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9 avril 2011 6 09 /04 /avril /2011 09:30

 

Arginine et statines : relation avec le métabolisme du monoxyde d’azote et perspectives dans le traitement de l’athérosclérose

 

C Rasmusen, L Cynober, R Couderc , Laboratoire de biologie de la nutrition EA2498, Faculté de Pharmacie Paris 5, Service de biochimie, Hôpital Hôtel-Dieu, AP-HP, Paris, Service de biochimie, Hôpital Armand-Trousseau, AP-HP, Paris.

 

Résumé :

L’arginine est un acide aminé semi-essentiel qui joue un rôle métabolique et nutritionnel fondamental dans le cadre du maintien de l’homéostasie azotée.

En particulier, l’arginine est le précurseur du monoxyde d’azote qui est impliqué dans la fonction endothéliale.

Il existe plusieurs facteurs de risques d’athérosclérose tels que l’hypercholestérolémie, le diabète, l’âge ou l’hypertension.

Dans ces différentes situations, la disponibilité du monoxyde d’azote est diminuée, soulignant que le niveau d’activité de la monoxyde d’azote synthase endothéliale (eNOS) joue un rôle dans l’athérosclérose.

Une quantité optimale en cofacteurs et substrat (arginine) permet de moduler la vasodilatation induite par le monoxyde d’azote : malgré une concentration intracellulaire d’arginine bien supérieure au Km de la eNOS, un régime supplémenté en arginine augmente la production de monoxyde d’azote.

Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer ce « paradoxe de l’arginine »: colocalisation du transporteur de l’arginine et de la eNOS, recyclage intracellulaire de l’arginine à partir de la citrulline ou encore équilibre entre activité de l’arginase et celle de la eNOS.

Les statines, inhibiteurs de la HMG-CoA réductase, inhibent la synthèse de mévalonate et donc de cholestérol. De plus, les statines augmentent la stabilité de l’ARNm de la eNOS. La coopération entre la synthèse de cholestérol et la régulation de la cavéoline-1, d’une part, et l’activation de la eNOS d’autre part, est très étroite. Ainsi, les statines améliorent la disponibilité du monoxyde d’azote et la vasodilatation.

Un travail récent que nous avons réalisé chez le lapin hypercholestérolémique Watanabe a montré que la combinaison de l’arginine avec une statine limitait significativement les plaques d’athérosclérose par rapport à une monothérapie. Une telle association entre un nutriment et un médicament ouvre un nouveau domaine de stratégie thérapeutique.

 

La maladie athéromateuse est une pathologie complexe impliquant la participation de différents types cellulaires au niveau de la paroi vasculaire. Des interactions, tout d’abord entre lipoprotéines et cellules, puis entre cellules via des médiateurs tels que des cytokines, des facteurs de croissance et des prostaglandines, sont à l’origine du développement et de l’évolution des lésions d’athérome depuis la strie lipidique jusqu’à la plaque fibrocalcique caractéristique de l’athérosclérose [1]. Parmi les facteurs impliqués dans l’athérogenèse, on retrouve le monoxyde d’azote (NO). L’arginine est le précurseur de sa synthèse grâce à l’action de la monoxyde d’azote synthase (NOS) et des résultats expérimentaux permettent de supposer que l’arginine exerce des effets anti-athérogènes via la synthèse de NO.

Initialement mis en évidence pour ses propriétés vasodilatatrices, le NO est une molécule aux propriétés multiples.

Des travaux ont précisé les mécanismes responsables de ses propriétés et aussi de ses effets cytotoxiques et de ses inter-relations avec les radicaux libres oxygénés [2].

 

Par ailleurs, l’hypercholestérolémie étant un facteur de risque important de l’athérosclérose, des agents pharmacologiques hypocholestérolémiants comme les statines sont prescrits en prévention primaire et/ou secondaire des maladies cardiovasculaires ischémiques.

 

Les statines sont aussi connues pour augmenter l’activité de la NOS endothéliale (eNOS) [3].Les connaissances actuelles sur les effets indirects des statines sur la régulation de la synthèse et de l’activité de la eNOS couplées à un apport optimal en substrat et co-facteurs de l’enzyme devrait aboutir à une optimisation de la production de NO, dont l’effet anti-athérogène pourrait être synergique avec la baisse du cholestérol induite par les statines.

Cette revue présente les connaissances actuelles sur l’effet de l’utilisation d’arginine et de statines sur la production de NO par la cellule endothéliale et l’intérêt potentiel de leur utilisation combinée dans la prévention et le traitement de l’athérosclérose.

 

L’arginine

 

L’arginine est présente dans l’ensemble des protéines, en plus grande quantité dans celles d’origine végétale.

C’est un acide aminé dit « conditionnellement essentiel » parce que sa synthèse endogène n’est pas en adéquation avec les besoins de l’organisme dans certaines conditions physiologiques ou pathologiques [4].

