la réduction du cholestérol de haute densité (HDL). Cette réduction
serait une conséquence de changements dans la composition et le métabolisme du HDL. Les
triglycérides plasmatiques joueraient un rôle majeur dans la régulation de l’estérification et du
transfert de cholestérol dans le HDL, le HDL serait remodelé plus rapidement chez les patients
hypertriglycéridémiques (228) ce qui résulterait en une augmentation de la disparition du HDL de
la circulation sanguine (228). Enfin, la composition du LDL est également modifiée. En effet,
plusieurs patients ayant des triglycérides > 2.0 mmoles/L présentent une prédominance de LDL
petites et denses (229). Ce changement dans la composition du LDL serait attribuable à la
diminution du cholestérol non estérifié, estérifié et des phospholipides sans changement dans le
contenu en triglycérides du LDL (230). Les LDL petites et denses seraient plus athérogéniques
que les LDL plus grosses car ils seraient 1) plus toxiques pour l’endothélium, 2) plus capables de
passer à travers la membrane endothéliale, 3) ils adhéreraient aux glycosaminoglycans, 4) ils
auraient une susceptibilité accrue à l’oxydation, et 5) ils seraient plus facilement liés aux
récepteurs des macrophages (231), quoique ces effets restent encore controversés (232).
Des anomalies au métabolisme du glucose accompagnent bien souvent la résistance à l’insuline.
En effet, il semblerait que l’insuline ne soit plus capable de supprimer la production de glucose
par le foie et de permettre la prise de glucose par des tissus normalement sensibles à l’insuline
(les muscles et le tissu adipeux). Pour compenser l’action déficiente de l’insuline, la sécrétion est
augmentée afin de conserver un état euglycémique (233). Quoique les acides gras libres peuvent
stimuler la sécrétion d’insuline, une exposition prolongée à de grandes concentrations d’acides
gras libres finit par faire diminuer l’excrétion d’insuline (234), suggérant une certaine lipotoxicité
des acides gras (235).
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Il existe également une relation bien connue entre la résistance à l’insuline et l’hypertension et
elle réfère à plusieurs mécanismes (236). Tout d’abord, l’insuline agit comme vasodilatateur
lorsqu’elle est donnée en intraveineuse chez des personnes de poids normal (237). Dans le cas de
résistance à l’insuline, il semblerait que les effets vasodilatateurs de l’insuline puissent être
perdus (238). De plus, les acides gras libres pourraient même engendrer une certaine
vasoconstriction (239).
Par ailleurs, le syndrome métabolique est accompagné de plusieurs autres altérations du
métabolisme qui ne sont pas incluses dans les critères diagnostiques. Parmi celles-ci, on retrouve
l’augmentation des apolipoprotéines B et CIII (240) et des cytokines pro-inflammatoires (241).
L’augmentation des cytokines pro inflammatoires, incluant l’interleukine-6 (IL-6) et le facteur de
nécrose tumorale α (TNF-α) semble être produite par une masse adipeuse plus élevée (242). La
protéine C-réactive est alors également produite en plus grande quantité par le foie (242). La
figure 6 illustre la pathophysiologie du syndrome métabolique; les acides gras libres (AGL) sont
libérés en grande quantité par une masse adipeuse abondante. Dans le foie, les AGL provoquent
une augmentation de la production de glucose, de triglycérides et des lipoprotéines de très faible
densité (VLDL). Les anormalités lipidiques incluent la réduction du cholestérol de haute densité
(HDL) et une augmentation des LDL petites et denses. Les AGL réduisent également la
sensibilité à l’insuline du muscle squelettique en inhibant la prise de glucose par le muscle,
causant ainsi une répartition différente du glycogène et des acides gras, favorisant l’accumulation
de gouttelettes de triglycérides dans le muscle. L’augmentation du glucose sanguin et des AGL
augmentent la sécrétion d’insuline par le pancréas. Le TNF-α, produit entre autre par les
adipocytes, augmente la lipolyse des tissus adipeux, augmentant les AGL en circulation. Le foie
augmente alors la production de protéine C-réactive (209).
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Figure 10: Pathophysiologie du syndrome métabolique. La lipolyse des tissus adipeux est moins inhibée, le facteur de nécrose tumorale (TNF-α) augmente avec l’élévation de la masse adipeuse, les acides gras libres (AGL) augmentent dans la circulation, vont aux foie et font augmenter les lipoprotéines de très faible densité (VLDL) et inhibent la sensibilité à l’insuline du muscle, le foie produit donc du glucose et ces deux phénomènes conjugués augmentent la sécrétion d’insuline par le pancréas. La sécrétion de protéine C réactive par le foie augmente, le cholestérol de haute densité (HDL) diminue et la concentration de petites lipoprotéines de faible densité augmente (LDL petites et denses).
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73
8 Les marqueurs d’inflammation et de dysfonction endothéliale
8.1 La protéine C-réactive (CRP)
La protéine C-réactive (CRP) a été nommée de cette façon pour sa capacité à précipiter le
polysaccharide-C de Streptococcus pneumoniae et a été la première protéine de phase aiguë à être
décrite comme étant un marqueur d’inflammation.(243) La protéine C-réactive est constituée de 5
sous-unités de 23 kDa, c’est une pentraxine. Elle est produite principalement par le foie lors de la
réponse aigue non spécifique à la plupart des formes d’inflammation, d’infection et de dommages
tissulaire.(244) Elle est notamment sous le contrôle transcriptionnel de l’interleukine-6 (IL-6)
(243). Chez des adultes en santé, la concentration médiane de CRP est de 0.8 mg/L, le 90ème
percentile se situe à 3.0 mg/L et le 99ème percentile est de 10 mg/L (244), mais suivant une phase
aiguë d’inflammation, les concentrations de CRP peuvent atteindre plus de 500 mg/L (243). La
demi-vie du CRP dans le plasma est d’environ 19 heures et demeure constante indépendamment
de l’état de santé, donc le seul déterminant de sa concentration est son taux de synthèse, ce qui
reflète alors l’intensité du processus pathologique (243). Quoi que la CRP puisse augmenter avec
l’âge et différer légèrement entre groupes ethniques, les individus d’une population donnée
tendent à présenter une concentration plasmatique de CRP plutôt stable. Il n’y a pas de variation
saisonnière remarquable dans les concentrations de CRP (243). Donc, lors de la plupart des
maladies, la CRP représente bien le niveau d’inflammation en cours, souvent de façon plus
efficace que d’autres mesures de laboratoire telles que la viscosité plasmatique et le taux de
sédimentation des érythrocytes (243). De plus, les valeurs de CRP ne montrent aucune variation
diurne et ne sont pas affectées par la consommation de nourriture. La concentration de CRP
devient donc un marqueur biochimique de l’inflammation non spécifique potentiellement très
utile (243).
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74
8.2 Le facteur de nécrose tumorale (TNF-α)
En 1880s, la recherche concernant le facteur de nécrose tumorale (TNF) a débuté avec
l’observation que certains patients cancéreux, survivant à une infection bactérienne, voyaient une
régression surprenante de leur tumeur (245). L’effet anti-tumoral de l’infection était signalée par
une molécule libérée par les macrophages, le TNF-α, en réponse aux composantes
lipopolysaccharides de la membrane bactérienne (245). Le TNF-α est une cytokine pro-
inflammatoire qui joue un rôle complexe en réponse à des blessures et des infections, à
l’angiogenèse, à l’apoptose et autres processus physiologiques. Le TNF-α est également impliqué
dans la pathologie de l’arthrite rhumatoïde, la maladie de Crohn et la résistance à l’insuline (245).
Le TNF-α est une protéine transmembranaire de 26 KDa (mTNF) et est clivée par l'enzyme TNF-
α convertase (TACE) pour former la forme soluble du TNF-α, le fragment de 17 KDa sTNF-α,
la forme possiblement active (245). Par ailleurs, ce n’est que récemment que la graisse viscérale a
été considérée comme un organe endocrine. En effet, la graisse viscérale libère plusieurs
molécules qui peuvent jouer un rôle dans la résistance à l’insuline, et parmi celles-ci, il y a le
TNF-α (245). En effet, le TNF-α est synthétisé et sécrété par les adipocytes et une augmentation
de l’expression de l’ARN messager dans les adipocytes est une caractéristique retrouvée chez les
modèles animaux mutés pour la résistance à l’insuline et chez l’obésité humaine (246). De plus,
des études in vitro et in vivo ont démontré que le TNF-α pouvait engendrer de la résistance à
l’insuline par l’inhibition du récepteur à l’insuline (247).
8.3 La molécule d’adhésion vasculaire sécrétée (sVCAM-1)
L’adhésion des leucocytes circulants à l’endothélium est une des étapes précoces du
développement de l’athérosclérose, en réponse à des chemokines libérées par les cellules dans la
paroi des vaisseaux sanguins (158). L’entrée de ces cellules inflammatoires dans la paroi
vasculaire se produit grâce à des molécules d’adhésion exprimées à la surface endothéliale et se
liant avec les leucocytes. Ces molécules d’adhésion incluent la molécule d’adhésion vasculaire-1
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soluble (sVCAM-1) (158). Elle provient principalement de l’endothélium activé et peut être
mesurée dans le sérum (158).
8.4 La protéine C-réactive, le TNF-α, le sVCAM-1 et les maladies cardiovasculaires
8.4.1 Le CRP et la maladie cardiovasculaire
Jusqu’à maintenant, plusieurs études prospectives chez des individus sans maladie
cardiovasculaire ont démontré que la mesure de la CRP pouvait être un bon prédicteur
d’événements cardiovasculaires futurs (248-252). Les taux de CRP mesurés chez des patients et
le risque de maladie cardiovasculaire semblent cohérents dans plusieurs études, et dans la plupart
des cas, la concentration de CRP mesurée associée aux maladies cardiovasculaires serait
indépendante de l’âge, du tabagisme, des niveaux de cholestérol, de la tension artérielle et du
diabète (253). De plus, de récentes études ont démontré que la protéine CRP est fortement
associée avec plusieurs composantes du syndrome métabolique, et plus particulièrement avec
l’obésité (254). En effet, il a été démontré que l’inflammation joue un rôle dans la
pathophysiologie du syndrome métabolique, donc la CRP reflèterait la condition du syndrome
métabolique. De plus, la CRP corrèle également avec la sensibilité à l’insuline, la dysfonction
endothéliale et une fibrinolyse affaiblie (253). Par ailleurs, les mécanismes responsables de
l’augmentation légère de la production de CRP prédictive des maladies cardiovasculaires ne sont
pas bien connus.
L’athérosclérose, et l’évolution des plaques athérosclérotiques menant à des événements
athérothrombotiques, sont des processus inflammatoires. Il est donc généralement assumé, sans
évidences directes, que les stimuli de phase aiguë proviennent des lésions athéromateuses et
reflètent leur sévérité (253). Il est par ailleurs connu que l’inflammation subclinique chronique
peut être proathérogénique et que les épisodes d’inflammation systémique aiguë sont souvent
associés à des événements athérothrombotiques (253). De plus, le CRP a été associé à de la
dysfonction endothéliale et à une augmentation de la pression d’éjection du sang, un indice de la
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rigidité des artères (255). En effet, il a été récemment suggéré que le CRP serait relié aux mesures
de rigidité des artères chez des patients asymptotiques (256).
8.4.2 Le TNF-α et les maladies cardiovasculaires
L’obésité (indice de masse corporelle > 30 kg/m2) est devenue un problème de santé publique
important. En effet, il existe de fortes associations entre l’obésité et certaines maladies chroniques
comme le diabète de type 2 et les maladies cardiovasculaires (257). L’obésité représente une
expansion du tissu adipeux, et donc une augmentation des produits sécrétés par ce tissu. Il y a
plusieurs produits sécrétés par les adipocytes qui peuvent jouer un rôle dans le métabolisme des
lipides et des glucides, par exemple le TNF-α. Le mécanisme par lequel le TNF-α interfère dans
le métabolisme de l’insuline n’est pas bien compris, et il a été rapporté qu’il inhibait la
lipoprotéine lipase et stimulait la lipolyse dans les adipocytes (258). Il a été rapporté que la
sécrétion de TNF-α était très associée à l’obésité liée à l’insulino- résistance, augmentant
indirectement les risques de maladies cardiovasculaires (257). Par ailleurs, des niveaux élevés de
TNF-α ont été associés avec un risque accru d’infarctus du myocarde (259). Des études
épidémiologiques ont également suggéré qu’une concentration basale élevée de TNF-α soit un
risque potentiel pour des maladies cardiaques congestives chez des personnes âgées apparemment
en bonne santé (260,261).
8.4.3 Le sVCAM-1 et les maladies cardiovasculaires
La forme soluble de VCAM-1, le sVCAM-1, pourrait être un prédicteur de la quantité de
VCAM-1 lié à la membrane endothéliale. En effet, une augmentation des concentrations de
sVCAM-1 pourrait refléter la formation progressive des lésions athérosclérotiques (262). Des
études en coupe ont démontré que la concentration de sVCAM-1 était positivement associée avec
l’épaisseur de l’intima media de l’artère carotide (263-265) et avec la sévérité des maladies
artérielles périphériques évaluées par angiographie (266). D’autres études ont démontré que le
sVCAM-1 était élevé chez des sujets souffrant du diabète de type 2 comparés à des sujets non
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diabétiques, et que chez les diabétiques, le sVCAM-1 était également associé à l’épaisseur de
l’intima media de la carotide (267-272). Une étude prospective a démontré que la concentration
de sVCAM-1 était significativement associée avec le risque de mortalité cardiovasculaire,
particulièrement chez les sujets atteints de diabète de type 2 (273).
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9 Problématique
Les Inuit ont une alimentation traditionnelle riche en acide gras oméga-3 et en sélénium, mais
aussi en BPC et en méthylmercure. Tous ces composés peuvent agir sur la particule LDL et y
avoir une influence sur le statut redox de la vitamine E et de la coenzyme Q10. De plus,
l'alimentation peut influencer le statut oxydatif d'un individu, mais ses caractéristiques
physiologiques peuvent également avoir un certain effet sur le statut oxydant des individus, mais
via d'autres sentiers métaboliques comme l'inflammation. Il faut noter que les Inuit sont une
population en changements nutritionnels où l'on commence à voir apparaître l'obésité. Cette étude
vise donc à vérifier l'impact de l'exposition chronique aux contaminants (BPC et MeHg), au
sélénium et aux oméga-3 sur le stress oxydant. L'étude de l'exposition saisonnière au
méthylmercure permet de vérifier si le MeHg affecte le stress oxydant tout comme chez les
Finlandais. Enfin, les études de glycémie, d'hyperinsulinémie, des marqueurs d'inflammation et
des composantes du syndrome métabolique complètent la caractérisation de la population de
Salluit.
Cette thèse se divise donc en cinq chapitres représentant les cinq publications scientifiques
réalisées. Chacune répond à une hypothèse; la première étude concernait les effets
potentiellement néfastes des contaminants environnementaux retrouvés dans l’alimentation
traditionnelle Inuit, plus particulièrement le méthylmercure (MeHg) et les BPC, sur des
molécules susceptibles de subir un stress oxydant telles que les LDLox, les enzymes du cycle du
glutathion et le glutathion lui-même. L’hypothèse à vérifier était que les contaminants
environnementaux pouvaient affecter le statut oxydant/antioxydant chez les Inuit. D’autre part,
cette étude visait également à estimer les effets potentiellement bénéfiques des acides gras
oméga-3 et du sélénium qui se retrouvent aussi dans l’alimentation traditionnelle Inuit. Les
objectifs spécifiques de la troisième étude étaient donc d’étudier les effets potentiellement
délétères des contaminants présents dans l’alimentation traditionnelle Inuit (MeHg et BPC) sur
différentes molécules susceptibles de refléter un stress oxydant, telles que les LDL oxydées
(LDLox), l’homocystéine (Hcy), la glutathion peroxydase (GPx), la glutathion réductase (Gr) et
le glutathion (GSH). D’autre part, il était également prévu d’évaluer les effets potentiellement
bénéfiques des acides gras oméga-3 et du sélénium, également contenus dans l’alimentation
traditionnelle Inuit.
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La seconde étude concernait encore les contaminants environnementaux MeHg et les BPC et
cette fois le statut réduction-oxydation, «redox», de la coenzyme Q10 et de la vitamine E chez les
Inuit. Dans cette étude, il était question de vérifier si les contaminants environnementaux
pouvaient avoir des effets pro-oxydants sur ces couples. L’objectif était donc d’évaluer
l’équilibre redox en associant les niveaux prooxydants des LDL oxydées aux concentrations des
formes réduites (α-tocophérol et γ-tocophérol) et oxydée de la vitamine E (α-tocophérylquinone)
et de la coenzyme Q10 (réduite: ubiquinol-10, oxydée : ubiquinone-10).
Le troisième chapitre est une étude pré-post d’exposition au mercure chez des pêcheurs sportifs
de la Baie James. L’hypothèse testée était que la saison de pêche augmenterait l’exposition au
méthylmercure, ce qui pourrait être un prédicteur de l’augmentation du stress oxydant. Cette
étude pouvait également donner des indications sur le niveau minimal d’exposition au
méthylmercure ayant un effet sur des marqueurs d’oxydation. Ainsi pour cette dernière étude,
l’objectif était de mesurer des molécules potentiellement sensibles au stress oxydant telles que les
LDL oxydées (LDLox), les enzymes GPx et GR et les formes oxydées et réduites de la vitamine
E et de la coenzyme Q10, chez des Caucasiens, pêcheurs de la Baie James. Les mesures ont été
effectuées avant et après la saison de pêche.
La quatrième étude portait sur l’association entre les acides gras oméga-3, les triglycérides, le
glucose et l’insuline à jeun chez la population Inuit soumise à une transition nutritionnelle, i.e. de
l’alimentation traditionnelle vers une alimentation nord-américaine. Cette étude avait pour
hypothèse que les Inuit étaient effectivement protégés de certains facteurs de risque des maladies
coronariennes grâce à des taux élevés d’acides gras oméga-3, malgré une transition nutritionnelle
vers une alimentation occidentale. L’objectif était alors d’évaluer les profils lipidiques et les
profils d’acides gras afin de vérifier si les Inuit de Salluit, Nunavik étaient physiologiquement
affectés par des modifications de leur alimentation dues à l’inclusion progressive de composantes
d’une alimentation occidentale. Il s’agissait également de vérifier les associations entre l’insuline
ou la glycémie à jeun et les concentrations d’acides gras oméga-3.
Enfin, la dernière étude visait à étudier les marqueurs inflammatoires CRP et TNF-α, ainsi que le
marqueur de dysfonction endothéliale sVCAM-1. L’hypothèse à vérifier était que certaines
composantes du syndrome métabolique seraient des prédicteurs positifs de l’inflammation et de
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la dysfonction endothéliale alors que les acides gras oméga-3 seraient associés à une faible
inflammation et à une faible dysfonction endothéliale. Les objectifs spécifiques de cette étude
étaient 1) d’évaluer la prévalence du syndrome métabolique, 2) de mesurer des marqueurs
d’inflammation chez les Inuit du Nunavik, soit la protéine C-réactive et le facteur de nécrose
tumorale (TNF-α) 3) évaluer la fonction endothéliale via les concentrations de la molécule
d’adhésion cellulaire sVCAM-1 et 4) analyser les relations entre ces marqueurs et les
concentrations sanguines d’acides gras-oméga-3.
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10. Chapitre 1 : Exposition aux contaminants environnementaux et stress oxydant chez les Inuit du Nunavik
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10.1 Résumé
L’objectif de cette étude était d’investiguer les effets potentiellement délétères des contaminants
contenus dans l’alimentation tels que les biphényles polychlorés (BPC) et le méthylmercure
(MeHg) sur différentes molécules sensibles au stress oxydant telles que : les lipoprotéines de
faible densité oxydées (LDLox), homocystéine plasmatique (Hcy), glutathion peroxydase
sanguine (GPx), glutathion réductase (GR) et le glutathion (GSH). Nous avons également estimé
les effets potentiellement bénéfiques des acides gras polyinsaturés à longues chaînes de type
oméga-3 (n3 PUFAs) et le sélénium (Se) qui sont également présents dans l’alimentation
traditionnelle Inuit. Un total de 99 participants a été étudié. Les niveaux plasmatiques de BPC, et
les niveaux sanguins de MeHg et de Se, le profil lipidique (triglycérides totaux, le cholestérol
total, de faible (LDL) et de haute densité (HDL), les apolipoprotéines B-LDL), les n-3 PUFA
érythrocytaires, les LDLox, la Hcy, la GPx et GR ainsi que le GSH ont été déterminés. Les
concentrations moyennes de MeHg, Se et BPC étaient respectivement 10 à 14, 8 à 15 et 16 à 18
fois plus élevées que celles rapportées dans des populations blanches consommant peu ou pas de
poisson. Des analyses multivariées démontrent que la variance de la concentration des LDLox a
été prédite par le LDL-C (p=0.007), le HDL-C (p=0.005) et les BPC (p=0.006). Le niveau
d’oxydation du LDL, représenté par le ratio LDLox/apolipoprotéine B-LDL, était prédit par le
LDL-C (p=0.0002), le HDL-C (p=0.002) et le GSH (p=0.005). La concentration de Hcy était
positivement prédite par l’âge (p=0.02), mais négativement par l’indice de masse corporelle (p= -
0.04) et le Se (p= -0.005). Le glutathion était prédit par le tabagisme (p=0.004) et le niveau
d’oxydation du LDL (p=0.005), tandis que le Gr était seulement prédit par le tabagisme
(p=0.0009). La variance de la GPx n’était pas prédite par aucun contaminant ou d’autres
paramètres physiologiques. Le MeHg alimentaire ne montrait pas d’association avec les
marqueurs de stress oxydant, alors que les niveaux de BPC prédisaient la concentration
plasmatique des LDLox, quoique cette concentration fût relativement faible. Le niveau d’activité
de la GPx chez les Inuit était plus élevé que celle précédemment rapportée comme étant
protectrice chez les Caucasiens. L’homocystéine était négativement prédite par le Se, suggérant
un effet bénéfique potentiel. De plus, les n-3 PUFA étaient hautement corrélés avec les
contaminants alimentaires, mais n’avaient pas d’association avec les marqueurs de stress
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83
oxydant. Cette étude suggère que, chez les Inuit adultes, l’alimentation traditionnelle contaminée
ne semble pas avoir d’effets directs sur les marqueurs impliqués lors du stress oxydant.
84
84
DIETARY CONTAMINANTS AND OXIDATIVE STRESS IN INUIT OF NUNAVIK
Marie-Claire Bélanger MSc1,2, Eric Dewailly MD, PhD3, Line Berthiaume BSc1, Micheline Noël
BSc2, Jean Bergeron MD, MSc1, Marc-Édouard Mirault PhD2, Pierre Julien PhD1 *
1Québec Lipid Research Center; 2Health and Environment Research Unit; 3Public Health
Research Unit, CHUL Research Center (CHUQ), Sainte-Foy, Qc, Canada
* Corresponding author :
Pierre Julien
Québec Lipid Research Center
CHUL Research Center (CHUQ)
2705 Boulevard Laurier, TR-93
Sainte-Foy, QC, Canada, G1V 4G2
Phone: (418) 656-4141# 47802
Fax: (418) 654-2145,
Email: [email protected]
ACKNOWLEDGEMENTS
Supported by grants from the Northern Contaminant Program, Indian and Northern Affairs,
Canada, the Toxic Substances Research Initiative, Environment and Health Canada and by a
doctoral fellowship from the FRSQ Cardiovascular Health Network.
