Stress oxydatif : mythes et réalités

Dr Robert Nataf
Laboratoire Philippe-Auguste - Paris

Depuis une quinzaine d'années que nous nous intéressons au stress oxydant, nous pouvons nous rendre compte qu'il a du mal à pénétrer la pratique clinique. Beaucoup de médecins, et la plupart des cardiologues, ne demandent pas le moindre test qui permettrait d'évaluer la contribution oxydative à la maladie cardio-vasculaire. Il existe plusieurs raisons à cela. D'une part, les techniques sont quelque peu délicates et exigent un matériel spécialisé. Ensuite, elles sont d'un coût élevé et ne sont pas prises en charge par la Sécurité sociale. D'autre part, le problème est que tout cela reste du domaine virtuel.

Lorsque l'on parle de l'évaluation du stress oxydant, le praticien a du mal à rattacher les résultats qu'il obtient à une notion de maladie. Il manque au stress oxydant un étiquetage clinique des marqueurs : l'exploration de la composante oxydative d'une pathologie devrait faire appel à un marqueur qui lui serait lié, à défaut d'une spécificité, par rapport de causalité.

Je vais vous proposer une palette de trois marqueurs qui collent pratiquement à trois affections dans lesquelles existe un intérêt clinique à demander un marqueur du dommage oxydatif.

Je vais d'abord évoquer le 8ohdG ou 8-hydroxy-désoxyguanosine. Ensuite, des marqueurs de la peroxydation lipidiques, c'est-à-dire des marqueurs de l'attaque oxydative des membranes : l'isoprostane et le MDA. Puis, je parlerai de l'allantoïne, un marqueur très peu connu du dommage oxydatif lié à l'exercice musculaire et à l'activité sportive.

^{1 D'après une conférence de la 3e Journée nationale de la Société française de médecine et de physiologie du vieillissement - samedi 18 juin 2005 - groupe hospitalier Pitié-Salpêtrière - Paris.}

Le génome de chacune de nos cellules subit à peu près 100 000 agressions chaque jour. Le principal agent des dommages du génome, c'est notre propre métabolisme. Nous produisons environ 5 g d'anion superoxyde par jour et sommes les principaux destructeurs de notre génome.

La 8ohdG, c'est, à l'intérieur de la chaîne de l'ADN, une attaque oxydative au niveau du carbone 8 de la guanine. Vous avez donc une oxydation de ce carbone 8 qui empêche soit la transcription soit la réplication. Intervient alors un système de réparation qui va exciser cette base endommagée qui sera relarguée dans le plasma et passera ensuite dans l'urine.

C'est donc, à travers l'urine, un marqueur, un index du dommage oxydatif de l'ADN. Nous le choisissons comme marqueur du dommage oxydatif de l'ADN et comme marqueur du vieillissement.

Pourquoi ? Parmi toutes les théories qui ont été proposées pour le vieillissement, deux tiennent actuellement le haut du tableau : celle de la détérioration du génome. Il subit une détérioration quotidienne, il est régulièrement réparé et au fur et à mesure des réparations, des erreurs se produisent. Ces erreurs s'accumulent, induisant une diminution des fonctions cellulaires et, à terme, une perte de toutes leurs fonctions et la mort.

La théorie du vieillissement cellulaire est que les principaux agents des dommages du génome sont justement les radicaux oxygénés et les radicaux libres. À l'intersection entre la théorie radicalaire du dommage génétique et de la théorie de l'erreur cumulative du génome, il y a le 8ohdG. C'est donc une molécule qui réalise la synthèse entre ces deux théories du vieillissement.

Nous savons que la longévité des espèces est liée à leur activité métabolique, c'est-à-dire à leur consommation d'oxygène. Le rat, par exemple, qui vit deux ou trois ans, produit plus de 1 000 picomoles de 8ohdG par kilogramme de poids. Le porc en produit à peu près 500 à 600 picomoles et vit une dizaine d'années. L'homme qui vit 80 ans produit 100 à 150 picomoles par kilogramme de poids. Nous avons entre les mains un marqueur spécifique de la longévité des espèces. À nous de montrer qu'il peut, s'il est affiné, devenir un marqueur spécifique de la longévité individuelle.
Il y a une quinzaine d'années, des travaux dans différents pays d'Europe ont étudié le 8ohdG dans des lymphocytes de patients. Ils ont examiné l'incidence de la mortalité cardio-vasculaire dans ces différents pays. Ils ont montré une relation positive entre les taux de 8ohdG dans les lymphocytes de ces populations et leur mortalité.

