Effect of atrial natriuretic factor on lipolysis

ARTICLE

Auteur(s) : Cédric Moro, Coralie Sengenès, Jean Galitzky, François Crampes, Max Lafontan, Michel Berlan

Unité de recherche sur les obésités, Inserm U586, Institut Louis Bugnard, CHU Rangueil, Bât. L3, 31403 Toulouse cedex 4, France

Les graisses issues de l’alimentation sont quasi-exclusivement stockées sous forme de triglycérides dans le tissu adipeux qui joue un rôle clé dans le maintien de l’équilibre énergétique et du poids corporel. Il détermine la biodisponibilité des acides gras non estérifiés (AGNE) dans le sang suivant les besoins de l’organisme. La mobilisation des lipides dépend de la lipolyse, i.e. processus de dégradation des triglycérides en AGNE et glycérol. L’étape limitante de la lipolyse est sous le contrôle de la lipase hormono-sensible (LHS) dont l’activité est régulée par différents facteurs neuroendocriniens. Jusqu’ici, la régulation physiologique de la lipolyse chez l’homme était considérée comme relevant essentiellement des catécholamines et de l’insuline. Nous avons récemment identifié une nouvelle voie d’activation de la lipolyse contrôlée par les peptides natriurétiques (PN), facteurs d’origine cardiaque connus pour leurs propriétés hypovolémiantes et vasodilatatrices. Les aspects moléculaires, pharmacologiques et fonctionnels de cette nouvelle voie lipolytique seront détaillés dans cette revue. Enfin, le rôle physiologique et physiopathologique possible de cette nouvelle voie sera discuté.

Physiologie des peptides natriurétiques

En 1981, de Bold et al. [1] observent qu’une perfusion d’extraits de tissus atriaux chez des rats cause une importante natriurèse et diurèse. Cette observation a conduit à l’isolement et au clonage du premier membre de la famille des peptides possédant des activités natriurétiques, diurétiques et vasorelaxantes. La famille des PN comprend à ce jour au moins quatre membres : l’atrial natriuretic peptide (ANP), le brain NP (BNP), le C-type NP (CNP) et le dendroaspis NP (DNP). L’ANP est synthétisé par l’oreillette droite et sécrété en réponse à une hausse de la pression intra-atriale. Diverses neurohormones, telles que les catécholamines, l’angiotensine-II, l’endothéline-I et l’hormone anti-diurétique sont susceptibles de stimuler sa sécrétion [2]. Le BNP est principalement exprimé par les ventricules cardiaques. Le DNP pourrait exister à l’état circulant chez l’homme, synthétisé principalement par les oreillettes cardiaques. Les concentrations circulantes de ces peptides sont élevées chez les patients insuffisants cardiaques chroniques ou atteints d’hypertrophie ventriculaire gauche [3]. Une nette corrélation existe entre les concentrations plasmatiques de BNP et le degré de sévérité de la maladie. Par ailleurs, les taux de BNP sont un facteur prédictif d’insuffisance cardiaque et de mort subite [4, 5]. Le CNP est produit au niveau du cerveau, des reins et de l’endothélium des vaisseaux. Etant dépourvu d’activité natriurétique, il exerce un rôle autocrine/paracrine dans la régulation du tonus vasculaire et n’existe qu’à l’état de trace dans le sang [2].
Ces peptides interagissent avec des récepteurs à un seul domaine transmembranaire divisés en deux sous-familles. La première est composée des récepteurs NPR-A et NPR-B (NPR, natriuretic peptide receptor) doués d’une activité guanylyl-cyclase dans leur portion intracytoplasmique, générant du GMPcyclique (GMPc) comme second messager intracellulaire [6]. La deuxième comprend le NPR-C dépourvu du domaine intracellulaire, appelé récepteur de clearance, impliqué dans le captage et la dégradation des PN circulants. Le NPR-A est structuralement proche du NPR-B avec lequel il possède 44 % d’homologie pour le domaine de liaison au ligand. L’ANP, le BNP et le DNP recrutent préférentiellement le NPR-A. Ce récepteur est exprimé au niveau du rein, des corticosurrénales, des vaisseaux mais aussi du tissu adipeux. Le CNP interagit avec le NPR-B qui est prédominant dans le tractus uro-génital et le cerveau. Le NPR-C est exprimé abondamment dans le rein, les corticosurrénales et le tissu adipeux [6].
Les PN sont essentiels au contrôle de l’équilibre hydro-sodée et de la volémie. Ils stimulent la natriurèse directement par des effets hémodynamiques rénaux et sur le tubule rénal, et indirectement en diminuant l’activité du système rénine-angiotensine-aldostérone et du système nerveux sympathique [2]. Les PN jouent un rôle physiopathologique dans l’hypertension artérielle et l’insuffisance cardiaque chronique (ICC). Une résistance rénale à la natriurèse-induite par les PN apparaît et favorise la surcharge plasmatique en sodium chez les patients atteints d’ICC [7].

