Acides gras et insulinorésistance
publicité
03/12/2008 Effet des acides gras libres sur la sécrétion et l’action de l’insuline: aspects physiopathologiques Christophe Magnan [email protected] Université Paris 7 CNRS UMR 7059 Diabète de type 2 Première épidémie non infectieuse Population Diabétique Mondiale (OMS): 135 millions en 1995 300 millions en 2025 Etiologie du diabète de type 2 Glycémie Secretion d'insuline Sensibilité à l'insuline sécrétion d’insuline augmente ? Euglycémie sensibilité à l’insuline diminue tolerance normale Prédiabèteintolerance début du diabète diabète confirmé Diabète diabète non traité 1 03/12/2008 Facteurs génétiques de prédisposition Principal facteur environnemental: L’obésité • 30% des individus obèses développent un diabète de type 2 •85% des patients diabétiques de type 2 sont obèses Lipotoxicité Accumulation intramyocellulaire de triglycérides Les lipides les plus toxiques: Les Acides Gras Libres (AGL) Exemple du rat Zucker (mutation du récepteur de la leptine) Obèse: ZFF Obèse et diabétique: ZDF Normal: ZL (Unger, Diabetes, 1995) 2 03/12/2008 Comment les AGL peuventpeuvent-ils altérer l’homéostasie glucidique ? Foie Pancréas Endocrine InsulinoInsulinorésistance Sécrétion d’insuline Muscle Tissu Adipeux AGL AGL et sécrétion d’insuline Pancréas Endocrine L’hypothèse qui tient ± la route… (fine regulation) Fatty Acids Acyl-CoA TG synthesis (ectopic storage) Glucose G-6-P Fatty Acid overload Exocytosis KATP Channel Glucose FAS Malonyl CoA ATP ACC Pyruvate Acetyl-CoA CPT1 ATP FA Oxidation OAA OAA Acetyl-CoA Mitochondria 3 03/12/2008 Acyl CoA et sécrétion d ’insuline Interférence avec le métabolisme du glucose Modifications membranes Stimulation de l ’exocytose Acyl CoA Effets génomiques (GLUT2, GK, PDX1, insuline), via PPARs Acylation de protéines (PKCs, PLCs) Précurseurs de 2nd messagers (DAG, AA) Apoptose AGL et NO… 4 03/12/2008 Le côté obscur des relations AGL/cellule B Autres pistes ? Itoh et al, Nature 2003 Mesure du calcium intracytoplasmique dans CHO-GPR40 ou CHO 5 03/12/2008 Pour résumer… 4 1 2 3 AGL et insulino-résistance Foie Muscle Tissu Adipeux 6 03/12/2008 Cycle glucose/acides gras Oxydation préférentielle des AGL par rapport au glucose Sir John Philip Randle Glucose AGL GLUT4 AGL cytosolle muscle squelettique Effectif dans du rat: insulino-résistance Glucose HK FACS Glucose-6-Phosphate Pyruvate Acyl CoA Fructose-1,6Phosphate PFK Fructose-6-Phophate PDH CPT I Acétyl CoA Acyl-CoA β oxydation Cycle de Krebs citrate mitochondrie Chez l’Homme: Randle ou pas Randle au niveau des muscles squelettiques ? Clamps euglycémiques/hyperinsulinémique ± lipides chez l’Homme 7 03/12/2008 Au niveau des muscles squelettiques ? Le glycogène musculaire • le glycogène musculaire représente la majeure partie du glucose utilisé en phase post-prandiale • Or, dans des conditions postprandiales, la synthèse de glycogène musculaire est diminuée de 50% chez des sujets diabétiques Clamps euglycémiques/hyperinsulinémique ± lipides chez l’Homme Chez l’Humain: défaut d’oxydation du glucose et défaut de synthèse de glycogène 8 03/12/2008 Les acides gras pourraient interférer avec la voie de signalisation de l’insuline et il y a le choix… Les acides gras interfèrent avec la voie de signalisation de l’insuline AGL Compartiment sanguin FATP1 GLUT4 Insuline cytosol GLUT4 Acyl--CoA Acyl 2 1 DAG PI3K PKB/Akt IRS-1/IRS-2 Sérine/thréonine phosphorylation Inhibition Céramides PKC, JNK, IKK IKKβ β ROS Sérine/thréonine phosphorylation Dans le muscle du sujet diabétique… accumulation ectopique de triglycérides – Production locale d’acyl-CoA – De diacylglycérol – De céramides 9 03/12/2008 Accumulation ectopique des TG… Glucose + hyperinsulinémie Excès d’Acides Gras Lipotoxicité TG Acides Gras Acyl-CoA FAS Glucose Malonyl CoA G-6-P ACC2 Pyruvate CPT1 OAA ß Oxydation Acetyl-CoA Mitochondria Accumulation de TG: Un rôle pour le malonyl CoA ? A l’intersection des voies