Oxydation
publicité
Master 2: Toxicologie Spécialité THERV: Toxicologie Humaine, Evaluation des risques, Vigilances Module C1: Toxicologie d’organes Année universitaire : 2013 - 2014 Stéatoses et stéatohépatites induites par les médicaments et l’alcool Bernard Fromenty INSERM U991, Rennes [email protected] Rappels sur la toxicité hépatique des xénobiotiques Hépatotoxicité des xénobiotiques: Généralités (1) Médicaments: nombreux sont hépatotoxiques: Biour M. et al., Gastroenterol Clin Biol 2004 et base de données Hepatox consultable sur le site internet de l’AFEF(www.afef.asso.fr) Base de données Liver Toxicity Knowledge Base (LTKB) de l’agence étasunienne Food & Drug Administration. Causes non médicamenteuses: Alcool éthylique Plantes médicinales: germandrée, kava… Drogues: cocaïne, ecstasy Produits chimiques: toluène, tétrachlorure de carbone*, diméthylformamide, hydrochlorofluorocarbures (HCFC)... *Utilisé en recherche expérimentale pour induire une fibrose hépatique Hépatotoxicité des xénobiotiques: Généralités (2) Les xénobiotiques peuvent entraîner différents types de lésions histologiques: cytolyse, cholestase, ductopénie, granulomes, péliose, stéatose (microvésiculaire, macrovacuolaire), stéatohépatite (nécroinflammation et fibrose), cirrhose, tumeurs… Ramachandran and Kakar, J Clin Pathol 2009 D’un point de vue biologique, les hépatites induites par les xénobiotiques sont classiquement divisées en trois classes en fonction du rapport R = ALAT (xN) / phosphatase alcaline (xN): 1. Atteinte “hépatocellulaire”: isolée des transaminases avec R > 5. 2. Atteinte “cholestatique”: isolée de la Ph. Alc. avec R < 2. 3. Atteinte “mixte”: concomitante des transaminases et de la Ph. Alc avec 2 < R < 5. Larrey D, Encycl Méd Chir - Hépatologie 2003 Hépatotoxicité des xénobiotiques: Généralités (3) Facteurs prédisposant: Facteurs liés aux médicaments: Molécule comprenant une structure à l’origine de la formation d’un métabolite réactif via les CYPs. Exemple de la structure 4-aminophénol générant une quinoneimine: paracétamol, diclofénac et amodiaquine. Doses >50mg/j et fort métabolisme hépatique. Facteurs liés aux patients: Maladies hépatiques d’origine virale et alcoolique. Hépatopathies liées à l’obésité: stéatose et stéatohépatite (NAFLD*). Facteurs nutritionnels: jeûne, dénutrition. Facteurs génétiques: polymorphismes dans différents gènes (CYPs, glutathion S-transférases, HLA..), ou parfois mutations. *NAFLD: nonalcoholic fatty liver disease Hépatotoxicité des xénobiotiques: Généralités (4) Cellules hépatiques incriminées: Hépatocytes, mais aussi cholangiocytes, cellules endothéliales, cellules étoilées (cellules de Ito), macrophages (cellules de Kupffer). Mécanismes: Ne sont pas toujours recherchés !! Principaux mécanismes (hépatocytes): Inhibition de transporteurs membranaires (acides biliaires). Formation de métabolites réactifs via les cytochromes P450. Dysfonctionnements mitochondriaux (et autres perturbations du métabolisme lipidique). Hépatotoxicité médicamenteuse: Généralités (1) En France: environ 8000 cas/an d’atteintes hépatiques d’origine médicamenteuse (Sgro et al., Hepatology 2002). Mais ce chiffre est très vraisemblablement sous-estimé. Hépatites médicamenteuses: 1ère cause de mortalité iatrogénique, et 1ère cause de retrait du marché des médicaments (dépend du rapport bénéfice/risque). Exemples de médicaments retirés du marché: 1998 Tolcapone (antiparkinsonien, inhibiteur de la COMT) 2000 Troglitazone (antidiabétique oral, agoniste PPAR ) 2006 Ximélagatran (anticoagulant, inhibiteur de thrombine) Hépatotoxicité médicamenteuse: Généralités (2) Top 10 des médicaments ayant entraîné le plus grand nombre