Pourquoi ? Halliwell, qui est un grand spécialiste du stress antioxydant, a étudié la plaque athéromateuse. Il a pris, sur des artères de cadavres, des boues athéromateuses et y a mis des métaux, du fer et du cuivre. Il a constaté, le lendemain, que le fer était totalement rouillé et le cuivre totalement oxydé, notamment dans les plaques athéromateuses jeunes. Cela veut dire que la plaque athéromateuse est un bouillon oxydant, un milieu très prooxydant et que probablement le stress oxydant joue un rôle beaucoup plus important dans les maladies cardio-vasculaires ou dans les accidents cardio-vasculaires du sujet jeune. Les fumeurs ont un stress oxydant élevé et un taux de 8ohdG accru.

On peut donc considérer le 8ohdG comme un marqueur du vieillissement. On peut également le considérer comme un marqueur de l'exposition toxique, notamment, les toxines qui créent justement des lésions sur le génome. On peut le considérer également comme un marqueur de la maladie cardio-vasculaire et il peut aussi servir de marqueur dans des essais de supplémentation en différents antioxydants. Cela permettrait d'affirmer que cette supplémentation pourrait avoir un pouvoir éventuel sur les dommages et, en cela, peut-être un effet sur la longévité.

Nous avons tout à l'heure associé le dommage génétique au vieillissement. Parmi les pathologies concernées par les dommages oxydatifs, on trouve la plupart du temps les maladies cardio-vasculaires.

Il est intéressant, dans les maladies cardio-vasculaires, de pouvoir mesurer la contribution oxydative. Classiquement, dans la maladie cardio-vasculaire, nous pensons athérome, maladies athéromateuses. La maladie athéromateuse, schématiquement, peut être assimilée à une maladie de membranes : membranes plaquettaires, membranes de l'endothélium vasculaire, membranes des LDL… On peut considérer que les marqueurs de la peroxydation témoignant d'une attaque oxydative peuvent servir d'index de la contribution oxydative à la maladie athéromateuse et aux autres maladies cardio-vasculaires. Dans ce cas, nous dosons en laboratoire l'isoprostane F2 alpha.

D'abord, c'est un composé qui se forme in vivo et in situ. Les radicaux oxygénés viennent attaquer la molécule d'acide archidonique à l'intérieur de la cenapse membranaire. L'isoprostane F2 alpha est alors libérée de son phospholipide par une phospholipase. Après libération dans la circulation, l'isoprostane est excrétée dans les urines sous forme libre ou sous forme de métabolite. C'est donc un marqueur in situ. On ne peut pas penser que l'isoprostane F2 alpha puisse venir d'une autre structure que la membrane de la cellule des structures cellulaires d'enveloppe des LDL.

Ensuite, l'isoprostane F2 alpha n'est pas un simple témoin. C'est un acteur de la maladie athéromateuse. On sait maintenant que l'isoprostane F2 alpha peut favoriser l'agrégation plaquettaire. Par ailleurs, elle possède un récepteur spécifique dans l'organisme, celui de la thromboxane A2, et peut agir sur ce récepteur en favorisant la multiplication des fibres lisses de la média. Or on sait que cette multiplication est une étape clé de l'athérogenèse.

Cette isoprostane F2 alpha peut être simplement dosée dans une urine du réveil. Son intérêt est donc sa formation in situ et également le fait qu'elle soit un acteur de la maladie athéromateuse et pas seulement un témoin.

Le malonyl-dialdéhyde, nous le dosons depuis 15 ans. C'est un dosage que l'on fait en chromatographie. Il est en effet important d'avoir une technique séparative. Le réactif que l'on fait réagir dans le plasma pour mettre en évidence le malonyl-dialdéhyde peut aussi reconnaître d'autres molécules comme des prostaglandines, des sucres… qui peuvent donner des réactions. La chromatographie est une technique d'abord séparative qui permet de doser uniquement cette molécule très carbonée qu'est le malonyl-dialdéhyde.
C'est un excellent marqueur de la peroxydation lipidique mais ce n'est pas un acteur de la maladie athéromateuse. Il peut se doser dans le plasma et également dans l'urine. Dans le second cas, la fiabilité des résultats est un peu discutée, à la différence de l'isoprostane F2 alpha dont le dosage dans l'urine est actuellement considéré comme le meilleur marqueur de la peroxydation.