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85
10.2 ABSTRACT The aim of the present study was to investigate the potential deleterious effects of dietary
contaminants such as polychlorinated biphenyls (PCBs) and methylmercury (MeHg) on different
molecules susceptible to undergo oxidative stress, namely plasma oxidized low density
lipoproteins (OxLDL), plasma homocysteine (Hcy), blood glutathione peroxidase (GPx),
glutathione reductase (GR) and glutathione (GSH). We also planned to assess the potential
beneficial effects of long chain omega-3 fatty acids (n-3 PUFAs) and selenium (Se) that are also
present in the traditional Inuit diet. A total of 99 participants were studied. Plasma levels of
PCBs, blood levels of Se and MeHg, plasma lipids (triacylglycerols, total, LDL and HDL
cholesterol, LDL apolipoprotein B), erythrocyte n-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFAs),
OxLDL, Hcy, blood GPx, GSH and GR have been determined. Mean concentrations of MeHg,
Se and PCBs were respectively 10-14 fold, 8-15 fold and 16-18 fold higher than reported in
Caucasian population consuming little or no fish. Multivariate analyses show that variance in
plasma OxLDL concentrations was predicted by LDL-C (p=0.007), HDL-C (p=0.005) and PCBs
(p=0.006). The level of LDL oxidation, represented as the ratio OxLDL/apoB-LDL, was
predicted by LDL-C (p=0.0002), HDL-C (p=0.002) and by GSH (p=0.005). Concentration of
plasma Hcy was positevely predicted by age (p=0.02) but negatively by BMI (p=0.04) and Se
(p=0.005). GSH was predicted by the smoking status (p=0.004) and the level of LDL oxidation
(p=0.005) whereas GR was only predicted by the smoking status (p=0.0009). The variance of
GPx was not predicted by any contaminant or other physiologic parameter. Dietary MeHg
showed no association with the examined oxidative biomarkers whereas PCBs level was a
predictor of the plasma concentration of OxLDL even though this concentration remained very
low. The level of GPx activity in Inuit was higher than levels previously reported to be protective
86
86
in Caucasians. Hcy was negatively predicted by Se, suggesting a possible beneficial effect of Se.
Moreover, n-3 PUFAs were highly correlated with dietary contaminants, but had no relationships
with oxidative biomarkers. This study suggests that, in adult Inuit, contaminated traditional diet
seems to have no direct oxidative effects on molecules involved in oxidative stress.
87
87
10.3 INTRODUCTION
Following recent reports showing that methyl mercury (MeHg) could be associated with
increased risk of cardiovascular disease and acute myocardial infarction in the European
populations, potential deleterious effects of mercury (Hg) on cardiovascular health has been the
focus of vigorous debates (282). Production of reactive oxygen species (ROS), peroxidized lipids
and oxidized low density lipoproteins (OxLDL) have been proposed as major mechanisms
involved in the induction of atherosclerosis by Hg (161). Finnish studies have reported an
increased risk of cardiovascular diseases associated with exposure to Hg following consumption
of contaminated fishes, probably due to the induction of lipid peroxidation by Hg (48) and to
interference with mitochondrial electron transport chain, resulting into the oxidation of sulfhydryl
groups of many proteins and the depletion of cellular glutathione (GSH) (66). Recently, it has
been demonstrated that plasma homocysteine (Hcy) could activates pathogenic mechanisms
leading to oxidative stress (254). Indeed, hyperhomocysteinemia has been shown to decrease
vascular reactivity and was associated with cardiovascular morbidity and mortality (66).
The traditional Inuit diet consists primarily of marine mammals, white whales and seals, and
fishes reported to be highly contaminated by MeHg (254) and other potentially pro-oxidant
contaminants such as polychlorinated biphenyls (PCBs) (283). It has been also demonstrated that
this traditional diet was an important source of nutrients, including selenium (Se) (254). PCBs
constitute a family of 209 possible congeners that were extensively used in industrial and
commercial products (66). PCBs have been dispersed widely in the environment and they resist
to degradation. Due to their lipophilicity, PCBs accumulate in fatty tissues and are biomagnified
88
88
through the food chain, producing relatively high concentrations in fat of predator species (48).
Because fish and marine mammals represent an important part of Inuit diet, exposure to PCBs is
of particular interest for public health authorities. The most prevalent PCBs congeners found in
human in Northern Quebec were IUPAC # 28, 52, 99, 101, 105, 118, 128, 138, 153, 156, 170,
180, 183, and 187 (284).
Se, a nutrient found in high amount in traditional Inuit diet, is a component of glutathione
peroxidases which are a family of enzymes that contain a selenocystein at the active site, which is
successively oxidized and then reduced during catalytic cycles with the help of glutathione
reductase. Glutathione peroxidase(GPx) uses GSH to reduce hydrogen peroxides to water and
lipids peroxides to their respective alcohol (66).
Recently, a study in Inuit of Nunavik showed that consumption of marine products, the main
source of eicosapentaenoic and docosahexaenoic acids (EPA and DHA), appeared to beneficially
affect some cardiovascular risk factors. The authors concluded that the traditional Inuit diet was
probably responsible for the low mortality rate from ischemic heart disease in this population
(66). The relative contributions of deleterious conditions, such as obesity and smoking, toxic
contaminants, such as Hg and PCBs and potentially protective effects of dietary omega-3
polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFAs) and Se on cardiovascular disease risk factors and
oxidative stress are currently unclear [2, 4, 12, 20, 21]. The aim of the present study was to
investigate the potential deleterious effects of dietary contaminants PCBs and MeHg on different
molecules susceptible to undergo oxidative stress, namely OxLDL, Hcy, GPx, GR and GSH. On
the other hand, we also aimed at assessing the potential protective effects of selenium and n-3
PUFAs that are also elevated in the traditional Inuit diet.
89
89
10.4 METHODS
10.4.1 Subjects This study was carried out in the Canadian Northern Inuit village of Salluit (Nunavik,
Northern Québec). Inuit adult participants (n=99) were randomly selected from the municipal list.
They signed an informed consent approved by the Université du Québec à Montréal Ethic
Committee, the Nunavik Nutrition and Health Committee and the Medical Board of the
Povungnituk Hospital. Data related to participant health status, current health problems and use
of medication were obtained. Blood samples were collected after an overnight fast. Subjects
taking medication affecting lipid metabolism and/or oxidative stress markers, such as female
hormones, statins, fibrates, ACE inhibitors anti-inflammatory drugs and antioxidants, were
excluded from the study.
10.4.2. Laboratory analyses Analyses of contaminants (Hg, Se, PCBs) were performed at the Québec Toxicology
Laboratory using previously described methods. Blood Hg was analyzed by cold vapour atomic
absorption technique (257). Blood Se was analyzed by inductively coupled plasma-mass
spectrometry (ICP-MS) after nitric acid digestion (257). PCBs were quantified in plasma samples
by high resolution gas chromatography with electron-capture detection (66).
Lipoproteins were separated by sequential ultracentrifugation (257). Cholesterol and
triacylglycerols (Tg) concentrations were measured enzymatically using a RA-500 analyzer
(Technicon Corporation Inc, Tarry Town, NY). Lipids from erythrocyte membranes were
extracted with chloroform/methanol (2:1 by vol) and fatty acids were methylated using acetyl
90
90
chloride as previously published (116). Fatty acid profiles were obtained by gas chromatography
(HP 5890, Hewlett Packard, Toronto, Canada) using an Innowax capillary column (30m x 0.25
mm x 0.25 um, Agilent Technologies, Mississauga, Canada) and were expressed as percent of
total fatty acids. Plasma OxLDL was measured by ELISA using the monoclonal antibody, mAb-
4E6 (Mercodia AB, Uppsala, Sweden) (intra variability < 7.3% and inter variability < 6.2%).
GPx and GR activities were determined in whole blood using commercial enzymatic assays
(Randox Laboratories, Mississauga, Canada) (intra and inter variability < 5%). GSH was
enzymatically measured in total blood according to the DTNB-GSSG reductase recycling assay
(intra and inter-assay variability < 5%) (66). Total plasma Hcy was quantitatively measured by
fluorescence polarization immunoassay (FPIA) with reagents provided by the manufacturer and
using the AxSym system (Abbott Laboratories, USA; intra-assay variability < 5%) (66).
10.4.3 Statistical analyses Statistical analyses were carried out using JMP 4.0 software (SAS Institute). Statistical
tests were performed with log transformed data when variables were not normally distributed as
testing using the Shapiro-Wilk W test. Pairwise correlations were performed between molecules
susceptible to undergo oxidation, namely OxLDL, OxLDL/apoB-LDL, Hcy, GPx, GR, biological
factors such as age, BMI, erythrocyte n-3 PUFAs, LDL-C, apoB-LDL and HDL-C and dietary
contaminants PCBs and MeHg and nutrient Se. Student T tests were performed to compare data
between smokers and non-smokers and to compare individuals having low and high OxLDL
levels. Multivariate analyses using stepwise models for each dependent variables, namely
OxLDL, OxLDL/apoB-LDL ratio, Hcy, GPX, Gr and GSH were built using variables that
already correlated with the dependent variables. Because of the nature of the dependent variables
91
91
and their possible physiologic interactions, dependent variables could be used as independent
another model. For OxLDL stepwise model, OxLDL was correlated with plasma cholesterol and
triglycerides and with LDL-C. To avoid colinearity effects, we chose to include LDL-C into the
model because it was the strongest correlate of OxLDL.
92
92
10.5 RESULTS Participants taking lipid-lowering drugs, hypotensive, anti-inflammatory or other drugs
that could have an impact on the oxidative status were excluded. Table 1 shows the general
characteristics of study participants (n=99). Five percent of these participants had untreated type
2 diabetes, 19% had untreated hypertension whereas the majority of them (72.3%) were smokers.
Table 1 also indicates the plasma level of OxLDL, a LDL molecule susceptible to undergo
oxidative stress, the level of oxidation per LDL particle, represented by the OxLDL/apoB-LDL
ratio, the level of plasma Hcy, and elements of the glutathione redox cycle, namely GPx, GR and
GSH. Table 2 shows blood levels of MeHg and Se and plasma levels of the 14 most prevalent
PCBs congeners found in Inuit participants of Northern Quebec. PCBs were determined in 97 of
the 99 subjects.
Table 3 shows that OxLDL levels correlated with PCBs (p< 0.01), Se (p< 0.05), LDL-C
(p<0.05) and apoB-LDL (p<0.005) and negatively with HDL-C (p<0.005). The level of LDL
oxidation, represented by the OxLDL/apoB-LDL ratio, correlated positively with GSH (p<0.01)
and negatively with LDL-C (p<0.005), HDL-C (p<0.01) and apoB-LDL (p<0.005). Plasma Hcy
correlated negatively with Se (p< 0.01) and BMI (p<0.01) but positively with age (p< 0.05). n-3
PUFAs correlated with MeHg (p<0.005), PCBs (p<0.05), Se (p< 0.005), BMI (p<0.05) and age
(p<0.005). BMI correlated negatively with HDL-C (p< 0.0005) but positively with MeHg
(p<0.01). MeHg, PCBs and Se were highly correlated between themselves (p<0.005) and also
with n-3 PUFAs (p<0.005). Age correlated with BMI (p<0.05), HDL-C (p<0.05), and the levels
of Se, MeHg, PCBs and n-3 PUFAs (p<0.005). In addition, comparisons between smokers and
93
93
non-smokers, using Student T tests, revealed that there was no significant difference in the levels
of cholesterol, triglyceride, LDL-C, apoB-LDL, HDL-C, OxLDL, Hcy, GPx, GR and GSH
between these two subgroups. However, BMI was significantly higher in the non-smoker group
(31.8 ± 1.3 kg/m2 vs 28.0 ± 0.8 kg/m2 in non-smokers).
Participants were then sub-grouped into low or high levels of plasma OxLDL, using the
median value of the overall group, OxLDL 43.5 U/L (Table 4). Even though both groups had
similar age and BMI, Se and PCBs were significantly higher in subjects with high OxLDL.
However, differences between blood MeHg concentrations in the low and high OxLDL
subgroups did not reach statistical significance.
Multivariate analyses presented in Table 5 show that variance in plasma OxLDL
concentrations was significantly predicted by LDL-C (p=0.007), HDL-C (p=0.005) and PCBs
(p=0.006). The level of LDL oxidation, represented by the ratio of OxLDL/apoB-LDL, was
predicted by LDL-C (p=0.0002), HDL-C (p=0.002) and by GSH (p=0.005). Concentration of
plasma Hcy was predicted by age (p=0.02), BMI (p=0.04) and Se (p=0.005). GSH was predicted
by the smoking status (p=0.04) and the oxidation level of the LDL particle, the OxLDL/apoB-
LDL ratio (p=0.005), whereas GPx was not predicted by any of the contaminants nor other
physiologic parameter, and GR was only predicted by the smoking status (p=0.0009).
94
94
10.6 DISCUSSION We had the unique opportunity to investigate the effects of potential pro-oxidant dietary
contaminants found in the traditional Inuit diet, namely MeHg and PCBs, on different molecules
involved in the oxidative stress (OxLDL, Hcy, GPx, GR and GSH). Furthermore, we investigated
the potential beneficial effects of n-3 PUFAs and Se, also present in the traditional Inuit diet.
Table 1 shows that this population had concentrations of erythrocyte n-3 PUFAs more than three
fold higher than previously reported in Caucasians subjects (254). Lipid values were comparable
to those previously found in Inuit (66). Table 2 confirmed that Inuit participants were more
exposed to MeHg and PCBs (8 to 18 fold) than the general Caucasian population (285). Despite
theses high levels of contaminants, OxLDL concentrations were comparable, and sometimes
lower, than reported in healthy Caucasians [32-36]. Erythrocyte GPx and GR activities were
elevated compared to a healthy Canadian population [37] whereas plasma levels of Hcy were
similar to those observed in the general Caucasian population [38]. In multivariate analyses
(Table 5), only the levels of PCBs were found to be associated to OxLDL, these results are in
contrast with the expected deleterious effects of dietary contaminants. It is of interest to note that
n-3 PUFAs were not related to any of the dependent variables.
Blood Se was 9 fold higher than reported in other populations [39]. Se negatively
covariates with Hcy suggesting that Se could have potential beneficial effect on the Hcy status.
OxLDL has been shown to play an important role in the pathogenesis of atherosclerosis
[8]. Indeed, it has been shown that LDL particles can undergo oxidative modifications through
disturbances of their redox status via several mechanisms, including the production of ROS by
95
95
contaminants, such as MeHg [3, 4]. However, to date, there is no study on the potential
interactions between PCBs and OxLDL. Even though plasma concentrations of OxLDL were
lower than accounted for in healthy Caucasian populations (Table 1) [32-36], we now report
concentrations of OxLDL significantly correlating with PCBs (Table 3). Furthermore, Table 4
reveals higher PCBs levels in the high OxLDL group, and multivariate modeling (Table 5)
suggests that PCBs were positive predictors of plasma OxLDL concentrations. These results thus
suggest that PCBs participate to LDL oxidation by yet unknown mechanisms. This interpretation
is supported by several reports indicating that PCBs can promote oxidative stress, as reviewed by
Slim et al [40].
The plasma concentration of OxLDL and the level of LDL oxidation, as represented by
the ratio of OxLDL/apoB-LDL, were negatively correlated with concentrations of HDL-C.
Multivariate analyses (Table 5) also reported that HDL-C was a negative predictor of OxLDL
concentration and oxidation. It is plausible that elevated paraoxonase activity, an anti-oxidative
enzymatic activity associated with HDL-C particles [41], could favor lower levels of OxLDL.
However, this hypothesis remains to be further investigated. It is of interest to note that higher
GSH in the high OxLDL subgroup was unrelated to GPx or GR activities nor to n-3 PUFAs. The
level of LDL oxidation correlated with GSH level and, in the multivariate model, was also
predicted by GSH (Table 5). Theses findings, as well as the higher levels of GSH in the high
OxLDL subgroup (Table 4), suggest that the presence of OxLDL particles could trigger the
synthesis of GSH. Recent literature also indicates that OxLDL particles are able to induce a
coordinated up-regulation of GSH in macrophages [42]. Such increase in macrophage production
of GSH could partly explained the present higher concentrations of GSH found in Inuit blood
96
96
Recently, it has been reported that the risk of cardiovascular events was inversely
associated with the activity of blood GPx when this activity was higher than 56.3 U/g Hb [43].
We report, in Inuit, a mean GPx activity of 77.5 ± 1.2 U/gHb (Table 1), ranging from 53.4 U/gHb
to 111.4 U/gHb. Although it has been reported that GPx synthesis and activity depend on dietary
Se intake [44], GPx and Se did not correlate (Table 3) and Se was not a predictor for GPx levels
as shown in Table 5. This suggests that GPx activity in Inuit could have reached a maximal
enzymatic activity. This finding is concordant with report indicating that, at low Se intake, Se
level is well correlated with GPx activity, whereas at high intake, GPx activity effectively
reached a plateau [45]. The American Recommended Dietary Allowance (RDA) prescribed Se
intake of 55 µg/day [46] which is much lower than the already reported intake of 140 µg/day for
a similar Inuit population from Nunavik [15]. Despite an elevated GR enzymatic activity
compared to healthy controls [47], smoking status negatively correlated (p<0.0009) with GR. A
previous report showed that smokers had similar erythrocyte GSH than non-smokers while a
tendency toward lower GR activity compared to non-smokers was observed [48].
Nunavik Inuit had normal Hcy level similar to that of Greenland Inuit and Caucasians [49,
50]. Plasma Hcy correlated negatively with Se, BMI and positively with age (Table 3) whereas
multivariate analyses (Table 5) showed that Hcy was predicted by the same variables. This is in
contrast with studies in Caucasian subjects showing that BMI or Se, at low level, had no effect on
Hcy levels [51, 52]. However, Se has also been considered as a potential factor lowering Hcy in
elderly [53]. Mechanisms linking the levels of Se and Hcy are yet unknown, but the present
report, as well as a study in Greenland Inuit [49], does not support the notion of a Hcy lowering
effect of n-3PUFAs in healthy individuals, as previously reported in hyperlipemic men [54].
97
97
In concordance with a previous report in Inuit of Nunavik [15], correlations between age
and n-3 PUFA, Se MeHg and PCBs (Table 3) confirms that older Inuit consume higher amounts
of traditional food. The levels of contaminants were highly correlated with n-3 PUFAs and
between themselves suggesting that they originated from the same dietary source. However, no
relationship between the levels of n-3 PUFAs and LDL oxidation (OxLDL/apoB-LDL) could be
detected, suggesting that despite the elevated unsaturated bonds present in n-3 PUFAs, LDL
particles were well protected against the oxidative activity of environmental contaminants. We
can thus speculate that the high amounts of n-3 PUFAs present in Inuit could enhance the
glutathione antioxidant defense as previously reported in diabetes [55].
In summary, erythrocyte n-3 PUFAs were highly correlated with dietary contaminants.
Whereas n-3 PUFAs and MeHg were not correlated with biomarkers of oxidation, the level of
plasma PCBs was a good predictor of the concentration of plasma OxLDL even if this
concentration remained very low in Inuit. Level of Hcy was negatively predicted by blood Se,
suggesting a possible beneficial effect of Se. The activity of GPx was higher In Inuit than
activities already known to be protective in Caucasians [43]. This study suggests that, in adult
Inuit, contaminants present in the traditional diet seems to have no direct oxidative effect on the
studied biomarkers of oxidation known to be involved in the pathogenesis of atherosclerosis.
98
98
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fatty acids on lipid peroxidation and antioxidant enzyme status in type 2 diabetic patients.
Diabetes Metab 2002; 28(1): 20-6.
104
104
Table 1: General characteristics of study participants
Characteristics
n (W/M) 71/28
Age (years) 43 ± 1
BMI (kg/m2) 29.1 ± 0.7*
Type 2 diabetes (% of subjects) 5.0
Hypertension (% of subjects) 19.1
Smokers (%of subjects) 72.3
Lipids
Plasma triacylglycerols (mmol/L) 1.23 ± 0.06
Plasma cholesterol (mmol/L)
Total
LDL
HDL
Total/HDL
5.52 ± 0.11
3.16 ± 0.10
1.42 ± 0.04
4.09 ± 0.13
Plasma LDL apolipoprotein B (g/L) 0.79 ± 0.03
Erythrocyte n-3 PUFAs (%) 1.2 ± 0.3
Molecules involved in oxidative stress
OxLDL (U/L) 44.4 ± 1.7
OxLDL/apoB-LDL 57.9 ± 2.7
Homocysteine (µmol/L) 7.4 ± 0.3
105
105
GPx (U/g Hb) 77.5 ± 1.2
GSH (µmol/g Hb) 4.1 ± 0.2
GR (U/g Hb) 12.7 ± 0.3
Mean ± SEM; *n=91 (66W/25M); BMI, body mass index; LDL, low density lipoproteins; HDL,
high density lipoproteins; PUFAs, polyunsaturated fatty acids; OxLDL, oxidized LDL; GPx,
glutathione peroxidase; GSH, glutathione; GR, glutathione reductase.
106
106
Table 2: Levels of contaminants in study participants
Number of
individuals
Measures above
detection limit
Average
concentrations
Se (µg/L blood) 98 98 635.5 ± 38.7
MeHg (nmol/L blood) 98 98 106.2 ± 9.8
PCBs (µg/L plasma)
28 97 10 0.05 ± 0.002
52 97 82 0.11 ± 0.013
99 97 97 0.54 ± 0.04
101 97 87 0.13 ± 0.01
105 97 77 0.16 ± 0.02
118 97 97 0.57 ± 0.06
128 97 50 0.04 ± 0.002
138 97 97 1.97 ± 0.17
153 97 97 3.17 ± 0.28
156 97 97 0.21 ± 0.02
170 97 97 0.50 ± 0.05
180 97 97 1.49 ± 0.15
183 97 96 0.19 ± 0.02
187 97 97 0.75 ± 0.07
Total PCBs 97 97 8.78 ± 0.79
Mean ± SEM
107
107
Tab
le 3
: Pea
rson
cor
rela
tions
(r v
alue
s) b
etw
een
vari
able
s inf
luen
cing
oxi
dativ
e/an
tioxi
dant
stat
us.
LD
L-C
O
xLD
L A
poB
-LD
L O
xLD
L/
apoB
-LD
L H
DL- C
n-3
PUFA
s M
eHg
PCB
s Se
H
cy
GPX
GSH
GR
B
MI
LDL-
C
1
OxL
DL
0.23
* 1
Apo
B-L
DL
0.89
§ 0.
30**
1
OxL
DL/
apo
B-L
DL
-0.3
8§
0.77
§ -0
.38§
1
HD
L-C
0.
20*
-0.2
6**
-0.0
1 -0
.19*
1
n-3
PUFA
s 0.
09
0.19
0.
15
0.06
0.
16
1
MeH
g -0
.01
0.07
0.
