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Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs): nuclear receptors at the crossroads between lipid metabolism and inflammation


Sang Thrombose Vaisseaux. Volume 13, Number 2, 82-8, Février 2001, Mini-revues


Résumé   Summary  

Author(s) : Virginie Bocher, Giulia Chinetti, Jean-Charles Fruchart, Bart Staels, U. 325 Inserm, département d’athérosclérose, institut Pasteur de Lille, 1, rue Calmette, 59019 Lille.

Summary : Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) a, d (b) and g are ligand-activated transcription factors that belong to the nuclear receptor family. PPARa has been shown to bind and be activated by leukotriene B4 and the hypolipidemic drugs of the fibrate class, whereas prostaglandin J2 derivatives and the antidiabetic glitazones are respectively natural and synthetic ligands for PPARg. PPARa and PPARg function as important regulators of lipid and lipoprotein metabolism, cellular differentiation and glucose homeostasis. Recently, detailed studies of PPARs expression in different immunological and vascular wall cell types have pointed out the roles that these receptors play in inflammation control and apoptosis. Taken together, these observations suggest a modulatory role for PPARs in the control of inflammatory response and in inflammation-related processes, such as atherosclerosis.

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ARTICLE

Les PPAR (peroxisome proliferator-activated receptors) appartiennent à la famille des récepteurs nucléaires qui se définissent comme des facteurs de transcription activés par un ligand. Identifiés en 1990 dans la réponse aux proliférateurs de peroxisomes, leurs rôles dans la régulation du métabolisme des lipides et des lipoprotéines, dans l'homéostasie du glucose ainsi que dans la différenciation cellulaire ont d'abord été mis en évidence. Plus récemment, ils ont également été mis en cause dans le développement de cancers et dans le contrôle de la réponse inflammatoire et des troubles qui y sont associés. De nouvelles données suggèrent l'implication des PPAR dans le métabolisme des médiateurs lipidiques de l'inflammation ainsi que dans la régulation de la transcription des gènes de la réponse inflammatoire.

Mécanismes d'action moléculaire des PPAR

Trois types de PPAR, dénommés alpha, delta (également appelé beta ou NUC-1) et gamma ont été décrits. Ils sont codés par des gènes distincts et caractérisés par des distributions tissulaires différentes. Après hétérodimérisation avec le retinoid-X-receptor (RXR), les PPAR reconnaissent des séquences spécifiques, les peroxisome proliferator response elements (PPRE) situées dans les régions promotrices des gènes cibles (figure 1). Les PPAR peuvent aussi réprimer la transcription en interférant négativement avec les voies de signalisation NF-kappaB, STAT et AP-1, vraisemblablement par interaction protéine-protéine et rétention de cofacteurs, sans liaison directe à l'ADN (figure 2). Cette trans-répression constitue probablement un des mécanismes de base des propriétés anti-inflammatoires des PPAR [1].

Distribution tissulaire et régulation des PPAR

Distribution tissulaire des PPAR

Alors que PPARalpha est exprimé principalement dans les tissus où le catabolisme des acides gras est important, tels que le foie, les reins, le cœur et les muscles, PPARgamma est exprimé de façon préferentielle dans le tissu adipeux [1]. Il est par ailleurs détecté dans les glandes mammaires et de nombreux autres tissus [1]. PPARalpha et PPARgamma sont également exprimés dans les cellules de la paroi vasculaire : ils ont été mis en évidence dans les cellules endothéliales [2], dans les cellules musculaires lisses [3] ainsi que dans les monocytes/macrophages [4-6]. De plus, ils ont été trouvés dans la région sous-endothéliale et dans le noyau lipidique des lésions athérosclérotiques où ils colocalisent avec des marqueurs spécifiques des macrophages, des cellules musculaires lisses et des cellules spumeuses [7, 8]. Enfin, l'expression tissulaire de PPARdelta est ubiquitaire [1]. En effet ce récepteur est exprimé dans le cœur, le tissu adipeux, le cerveau, l'intestin, les muscles, la rate, les poumons et les glandes surrénales.

Régulation de l'expression des PPAR par des cytokines et des médiateurs de l'inflammation

Bien que l'expression des PPAR soit régulée par un grand nombre de facteurs, il a récemment été montré que diverses cytokines inflammatoires, dont le TNFalpha, l'interleukine (IL)-1alpha et beta et l'IL6, réduisent l'expression de PPARgamma dans des adipocytes de rat [9]. Cet effet est inversé après traitement par différentes glitazones [9]. En outre, dans les macrophages humains, des médiateurs de l'inflammation dérivés des oxLDL, l'acide 9-hydroxyoctadécadiénoïque (9-HODE) et l'acide 13-hydroxyoctadécadiénoïque (13-HODE) augmentent la transcription de PPARgamma [10].

