Périple à haut risque des radicaux libres, pathogenèse et prévention - Prévention Santé
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Périple à haut risque des radicaux libres, pathogenèse et prévention

Le stress oxydatif peut être décrit par l’attaque des cellules par les radicaux libres.  Ce processus implique les espèces réactives à l’oxygène (ERO) et à l’azote (ERN) dites encore radicaux libres, leur toxicité ainsi que le déséquilibre de production des espèces réactives à l’oxygène et celles réactives à l’azote et le système de défense antioxydant [1,2].

Le stress oxydatif observé au niveau cellulaire est une notion bien différente du stress psychologique au niveau de l’organisme.

Avant de s’étendre sur le sujet, rappelons que cette note est une introduction au stress oxydatif, ses quelques aspects ainsi que son implication en pathologie. Un bref aperçu des processus et des conséquences du stress oxydatif dans les cellules, les tissus, les organes et les organismes entiers sera décrit dans une courte série d’articles à venir.

Le stress oxydatif est impliqué dans des altérations de l’ADN, des protéines et des lipides ainsi que  leurs conséquences dans le développement des maladies du système nerveux, cœur, poumons, reins, foie, etc.. Il peut être aussi lié aux maladies qui impliquent  de multiples organes et maladies systémiques ainsi que  le cancer et le diabète [3,4].

Des études approfondies en pathogenèse indiquent l’implication du stress oxydatif et des espèces réactives d’oxygène dans un large spectre de maladies [3,4]. De nombreuses maladies causées par une inflammation peuvent en fait être induites par le  stress oxydatif [5-7]. Le stress oxydatif a également été impliqué dans les maladies qui se développent au niveau du cerveau [8-10] ou celles qui ne possèdent aucune origine pathogène [11-13].

De nouvelles techniques permettent de mettre en évidence les ERO présents dans les cellules et le sang au cours de leur formation ainsi que la progression de la maladie, et bien même avant l’apparition des symptômes [14-17].

Les quantités excessives des ERO sont soit produites dans l’organisme en appel à des défenses pathogènes ou générées à des niveaux normaux mais non neutralisées en raison de la capacité antioxydante insuffisante du système d’homéostasie [18]. Rappelons qu’en biologie et en systémique, l’homéostasie est un phénomène par lequel un facteur clé (ici c’est le statut redox ou la quantité des ERO) est maintenu autour d’une valeur bénéfique pour le système considéré, grâce à un processus de régulation.

Les ERO sont formées comme intermédiaires et sous-produits dans le cycle de production d’énergie dans les mitochondries, au cours de la chaîne respiratoire et dans le réticulum endoplasmique[19]. La génération des ERO prend également place dans les neutrophiles et les macrophages au cours de l’inflammation et dans d’autres activités métaboliques cellulaires normales[18].

Les radicaux libres sont produits en réponse aux conditions environnementales, telles que l’exposition aux rayons ultraviolets, la consommation de tabac, d’alcool ou de drogues, l’exposition prolongée aux polluants environnementaux (agents oxydants forts, ions de métaux lourds, herbicides et pesticides, photo-sensibilisateurs, etc.), la lumière UV ou le rayonnement ionisant, ainsi que la génération interne dans les processus physiologiques normaux [13].

Les enzymes impliquées dans la protection des cellules contre les effets néfastes des ERO comprennent la Superoxyde Dismutase (SOD)[20], la glutathion peroxydase (GPX), la catalase (CAT) et bien d’autres systèmes enzymatiques et non-enzymatiques. Pour éviter la propagation de mutations, plusieurs mécanismes de réparations de l’ADN et d’initiation d’apoptose (mort cellulaire)  ont été développés au niveau cellulaire[21].

Le stress oxydatif à court terme appelé encore choc oxydatif peut également être bénéfique dans le traitement des symptômes du vieillissement en induisant des réponses antioxydatives naturelles. Par exemple, pour réduire le stress oxydatif chronique chez les patients âgés atteints de maladie cardiovasculaire, les thérapies par l’ozone ont montré une certaine amélioration de l’état redox[22]. Cependant, de tels cas ne sont pas sans controverse puisque même une faible dose d’ozone peut induire un cancer. De même, l’augmentation des taux des ERO après activité sportive modérée chez les personnes âgées souffrant de stress oxydatif chronique, est généralement bénéfique pour améliorer les  réponses antioxydantes cellulaires[23].

L’action des antibiotiques en tuant les bactéries par un mécanisme oxydant est également un sujet de controverse. Alors que certains pensent que les antibiotiques tuent les bactéries par induction des ERO, d’autres chercheurs  ont montré qu’il n’y avait pas de génération des ERO lors de l’attaque de pathogènes suggérant que la létalité est probablement la conséquence de l’inhibition de la synthèse des protéines, la réplication de l’ADN et d’autres processus vitaux[24-27].