12
0.01
0.
13
0.76
§ 1
PCB
s 0.
06
0.24
**
0.17
0.
12
0.21
* 0.
79§
0.70
§ 1
Se
-0.1
1 0.
20*
-0.1
6 0.
11
-0.1
6 0.
59§
0.76
§ 0.
58§
1
Hcy
-0
.08
-0.1
3 -0
.13
-0.0
4 0.
07
-0.1
1 -0
.16
0.03
-0
.28*
*1
GPx
0.
02
0.03
-0
.07
0.09
0.
05
0.19
0.
11
0.12
0.
08
-0.1
8 1
GSH
0.
04
0.17
-0
.15
0.29
**
0.11
0.
07
-0.0
2 0.
02
-0.0
5 0.
06
0.06
1
GR
0.
01
-0.1
3 0.
01
-0.0
7 -0
.13
-0.0
8 -0
.02
0.01
0.
02
0.12
-0
.01
-0.1
31
BM
I 0.
04
0.09
0.
24*
-0.0
9 -0
.35§
0.23
* 0.
27**
0.10
0.
39§
-0.2
7**
-0.0
8-0
.16
0.16
1
108
108
Age
0.
01
0.08
0.
08
0.02
0.
29†
0.73
§ 0.
59§
0.78
§ 0.
40§
0.24
* 0.
070.
01
0.07
0.25
*
Cor
rela
tions
wer
e m
ade
on lo
g-tra
nsfo
rmed
var
iabl
es, *
P<
0.05
, **
P< 0
.01,
§ P
<0.0
005.
109
Table 4: Comparisons of environmental contaminants, oxidative stress and antioxidants
markers between subjects with low and high plasma OxLDL concentrations
Low OxLDL*
OxLDL ≤ 43.5 U/L
High OxLDL*
OxLDL > 43.5 U/L
P
n 49 50
Age (years) 40.8 ± 1.8 45.6 ± 1.9 ns
BMI (kg/m2) 28.5 ± 0.9 29.5 ± 1.0 ns
Plasma cholesterol (mmol/L) 5.35 ± 0.16 5.69 ± 0.16 ns
Plasma triacylglycerols (mmol/L) 1.14 ± 0.07 1.33 ± 0.10 ns
ApoB-LDL (g/L plasma) 0.74 ± 0.04 0.85 ± 0.03 0.02
n-3 PUFAs (%) 10.5 ± 0.3 11.9 ± 0.44 0.02
Environmental contaminants
MeHg (nmol/L blood) 88.1 ± 11.4 123.1 ± 15.9 ns
Se (µg/L blood) 547.6 ± 46.0 718.2 ± 60.1 0.015
PCBs (µg/L plasma) 6.48 ± 0.89 11.1 ± 1.2 0.01
Molecules involved in oxidative stress
OxLDL (U/L) 31.5 ± 1.1 56.8 ± 2.1 ---
Hcy (µmol/L) 7.4 ± 0.5 7.3 ± 0.4 ns
GPx (U/g Hb) 76.7 ± 1.7 77.8 ± 1.8 ns
GR (U/g Hb) 12.8 ± 0.4 12.7 ± 0.4 ns
110
GSH (µmol/g Hb) 3.8 ± 0.2 4.5 ± 0.2 0.01
Mean ± SEM; *subjects were sub-grouped into low and high levels of OxLDL, based on the
OxLDL median value of 43.5 U/L. T test were made on log transformed variables.
111
Table 5: Regression coefficients (ß) from multiple linear regression analyses preceded by
stepwise analyses using OxLDL, OxLDL/apoB-LDL, Hcy, GSH, GPX and GR dependent
variables and various biological parameters as predictor variables.
OxLDL OxLDL/ apoB-LDL Hcy GSH GPx GR
Age ---* --- 0.22
(0.02)** --- --- ---
BMI --- --- -0.23
(0.04) --- --- ---
Smoking status --- --- --- 0.10
(0.04) ---
-0.07
(0.0009)
n-3 PUFAs --- --- --- --- --- ---
LDL-C 0.42
(0.007)
-0.72
(0.0002) --- --- --- ---
OxLDL --- --- --- --- --- ---
OxLDL/apoB-
LDL --- --- ---
0.21
0.005 --- ---
HDL-C -0.32
(0.005)
-0.21
(0.002) --- --- --- ---
PCBs 0.11
(0.006) --- --- --- --- ---
MeHg --- --- --- --- --- ---
Se --- --- -0.19
(0.005) --- --- ---
* Values not statistically significant are not included; **P values within parentheses.
112
11. Chapitre 2: Statut redox de la vitamine E et de la coenzyme Q10 chez une population Inuit du Nunavik.
113
11.1 Résumé
Les Inuit sont énormément exposés à des molécules potentiellement pro-oxydantes telles que le
méthylmercure (MeHg) et les biphényles polychlorés (BPC) par leur alimentation traditionnelle.
Cette alimentation est également une source abondante d’acides gras polyinsaturés de type
oméga-3 (n-3 PUFA), de sélénium (Se) et d’antioxydants, lesquels peuvent contribuer à réduire le
risque de maladies cardiovasculaires. Quoique les Inuit du Nunavik aient de faibles
concentrations de lipoprotéines de faible densité oxydée (LDLox) et des défenses antioxydantes
reliées au glutathion assez élevées, la variance des LDLox était quand même prédite par les BPC
et le glutathion sanguin, laissant inexpliqué le mécanisme du stress oxydant associé aux
contaminants. Objectifs : Évaluer le stress oxydant chez ces Inuit en mesurant la concentration
plasmatique et le statut redox de l’α-tocophérol et de la coenzyme Q10 (CoQ10), deux marqueurs
sensibles du stress oxydant, en relation avec leur exposition alimentaire. Méthodes : Les
antioxydants lipophiles ont été mesurés par chromatographie à haute performance couplée à une
détection électrochimique et leur relation avec les BPC, le MeHg, les n-3 PUFA, le sélénium et
les LDLox ont été évalués à l’aide d’analyses multivariées. Résultats : L’ubiquinol-10,
l’ubiquinone-10 et le ratio ubiquinone-10/CoQ10 total étaient élevés comparé à ceux des
populations Caucasiennes, mais ne montraient pas d’association avec les BPC, le MeHg ou les n-
3 PUFA. L’ubiquinol-10 (β=0.23, p=0.007) et la CoQ10 totale (β=0.27, p=0.0009) étaient
prédites par le Se sanguin, et l’α-tocophérol par les BPC (β=4.12, p=0.0002), les n-3 PUFA
(β=9.16, p=0.02) et les LDLox (β=3.04, p=0.05). De façon surprenante, le ratio α-tocophéryls
quinone/α-tocophérol, dans les limites normales, était négativement prédit par les BPC (β=-0.41,
p=0.02). Conclusion : L’utilisation de marqueurs sensibles à l’altération redox n’a pas permis de
trouver d’associations évidentes entre le stress oxydant et le MeHg et les BPC chez ces Inuit. Par
ailleurs, malgré des défenses antioxydantes robustes, le ratio élevé ubiquinone-10/CoQ10total
(0.21 ±0.11) suggère une forme de stress oxydante de source inconnue.
114
ENVIRONMENTAL CONTAMINANTS AND REDOX STATUS OF
COENZYME Q10 AND VITAMIN E IN INUIT FROM NUNAVIK
Marie-Claire Bélanger2,3, Marc-Édouard Mirault1,3, Eric Dewailly1,4, Line Berthiaume2, Pierre Julien1,2
Author affiliations :
1Faculty of Medicine, Université Laval; 2Québec Lipid Research Centre; 3Health and
Environment Research Unit; 4Public Health Research Unit, CHUL Research Centre, Centre
Hospitalier Universitaire de Québec, Québec City, Québec, Canada.
Address correspondence to P. Julien, Centre de recherche sur les maladies lipidiques, CHUL-
CHUQ Research Center, 2705 Boul Laurier, Québec City, Québec G1V 4G2,
Canada. Telephone : (418) 656-4141 ext. 47802. Fax : (418) 654-2145. E-mail :
115
Running title: Inuit vitamin E and coenzyme Q10 redox status
Key words: Inuit, methylmercury, polychlorinated biphenyls, oxidative stress, LDL oxidation,
α-tocopherol, α-tocopheryl quinone, ubiquinol-10, ubiquinone-10, redox states
Acknowledgements
We are grateful to the Nunavik population, Municipal Councils and Nunavik Nutrition and
Health Committee for their collaboration, and to Francine Noël for assistance in on-site collection
of blood samples and clinical data. This study was supported by grants from the Northern
Contaminant Program, Indian and Northern Affairs, Canada, the Toxic Substances Research
Initiative, Environment and Health Canada, and by a doctoral studentship from the FRSQ
Cardiovascular Health Network.
Abbreviations:
α-TOH: α-tocopherol; α-TQ: α-tocopheryl quinone; CoQ10: oxidized form of coenzyme Q10
(ubiquinone-10); CoQ10H2: reduced form of coenzyme Q10, (ubiquinol-10); CoQ10total:
CoQ10+CoQ10H2; GPx: seleno-glutathione peroxidase; GSH: glutathione; HDL: high density
lipoprotein; LDL: low density lipoprotein; n-3 PUFA: n-3 polyunsaturated fatty acids; MeHg:
methylmercury; OxLDL: Oxidized low density lipoprotein; PCB: polychlorinated biphenyl(s);
Se: selenium.
116
Outline of section headers Abstract
Introduction
Methods
Results
Discussion
References
Figure legend
Tables 1-3
Figure 1
117
11.2 ABSTRACT Background: The Inuit are heavily exposed to potentially prooxidant contaminants such as
methylmercury (MeHg) and polychlorinated biphenyls (PCB) through their traditional diet. This
diet is also an abundant source of n-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA), selenium and
antioxidants, which might reduce cardiovascular risk. Although Inuit from Nunavik have low
concentrations of plasma oxidized LDL (OxLDL) and elevated glutathione-related antioxidant
defenses, the variance in OxLDL was predicted by PCB and blood glutathione, leaving the issue
of contaminant-associated oxidative stress unresolved. Objectives: to assess oxidative stress in
these Inuit by measuring the plasma concentrations and redox states of α-tocopherol and
coenzyme Q10 (CoQ10), two sensitive biomarkers of oxidative stress, in relation to exposure.
Methods: plasma lipophyllic antioxidants were determined by HPLC-coupled electrochemical
detection and their relations to PCB, MeHg, n-3 PUFA, selenium and OxLDL were assessed by
multivariate analyses. Results: ubiquinol-10, ubiquinone-10 and ubiquinone-10/CoQ10total ratio
were elevated as compared to Caucasian populations but showed no associations with PCB,
MeHg or n-3 PUFA. Ubiquinol-10 (β=0.23, P=0.007) and CoQ10total (β=0.27, P=0.009) were
predicted by blood selenium, and α-tocopherol by PCB (β=4.12, P=0.0002), n-3 PUFA (β=9.16,
P=0.02) and OxLDL (β=3.04, p=0.05). Unexpectedly, the α-tocopheryl quinone/α-tocopherol
ratio, in the normal range, was negatively predicted by PCB (β=-0.41, P=0.02). Conclusion:
using sensitive biomarkers of redox alterations, we found no evidence for MeHg- or PCB-
associated oxidative stress in these Inuit. However, despite robust blood antioxidant defenses, the
unusually elevated ubiquinone-10/CoQ10total ratio (0.21±0.11) suggests some form of oxidative
stress of unknown origin.
118
11.3 INTRODUCTION Studies in Inuit of Nunavik suggest that consumption of marine products, a major source of
n-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA), is beneficial to cardiovascular health (Dewailly et al.
2001). Dewailly et al. concluded that the traditional Inuit diet was probably responsible for the
low mortality rate from ischemic heart disease in this population (Dewailly et al. 2001).
However, fish and sea mammals consumed by the Inuit are also highly contaminated by
methylmercury (MeHg) (Wagemann et al. 1996) and other potentially prooxidant contaminants
such as polychlorinated biphenyls (PCB) (Dewailly et al. 1993; Muckle et al. 2001). Both MeHg
(LeBel et al. 1990; Lund et al. 1993; Sarafian and Verity 1991; Yee and Choi 1994) and PCB
(Ryu et al. 2003; Slim et al. 1999; Slim et al. 2000) are documented sources of oxidative stress.
For example, PCB-153, the main PCB congener found in Inuit, was reported to induce
concentration-dependent formation of reactive oxygen species (ROS) and death of cerebellar
granule cells (Mariussen et al. 2002). The mean concentrations of PCB, MeHg and Se in Inuit of
Salluit were respectively 16-18-fold, 10-14 fold and 8-15 fold higher than reported for reference
Caucasian populations consuming little fish (Bélanger et al. 2006). The low risk of CVD
observed in an Inuit population highly exposed to MeHg stands in sharp contrast with the
increased risk of CVD and acute myocardial infarction found associated with mercury exposure
in Finnish men (Salonen et al. 1995; Virtanen et al. 2005). The potentially deleterious effects of
MeHg on cardiovascular health have been the focus of vigorous debates (Guallar et al. 2002;
Salonen et al. 2000; Seppanen et al. 2004; Virtanen et al. 2005; Yoshizawa et al. 2002), and it
would be of particular interest to find out which factors may account for the contrasting results
obtained in different populations.
119
Susceptibility to MeHg toxicity likely depends, besides intrinsic genetic background, on
many environmental factors including the diet. The traditional Inuit diet is unusually rich in
selenium (Se) (Blanchet et al. 2000), coenzyme Q10 (CoQ10) (Bliznakov 1976) and vitamin E
(Blanchet et al. 2000), which might be beneficial for cardiovascular health. An inverse
relationship between serum Se concentrations and risk of coronary heart disease or myocardial
infarction was found in the Finnish (Salonen et al. 1982), a population featuring relatively low Se
status. Se is essential to human health (Rayman 2000), being a key component of several
antioxidant proteins including selenoprotein P and glutathione peroxidase (GPx) and thioredoxin
reductase enzyme families, which harbor a critical seleno-cysteine at their active sites. Blood
GPx activity was found to be elevated in Inuit of Nunavik (Bélanger et al. 2006), in the range that
was associated with lower risk of cardiovascular disease in Caucasians (Blankenberg et al. 2003).
These Inuit also showed favorable lipid profiles and low levels of oxidized LDL (OxLDL)
(Bélanger et al. 2006), a factor implicated in the pathophysiology of atherogenesis(Stocker and
Keaney 2004).
LDL particle susceptibility to oxidation likely depends on blood and LDL antioxidant
status. Circulating LDL contain two lipid-soluble antioxidants, α-tocopherol (α-TOH, the main
component of vitamin E) and coenzyme Q10 (CoQ10). CoQ10 is found in two redox forms: the
reduced form ubiquinol-10 (CoQ10H2) and the oxidized form ubiquinone-10 (Yalcin et al.
2004). In addition to its classic role as an electron carrier in the mitochondrial respiratory chain,
CoQ10 has gained much interest as a potential antioxidant in plasma and lipoproteins (Murthy
2001). The antioxidant function of ubiquinol-10 has been related to a chain breaking radical
quencher in the oxidative cycle and as a regenerator of α-TOH from its oxidized derivative α-
tocopheryl quinone (TQ) (Sunesen et al. 2001). Most attention has focused on vitamin E as it is
120
the major lipid-soluble antioxidant in LDL. Lipoproteins isolated from carotid plaques are
apparently not grossly deficent in α-TOH (Niu et al. 1999), and the relative extent of TOH
oxidation in human atherosclerotic lesions was found to be maximal early in the disease where it
exceeded lipid oxidation (Terentis et al. 2002). The major LDL oxidation product was α-TQ,
which only reached ~10% of LDL α-TOH, suggesting that vitamin E did not contribute much to
prevent LDL lipid oxidation in the artery wall (Terentis et al. 2002). The respective roles of
vitamin E and CoQ10 as potential antioxidants inhibiting LDL particle oxidation and as
antiatherogenic agents remain controversial (Stocker and Keaney 2004). The results of vitamin E
supplementation studies in animal models of atherosclerosis (Suarna et al. 2006) and the outcome
of clinical interventions with α-TOH supplements have been overall disappointing (Stocker
1999; Stocker and Keaney 2004). In contrast, ubiquinol-10 was reported to be much more
efficient than α-tocopherol in inhibiting LDL oxidation (Stocker 1991), suggesting that CoQ10
would be the first line antioxidant defense in LDL particles. In support, CoQ10 proved to be a
much more efficient antiatherogenic agent than α-TOH in ApoE-deficient mice (Suarna et al.
2006; Witting et al. 2000).
Little is known on potential effects of dietary Northern contaminants on vitamin E and
CoQ10 antioxidant status in circulation, and LDL oxidation in exposed populations. In the
present study, we assessed possible associations of MeHg and PCB exposure of Inuit with
changes in plasma levels and redox status of CoQ10 and vitamin E, in relation to selenium, lipid
PUFA and LDL oxidation status. In particular, we looked whether MeHg and/or PCB would
predict oxidation of ubiquinol-10 and α-TOH.
121
11.4 METHODS
Study participants. This study was carried out in the Canadian Inuit village of Salluit (Nunavik,
Northern Québec). The general characteristics of these randomly selected Inuit adult participants
(n=99) have been published elsewhere (Bélanger et al. 2006). Selected participants had Inuit
family names and spoke Inuktitut at home. Residents of Caucasian origins were excluded from
the study. In summary, among these participants aged 45 ± 13 years (mean ± SD), mostly women
(71 women/ 28 men), featuring elevated BMI (29 ± 7 kg/m2, ranging from 17 to 44 kg/m2; 39%
of them with BMI > 30 kg/m2), normal lipoproteinemia and elevated concentrations of
erythrocyte n-3 PUFA (11 ± 3 %), 72% were smokers, 19% had hypertension and 5% had
diabetes. They signed an informed consent approved by the Université du Québec à Montréal
Ethic Committee, the Nunavik Nutrition and Health Committee and the Medical Board of the
Povungnituk Hospital. Data related to participant health status, current health problems and use
of medication were obtained. Subjects taking medication affecting lipid metabolism and/or
oxidative stress markers, such as statins, fibrates and ACE inhibitors, were excluded from the
study. Blood samples were collected after an overnight fast. Plasma was immediately separated
from red blood cells by centrifugation (1,500 g, 10 min) and stored at -84oC under argon until
preparation for analysis. The time between blood sampling and freezing of the plasma was no
more than 15 min.
Analyses of contaminants, OxLDL and erythrocyte fatty acids. Blood contents of contaminants
(Hg, Se, PCB) were determined at the Québec Toxicology Laboratory. PCB was the sum of the
most prevalent PCB congeners found in Northern Quebec subjects (Muckle et al. 2001; Muckle
et al. 2001). Plasma OxLDL was measured by ELISA by use of monoclonal antibody mAb-4E6
(Mercodia AB, Uppsala, Sweden). Erythrocyte fatty acid profiles were obtained by gas-liquid
122
chromatography (HP 5890, Hewlett Packard, Toronto, Canada) using an Innowax capillary
column (30m x 0.25 mm x 0.25µm, Agilent, Mississauga, Canada) (Bélanger et al. 2006).
Chromatographies were calibrated using a mixture of 37 different fatty acids (FAME 37,
Supelco, Bellefonte, Pa.). Fatty acid data were expressed as percent of total erythrocyte
membrane fatty acids.
Determination of lipophyllic antioxidants. Simultaneous monitoring of ubiquinol-10,
ubiquinone-10 and tocopherols was carried out by high-performance liquid chromatography with
coulometric electrochemical detection as described by Finckh et al. (Finckh et al. 1999). The
following calibration standards, α-tocopherol, α-tocopheryl quinone, γ-tocopherol, ubiquinone-
10, ubiquinone-9, tocotrienol and β-carotene were purchased from Sigma-Aldrich (USA) or
VWR Scientific (USA). Ubiquinol-9 and-10 were prepared from their respective ubiquinones
according to Yamashita & Yamamoto (Yamashita and Yamamoto 1997). Plasma samples were
extracted by a method adapted from Menke et al. (Menke et al. 2000). Briefly, after addition of 4
ng β-tocotrienol and 5 ng ubiquinol-9 as internal standards for post-HPLC quantification purpose,
300 µL plasma were thawed at 4oC in the dark and processed immediately by addition of 2 ml of
a methanol-ethanol (1:1) mixture and vigorous shaking, followed by addition of 10 ml hexane.
The solvent was evaporated under a nitrogen stream and the dry sample was redissolved in 700
µL ethanol and injected in a Gold HPLC system (Beckman) with an autosampler connected to a
Prontosil column (150 x 4.0 mm, Bischoff Chromatography, Atlanta, GA). The mobil phase
contained methanol:ethanol:isopropanol (88/24/10) and 15 mM lithium perchlorate. Oxidized and
reduced forms of vitamins and CoQ10 were detected using a Coulochem III (ESA, Bedford, MA)
coulometric electrochemical detector, as described (Finckh et al. 1999; Menke et al. 2000). Each
123
compound’s concentration was determined by use of calibration standard curves. No oxidation of
the ubiquinol-9 internal standard was detected after plasma extraction and HPLC analysis.
Statistical analyses were carried out using JMP 4.0 software (SAS institute). Log-transformed
continuous variables were used for pairwise correlations analyses. Correlations were considered
statistically significant at p< 0.05. Multivariate stepwise models were built with each form of
vitamin E and CoQ10 as independent variables and dietary contaminants MeHg and PCB, n-3
PUFA, Se and OxLDL as predictor variables in a distinct model. All data were log transformed
and models were adjusted for age, BMI, sex, smoking status and lipid profiles.
124
11.5 RESULTS The chromatograms shown in Figs. 1A&B provide two examples of lipophyllic antioxidant
HPLC profiles selected to illustrate the wide range of CoQ10 redox states found in the Inuit
group investigated. The ubiquinone-10/CoQ10total ratio varied from virtually 0 to 0.53 with a
mean value of 0.21±0.11 (Table 1). All plasma samples contained β-tocotrienol and ubiquinol-9
added as internal standards for quantification of tocopherols and ubiquinol-10. Of importance,
ubiquinone-9 potentially derived from artefactual ubquinol-9 oxidation was not detected in any
plasma sample analyzed including those showing the highest ubiquinone-10/CoQ10total ratio
(Fig.1 B). Table 1 displays the plasmatic concentrations of the reduced and oxidized forms of
tocopherols and CoQ10. The mean total CoQ10 concentration was 2.11 µmol /L, which
comprised 77% ubiquinol-10 and 23% ubiquinone-10. The mean “total” vitamin E concentration
was 31.91 µmoles/L comprising 87% α-TOH, 5% α-TQ and 8% γ-TOH.
Pairwise analyses of correlations between different forms of tocopherols, CoQ10 and dietary
contaminants, n-3 PUFA, Se and OxLDL are shown in Table 2. Total vitamin E and α-TOH
correlated significantly with all the variables, in contrast to γ-TOH. Of interest, both α-TQ and its
redox state α-TQ/TOH, a biomarker probe for oxidative stress, correlated negatively with PCB,
MeHg and n-3 PUFA, three potential sources of free radicals. The redox state α-TQ/TOH also
correlated negatively with Se. Total CoQ10 and its reduced form ubiquinol-10 correlated with
PCB, MeHg, Se and OxLDL, whereas its oxidized form, ubiquinone-10, was correlated to
OxLDL only. The ubiquinone-10/CoQ10total ratio, a second probe for oxidative stress, did not
correlate with any of the variables tested.
