INTÉRÊT DU RAPPORT CUIVRE /ZINC DANS
L’ÉVALUATION DU STRESS OXYDANT

LE STRESS OXYDANT

Généralités sur le stress oxydant 

L’oxygène, apparu voici trois milliards d’années dans l’atmosphère terrestre, est une molécule indispensable à la vie. Comme source d’énergie, les organismes dits aérobies utilisent des réactions d’oxydo-réduction (chimiotrophes) reposant sur des interactions entre donneurs d’électrons (réducteurs) et accepteurs d’électrons (oxydants). L’oxygène, en tant que récepteur final d’électrons dans l’organisme, se transforme en molécules d’eau au niveau de la chaîne respiratoire mitochondriale. Toutefois, ce processus de réduction de l’oxygène en eau n’est pas parfait car 2 à 3 % de l’oxygène sont transformés en espèces réactives de l’oxygène (ERO) particulièrement réactionnelles. Dans une première étape, le radical libre anion superoxyde est formé, ce qui conduit par la suite à la production d’autres ERO comme le peroxyde d’hydrogène, l’oxygène singulet, le radical hydroxyle, l’acide hypochloreux, etc. En situation physiologique, il y existe un équilibre parfait entre la production d’ERO et les systèmes de défense antioxydants. Il faut souligner que les ERO peuvent d’ailleurs jouer un rôle physiologique important comme dans la phagocytose des bactéries par les cellules polymorphonucléaires Cette production physiologique d’ERO est régulée par des systèmes de défense composés d’enzymes (superoxyde dismutases, catalase, glutathion peroxydases, couple thiorédoxine/thiorédoxine réductase, hème oxygènase,…), de molécules antioxydantes de petite taille (caroténoïdes, vitamines C et E, glutathion, acide urique, bilirubine, acide lipoïque, ubiquinone, …) et de protéines (transferrine, ferritine, céruléoplasmine) qui maintiennent les métaux de transition dans un état inactif pour la formation d’ERO. Certains oligo-éléments comme le cuivre, le zinc, le sélénium sont indispensables pour l’activité des enzymes antioxydantes (Cu, Zn-SOD, Mn-SOD, Se-GPx) [16]. La notion de stress oxydant sera évoquée lorsqu’il y aura un déséquilibre profond entre antioxydants et prooxydants en faveur de ces derniers. Cette situation peut résulter d’un dysfonctionnement de la chaîne mitochondriale (ischémie–reperfusion, vieillissement), d’une activation de systèmes enzymatiques (xanthine oxydase, NADPH oxydase, glucose oxydase, monoamine oxydase), d’une libération de fer libre à partir des protéines chélatrices (ferritine) ou d’une oxydation de certaines molécules (glucose, hémoglobine). De par leur nature instable, les ERO sont toxiques et interagissent avec toute une série de substrats biologiques importants. Des dénaturations de protéines, des inactivations d’enzymes, une oxydation du glucose, des cassures au niveau de 4 l’ADN avec possibilité de mutation et des processus de peroxydation lipidique peuvent alors apparaître avec des conséquences souvent irréversibles pour la cellule

