Stress oxydant et cancers L’exemple du lien entre

fer et cancer du foie

Service d’Hépatologie

Hôpital Jean Verdier

Bondy – Université Paris 13

INSERM U773 - Paris 7

Pierre Nahon

Carcinome hépatocellulaire

El Serag, NEJM 2011

• 5ème cause de cancer

• 3ème cause de mortalité

par cancer

Forte association avec les maladies

chroniques du foie

Foie cirrhotique > 90%

Foie non cirrhotique < 10%

Maladie chronique du foie

Foie sain

Causes de cirrhose en France

Alcool 60 - 85 %

Virus de l’hépatite C 10 - 20 %

Stéatose et NASH ?

Virus de l’hépatite B 2 - 5 %

Hémochromatose < 5 %

CBP, HAI, etc. rares

Foie normal

Foie cirrhotique

ALCOOL VHC

VHB SYNDROME

METABOLIQUE

Sangiovanni, Gastroenterology 2004

Foie normal

Foie cirrhotique Foie tumoral

ALCOOL VHC

VHB SYNDROME

METABOLIQUE

Incidence: 2 à 5% /an

Surveillance

échographique

semestrielle +++

Sangiovanni, Gastroenterology 2004

Choi et al. Liver Transpl 2004;10 (suppl 1):S20-25

hypervasc. artérielle précoce

« wash out » portal

Imagerie

Artériographie

Embolisation Captation du lipiodol (TDM à 1 mois)

Volumineux CHC

Petit CHC

Surveillance

échographique

Semestrielle +++

Traitement

palliatif

Traitement

curatif

Traitement du CHC: les principes

Foie normal

Foie cirrhotique Foie tumoral

ALCOOL VHC

VHB SYNDROME

METABOLIQUE

?

IDENTIFICATION

DE FACTEURS

DE RISQUE

Foie normal

Foie cirrhotique Foie tumoral

ALCOOL VHC

VHB SYNDROME

METABOLIQUE

?

Surcharge

Hépatique en fer

(Perls)

Foie normal

Foie cirrhotique Foie tumoral

STRESS

OXYDANT

SURCHARGE

HEPATIQUE

EN FER

Foie normal

Foie cirrhotique Foie tumoral

STRESS

OXYDANT

SURCHARGE

HEPATIQUE

EN FER

POLYMORPHISMES GENETIQUES

Radical libre: espèce chimique ayant

un ou plusieurs électrons célibataires

Stress oxydant: accumulation de

d’espèces réactives de l’oxygène (RL

ayant un e- libre sur un atome

d’oxygène)

DEFINITIONS

Chaîne respiratoire et phosphorylation

oxydative

membrane interne mitochondriale

ATP ADP+Pi O2 H2O NADH NAD+

Oxydation Phosphorylation Consommation

d’oxygène

Transfert d’électrons et de protons

è H+

: potentiel de membrane

è H+ è H+

ATP ADP+Pi O2 NADH NAD+

Diminution

oxydation

Inhibition

phosphorylation

Inhibition du transfert des électrons

è H+

Altérations de la chaîne respiratoire et espèces

réactives de l’oxygène

è

ERO

è

membrane interne mitochondriale

O2

oxygène

O2.-

anion superoxyde

H2O2

peroxyde d’hydrogène

OH.

radical hydroxyle

Réaction de Fenton

Fe2+, Cu2+

SOD

e-

Biochimie des ERO

OH.

radical hydroxyle

O2

oxygène

O2.-

anion superoxyde

ROO.

radical peroxyl

H2O2

peroxyde d’hydrogène

OH.

radical hydroxyle

Réaction de Fenton

Fe2+, Cu2+

Réaction d’Haber-

Weiss

H2O2 SOD

e-

R.

O2

Biochimie des ERO

OH.

radical hydroxyle

.NO

monoxyde d’azote

O2

oxygène

O2.-

anion superoxyde

ROO.

radical peroxyl

H2O2

peroxyde d’hydrogène

OH.

radical hydroxyle

ON.OO-

peroxynitrite

RNH2

Réaction de Fenton

Fe2+, Cu2+

Réaction d’Haber-

Weiss

H2O2 SOD

e-

NOS

H+

ON.OOH

.NO2

R.

O2

Biochimie des ERO

Fe2+ + O2 Fe3+ + O2

.- (Réaction d’Haber-Weiss)

Fe2+ + O2.- + 2H+ Fe3+ + H2O2

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + OH. (Réaction de Fenton)

Génération des

ERO par le fer

Espèces réactives de l’oxygène

Protéines Lipides ADN

Péroxydation

lipidique... Oxydation... Bases modifiées : bases hydroxylées

(8-OH guanine...),

Simples et doubles cassures de

l’ADN,

Modification des sucres et des

protéines de l’ADN.

Altération de l’expression des

gènes ...

Altération

Membranaire...

Altérations des

transports ioniques

Systèmes enzymatiques...

ATTEINTE CELLULAIRE

Espèces réactives de l’oxygène

Réponse cellulaire

Activation de facteurs de transcription

Induction de gènes de réponse au stress oxydant

Anti-oxydants

Enzymes de Réparation de l’ADN

Enzymes de Réparation des lipides

Protéases, cytokines, protéines de choc thermique...

Apoptose

Nécrose

Adaptation

au Stress oxydant

Prolifération

cellulaire

aberrante

PROLIFERATION CELLULAIRE

ATTEINTES STRUCTURALES DIRECTES

ET MUTATIONS DE L’ADN

STRESS

OXYDANT

DIMINUTION DES

DEFENSES

ANTI-TUMORALES

Coloration de Perls Protéine HNE

Surcharge hépatique en fer et

stress oxydant Ohhira et al, Alcohol Clin Exp Res 1998

SHF et stress oxydant IH

au cours de la maladie alcoolique du foie

Cancer Biomarkers 2009

Free Radic Biol Med 2007

Hepatology 2004

Fer et stress oxydant IH:

marqueurs de sévérité au cours

des hépatopathies???