La production des ERO doit être régulée durablement pour garantir une homéostasie du système redox. L’homéostasie du statut redox est un  processus actif correspondant à un  contrepoids en antioxydants afin d’éviter le  glissement dans un stress oxydatif ou un  état de déficience immunitaire. Le maintien de cette homéostasie dépend  d’un organisme sain. Tous les organismes vivants sont dotés d’une telle homéostasie et les mécanismes de son maintien [18].

La régulation de la production des ERO est complexe et se compose de nombreuses voies: (i) le réapprovisionnement autonome d’antioxydants stockés et synthétisés dans différents tissus et cellules, (ii) De nombreuses protéines contenant du souffre pouvant agir comme capteurs de radicaux libres, notons que l’environnement biologique peut facilement modifier ces protéines,  un fait très important pour le contrôle des fonctions protéiques et enfin (iii) certains petits antioxydants biomoléculaires, tels que le glutathion, la vitamine E et la vitamine C qui sont des tampons pour les radicaux libres interagissant avec divers composants cellulaires et influençant l’organisation de la défense, l’activité enzymatique, ainsi que la croissance et le développement de la cellule en modulant  la mitose (division cellulaire),  la sénescence (vieillissement cellulaire) et la mort cellulaire. Ces antioxydants peuvent également influencer l’expression des gènes associés aux réponses au stress pour optimiser les défenses cellulaires [28].

Il faut noter que la production d’énergie par la cellule génère une multitude de radicaux libres qui sont capables d’infliger des dommages aux acides nucléiques, protéines et lipides. Ainsi, de concert avec les  oxydants externes, les ERO générées en interne peuvent provoquer un stress oxydatif qui doit être géré par l’organisme afin de survivre [28].

Le stress oxydatif prolongé peut conduire à de maladies graves et un vieillissement accéléré. De nombreux oxydants exogènes puissants, produits ou utilisés dans divers processus industriels, qui sont ensuite déversés dans l’environnement créant de très sérieux problèmes de pollution. On cite le chrome, le chlore, l’ozone, les oxydes d’azote et d’autres [29-32]. Par exemple, les espèces de chromate et de bichromate fortement oxydantes, maintenant interdit en Europe et aux États-Unis, sont mutagènes, cancérogènes et provoquent des dégâts de l’ADN. De même que les perchlorates et les composés communs tels que les hypochlorites et le chlore utilisés habituellement comme agents de blanchiment et pour la désinfection de l’eau.Certains pesticides et herbicides sont également des oxydants forts[33,34], par exemple, le Parquât utilisé auparavant sous licence dans certains pays comme les États-Unis causant une grave menace pour la santé, selon le type d’exposition. Ses symptômes aigus peuvent  commencer par une insuffisance pulmonaire arrivant à une fibrose  pulmonaire. A très faible dose et en présence de peroxyde d’hydrogène, le parquât a été montré causer des dommages à l’ADN[30].

Les espèces réactives d’oxygène sont formées en sous-produits de diverses réactions des oxydants exogènes (principalement l’oxygène inhalé de l’atmosphère) et les carburants (Aliments ingérés et nutriments). Dans des conditions normales, la génération des ERO reste bien équilibrée par les mécanismes d’homéostasie et bien contrôlés par des réactions catalysées par des enzymes. La réduction totale de l’oxygène moléculaire nécessite la transmission de quatre électrons.  Ce processus est catalysé par des enzymes étape par étape produisant une variété d’intermédiaires dont je cite un radical libre; l’anion superoxyde, neutralisé par des antioxydants comme le glutathion (GSH) et la Superoxyde Dismutase. La carence en SOD entraîne diverses mutations et diverses pathologies, y compris la neurodégénérescence, l’acidose lactique, la myopathie, une atrophie musculaire, le cataracte, la réduction de la durée de vie, une baisse de la fertilité, le  cancer du foie.. etc [28].

Certains radicaux libres comme le radical hydroxyle (HO•) est particulièrement très délétère vis-à-vis des matériaux biologiques, étant capable de causer des dommages aux acides nucléiques, aux protéines et aux lipides. Au niveau de  l’ADN, il peut induire des ruptures de brins, une oxydation de bases,  etc. Ces lésions peuvent être irréparables et entraîner des mutations et une carcinogenèse. La génération des radicaux HO• sert de rôle défensif afin  de lutter contre les agents pathogènes, mais cela peut nuire à l’hôte si les radicaux HO• ne sont pas neutralisés rapidement. Bien heureusement, la durée de vie des radicaux HO• est très courte (quelques nanosecondes) afin qu’ils ne puissent diffuser loin de leur lieu de leur formation [28]. (A suivre)

 

Références

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Crédit photo : pixabay.com

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