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STRESS OXYDANT ET ATHSTRESS OXYDANT ET ATHÉÉROSCLROSCLÉÉROSEROSE
D. Bonnefont-Rousselot, J.L. Beaudeux,P. Thérond, J. Peynet, J. Delattre, A. Legrand
EXON et AE2BM, Lille, 9-10 septembre 2004EXON et AE2BM, Lille, 9-10 septembre 2004
Laboratoire de Biochimie Métabolique et Clinique (EA3617),Laboratoire de Biochimie Métabolique et Clinique (EA3617),
Faculté de Pharmacie Paris 5,Faculté de Pharmacie Paris 5,
4 avenue de l'Observatoire, 75270 Paris Cedex 064 avenue de l'Observatoire, 75270 Paris Cedex 06
Stimuli et cibles du stress oxydant dans Stimuli et cibles du stress oxydant dans l’athérogenèsel’athérogenèse
Sources cellulaires d’espèces réactives de l’oxygène Sources cellulaires d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) et de l’azote (ERN)(ERO) et de l’azote (ERN) Rôles des lipoprotéines (LDL, HDL)Rôles des lipoprotéines (LDL, HDL) Autres stimuli:Autres stimuli:
Facteurs activant les NAD(P)H oxydases des Facteurs activant les NAD(P)H oxydases des cellules vasculairescellules vasculaires Facteurs activant la production mitochondriale Facteurs activant la production mitochondriale d’anion superoxyded’anion superoxyde Facteurs diminuant la biodisponibilité du Facteurs diminuant la biodisponibilité du monoxyde d’azote (monoxyde d’azote (NO)NO)
Implication du stress oxydant dans l’évolution Implication du stress oxydant dans l’évolution de la plaquede la plaque
Stimuli et cibles du stress Stimuli et cibles du stress oxydant dans l’athérogenèseoxydant dans l’athérogenèse
Sources cellulaires d’espèces Sources cellulaires d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) et de réactives de l’oxygène (ERO) et de
l’azote (ERN)l’azote (ERN)
Sources cellulaires d’ERO et d’ERNSources cellulaires d’ERO et d’ERN
NADPH oxydase Xanthine oxydase
Chaîne respiratoire mitochondriale
O2 O2 - ONOO-
NO
Cyt. P450 monooxygénase Lipooxygénases
Cyclo-oxygénases
Superoxyde dismutase
H2O2
Myéloperoxydase
HOCl
OHFe2+ O2 + Cl-
O2-
NO2
Cl-
NO synthase
Catalase/
Glutathion peroxydase
H2O
Déséquilibre entre production et Déséquilibre entre production et neutralisation des ERO neutralisation des ERO
= = stress oxydantstress oxydant
• Oxydation des lipoprotéines • Stress oxydant intracellulaire altération du fonctionnement cellulaire
Rôles des ERO dans les cellules vasculairesRôles des ERO dans les cellules vasculaires
HypercholestérolémieDiabète
HypertensionTabagisme
AgeExpression des
molécules d’adhésion
Prolifération des cellules musculaires
lisses
ApoptoseOxydation des lipoprotéines
Activation des métalloprotéasesFragilisation des
plaques
Altération de la vasomotricité
ERO
Modulation par les ERO des effets cellulaires Modulation par les ERO des effets cellulaires impliqués dans l’athérogenèseimpliqués dans l’athérogenèse
PDGF, angiotensine II, thrombine, TNF PDGF, angiotensine II, thrombine, TNF ,,hyperglycémie,hyperglycémie,
LDL oxydées, forces hémodynamiquesLDL oxydées, forces hémodynamiques
Lipoxygénase Chaîne mitochondriale de transport des électrons
NADP(H) oxydase Xanthine oxydase
ERO kinases
(p38MAPK, JNK, ERK1/2, Akt)
Facteurs de transcription (NFB, STAT-1, AP-1…)
Gènes « redox-sensibles »
Croissance/hypertrophie, survie, migration, apoptose,dysfonctionnement endothélial, inflammation, remodelage
phosphatases(protéine-tyrosine phosphatase 1B…)
Rôle des lipoprotéinesRôle des lipoprotéines
Structure des LDLStructure des LDL (d’après Segrest et coll., J. Lipid Res., 2001)
RAPPELS SUR LA COMPOSITION DES LDL(en molécules par particule de LDL)
Lipides et protéine Acides gras saturés et insaturés * Anti-oxydants
Phospholipides 700Cholestérol non estérifié 600Esters de cholestérol 1600Triglycérides 100Protéine (apoB) 1
Acide myristique 70Acide palmitique 700Acide palmitoléique 50Acide stéarique 150Acide oléique 450Acide linoléique 1100Acide arachidonique 150Acide docosahexaénoïque 20
Acides gras totaux 2700Acides gras polyinsaturés 1300
-tocophérol 6-tocophérol 0,5-carotène 0,3Lycopène 0,2Ubiquinol 0,3
* sous forme d'esters (esters de cholestérol, phospholipides, triglycérides).