C'est un autre marqueur que nous sommes pratiquement les seuls à avoir développé en Europe.
Pratiquement tous les êtres du monde vivant catabolisent leurs acides nucléiques, notamment les purines, en allantoïne. Nous, les primates, sommes les seuls à cataboliser les purines en acide urique. Nous le faisons depuis quelques millions d'années parce que nous avons perdu l'uricase, une enzyme qui transformait l'acide urique en allantoïne, molécule beaucoup plus soluble. Cette évolution a bloqué notre dégradation nucléique à l'acide urique, autrefois un déchet métabolique, mais en fait un puissant antioxydant. D'après certains auteurs, cette évolution a permis le doublement de notre espérance de vie.

On recommande souvent, notamment en médecine du vieillissement, à des gens qui ont cessé d'en faire de reprendre une activité physique. La préoccupation est de se demander : « Est-ce que la reprise de l'exercice physique ne va pas majorer les dommages oxydatifs ? Est-ce que je ne vais pas induire un stress oxydant et accélérer le vieillissement ? » Nous savons que les sportifs professionnels de très haut niveau ont un stress oxydant accru et très souvent, pour certains, connaissent un vieillissement accéléré.

Que se passe-t-il lorsque l'on fait un effort musculaire intense ? Le muscle peut consommer jusqu'à 200 fois plus d'oxygène que lorsqu'il est au repos. Lorsqu'il a consommé cet oxygène, même si les mitochondries sont plus grosses et mieux protégées, une explosion va se produire à l'intérieur de la cellule musculaire avec notamment des anions superoxyde et des ROS, les espèces oxygénées réactives. Le muscle, les infrastructures musculaires risquent d'être menacées par cette agression. À ce moment-là, le muscle va importer de l'acide urique. On le montre par des études très fines en faisant des prises de sang juste après l'effort musculaire et on observe que l'uricémie diminue.

Cet acide urique qui est un puissant antioxydant va engager un combat contre ces espèces oxygénées. De ce combat va sortit l'allantoïne. En effet, l'acide urique piège efficacement le radical hydroxyle puis se transforme après réaction en allantoïne. Celle-ci va être relarguée dans le plasma, puis passe dans l'urine. Nous avons donc, à travers l'allantoïne, formée spécifiquement dans le secteur hydrophile de la cellule, encore plus exclusivement dans le muscle après l'effort, un marqueur du dommage oxydatif dans la cellule musculaire liée à l'effort de l'exercice physique.

Ce que j'ai dit au niveau du stress oxydant est encore plus vrai au niveau du stress microradicalaire, c'est-à-dire au niveau du stress induit par les effets réactifs des dérivés de l'azote. En réalité ce n'est pas aussi simple parce que NO est un peu comme Janus. Il est bénéfique et il est néfaste. NO est bénéfique dans certains secteurs géographiques de l'organisme, dans certaines conditions. Il peut être délétère dans d'autres.

Par exemple, lorsque vous avez une surproduction d'anions superoxyde, NO est dévoyé dans la formation de peroxyde nitrite. Il y a quelques semaines, nous avons mis au point un nouveau marqueur indirect du stress oxydant et de NO. C'est l'ADMA ou asymmetric dimethylarginin, en anglais.

C'est un composé étudié déjà depuis cinq ou six ans à travers le monde, qui peut probablement aussi être dosé dans l'urine bien qu'il soit dégradé en d'autres composés.

Lorsque nous nous penchons sur l'effet de NO sur la paroi vasculaire, nous voyons qu'il peut diffuser dans les nerfs vasculaires ou dans la paroi. C'est un puissant protecteur contre l'athérogenèse. C'est un puissant protecteur vasculaire.

Produit en quantité équilibrée, sans excès de radicaux superoxydes, dans la paroi vasculaire, le NO diminue l'agrégation plaquettaire, l'adhésion à la paroi vasculaire des plaquettes et des éléments inflammatoires circulants à la paroi ainsi que la multiplication des fibrocytes de l'intima et il dilate les vaisseaux. Donc, dans ce cas, il exerce une action bénéfique.

L'organisme génère malheureusement un composé, l'ADMA, dérivé de protéines cellulaires. Des protéines spécifiques contenant de l'ADMA sont méthylées. C'est notamment le cas de l'arginine. La méthylation de ces protéines est indispensable pour qu'elles exercent leurs activités physiologiques.

Lorsqu'elles sont dégradées, elles libèrent ce fameux ADMA. C'est un régulateur endogène de la NO synthase nécessaire à la production de l'acide nitrique. L'ADMA va inhiber cette NO synthase qui nous est profitable et permet de nous protéger de l'athérome. Plus le taux d'ADMA s'élève, plus la production de NO diminue.