125
The multivariate analyses presented in Table 3 show that α-TOH was positively predicted by
PCB, n-3 PUFA and OxLDL. α-TQ, but not the α-TQ/α-TOH redox state, was negatively
predicted by MeHg. The α-TQ/α-TOH ratio was negatively predicted by PCB. Neither reduced
nor oxidized forms of CoQ10, nor the ubiquinone-10/CoQ10total ratio were predicted by PCB,
MeHg or n-3 PUFA. On the other hand, CoQ10total and ubiquinol-10 were positively predicted by
Se.
126
11.6 DISCUSSION In this report, we looked for possible prooxidant effects of MeHg and PCB exposure on
plasma concentration and redox status of two plasma antioxidants associated with LDL particles,
α-TOH and CoQ10. The Inuit plasma vitamin E content, reflected by the sum of α-TOH, α-TQ
and γ-TOH, was similar or only slightly higher than reported for other North American
populations (Schwedhelm et al. 2003). Multivariate analyses indicate that α-TOH was predicted
by PCB, n-3 PUFA and OxLDL. This observation is consistent with oxidative processes
associated with each of these variables. The antioxidant function of vitamin E may prevent the
oxidation of PUFA in membrane phospholipids and plasma lipoproteins (Sunesen et al. 2001;
Traber and Sies 1996; Valk and Hornstra 2000). The positive association observed between PCB
and vitamin E in an earlier study on Baltic seals lead to the suggestion that elevated vitamin E
status could be an effect of high PCB load (Routti et al. 2005). Elevated vitamin E in Baltic seals
was proposed to reflect an adaptative antioxidant response to PCB-mediated oxidative stress
(Nyman et al. 2003). Exposure of rodents to PCB was also reported to increase the absorption of
vitamin E and lipids by the intestine, thereby elevating plasmatic vitamin E levels (Katayama
1991). We may therefore wonder whether PCB might have similar effects in the Inuit. Neither
PCB, MeHg or red blood cell PUFA were predictors of α-TQ, ubiquinone-10, or altered redox
states. Mercury was even negatively associated with α-TQ, and PCB was found to predict a
reduction of the α-TQ/α-TOH redox state, two unexpected results. Altogether, the tocopherol
redox status data provide no evidence of oxidative stress associated with MeHg and PCB
exposure in the adult Inuit investigated.
Inuit plasma CoQ10total was about 2-fold higher than in Caucasian (Kaikkonen et al. 1999) and
Asian populations (Yamashita and Yamamoto 1997) and 1.5-fold that reported for Inuit
127
Greenlanders (Pedersen et al. 1999). Of note, ubiquinol-10 and CoQ10total were predicted by Se
status of both women and men, in contrast to the results obtained with Inuit of Greenland, for
whom a significant correlation between Se and CoQ10total was only observed in men (Pedersen et
al. 1999). We found that plasma ubiquinone-10 and the ubiquinone-10/CoQ10total ratio used to
assess CoQ10 redox status (Yamashita and Yamamoto 1997) were unusually high. The
ubiquinone-10/CoQ10 total mean value was 0.21 ± 0.11 (Table 3), which is 2- to 4-fold higher than
reported in Caucasian and Asian populations (Kaikkonen et al. 1999; Lagendijk et al. 1996;
Menke et al. 2000; Wang et al. 1999; Yamashita and Yamamoto 1997), and 50-75% higher than
in James Bay sportfishermen as determined by use of exactly the same experimental protocol
(Bélanger MC, Mirault ME, Dewailly E, Plante M, Berthiaume L, Noël M and Julien P,
unpublished). Because ubiquinols are extremely prone to autooxidation, possible artefactual
oxidation of ubiquinols during extraction and HPLC analysis has to be considered first. Adequate
precautions were taken to minimize ubiquinol oxidation during sample preparation and HPLC
analysis, as recommended (Finckh et al. 1995; Finckh et al. 1999; Lagendijk et al. 1996; Menke
et al. 2000). Secondly, formation of ubiquinone-9 from ubiquinol-9 internal standard was
routinely checked in each sample analyzed and could not be detected. According to the definition
of oxidative stress resulting from an “imbalance between oxidants and antioxidants in favor of
the oxidants potentially leading to damage” (Sies 1991), the observed shift of the CoQ10 redox
state toward a more oxidized status provides a sensitive indicator of some form of “oxidative
stress” in these Inuit. However, such oxidative stress would appear to affect CoQ10 specifically,
since neither α-TOH nor LDL oxidation status indicated an increased prooxidant balance.
Moreover, the simultaneous observation of high levels of major antioxidant defense components
including blood selenium, GPx and GSH reductase (Bélanger et al. 2006), and ubiquinol-10 (this
128
study), may suggest an adaptive response of these Inuit to an oxidative challenge of unknown
origin.
Of interest, plasma OxLDL concentrations of the Inuit (mean 44.4 ± 1.7 U/L, (Bélanger et
al. 2006)) were lower than reported for healthy Caucasian controls (Holvoet et al. 2001; Hulthe
and Fagerberg 2002; Sigurdardottir et al. 2002; Weinbrenner et al. 2003), despite exposure to
potentially prooxidant PCB and MeHg. The correlation of OxLDL with plasma ubiquinone-10 is
consistent with the view that LDL oxidation is associated with selective oxidation of ubiquinol-
10 but not α-TOH (Stocker and Keaney 2004). In support, human studies showed that CoQ10
supplementation produced significant decreases in LDL hydroperoxides levels (Alleva et al.
1995; Kaikkonen et al. 1999; Mohr et al. 1992). Stocker et al suggested that ubiquinol-10 protects
human LDL more efficiently against lipid peroxidation than α-TOH, despite the fact that α-TOH
is the quantitatively dominant lipophyllic antioxidant in LDL particles (Stocker et al. 1991). In
contrast to the low prevalence of CVD among the Inuit (Dewailly et al. 2001), studies in the
Finnish population featuring low blood Se status reported significant associations between
mercury exposure and an increased risk of CVD (Guallar et al. 2002; Salonen et al. 2000;
Salonen et al. 1995; Virtanen et al. 2005). It is tempting to suggest that the low susceptibility of
Inuit to LDL oxidation may be partly explained by high blood Se status and complex Hg-Se
interactions that might reduce deleterious effects of MeHg on cardiovascular health (Cuvin-
Aralar and Furness 1991; Rayman 2000), in addition to n-3 PUFA related beneficial effects
(Dewailly et al. 2001). On the other hand, the relatively high blood GPx activity of Inuit
(Bélanger et al. 2006), falling in the activity range reported to be inversely associated with
cardiovascular events (Blankenberg et al. 2003), would also help prevent lipid peroxidation and
could account, at least in part, for low OxLDL oxidation (Bélanger et al. 2006). In turn, low LDL
129
oxidation status may be expected to contribute to reduce the risk of atherosclerosis development
(Hulthe and Fagerberg 2002) in these Inuit.
In conclusion, the Inuit of Nunavik investigated here presented no evidence of alterations in
plasmatic concentrations and redox states of α-TOH and CoQ10 associated with MeHg exposure.
On the other hand, PCB exposure and erythrocyte n-3 PUFA content were positive predictors of
plasma α-TOH, suggesting a tocopherol-mediated adaptive antioxidant response to PCB
exposure and high n-3 PUFA intake. Plasma ubiquinone-10 concentration and ubiquinone-
10/CoQ10total redox ratio were unusually elevated in these Inuit, despite low LDL oxidation and
high blood antioxidant defense status. The physiological significance of this observation is not
known.
130
11.7 REFERENCES Alleva R, Tomasetti M, Battino M, Curatola G, Littarru GP, Folkers K. 1995. The roles of
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138
FIGURE LEGEND
Figure 1. Representative HPLC chromatograms of plasmatic lipophyllic antioxidants from two
Inuit presenting low and high redox ratio ubiquinone-10/ubiquinol-10. Plasma samples (300 µL)
contained: A, 4 ng β-tocotrienol (internal standard) (1), 0.74 µmole/L α-TQ (2), 3.09 µmole/L γ-
TOH (3), 64.29 µmole/L α-TOH (4), 5 ng ubiquinol-9 (internal standard) (5), 4.82 µmole/L
ubiquinol-10 (6), 0.24 µmole/L β-carotene (7) and 0.28 µmole/L ubiquinone-10 (8). B, 4 ng β-
tocotrienol (internal standard) (1), 1.33 µmole/L α-TQ (2), 5.18 µmole/L γ-TOH (3), 49.75
µmole/L α-TOH (4), 5 ng ubiquinol-9 (internal standard) (5), 7.95 µmole/L ubiquinol-10 (6),
0.10 µmole/L β-carotene (7) and 5.91 µmole/L ubiquinone-10 (8). All compounds were separated
according to their retention time. Detection sensitivity scales were adjusted to 2 µA for
tocopherols, 100 nA for ubiquinols and 50 nA for ubiquinone-10. The inserts show extensions of
the chromatogram region upstream of ubiquinone-10 (8), where ubiquinone-9 elution was
expected, but not detected.
139
Table 1: Plasmatic concentrations of lipophilic antioxidants
Compounds Mean ± SD (n = 99) Median Range
Tocopherolstotal (µmoles/L) 31.91 ± 8.63 30.27 13.65-53.47
α-TOH (µmoles/L) 27.90 ± 7.50 26.35 12.65-45.14
α-TQ (µmoles/L) 1.56 ± 1.73 1.13 nd*-7.27
γ-TOH (µmoles/L) 2.45 ± 1.18 2.15 0.64-6.02
α-TQ/α-TOH 0.058 ± 0.05 0.04 nd*-0.24
CoQ10total (µmoles/L) 2.11 ± 0.97 1.75 0.77-5.55
Ubiquinol-10 (µmoles/L) 1.62 ± 0.69 1.38 0.70-4.59
Ubiquinone-10 (µmoles/L) 0.48 ± 0.44 0.32 nd*-2.63
Ubiquinone-10/CoQ10total 0.21 ± 0.11 0.18 nd*-0.53
β-Carotene (µmoles/L) 0.16 ± 0.23 0.11 0-1.58
* Not detected (nd)
140
Table 2: Pearson correlations (r values) from pairwise correlations between vitamin E or
CoQ10 and biological variables including dietary contaminants, n-3 PUFA, Se and OxLDL.
PCB
MeHg n-3 PUFA Se OxLDL
Tocopherolstotal 0.30
(0.003)
0.23
(0.02)
0.23
(0.03)
0.30
(0.003)
0.38
(0.0002)
α-TOH 0.41
(< 0.001)
0.33
(0.001)
0.34
(0.0006)
0.36
(0.0006)
0.39
(0.0001)
α-TQ -0.26
(0.01)
-0.26
(0.01)
-0.28
(0.007) --- ---
γ-TOH --- --- --- --- ---
α-TQ/α-TOH -0.39
(0.0001)
-0.36
(0.0004)
-0.39
(0.0002)
-0.24
(0.02) ---
CoQ10total 0.25
(0.02)
0.24
(0.02) ---
0.30
(0.004)
0.35
(0.0005)
Ubiquinol-10
0.25
(0.01)
0.24
(0.02) ---
0.31
(0.003)
0.32
(0.001)
Ubiquinone-10 --- --- --- ---
0.33
(0.001)
Ubiquinone-10/CoQ10total --- --- --- --- ---
P values in parentheses; --- not significant.
141
Table 3 : Regression coefficient (ß) from multivariate linear regression analyses preceded
by stepwise analyses using vitamin E and CoQ10 as independent variables and PCB, MeHg,
n-3 PUFA, Se and OxLDL as predictor variables. Models were adjusted for age, gender,
BMI, smoking status and plasma lipids.
PCB
MeHg n-3 PUFA Se OxLDL
Tocopherolstotal 2.68
(0.0005)
--- --- --- 4.47
(0.03)
α- TOH 4.12
(0.0002)
--- 9.16
(0.02)
--- 3.04
(0.05)
α-TQ --- -0.30
(0.005)
--- --- ---
γ- TOH --- --- --- --- ---
α-TQ/α-TOH - 0.41
(0.02)
--- --- --- ---
CoQ10total --- --- --- 0.27
(0.009)
0.08
(0.05)
Ubiquinol-10 --- --- --- 0.23
(0.007)
0.18
(0.06)
Ubiquinone-10 --- --- --- --- ---
Ubiquinone-10/CoQ10total --- --- --- --- ---
Statistically non-significant (----) ; P values in parentheses.
142
Figure 1
143
12. Chapitre 3: Exposition saisonnière au méthylmercure et statut oxidant chez des pêcheurs de la Baie James
144
12.1 Résumé
Contexte : Les effets d’une exposition modérée saisonnière au méthylmercure (MeHg) sur
l’oxydation de la lipoprotéine de faible densité (LDL) et les indices des risques cardiovasculaires
demeurent inconnus. Objectifs : Evaluer les effets d’une exposition saisonnière au MeHg à des
doses similaires à celles rapportées comme pouvant augmenter le risque de maladie
cardiovasculaire, via la consommation de poisson contaminé. Les effets de cette exposition sur
les lipoprotéines, les profils d’acides gras, l’oxydation du LDL et la balance sanguine oxydant-
antioxydant ont été évalués chez des pêcheurs sportifs ayant des niveaux de sélénium et d’acides
gras oméga-3 normaux. Méthode : 31 pêcheurs sportifs de la Baie James ont été évalués pour des
variations interindividuelles longitudinales saisonnières dans le contenu en MeHg de leur
cheveux et de leur sang, l’oxydation de leur LDL (LDLox), leurs antioxydants lipophiles, leur
concentration d’homocystéine (Hcy), leur sélénium sanguin et les activités des glutathion
peroxydase et réductase. Ces mesures ont donc été effectuées avant et après la saison de pêche
afin de comparer les valeurs obtenues à l’aide de tests pairés. Résultats : Le mercure dans les
cheveux a doublé pendant la saison de pêche (2.8 ± 0.4 µg/g, p<0.0001). Les concentrations de
sélénium sanguin, l’homocystéine et les profils d’acides gras érythrocytaires n’ont pas variés
pendant la saison de pêche. Les HDL plasmatiques ont augmenté (+5%, p=0.05) alors que le
VLDL-cholestérol et les LDLox ont diminué (-8%, p=0.05 ; -18%, p=0.008). La GPx sanguine
(+9,7%, p=0.001), la GR (+7,2%, p< 0.0001), le glutathion total (+45 %, p< 0.0001) ont
augmenté pendant la saison de pêche. La CoQ10 totale (+13%, p=0.02), l’ubiquinone- 10 (+67%,
p=0.03) et la β-carotène (+46%, p=0.01) ont également augmenté, alors que la vitamine E est
restée semblable. Des corrélations n’ont pas démontré d’association entre l’exposition au mercure
et aucun des marqueurs de stress oxydant. Au contraire, des prédicteurs du risque
cardiovasculaire tels que le HDL-C, le LDLox et la GPx se sont améliorés pendant la saison de
pêche malgré l’exposition au mercure. Conclusion : Les effets bénéfiques des activités de pêche
saisonnière et la consommation de poisson sur la santé cardiovasculaire peuvent diminuer les
effets délétères d’une exposition concomitante au MeHg.
145
SEASONAL MERCURY EXPOSURE AND OXIDANT-ANTIOXIDANT STATUS OF JAMES BAY SPORT FISHERMEN Marie-Claire Bélanger,2,3 Marc-Edouard Mirault ,1,3 Eric Dewailly,1,4 Michel Plante,5 Line
Berthiaume,2 Micheline Noël3 and Pierre Julien1,2
1Faculty of Medicine, Université Laval; 2Québec Lipid Research Centre; 3Health and
Environment Research Unit; 4Public Health Research Unit, CHUL Research Centre, Centre
Hospitalier Universitaire de Québec, Québec City; 5Hydro-Québec, Montréal, Canada
Address correspondence to P. Julien, Centre de recherche sur les maladies lipidiques, CHUL-
CHUQ Research Center, 2705 Boul Laurier, Québec City, Québec G1V 4G2,
Canada. Telephone : (418) 656-4141 ext. 47802. Fax : (418) 654-2145. E-mail :
146
Running title: Seasonal MeHg exposure & oxidant-antioxidant status
Key words: Sport fishermen, methylmercury, oxidative stress, antioxidant defenses, glutathione,
LDL oxidation, tocopherols, coenzyme Q10, redox states, β-carotene.
Acknowledgements: This study was supported by grants from the Toxic Substances Research
Initiative, the Northern Contaminant Program, Indian and Northern Affairs, by Hydro-Québec for
logistic support, and by a doctoral studentship from the FRSQ Cardiovascular Health Network.
We are grateful to Francine Noël for assistance for on-site collection of blood samples and
clinical data, and to Suzanne Gingras for help in the statistical analysis.
Abbreviations: α-TOH: α-tocopherol; α-TQ: α-tocopheryl quinone; CHD: coronary heart
disease; CVD: cardiovascular disease; CoQ10: oxidized form of coenzyme Q10 (ubiquinone-10);
CoQ10H2: reduced form of coenzyme Q10, (ubiquinol-10); CoQ10total: CoQ10+CoQ10H2; GPx:
seleno-glutathione peroxidase; GR: glutathione reductase; GSH: glutathione; GSSG: glutathione
disulfide; HDL: high density lipoprotein; Hcy: homocysteine; LDL: low density lipoprotein;
MeHg: methylmercury; OxLDL: oxidized low density lipoprotein; Se: selenium; VLDL: very
low density lipoprotein.
147
Outline of paper
ABSTRACT...................................................................................................................................4 INTRODUCTION..........................................................................................................................5 MATERIALS AND METHODS...................................................................................................7 RESULTS...................................................................................................................................156 DISCUSSION………………………………………………………………...................... .....12
REFERENCES.............................................................................................................................16 LEGEND OF FIGURE ................................................................................................................24 Table 1… …………...…………………………………………………………………………25 TABLE 2.....................................................................................................................................26 FIGURE 1…………………………… ……………………………………………………27
148
12.2 ABSTRACT Background: The effects of a moderate seasonal exposure to methylmercury (MeHg) on plasma
LDL oxidation and cardiovascular risk indices are not known. Objectives: To assess the effects
of a seasonal exposure to mercury at similar dose reported to increase cardiovascular risk through
fish consumption. Effects on lipoprotein cholesterol and fatty acid profiles, LDL oxidation and
blood oxidant-antioxidant balance were to be assessed in sport fishermen presenting normal
blood selenium and ω-3 fatty acid contents. Methods: 31 healthy James Bay sport fishermen
were assessed for within-subject longitudinal seasonal variations in hair and blood mercury,
plasma oxidized LDL (OxLDL), lipophyllic antioxidants, homocysteine, blood selenium,
glutathione peroxidase (GPx) and reductase (GR) activities, determined before and after the
fishing season, and compared by matched pair tests. Results: Hair mercury doubled during the
fishing season (2.8±0.4 µg/g, P<0.0001). Baseline blood selenium, homocysteine and erythrocyte
fatty acids profiles did not change. Plasma HDL-cholesterol increased (+5%, P=0.05), while
VLDL-cholesterol and OxLDL decreased (-8%, P=0.05; -18%, P=0.008). Blood GPx (+9.7%,
P=0.001), GR (+7.2%, P<0.0001), total glutathione (+45% P<0.0001) increased during the
fishing season. Plasma CoQ10total (+13%, P=0.02), ubiquinone-10 (+67%, P=0.03) and β-
carotene (+46%, P=0.01) also increased, while vitamin E status was unaffected. Pair wise
correlations revealed no association between mercury exposure and any of the biomarkers
investigated. In contrast, strong predictors of cardiovascular risk such as HDL-cholesterol,
OxLDL and GPx improved during the fishing season despite elevated MeHg exposure.
Conclusion: The beneficial effects of seasonal fishing activity and fish consumption on
cardiovascular health may suppress detrimental effects of concomitant moderate MeHg exposure.
149
12.3 INTRODUCTION Among all contaminants present in aquatic ecosystems of various fish consuming populations,
methylmercury (MeHg) remains a major concern to WHO and national public health authorities.
Although fish consumption is considered protective for coronary heart disease (CHD), MeHg
intake from fish may potentially reduce if not annihilate beneficial effects of ω-3 fatty acids. In
contrast to the neurotoxic effects of methylmercury (MeHg), which are well established, the
cardiovascular effects are still matters of intense debate (reviewed in (Clarkson and Magos 2006;
Clarkson et al. 2003)). Several studies have reported statistical associations between
cardiovascular disease (CVD) and MeHg exposure. One study found a direct relation between
mercury concentrations and the risk of myocardial infarction (Guallar et al. 2002), whereas a
case–control study of more than 300,000 male health professionals found no such association
(Yoshizawa et al. 2002). Another study from Finland reported that consumption of nonfatty
freshwater fish and consequent accumulation of mercury in Eastern Finnish men was associated
with an increased risk of coronary heart disease (CHD). Of interest, MeHg exposure was also
correlated with serum titers of immune complexes containing oxidized LDL (OxLDL) (Salonen
et al. 1995). A further prospective study by Salonen et al. showed that mercury levels in Finnish
men were associated with accelerated progression of carotid atherosclerosis, as revealed by
ultrasonographic assessment of carotid intima-media thickness (Salonen et al. 2000). Considering
that oxidative modification of LDL in the arterial wall is a key process in atherosclerosis
(reviewed in (Chisolm and Steinberg 2000; Stocker and Keaney 2004)), it was proposed that
accelerated progression of atherosclerosis and excess risk of CHD may have resulted from
MeHg-stimulated lipid peroxidation (Salonen et al. 2000; Salonen et al. 1995). Mercury and
MeHg were proposed to enhance lipid peroxidation, but nevertheless do not seem to promote
150
direct nonenzymatic peroxidation of LDL, as copper and iron (Seppanen et al. 2004). On the
other hand, low selenium status was reported to contribute to the excess risk of CVD detected in
the Finnish cohort (Salonen et al. 1982; Salonen et al. 1988). Whether such an effect can be
related to lower selenium-dependent antioxidant defenses, a condition supposed to favor
enhancement of lipid peroxidation by Hg (Seppanen et al. 2004), is not known. In contrast to the
Finnish studies, the Inuit from Nunavik present a lower incidence of CVD than the Southern
Québec population, despite heavy exposure to MeHg (and other persistent organic pollutants
(Muckle et al. 2001)), and high prevalence of obesity and smoking (Dewailly et al. 2001). This
population, however, is characterized by unusually high blood selenium and n-3 polyunsaturated
fatty acids (n-3-PUFA) contents in lipids. Furthermore, these Inuit show a robust antioxidant
defense status and low plasma OxLDL, and no association was found between LDL oxidation
and MeHg exposure (Bélanger et al. 2006). These observations suggest that the phenotypic
responses to MeHg exposure may ultimately depend on complex interactions between mercury
and dietary factors such as n-3-PUFA, selenium and antioxidant vitamins (e.g. vitamin E,
coenzyme Q10), besides intrinsic genetic factors. They also raise the possibility that the
selenium/vitamins-dependent antioxidant defense status may be an important determinant of the
effects of MeHg, a documented source of oxidative stress (LeBel et al. 1992; LeBel et al. 1990;
Lund et al. 1993; Sarafian and Verity 1991; Yee and Choi 1994).