 

Par exemple, en période de croissance chez l’enfant, sa synthèse endogène n’est pas suffisante pour couvrir les besoins.

 

De même les besoins, de l’ordre de 5,4 g/j chez l’adulte sain [5], sont augmentés chez le patient hospitalisé en état d’agression. Principalement apportée par les protéines de l’alimentation, la disponibilité de l’arginine est néanmoins limitée : 40 % de l’arginine est dégradée au niveau de l’intestin grêle par l’arginase entérocytaire [5]. La synthèse endogène de l’arginine à partir de la citrulline est donc indispensable et fait intervenir deux enzymes, l’argininosuccinate synthase (ASS) et l’argininosuccinate lyase (ASL) [4].

 

L’arginine joue un rôle métabolique et nutritionnel vital car elle est impliquée dans la synthèse des protéines tissulaires, dans les processus de cicatrisation et dans les fonctions immunitaires et endocriniennes [4]. Elle est le précurseur du monoxyde d’azote (NO), de la proline, de l’ornithine, de la créatine, des polyamines aliphatiques, de l’agmatine, et enfin sa méthylation aboutit à la formation de la diméthylarginine asymétrique (ADMA) [5].

 

Métabolisme

 

Quatre enzymes utilisent l’arginine comme substrat : les arginases, l’arginine/glycine aminotransférase (AGAT), l’arginine décarboxylase (ADC) et les NO synthases (NOS endothéliale, neuronale et inductible) [6].

 

L’arginase catalyse la formation d’urée et d’ornithine par hydrolyse de l’arginine. Cette réaction intervient dans le cadre du cycle de l’urée, localisée dans le foie, mais il a été montré que cette réaction avait également lieu de façon significative dans l’intestin grêle [7].

Cette enzyme permet la libération d’une molécule d’urée et d’ornithine. Cette dernière est le précurseur des polyamines, de la proline et du glutamate. Chez les mammifères, deux isoformes de l’arginase (arginases I et II), produits de deux gènes différents, diffèrent par leurs propriétés fonctionnelles, ainsi que par leur localisation tissulaire et cellulaire, et par la régulation de leur expression [8]. L’arginase I est une enzyme cytosolique et retrouvée majoritairement dans le foie, tandis que l’arginase II est une enzyme mitochondriale ubiquitaire. L

e devenir métabolique de l’ornithine (cf. supra) est lié à la localisation intracellulaire des arginases. L’arginase I, colocalisée avec l’ornithine décarboxylase dans le cytosol, assure la synthèse des polyamines alors que l’arginase II, colocalisée avec l’ornithine aminotransférase dans la mitochondrie, assure la synthèse de la proline et du glutamate [8].

L’arginine est également le substrat de l’AGAT qui permet la formation du guanidinoacétate (précurseur de la créatine) et de l’ornithine, et celui de l’ADC qui catalyse la synthèse d’agmatine. L’agmatine est à la fois un intermédiaire dans la synthèse des polyamines et une molécule neuromodulatrice. Elle est aussi impliquée dans les phénomènes d’apoptose et de nécrose. Enfin, elle stimule la libération d’insuline et de catécholamines [9].

L’arginine est enfin le substrat des NOS et nous allons détailler cette voie métabolique dans le paragraphe suivant.

 

Arginine et NO

L’arginine, en présence de cofacteurs, tels que la tétrahydrobioptérine (BH4), est le substrat des NOS pour la synthèse du NO [10]. Nous porterons ici plus particulièrement notre attention sur les NOS endothéliale (eNOS ou NOS III) et inductible (iNOS ou NOS II).

 

La eNOS comprend deux domaines structuraux et fonctionnels : un domaine oxygénase du côté N-terminal, auquel se lient l’arginine, la tétrahydrobioptérine (BH4) et l’hème, relié par le site de fixation de la calmoduline au domaine réductase du côté C- terminal, contenant les sites de fixation du FAD+, du FMN et du NADPH2.

 

Le domaine N-terminal contient une glycine susceptible d’une myristoylation irréversible et les cystéines 15 et 26 réversiblement palmitoylées, condition nécessaire d’insertion de la eNOS au niveau des cavéolées membranaires [11]. Les cavéolées sont des invaginations de la membrane plasmique en forme de bouteille, représentant des microdomaines lipidiques ordonnés ou rafts (radeaux), riches en glycosphingolipides et cholestérol [12]. Les cavéolées occupent jusqu’à 30 % de la surface des cellules endothéliales et sont un lieu privilégié de localisation de la eNOS. La protéine caveoline-1 est leur principal constituant.

 

Elles contiennent aussi des récepteurs (de la bradykinine B2, de l’EGF, du PDGF) des kinases (MAPK, PKC…), transporteurs (SRB1 : scavenger receptor type B1), et des canaux ioniques (Ca2+…).