métaboliques Acétyl CoA Carboxylase (ACC) 10 03/12/2008 En résumé… Si beaucoup de malonyl CoA… Accumulation de TG: Stockage ectopique Lien avec l’AMPK… Une nouvelle cible potentielle antidiabétique… + En présence d’AICAR: ß oxydation augmente, contenu en TG diminue… Lipotoxicité et foie Points communs avec le muscle squelettique: Accumulation ectopique de TG Production d’acyl-CoA, diacylglycérol, céramides… Mécanismes moléculaires: Augmentation de la production de glucose (néoglucogénèse) Interférence avec la voie de signalisation de l’insuline… 11 03/12/2008 Augmentation de la production hépatique de glucose Glucose AGL FATPCytosol Peroxisome Glucose Glyoxylate β -oxydation péroxisomale 2 Acétate G-6-P Glucose-6-phosphate Fructose-,6-Phosphate Acyl--CoA Acyl F-1,6-Pase Fructose-1,6-biPhosphate P-glycéraldérate ATP β -oxydation mitochondriale 1 NAD NADH Acétyl-CoA Acétyl- NADH P-glycérate PEP PEPCK Acides aminés Pyruvate Lactate PC OAA LDH Les acides gras interfèrent avec la voie de signalisation de l’insuline AGL Compartiment sanguin FATP Acyl--CoA Acyl DAG ROS PKB/Akt IRS-1/IRS-2 Sérine/thréonine phosphorylation Inhibition Céramides PKCδ PKCδ IKK IKKβ β/ NF NFκ κB PI3K 2 1 Insuline cytosol ROS Sérine/thréonine phosphorylation Quelques effets génomiques des AGL… 12 03/12/2008 Le tissu adipeux viscéral… Coupable et victime… Insulino-résistance du tissu adipeux: Rôle particulier de la résistine ? Insulino-résistance du tissu adipeux: Rôle particulier de la 11- β hydroxystéroide déshydrogenase (11βHSD) ? 13 03/12/2008 Activer AMPK dans la cellule B, pas trop ? 14 03/12/2008 Lipotoxicité centrale Le cerveau est une cible des AGL… L’hypothèse de la lipotoxicité centrale: le cerveau en tant que cible des AG Lipotoxicité centrale Apport excessif Système nerveux autonome, axe corticotrope… AGL/TG … Dérégulation de l’homéostasie énergétique Est-ce qu’un dysfonctionnement du « senseur des acides gras » peut induire une dérégulation du contrôle nerveux de la sécrétion et de l’action de l’insuline ? Nutrition, 2002 Rethinking the central causes of diabetes Joel K Elmquist, Jacob N Marcus Harvard Medical School, Boston, Massachusetts, USA Alterations of the levels of long chain fatty acids in the hypothalamus are now shown to influence glucose homeostasis Nature Medicine, 2003 15 03/12/2008 Les régions centrales qui reçoivent les informations périphériques… l’hypothalamus et le tronc cérébral Cervelet Hypothalamus Mésencéphale Tronc cérébral Moëlle épinière Pont Bulbe rachidien a b Cervelet 3V, troisième ventricule. PVN, noyau paraventriculaire; LH, noyau latéral VMN, noyau ventromédian DMN, noyau dorsomédian; SCN, noyau suprachiasmatique ARC, noyau arqué HYT a’ Moëlle épinière b’ a b HI 3V 3V PVN DMN LH LH SCN b’ a’ VMN ARC D’après Schwartz et al, Nature, 2004. Présence d’enzymes FAS, ACC, CPT1 dans le cerveau et les neurones… FAS (Kim et coll) ACC1 Colocalization of Tau and FAS/ACC1 in primary hypothalamic neuronal cultures (Gao and Lane, PNAS 2003) 16 03/12/2008 In vivo Perfusion intraveineuse de lipides (Intralipides) chez des sujets sains (Avec le CIC Necker, Jean-Louis Bresson) Douze sujets type caucasien (18-25) Perfusions de lipides ou de serum 0 24h 48h Mesure de l'excrétion urinaire des catécholamines 50min Clamp hyperglycémique Mesure de la concentration plasmatique des catécholamines (Magnan et al. JCEM 2001) Pendant la perfusion… Plasma glucose • Hypersécrétion d’insuline • Insulino-résistance Plasma Insulin Lipides Témoins Plasma C peptide 0 8 16 24 32 40 48 (h) (Magnan et al. JCEM 2001) 17 03/12/2008 Sécrétion d ’insuline pendant le clamp hyperglycémique Insulin secretion rate (pmol/kg bw/min) lipides serum (Magnan et al. JCEM 2001) Effet de la perfusion de lipides sur la noradrénaline 1000 0.8 serum 800 lipides 600 0.6 *** *** 0.4 400 0.2 200 0 0 (Magnan et al. JCEM 2001) Conclusion • Perfusion intraveineuse d’une émulsion de triglycérides induit: – Insulino-résistance – Hypersécrétion d’insuline en réponse au glucose – Baisse de l’activité sympathique 3 caractéristiques d’un état prédiabétique 18 03/12/2008 Effet direct des acides gras au niveau central ? ? Lipotoxicité centrale ? Système nerveux autonome, axe corticotrope… Apport excessif ? AGL/TG Etude de l’effet d’une perfusion intracarotidienne d’intralipide chez le rat sur la production hépatique de glucose et la sécrétion d’insuline Quelques caractéristiques Paramètres inchangés pendant la perfusion (Cruciani et al, Diabetologia, 2004) Mesure in vivo de la production hépatique de glucose Basal + insuline Rats « IL »: Insulinorésistance hépatique (Cruciani et al, Diabetologia, 2004) 19 03/12/2008 Effet d’un perfusion de intracarotidienne de 24h de triglycérides (AGL plasmatique inchangée) sur la sécrétion d’insuline en réponse à une injection de glucose Plasma insulin (pM) Plasma glucose (mM) 1200 *** 800 12 IL *** 10 C 8 6 400 4 2 0 0 3 6 9 12 15 20 0 30 3 6 9 12 15 20 30 Temps (min) (Cruciani et coll, Diabetologia, 2004) Résumé… • Apport excessif d’acides gras au niveau central induit des modifications du contrôle nerveux de la sécrétion et de l’action de l’insuline Lipotoxicité centrale Système nerveux autonome, Apport excessif AGL/TG L’oxydation des acides gras est-elle nécessaire pour relayer leurs effets ? Perfusion intracarotidienne d’IL ± etomoxir… Acides Gras Acides gras Acyl-CoA Perfusion icv d’étomoxir: inhibition de la ß oxydation CPT1 ß Oxydation Mitochondrie 20 03/12/2008 L’étomoxir prévient l’insulino-résistance hépatique… Réponse insulino-sécrétoire au glucose chez des rats perfusés de lipides par la carotide, pendant 24h Lipids Lipids + etomoxir 2000 *** 1600 Controls Controls + etomoxir *** *** *** *** 1200 *** 800 400 ***, p< 0.01 ILvs IL eto 0 (Cruciani et coll, Diabetologia, 2004) Immunohistochimie de cfos dans l’hypothalamus (marqueur des neurones activés HI C C 3V DMN LH IL VMN ARC IL IL + Eto IL + Eto (Cruciani et coll, Diabetologia, 2004) 21 03/12/2008 Rats perfusés d’intralipides pendant 24h (voie intracarotidienne) Activités NOS eNOS & nNOS 14000 +56% iNOS p<0.05 cpm/mg of hypothalamus 12000 10000 8000 +90% 6000 p<0.05 4000 2000 0 Controls IL Injection centrale de L-NMMA (inhibiteur des NOS) avant le test de tolérance au glucose C * 1400 C-LNMMA IL : hypersécrétion d’insuline prévenue en présence de L-NMMA 0.5 mg/kg * * 1200 IL+L-NMMA IL Insulin pM * * 1000 * 800 600 400 200 0 0 5 Glucose iv 0.5 g/kg 10 15 Time (min) 20 25 30 * p<0,05 IL vs T Autre effet… acides gras et insulino-résistance hypothalamique… ? Acides gras (Collaboration avec Debbie Clegg et Stephen Benoit, University of Cincinnati) 22 03/12/2008 Insuline AGL FATP1 Acyl-CoA +P MARCKS X P PKCΘ PKB/AKT MARCKS: Myristoylated Alanine Rich C Kinase Substrate Modèle: rats recevant une perfusion icv d’oléate ou de palmitate pendant 72h Mesure du renouvellement du glucose Palmitate: insulino-résistance hépatique Western blot de PKCΘ dans la fraction membranaire plasmique d’extraits d’hypothalamus Insuline AGL FATP1 Acyl-CoA PKCΘ + P MARCKS X P PKB/AKT 23 03/12/2008 Insuline AGL PKCΘ FATP1 + Acyl-CoA X P MARCKS P PKB/AKT Perfusion intracarotidienne d’insuline Insuline AGL PKCΘ FATP1 + Acyl-CoA X P MARCKS P PKB/AKT Le neurone sensible aux acides gras (copyright: Christophe Magnan et Barry Levin) Fatty Acids GPR40 GPCR Fatty Acid Transporter Cerulenin Sulfonylurea KATP Channel Fatty Acids PKC PLC DAG LC AcylCoA Insulin/Leptin C75 FAS Glucose ATP Glucose GK G-6-P ATP LDH5 Pyruvate PDH PC NADH FADH2 D-3-hydroxybutyrate (Ketones) Malate ACC CPT1 FA Oxidation CS OAA Mitochondri a TOFA ATP + CoA Acetyl-CoA CL Acetyl-CoA Anaplerosis Lactate Malonyl CoA Etomoxir 2 Bromopalmitate PI3K FATP AMPK AMP + PPi Fatty Acids Citrate AICAR AgRP MC Leptin Insulin Glucose 4-CIN 24 03/12/2008 Quelques mots clefs… Malonyl CoA / AMPK Triglycérides Accumulation ectopique PPARs Inflammation, adipokines 25