The objective of the present study was to assess the effects of a seasonal exposure to MeHg
on lipid and fatty acid profiles, LDL oxidation and blood antioxidant status in sport fishermen
working in a hydroelectric power plant (Hydro-Québec) at James Bay. This target population
group was selected on the basis of previously documented normal selenium status and elevated
seasonal exposure to mercury during summer (M. Plante, Hydro-Québec, unpublished). Exposure
and biochemical endpoints were determined at two time points, i.e. before and after the fishing
151
season, in the same group of fishermen. This study design provided the unique opportunity to
assess seasonal differences for any endpoint in the same subject, i.e. in the absence of genetic
variability.
152
12.4 METHODS
Subjects. A total of thirty-six Caucasian men initially agreed to participate to the study, which
involved two interventions: hair and blood samples collection before (June) and after (November)
the fishing season. The donors were all healthy sport fishermen between the ages of 22 and 61
years (46.7 ± 1.3, mean ± SEM), working at James Bay (Northern Québec) as employees of
Hydro-Québec. Twelve of them were current smokers. Any individual taking vitamin
supplements or medication affecting lipid profile and prooxidant/antioxidant status such as
statins, fibrates, ACE inhibitors anti-inflammatory drugs were excluded from the study, reducing
the final number of participants to thirty-one. All of them signed a consent form approved by the
Université du Québec à Montréal Ethic Committee, and were interviewed to determine their
current health status, lifestyle and past medical history.
Blood collection. Fasting venous blood was taken in June (before fishing season) and in
November (after fishing season). Each blood sample was split into three EDTA tubes.
Sulfosalicylic acid and PMSF were added to one of them for glutathione (GSH) determinations
(Bélanger et al. 2006). Another tube was immediately centrifuged to separate the plasma from
blood cells (500 g, 5 min). All collection tubes, containing plasma, blood cells or total blood,
were then immediately filled with argon (to prevent ex vivo oxidation) and stored at -80oC until
analyzed. Samples were frozen within a 15 min period following withdrawal.
Contaminants. Contaminants analyses were performed by the Laboratoire de toxicologie de
Québec. Blood and the first centimeter of hair, corresponding to mercury exposure during the last
month, were analyzed for mercury by cold vapor atomic absorption technique (Farant et al.
153
1981). Blood selenium was analyzed by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-
MS) (Labat et al. 2003).
Lipoproteins and fatty acids. Plasma lipoproteins were separated by sequential
ultracentrifugation: VLDL (d<1.006), LDL (d=1.035-1.063) and HDL (d>1.063) according to
previously published methods (Ordovas 1998). Cholesterol and triacylglycerol (Tg)
concentrations were measured enzymatically using a RA-500 analyzer (Technicon Corporation
Inc, Tarry Town, NY). Levels of apolipoprotein B (apoB) were determined by automated
immunonephelometry (Behring Nephelometer 100 Analyzer, Dade Behring, Germany) (Connelly
et al. 1999). Lipids from erythrocyte membranes were extracted with chloroform/methanol (2:1
by vol) (Shaikh and Downar 1981) and fatty acids were methylated using methanol/benzene 4:1
(v/v) and acetyl chloride as previously published (Lepage and Roy 1986). Fatty acid profiles were
obtained by gas-liquid chromatography (HP 5890, Hewlett Packard, Toronto, Canada) using an
Innowax capillary column (30m x 0.25 mm x 0.25µm, Agilent, Mississauga, Canada).
Chromatography was calibrated using a mixture of 37 different fatty acids (FAME 37, Supelco,
Bellefonte, Pa.). Erythrocyte fatty acid profiles were expressed as percent of total fatty acids.
Determination of plasma OxLDL. Plasma OxLDL was measured by ELISA using the
monoclonal antibody mAb-4E6 (Mercodia AB, Uppsala, Sweden). The mAb-4E6 is directed
against a conformational epitope of the apoB-100 moiety of LDL (Holvoet et al. 2001).
Determination of blood GPx, GR, GSH and plasma homocysteine. GPx and glutathione
reductase (GR) activities were determined by commercial enzymatic assays (Randox
Laboratories, Mississauga, Canada). Total blood GSH was measured using the enzymatic
recycling assay (Anderson 1985). Total L-homocysteine in plasma was quantitatively measured
by fluorescence polarization immunoassay (FPIA) using an IMx analyzer (Abbott Laboratories,
USA) (Fortin and Genest 1995).
154
Determinations of lipophyllic antioxidants. Simultaneous monitoring of ubiquinol-10,
ubiquinone-10, tocopherols and carotenoids was carried out by high-performance liquid
chromatography with coulometric electrochemical detection as described by Finckh et al. (Finckh
et al. 1999). The following calibration standards, α-tocopherol, α-tocopheryl quinone, γ-
tocopherol, ubiquinone-10, ubiquinone-9, tocotrienol and β-carotene were purchased from
Sigma-Aldrich (USA) or VWR Scientific (USA). Ubiquinol-9 and-10 were prepared from their
respective ubiquinones according to Yamashita & Yamamoto (1997) (Yamashita and Yamamoto
1997). Plasma samples were extracted by a method adapted from Menke et al. (Menke et al.
2000). Briefly, after addition of 4 ng β-tocotrienol and 5 ng ubiquinol-9 as internal standards for
post-HPLC quantification purpose, 300 µl plasma were thawed at 4oC in the dark and processed
immediately by addition of 2 ml of a methanol-ethanol (1:1) mixture and vigorous shaking,
followed by addition of 10 ml hexane. The solvent was evaporated under a nitrogen stream and
the dry sample was redissolved in 700 µl ethanol and injected in a Gold HPLC system (Beckman)
with an autosampler connected to a Prontosil column (150 x 4.0 mm, Bischoff Chromatography,
Atlanta, GA). The mobile phase contained methanol:ethanol:isopropanol (88/24/10) and 15 mM
lithium perchlorate. Oxidized and reduced forms of vitamins and CoQ10 were detected using a
Coulochem III (ESA, Bedford, MA) coulometric electrochemical detector, as described (Finckh
et al. 1999; Menke et al. 2000). Each compound’s concentration was determined by use of
calibration standard curves. No oxidation of the ubiquinol-9 internal standard was detected after
plasma extraction and HPLC analysis.
Statistical analyses. Statistical analyses were carried out using JMP 4.0 software (SAS
institute). Although untransformed values are shown in Tables 1 and 2, data were log transformed
in order to normalize their distribution. Matched pairs analyses were used to compare data before
155
and after the fishing season. Then, transformed continuous variables were compared using
multivariate analysis (pairwise correlations). Correlations were considered statistically significant
when P< 0.05.
156
12.5 RESULTS
The thirty-one adult fishermen were non-obese men (baseline BMI 27.7 ± 0.7 kg/m2, mean ±
SEM). No significant change in BMI was observed after the fishing season. As shown in Table 1,
blood and hair mercury concentrations increased during the fishing season by 63% and 100%
(P<0.0001), respectively. In contrast, whole blood selenium status was not altered and similar to
that found in the Southern Québec population (E. Dewailly, unpublished). No differences in
plasma lipids, apolipoproteins and erythrocyte fatty acids were observed, except for a slight
decrease in VLDL cholesterol (-8%, P=0.05) and VLDL triacyglycerols (-9%, P=0.01), with
concomitant increase in HDL cholesterol (+5%, P=0.01). As shown in Table 2, the mean
concentration of plasma OxLDL was lower (-18%, P=0.008) after the fishing season, with
concomitant trend toward lower extent of LDL oxidation per LDL particle (OxLDL/apoB-LDL, -
7.5%, P=0.1). Homocysteine plasma levels, another biomarker of oxidation associated with
cardiovascular risk, were unaffected and in the normal range reported for Caucasians (Schnabel
et al. 2005). All blood GSH-related antioxidant biomarkers, GR and GPx enzymatic activities and
total GSH (GSH+GSSG) increased during the fishing season (+7.2%, 9.7% and 45%,
respectively). No significant changes in concentrations of plasma tocopherols including α-TOH,
α-TQ and γ-TOH α-TOH, and in α-TOH redox state (α-TQ/α-TOH) were detected. Of note,
although baseline α-TOH plasma levels were in the normal range (Sowell et al. 1994), baseline
α-TQ levels and baseline α-TQ/α-TOH ratios were both unusually high in this group of men,
about 3-fold higher than in other studies (see Discussion). The chromatograms shown in Fig.
1A&B provide two examples of lipophyllic antioxidant HPLC profiles selected to illustrate the
wide range of variation in CoQ10 and α-TOH redox states observed among the study
157
participants. All plasma samples contained exogenous β-tocotrienol and ubiquinol-9 added as
internal standards for i) quantification purpose, and ii) for assessment of potential artefactual
oxidation of ubiquinols during plasma sample preparation and analysis, which would yield
ubiquinone-9. As can be seen, no ubiquinone-9 was detected, even in cases showing unusually
large amounts of plasma ubiquinone-10 (Fig. 1B).
In contrast to unaffected tocopherol status, total CoQ10 concentration in plasma was higher
after the fishing season (+13%, P=0.02), the rise being associated with a major increase in
ubiquinone-10 (+67%, P=0.03) but not ubiquinol-10 (Table 2). The seasonal oxidation of
ubiquinol-10 produced a 39% rise in ubiquinone-10/CoQ10Total redox ratio, which, however, did
not reach statistical significance due to the limited number of participants available in the study.
Depending on which published study is used for comparison, the baseline ubiquinone-
10/CoQ10Total redox ratio was in the normal range (Menke et al. 2000) or about two-fold higher
than in other populations (Finckh et al. 1999; Lagendijk et al. 1996; Yamashita and Yamamoto
1997). Finally, plasma β-carotene also showed a major seasonal rise (+46%, P=0.01) above a
normal baseline level (Sowell et al. 1994).
Pairwise correlations revealed no significant associations (Pearson coefficients) between
blood mercury and any of the biomarkers assessed before and after the fishing season. OxLDL,
on the other hand, correlated with α-TQ (0.39, P<0.05 before; 0.62, P<0.005 after) and α-TQ/α-
TOH redox state (0.40, P<0.05 after), but not with ubiquinone-10 or ubiquinol-10/CoQ10Total
redox ratio. In addition, ubiquinol-10 correlated with α-TOH (0.73, P<0.0001 before; 0.50,
P<0.005 after), while β-carotene correlated with both ubiquinol-10 (0.41, P=0.02) and
ubiquinone-10 (0.36, P<0.05) after the fishing season.
158
12.6 DISCUSSION Our objective was to assess the effects of a moderate seasonal exposure to MeHg through fish
consumption on blood oxidant-antioxidant balance, lipid and fatty acid profiles, and LDL
oxidation status of James Bay sport fishermen featuring “normal” selenium and fatty acid status.
Although several seasonal changes in antioxidant and LDL oxidation status were observed, none
of these were found associated with mercury exposure. How significant was this exposure?
Before the fishing season, baseline hair and blood mercury contents were 2- to 3-fold higher than
reported for North American Caucasian populations (Kingman et al. 1998; Kosatsky et al. 2000;
Rhainds et al. 1999), and their hair mercury increased by a factor of two, to reach 2.8 ± 0.4 µg/g
(mean ± SD) by the end of the fishing season. This mercury level was thus 4- to 6-fold higher
than reported for North American and European populations (Guallar et al. 2002), and about 3-
fold higher than reported for sport fishermen from Montreal who were eating fish more than once
a-week (Kosatsky et al. 2000). However, it was 3-fold lower than in Inuit from Nunavik
(Bélanger et al. 2006), but comparable to that of relatively exposed Finnish fishermen (third
tertile)(Virtanen et al. 2005) for which excess risk of cardiovascular disease has been associated
with mercury exposure.
Baseline tocopherols plasma content of the James Bay fishermen was in the normal range
reported for other Caucasian populations (Perugini et al. 2000; Tomasetti et al. 1999), whereas
mean baseline CoQ10total was 30-50% higher than reported for healthy subjects of different
countries (Kaikkonen et al. 1999; Lagendijk et al. 1996; Perugini et al. 2000; Tomasetti et al.
1999; Yalcin et al. 2004; Yamashita and Yamamoto 1997). It seems likely that the elevated
baseline and seasonal CoQ10 levels in these fishermen were largely due to fish consumption all
year round, which is an established source of exogenous CoQ10 (Bliznakov 1976). Baseline α-
159
TQ plasma content and α-TQ/α-TOH redox ratio, which were not affected by the fishing season,
were surprisingly high, 4 to 10-fold those reported in other studies (Murphy et al. 1992; Palan et
al. 2004). The reason for this unusual α-TOH redox state is not known. It was unlikely to be
artefactual oxidation of α-TOH during plasma sample preparation and analysis, because all
precautions were taken to minimize ubiquinols oxidation during sample preparation and HPLC
analysis, as recommended (Finckh et al. 1999; Lagendijk et al. 1996; Menke et al. 2000), and no
oxidation of ubiquinol-9 (added as internal standard, more susceptible than α-TOH to oxidation)
was detected (Fig. 1). Moreover, normal α-TQ/α-TOH ratios were obtained for an Inuit
population from Nunavik, as determined in our laboratory using exactly the same experimental
protocol (Bélanger et al, submitted).
In contrast to the α-TOH redox status, which was unaffected by the fishing season, a major
rise in ubiquinone-10 and ubiquinone-10/CoQ10Total redox ratio was observed, suggesting that the
James Bay fishermen experienced some kind of seasonal oxidative challenge. The increase in
ubiquinone-10/CoQ10Total ratio has been used as a sensitive biomarker of oxidative stress in
various pathological conditions (Hasegawa et al. 2005; Lagendijk et al. 1996; Yamamoto and
Yamashita 1997). The selective rise of CoQ10 redox ratio (versus constant α-TQ/α-TOH redox
state) observed in the James Bay fishermen is thus in agreement with the previous demonstration
that ubiquinol-10 is an endogenous antioxidant of LDL featuring higher reactivity toward
oxidants than either tocopherols or carotenoids in inhibiting LDL oxidation (Stocker et al. 1991).
Whether this rise in ubiquinol-10 oxidation was related to antioxidant protection of LDL or other
redox related function(s) is not known. On the other hand, the concomitant increase in three
major components of the GSH redox cycle, i.e. GSH, GPx and GR activities may be consistent
with seasonal oxidative stress. It is conceivable that the rise in GSH and related enzymes
160
reflected an adaptive response to a seasonal oxidative challenge. Whichever was the origin of the
putative oxidative challenge, our results suggest that it was not related to mercury exposure.
Increased physical activity is one of the potential life style changes associated with the fishing
season that may have induced adaptive responses of antioxidant defense systems (Elosua et al.
2003; Sen 1999). On the other hand, the seasonal rise in β-carotene plasma content (~50%) is
likely to reflect a change in diet associated with increased consumption of fruit and vegetable,
and fishes such as rainbow trout that are rich in both carotenoids and CoQ10. A seasonal increase
in serum β-carotene of similar magnitude was reported for Spanish men (Olmedilla et al. 1994),
and for UK smokers following a fish oil-supplemented diet rich in fruit and vegetables (Roberts
et al. 2003). The correlation observed between β-carotene and CoQ10 plasma contents of the
James Bay fishermen after but not before the fishing season suggests that the major source of
seasonal β-carotene was probably fish.
In spite of increasing mercury exposure of the James Bay fishermen, the fishing season
appeared to have several beneficial effects related to cardiovascular health. Positive effects
included lowering OxLDL plasma content, elevating blood GPx activity and HDL cholesterol,
three major predictors of cardiovascular risk (Blankenberg et al. 2003; Holvoet et al. 2001;
Hulthe and Fagerberg 2002; Mertens and Holvoet 2001). Mean OxLDL plasma concentrations
after the fishing season (49.6 ± 3.3 U/L) was lower than reported for healthy controls in a
German study (70.4 U/L) (Kopprasch et al. 2002) but close to that determined in Inuit from
Nunavik (44.4 ± 1.7 U/L) (Bélanger et al. 2006). Increased consumption of dietary antioxidants
during summer may have contributed to reduce LDL oxidation by elevating LDL ubiquinol-10
and carotenoids contents, and by preserving or increasing paraoxonase-1 activity, an HDL-
associated esterase that can hydrolyze and reduce lipid peroxides in lipoproteins and in arterial
161
cells (Aviram et al. 2005). Modest but statistically significant seasonal increase in HDL
cholesterol and concomitant decrease in VLDL cholesterol were additional effects expected to
reduce the risk of coronary artery disease (Mertens and Holvoet 2001). Moreover, the10%
increase in blood GPx activity that was in the range of GPx activity inversely associated with
cardiovascular events (Blankenberg et al. 2003), is another factor, which may contribute to lower
plasmatic OxLDL and decrease cardiovascular risk. Finally, the seasonal increase in plasma β-
carotene (about 50%) may also be beneficial for cardiovascular health since enrichment of LDL
with this antioxidant was shown to protect it from endothelial cell-mediated oxidation (Dugas et
al. 1998). All these cardiovascular positive effects despite a mean hair mercury content of 2.8
µg/g at the end of the fishing season stand in sharp contrast with the suggestion that the risk of
myocardial infarction may double when hair mercury level reaches approximately 2 µg/g
(Guallar et al. 2002). Our results, however, are in excellent agreement with data from monitoring
programs in Canada suggesting that Cree Indians with mean hair mercury of 10 µg/g have a
lower risk of death from cardiovascular disease than the rest of the population in Quebec with 20-
fold lower baseline hair mercury (Plante and Babo 2003).
162
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170
FIGURE LEGEND
Figure 1. HPLC chromatograms of plasmatic lipophyllic antioxidants from two Bay James
fishermen presenting widely distinct profiles. The plasma samples (300 µL) contained: A, 4 ng
β-tocotrienol (internal standard) (1), 5.8 µmole/L α-TQ (2), 4.1 µmole/L γ-TOH (3), 26.2
µmole/L α-TOH (4), 5 ng ubiquinol-9 (internal standard) (5), 1.32 µmole/L ubiquinol-10 (6),
1.03 µmole/L β-carotene (7) and 0.16 µmole/L ubiquinone-10 (8). B, 4 ng β-tocotrienol (internal
standard) (1), 4.5 µmole/L α-TQ (2), 7.71 µmole/L γ-TOH (3), 41.8 µmole/L α-TOH (4), 5 ng
ubiquinol-9 (internal standard) (5), 2.22 µmole/L ubiquinol-10 (6), 0.45 µmole/L β-carotene (7)
and 1.37 µmole/L ubiquinone-10 (8). All compounds were separated according to their retention
time. Detection sensitivity scales were adjusted to 2 µA for tocopherols, 100 nA for ubiquinols
and 50 nA for ubiquinone-10. The inserts show extensions of the chromatogram region upstream
of ubiquinone-10 (8), where ubiquinone-9 elution was expected, but not detected.
171
Table 1: Mercury exposure, lipid and fatty acid profiles
Fishing season
Endpoint Before After P* ∆ change
Blood Hg (nmoles/L) 21.9 ± 3.7 35.6 ± 5.2 0.0002 +63%
Hair Hg (µg/g) 1.4 ± 0.3 2.8 ± 0.4 < 0.0001 +100%
Blood Selenium (µg/L) 242.9 ± 6.2 247.7 ± 5.6 ns ---
Cholesterol (mmoles/L plasma)
TotalPlasma 4.89 ± 0.15 5.09 ± 0.17 ns ---
VLDL 0.60 ± 0.04 0.55 ± 0.04 0.05 -8%
LDL 2.43 ± 0.15 2.48 ± 0.14 ns ---
HDL 0.77 ± 0.04 0.81 ± 0.05 0.01 +5% Triacylglycerols (mmoles/L plasma)
TotalPlasma 2.01 ± 0.18 2.06 ± 0.17 ns ---
VLDL 1.69 ± 0.18 1.54 ± 0.15 0.01 -9%
Apolipoproteins (g/L plasma)
Apo B-VLDL 0.29 ± 0.05 0.26 ± 0.06 ns ---
Apo B-LDL 0.80 ± 0.04 0.80 ± 0.04 ns ---
Apo A1-HDL 1.23 ± 0.04 1.32 ± 0.07 0.1 +7.3%
LDL-C/apoB-LDL 3.09 ± 0.14 3.35 ± 0.26 ns ---
Erythrocyte fatty acids (%)
SFA 43.11 ± 0.16 43.85 ± 1.27 ns ---
MUFA 19.36 ± 0.29 19.47 ± 0.73 ns ---
n-3 PUFAs (EPA + DHA) 4.92 ± 0.20 5.30 ± 0.60 ns ---
Mean ± SEM, n=31. *All comparisons were made with matched pair test. Statistically significant difference for P<0.05; trend for 0.05<P<0.1; ns, non-significant difference (P>0.05).
172
Table 2: Oxidative and antioxidant/redox biomarkers.
Fishing season
Biomarkers Before After P* ∆ change
Oxidation
OxLDL (U/L) 60.5 ± 3.6 49.6 ± 3.3 0.008 -18%
OxLDL/apoB-LDL 73.6 ± 4.5 68.1 ± 5.0 0.1 -7.5%
Homocysteine (µmoles/L) 9.7 ± 1.0 9.9 ± 0.9 ns ---
Blood antioxidant defense
GR (U/gHb) 13.9 ± 0.4 14.9 ± 0.4 < 0.0001 +7.2%
GPx (U/gHb) 75.1 ± 2.3 82.4 ± 2.8 0.001 +9.7%
GSH (µmoles/gHb) 4.4 ± 0.2 6.4 ± 0.3 < 0.0001 +45%
Plasma antioxidant / redox
α-TOH (µmoles/L) 26.5 ± 1.9 28.6 ± 1.4 ns ---
α-TQ (µmoles/L) 4.7 ± 0.4 4.2 ± 0.3 ns ---
γ-TOH (µmoles/L) 3.7 ± 0.3 3.9 ± 0.3 ns ---
Tocopherolstotal (µmoles/L) 34.9 ± 1.5 36.0 ± 1.8 ns ---
α-TQ/α-TOH 0.18 ± 0.08 0.15 ± 0.06 ns ---
Ubiquinol-10 (µmoles/L) 1.3 ± 0.06 1.4 ± 0.08 ns ---
Ubiquinone-10 (µmoles/L) 0.15 ± 0.03 0.25 ± 0.03 0.03 +67%
CoQ10total (µmoles/L) 1.5 ± 0.1 1.7 ± 0.1 0.02 +13%
Ubiquinone-10/CoQ10Total 0.10 ± 0.02 0.14 ± 0.02 ns +39%
β-carotene (µmoles/L) 0.37 ± 0.04 0.54 ± 0.07 0.01 +46%
Mean ± SEM, n = 31; Hb, hemoglobin; *all comparisons were made with matched pair test. Tocopherolstotal is defined as the sum of α-TOH, α-TQ and γ-TOH. Statistically significant difference for P<0.05; ns, non-significant difference (P > 0.05).