LDL petites et denses plus sensibles à l’oxydation
(d’après Esterbauer et Ramos, Rev. Physiol. Biochem. Pharmacol. 1996 ; 127 : 31-64)
LIPIDESLIPIDES
APOLIPOPROTAPOLIPOPROTÉÉINE BINE B
• Déplétion en antioxydantsDéplétion en antioxydants• Déplétion en acides gras polyinsaturésDéplétion en acides gras polyinsaturés• Formation de diènes conjuguésFormation de diènes conjugués• Formation de produits d’oxydation lipidique spécifiques:Formation de produits d’oxydation lipidique spécifiques:
Phospholipides oxydés à courte chaîne (POVPC, PGPC…) Hydroperoxydes de phospholipides et d’esters de cholestérol (HPODE, HPETE…) Isoprostanes (8-isoPGF2) Oxystérols (7-cétocholestérol, 25-hydroxycholestérol…) Lysophosphatidylcholines
• Apparition de produits de décompositionApparition de produits de décomposition (dialdéhyde malonique, 4-hydroxynonénal…)
• Carbonylation, fragmentationCarbonylation, fragmentation• Oxydation d’aminoacidesOxydation d’aminoacides (tryptophane, histidine…)• Formation de produits d’addition entre acides aminés et Formation de produits d’addition entre acides aminés et produits aldéhydiquesproduits aldéhydiques (MDA, HNE…)
Modifications oxydatives des LDLModifications oxydatives des LDL
Mécanismes potentiels par lesquels les LDL Mécanismes potentiels par lesquels les LDL oxydées participeraient à l’athérogenèse (1)oxydées participeraient à l’athérogenèse (1)
• Action sur les monocytes-macrophagesAction sur les monocytes-macrophages
Lyso-PC Lyso-PC action chimiotactiqueaction chimiotactique sur les monocytes sur les monocytes circulantscirculants Lipides oxydés Lipides oxydés production de production de chimiokines pro-chimiokines pro-inflammatoiresinflammatoires (IL-6), de de facteurs chimiotactiquesfacteurs chimiotactiques (MCP-1) et de croissanceet de croissance (M-CSF) inflammation Reconnaissance des LDL oxydées par desReconnaissance des LDL oxydées par des récepteurs « scavenger »récepteurs « scavenger » (CD36), de façon non régulée par la concentration de cholestérol intracellulaire Oxystérols Oxystérols synthèse de synthèse de métalloprotéases métalloprotéases matriciellesmatricielles (MMP) remodelage matriciel progression de la lésion
• Action sur les cellules endothélialesAction sur les cellules endothéliales Lyso-PC, isoprostanes Lyso-PC, isoprostanes diminution de vasoréactivité diminution de vasoréactivité endothélialeendothéliale par: par:
libération de NO Interaction du NO avec O2
- peroxynitrite ONOO-
synthèse et libération d’endothéline Phospholipides oxydés à chaîne courte (POVPC, PGPC) Phospholipides oxydés à chaîne courte (POVPC, PGPC) réaction inflammatoire localeréaction inflammatoire locale par: par:
synthèse facteurs chimiotactiques (MCP-1, M-CSF) et molécules d’adhésion (ICAM-1, VCAM-1) Activité PAF-like
Rupture de l’homéostasie profibrinolytique Rupture de l’homéostasie profibrinolytique action action procoagulanteprocoagulante
Oxystérols et lyso-PC modulation de la synthèse endothéliale de tPA et de PAI-1
Expression accrue de Expression accrue de récepteurs des LDL oxydéesrécepteurs des LDL oxydées Oxystérols Oxystérols action cytotoxique et proapoptotiqueaction cytotoxique et proapoptotique