Régulation de la lipolyse du tissu adipeux

La lipolyse résulte d’une interaction complexe entre différents systèmes activateurs et inhibiteurs de la production d’AMPc. Les principaux systèmes de régulation sont les catécholamines et l’insuline. L’adrénaline et la noradrénaline recrutent différentiellement des récepteurs β₁- et β₂-adrénergiques activateurs et des récepteurs α₂-adrénergiques inhibiteurs de la lipolyse [8]. L’adrénaline active préférentiellement le récepteur α₂-adrénergique aux faibles concentrations. L’insuline, principale hormone antilipolytique, active la phosphodiestérase (PDE)-3B (majoritaire dans le tissu adipeux) qui assure le catabolisme de l’AMPc (figure 1). Le cortisol et les hormones thyroïdiennes ont des effets permissifs sur la voie β-adrénergique. L’hormone de croissance possède une faible activité lipolytique et son effet est lent à se manifester (2 h après exposition des adipocytes) [8].

Régulation de la lipolyse par les peptides natriurétiques

Caractéristiques pharmacologiques

La présence de récepteurs à l’ANP dans le tissu adipeux brun de rat a été observée en 1988 par Okamura et al. [9], ces auteurs ont vérifié la fonctionnalité du récepteur en mesurant le GMPc intracellulaire mais n’ont pas noté d’effets sur la lipolyse. Nous avons montré que le tissu adipeux de rongeurs, de lapin et de chiens exprime fortement le NPR-C dépourvu d’activité guanylyl-cyclase et très faiblement le NPR-A [10]. La production de GMPc après activation du NPR-A dans les adipocytes de ces animaux ne serait pas suffisante pour générer une lipolyse. L’expression de récepteurs à l’ANP avait été suspectée dans le tissu adipeux humain sur la base de la présence d’ARNmessagers de NPR-A et NPR-C [11].
L’ANP et le BNP induisent chez les primates une lipolyse maximale et l’ANP possède une efficacité lipolytique dix fois supérieure à celle de l’isoprénaline (agoniste β_1,2-adrénergique). L’ANP possède une EC₅₀ (concentration efficace 50) proche de la nanomole/litre. Le CNP est très faiblement lipolytique. L’ordre de potentialité lipolytique des peptides est le suivant ANP > BNP > > CNP [12]. Les études de liaison qui permettent de quantifier les interactions ligands/récepteurs ont révélé une grande quantité de sites de liaison à l’ANP dans les adipocytes humains isolés (B_max = 400 ± 38 fmoles/mg protéines). La faible constante de dissociation de l’ANP pour le NPR-A (KD = 73 ± 16 pmol/L), sa potentialité lipolytique (pD₂ = 9,4 ± 0,2) et sa capacité à générer du GMPc, sont en faveur de la présence du sous-type NPR-A exprimé majoritairement dans l’adipocyte humain [12]. Le DNP présente une potentialité lipolytique dix fois supérieure à celle de l’ANP et du mini-ANP (version tronquée de l’ANP à 14 acides aminés) pour un effet maximum comparable. L’ordre de potentialité lipolytique des peptides est DNP > ANP = mini-ANP > BNP > > CNP [13].
Parmi les quatre principaux antagonistes du NPR-A que nous avons testés (HS-141-1, S-28-Y, A71915 et Anantin), seul l’A71915 exerce un antagonisme compétitif mais possède une faible puissance (pA₂ = 7,51). Ce produit n’est pas administrable à l’homme, il ne peut donc pas être utilisé en recherche pour évaluer les implications physiologiques et/ou physiopathologiques de cette nouvelle voie de contrôle de la lipolyse. Le S-28-Y (peptide de synthèse) est un agoniste partiel avec une pD₂ = 7,4 ± 0,2 plus faible que celle de l’ANP. Le HS-142-1 exerce un antagonisme faible et l’anantin présente des effets aspécifiques [13].