Le stress oxydant au cours de la drépanocytose

 La drépanocytose est une pathologie à stress oxydant. Ce dernier se définit comme un déséquilibre de la balance anti-oxydants/prooxydants en faveur du statut prooxydant [18] . En effet, cette hémoglobinopathie est marquée par des phénomènes d’ischémie reperfusion, une libération et une autoxydation de l’hémoglobine S et des processus inflammatoires qui favorisent l’installation d’un environnement prooxydant. Au niveau de la membrane érythrocytaire, une importante lipidoperoxydation a été observée. Les ERO attaquent les doubles liaisons maloniques des acides gras polyinsaturés de la membrane et génèrent des radicaux libres secondaires. Ces acides gras sont ensuite hydrolysés par des phospholipases comme la phospholipase A2 et relargués dans le milieu extracellulaire. Les pertes lipidiques qui en résultent, altèrent l’asymétrie de la membrane érythrocytaire, ses propriétés viscodynamiques ainsi que sa stabilité. Toutes ces atteintes à l’intégrité de la membrane érythrocytaire aboutissent à une entrée massive de sodium (3Na+ ) dans la cellule associée à la sortie de deux molécules de potassium (2K+ ). L’intrusion concomitante de calcium (Ca2+) stimule le canal potassique Ca++-dépendant : c’est l’effet Gardos. Ces troubles de l’homéostasie ionique intraérythrocytaire entrainent une déshydratation qui entretient la polymérisation de l’hémoglobine S. Ainsi, la lipidoperoxydation engendre une perte de la perméabilité sélective et de la plasticité membranaire des hématies une altération de l’asymétrie membranaire une déshydratation des globules rouges et des phénomènes hémolytiques . Au demeurant, la drépanocytose s’accompagne d’une surproduction de malonaldialdéhyde (MDA) qui altère les phospholipides de la membrane érythrocytaire, ce qui promeut la formation de drépanocytes irréversibles. En outre, des études menées chez le drépanocytaire ont également suggéré que de fortes concentrations de MDA pourraient déclencher l’érythrophagocytose. Le malonaldialdéhyde constitue, en effet, une source d’oxydation pour les acides gras polyinsaturés et les endoperoxydes cycliques libérés au cours de la synthèse des éicosanoïdes . La peroxydation des lipides membranaires provoque des modifications architecturales de la membrane érythrocytaire ce qui aboutit à une diminution voire une perte de la déformabilité des hématies . Les drépanocytes ont alors une demi-vie raccourcie et deviennent une cible pour le système réticulo-endothélial. 5 Par ailleurs, les oxystérols sont des produits d’oxydation du cholestérol qui possèdent également un rôle métabolique . En particulier, le 7-ketocholesterol est un oxystérol qui est formé essentiellement suite à un stress oxydant . Des travaux ont souligné que la membrane des drépanocytes contient des taux de 7-ketocholesterol plus élevés que celles des érythrocytes normaux. En outre, le 7-ketocholesterol perturberait la dynamique des membranes chez le drépanocytaire . Un autre aspect de la peroxydation lipidique chez le drépanocytaire est l’oxydation des lipoprotéines plasmatiques. Il s’agit d’un processus complexe dans lequel la fraction protéique tout comme la partie lipidique sont oxydées ce qui se traduit par des dommages structuraux. Concernant les LDL oxydées, elles sont impliquées dans le processus athéroscléreux ainsi que les syndromes coronariens à travers leur captation par les macrophages et la formation de cellules spumeuses . L’augmentation de l’oxydation des LDL engendrerait une accélération de sa clairance rénale. Cette hypothèse justifierait l’hypocholestérolémie totale et l’hypo-LDLcholestérolémie souvent notées dans la drépanocytose . Les HDL quant à elles, sont considérées comme étant anti-athérogènes. Toutefois, les HDL oxydées perdent leur capacité d’efflux du cholestérol Les HDL se distinguent également par leur action antiinflammatoire. Les HDL ayant subi une oxydation perdent par contre, cette fonction et peuvent même présenter des effets pro-inflammatoires [34]. Les protéines de la membrane des drépanocytes sont le siège d’altérations oxydantes [35]. Des irrégularités dans la distribution membranaire de la bande 3 et de la glycophorine ont en effet été notées [36]. La spectrine, protéine du squelette membranaire, devient incapable de se lier correctement à la membrane des drépanocytes suite aux nombreuses anomalies des protéines membranaires. Il semble évident que les protéines membranaires telles que l’ankyrine, la spectrine, la bande 3, la bande 4 sont susceptibles d’être oxydées . La mesure des protéines carbonylées permet de mettre en évidence l’oxydation des protéines plasmatiques . L’augmentation de ces protéines carbonylées est considérée dans de nombreuses affections comme un facteur contribuant à la pathogénèse de la maladie . Dans le cadre de la drépanocytose, ces protéines déclenchent un dysfonctionnement endothélial qui est impliqué dans la pathogénèse de cette maladie. En outre, les protéines à groupements sulfhydryls représentent une importante catégorie d’antioxydant dans la mesure où ces groupement sont capables de rompre les réactions d’oxydation en chaine . C’est le cas de l’albumine dont le groupe thiol libre en cystéine-34 constitue une cible majeure pour les agents 6 oxydants . Du reste, une étude a révélé que la mobilité électrophorétique de l’albumine des drépanocytaires serait différente de celle de sujets supposés sains [43]. D’une manière générale, les phénomènes d’oxydation ininterrompus observés durant la drépanocytose ont tendance à générer une consommation excessive d’antioxydants qui aboutit à un déficit en antioxydants [44]. Ainsi, selon Schacter et al. [45], la diminution de la superoxyde dismutase érythrocytaire serait liée à la gravité de la maladie chez les patients. Concernant l’activité de la catalase (CAT) au cours de la drépanocytose, il existe une divergence entre les études. En effet, certaines études ont montré une diminution de l’activité de la CAT dans des modèles de souris drépanocytaires transgéniques [46] ainsi que chez des patients atteints de drépanocytose [47]. A contrario, Manfredini et al. [48] ont observé une augmentation des niveaux de la CAT chez les patients sicklanémiques, en accord avec une autre étude réalisée par Das et Nair [49]. L’activité élevée de la CAT pourrait être un effet protecteur dans le but d’éliminer le H2O2, tandis que la baisse pourrait être due au stress oxydatif chronique [50]. Une hypothèse supplémentaire est que l’augmentation de l’activité de la catalase érythrocytaire serait une conséquence du taux plus élevé de l’hyperéticulocytose associée à la drépanocytose. Le glutathion (GSH), un cofacteur de la glutathion peroxydase (GPx), est facilement oxydé en disulfure de glutathion (GSSG). Ainsi, la concentration de GSH est significativement réduite chez les patients atteints de sicklanémie . Au demeurant, la diminution des concentrations de GPx serait en relation directe avec le degré de gravité de la maladie. D’autres antioxydants voient également leur concentration chuter suite à la production soutenue de EROs. C’est notamment le cas de la β-carotène, de la vitamine E [23] ou encore de l’acide ascorbique .