173
Figure 1
174
13. Chapitre 4 : Association entre les acides gras oméga-3 et la glycémie à jeun chez les Inuit du Nunavik.
175
13.1 Résumé
Une étude épidémiologique menée en 1992 chez des Inuit du Nunavik a démontré une faible
prévalence des maladies cardiaques et du diabète de type 2, probablement grâce à la
consommation d’acides gras oméga-3 (n-3 PUFA). La consommation de grande quantité d’acides
gras oméga-3 favorise le profil lipidique, mais n’a pas d’effets positifs directs sur l’insulinémie à
jeun. Des concentrations élevées d’insuline à jeun et une corrélation positive entre la glycémie et
les acides gras oméga-3 ont été récemment observées chez une population Inuit similaire. Nous
postulons que les acides gras oméga-3 pourraient interférer dans le métabolisme du glucose suite
à une combinaison de l’alimentation traditionnelle Inuit à une alimentation nord-américaine
contenant une grande quantité de glucides raffinés. En effet, l’inhibition de gènes hépatiques
lipogéniques par les n-3 PUFA est un signal puissant qui supplante la capacité prolipogénique de
l’insuline et des glucides. Donc, lorsque la glycémie plasmatique est augmentée en présence de
concentration élevées en n-3 PUFA tel que rapporté chez les Inuit en transition nutritionnelle, les
excès de glucose ne pourraient pas être métabolisés en acides gras à cause de l’inhibition de la
lipogenèse hépatique. Par conséquent, nous suggérons que les grandes concentrations de n-3
PUFA chez les Inuit pourraient inhiber l’utilisation du glucose par le foie, menant ainsi à une
hyperinsulinémie marquée. Donc, la consommation de n-3 PUFA avec une grande quantité de
glucides raffinés pourrait être un facteur de risque pour le développement de la résistance à
l’insuline. En conclusion, il est habituellement recommandé aux communautés Inuit de maintenir
leur consommation de n-3 PUFA avec leur alimentation traditionnelle. Donc, si notre hypothèse
est confirmée dans d’autres populations Inuit, des recommandations nutritionnelles devront être
émises.
176
To be submitted to Medical Hypothesis
ASSOCIATION BETWEEN OMEGA-3 FATTY ACID BLOOD LEVELS AND HYPERGLYCEMIA IN INUIT
Marie-Claire Bélanger1, Eric Dewailly MD2, Marc-Édouard Mirault3,
Line Berthiaume1, Pierre Julien1
Author affiliations :
1 Québec Lipid Research Centre, 2 Public Health Research Unit, 3Health and Environment
Research Unit, CHUL Research Centre, Québec, Canada.
Running title:
Omega-3 PUFAs and glycemia in Inuit Correspondence to :
Pierre Julien PhD Centre de recherche sur les maladies lipidiques CHUQ, Pavillon CHUL, TR-93 2705 Boul Laurier Québec, Qc, Canada G1V 4G2 Phone : (418) 656-4141 # 47802 Fax : (418) 654-2145, Email : [email protected]
177
13.2 ABSTRACT
A 1992 epidemiological survey conducted in Inuit of Nunavik showed a low prevalence of
ischemic heart disease and non-insulin dependent diabetes mellitus, probably due to consumption
of n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs). The consumption of high amount of n-3 PUFAs,
which favors blood lipids, had no direct positive effects on fasting insulin. Elevated fasting
insulin concentrations and a positive correlation between blood glucose and n-3 PUFAs were
recently observed in a similar Inuit population. We postulate that n-3 PUFAs can interfere in the
glucose metabolism as a result of coexistence of traditional native diet rich in PUFAs and store-
bought junk food containing large amounts of refined carbohydrates. Indeed, the inhibition of
lipogenic genes in the liver by PUFAs is a very strong signal that overrides even the prolipogenic
capacity of insulin and carbohydrates. Thus, when plasma glucose is increased in the presence of
elevated concentrations of n-3PUFAs, as presently reported in the Inuit transition diet, excess
glucose cannot be metabolized into fatty acids due to hepatic inhibition of lipogenesis (de novo
fatty acid synthesis). Consequently, we hypothesize that high concentrations of n-3 PUFAs in
Inuit could inhibit hepatic glucose utilization, resulting in plasma hyperinsulinemia. Thus, the
combination of the consumption of store-bought food high in refined carbohydrates and the
traditional Inuit diet containing high levels of n-3 PUFAs might be a risk factor for the
development of insulin resistance. In conclusion, it is usually recommended to Canadian native
communities to maintain as high as possible their consumption of traditional food. If this
hypothesis is confirmed in other large Inuit populations, major decisions will have to take place
in native communities concerning dietary recommendations and food market policies.
178
13.3 INTRODUCTION
Epidemiological studies in various Inuit groups have shown that these populations have low
prevalence of chronic diseases such as cardiovascular disease (CVD) and diabetes mellitus (1,2) .
This is thought to be due to the consumption of traditional diets rich in n-3 polyunsaturated fatty
acids (PUFAs)-derived from fish oils, including eicosapentaenoic (EPA; 20:5 n-3) and
docosahexaenoic acids (DHA, 22:6 n-3), and seal oil containing docosapentaenoic acid (DPA,
22:5 n-3) and high levels of monounsaturated fatty acids, 50-60% of the total blubber as
monounsaturated fat (3). A health survey carried out in 1992 in Inuit of Nunavik reported that
this traditional diet was probably responsible for the low mortality rate from ischemic heart
disease in this population (66.3/100 000 person-years) (4). A recent study conducted in women
from Nunavik revealed that market food contributed the most to energy intake and that
carbohydrates originated mainly from market food (5). In the Keewatin Health Survey, Moffat
and Young found that food consumption patterns were changing in the Inuit population (6,7).
Although most Inuit of the Keewatin region consumed considerable amounts of traditional foods,
young people were depending more heavily on market food. Since early 1980, studies have
reported numerous beneficial effects of fish oils, such as decreased blood pressure and viscosity,
leakage of microvascular albumin in insulin-dependent diabetes, decreased response to
norepinephrine and ventricular fibrillation in ischemia, decreased platelet adhesion and leukocyte
endothelial interactions, increased vascular compliance, increased thrombolytic activity (8) and
increased muscular mass (9). Antiarrhythmic action of the n-3PUFAs may have been the
dominant mechanism for the prevention of death after acute myocardial infarction in the Lyon
Heart Study, the DART study and the GISSI study (10). Furthermore, n-3 PUFAs have been
179
shown to have beneficial effects on plasma dyslipoproteinemia by reducing the levels of
triacylglycerols (Tg) and accelerating the clearance of chylomicrons and VLDL (10). Canadian
Arctic indigenous peoples, including Inuit of Nunavik, are experiencing modifications in their
dietary habits concurrently with increased obesity marked by low peripheral inflammatory
response (11). Even though overall obesity of Arctic adults now exceeded that of all other
Canadian ethnic groups (12), occurrence of diabetes remains low.
In several native populations, a shift away from traditional lifestyle and diets was associated with
an increased prevalence of risk factors for CVD (4). Even though omega-3 fatty acids have been
associated with increased insulin sensitivity (9), marine diet has also been positively associated
with blood glucose in a population with a very high intake of omega-3 fatty acids (13). There is
much current interest in the use of omega-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA) as a treatment to
decrease plasma triglycerides, especially in obese individuals with concurrent large intake of
refined sugars. These observations prompted us to carry a pilot study in a limited Inuit population
in order to postulate a hypothetical physiological mechanism that could explain the effect of
omega-3 PUFA on plasma glucose.
180
13.4 MATERIALS AND METHODS This pilot study was carried out in the Northern Inuit village of Salluit located above the 55th
parallel in Nunavik on the Hudson Strait, 600 kilometers northwest of Kuujjuaq. Ninety five Inuit
volunteers, not taking drugs affecting glucose or lipid metabolism, were randomly selected from
the municipal census list. Each volunteer signed an informed consent and was interviewed in
order to document its current health status, lifestyle and past medical history, including questions
on smoking, drinking, and drugs consumption, past neurological problems, past trauma, current
health problems and use of medication. Blood aliquots were obtained after a 12-hour fast.
Lipoproteins from EDTA plasma were separated by sequential ultracentrifugation: VLDL
(d<1.006), IDL (d=1.006-1.035), LDL (d=1.035-1.063) and HDL (d>1.063)(14). Cholesterol, Tg
and free fatty acids (FFA) concentrations were measured enzymatically using a RA-500 analyzer
(Technicon Corporation Inc, Tarry Town, NY). Fasting plasma insulin was measured using a
commercial radioimmunoassay (Linco Research, St-Charles, Missouri USA) and fasting blood
glucose was measured using a spectrophotometric assay (Vitros Chemistry, Ortho-Clinical
Diagnostics, Rochester, NY). Lipids from erythrocyte membranes were extracted with
chloroform/methanol (2:1 by vol) (15) and fatty acids were methylated using methanol/benzene
4:1 (v/v) and acetyl chloride as previously published (16). Fatty acid profiles were obtained by
gas-liquid chromatography (HP 5890, Hewlett Packard, Toronto, Canada) using an Innowax
capillary column (30m x 0.25 mm x 0.25µm, Agilent, Mississauga, Canada). Chromatography
181
was calibrated using a mixture of 37 different fatty acids (FAME 37, Supelco, Bellefonte, Pa.).
Fatty acid data were expressed as percent of total erythrocyte membrane fatty acids.
Statistical analyses were carried out using JMP 4.0 software (SAS Institute). Although
untransformed values are shown in Tables 1, 2 and 3, statistical tests were performed on log-
transformed variables when their distribution was not normal. Transformed continuous variables
were used for Pearson correlation coefficient calculations. Correlations were considered
statistically significant at p< 0.05. A multivariate stepwise model was built to analyze the effects
of selected variables relevant to fasting insulin and fasting blood glucose used as dependent
variables. Age, BMI, LDL-C, HDL-C, Tg, FFA n-3 PUFAs, fasting insulin and blood glucose
were used as predictor variables in the stepwise models. Comparison of fasting blood glucose
levels between two stratified n-3 PUFA groups was performed using Student t test on normalized
variables.
182
13.5 RESULTS Table 1 shows baseline clinical characteristics of Inuit participants. Alcohol intake was relatively
modest among participants, and was within the recommended limit of the Canada’s Food Guide
(17). The Inuit participants had a body mass index (BMI) ranging from 17 to 44 kg/m2. We found
that 37% of subjects had BMI > 30 kg/m2. Based on the US diabetes prevention program, 25% of
Salluit participants had risk of impaired fasting blood glucose (fasting glucose from 5.7 to 6.9
mmoles/L) whereas 4.3% had diabetes (fasting glucose > 6.9 mmoles/L). Forty six percent of
them presented fasting insulin concentrations greater than 90 pmol/L, the upper limit for normal
insulinemia. These hyperinsulinemic subjects had significantly higher BMI (33.2±5.9 kg/m2, p
<0.001) than normo-insulinemic subjects (25.6±4.4 kg/m2), whereas age, gender, and omega-3
PUFAs were not statistically different. Mainly due to significant increase in the HDL cholesterol
fraction, plasma total cholesterol levels were higher than the 75th percentile in 49% of the Inuit
women and 4% of the Inuit men compared to a normal Caucasian reference population of samilar
age. Furthermore, Inuit HDL cholesterol level was lower than 1.0 mmoles/L in 12 % of the
women and lower than 0.90 mmoles/L in 15% of the men (18). Total long-chain n-3 PUFAs were
elevated and accounted for 11.2 % of total membrane fatty acids. The majority (97%) of n-3 fatty
acids were long-chain n-3 PUFAs.
Pairwise correlations between n-3 PUFAs and different physiologic parameters are shown in
Table 2. Age (r=0.72, p< 0.001), BMI (r=0.22, p< 0.05) and fasting blood glucose (r=0.23, p<
0.05) correlated with n-3 PUFAs. Table 3 shows stepwise models adjusted for various
183
physiological parameters. Age was a positive predictor for fasting glucose, whereas BMI was a
predictor for fasting plasma insulin only. n-3 PUFAs was not an independent predictor for fasting
blood glucose. Further statistical analysis on residues revealed that n-3 PUFAs was not
independent from age. However, when n-3 PUFAs was stratified using the median value, fasting
blood glucose was significantly higher (p = 0.009) in the group with elevated n-3 PUFAs.
184
13.6 DISCUSSION AND HYPOTHESIS
These Inuit participants were characterized by high prevalence of obesity (37%) and
hyperinsulinemia (46%) despite high levels of n-3 PUFAs. However, their lipid profile was
characterized by low triglycerides and free fatty acids and elevated HDL-C (Table 1). These
findings are consistent with the known inverse correlation between the plasma concentrations of
n-3 PUFAs and Tg, as previously reviewed (13,19). Based on the low level of plasma Tg and
elevated HDL-cholesterol, these results confirm the protective effects of n-3 PUFAs suggested in
the 1992 study carried out in the same population (4). Our last results also suggest that Inuit of
Salluit are experiencing increased fasting insulin secretion without concomitant deleterious lipid
profile, suggesting that the consumption of traditional food might help keep favorable lipid
values (11).
Fasting insulin was predicted by BMI, fasting glucose and LDL-C whereas glycemia was
increased in individuals with elevated n-3 PUFAs. We postulated that n-3 PUFAs could interfere
in the glucose metabolism and that the combination of transitional store-bought diet rich in
refined carbohydrates and the traditional Inuit diet containing high level of n-3 PUFAs might be
at risk for insulin resistance. Adverse effects of long chain n-3 PUFA supplementation on fasting
glucose and insulin have also been described in type 2 diabetes and in mildly hyperlipidemic men
(20,21) whereas positive association between blood glucose and marine diet has been reported in
Greenlanders (13). Glucose and fatty acids are major metabolic fuels and mechanisms have been
described for the mutual co-ordination of their utilization (22).
185
Results from a recent Inuit study suggested that, even if traditional food remained the major
source of many nutrients, market foods contributed most to energy intake as a result of high
contents in carbohydrates (5). Moreover, recent findings indicate that Inuit teenagers consume
large amounts of refined sugar, 89.5 % of them having 2.8 soft drink per day whereas 73.3 % of
them also consumed 3.3 candies per day (23). Despite reports indicating increases in type 2
diabetes among other native populations during the last decades, previous observations in
different Inuit population of Nunavik indicated normal levels of glucose (5.1±0.1 mmol/L) and
insulin (58.7±3.3 pmol/L) in the presence of obesity (4). In the same study, glucose and insulin
levels measured in the Salluit population of Nunavik were not different from those reported in the
entire Inuit population after adjustment for age and gender. Based on the US diabetes prevention
program (24), 25% of Salluit participants have a risk of impaired fasting blood glucose (fasting
glucose from 5.7 to 6.9 mmoles/L) whereas 5% are diabetic (fasting glucose > 6.9 mmoles/L).
186
13.7 FUNDAMENTAL BASICS OF THE HYPOTHESIS
Stepwise models presented in Table 3 showed that n-3 PUFAs was not associated with fasting
blood and insulin. Instead, we found that fasting insulin was rather predicted by fasting blood
glucose, BMI, and LDL-C. Similarly, insulin and age predicted fasting blood glucose. Despite its
positive correlation with blood glucose, n-3 PUFAs was not a positive predictor of blood glucose,
possibly because of one or several confounding factors including age. The lack of direct
association of n-3 PUFAs with glucose in stepwise models, which oppose findings in Table 2,
suggests that mechanisms underlying n-3 PUFAs, glucose and insulin metabolism are more
complex than simple associations. Recently, a high intake in fish oil was reported to moderately
increase blood glucose, altering carbohydrate and fat utilization in type 2 diabetic patients
without hypertriglyceridemia (25).
Figure 1A describes one set of mechanisms by which glucose and fat metabolism may interact in
the absence of significant dietary intake of n-3PUFAs. In normal postprandial state, plasma
insulin levels increase, thus contributing to the production of lipoprotein lipase (LPL) by
adipocytes for fatty acid storage, and to glucose uptake by skeletal muscles (26). Excess plasma
glucose is then taken up by the liver for the production of glycogen and de novo fatty acid
synthesis, resulting into hepatic secretion of VLDL particles. N-3 PUFAs, especially EPA, are
known promoters of LPL synthesis in adipocytes, via the expression of peroxisome proliferator
activated receptor gamma (PPAR-γ) acting on a promoter element present in the LPL gene (27).
Thus, in the presence of n-3 PUFAs (Figure 1B), lipid storage is increased in adipocytes due to
187
the combined effects of insulin and n-3 PUFAs on LPL. Furthermore, n-3 PUFAs are agonists of
hepatic PPAR-α transcription factor, that upregulates genes encoding proteins involved in fatty
acid ß-oxidation and inhibits lipogenesis by suppressing the expression of a number of hepatic
enzymes involved in glucose metabolism and FA synthesis, resulting in lower plasma VLDL
levels (28,29). Indeed, the inhibition of lipogenic genes in the liver by PUFAs is a very strong
signal that overrides even the prolipogenic capacity of insulin and carbohydrates (30). Thus,
when plasma glucose is increased in the presence of elevated concentrations of n-3 PUFAs, as
presently reported in the Inuit transition diet, excess glucose cannot be metabolized into fatty
acids due to hepatic inhibition of lipogenesis (de novo fatty acid synthesis) (31). Consequently, it
is suggested that high concentrations of n-3 PUFAs may inhibit hepatic glucose utilization,
resulting in plasma hyperinsulinemia. It is of interest to note that in obese Caucasians adipocytes
are refractory to suppression of fat mobilization by insulin, promoting the release of FFA into the
blood compartment (22). However, we found normal concentrations of plasma FFA in
overweight Inuit, suggesting that their adipocytes were normo-sensitive to insulin. We also
recently published data showing that high levels of n-3 PUFAs have a significant positive effect
on insulin resistance in skeletal muscle (9).
188
13.8 CONCLUSION AND MEDICAL IMPLICATIONS
We propose that the coexistence of traditional native diet rich in n-3 PUFAs and store-bought
junk food containing large amounts of refined carbohydrates might be a risk factor for the
development of insulin resistance. Changes in risk factor patterns are recent and are also expected
to take place in other aboriginal populations due to westernization of their diets (29,32). We
know from past Inuit studies that n-3PUFAs intake remained stable over the past years (33).
However, market food contributing largely to energy intake (5), we do not know precisely what
was the increase in carbohydrate consumption over the past ten years. In conclusion, it is usually
recommended to Canadian native communities to maintain as high as possible their consumption
of traditional food.
Considering the above findings, an health study should be conducted in order to collect data from
a larger population representative of the Inuit inhabitants in order to assess not only a number of
metabolic parameters but dietary intakes of lipids and sugars. If this hypothesis is confirmed in
other large Inuit populations, major decisions will have to take place in native communities
concerning dietary recommendations and food market policies.
Knowing that n-3 PUFAs may affect the balance between fat and carbohydrate utilization, the
implication of the present hypothesis is that the cardio-protective effects of n-3 fatty acids,
including the beneficial effect of reducing the hypertriglyceridemia, should be more effective in
the presence of low dietary intake in refined carbohydrates. Verification of this model would
189
have a wide impact on dietary counseling. Knowing that numerous dietary supplements,
including omega-3 fatty acids, are extensively used in the general population without medical
instructions or regulations related to specific pathologies, such as obesity, type 2 diabetes and
hypertriglyceridemia, the present hypothesis should permit a large discussion in order to draw a
consensus on the need to design future research programs on the role of omega-3 fatty acids as
regulator of many key genes involved in various aspects of the metabolism including that of
carbohydrates.
Ethical approval
The study used data and specimen collected as part of a study called “Effect of Mercury on
Oxidative Status and Sensorimotor Functions” which has been approved by the Université du
Québec à Montréal Ethic Committee, the Nunavik Nutrition and Health Committee and the
Medical Council of the Povungnituk Hospital.
Acknowledgements
This work was supported by grants from the Northern Contaminant Program, Indian and
Northern Affairs, Canada, the Toxic Substances Research Initiative, and Environment and Health
Canada. M.C.B. was a recipient of a doctoral fellowship from the FRSQ Cardiovascular Health
Network. We are indebted to the participants for their continuing participation and cooperation.
190
13.9 BIBLIOGRAPHY
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195
Table 1: Baseline characteristics of study participants
N (W/M) 69/26
Age (years) 43±13
BMI (kg/m2) 29.0±6.4
Insulin (pmol/L) 103.9±59.4
Glucose (mmol/l) 5.3±0.7
Cholesterol (mmol/L) Total
VLDL
LDL
HDL
5.52±1.11
0.47±0.38
3.16±0.95
1.42±0.41
Total triacylglycerol (mmol/L) 1.23±0.58
Free fatty acids (mmol/L) Men
Women
0.44±0.23
0.50±0.21
Erythrocyte n-3 PUFAs (% of total fatty acids) 11.2±2.8
Diabetes (NIDDM) (% of subjects) 4.3
Hypertension (% of subjects) 19.1
Smokers (% of subjects) 72.3
Alcohol intake (ml/month) Beer (n=54)
Wine (n=30)
Liquor (n=42)
584±599
472±896
203±263
196
Mean±SD
19
7
Tab
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nt
198
198
Table 3: Stepwise models of fasting insulin and fasting glucose as
dependant variables adjusted for different physiological parameters.
Physiological parameters
as predictor variables
Insulin Glucose
Age ns ß= 0.13
P = 0.0004
BMI ß= 1.18
P < 0.0001
ns
LDL-C ß= 0.10
P = 0.009
ns
HDL-C ns ns
Tg ns ns
FFA ns ns
n-3 PUFA ns ns
Insulin --- ß= 0.11
P < 0.0001
Glucose ß= 1.11
P = 0.002
---
199
199
Legend of figure
Figure 1: Hypothetical effects of n-3PUFAs on the metabolism of chylomicrons and
carbohydrates in a fed state with (B) and without (A) dietary intakes of glucose. Model (B)
relates high n-3PUFAs and high-glycemic index diet to increased risk of insulin resistance
leading to type 2 diabetes.
200
200
201
201
14. Chapitre 5: La prévalence du syndrome métabolique et la protéine C-réactive chez une population Inuit du Nunavik.
202
202
14.1 Résumé
Contexte et objectifs : Au cours des dernières années, des évidences démontrent un rôle
important de l’inflammation dans la pathophysiologie du syndrome métabolique (SM) et
l’athérosclérose. Chez un groupe d’Inuit sélectionnés au hasard (n=80) consommant de
grandes quantités de n-3 PUFA, nous avons testé l’hypothèse voulant que les composantes
du SM pouvaient être positivement associés à des marqueurs de l’inflammation et de
dysfonction endothéliale, alors que les acides gras polyinsaturés à longues chaînes de type
oméga-3 (n-3 PUFA) soient associés avec un état inflammatoire moindre et une faible
dysfonction endothéliale.
Résultats : Basée sur des critères modifiés de la définition du WHO, la prévalence du SM
était de 15,3%. Les niveaux de CRP étaient élevés chez 53.8% des sujets ayant le SM. Des
analyses multivariées ont révélé que la variance du CRP était prédite en partie par l’indice
de masse corporelle (IMC, p<0.001) et le sVCAM-1 (p=0.002), alors que la variance du
TNF-α n’était pas prédite par aucune des composantes du SM. La variance du sVCAM-1
était négativement prédite par l’insuline à jeun (p=0.002). Les niveaux de n-3 PUFA n’ont
pas pu prédire la variance de ces marqueurs.