 

La eNOS produit du NO et/ou d’autres dérivés azotés réactifs dans les cellules endothéliales vasculaires en réponse à des stimulants chimiques ou mécaniques. Le simple passage du sang dans les vaisseaux maintient une production basale de NO.

 

Le NO est l’un des principaux facteurs antiathérogènes de l’endothélium [10]. Il est actif in vitro sur des processus impliqués dans l’athérogenèse tels que l’adhésion des monocytes à d’endothélium et l’interaction entre les plaquettes et la paroi artérielle. Le NO diminue aussi la perméabilité endothéliale et le tonus vasculaire, réduisant ainsi le flux des lipoprotéines dans la paroi artérielle [10].

 

Enfin, il a été montré in vitro et in vivo que le NO inhibe la multiplication et la migration des cellules musculaires lisses vasculaires [13]. En accord avec ces données, un travail a mis en évidence que l’inhibition de eNOS provoquait une athérosclérose accélérée dans les modèles expérimentaux [14]. Les principaux facteurs de risque d’athérosclérose, comme l’hypercholestérolémie, le diabète, l’hypertension et le tabac ont été associés à une perturbation de l’activité du NO [5].

Physiologiquement, il existe un équilibre entre eNOS et iNOS. Alors que la eNOS est connue pour ses propriétés anti-athérogènes, la iNOS est plutôt athérogène [15]. Contrairement à celle de la eNOS, son expression est insignifiante à l’état basal.

 

Elle est exprimée surtout au niveau des macrophages, des cellules musculaires lisses (CML) et des cellules spumeuses en réponse, entre autre, aux cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, interféron-γ) [16]. De plus, il existerait un lien entre la sévérité des lésions athéromateuses et l’expression de la iNOS [17].

 

La forme active de la NOS est un homodimère stabilisé par l’hème, l’arginine et le BH4[18]. Quand la disponibilité en substrat, la L-arginine, ou en BH4devient trop faible, la eNOS fonctionne en mode découplé (( figure 2 )).

 

Dans ce cas, les électrons ne sont pas transférés à la L-arginine pour former du NO mais réagissent plus volontiers avec l’oxygène pour former des anions superoxyde (O2.-). Le O2.-réagit très rapidement avec le NO pour former l’anion peroxynitrite (ONOO-) [18].

 

Dans des conditions physiologiques, le peroxynitrite est produit en très faible quantité (pico-nanomolaire) et a des propriétés très proches de celles du NO car il agit comme un donneur de NO. En revanche, à forte concentration, il est très toxique. Dans des conditions d’athérothrombose, la iNOS est stimulée. Elle produit du NO dans un environnement riche en espèces oxydantes, ce qui favorise la formation de peroxynitrite et diminue la disponibilité du NO pour la relaxation artérielle. Le peroxynitrite engendre un stress oxydant et l’oxydation de la BH4, ce qui cause le découplage des NOS et, comme dans un cercle vicieux, à nouveau favorise la production de l’anion superoxyde [19]. Il a été également montré que l’eNOS produit des quantités importantes de O2.-en cas d’hypercholestérolémie [13]. Il semble donc nécessaire d’assurer à la fois un apport optimal suffisant en BH4et en L-arginine pour limiter la production endothéliale de O2.-, facteur accélérant l’athérogenèse.

Cependant le Km de la eNOS pour l’arginine est de 2,9 μM et la concentration intracellulaire en arginine peut atteindre 1 mM, théoriquement largement suffisante pour saturer l’enzyme. L’activité de la eNOS ne devrait donc pas être sensible aux variations de la concentration extracellulaire d’arginine [5]. Malgré cela, plusieurs études [20-22] réalisées chez le lapin et l’homme montrent qu’une supplémentation en arginine augmente la production de NO. Quatre grandes hypothèses sont susceptibles d’expliquer ce paradoxe.

L’arginase I peut être un facteur limitant de la synthèse de NO. D’après les travaux de Li et al. [8], l’augmentation de l’expression des arginases provoque la diminution de la synthèse basale de NO par une déplétion du stock d’arginine, d’où une diminution de la disponibilité pour la eNOS. Plus récemment, il a été montré [23], sur des astrocytes en culture, que la surexpression de l’arginase I inhibe l’activité de la iNOS par diminution de son expression. Le mécanisme évoqué est le suivant : la déplétion en arginine active la phosphorylation d’une kinase, Gcn2, phosphorylant un facteur d’initiation eucaryote, eIF2α, lequel est impliqué dans la première phase de régulation de la traduction et la phosphorylation de sa sérine 51 inhibe la traduction, ce qui diminue la synthèse de iNOS.