d’hépatites mortelles durant la période 1968-2003 (Etude OMS, Björnsson and Olsson, Dig Liver Dis 2006): Médicaments Paracétamol Halothane Acide valproïque Amiodarone Stavudine Didanosine Lamivudine Névirapine Sulfaméthoxazole/triméthoprime Troglitazone (retiré du marché) Stéatose Cirrhose + + + + + + + + 0 + + + + + + + 0 0 0 + Définition et étiologies des stéatoses Définition de la stéatose hépatique Stéatose: accumulation de graisses (principalement triglycérides) sous forme de gouttelettes dans le cytoplasme cellulaire (qui normalement n’en contient que des traces). En fonction de la taille des gouttelettes, la stéatose peut être macrovacuolaire ou microvésiculaire. Seul l’examen anatomopathologique permet d’établir le diagnostic de stéatose et de savoir si elle est associée à d’autres lésions (nécrose, inflammation et fibrose). Symptômes et évolution clinique des stéatoses Microvésiculaire Lésion potentiellement sévère avec insuffisance hépatique (et rénale), hypoglycémie majeure et hyperammoniémie. Macrovacuolaire Lésion bénigne à court terme. Cependant, elle peut évoluer après plusieurs années en maladies plus sévères.. Stéatose Stéatose macrovacuolaire Huile rouge Stéatohépatite Cirrhose Inflammation (autour des cellules mortes) Trichrome Fibrose modérée (périportale) Fibrose extensive avec formation de nodule Etiologies des stéatoses hépatiques Microvésiculaire Macrovacuolaire Médicaments Intoxication alcoolique Toxiques (hypoglycine…) Médicaments Intoxication alcoolique Stéatose aiguë gravidique Syndrome de Reye Maladies "mitochondriales" Obésité Diabète de type 2 Hyperlipidémie (déficits de la -oxydation ou de la chaîne respiratoire) Obésité et conséquences métaboliques Alimentation riche en calories Baisse de l’activité physique Accumulation de dérivés lipidiques toxiques Résistance à l’insuline (muscles, tissus adipeux..) Insuline Synthèse des lipides dans le foie Plasma Acides gras libres Entrée des lipides dans le foie Stéatose hépatique Xénobiotiques, obésité et stéatoses hépatiques Alimentation riche en calories Baisse de l’activité physique Médicaments Toxiques Accumulation de dérivés lipidiques toxiques Résistance à l’insuline (muscles, tissus adipeux..) Insuline Synthèse des lipides dans le foie Plasma Acides gras libres Entrée des lipides dans le foie Stéatose hépatique Médicaments et stéatose microvésiculaire Massart J et al., Curr Pathobiol Rep 2013 Acide valproïque Acides arylpropioniques Ibuprofène, pirprofène* Amineptine Amiodarone Analogues nucléosidiques (d4T, ddI, AZT) Aspirine Fialurine (FIAU)* Panadiplon* Paracétamol Tétracyclines (fortes doses) Retirés lors des essais cliniques ou après mise sur le marché Médicaments et stéatose macrovacuolaire (+/- stéatohépatite et cirrhose) Acide valproïque Amiodarone 5-Fluorouracil Irinotécan Méthotrexate Nifédipine Analogues nucléosidiques (d4T, ddI) Perhexiline* Tamoxifène Torémifène Médicament retiré du marché Dans le contexte d’une obésité et d’une insulinorésistance induites par ces médicaments: Acide valproïque Clozapine Olanzapine Rispéridone Glucocorticoides Dans le contexte d’une lipoatrophie et d’une insulinorésistance induites: Analogues nucléosidiques (d4T, ddI) Métabolisme glucidolipidique dans le foie Métabolisme hépatique après un repas ChREBP: Carbohydrate response element binding protein SREBP1: Sterol regulatory element-binding protein MTP: Microsomal triglyceride transfer protein Glucose Pyruvate Glycolyse Mitochondrie Citrate ChREBP SREBP1 Citrate Acétyl-CoA VLDL Lipogenèse de novo Malonyl-CoA Insuline Acides gras Hépatocyte apoB MTP TG Stockage des TG dans le tissu adipeux Mobilisation de l’énergie pendant le jeûne Tissu adipeux