Signalisation intracellulaire

L’ANP et le BNP activent un récepteur de type NPR-A à activité guanylyl-cyclase qui provoque une augmentation rapide et soutenue du GMPc intracellulaire, sans affecter les taux d’AMPc. Le GMPc peut agir sur différentes cibles moléculaires, kinases, phosphodiestérases et canaux ioniques. Le GMPc peut, selon certains auteurs, potentiellement inhiber la principale phosphodiestérase de l’adipocyte (PDE-3B). Nous avons vérifié d’une part que le GMPc ne modifie pas l’activité PDE-3B, et d’autre part, que l’activation ou l’inhibition de la PDE-3B ne module pas l’effet lipolytique de l’ANP. De plus, une inhibition soutenue de l’adénylyl-cyclase ou de la protéine kinase dépendant de l’AMPc (PKA) ne modifie pas l’effet lipolytique de l’ANP [12]. En effet le blocage pharmacologique de la PKA par le H-89 inhibe la lipolyse induite par l’isoprénaline sans affecter celle induite par l’ANP. Nous avons par ailleurs mis en évidence l’expression de l’isoforme PKG-Iα dans les adipocytes matures (ARNm et protéine active). La lipolyse-induite par l’ANP est associée à une augmentation de la phosphorylation de la LHS et des périlipines sur des résidus sérine non caractérisés [14]. Nous ne savons pas toutefois si ces sites de phosphorylation sur la LHS sont les mêmes que ceux de la PKA. Cette phosphorylation des sérines de la LHS induite par l’ANP est supprimée par un inhibiteur de la guanylyl-cyclase (LY-83583) ou de la PKG (Rp-8-pCPT-cGMPS). En conclusion, l’ANP exerce un effet lipolytique puissant dans l’adipocyte humain par un mécanisme strictement dépendant du GMPc (figure 1).

Caractéristiques fonctionnelles

L’ANP et le BNP induisent une augmentation importante (300 fois le niveau basal) et rapide (5 min) du GMPc intracellulaire. La cinétique de production du GMPc dans l’adipocyte est différente de celle de l’AMPc dont le maximum est atteint plus tardivement (15-20 min), pour une cinétique de production de glycérol comparable. L’isoprénaline et l’ANP ont des effets additifs aux faibles concentrations. Par contre, l’effet lipolytique de l’ANP est clairement indépendant des voies β- et α₂-adrénergiques quelle que soit la concentration [13]. Il n’existe pas au niveau moléculaire de réaction croisée entre les voies AMPc et GMPc car l’ANP ne module pas l’activité de la PKA. Une pré-exposition à court-terme (30 min) d’adipocytes isolés avec de l’insuline ne modifie pas l’effet lipolytique de l’ANP. Ces résultats confirment que la voie des PN est indépendante du métabolisme de l’AMPc et de l’activité de la PDE-3B. Nous avons aussi montré que l’insuline n’induit pas de désensibilisation hétérologue de la voie des PN lors d’une pré-incubation prolongée (2 h) contrairement à ce qui est observé pour la voie β-adrénergique. Par ailleurs, la réponse lipolytique du tissu adipeux sous-cutané (TASC) humain à une perfusion locale (par microdialyse) de 10 µmol/L d’ANP n’est pas altérée par un clamp hyperinsulinémique euglycémique. Enfin, une désensibilisation homologue de la voie aux PN apparaît à la fois in vitro sur adipocytes isolés et in situ au cours de deux perfusions successives d’ANP dans le TASC via une sonde de microdialyse. Celle-ci se traduit par une diminution transitoire de l’efficacité lipolytique de l’ANP aux concentrations proches de l’EC₅₀. Les cinétiques de désensibilisation des voies β-adrénergique et peptidergique sont différentes, la désensibilisation de la voie aux PN persiste 2 h après l’arrêt de la stimulation alors que la réponse β-adrénergique est totalement restaurée (Moro et al. article soumis).

Pertinence de cette voie peptidergique in vivo

La perfusion de 10 µmol/L d’ANP directement dans le TASC (par une sonde de microdialyse) entraîne une hausse du glycérol extracellulaire et une vasodilatation. L’effet lipolytique maximum est atteint au bout de 45 min de perfusion et correspond à 2,5 fois les valeurs basales [12]. L’ANP perfusé i.v. à une dose de 50 ng/min/kg provoque une augmentation des concentrations de glycérol et d’AGNE plasmatiques ainsi que du glycérol extracellulaire dans le TASC. Le fait que le propranolol (β_1,2-bloquant) perfusé in situ ne modifie pas la réponse à l’ANP souligne que cet effet lipolytique est indépendant d’une activation du système nerveux sympathique [15]. L’effet lipolytique de l’ANP est similaire chez des hommes jeunes, obèses ou non obèses, à la fois in vitro sur adipocytes isolés, mais aussi lorsqu’il est perfusé i.v. ou in situ via une sonde de microdialyse [15].
La perfusion i.v. d’ANP à une dose de 25 ng/min/kg chez des femmes obèses entraîne aussi une hausse du glycérol plasmatique et extracellulaire ; un régime hypocalorique de 28 jours améliore cet effet lipolytique in vivo aussi bien qu’in vitro sur adipocytes isolés [16]. Par ailleurs, la mobilisation des lipides du TASC induite par une perfusion d’ANP est augmentée après un entraînement en endurance de quatre mois chez des jeunes hommes en surpoids (IMC = 27,6 ± 0,2 kg/m²) (Moro et al. article soumis). En conclusion, l’ANP est un puissant agent lipomobilisateur in vivo, son action lipolytique sur le tissu adipeux est renforcée par une régime basse calorie et par l’entraînement aérobie.

