Conséquences d’une déficience en protéines 

Contexte et objectifs

La déficience en protéines a un impact important sur l’ensemble du métabolisme. Un certain nombre de travaux ont montré que les régimes faibles en protéines induisent une augmentation de la prise alimentaire et par conséquent de l’apport énergétique, avec un risque d’augmenter l’adiposité. Cependant, il a été montré que l’augmentation de l’adiposité pouvait être compensée par une augmentation de la dépense énergétique totale. Les effets des régimes déficients en protéines semblent être médiés par FGF21. FGF21 est une hormone produite principalement par le foie qui répond à différents signaux nutritionnels tel qu’un régime riche en glucides, un régime cétogène, un jeûne ou une restriction protéique. Il régule divers processus physiologiques comme le métabolisme glucidique et lipidique, le poids et la dépense énergétique. Afin d’assurer le maintien de la masse des protéines corporelles et de leurs fonctions, deux voies métaboliques interviennent : la synthèse protéique et la protéolyse. La dynamique de ces deux processus est fortement influencée par la disponibilité en AA. Un certain nombre de travaux chez le rat ont montré que les régimes faibles en protéines pouvaient induire une diminution de la synthèse protéique dans le foie, le muscle, l’intestin et la peau. Concernant la protéolyse, la déficience en protéines entraîne une diminution de l’activité de la voie ubiquitine-protéasome, des cathepsines et des caspases, et est associée à une augmentation de l’autophagie. Ainsi, la déficience en protéines induit une diminution du poids corporel dû à une diminution de la masse maigre en raison d’un ralentissement du renouvellement protéique. Cette étude vise à évaluer l’impact de différents taux de restriction protéique sur l’expression de Fgf21 hépatique et hypothalamique et son rôle dans les adaptations du métabolisme énergétique en réponse à ces régimes déficients. L’objectif est également d’évaluer l’impact de différents niveaux de restriction protéique sur le métabolisme protéique et la masse maigre et d’identifier les orientations métaboliques au niveau du foie et du muscle. 

Article 1.

La déficience sévère en protéines induit l’expression hépatique et plasmatique de FGF21 mais inhibe son expression hypothalamique chez des rats en croissance

Méthodes

36 rats en croissance ont été séparés en 6 groupes (n = 6 / groupe) et nourris durant 3 semaines avec un régime contenant 3% (P3), 5% (P5), 8% (P8), 12% (P12), 15% (P15) ou 20% (P20) de l’énergie sous forme de protéines de lait totales (PLT). Le poids et la prise alimentaire ont été mesurés quotidiennement. Lors de la 3ème semaine d’expérimentation, les rats ont été placés 24h en cage à calorimétrie indirecte afin de mesurer leur dépense énergétique. A la fin de l’expérimentation, des échantillons de sang, de foie, de muscles, de tissus adipeux blanc, de tissus adipeux brun et d’hypothalamus ont été prélevés afin d’effectuer des mesures d’expression géniques, et des dosages de FGF21. 2.3.2.2. Résultats principaux et conclusion Une déficience sévère en protéines (3% et 5%) entraine une diminution du gain de poids corporel, dû à une diminution de masse maigre, ainsi qu’une augmentation de l’apport énergétique (Tableau 1 et 2, p.80-81). La restriction protéique n’entraîne pas d’augmentation de l’adiposité. Par ailleurs, la dépense énergétique totale est augmentée, médiée par une augmentation du niveau et du coût de l’activité (Figure 2, p.83). La restriction protéique sévère (3 à 5%) induit une augmentation de l’expression de Fgf21 dans le foie et de la concentration de FGF21 dans le plasma, alors que l’expression dans l’hypothalamus diminue (Figure 3 p.84). L’augmentation de Fgf21 n’entraine pas d’augmentation du brunissement du tissu adipeux blanc évalué par la mesure des ARNm codant UCP1 (Tableau 3, données supplémentaires p.87). L’étude des orientations métaboliques a en outre mis en évidence que la déficience sévère en protéines (3% et 5%) entraine une augmentation de la lipogenèse dans le tissu adipeux blanc, ainsi que dans le foie déterminée par la mesure des ARNm codant ACC et FAS. Cependant, l’apport protéique ne modifie pas l’expression de gènes impliqués dans l’oxydation des acides gras (CPT1 et CD36) dans le foie, le muscle (Tableau 3, données supplémentaires p.87). Une restriction protéique sévère (3% et 5%) induit une augmentation de Fgf21 dans le foie qui explique la stimulation la dépense énergétique, et une diminution de Fgf21 dans l’hypothalamus qui pourrait être responsable de la diminution du signal de satiété induisant ainsi une hyperphagie. Concernant les seuils de détection de la restriction protéique, lorsque l’apport protéique est inférieur à 8%, le foie détecte la déficience en protéines et active la synthèse et la sécrétion de FGF21 qui va permettre d’induire ces adaptations métaboliques. L’hypothalamus est capable de détecter la déficience en protéines lorsque l’apport est inférieur à 5% et induit une diminution de la synthèse de FGF21. Nous sommes les premiers à montrer que le niveau d’expression de Fgf21 dans l’hypothalamus répond à la restriction protéique. 

Manuscrit

« Severe protein deficiency induces hepatic expression and systemic level of FGF21 but inhibits its hypothalamic expression in growing rats” Le manuscrit a été soumis le 13/07/2020 dans Scientific reports Severe protein deficiency induces hepatic expression and systemic level of FGF21 but inhibits its hypothalamic expression in growing rats Joanna Moro1 , Catherine Chaumontet1 , Patrick C. Even1 , Anne Blais1 , Julien Piedcoq1 , Claire Gaudichon1 , Daniel Tomé1 and Dalila Azzout-Marniche1 1UMR PNCA, AgroParisTech, INRAe, Université Paris-Saclay, Paris, 75005, France Corresponding author: Dalila Azzout-Marniche, UMR PNCA, AgroParisTech 16 rue Claude Bernard F-75005 Paris, France Telephone 33-1-44087244 Fax: 33-1-44081858 E-mail: dalila.azzout_marniche@agroparistech.fr Funding: Supported by the UMR Nutrition Physiology and Ingestive Behavior AlimH department of Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement Declarations of interest: none Author disclosures: JM, CC, PCE, AB, JP, CG, DT and DA-M declare no conflicts of interest. Author contributions: The authors responsibilities were as follows: JM, CC, PCE, DA-M, and JP conducted the research; JM, CC, PCE, AB and DA-M interpreted the data; JM and DA-M wrote the manuscript; DA-M, CG and DT designed the study; JM and DA-M had primary responsibility for the final content; and all authors read and approved the final manuscript.