 

La deuxième hypothèse implique le transport de l’arginine. Celui-ci est assuré par des transporteurs transmembranaires appelés CAT (cationic amino acid transporters). Plusieurs isoformes ont été identifiés et diffèrent par leur localisation tissulaire : CAT-1 et CAT-2B sont exprimés dans l’ensemble des tissus humains et du rongeur (toutefois CAT-1 n’est pas exprimé dans le foie [24]), CAT-3 est localisé uniquement dans le cerveau chez le rongeur et CAT-4 est exprimé dans le cerveau, les testicules et le placenta chez l’homme [25]. Ces transporteurs assurent une diffusion facilitée de l’arginine, la lysine et l’ornithine de façon Na+-indépendante. Ce système est nommé y+ [4]. Toutefois, on reconnaît actuellement l’existence d’autres systèmes dans des cellules de mammifères qui coopèrent comme les systèmes y+L, b°+, et B°+ [26]. McDonald et al. [27] ont montré que CAT-1, responsable de 60 à 70 % du passage de l’arginine dans la cellule endothéliale, est colocalisé avec la cavéoline-1, laquelle inhibe la eNOS par liaison réversible au niveau du domaine oxygénase. Cette interaction entre l’eNOS et la cavéoline-1 diminue fortement l’activité de l’enzyme dans les cellules endothéliales [28]. Par ailleurs, Feron et al. [28] ont montré que la teneur membranaire en cavéoline-1 dépendait de la concentration de cholestérol, ce qui implique qu’une élévation du cholestérol intracellulaire s’accompagne d’une élévation de la teneur périmembranaire de la cavéoline-1, reprimant ainsi l’activité de la eNOS.

À l’inverse, une étude récente de Assanasen et al. [29] a montré que la diminution du cholestérol intracellulaire via les HDL activait la eNOS. Ainsi, la colocalisation de CAT-1 avec la cavéoline-1 suppose l’existence d’un pool d’arginine spécifique pour la eNOS au niveau des cavéolées [30, 31]. Hardy et May [31] montrent que le transport de l’arginine et l’activité intracellulaire de eNOS sont diminués en présence de la L-lysine par compétition de substrat pour le site de liaison sur le transporteur. Cela valide l’importance du transport de l’arginine comme étant une étape limitante de la synthèse de NO par la eNOS. De plus, Matthys et Bult [2] proposent que l’augmentation de la teneur du cholestérol dans les membranes perturbe le transport de l’arginine, provoquant une déplétion intracellulaire en cet acide aminé.

Le transport peut donc lui aussi être un facteur limitant de la synthèse de NO.

L’ADMA est récemment apparu comme pouvant être un agent régulateur important. Il s’agit d’un inhibiteur compétitif endogène de la eNOS et il est excrété dans les urines ou métabolisé par la diméthylarginine diméthyl-aminohydrolase (DDAH) [32]. Il a été montré que sa concentration plasmatique est augmentée chez les sujets hypercholestérolémiques [33].

D’une part, Böger et al. [34] suggèrent qu’une concentration élevée d’ADMA serait un événement pré-clinique des maladies cardiovasculaires et que cette molécule pourrait être un bon marqueur du risque cardiovasculaire. D’autre part, de fortes concentrations circulantes d’ADMA sont associées à une hyperhomocystéinémie. La L-homocystéine, acide aminé possédant un groupement thiol formé à partir de la méthionine, augmente l’oxydation du BH4. La diminution de la teneur en BH4 découple la eNOS ce qui contribue à la formation de l’anion superoxyde et du peroxynitrite. La L-homocystéine participe également à l’athérogenèse en favorisant la migration et l’adhésion des leucocytes à la paroi endothéliale [35]. De plus, l’hyperhomocystéinémie inhibe la DDAH [36] ce qui augmente la concentration d’ADMA, ayant pour conséquence une diminution de l’activité des NOS.

En cas d’hypercholestérolémie, un mécanisme similaire est rapporté : dans l’étude d’Ito et al. [32], sur des cellules endothéliales exposées à des LDL oxydées ou du TNF-α, la diminution de NO est associée à un doublement de l’ADMA. Cette équipe montre également que l’activité de la DDAH est diminuée par les LDL oxydées et le TNF-α, ce qui provoque une accumulation d’ADMA et donc une forte inhibition de la eNOS.

Enfin, Solomonson et al. [30] supposent qu’il existerait un pool d’arginine intracellulaire spécifique à la eNOS. Ce pool serait alimenté par le recyclage de l’arginine à partir de la citrulline grâce à l’action de l’ASS et de l’ASL. En effet, Flam et al. [37] ont montré, sur des cellules endothéliales d’aorte bovine (BAEC) que, d’une part, la citrulline stimule autant que l’arginine la production de NO sans affecter la concentration intracellulaire d’arginine et, d’autre part, la eNOS est co-localisée avec les enzymes de régénération de l’arginine. Cette idée est renforcée par un travail récent de la même équipe [38], sur des BAEC, qui rapporte que la diminution de l’expression de l’ASS diminue de 80 % la production du NO. Enfin, une étude récente de Shen et al. a montré qu’il existait deux pools différents d’arginine pour la eNOS et la iNOS : l’arginine pour la iNOS proviendrait de l’arginine extracellulaire alors que l’arginine utilisée par la eNOS proviendrait du recyclage à partir de la citrulline [39].