Ligands synthétiques et naturels des PPAR

Les PPAR sont activés par des composés pharmacologiques, ainsi que par certains acides gras et dérivés d'acides gras [11]. PPARalpha est activé par des eicosanoïdes naturels dérivés de l'acide arachidonique par l'intermédiaire de la lipo- oxygénase tels que l'acide 8-S-hydroxyeicosatétraénoïque (8S-HETE) [11] et le leucotriène B4 (LTB4) [12], ainsi que par des phospholipides oxydés provenant des oxLDL [13]. Par ailleurs, les fibrates, des médicaments du traitement de l'hypertriglycéridémie et de l'hyperlipidémie combinée, sont des ligands synthétiques de PPARalpha [11]. PPARgamma est activé par divers métabolites de l'acide arachidonique provenant des voies de la cyclo-oxygénase et de la lipo-oxygénase, tels que la PG-J2 et le 15-HETE [10, 11]. PPARgamma a également pour ligands naturels des dérivés d'acides gras provenant de LDL oxydées tels que le 9-HODE et le 13-HODE [10] (figure 1). Enfin, les glitazones, des antidiabétiques oraux, sont des ligands synthétiques dotés d'une haute affinité pour PPARgamma [11]. En dehors des fibrates et des glitazones, d'autres principes actifs pourraient être des agonistes des PPAR. Lehmann et al. ont montré que des anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS), tels que l'indométacine ou l'ibuprofène, activent PPARgamma [14]. Certains AINS pourraient également être des ligands pour PPARalpha.

Rôle des PPAR dans le métabolisme des médiateurs lipidiques de l'inflammation

Le rôle de PPARalpha dans le métabolisme des HDL a été démontré chez des souris déficientes en PPARalpha [15]. De plus, les PPAR régulent de façon tissu-spécifique (par l'intermédiaire de PPARalpha dans le foie et de PPARgamma dans le tissu adipeux) l'expression de gènes impliqués dans la lipolyse, telle que la lipoprotéine lipase (LPL) [15], et dans le transport des acides gras, tels que la fatty acid transport protein (FATP) [15], la fatty acid translocase (FAT/CD36) [16] ou l'acyl-CoA synthétase [15]. En outre, PPARalpha régule l'oxydation des acides gras dans le foie, et de nombreux gènes impliqués dans les voies de la beta- et omega-oxydation possèdent un PPRE dans leur région promotrice. De cette façon, PPARalpha pourrait augmenter la dégradation des médiateurs de l'inflammation dérivés des lipides. En effet, l'inflammation provoquée par l'acide arachidonique ou son dérivé LTB4 est prolongée chez la souris déficiente en PPARalpha [12]. La fixation du LTB4 au PPARalpha entraîne l'activation de la transcription d'enzymes impliquées dans les beta- et omega-oxydations hépatiques. Par un tel mécanisme de rétrocontrôle, le LTB4 ou d'autres dérivés d'acides gras peuvent induire leur propre catabolisme par activation de PPARalpha, limitant ainsi leur action inflammatoire [12].

PPAR et contrôle de l'inflammation

Outre leur rôle crucial dans la beta-oxydation, les PPAR exercent également une action anti-inflammatoire directe. Ce rôle potentiel des PPAR dans l'inflammation a d'abord été suggéré par l'observation d'un antagonisme entre PPARgamma et la cytokine pro-inflammatoire TNFalpha. Cette dernière inhibe l'adipogénèse par la régulation négative de facteurs adipogènes tels que C/EBPalpha et PPARgamma [17]. Des études chez le rat obèse ont aussi montré que les ligands naturels et synthétiques de PPARgamma réduisent l'expression de TNFalpha dans le tissu adipeux blanc mésentérique et rétropéritonéal [18]. L'ensemble de ces données indique que les PPAR exercent un effet anti-inflammatoire dans le tissu adipeux.