Pertinence physiologique

La mobilisation des lipides observée au cours d’un exercice physique a été essentiellement attribuée jusqu’ici à la stimulation du système nerveux sympathique et à la baisse de l’insulinémie (figure 2). L’exercice est une situation physiologique entraînant une augmentation des niveaux circulants d’ANP en raison d’une augmentation de la pré-charge cardiaque. Ne disposant pas d’antagoniste du NPR-A, nous avons utilisé une stratégie pharmacologique afin de potentialiser la libération cardiaque d’ANP induite par l’exercice en administrant un β-bloquant per os (tertatolol 5 mg) 90 min avant l’exercice. Le β-bloquant favorise le remplissage cardiaque et la sécrétion d’ANP. Les réponses lipolytiques locales (mesurées par microdialyse) dans le TASC de sujets sédentaires ont été comparées durant un exercice physique calibré au cours d’une étude transversale (placebo vs tertatolol). Cette étude a confirmé que le blocage local de la voie β-adrénergique par le propranolol dans le TASC ne réduit la lipolyse in situ que de 30 %. La réponse lipolytique locale obtenue sous tertatolol était même supérieure à celle obtenue sous placebo. L’augmentation du glycérol et du GMPc extracellulaire, reflet de l’activité de la voie aux NP dans le TASC, est corrélée avec les niveaux plasmatiques d’ANP dans les deux sessions (placebo et tertatolol). Ces données sont en faveur d’une contribution notable de l’ANP dans l’activation physiologique de la lipomobilisation au cours de l’exercice (figure 2) [17]. Malgré l’intérêt de ces études sur le TASC, nous ne sommes pas en mesure à ce jour de déterminer la part prise par les catécholamines et l’ANP dans la stimulation lipolytique globale induite par l’exercice.

Répercutions physiopathologiques et perspectives

Les gènes codant pour les NPR-A et NPR-C sont des gènes candidats reconnus dans le développement de l’hypertension artérielle. Ces gènes présentent une variabilité génétique et récemment un variant bi-allélique du promoteur du gène codant pour le NPR-C, désigné C(-55)C, a été associé à une augmentation de la pression artérielle et à une baisse des PN circulants. Ce polymorphisme est associé à une expression accrue des ARNm du NPR-C dans le tissu adipeux des sujets obèses. Une augmentation des NPR-C dans les adipocytes pourrait contribuer à une clairance plasmatique accrue des PN et provoquer une augmentation de la charge sodée dans le sang [18]. Cette interprétation des faits reste à démontrer.
Par ailleurs, un autre variant peu fréquent dans la population désigné A(-55)A est associé à une pression artérielle plus réduite, un IMC faible, un tour de taille réduit, et à une faible prévalence de l’obésité et du surpoids. Cette observation attire l’attention sur un rôle protecteur éventuel de ce variant allélique contre l’adiposité abdominale. Ce variant est associé à une faible expression du NPR-C (ARNm) particulièrement dans le tissu adipeux [19]. Il est possible que les porteurs de l’allèle A(-55)A possèdent un tissu adipeux plus sensible à l’action lipolytique des PN et qu’ils soient ainsi protégés contre l’accumulation de graisses.

L’insuffisance cardiaque chronique (ICC) évolue à longterme vers un amaigrissement et un état cachectique [3]. Les causes de ces complications sont multifactorielles. Les patients souffrant d’ICC ont des taux circulants de PN très élevés évoluant avec la sévérité de la maladie. La perte de masse grasse pourrait être imputable, au moins en partie, à une activation chronique et soutenue de la lipolyse du tissu adipeux par les peptides natriurétiques.

La découverte de ces propriétés insoupçonnées des peptides natriurétiques devrait susciter des travaux visant à mieux circonscrire la portée physiologique et physiopathologique de ces résultats tant dans le domaine de l’obésité et du diabète qu’en cardiologie. n

Références

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