 

Rôles physiologiques de l’arginine

 

L’arginine, impliquée dans différentes voies métaboliques (cf. supra), exerce de nombreux rôles physiologiques, qui peuvent être dépendants ou indépendants du NO.

De nombreux effets de l’arginine sont ceux du NO lui-même : inhibition de la prolifération et de la migration des CML, vasodilatation et inhibition de l’adhésion des monocytes et des plaquettes. Cependant, l’arginine a un effet direct inhibiteur sur l’adhésion des leucocytes dans la matrice sous-endothéliale [5] et exerce des effets hémodynamiques indépendants du NO. Son caractère basique peut influencer la dépolarisation membranaire ou encore réguler le pH intracellulaire. L’arginine possède des propriétés antioxydantes en piègant l’anion superoxyde : elle limite ainsi la peroxydation lipidique [5]. Elle serait également impliquée dans les variations de la viscosité du sang [40]. De plus, elle stimule la fibrinogénolyse et la génération de plasmine[5].

 

L’arginine est aussi un précurseur des polyamines intervenant dans la prolifération des fibroblastes, de la proline nécessaire à la synthèse de collagène pour la cicatrisation et enfin de la créatine jouant ainsi un rôle essentiel dans le métabolisme énergétique.

 

Elle intervient au niveau du cycle de l’urée pour la détoxification de l’ammoniac, en agissant comme activateur d’une enzyme clé du cycle, la N-acétylglutamate synthase [4].

L’arginine exerce aussi un effet sécrétagogue vis-à-vis de l’hormone de croissance, de la prolactine et de l’insuline.

À l’inverse, c’est un inhibiteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine II, accentuant l’effet hypotenseur induit par le NO.

Cependant, la sécrétion d’insuline liée à l’arginine ne peut pas être totalement dissociée de l’action du NO.

En effet, l’effet de l’arginine sur la sécrétion d’insuline est partiellement dépendante du NO [41, 42].


 

Arginine et athérosclérose

 

L’athérosclérose est accompagnée d’une diminution de la relaxation vasculaire. Ce phénomène est dû à la moindre disponibilité du NO, connu pour son action vasodilatatrice, soit par diminution de sa synthèse soit par augmentation de sa dégradation [43, 44].

Une déplétion en arginine peut être impliquée dans les deux cas et ceci constitue la base rationnelle d’une supplémentation en arginine, en vue d’augmenter la production du NO dans le contexte de l’athérosclérose.

Des travaux chez des lapins, rendus hypercholestérolémiques par un régime enrichi en cholestérol, ont démontré l’intérêt d’un apport nutritionnel élevé en arginine. Böger et al. [21], et Brandes et al. [45] ont mis en évidence une stabilisation de l’aire de la plaque d’athérome chez des lapins New Zealand White (NZW) traités pendant 12 à 16 semaines avec 2 % d’arginine dans l’eau de boisson (ce qui correspond à doubler la concentration plasmatique, et à multiplier par six leur consommation quotidienne en cet acide aminé [44]).

Avec les mêmes doses d’arginine apportées dans l’eau de boisson, Singer et al. [44] mettent en évidence une diminution de l’épaisseur de l’intima chez des lapins NZW traités pendant 18 semaines et Cooke et al. [20] rapportent une diminution de la surface et de l’épaisseur des lésions. Dans l’étude de Böger et al. [21], l’excrétion urinaire de nitrates, marqueur global de la production de NO, diminue chez les animaux hypercholestérolémiques, alors que la supplémentation en arginine permet de limiter cette diminution de 40 %. De plus, plusieurs études [22, 44, 45] chez le lapin NZW montrent une inhibition de l’adhésion leucocytaire et de l’agrégation plaquettaire par l’arginine. Enfin, l’arginine diminuerait la libération d’endothéline-1, laquelle exerce une action vasoconstrictrice [46].

 

Récemment, l’étude de Chen et al. [47] a cependant démontré que la supplémentation d’arginine pouvait ne pas avoir d’effet : chez des souris apoE-/- traitées pendant 16 à 24 semaines par l’arginine (2,5 % dans l’eau de boisson), la formation des lésions d’athérosclérose n’est pas réduite.

Plus encore, l’arginine pourrait contribuer à la formation des plaques via la formation de l’anion superoxyde et du peroxynitrite.

 

Ainsi, Loscalzo [19] souligne que les effets d’un enrichissement en arginine du régime dépendent de l’espèce étudiée, de la localisation des lésions analysées ou encore de la présence ou non d’une maladie athérothrombotique. Les résultats des différentes études réalisées chez l’homme sont généralement positifs chez des sujets hypercholestérolémiques, alors qu’ils sont plutôt négatifs chez des sujets sains [48].

