Le DHA dans la neurotransmission

ARTICLE

Auteur(s) : Monique Lavialle, Gaëlle Champeil-Potokar, Isabelle Denis, Philippe Guesnet, Fabien Pifferi, Sylvie Vancassel

Unité de Nutrition et régulation Lipidique des fonctions Cérébrales, INRA, Jouy en Josas, 78352, France. Fax : 01 34 65 23 11

Introduction

Les effets observés de la déficience membranaire en DHA sur différents systèmes de neurotransmission (monoaminergique, cholinergique et glutamatergique) rendent compte de modifications de la libération du neurotransmetteur dans différentes structures. Cependant la disparité des réponses en fonction du neurotransmetteur étudié et des zones cérébrales concernées ne permet pas pour l’instant d’envisager une piste commune à ces perturbations.

L’étendue de l’action des AGPI en tant qu’éléments structurants des membranes, seconds messagers lipidiques et régulateurs de gènes, laisse entrevoir plusieurs cibles possibles.

Après un rapide exposé des données expérimentales, nous élargirons la question à l’ensemble de l’environnement synaptique et présenterons les perspectives de réflexions à la lumière des recherches d’actualité mettant en exergue l’aspect dynamique de la synapse qui est un des éléments de la plasticité cérébrale.

Le DHA, l’AGPI des membranes cérébrales

Les précurseurs métaboliques respectifs des deux familles d’AGPI, à savoir l’acide linoléique (18 : 2n-6) pour la famille n-6 et l’acide α-linolénique (18 : 3n-3) pour la famille n-3, sont des acides gras essentiels pour l’homme qui ne peut les synthétiser de novo. On les trouve principalement dans les graines et les huiles végétales. Après leur absorption, ces deux acides gras conduisent à la synthèse spécifique de dérivés actifs à plus longue chaîne l’AA pour la famille n-6, et les acides eicosapentaénoïque (20 : 5n-3, EPA) et DHA pour la famille n-3.

La teneur en AGPI n-6 et n-3 dans la composition membranaire est fonction de l’apport alimentaire en précurseurs ou en dérivés à plus longue chaîne.

L’équilibre entre AA et DHA constitue un déterminant majeur des processus d’acquisition et de maturation des fonctions cérébrales [1]. C’est durant la période périnatale que la qualité des apports en AGPI semble déterminante pour le développement du cerveau, notamment au moment de la migration neuronale, de la myélinisation, de la croissance neuritique, et de la synaptogenèse [2]. Chez l’animal, une carence alimentaire profonde en AGPI n-3 expérimentalement induite dès le début de l’embryogenèse, réduit considérablement la teneur membranaire en DHA compensée par l’apparition d’un acide gras de la série n-6 (l’acide docosapentaénoïque, 22 : 5n-6, DPA) perturbant fortement l’équilibre n-6/n-3 [3].

Le tableau 1 illustre l’effet de la carence alimentaire et souligne certaines différences de composition entre les structures étudiées. Cette observation peut s’expliquer par l’organisation et la structure plus ou moins complexe spécifique à chacune.

L’impact de ce remaniement membranaire sur la neurotransmission sera présenté en considérant les manifestations à différents niveaux, comportemental, physiologique et cellulaire.
Tableau 1 Comparaison des taux membranaires des principaux AGPI dans différentes structures cérébrales de hamsters élevés avec soit un régime équilibré en AGPI n-6 et n-3 (témoins) soit un régime carencé en AGPI n-3 (déficients).

Troubles comportementaux

Les données les plus fréquentes portent sur les tests cognitifs pour lesquels on évalue le nombre d’essais nécessaires pour que l’animal réponde positivement à un test d’évitement (shuttle box) [4], à un test de choix (discrimination olfactive) [5] ou à un test d’apprentissage (Piscine de Morris) [6-8]. Les performances chez les animaux déficients sont inférieures à celles des animaux contrôles illustrant une moindre efficacité de leur capacité d’apprentissage.

Dans un registre différent, il a été observé chez des rats déficients une augmentation de l’activité motrice mesurée par les temps et la longueur de déplacements dans la piscine de Morris [6, 7], les distances parcourues dans l’openfield [9, 10] et le nombre de déplacements latéralisés dans un couloir circulaire [11].