Conclusion : Cette étude démontre que le CRP était associé avec l’obésité alors que le
TNF-α et le sVCAM-1 n’étaient pas associés ni avec l’hyperinsulinémie, ni avec l’obésité.
Les faibles niveaux de TNF-α et de sVCAM-1 suggèrent une faible inflammation
périphérique et une faible dysfonction endothéliale chez ces Inuit.
203
203
Metabolic syndrome and markers of inflammation and endothelial dysfunction in Inuit consuming n-3 polyunsaturated fatty acids.
Marie-Claire Bélanger MSca,c, Eric Dewailly MD PhDb, Jean Bergeron MDa, André Tchernof PhDa, Line Berthiaume BSca, Marc-Édouard Mirault PhDc, Pierre Julien
PhDa
Author affiliations :
a Québec Lipid Research Center, b Public Health Research Unit, c Health and Environment
Research Unit, CHUL Research Center, and a,b,cFaculty of Medicine, Laval University,
Sainte-Foy, Canada.
Word count:
Abstract: 200 words Text: 2,902 words Tables and figures: 6
Correspondence to :
Pierre Julien PhD Centre de recherche sur les maladies lipidiques CHUQ, Pavillon CHUL, TR-93 2705 Boul Laurier Sainte-Foy, QC, Canada G1V 4G2 Phone : (418) 656-4141 # 47802 Fax : (418) 654-2145, Email : [email protected]
Running head: Metabolic syndrome and n-3 PUFA
204
204
14.2 ABSTRACT
Background and aim: Evidence supporting a role for inflammation in the pathophysiology
of the metabolic syndrome (MS) and atherosclerosis has been reported. In a group of
randomly selected Inuit (n=80) consuming high amount of n-3 PUFA, we tested the
hypothesis that MS components could positively predict the levels of biomarkers of
inflammation and endothelial cell dysfunction, whereas n-3 polyunsaturated fatty acids (n-
3PUFA) levels might be associated with low inflammation and low endothelial
dysfunction.
Results: Based on modified WHO criteria, MS prevalence was found to be 15.3%. CRP
levels were elevated in 53.8% of the MS subjects (>3.0 mg/L). Inuit had lower levels of
TNF-α and sVCAM-1 than non-obese healthy controls. Multivariate analyses revealed that
the variance in CRP levels was partly predicted by BMI (p< 0.001) whereas the variance in
TNF-α was not predicted by any MS component. The variance in sVCAM-1 level was
negatively predicted by fasting insulin (p=0.002). The n-3 PUFA levels did not predict the
variance of these markers.
Conclusion: This study revealed that CRP was associated with obesity whereas TNF-α and
sVCAM-1 were not associated with either hyperinsulinemia or obesity. Low levels of TNF-
α and sVCAM-1 suggest the absence of peripheral inflammation and endothelial cell
dysfunction in these Inuit subjects with MS.
205
205
KEY WORDS: sVCAM-1, CRP, TNF-α, omega-3 fatty acids.
206
206
14.3 INTRODUCTION Prior to 1980s, low mortality rates due to cardiovascular diseases (CVD) were found among
Inuit populations in Canada compared with Caucasians (1). However, due to significant
social, economic, and cultural changes over the past two decades, they have been
undergoing health transition with increasing chronic illnesses. Inuit are also experiencing
nutrition transition resulting from increased consumption of western diets by young
individuals compared to old individuals (> 61 y) (2). Obesity and type 2 diabetes have
reached an epidemic stage in a number of other Canadian Aboriginal communities (3). It
has been recently reported that overweight (BMI ≥ 30 kg/m2) in Northerners adults
exceeded that of all Canadian rates (2). Based on the definition of the World Health
Organization (WHO), MS was also found to be common among Greenlanders (20.7%) (4).
Subclinical inflammation plays an important role in the formation and progression of
atherosclerotic plaque and insulin resistance whereas it is increasingly recognized as an
important link between CVD and MS (5-8). Among the most studied proinflammatory
cytokines are C-reactive protein (CRP) and tumor necrosis factor (TNF-α) which have been
directly implicated in atherosclerosis (9,10). Elevated CRP values have also been
associated with the development of type 2 diabetes (11,12), whereas TNF-α activates the
transcription nuclear factor-κβ, involved in the inflammatory response of vascular tissues
(13). Inflammatory mediators, such as CRP and TNF-α, could also be pathogenic effectors
by inducing systemic endothelial dysfunction (14). Identification of biomarkers of a pro-
inflammatory state related to diabetes could expand our knowledge on prevention and
207
207
therapeutic interventions (7,8). Altered endothelial dysfunction can be indirectly assessed
by measuring the levels of cellular adhesion molecules, such as secreted vascular cell
adhesion molecule 1 (sVCAM-1) (15). Elevated levels of sVCAM-1 can thus predict type 2
diabetes in women independently of other known risk factors, such as obesity and
subclinical inflammation (15).
Dietary n-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA) are known to have various anti-
inflammatory and immuno-modulating effects that seem to affect MS (16), atherosclerosis
and its clinical manifestations, i.e. myocardial infarction, sudden death and stroke (17-19).
Epidemiological studies in various Inuit groups have shown that these populations have a
much lower prevalence of chronic diseases such as CVD (20,21). This is thought to be due
to the consumption of traditional diets rich in marine oil-derived n-3 PUFA (22) and
antioxidants (23). A health survey carried out by our group in 1992 in Inuit of Nunavik
reported that this traditional diet was possibly responsible for the low mortality rate from
ischemic heart disease in this population (66.3/100 000 person-years) (24).
In the present study, we aimed at examining the relative contributions of MS and n-3 PUFA
levels to plasma levels of two inflammatory markers, CRP and TNF-α, and an endothelial
dysfunction marker, sVCAM-1, in an Inuit population living in Salluit, Nunavik. We tested
the hypothesis that MS components could be positive predictors of these biomarkers
whereas n-3 PUFA levels could be associated with low inflammatory state and low
endothelial dysfunction.
208
208
14.4 METHODS This study was carried out in the Northern Inuit village of Salluit located above the 55th
parallel in Nunavik on the Hudson Strait, 600 kilometers north-west of Kuujjuaq, the
administrative center of Nunavik. All selected participants had Inuit family names and
spoke Inuktitut at home. Residents of Caucasian origins were excluded from the study.
Inuit participants were randomly selected from the municipal census list. Eighty volunteers
taking no medication affecting inflammation levels, glucose or lipid metabolism
participated in the study. The study used data and specimens collected as part of the
community-based prospective study entitled «Effect of Mercury on Oxidative Status and
Sensorimotor Functions» which has been approved by the Université du Québec à Montréal
Ethics Committee, the Nunavik Nutrition and Health Committee and the Medical Council
of the Povungnituk Hospital. Each volunteer signed an informed consent and was
interviewed to document current health status, lifestyle and past medical history, including
smoking, drinking, and drug consumption, past neurological problems, past trauma, current
health problems and medication use. Alcohol intake was relatively modest among
participants, and was within the recommended limit of the Canada’s Food Guide (25).
Metabolic syndrome The WHO (26) criteria defines the MS as insulin resistance and/or impaired glucose
regulation in combination with two or more of the following components: serum
triglycerides ≥ 1.7 mmol/L or serum HDL-cholesterol < 0.9 mmol/L in men and < 1.0
209
209
mmol/L in women, blood pressure ≥ 140/90 mm Hg, BMI ≥ 30 kg/m2 or waist-hip ratio >
0.90 for men and > 0.85 for women, or urinary albumin/creatinine ratio ≥ 30 mg/g. Because
of available data from the present subjects, we used a modified WHO definition of the MS
to assess its prevalence in Quebec Inuit group. First, we adopted a modification suggested
by the EGIR (27) and used fasting serum insulin above the upper quartile in a non-diabetic
population (> 90 pmol/L) as a surrogate for insulin resistance. Obesity being frequent
among the Inuit, we used insulin > 90 pmol/L and BMI ≥ 30 kg/m2 in combination with
two or more of the following components: serum triglycerides ≥ 1.7 mmol/L or serum
HDL-cholesterol < 0.9 mmol/L in men and < 1.0 mmol/L in women or fasting plasma
glucose ≥ 6.1 mmol/L.
Laboratory analyses
Lipoproteins from fasting EDTA plasma were separated by sequential ultracentrifugation
according to previously published methods (28): VLDL (d<1.006), IDL (d=1.006-1.035),
LDL (d=1.035-1.063) and HDL (d>1.063). Cholesterol, triglycerides and free fatty acid
(FFA) concentrations were measured enzymatically using a RA-500 analyzer (Technicon
Corporation Inc, Tarry Town, NY). Fasting plasma insulin was measured using a
commercial radioimmunoassay (Linco Research, St-Charles, Missouri USA) and fasting
blood glucose was measured using a spectrophotometric method (Vitros chemistry, Ortho-
Clinical Diagnostics, Rochester, NY). Lipids from erythrocyte membranes were extracted
with chloroform/methanol (2:1 by vol) (29) and fatty acids were methylated using
methanol/benzene 4:1 (v/v) and acetyl chloride as previously published (30). Fatty acid
profiles were obtained by gas-liquid chromatography (HP 5890, Hewlett Packard, Toronto,
210
210
Canada) using an Innowax capillary column (30m x 0.25 mm x 0.25µm, Agilent,
Mississauga, Canada). Chromatographies were calibrated using a mixture of 37 different
fatty acids (FAME 37, Supelco, Bellefonte, Pa.). Fatty acid data were expressed as percent
of total erythrocyte membrane fatty acids.
CRP, TNFα and sVCAM-1 measurements
Plasma TNF-α and sVCAM-1 were measured using a highly sensitive immunoassay (R&D
Systems, Mineapolis, USA). Plasma hsCRP was measured using automated
immunonephelometry Cardio Phase hsCRP (Behring Nephelometer 100 Analyzer, Dade
Behring, Germany). To limit confounding effects due to acute infection or diseases
associated with hypersedimentation, we excluded subjects with CRP concentrations higher
or equal to 10 mg/L (n=14).
Statistical analyses Statistical analyses were carried out using JMP 4.0 software (SAS institute). Although
untransformed values are shown in Tables 1, 2 and 4, statistical tests were performed on
log-transformed variables when their distribution was not normal. Student t tests were used
to compare data in obese vs. non–obese and in subjects with low vs. high insulin levels.
Transformed continuous variables were used for Pearson correlation coefficient
calculations. Correlations were considered statistically significant at p< 0.05. A
multivariate stepwise model was built to analyze the effects of selected variables relevant to
211
211
CRP, TNF-α and sVCAM-1 used as dependent variables. Age, BMI and smoking were
included in models only when they correlated with the dependent variables examined.
212
212
14.5 RESULTS
Clinical characteristics of Inuit participants are presented in Table 1. Seventy-three percent
were smokers. They were adult subjects, mostly women, with a mean age of 42 years. Their
BMI ranged from 17.2 to 43.6 kg/m2 indicating that the majority of them were overweight
(BMI 28.4 ± 6.6 kg/m2), 36% being characterized by marked obesity (BMI ≥ 30 kg/m2).
Forty-four percent had fasting insulin levels higher than 90 pmol/L. Fasting insulin
concentrations were not different between men and women.
Forty-seven percent of the women and 5% of the men had plasma cholesterol levels higher
than the 75th percentile of a standard Caucasian reference population with the same age
(31). LDL cholesterol was also higher than the 75th percentile in 43 % of the women and
9% of the men whereas HDL cholesterol was lower than 1.0 mmol/L in 11.3% of the
women and lower than 0.90 mmol/L in 13% of the men (31). These subjects had
erythrocyte n-3 PUFA levels that correlated significantly with BMI (data not shown).
Based on adapted criteria of the WHO definition, MS was present in 15.3% of the study
subjects (Table 2). Age and n-3 PUFA levels were similar in the three groups. CRP was
higher than 3.0 mg/L in 53.8% of the MS positive subjects, in 37.5% of the MS negative
obese subjects (BMI ≥ 30 kg/m2) and in 11% of non-obese subjects. TNF-α and sVCAM-1
were lower in MS positive Inuit. Figure 1 reveals that MS components were significantly
less prevalent in the non-obese group. The most frequent components found in MS subjects
were elevated BMI and fasting insulin (100%) and hypertriglyceridemia (69%) whereas
213
213
MS negative obese subjects were characterized by a single MS component, mainly
hyperinsulinemia.
Table 3 reports univariate correlation analyses between inflammatory and endothelial
dysfunction markers and anthropometric or metabolic variables. CRP correlated positively
with age, BMI, fasting insulin, fasting glucose and triglycerides but negatively with HDL-
cholesterol. It is worth noting that TNF-α and sVCAM-1 correlated negatively with fasting
plasma insulin. Participants were then stratified according to BMI levels (< 30 kg/m2 and ≥
30 kg/m2) in order to assess the effects of obesity on various physiologic parameters (Table
4). Higher levels of triglycerides, total cholesterol and n-3 PUFA and lower concentrations
of plasma HDL cholesterol characterized obese subjects. Furthermore, these obese subjects
had higher fasting insulin and glucose. This table also reveals that obese participants had
twice the level of plasma CRP compared to non-obese whereas no statistically significant
difference was observed in the levels of plasma TNF-α and sVCAM-1.
Based on plasma fasting insulin levels, participants were stratified into normo-insulinemic
and hyperinsulinemic groups, < 90 pmol/L and ≥ 90 pmol/L respectively (data not shown).
Normal levels of FFA, elevated BMI, triglycerides and fasting glucose characterized the
hyperinsulinemic group. Of note, plasma CRP levels were also higher in the
hyperinsulinemic group (2.5 ± 2.2 vs 1.6 ± 2.2, p<0.007) whereas TNF-α and sVCAM-1
levels were not statistically different in the hyperinsulinemic group compared to the normo-
insulinemic group. Multivariate analyses (Table 5) show that the variance in plasma CRP
214
214
levels was predicted by BMI (β=3.27, p< 0.0001) whereas the variance of sVCAM-1 was
predicted by age (β=0.32, p<=0.002) and insulin level (β=-0.19, p< 0.002).
215
215
14.6 DISCUSSION
A health survey carried out in 1992 in Inuit of Nunavik reported that traditional diet, rich in
n-3 PUFA, was probably responsible for the low mortality rate from ischemic heart disease
in this population (24). Theses results were in accordance with a cross-ethnic study
showing that, despite smoking and obesity, Inuit had lower risk factors than Caucasian and
other Natives due to their n-3 PUFA consumption (32). MS prevalence found in the present
study (15.3%) is in accordance with a recent study indicating that MS is prevalent in
diverse ethnic groups in Canada, but differs in the pattern of MS phenotypic expression
(33). Using the modified WHO definition for MS, we found that 18.8% of obese subjects
(BMI ≥ 30 kg/m2) were not included in the MS group, mainly because of their high HDL-C
and low Tg levels. These results corroborated those reported in a multi-ethnic study
demonstrating that Inuit had higher HDL-C and lower Tg than Caucasians and other Native
groups due to their higher consumption of n-3 PUFA (32). It has also been reported that
obesity observed among another group of Inuit, the Greenland Inuit, was not associated
with the same degree of metabolic disturbances as in the general Caucasian population (34).
Furthermore, we observed that levels of FFA were not significantly higher in subjects with
MS than in non-obese subjects, which is in contrast with already published studies in
Caucasians (35,36). Based on the criteria of the US diabetes prevention program, 25% of
Salluit participants would have a risk of impaired fasting blood glucose (fasting glucose
from 5.7 to 6.9 mmol/L) whereas 4.3% could have previously undiagnosed type 2 diabetes
(fasting glucose > 6.9 mmol/L) (37). Knowing that n-3 PUFA may protect the endothelium
in young smokers with high fasting insulin and glucose (38), we had the unique opportunity
216
216
to examine the potential association between MS components and biomarkers of
inflammation and endothelial dysfunction in a population characterized by three-fold higher
n-3 PUFA levels than previously reported in Caucasians.
CRP levels were reported to vary significantly between people of different ethnic origins
and to be influenced by various metabolic factors (39). Hegele et al have determined CRP
levels in Canadian Inuit from eight communities in the Nunavut region, mainly from the
western shore of Hudson Bay (40). They reported CRP level at 5.9 mg/L in non-obese
subjects, which was two-fold higher than in the Inuit subjects affected by MS in the present
study. Even though both studies reported associations between obesity and CRP levels, we
now report that CRP levels were not only higher in overweight participants (BMI≥30
kg/m2) but also in the hyperinsulinemic subjects (insulin≥90 pmol/L). A recent study in
Caucasian women reported that 58.6 % of the participants with high CRP concentration (>
3.0 mg/L) had MS (41) which is comparable with the present data showing that 53.8% of
Inuit with elevated CRP had MS. These findings indicate that CRP level could act as a
similar marker of obesity in both ethnic groups. In contrast with other metabolic parameters
of obesity, CRP would not be downregulated by high levels of n-3 PUFA. These findings
raise the issue of potentially masked deleterious effects of MS in Inuit consuming high
amounts of n-3 PUFA and showing elevated CRP levels.
We found low levels of TNF-α in these Inuit subjects compared to healthy controls and
obese subjects (42,43). We also report that TNF-α did not correlate with BMI in Inuit but
217
217
was rather negatively associated with insulin in contrast to previous reports in Caucasians
showing positive association between TNF-α and obesity (42-44) or insulin levels (44).
Stratification of subjects according to BMI and insulin levels did not reveal differences in
TNF-α levels. In addition, multivariate analyses showed that plasma TNF-α levels were not
related with BMI or fasting insulin.
In the present study, we found lower sVCAM-1 levels than recently reported in healthy
controls of the Nurse’s Health Study, a large prospective study (15). Knowing that
endothelial dysfunction is closely related to obesity and hyperinsulinemia in Caucasians
(45,46), the observation that sVCAM-1, a marker of endothelial dysfunction, was not
associated with BMI in Inuit subjects consuming n-3 PUFA, is of great interest.
Furthermore, we not only report the lack of association between obesity and endothelial
dysfunction in Inuit subjects, but levels of sVCAM-1 were not higher in Inuit subjects with
high plasma insulin and covariated negatively with insulin levels. Theses findings thus
suggest that, despite obesity and hyperinsulinemia, Inuit vascular endothelial cells could
have normal cell function and insulin sensitivity. The Nurses Health cohort also reported
that CRP and sVCAM-1 were inversely related to consumption of n-3 PUFA, suggesting
that dietary n-3 PUFA could be associated with lower inflammatory status and endothelial
dysfunction (18,47). In Inuit, we could not confirm these associations. The lack of
association could be partly due to the fact that levels of n-3 PUFA were obtained from
dietary questionnaires in the Nurses Health Study (47) whereas, in the present study, these
levels were chemically determined in erythrocyte membranes known to represent longer
term dietary intake (48). Knowing that BMI was positively correlated with n-3 PUFA, a
218
218
second explanation could be that BMI and n-3 PUFA are not independent variables
predicting CRP levels in obese subjects.
The n-3 PUFA are known promoters of lipoprotein lipase synthesis in adipocytes, via the
expression of peroxisome proliferator activated receptor gamma (PPAR-γ) acting on a
promoter element present in the lipoprotein lipase gene, thereby inhibiting FFA secretion
(49). Despite known positive relationship between obesity and FFA concentrations and
marked obesity (BMI ≥30kg/m2) in this Inuit population, plasma FFA concentrations were
remarkably low (0.48 ± 0.21 mmol/L) compared to non-obese individuals (50). Low levels
of the inflammation marker TNF-α and the endothelial dysfunction marker sVCAM-1 are
in agreement with recent publications suggesting that increased FFA could indirectly
promote subclinical inflammation, impair endothelial function (51) and induce insulin
resistance (35).
In summary, these results indicate that MS is significantly prevalent in Inuit from Nunavik
showing different phenotypic expression than in Caucasians. Even though TNF-α and
sVCAM-1 levels remained low in this Inuit population despite evident hyperinsulinemia
and obesity, BMI and hyperinsulinemia did predict elevated levels of CRP. In contrast, n-3
PUFA did not correlate with any of the inflammation or endothelial dysfunction markers
suggesting no association or masked association confounded with body weight.
Furthermore, one could also argue that other anti-inflammatory factors, such as selenium
and seleno-glutathione peroxidase activity, found elevated in this Inuit population (52)
219
219
could have significantly contributed to this low inflammatory response. Another important
observation is the lack of positive association between insulin and TNF-α or sVCAM-1 and
the low levels of these two biomarkers in hyperinsulinemic subjects, suggesting the absence
of peripheral inflammation and endothelial cell dysfunction in this Inuit population. Further
investigations using other markers of inflammation and endothelial cell dysfunction are
needed.
220
220
ACKNOWLEDGEMENTS
This work was supported by grants from the Northern Contaminant Program, Indian and
Northern Affairs, Canada and the Toxic Substances Research Initiative (Environment and
Health Canada). M.C.B. was a recipient of a doctoral fellowship from the FRSQ
Cardiovascular Health Network. A.T. is the recipient of a new investigator scholarship
from the Canadian Institutes of Health Research. We are indebted to the participants for
their continuing participation and cooperation.
221
221
14.7 BIBLIOGRAPHY
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Table 1: Clinical characteristics of participants
Mean ± SD Range
N (F/M) 80 (59/21)
Smokers (% of subjects) 73
Age (y) 42 ± 12 17-67
BMI (kg/m2) 28.4 ± 6.6 17.2-43.6
Fasting insulin (pmol/L) 99.5 ± 53.2 33.0-295.0
Fasting blood glucose (mmol/L) 5.3 ± 0.7 4.2-8.3
Triglycerides (mmol/L) 1.22 ± 0.59 0.41-3.8
Total cholesterol (mmol/L) 5.54 ± 1.15 3.26-9.02
LDL cholesterol (mmol/L) 3.20 ± 0.99 1.49-6.23
HDL cholesterol (mmol/L) 1.41 ± 0.41 0.67-2.55
Free fatty acids (mmol/L) 0.48 ± 0.21 0.12-1.20
n-3 PUFA* (% of total fatty acids) 11.2 ± 2.8 6.9-18.8
CRP (mg/L) 2.0 ± 2.2 0.2-9.1§
TNF-α (pg/ml) 1.4 ± 1.6 0.5-14.0
s-VCAM-1 (ng/ml) 362.1 ± 116.5 158.5-799.2
Mean ± SD ; *measured in erythrocyte membranes, §CRP > 10 mg/ml excluded.
229
229
Table 2: Characteristics of subjects stratified according to MS status and obesity
(BMI ≥ 30 kg/m2).