Dans ces études, la supplémentation en arginine augmente de 4 à 5 fois la consommation usuelle de cet acide aminé (5 à 6 g/j) pendant 1 à 6 mois et les paramètres étudiés sont, entre autre, la vasodilatation des grosses et petites artères, le débit sanguin, l’expression des molécules d’adhésion, l’agrégation et l’adhésion plaquettaire ou encore la tolérance à l’exercice [48]. Généralement, l’administration d’arginine, aussi bien par injection intraveineuse que par voie orale, n’entraîne pas d’effets secondaires notables ; seules quelques diarrhées, douleurs gastriques, nausées, fatigue ou encore irritation de la peau peuvent survenir dans le cas l’administration de doses élevées par voie orale [49].

 

Les statines

Les statines sont de puissants inhibiteurs de la synthèse du cholestérol. Leur indication principale est la réduction du LDL-cholestérol plasmatique en prévention primaire ou secondaire des accidents ischémiques cardiaques. Plusieurs études cliniques prospectives indiquent leur efficacité à réduire la morbidité et la mortalité dans ce contexte [50].

 

L’effet des statines n’est pas seulement dû à la baisse du LDL-cholestérol plasmatique qu’elles induisent. Les bénéfices cliniques observés, en particulier lors des études angiographiques, dépassent largement ceux attendus du fait de la seule variation de taille des plaques d’athérosclérose. Ainsi une réduction de 70 % des événements cardiovasculaires sans modification notable de la taille des lésions (0,7 %) a été obtenue dans l’étude FATS [51]. Dans l’étude MIRACL [52], une réduction des événements cardiovasculaires est obtenue en 16 semaines, délai probablement trop court pour que surviennent des modifications des lésions, malgré une diminution de 40 % du LDL-cholestérol. De plus, l’analyse des sous-groupes de patients des études Woscop et Care suggère que malgré une cholestérolémie équivalente, les malades traités par les statines ont un risque cardiovasculaire beaucoup plus faible que les malades non traités [53, 54]. Il est donc admis que des effets des statines autres que la simple diminution du LDL-cholestérol pourraient être responsables des bénéfices cliniques en particulier observés à court terme. Une étude chez le singe [55], rendu hypercholestérolémique puis traité soit par une statine (pravastatine) soit par un régime hypocholestérolémiant pendant deux années, a montré que malgré une réduction identique du LDL-cholestérol, les animaux sous statine et ceux sous régime présentaient des plaques de taille identique mais d’aspect histologique différent. Ceci souligne l’effet des statines au niveau de la paroi endothéliale, effet souvent décrit par le terme d’effets pléiotropes des statines.

 

En effet, l’expression de plusieurs molécules contrôlant la fonction endothéliale vasculaire, l’inflammation et la stabilité de la plaque semble être régulée par les statines. Les candidats les plus sérieux sont la eNOS, l’endothéline, les radicaux libres oxygénés, la protéine kinase Akt et les métalloprotéinases (tableau 2( Tableau 2 )) [56] .

 

Mécanismes d’action

 

Les statines inhibent l’HMG-CoA réductase par compétition réversible avec le substrat pour le site actif de l’enzyme. Elles entraînent donc une diminution de la synthèse du mévalonate et de ses dérivés parmi lesquels le cholestérol, le farnésyl pyrophosphate (FPP) et le géranylgéranyl pyrophosphate (GGPP). Ces dérivés isoprényliques interviennent dans la modification post-traductionnelle des protéines et leur translocation du cytosol vers la membrane plasmique (( figure 3 )). Dans la cellule endothéliale, l’inhibition de l’isoprénylation de Rac1 empêche l’activation de la NADPH oxydase et diminue la production de radicaux libres oxygénés (O2.-). De plus, l’augmentation de la stabilité de l’ARNm de eNOS par inhibition de la “ petite protéine G ” RhoA GTPase augmente l’expression de eNOS et la production du NO (( figure 4 )). Ceci contribue à une meilleure disponibilité du NO et améliore la vasodilatation artérielle. Cependant, les protéines Rho non isoprénylées accumulées dans le cytoplasme peuvent être massivement transloquées dans la membrane lors de l’arrêt d’un traitement par une statine et entraîner une diminution rapide de la production de NO augmentant ainsi le risque d’événement thrombotique vasculaire [56].