Insuline Glucagon Activation de la HSL (Hormone Sensitive Lipase) Hydrolyse des triglycérides Glycérol Gluconéogenèse Glucose Acides gras libres plasmatiques Utilisation pour la production d’énergie via la -oxydation Métabolisme hépatique pendant le jeûne PPAR : Peroxisome proliferator-activated receptorFoxA2: Forkhead box A2 CREB: cAMP-responsive element-binding protein FAT/CD36 Acides gras ACS Acides gras Acyl-CoA Mitochondrie ATP PPAR Lipolyse des TG du tissue adipeux FoxA2,CREB Oxydation des acides gras Insuline Glucagon Corps cétoniques Hépatocyte Utilisation périphérique pour la synthsèse d’ATP Régulation à long terme du métabolisme hépatique par les adipokines Adiponectine Lipogenèse de novo -Oxydation mitochondriale Tissu adipeux Action anti-stéatosique à long terme Leptine Hépatocyte La -oxydation mitochondriale des acides gras et la chaîne respiratoire -Oxydation mitochondriale des AG Mitochondrie Acides gras Corps cétoniques ATP dans les tissus extrahépatiques -Oxydation Coenzyme A Acyl-CoA Acétyl-CoA NADH FADH2 NAD+ FAD -Oxydation mitochondriale: source majeure d’énergie (pendant le jeûne) ATP hépatique La -oxydation mitochondriale est couplée à la chaîne respiratoire Corps cétoniques Mitochondrie -Oxydation Acyl-CoA Acétyl-CoA ATP synthase NADH FADH2 eI II (complexe V) ADP H+ NAD+ FAD ATP O2+H+ eIII F1 F0 H2O c IV COX H+ Chaîne respiratoire H+ H+ Potentiel de membrane Δ m Phosphorylation oxydative Mitochondrie Corps cétoniques Acyl-CoA Acétyl-CoA ATP synthase Cycle de Krebs NADH FADH2 eI II (complexe V) ADP H+ NAD+ FAD ATP O2+H+ eIII F1 F0 H2O c IV COX H+ Chaîne respiratoire H+ H+ Potentiel de membrane Δ m Phosphorylation oxydative La chaîne respiratoire est dépendante de l’ADNmt Corps cétoniques Mitochondrie Acyl-CoA Acétyl-CoA ATP synthase NADH FADH2 ADNmt 13 protéines eI Chaîne respiratoire H+ II ATP F1 F0 O2+H+ eIII H+ (complexe V) ADP H+ NAD+ FAD H2O IV c H+ COX Mitochondrie Caractéristiques du génome mitochondrial Acyl-CoA Acétyl-CoA ATP synthase NADH FADH2 Plusieurs copies par mitochondrie ATP ADNmt e- Réplication grâce à l’ADN polymérase Sensibilité au stress oxydant >>ADN nucléaire (complexe V) ADP H+ NAD+ FAD II I H+ H+ O2+H+ eIII F1 F0 H2O IV c H+ COX AGCL La -oxydation des AGCL est dépendante d’un système de transporteurs membranaires AGCM AGCC CPT1: Carnitine PalmitoylTransferase 1 CPT2: Carnitine PalmitoylTransferase 2 Acyl-CoA -Oxydation Acyl-CoA Acétyl-CoA ATP synthase NADH FADH2 eI II (complexe V) ADP H+ NAD+ FAD ATP O2+H+ eIII F1 F0 H2O c IV COX H+ Chaîne respiratoire H+ H+ Potentiel de membrane Δ m Mitochondrie La chaîne respiratoire est une source importante d’ERO Acyl-CoA Acétyl-CoA NADH FADH2 ADP H+ NAD+ FAD ATP eI II O2+H+ eIII F1 F0 H2O IV c eMnSOD: Mn Superoxide dismutase GPx: Glutathion peroxidase GSH: Glutathion réduit O2 O2 MnSOD Anion superoxyde H2O2 GPx Peroxyde GSH d’hydrogène H2O L’inhibition de la chaîne respiratoire induit une surproduction d’ERO Mitochondrie Acyl-CoA Acétyl-CoA NADH FADH2 ADP H+ NAD+ FAD ATP e- F1 F0 O2+H+ H2O II I e- III c IV e- e- O2 ERO Stress oxydant Mitochondrie Cette surproduction d’ERO peut induire un "cercle vicieux" Acyl-CoA Acétyl-CoA NADH FADH2 ADP H+ NAD+ FAD ATP e- F1 F0 O2+H+ H2O II I e- III c Cercle vicieux IV e- e- O2 ERO Stress oxydant En résumé ADNmt Mitochondrie 13 polypeptides Chaîne respiratoire ATP Régénération NAD+ et FAD -Oxydation des AG (+ cycle de Krebs…) ERO Mécanismes des stéatoses et des stéatohépatites liées aux médicaments Mécanisme des stéatoses microvésiculaires induites par les médicaments Inhibition sévère de la -oxydation mitochondriale des acides gras (l’inhibition peut être primaire ou secondaire à une altération