MS positive MS negative
BMI ≥ 30 kg/m2 BMI ≥ 30 kg/m2 BMI < 30 kg/m2
N (F/M) 13 (11/2) 16 (15 /1) 51 (33/18)
Age (y) 43 ± 8 44 ± 13 41 ± 13
n-3 PUFA (%) 11.8 ± 3.1 12.4 ± 3.7 10.7 ± 2.4
FFA (mmol/L) 0.42 ± 0.18 0.51 ± 0.19 0.50 ± 0.24
MS components
Insulin (pmol/L) 170 ± 62 120 ± 41* 74 ± 29§
BMI (kg/m2) 36.3 ± 4.7 35.4 ± 3.8 24.3 ± 3.4§
HDL-C (mmol/L) 1.17 ± 0.28 1.35 ± 0.39 1.52 ± 0.42§
Tg (mmol/L) 2.04 ± 0.84 1.21 ± 0.26* 1.02 ± 0.41*
Glucose (mmol/L) 5.91 ± 0.79 5.57 ± 0.86 5.10 ± 0.41§
Markers
CRP (mg/L) 3.22 ± 2.32 3.07 ± 2.20 1.45 ± 2.06§
sVCAM-1 (ng/ml) 306 ± 109 355 ± 76 378 ± 127*
TNF-α (pg/ml) 0.87 ± 0.37 1.27 ± 0.62 1.57 ± 2.16*
Mean ± SD; * significantly different from MS positive subjects; § significantly different
from MS positive and MS negative obese subjects (BMI ≥ 30 kg/m2).
230
230
Table 3: Univariate correlations between inflammatory and endothelial function
markers and anthropometric or metabolic variables.
CRP TNF-α sVCAM-1
Age 0.28 § ns 0.29 §
BMI 0.57 § ns -0.24*
Fasting insulin 0.26* -0.23* -0.31 §
Fasting glucose 0.24* ns ns
Triglycerides 0.36** ns ns
Total cholesterol ns ns ns
LDL cholesterol ns -0.24* ns
HDL cholesterol -0.22* ns 0.21*
FFA ns ns ns
n-3 PUFA ns ns ns
Pearson correlation coefficients were performed on log-10 normalized data. * p< 0.05, § p<
0.01; ns, not significant.
231
231
Table 4: Comparisons of CRP, TNF-α, sVCAM-1 and other related physiological
parameters between obese and non-obese participants.
Non-obese (BMI< 30 kg/m2)
Obese (BMI ≥ 30 kg/m2) p
n (F/M) 51 (34/17) 29 (25/4)
Age (y) 41 ± 13 44 ± 11 ns
Triglycerides (mmol/L) 1.02 ± 0.41 1.58 ± 0.72 0.0003
Total cholesterol (mmol/L) 5.25 ± 0.95 5.99 ± 1.32 0.03
LDL cholesterol (mmol/L) 3.05 ± 0.77 3.40 ± 1.28 ns
HDL cholesterol (mmol/L) 1.52 ± 0.41 1.23 ± 0.34 0.001
Free fatty acids (mmol/L) 0.50 ± 0.23 0.47 ± 0.19 ns
n-3 PUFA (% of total fatty acids) 10.70 ± 2.36 12.11 ± 3.41 0.05
Fasting insulin (pmol/l) 73.5 ± 29.2 141.8 ± 56.7 < 0.0001
Fasting glucose (mmol/L) 5.10± 0.41 5.72 ± 0.83 < 0.0001
CRP (mg/ml) 1.45 ± 2.06 3.06 ± 2.22 < 0.0001
TNF-α (pg/ml) 1.57 ± 2.16 1.09 ± 0.55 ns
sVCAM-1 (ng/ml) 377.9 ± 126.9 333.5 ± 93.2 ns
Mean ± SD; ns, not significant
232
232
Table 5: Multivariate analyses predicting the variance in plasma CRP, TNF-α and
sVCAM-1.
Dependent variables
Independent variable Log CRP Log TNF-α Log sVCAM-1
Log age ---* --- ß = 0.32 p = 0.002
Log BMI ß = 3.27 p < 0.0001 --- ---
Log triglycerides --- --- ---
HDL cholesterol --- ---- ---
n-3 PUFA --- --- ---
Log glucose --- --- ---
Log insulin --- --- ß = -0.19 p = 0.002
CRP > 10 mg/L excluded; * missing values are those not selected by the stepwise analysis.
Regression coefficients from multivariate analyses using stepwise statistical models
including relevant biological parameters and plasma biomarkers, CRP, TNF-α and
sVCAM-1, followed by standard fit least square models showing variables presenting
statistically significant effects. Biomarkers were used as dependent variables and relevant
biological parameters selected by the stepwise model as predictor variables.
233
233
FIGURE LEGEND
Figure 1: Prevalence(%) of MS components found in participants classified as MS positive
obese (BMI ≥ 30 kg/m2), MS negative obese and non-obese (BMI < 30 kg/m2) subjects. *
Significantly different from MS subjects; § significantly different from MS positive or
negative obese subjects.
234
234
15. Discussion
Des études finlandaises ont rapporté que certains hommes consommaient beaucoup de
poissons, mais que leur taux de mortalité relié à des maladies coronariennes était l’un des
plus élevés au monde. Cette observation contredisait le concept voulant qu’une grande
consommation de poisson soit favorable pour le système cardiovasculaire (15). Par ailleurs,
on a observé chez ces Finlandais un lien entre la déficience en sélénium, la peroxydation
lipidique et la progression de l’athérosclérose de la carotide (37). En effet, les mécanismes
reliant le mercure et le risque de maladies cardiovasculaires impliqueraient des réactions
d’oxydation, en particulier des réactions de peroxydation lipidique.
Par ailleurs, les Inuit du Nunavik sont exposés à des contaminants environnementaux par
leur alimentation traditionnelle riche en poissons et mammifères marins et ils présentent
quand même un taux d’incidence de maladies coronariennes de 66.3/100 000
comparativement à 140.2/100 000 pour le reste des Québécois (1). Il avait alors été suggéré
que les Inuit étaient protégés des maladies cardiovasculaires par la consommation d’acides
gras oméga-3, abondants dans l’alimentation traditionnelle Inuit (6).
15.1- Les contaminants
Pour cette première partie de l’étude, les hypothèses alors avancées étaient que les
contaminants environnementaux pourraient induire un stress oxydant et ainsi contribuer au
risque de maladies cardiovasculaires, mais que 2) la consommation de poissons et de
mammifères marins, bien que contaminés, pourrait avoir des effets bénéfiques grâce aux
acides gras oméga-3 et au sélénium, également contenus dans l’alimentation traditionnelle.
Afin de vérifier ces hypothèses, deux populations ont été étudiées avec des objectifs
spécifiques pour chacune:
235
235
1- Des pêcheurs de la Baie James, tous des hommes, dans la quarantaine en moyenne,
n’ayant pas de maladies connues et ne prenant pas de médicaments. Il s’agissait
d’évaluer les effets de l’exposition au mercure pendant une période déterminée
correspondant à la saison de pêche. La pêche s’effectuait la plupart du temps sur des
réservoirs hydro-électriques contenant des concentrations relativement élevées de
mercure. Il était question de vérifier si certains marqueurs de stress oxydant seraient
influencés par une augmentation significative d’exposition au méthylmercure durant la
saison de pêche.
2- Des Inuit de Salluit, hommes et femmes adultes, exposés de façon chronique à des
contaminants environnementaux par leur alimentation. Il s’agissait alors de caractériser
cette population et d’évaluer l’impact possible sur la santé de l’exposition à des
contaminants environnementaux en mesurant certains marqueurs reliés au stress
oxydant. Ensuite, d’évaluer les effets potentiellement bénéfiques des acides gras
oméga-3 et du sélénium, deux facteurs abondants dans l’alimentation traditionnelle
Inuit.
Parmi les marqueurs de stress oxydant choisis, il y avait la particule LDL oxydée, reconnue
pour son rôle dans la pathophysiologie de l’athérosclérose, des enzymes antioxydants du
cycle du glutathion, la glutathion peroxydase et la glutathion réductase, ainsi que le
glutathion, impliqués dans la réduction des peroxydes et l’élimination des radicaux libres,
ainsi que les couples redox (formes oxydées versus réduites) de la vitamine E et de la
coenzyme Q10. D’autres mesures ont également été effectuées dans cette étude : les
niveaux sanguins des BPC (seulement chez les Inuit), MeHg et Se, et les profils des acides
gras dans les érythrocytes et des lipides dans le plasma.
Les résultats chez les pêcheurs de la Baie James ont mis en évidence une augmentation
significative de l’exposition au mercure, mais non associée aux marqueurs de stress
oxydant. De plus, une diminution de niveaux de LDLox et une augmentation de vitamine E
ont été observées, ainsi qu’une augmentation de l’expression de la coenzyme Q10 et de
l’activité des enzymes impliquées dans le cycle du glutathion. Ces résultats suggèrent que
l’augmentation relativement faible du niveau de mercure était insuffisante pour provoquer
236
236
un stress oxydant détectable. Les causes de l’augmentation de défenses antioxydantes
observée après la saison de pêche restent à déterminer.
Chez les Inuit, les concentrations sanguines de mercure et de BPC, et de sélénium étaient
beaucoup plus élevées que celles rapportées chez les Caucasiens. Dans cette étude, les
niveaux de LDLox, quoique plus faibles que chez la plupart des Caucasiens, étaient
associés aux concentrations de BPC. Le MeHg n’a été trouvé associé à aucun des
marqueurs de stress oxydant. L’activité enzymatique GPx était plus élevée que celle
rapportée pour des Caucasiens.
D’autre part, la vitamine E totale était positivement associée aux niveaux plasmatiques de
BPC tandis que sa forme oxydée, la tocophérylquinone, était négativement associée aux
concentrations d’acides gras oméga-3. La forme réduite de la coenzyme Q10 (ubiquinol-10)
était positivement influencée par le sélénium, alors que la coenzyme Q10 totale était
positivement associée avec la concentration des LDLox (relativement basse). Tous ces
résultats indiquent que 1) le mercure n’était pas associé aux marqueurs de stress oxydant
chez les Inuits 2) la consommation d’acide gras oméga-3 semble bénéfique puisqu’elle a
été reliée à des facteurs antioxydants 3) les contaminants favoriseraient l’absorption de
vitamine E et une augmentation de la défense antioxydante.
15.2 Autres paramètres physiologiques chez les Inuits
La caractérisation des Inuit de Salluit démontrait que 37% des sujets avaient un indice de
masse corporelle (IMC) de plus de 30 kg/m2. Par ailleurs, le profil lipidique, en particulier
les concentrations de triglycérides plasmatiques faibles, ne correspondait pas au phénotype
habituellement observé pour des individus ayant un IMC élevé. Souvent, le profil lipidique
associé à l’obésité montre des triglycérides élevés, des HDL plutôt faibles et des acides gras
libres élevés. L’élévation de la concentration des acides gras libres dans la circulation est le
résultat d’une lipolyse accrue des tissus adipeux viscéraux. L’obésité est également souvent
accompagnée, chez des sujets caucasiens, de résistance à l’insuline, c'est-à-dire
d’hyperinsulinémie post prandiale d’abord, et d’hyperinsulinémie à jeun ensuite, et enfin,
237
237
après un certain temps, d’une élévation de la glycémie à jeun, symptôme d’intolérance au
glucose.
Donc, suite à l’observation de la grande prévalence d’obésité chez les Inuit, malgré un
profil lipidique favorable, nous avons décidé de mesurer l’insuline et la glycémie à jeun,
ainsi que les acides gras libres. Les résultats obtenus indiquaient que 46 % des participants
avaient une hyperinsulinémie à jeun, malgré des concentrations plasmatiques d’acides gras
libres faibles. De plus, 25% des sujets étaient à risque d’intolérance au glucose (glycémie à
jeun entre 5.7 et 6.9 mmoles/L). Les acides gras oméga-3 étaient positivement corrélés à la
glycémie à jeun. Des analyses multivariées ont démontré que l’insuline était seulement
prédite par l’IMC, la glycémie à jeun et le LDL cholestérol alors que la glycémie à jeun
était prédite par l’âge et l’insuline à jeun. Cependant, d’autres analyses statistiques
démontraient que les acides gras oméga-3 n’étaient pas indépendants de l’âge. De plus, des
études récentes suggèrent que même si la nourriture traditionnelle Inuit demeure la source
majeure des nutriments, la nourriture du marché contribue à l’apport énergétique principal
surtout sous forme de glucides. Les adolescents Inuit consommeraient beaucoup de sucre
raffiné, 89.5% d’entre eux prendraient 2.8 boissons gazeuses/jour et 73.3% mangeraient
3.27 sucreries/jour.
Le phénotype particulier de l’hyperinsulinémie chez les Inuits a soulevé plusieurs
questions, entre autres, est-ce que les acides gras oméga-3 consommés dans l’alimentation
affecteraient la transformation de l’excès de glucide en triglycérides par le foie? En effet,
l’inhibition des gènes lipogéniques dans le foie par les acides gras polyinsaturés est un
signal très fort qui pourrait outrepasser la capacité prolipogénique de l’insuline et des
glucides. Les acides gras oméga-3, spécialement l’EPA, sont des promoteurs connus de la
synthèse de la lipoprotéine lipase (LPL) dans les adipocytes, via l’expression de PPARγ,
qui agit sur un élément du promoteur du gène de la LPL. Donc, en présence d’acides gras
oméga-3, le stockage de lipides dans les adipocytes serait augmenté par les effets combinés
de l’insuline et des acides gras oméga-3 sur la LPL. De plus, les acides gras oméga-3 sont
des agonistes des PPARα, qui stimulent l’expression des gènes responsables de la β-
oxydation et inhibent la lipogenèse en supprimant l’expression de plusieurs gènes
238
238
impliqués dans le métabolisme du glucose et de la synthèse des acides gras, résultant en une
diminution de la concentration des VLDL circulants.
Par ailleurs, que se passe-t-il si des glucides sont présents en grande quantité en même
temps qu’une grande quantité d’acides gras oméga-3? L’excès de glucides dans le sang ne
pourrait vraisemblablement pas être métabolisé en acides gras et transformé en VLDL à
cause de l’inhibition de la lipogenèse hépatique, résultant ainsi en hyperinsulinémie
plasmatique.
De plus, normalement, chez les Caucasiens présentant une hyperinsulinémie, les adipocytes
sont réfractaires à la suppression de la mobilisation des gras par l’insuline, causant une
augmentation des acides gras libres en circulation. Or, chez les Inuit, les concentrations
d’acides gras libres étaient normales, suggérant que leurs adipocytes étaient encore
sensibles à l’insuline.
L’obésité associée à l’hyperinsulinémie, à l’hyperglycémie, à l’hypertension et à des
triglycérides élevés constituent ce qu’on appelle le syndrome métabolique.
Malheureusement, la tension artérielle n’a pas été mesurée chez les Inuit, mais selon une
adaptation de la définition du syndrome métabolique par l’organisation mondiale de la
santé (IMC > 30kg/m2, insuline > 90 pmoles/L et soit des triglycérides élevés, ou des HDL
faibles ou une hyperglycémie), seulement 15.3 % des Inuit étaient atteints de syndrome
métabolique, possiblement à cause de l’effet favorable des acides gras oméga-3 sur le profil
lipidique.
D’autre part, une autre question a été soulevée concernant l’hyperinsulinémie observée
chez les Inuit, à savoir si elle était associée à une réponse inflammatoire hépatique et
périphérique. La protéine C réactive a donc été mesurée en tant que marqueur
d’inflammation hépatique, car il est reconnu qu’elle est associée aux concentrations
d’insuline et à l’IMC chez les caucasiens. L’inflammation périphérique a été évaluée avec
le TNF-α et le marqueur de dysfonction endothéliale sVCAM-1.
239
239
Des analyses multivariées des résultats ont démontré que la variance de la concentraion
plasmatique du CRP était partiellement prédite par l’IMC et sVCAM-1, alors que celle du
TNF-α n’était prédit par aucune des composantes du syndrome métabolique. Le niveau de
sVCAM-1 était négativement prédit par celui de l’insuline à jeun. Enfin, les acides gras
oméga-3 n’ont pas influencé la variance d’aucun des marqueurs. Ces résultats suggèrent
que la protéine CRP est associée à l’obésité, alors que le TNF-α et le sVCAM-1 n’étaient
pas associés avec les composantes du syndrome métabolique, n’indiquant donc aucune
évidence d’inflammation périphérique et de dysfonction endothéliale chez cette cohorte
d’Inuit, en contraste des observations faites chez des cohortes de caucasiens.
15.3 Nourriture traditionnelle : finalement bénéfique?
Au Canada, l’identification de niveaux élevés de BPC dans le lait maternel des femmes
Inuit chez les femmes habitant le nord du Québec a initié plusieurs études sur les
contaminants (274). Une synthèse subséquente des connaissances a indiqué que
l’écosystème marin de l’Arctique était contaminé par un grand nombre d’organochlorés et
des métaux lourds, éventuellement consommés par les Inuit (30). Ces contaminants sont
entrés en Arctique par des courants aériens et marins (28). Le gouvernement canadien a
alors établi le programme NCP (Artic environmental strategy’s Northern contaminants
program) en 1991. Le but premier de ce programme était de réduire, et si possible,
d’éliminer les contaminants dans l’alimentation traditionnelle Inuit tout en fournissant de
l’information éclairée pour assister les communautés et les individus dans leurs choix
alimentaires.
La présence de MeHg chez les habitants du Nord avait également été évaluée, indiquant
que les Inuit avaient des taux élevés de MeHg. En effet, 57% des Inuit avait un taux de
mercure sanguin de plus de 20 µg/L, la norme maximale admise pour éviter les risques de
santé liés à l’exposition au MeHg (25).
240
240
Par ailleurs, certains nutriments contenus dans l’alimentation traditionnelle, tels que les
acides gras oméga-3, les protéines de poisson et le sélénium pourraient réduire la toxicité
du mercure à un niveau moléculaire et avoir ainsi certains effets bénéfiques.
Il est donc difficile d’évaluer les risques et les bénéfices de la consommation de nourriture
traditionnelle chez les Inuit. Limiter sévèrement la consommation de poisson, de fruits de
mer et de mammifères marins pourrait causer plus de torts que de bénéfices au bout du
compte, l’augmentation de nourriture alternative pourrait avoir d’autres risques potentiels
pour la santé, comme le développement de maladies chroniques comme les maladies
cardiovasculaires et le diabète de type 2. De plus, pour les populations dont la survie
dépendait principalement de la pêche, une restriction de consommation de produits de la
mer pourrait affecter le bien-être social, économique et personnel de villages entiers. Au
Canada, le statut général de santé de certaines populations a décliné suite aux
recommandations de consommation de poissons. Dans certains cas, les habitants ont
préféré éviter les aliments contaminés plutôt que de suivre les recommandations
diététiques, se privant ainsi d’un grand apport de nutriments de qualité. De plus, les normes
d’exposition aux contaminants pourraient ne pas être adaptées à la condition des
autochtones, car elles ont été fixées, comme celles pour le mercure, sur la base
d’empoisonnement aigus (275).
D’autres études rapportent que les Inuit et les autres autochtones subissent une transition
nutritionnelle (27). Les jours où les Inuit prennent des repas traditionnels, ils consomment
significativement moins de glucides et de sucres raffinés, et plus de protéines, de vitamines
E, A, D, B-6, de riboflavine, de fer, de zinc, de magnésium, de phosphore, de potassium et
de sélénium. Les jours d’alimentation non-traditionnelle sont plus riches en vitamine C,
folate et fibres. Seulement 10 à 36% de l’énergie provient de l’alimentation traditionnelle,
les adultes de plus de 40 ans consommant plus de nourriture traditionnelle que les jeunes.
Enfin, la prévalence de l’obésité chez les adultes (BMI > 30 kg/m2) dépasse tous les taux
canadiens (27).
241
241
Donc, malgré la contamination, maintenir la consommation de nourriture traditionnelle et
l’exercice physique qui lui est associé (la chasse et la pêche) pourrait être globalement
bénéfique aux Inuit, et à la lumière de nos études.
15.4 Limites et forces des études
Ces études ont été limitées par la taille restreinte des cohortes étudiées, principalement à
cause de la faible densité de population à chacun des sites. En effet, pour l’étude de la Baie
James, il n’y avait que 36 pêcheurs disponibles avant et après la saison de pêche.
Cependant, le fait d’effectuer nos mesures chez les mêmes sujets avant et après la saison de
pêche accroissait la puissance statistique de l’étude. Chez les Inuit, 118 sujets avaient été
initialement recrutés. Cependant certains prenaient des médicaments et il a fallu exclure
jusqu’à 33 sujets afin d’éviter les biais reliés à la condition physiologique des participants.
Comme il s’agissait d’une étude centrée sur l’exposition aux contaminants, certaines
mesures telles que la tension artérielle, le tour de taille, l’activité physique ainsi qu’un
inventaire alimentaire journalier détaillé n’ont pas été effectuées. Par ailleurs, ces études
nous ont suggéré que les contaminants n’étaient peut-être pas le problème de santé publique
le plus important en ce moment. En effet, les mesures des marqueurs de stress oxydant
n’ont fourni aucune évidence d’oxydation de vitamine E ou de coenzyme Q10 induite par
les contaminants. Par contre, les mesures de l’IMC, de l’insuline et de la glycémie à jeun
ont mis en évidence une augmentation du risque de développement de diabète de type 2.
Les mesures des marqueurs inflammatoires et de dysfonction endothéliale nous ont permis
de trouver que malgré l’obésité et l’hyperinsulinémie, la résistance à l’insuline chez les
Inuit semble associée à un phénotype particulier.
242
242
15.5 Perspectives
Il sera question, dans le cadre d’une étude appelée «La santé Inuit en transition : Étude du
Nunavik», d’étudier l’expression de l’obésité et du diabète de type 2 parmi des Inuit du
Nunavik dans plusieurs villages, en utilisant de nouveaux bio marqueurs. Par exemple, des
adipokines, marqueurs du développement du tissu adipeux, la résistine, un nouveau
marqueur inflammatoire et des isoprostanes, des marqueurs biologiques de peroxydation
lipidique.
En effet, l’ajout de ces marqueurs au du profil lipidique traditionnel, devrait améliorer
l’identification des individus à risque de maladies coronariennes et de diabète, et permettre
de mieux comprendre les liens entre les facteurs diététiques, les changements nutritionnels,
la génétique et l’expression du syndrome métabolique chez les Inuit du Nunavik.
243
243
16. Conclusion
Ces études nous ont permis de conclure que le mercure n’était pas associé aux marqueurs
de stress oxydants étudiés chez les Inuits et les pêcheurs de la Baie James, et que la
consommation d’acides gras oméga-3 et de sélénium semblerait bénéfique puisqu’elle était
reliée à une augmentation de la capacité antioxydante. De plus, l’exposition aux
contaminants par l’alimentation Inuit traditionnelle est également apparue liée à une
augmentation de vitamine E et donc de défense antioxydante.
Par ailleurs, les Inuit présentent un phénotype particulier d’hyperinsulinémie. En effet,
malgré une grande prévalence de l’obésité chez les sujets étudiés, le profil lipidique
demeure favorable avec des concentrations de triglycérides et d’acides gras libres faibles et
des HDL-C élevés. Les marqueurs inflammatoires mesurés étaient relativement bas,
suggèrant peu d’inflammation périphérique malgré l’hyperinsulinémie. Les acides gras
oméga-3 diététiques pourraient être responsables du phénotype favorable de
l’hyperinsulinémie, malgré une association positive avec la glycémie à jeun.
Des études futures avec d‘autres marqueurs inflammatoires et d’oxydation permettront de
mieux comprendre comment l’hyperinsulinémie s’exprime chez les Inuit et comment elle
interagit avec les acides gras oméga-3.
17. Bibliographie
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