 

Rôle du cholestérol et effet des statines dans la régulation de la production de NO par la cellule endothéliale

 

Plusieurs équipes ont montré [57, 58] que la richesse en cavéoline-1 des cavéolées augmente avec la teneur en cholestérol libre dans la cellule. De plus, le promoteur du gène de la cavéoline-1 contient des motifs de type SRE (sterol regulatory element) qui lient les fragments de SREBP-1 (SRE binding protein) inhibiteurs de la transcription du gène de la cavéoline-1 et activateurs de ceux de l’HMG-CoA réductase et du récepteur des LDL [59]. Ce fragment de SREBP-1 est libéré par protéolyse, au niveau du réticulum endoplasmique, sous l’action d’une protéase (SCAP : SREBP cleavage activating protein) inhibée par les stérols. L’hypercholestérolémie (hyper-LDL-émie) induit une augmentation (entre 1,7 et 2,5 fois) de la teneur en cavéoline-1 des cellules endothéliales en culture [28], laquelle entraîne une diminution de la production de NO par inhibition de la eNOS complexée à la cavéoline-1.

Cependant, la relation entre cholestérol et cavéolée est plus complexe encore au vu de travaux [18] ayant montré qu’elles sont probablement le lieu de passage des molécules de cholestérol sortant de la cellule. Le cholestérol nouvellement synthétisé dans la cellule est principalement dirigé vers les cavéolées et ensuite vers les pré-HDL (high density lipoproteins). La cavéoline-1 migre du réticulum endoplasmique vers les cavéolées sous forme d’un complexe avec des protéines chaperons et du cholestérol. Le récepteur des HDL responsable de l’efflux du cholestérol (SRB-1) est aussi localisé dans les cavéolées qui représentent donc des structures rétrorégulées de l’homéostasie cellulaire du cholestérol. L’effet des inhibiteurs de l’HMG CoA réductase sur l’activité de la eNOS peut donc être dû à leurs actions combinées sur la teneur en cholestérol au sein de la cellule, laquelle régule le taux de cavéoline-1 dans les cavéolées, et sur la modification post traductionnelle des régulateurs par le GGPP et le FPP, y compris la cavéoline-1 elle-même.

Le travail initial de Féron et al. [60] a montré, sur des cellules endothéliales d’aorte bovine (BAEC), que l’atorvastatine, à des concentrations très faibles (0,01 à 0,1 μmol/L), stimule la production de NO. Cet effet est totalement réversible par l’addition de mévalonate en excès, confirmant un mécanisme d’action passant par l’inhibition de la synthèse du mévalonate et donc du cholestérol. Il faut souligner que l’atorvastatine n’a pas d’effet dans ce modèle sur la production basale de NO en présence d’une concentration élevée de LDL-cholestérol (2 g/L) et, par contre, n’a d’effet sur la production stimulée de NO qu’en présence d’une concentration élevée de LDL-cholestérol. Dans ce dernier cas, le niveau intracellulaire élevé de calmoduline (CaM) activée par le calcium entre en compétition avec la cavéoline-1 pour la liaison à la eNOS. L’effet de l’atorvastatine sur l’activité de la eNOS devrait se manifester surtout dans les cellules exprimant des haut niveaux de cavéoline-1, en présence donc de concentrations élevées de LDL-cholestérol. En présence de LDL, l’atorvastatine favorise l’association entre eNOS et hsp 90, qui potentialise l’activation de eNOS [61]. Ces résultats obtenus sur cellules isolées ont été confirmés chez l’animal [62]. Après avoir induit une athérosclérose chez le lapin par un régime hypercholestérolémiant pendant huit semaines, les animaux ont été soumis pendant 12 semaines soit à un régime normal seul, soit un régime normal plus simvastatine, soit au régime hypercholestérolémique initial. Le traitement par la simvastatine diminue la surface des lésions d’athérosclérose, stabilise le niveau des ARNm de eNOS, augmente la production de NO, diminue la production de O2.-et de peroxynitrite et améliore la relaxation fonctionnelle des artères. Ces effets peuvent être suffisants pour expliquer la stabilisation de l’athérome sous simvastatine.

Par contre, les travaux de l’équipe de Boger [21, 45] n’ont pas montré d’effet de la lovastatine sur l’élimination urinaire de nitrate ou l’adhésion des polynucléaires neutrophiles à l’endothélium chez des lapins hypercholestérolémiques. Ceci pourrait être en rapport avec le schéma expérimental (durée de l’expérimentation, choix de la statine, de la dose et du mode d’administration).

Par ailleurs, chez le lapin hypercholestérolémique, la production totale de NO est augmentée, mais son inactivation par le O2.-diminue sa disponibilité au niveau de l’endothélium. La mesure des concentrations en NO et O2.-par des microcapteurs sur cellule unique permet d’apprécier l’effet de la cérivastatine sur la disponibilité du NO au niveau cellulaire. Lors de la stimulation de la production de NO par la cérivastatine, seules des traces de O2.-sont produites, pendant les 40 premières secondes. Cet effet initial n’est pas contrecarré par le mévalonate. L’activation de la eNOS par le calcium provoque une forte production de NO, rapidement suivie d’une production de O2.-, peut-être due à une carence en arginine dans l’environnement de la eNOS. L’augmentation de la biodisponibilité de NO dans les cellules endothéliales contribue donc aux effets pléiotropiques de la cérivastatine [63].