Mécanismes potentiels par lesquels les LDL Mécanismes potentiels par lesquels les LDL oxydées participeraient à l’athérogenèse (2)oxydées participeraient à l’athérogenèse (2)
• Action sur les cellules musculaires lissesAction sur les cellules musculaires lisses
Lyso-PC, oxystérols, hydroperoxydes, aldéhydes Lyso-PC, oxystérols, hydroperoxydes, aldéhydes prolifération et migration des cellules musculaires lissesprolifération et migration des cellules musculaires lisses par: par:
synthèse et sécrétion de facteurs de croissance (PDGF), chimiokines (IL-1, IL-6, TNF-)
Activation des fonctions de synthèse des cellules Activation des fonctions de synthèse des cellules musculaires lisses musculaires lisses production de molécules constitutives production de molécules constitutives de la matrice extracellulairede la matrice extracellulaire (collagènes, protéoglycanes, laminine, fibronectine…)
Mécanismes potentiels par lesquels les LDL Mécanismes potentiels par lesquels les LDL oxydées participeraient à l’athérogenèse (3)oxydées participeraient à l’athérogenèse (3)
• Classiquement attribué au rôle central joué par les HDL dans l’efflux l’efflux cellulaire et le transport réverse du cholestérolcellulaire et le transport réverse du cholestérol des tissus périphériques vers le foie.
• Nouvelles fonctions anti-athérogènes des HDLNouvelles fonctions anti-athérogènes des HDL- protection des LDL contre l’oxydation- destruction des produits d’oxydation des lipides générant la réponse inflammatoire impliquée dans l’athérogenèse
• Cependant, les HDL peuvent elles-mêmes subir des modifications les HDL peuvent elles-mêmes subir des modifications oxydativesoxydatives susceptibles d’altérer leurs propriétés protectrices.
• Hétérogénéité fonctionnelle entre les différentes sous-classes de Hétérogénéité fonctionnelle entre les différentes sous-classes de HDLHDL
Effet protecteur des HDL contre l’athérogenèseEffet protecteur des HDL contre l’athérogenèse
Composantes anti-oxydantes et Composantes anti-oxydantes et anti-inflammatoires contribuant aux anti-inflammatoires contribuant aux propriétés anti-athérogènes des HDLpropriétés anti-athérogènes des HDL
HDLAnti-
inflammatoiresAnti-
oxydantes
Transport inverse du cholestérol(rôle de la LCAT)
EFFETS ANTI-ATHÉROGÈNESEFFETS ANTI-ATHÉROGÈNES
• Apo AIApo AI capture des hydroperoxydes des LDL;• Paraoxonase (PON-1), Paraoxonase (PON-1), PAF-acétylhydrolasePAF-acétylhydrolase hydrolyse des phospholipides oxydés• LCATLCAT transfert des AG oxydés des PC sur le cholestérol hydroperoxydes• GPxGPx réduction des hydroperoxydes en alcools
• HDL facilement oxydéesHDL facilement oxydées in vitro in vitro par divers procédés (ions des métaux de transition, lipoxygénases, radical hydroxyle, myéloperoxydase, radical tyrosyle).
• Oxydation des HDL peroxydation lipidique et attaque peroxydation lipidique et attaque des apolipoprotéinesdes apolipoprotéines formation par « crosslink » d’oligomères d’apolipoprotéine AI et d’hétérodimères d’apolipoprotéines AI-AII.