de la chaîne respiratoire) Le même mécanisme a été montré pour d’autres pathologies hépatiques caractérisées par une stéatose microvésiculaire : Syndrome de Reye (rôle infections virales et aspirine) Stéatose hépatique aiguë gravidique (SHAG) Déficits congénitaux en enzymes mitochondriales Acyl-CoA Ac. valproïque Amineptine Amiodarone Ibuprofène Salicylate CPT1 Ac. valproïque Amiodarone L-carnitine Acyl-carnitine Ac. valproïque Ibuprofène Panadiplon Salicylate Acyl-carnitine Coenzyme A Enzymes Acétyl-CoA L-carnitine Acyl-CoA -Oxydation NADH FADH2 NAD+ FAD ADNmt e- O2+H+ eDidanosine Fialuridine Stavudine Troglitazone I Amiodarone Perhexiline Troglitazone CPT2 II III H2O c Chaîne respiratoire IV Conséquence d’une inhibition sévère de la -oxydation mitochondriale des AG Triglycérides Toxicité AG libres -oxydation Stéatose microvésiculaire Dérivés acyl-carnitine et acyl-glycine Toxiques Conséquences d’une inhibition sévère de la -oxydation mitochondriale des AG Triglycérides Toxicité Stéatose microvésiculaire AG libres -oxydation ATP Acétyl-CoA Nécrose Gluconéogenèse Dérivés acyl-carnitine et acyl-glycine Toxiques Corps cétoniques Glucose Déficit énergétique extra-hépatique Stéatose microvésiculaire induite par l’acide valproïque Stéatoses microvésiculaires principalement chez les enfants. Non dose-dépendantes. Mortalité élevée (insuffisance hépatique, encéphalopathie, hypoglycémie sévère, hyperammoniémie...). Incidence: en forte baisse depuis les recommandations faites par la FDA afin de limiter les facteurs prédisposant (1/32.000 en 1984, 1/160.000 en 1986). Facteurs augmentant le risque de toxicité mitochondriale et l’hépatotoxicité du valproate Traitement concomitant avec des inducteurs des cytochromes P450 tels que carbamazépine, phénobarbital et phénytoïne (génération accrue du métabolite réactif Δ2,4-VPA-CoA). Déficits génétiques en enzymes mitochondriales: medium-chain acyl-CoA dehydrogenase (MCAD) cytochrome c oxidase (COX, complexe IV de la CRM) ADN polymérase (POLG1) Dreifuss et al., Neurology 1987 Chabrol et al., Eur J Pediatr 1994 Stewart et aL., Hepatology 2010 Acide valproïque 4 5 3 2 1 Acide valproïque (VPA) VPA = dipropyl-acétate Acide gras à chaîne moyenne et branchée Cytosol Baldwin et al., FEBS Lett 1996 Silva et al., J Inherit Metab Dis 2008 Aires et al., Biochem Pharmacol 2010 Begriche et al., J Hepatol 2011 Mitochondrie VPA + CoA VPA-CoA Séquestration du CoA CPT1 Inhibition de la -oxydation Acide valproïque 4 5 3 2 1 Mitochondrie Acide valproïque (VPA) Cytochromes P450 (CYPs) Désaturation + CoA VPA VPA-CoA CPT1 Δ4-VPA + CoA -Oxydation Δ4-VPA Δ2,4-VPA-CoA Cytosol Baldwin et al., FEBS Lett 1996 Silva et al., J Inherit Metab Dis 2008 Aires et al., Biochem Pharmacol 2010 Begriche et al., J Hepatol 2011 Métabolite réactif - Inhibition de la -oxydation Enzyme trifonctionnelle Stéatose microvésiculaire induite par les analogues nucléosidiques Stéatoses microvésiculaires observées avec la stavudine (d4T) et la didanosine (ddI), pouvant être associées à une hyperlactatémie, ou une acidose lactique. Toxicité tardive qui peut apparaître après plusieurs semaines (ou mois) de traitement. Autres effets secondaires des analogues nucléosidiques liés à une toxicité mitochondriales: myopathies, neuropathies périphériques, pancréatites, lipoatrophies. Exemple de la stavudine Stavudine (S) Analogue de la thymine 5’ 3’ Inhibition oxydation des AG Pol …GGACGS Stop ! ADNmt …CCTGCAGCAAA… Stéatose microvésiculaire Après plusieurs semaines ou mois si déplétion majeure !! X Déplétion ADNmt Fromenty and Pessayre, Pharmacol Ther 1995 Lewis et al., PNAS 1996 Begriche et al., J Hepatol 2011 Inhibition cycle de Krebs Acidose