PPAR et monocytes/macrophages

PPARalpha et PPARgamma sont tous deux exprimés dans les macrophages humains différenciés [4]. Le rôle de PPARgamma dans l'initiation de la différenciation des monocytes en macrophages a été suggéré [16], cependant, non seulement il n'est pas exprimé dans les monocytes humains [4] mais il a été récemment confirmé qu'il n'est pas indispensable au processus de différenciation [19, 20]. Toutefois, les PPAR régulent la physiologie des monocytes/macrophages ainsi que leur réponse aux stimuli inflammatoires au sein de la paroi artérielle. D'après Ricote et al. [5], l'expression de PPARgamma est notablement augmentée dans les macrophages activés de souris et les ligands naturels et synthétiques de PPARgamma inhibent l'induction de la transcription des gènes de la nitric oxyde synthase inductible (iNOS), de la gélatinase B (MMP-9) et du scavenger receptor A (figure 3) en interférant avec les facteurs de transcription AP-1, NF-kappaB et STAT1 [5]. Certaines études ont suggéré que l'incubation de monocytes humains avec des ligands naturels et synthétiques de PPARgamma inhiberait la production de cytokines pro-inflammatoires telles que TNFalpha, IL1beta ou IL6 [6]. Cependant, Thieringer et al. ont montré que les ligands synthétiques de PPARgamma n'ont pas d'influence sur la production de ces cytokines dans les macrophages après stimulation par le LPS ou le PMA [21]. D'après Rossi et al., l'effet inhibiteur de la PG-J2 s'exerce probablement par inhibition de l'IkappaB kinase beta et non par PPARgamma [22]. Une étude récente semble indiquer que les effets observés avec les glitazones sont indépendants de ce récepteur, car la production de TNFalpha et d'IL6 serait également inhibée dans des macrophages déficients en PPARgamma stimulés par le LPS [19]. Toutefois, ces conclusions sont à nuancer car les ligands de PPARgamma ont été utilisés dans ces expériences à des concentrations bien supérieures à leurs constantes de dissociation et il a été montré que les agonistes de PPARgamma induisent l'apoptose des macrophages [4]. De plus, il a déjà été montré que les cytokines mesurées dans cette étude [19] ne sont pas régulées par les agonistes synthétiques de PPARgamma dans les macrophages [21]. Le rôle de PPARgamma dans l'inflammation reste donc à préciser.

PPAR et paroi vasculaire

L'athérosclérose est un processus à long terme qui implique le recrutement et l'activation de différents types cellulaires, en particulier les monocytes/macrophages, les cellules endothéliales, les cellules musculaires lisses, et les lymphocytes T de l'intima, entraînant ainsi une réponse inflammatoire locale [23]. Des études cliniques ont montré que les fibrates ralentissent la progression de la lésion athérosclérotique chez l'Homme et chez l'animal, suggérant l'implication des PPAR dans l'athérosclérose. De plus, la troglitazone inhibe la prolifération des cellules musculaires lisses et diminue l'épaisseur de l'intima et de la media dans les carotides humaines [1]. Une étude récente a également montré que des agonistes spécifiques de PPARgamma inhibent le développement de l'athérosclérose chez des souris mâles déficientes pour le récepteur des LDL [24]. Enfin, il a été montré que les PPAR sont exprimés, au sein de la lésion athérosclérotique, dans les macrophages, les cellules musculaires lisses et les cellules spumeuses [7, 8, 16].