• HDL plus susceptibles à l’oxydation que les LDLHDL plus susceptibles à l’oxydation que les LDL (moindre contenu en anti-oxydants comme l’ubiquinol et le tocophérol).
• Oxydation probable des HDL Oxydation probable des HDL in vivoin vivo dans les espaces dans les espaces extracellulairesextracellulaires
Modification des fonctions des HDL oxydées (1)Modification des fonctions des HDL oxydées (1)
Oxydation desOxydation des HDL HDL capacité à promouvoir l’efflux capacité à promouvoir l’efflux du cholestérol cellulairedu cholestérol cellulaire• Causes:
Oxydation de l’apolipoprotéine AI et des lipides; Formation d’oxystérols; Diminution de fluidité des HDL.
• Exception : HDL oxydées par le radical tyrosyle (action de la MPO) efflux
Oxydation des HDL Oxydation des HDL activité de la LCATactivité de la LCAT(dénaturation de l’apolipoprotéine AI et inhibition directe de la LCAT par oxydation des cystéines libres et de résidus du site actif de l’enzyme)
Modification des fonctions des HDL oxydées (2)Modification des fonctions des HDL oxydées (2)
Apo A-I
PON
Apo A-I
PAF-AH
Apo A-IIÉtat inflammatoireÉtat inflammatoire
Apo A-I
SAACérulo-
plasmine
PON
Apo A-I
PAF-AH
PON Apo A-I
PAF-AH
HDL anti-inflammatoire HDL pro-inflammatoire
(d’après Van Lenten et al., Trends in Cardiovasc. Med. 2001; 11: 155-161)
Altération des propriétés anti-inflammatoires des Altération des propriétés anti-inflammatoires des HDL au cours de la réponse à la phase aiguëHDL au cours de la réponse à la phase aiguë
Autres stimuliAutres stimuli
Facteurs activant les NAD(P)H oxydases des Facteurs activant les NAD(P)H oxydases des cellules vasculairescellules vasculaires
Structure des NAD(P)H oxydases des cellules vasculairesStructure des NAD(P)H oxydases des cellules vasculaires
(d’après Griendling et al. Circ Res 2000; 86 : 494-501)
mox p22
p47rac
p67 OO22•-•-
NADPHNADP+
H+OO22
Facteurshémodynamiques
(flux oscillatoire)Facteurs humoraux
(angiotensine II, TNFLDL oxydées,
hyperhomocystéinémie…)
Facteurs génétiques(polymorphismes)
NAD(P)H oxydaseNAD(P)H oxydase
O2-
H2O2 NO et ONOO-
Effets délétères des ERO au niveau cellulaire
Facteurs d’activationFacteurs d’activation
(d’après Zalba et al., Hypertension 2001; 38: 1395-1399)
Facteurs activant la production Facteurs activant la production mitochondriale d’anion superoxydemitochondriale d’anion superoxyde
• HyperglycémieHyperglycémie production mitochondriale d’anion superoxyde dans les cellules endothéliales
Participation à la macroangiopathie diabétiquemacroangiopathie diabétique
• Normalisation de cette productionNormalisation de cette production blocage de l’activation de la PKC et du NFB, et inhibition de la formation des produits de glycation avancée (AGE)(Nishikawa et al., Nature 2000; 404: 787-790)
Facteurs diminuant la biodisponibilité du Facteurs diminuant la biodisponibilité du NONO
NONO: vasodilatateur, inhibiteur de l’agrégation plaquettaire, de l’adhérence des leucocytes et de la prolifération des cellules musculaires lisses Perturbation des fonctions endothéliales médiées par Perturbation des fonctions endothéliales médiées par NO chez les sujets hypercholestérolémiques, NO chez les sujets hypercholestérolémiques, hypertendus et tabagiqueshypertendus et tabagiques (Channon et Guzik, J. Physiol. Pharmacol. 2002; 53: 515-524) Causes de la diminution de biodisponibilité de Causes de la diminution de biodisponibilité de NO:NO:
production de superoxyde peroxynitrite piégeage du NO par les AGE chez les sujets diabétiques découplage de la NOS endothéliale lors de la carence en L-arginine ou en tétrahydrobioptérine (BH4) transfert d’électron sur O2 au lieu de l’arginine formation de O2
- au lieu de NO découplage de la NOS endothéliale par augmentation de la diméthylarginine asymétrique (ADMA)
Facteurs de découplage de la NOS endothéliale par Facteurs de découplage de la NOS endothéliale par augmentation de l’ADMAaugmentation de l’ADMA
(d’après Hayden et Tyagi, Cardiovasc. Diabetol. 2003; 2: 2)
ADMA
O2-, H2O2
Diabète de type 2
Syndrome métaboliqueInsulinorésistanceHomocystéine
Angiotensine II
LDL oxydées
Découplage de la NOS endothélialeDécouplage de la NOS endothéliale
OO22--
NONO
Dysfonctionnement Dysfonctionnement endothélialendothélial
Implication du stress oxydant Implication du stress oxydant dans l’évolution de la plaquedans l’évolution de la plaque
concentration plasmatique des LDL et/ou concentration plasmatique des LDL et/ou dysfonctionnement endothélialdysfonctionnement endothélial
Rétention des LDL dans l’espace sous-Rétention des LDL dans l’espace sous-endothélial puis modifications de ces LDL:endothélial puis modifications de ces LDL:
• Enrichissement des LDL circulantes en hydroperoxydes lipidiques (LOOH) (action des 12/15-LPO cellulaires)• Enrichissement en LOOH des LDL retenues dans la matrice extracellulaire• Oxydation non enzymatique des AGPI formation de phospholipides oxydés à activité PAF-like activation des facteurs de transcription sécrétion de MCP-1, M-CSF, IL-8, ICAM-1, PDGF…) MM-LDLMM-LDL
LO
LO ERO (O2, OH, ROO, ONOO-, HOCl)
LDL LDL-LOOH
LDL-MM
Macrophage
Récepteurscavenger
LDL oxydées
Monocyte
Monocyte
protéoglycanes
Cellules musculaires lisses
Lamina
Cellules endothéliales Monocyte
Rétention et modification des LDL dans la paroi artérielleRétention et modification des LDL dans la paroi artérielle(d’après Van Lenten et al., Trends Cardiovasc. Med. 2001; 11 : 155-161)
LO: lipoxygénases
Formation des stries lipidiquesFormation des stries lipidiques
Flux oscillatoireAngiotensine IIHyperglycémie
Cytokines pro-inflammatoires (TNF, IL-1)
production intracellulaire d’O2-
dysfonctionnement endothélialdysfonctionnement endothélial
• LDL oxydées migration et prolifération des cellules musculaires lisses
Formation de la chape fibreuseFormation de la chape fibreuse
• Cytotoxicité des LDL oxydées
Centre nécrotique, rupture de plaqueCentre nécrotique, rupture de plaque
• LDL oxydées production endothéliale de PAI-1, thrombomoduline, production plaquettaire de TXA2
AthérothromboseAthérothrombose
En conclusion• Stress oxydant impliqué dans l’athérogenèseathérogenèse et dans la progression des lésionsprogression des lésions d’athérosclérose• ERO produites par différents types cellulairesERO produites par différents types cellulaires (cellules endothéliales, cellules musculaires lisses, monocytes-macrophages)• LDL oxydées : rôle dans la constitution et la constitution et la progression de la lésion d’athéroscléroseprogression de la lésion d’athérosclérose• Rôle du dysfonctionnement endothélial dysfonctionnement endothélial • Déséquilibre redox modulation des voies de modulation des voies de signalisation intracellulairessignalisation intracellulaires libération de facteurs pro-inflammatoires ou de prolifération cellulaire, induction de processus d’apoptose ou de nécrose évolution de la plaqueévolution de la plaque