lactique Mécanismes des stéatoses macrovacuolaires Inhibition modérée de la -oxydation (amiodarone, stavudine, valproate) Diminution de la sécrétion des VLDL (amiodarone, tétracycline) Activation de la lipogenèse via SREBP1c (clozapine , olanzapine) Lettéron et al., Hepatology 2003 Begriche et al., J Hepatol 2011 Lauressergues et al., Neuropharmacology 2012 Hépatocytes Stéatose macrovacuolaire Mécanismes des stéatoses macrovacuolaires Inhibition modérée de la -oxydation (amiodarone, stavudine, valproate) Hépatocytes Stéatose macrovacuolaire Diminution de la sécrétion des VLDL (amiodarone, tétracycline) Activation de la lipogenèse via SREBP1c (clozapine , olanzapine) Lettéron et al., Hepatology 2003 Begriche et al., J Hepatol 2011 Lauressergues et al., Neuropharmacology 2012 Obésité Lipoatrophie (clozapine, valproate) (stavudine) Acide valproïque, obésité et stéatose macrovacuolaire Acide valproïque (VPA) Surpoids, obésité (40-60% des patients) Déplétion coenzyme A Inhibition enzymes -oxydation Oxydation des AG Adiponectine Stéatose Insulinorésistance Insuline Foie Stavudine, lipoatrophie et stéatose macrovacuolaire Stavudine Lipoatrophie Adiponectine Leptine ADNmt Oxydation des AG Stéatose Insulinorésistance Insuline Foie Mécanismes de la stéatohépatite médicamenteuse Stéatose macrovacuolaire Nécrose Stéatohépatite Mort cellulaire -Oxydation Inflammation Fibrose ATP Stress oxydant Peroxydation lipidique (MDA, 4HNE) ERO Altérations chaîne respiratoire Fromenty et al., JPET 1990a and 1990b Deschamps et al., Hepatology 1994 Berson et al., Gastroenterology 1998 Larosche et al., JPET 2007 Begriche et al., J Hepatol 2011 Amiodarone Perhexiline Stavudine Tamoxifène MDA: Malondialdehyde 4-HNE: 4-Hydroxynonenal Stéatose induite par l’alcool éthylique Métabolisme hépatique de l’alcool Circulation ADH Ethanol Acétaldéhyde CH3CH2OH CH3CHO NAD+ NADH ALDH2 NAD+ Acétate NADH CH3CO2- Krebs CO2 H2O Mitochondries Cytosol CYP2E1 NADPH + H+ + O2 Microsomes Mitochondries O2 e- NADP + + 2 H2O - O2 Anion superoxyde ADH: Alcool déshydrogénase: ALDH: Aldéhyde déshydrogénase CYP2E1: Cytochrome P450 2E1 ADNmt Alcool ERO ( CYP2E1) MDA, 4-HNE Chaîne respiratoire NAD+ PPAR -Oxydation des AG (+ cycle de Krebs…) Intoxication alcoolique Homocystéine Lipogenèse de novo NAD+ PPAR Stress oxydant -Oxydation mitochondriale Stéatose hépatique Adiponectine Tissu adipeux En résumé (1) De nombreux xénobiotiques peuvent entraîner une stéatose, qui peut être microvésiculaire ou macrovacuolaire. Contrairement à la stéatose microvésiculaire, la stéatose macrovacuolaire est bénigne à court terme. Cependant, celle-ci peut évoluer à long-terme en stéatohépatite et en cirrhose. Le mécanisme impliqué dans la stéatose microvésiculaire est une inhibition sévère de l’oxydation mitochondriale des acides gras qui peut être d’origine primaire, ou secondaire. Ce mécanisme explique la sévérité de la stéatose microvésiculaire, qui peut être considérée comme une maladie mitochondriale. En résumé (2) Les mécanismes de la stéatose macrovacuolaire semblent plus diversifiés. En plus d’une inhibition modérée de la -oxydation, d’autres anomalies du métabolisme des lipides peuvent être impliquées. Ces anomalies du métabolisme lipidique peuvent impliquer directement le foie, ou être indirectes par l’intermédiaire d’effets délétères sur le tissu adipeux. La transition entre la stéatose et la stéatohépatite est favorisée par le stress oxydant, en particulier d’origine mitochondriale. Les recherches actuelles tentent de trouver des facteurs prédisposant: polymorphismes génétiques (ou mutations) sur différents gènes mitochondriaux, rôle de l’obésité et des désordres métaboliques associés…