Enfin, récemment, Tokoro et al. [64] ont mis en évidence l’effet protecteur de la pitavastatine sur la eNOS contre les effets délétères du TNF-α sur des cellules endothéliales humaines de veines ombilicales (Huvec).

 

Effets combinés de l’arginine et d’une statine

 

Au regard des données concernant les effets de l’arginine et des statines dans les maladies cardiovasculaires, notre équipe [65] a testé l’hypothèse qu’une thérapie associant une prise en charge nutritionnelle (avec une supplémentation en arginine) et une thérapie pharmacologique (avec une statine) serait plus efficace pour le traitement de l’athérosclérose que l’une ou l’autre des deux prises en charges. En effet, cette combinaison vise à potentialiser la voie du NO d’une part, en augmentant l’activité de la eNOS via les statines et, d’autre part, en augmentant la disponibilité du substrat via la supplémentation en arginine.

Pour cette étude, nous avons choisi des lapins Watanabe hypercholéstérolémiques héréditaires homozygotes : ces animaux présentent une déficience totale du récepteur des LDL et constituent donc un bon modèle de l’hypercholestérolémie familiale. Les animaux ont été traités pendant huit semaines avec soit un régime normal seul, soit un régime enrichi en arginine à 1,5 % (soit un apport quotidien de 1 g/kg de poids/j), soit un régime normal et une statine, l’atorvastatine, dans l’eau de boisson (2,5 mg/kg de poids/j), soit un régime enrichi en arginine à 1,5 % et l’atorvastatine dans l’eau de boisson (2,5 mg/kg de poids/j). Nous avons mesuré la concentration plasmatique d’un marqueur de la production du NO, les nitrites/nitrates (NOx), parallèlement à la mesure de la concentration plasmatique d’arginine. Comme attendu, la concentration plasmatique d’arginine est fortement augmentée chez les animaux recevant l’arginine seule, et dans le même temps nous observons une élévation des NOx. Chez les animaux recevant de l’arginine et l’atorvastatine, la concentration plasmatique d’arginine est augmentée mais de façon moins importante par rapport aux animaux ayant l’arginine seule. De plus, la concentration des NOx est diminuée chez ces animaux ayant reçu à la fois l’arginine et l’atorvastatine. Bien que ces résultats puissent sembler surprenants, ils sont en accord avec le travail de Pereira et al. [66]. Leur travail, associant la simvastatine et l’arginine chez l’homme, a envisagé l’effet de celles-ci sur la vasodilatation des artères branchiales. Ils ont montré que la simvastatine diminuait la production des métabolites du NO indépendamment de l’arginine. Dans notre étude, il pourrait s’agir d’une meilleure utilisation de l’arginine au niveau endothélial ce qui expliquerait que sa concentration n’augmente pas au niveau plasmatique. Enfin, la surface des lésions d’athérosclérose a été évaluée en tant que marqueur de l’évolution de l’athérosclérose. Notre travail a mis en évidence une diminution de 38 % des lésions sur la surface totale de l’aorte chez les animaux recevant l’arginine et l’atorvastatine par rapport aux animaux traités par la statine seule. De même, sur la surface distale de l’aorte, nous observons une diminution de 61 % des lésions pour les animaux traités par la combinaison par rapport aux animaux avec la statine seule.

À notre connaissance, aucun autre travail ne s’est intéressé à la combinaison statine-arginine comme traitement de l’athérosclérose et cette association d’un nutriment et d’un médicament ouvre un nouveau domaine de stratégie thérapeutique.

 

Conclusion

L’arginine joue un rôle métabolique et nutritionnel essentiel.

Son implication dans l’athérosclérose via la voie du NO en est un exemple.

De nombreux résultats chez l’animal confirment l’intérêt de son administration thérapeutique ; cependant il est certainement nécessaire d’accompagner la supplémentation en arginine notamment en assurant aussi un apport optimal de cofacteurs de la eNOS tels que la tétrahydrobioptérine ou encore le calcium. D’ailleurs, Jiang et al. [67] montrent que la fonction endothéliale est restaurée lorsque l’apport en substrat et cofacteurs est optimal.

 

L’intérêt d’associer une statine à l’arginine pour le traitement de l’athérosclérose est double : une association pourrait permettre de diminuer les doses de statines ce qui d’une part, diminuerait les effets secondaires, en particulier musculaires (rhabdomyolyse) et, d’autre part, diminuerait les coûts de traitement.

Il reste alors à explorer les mécanismes moléculaires impliqués dans les effets d’une telle combinaison et les éventuelles relations avec les différentes voies métaboliques de l’arginine.

Ces études pourraient aussi déboucher sur une meilleure compréhension de la physiopathologie de l’athérosclérose et aider à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques [68].

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Published by chronimed - dans Nutrition
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