Dans la paroi vasculaire, les PPAR interfèrent avec le chimiotactisme et l'adhésion cellulaire des monocytes, des lymphocytes T et des éosinophiles. Dans les cellules endothéliales humaines, les glitazones inhibent la transcription de MCP-1, une protéine qui joue un rôle clé dans le recrutement des monocytes lors de l'athérogénèse [25] (figure 3). De plus, les oxLDL inhibent par l'intermédiaire de PPARgamma l'expression de CCR2, le récepteur de MCP-1, dans les monocytes/macrophages [26]. Les agonistes de PPARgamma diminuent aussi le recrutement des monocytes/macrophages au niveau de la plaque athérosclérotique in vivo chez les souris déficientes en ApoE [27]. Dans les monocytes/macrophages, les ligands des PPAR réduisent également la sécrétion et l'activité de MMP-9, une enzyme impliquée dans l'instabilité des plaques d'athérome [8] (figure 3). Une étude récente montre que dans les cellules endothéliales, les activateurs de PPARgamma peuvent aussi inhiber l'expression des chimiokines CXC IP-10 (IFN-inducible protein of 10 kDa), Mig (monokines induced by IFN) et I-TAC (IFN-inducible T-cell alpha-chemoattractant) induite par l'IFNgamma [28]. En outre, les agonistes de PPARalpha inhibent l'expression de VCAM-1, une molécule d'adhésion qui intervient dans le recrutement des leucocytes au sein de la lésion athérosclérotique [29] (figure 3). Dans les cellules endothéliales, les ligands de PPARalpha et gamma répriment l'expression de l'endothéline-1, un peptide vasocontricteur capable d'induire la prolifération des cellules musculaires lisses [2]. Par ailleurs, dans les cellules musculaires lisses d'aorte humaine, les fibrates inhibent la sécrétion d'IL6 et de 6-keto-PG-F1alpha par interférence négative avec NF-kappaB et inhibition de la COX-2 inductible [3]. Les fibrates exercent donc une action anti-inflammatoire dans la paroi vasculaire par l'intermédiaire de PPARalpha [30]. Enfin, plusieurs études ont exploré le rôle potentiel des PPAR dans la formation des cellules spumeuses (figure 3). En effet, d'une part, les 9- et 13-HODE dérivés des oxLDL [16] et les ligands synthétiques de PPARgamma [19, 20] induiraient l'expression du récepteur des oxLDL (CD36/FAT) par l'intermédiaire de PPARgamma. D'autre part, les activateurs naturels et synthétiques de PPARgamma inhiberaient l'induction du scavenger receptor A (SR-A) impliqué dans la capture des LDL acétylées [5]. D'après certains auteurs, dans des macrophages dérivés de cellules souches embryonnaires, la troglitazone inhiberait l'expression protéique du SR-A par l'intermédiaire de PPARgamma [20] ; en revanche, la rosiglitazone et la troglitazone ne semblent pas avoir d'effet sur l'expression de l'ARN messager du SR-A [19, 20], ce qui suggère une régulation au niveau post-transcriptionnel. In vivo, on n'observe pas non plus de modification des taux d'ARN messager du SR-A au niveau de la lésion athérosclérotique après traitement de souris déficientes pour le récepteur des LDL par des agonistes spécifiques de PPARgamma (rosiglitazone et GW7845) [24]. Ainsi par ces effets opposés sur la régulation de CD36 et de SR-A, PPARgamma n'entraînerait pas d'accumulation significative du cholestérol dans les macrophages et ne semble donc pas exacerber la formation des cellules spumeuses. Au contraire, dans les macrophages humains, les ligands de PPARalpha et de PPARgamma induisent l'expression du scavenger receptor CLA-1/SR-BI impliqué dans l'efflux du cholestérol et son transport vers le foie pour y être dégradé [7]. D'après une autre étude récente, ils augmenteraient aussi l'efflux de cholestérol des macrophages par induction indirecte de l'expression du transporteur de la famille des ATP-binding cassette, ABCA1, par l'intermédiaire d'un autre récepteur nucléaire, le liver X receptor alpha (LXRalpha) [31].

PPAR, facteurs hémostatiques et protéines de phase aiguë

Un déséquilibre des facteurs pro- et antithrombotiques peut entraîner des troubles coronaires aigus. Ainsi l'inhibiteur de l'activateur du plasminogène (PAI-1) possède des propriétés antifibrinolytiques et prothrombotiques. Différentes études suggèrent une régulation de PAI-1 par les ligands des PPAR, mais leur rôle reste controversé [32-34].

D'autre part, des études cliniques ont montré que le fénofibrate diminue les concentrations plasmatiques d'IL6, de fibrinogène et de C-reactive protein (CRP) chez des patients présentant une hyperlipidémie modérée [3]. En outre, chez des sujets atteints d'hyperlipoprotéinémie de type IIb, les fibrates réduisent les concentrations plasmatiques de TNFalpha et d'interféron gamma [35]. Ainsi, ces données sont en faveur d'une activité anti-inflammatoire des agonistes de PPARalpha chez l'homme.

CONCLUSION

De nombreux travaux ont permis de faire évoluer rapidement notre compréhension des fonctions physiologiques des PPAR. D'abord reconnus pour leur rôle clé dans la régulation du métabolisme des lipides et des lipoprotéines, ils ont plus récemment été impliqués dans le métabolisme des médiateurs lipidiques de l'inflammation et dans les maladies à composante inflammatoire telle que l'athérosclérose. Ces observations suggèrent que des composés pharmacologiques ou nutritionnels pourraient moduler l'activation des cellules immunitaires par l'intermédiaire des PPAR.

Remerciements

Ce travail a bénéficié du soutien de la Fondation pour la Recherche Médicale (GC), de l'Arcol et de la Communauté européenne (QLRT-1999-01007).

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