Modulation de l’activité neuronale basale

Modulation de la neurotransmission par le DHA

Les résultats apparemment divergents doivent être analysés en considérant l’espèce animale, la structure étudiée, l’âge et l’état de l’animal (anesthésié ou vigile), la durée de la carence alimentaire, l’heure de la journée à laquelle est fait le prélèvement, et la technique utilisée.

Certains points méritent plus particulièrement d’être soulignés. Si d’une façon générale, la carence en AGPI n-3 provoque une réduction du taux de dopamine et de sérotonine dans le cortex frontal du rat associé à une réduction du stock vésiculaire, il est à noter que cette tendance est inversée dans le noyau accumbens chez le rat vigile mais pas chez le rat anesthésié [14]. Par ailleurs, aucun effet n’est observé dans cette même structure chez le hamster, alors qu’une augmentation a pu être mesurée dans le striatum lorsque celui-ci a été prélevé 2 h avant la transition jour/nuit. Aucune modification n’a été mise en évidence 2 h après le début de la nuit lorsque le taux de dopamine est bas (données personnelles non publiées). À l’inverse, aucune modification n’a été mise en évidence dans le cortex frontal du hamster adulte.

Chez le rat nouveau-né dont la mère a reçu un régime enrichi en huile de poisson (forte en DHA et faible en EPA) 10 j avant l’accouplement, le taux de dopamine est significativement réduit comparativement à celui d’un rat issu d’une mère recevant un régime déficient en n-3 [16]. Ces résultats mettent en avant un effet antagonique de forte teneur en DHA sur la dopamine. Cependant, d’autres études d’apports enrichis en huile de poisson sur rat adulte mettent en évidence un effet inverse, à savoir l’augmentation de la dopamine et de la sérotonine dans le cortex frontal [19] alors que la teneur en AA était réduite et celle du DHA restait inchangée. Ces travaux sur la supplémentation apportent des résultats contradictoires qui pourraient s’expliquer en partie par la différence des rapports entre AA et DHA ou par le stade de développement.

Plusieurs équipes se sont intéressées à la « sensibilité de la période postnatale ». Ainsi, une étude chez le porcelet nourri avec des formules au 1^er jour de la naissance montre qu’une alimentation pauvre en AGPI (n-6 et n-3) pendant les 18 premiers jours suffit pour abaisser la teneur membranaire en AA et DHA, et diminuer le taux tissulaire de dopamine et de sérotonine dans le cortex frontal [20]. Des expériences sur la réversibilité de la déficience montrent qu’il est possible par une réalimentation équilibrée de rétablir la composition membranaire en DHA à condition qu’elle soit fournie avant l’âge du sevrage. Ce « rattrapage » ne permet cependant pas de récupérer la réponse dopaminergique [21]. Ces résultats sont à rapprocher de ceux de Moriguchi et al. [7] qui appliquant le même protocole confirment l’âge critique du sevrage pour pouvoir jouer sur la composition membranaire cérébrale et montrent par ailleurs que le retour à une réponse comportementale « normale » dépend aussi de la durée de la réalimentation.

Les études sur la neurotransmission cholinergique se résument à 4 études. L’une utilise des rats SHRSP (spontanément hypertendus) sur lesquels il a été démontré qu’un régime à 5 % de DHA permet d’acquérir un taux d’acétylcholine (Ach) dans l’hippocampe comparable à celui de rats témoins.

Les autres s’appuient sur les mêmes protocoles de carence alimentaire que pour la dopamine, pour lesquelles il a été montré que chez des rats déficients en AGPn-3 la libération basale d’ACh est augmentée alors que la libération sous stimulation de KCl est réduite [22]. Des expériences de supplémentation en DHA sous forme d’huile de poisson permettent de rétablir la réponse pour des apports de 200 mg/kg/jour [23]. L’observation originale d’une réduction du nombre de cellules immunoréactives choline-acetyl-transférase uniquement dans le striatum droit, nous a conduit à prospecter l’incidence possible du DHA sur la latéralisation des animaux. Vancassel et al. [11] ont en effet démontré que la carence alimentaire en AGPI n-3 supprimait la préférence droitière observée chez les contrôles.
Tableau 2 Effet de la carence alimentaire en AGPIn-3 sur la neurotransmission monoaminergique

Modulation de la synapse par le DHA

Par ailleurs, l’organisation synaptique ne peut plus être considérée sans prendre en compte un autre partenaire cellulaire, l’astrocyte dont les longs prolongements enrobent d’un côté les capillaires cérébraux et de l’autre la synapse assurant ainsi un couplage entre l’activité neuronale et la demande énergétique (figure 1). La plasticité de ces relations neurone-astrocytes-cellules endothéliales tient essentiellement à la nature de la cellule astrocytaire dont on a pu montrer la capacité de transformation morphologique importante. Cette propriété permet sous l’influence de facteurs externes (tels que les neurotransmetteurs) d’émettre ou de rétracter de fins prolongements, de s’organiser en réseau communicant ou de s’isoler. En modulant l’environnement extracellulaire, les astrocytes peuvent simultanément modifier la sensibilité d’un grand nombre de neurones et jouer ainsi sur la coordination fonctionnelle des cellules nerveuses. Ces observations ont pu être faites in situ dans 2 systèmes différents de l’hypothalamus, les noyaux supraoptiques répondant à des variations saisonnières [24] et les noyaux suprachiasmatiques, siège de l’horloge circadienne, répondant à des variations journalières [25]. Ces manifestations physiologiques qui permettent à l’organisme de s’adapter aux variations de l’environnement demandent une grande plasticité qui se manifeste notamment par des réorganisations membranaires. Tous les processus mettant en jeu les protéines transmembranaires (canaux, récepteurs et transporteurs), la fusion membranaire entre vésicules de stockage et membrane plasmique à la terminaison présynaptique (pour l’exocytose), la motilité cellulaire seront autant de cibles des AGPI et notamment des n-3.

Par ailleurs, dans le complexe synaptique les AGPI peuvent intervenir lors d’une activation dépolarisante. Le neurotransmetteur libéré, en se liant aux récepteurs, agira indirectement sur la libération des AGPI via notamment l’activation de la phospholipase A2. À ce niveau, leur action est essentiellement identifiée au travers de celle de l’AA ou de son dérivé oxygéné la prostaglandine E2 pour lesquels il a été décrit des rôles multiples sur les récepteurs et transporteurs neuronaux et astrocytaires, sur la propagation des vagues calciques, sur la vasodilatation des capillaires cérébraux [26]. Un certain nombre de données récentes implique aussi le DHA dans la régulation synaptique. Il a été montré que le DHA augmente la résistance à la toxicité au glutamate [27], protège contre la mort neuronale induite par le kaïnate ou l’ischémie [28], favorise la survie neuronale [29, 30]. Ces observations sont à relier à celles de Berry et McBean [31] qui démontrent une augmentation du captage de l’aspartate en présence de DHA. Nous avons par ailleurs observé une amélioration de la communication astrocytaire via les jonctions communicantes lorsque le milieu de culture est supplémenté avec 30 μM de DHA [32]. La réduction décrite de l’activité Na K-ATPase [33] et Ca ATPase [34] est également à prendre en compte dans la compréhension du rôle joué par les AGPI au niveau synaptique.

Les dernières conceptions de la neurotransmission mettent en jeu des récepteurs en mouvement rapide se déplaçant latéralement vers et hors de la synapse. Lors d’une activation, l’augmentation du Ca²⁺ intracellulaire déclenche une immobilisation des récepteurs et une accumulation locale à la surface neuronale [35]. Sur ces bases, on est en droit de se poser la question de l’importance de la teneur en DHA dans les membranes pour favoriser les déplacements rapides à la surface des neurones post-synaptiques. Certains de ces récepteurs étant ancrés dans les radeaux lipidiques, l’incidence de la variation de la teneur en DHA sur la composition de ces radeaux est aussi à étudier.

Pour conclure, une question reste à éclairer, celle de la mise en place des structures et de la synaptogARRAY(0x2624ec)nèse. Des expériences in vitro et in vivo établissent que le DHA accélère la différenciation neuronale, accélère la pousse neuritique et la maturation des neurones différenciés, et favorise la neurogenèse chez le rat adulte [30, 36, 37]. Des travaux très récents [38] mettent en évidence une altération de la morphologie et de l’organisation des structures télencéphaliques chez l’embryon de rat E19 issus de mère déficientes en AGPn-3.

L’ensemble de ces références mettent en avant l’ampleur de l’action possible des AGPn-3 et du DHA au niveau synaptique et ne peuvent que nous encourager à approfondir ces connaissances pour mieux déterminer les besoins essentiels au bon fonctionnement cérébral.

Références

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