Loeb et al, PNAS 1988

Chenoufi et al, J Hepatol 1997

Survie Acquisition de mutations

Effets du fer sur l’ADN

Synthèse d’ADN

Prolifération cellulaire

LE FER: CO-FACTEUR

DE CARCINOGENESE

Contrôles (non TgM-C)

Contrôles (non TgM-Fe) + Fer

VHC (TgM-C)

VHC (TgM-Fe) + Fer

SUIVI 2 ANS

Furutani et al, Gastroenterology 2006

CO

NT

RO

LE

S

CO

NT

RO

LE

S

+ F

ER

VH

C

VH

C

+ F

ER

HHE

HNE

PE

RO

XY

DA

TIO

N L

IPID

IQU

E

PR

OL

IFE

RA

TIO

N

45% DE CHC

vs 0% DANS

LES AUTRES

GROUPES

Score fer < 0

Score fer ≥ 0

Score fer = 0

Score fer > 0 P < 0,0001 P = 0,9

Ma

lad

es

sa

ns

CH

C

Cirrhose alcoolique Cirrhose virale C

Fer hépatique et survenue du

CHC

Mois Nahon et al, Gastroenterology 2008

SHF et CHC au cours de la

cirrhose dysmétabolique

Sorrentino et al, J Hepatol 2009

Surcharge hépatique en fer

Nécrose cellulaire Fibrose hépatique Cirrhose

CHC

Activation des macrophages

et fibroblastes Peroxydation lipidique Lésions de l’ADN

ERO

MODULATION GENETIQUE

DU STRESS OXYDANT

ERO

Système

antioxydant

Lésions hépatiques

STRESS

OXYDANT

ERO

Système

antioxydant

ENVIRONEMENT

Lésions hépatiques

STRESS

OXYDANT

ERO

Système

antioxydant

FACTEURS GENETIQUES

MODULANT LA REPONSE

AU STRESS OXYDANT

ENVIRONEMENT

SNPs: ces variations qui nous rendent uniques

SNP

3,8 millions

de SNPs recensés

HapMap project Nature 409, 822 - 823 (2001)

Conséquences fonctionnelles

Single Nucleotide

Polymorphisms

GENOTYPE

PHENOTYPE

Conséquences fonctionnelles

Single Nucleotide

Polymorphisms

Quelles conséquences

en pathologie?

Application: “profiling individuel”

Découverte de nouveaux

gènes et fonctions

Aide au diagnostic

Réponse au traitement

Affinement du pronostic ???

Systèmes antioxydants enzymatiques et non-enzymatiques dans la cellule. CR : chaîne respiratoire mitochondriale, CuZnSOD et MnSOD : superoxydes dismutases à cuivre/zinc ou à

manganèse, GPx : glutathion peroxydase, GR : glutathion réductase, GSH : glutathion réduit,

GSSG : glutathion oxydé

O2 O2.- H2O2 OH

.

H2O + GSSG GSH

GPx

GR

MnSOD Fe2+, Cu2+

O2.- CuZnSOD H2O2 H2O

catalase GPx

GSH GSSG

GR

NADPH

H+ NADP+

GSSG

GSH Vit E.

Vit E XH

X.

a tocophéryl

quinone

Bile

Ascorbate Déhydro-

ascorbate

NADH, H+

ou GSH

NAD+

ou GSSG

CELLULE

MITOCHONDRIE

II III CR

I IV

V

e-

coenzyme

Q10

mélatonine

EC-SOD

H2O

OH

GPx 1 O2

- H2O2

MnSOD

CR

e- Fe2+

Cu2+

Action des enzymes

anti-oxydantes mitochondriales

H2O

OH

GPx 1 O2

- H2O2

MnSOD

CR

e- Fe2+

Cu2+

Action des enzymes

anti-oxydantes mitochondriales

Ala-16Val-MnSOD SNP Pro-198Leu-GPx1 SNP

H2O

OH

GPx 1 O2

- H2O2

MnSOD

CR

e- Fe2+

Cu2+

Action des enzymes

anti-oxydantes mitochondriales

Ala-16Val-MnSOD SNP Pro-198Leu-GPx1 SNP

?

PRESEQUENCE Précurseur

Cytosol

Mitochondrie

IMPORTATION

MATURATION

Mn

Mn

Mn

Mn

Précurseur

Enzyme

active

Mature

ASSEMBLAGE

Caractéristiques de la MnSOD

ARN

Protéine

Structure

x

Alanine Valine

Hélice

α

Feuillet

β

Dimorphisme Ala/Val de la MnSOD

MEILLEUR IMPORT MITOCHONDRIAL

ACTIVITE ENZYMATIQUE ACCRUE

Sutton et al, Pharmacogenetics 2003

Nahon et al, Clin Gastroenterol Hepatol 2005

MnSOD et CHC

MnSOD et décès

H2O

OH

GPx 1 O2

- H2O2

MnSOD

CR

e- Fe2+

Cu2+

Action des enzymes

anti-oxydantes mitochondriales

Ala-16Val-MnSOD SNP Pro-198Leu-GPx1 SNP

?

ARN

Protéine

x

Proline Leucine

ACTIVITE

REDUITE

ALTERATION STRUCTURE

LIAISON AU SELENIUM

SNP

Dimorphisme Pro/Leu de la GPx1

Constitution des groupes en fonction

des 2 génotypes

H202 H202

Faible activité MnSOD

Forte activité GPx1

Forte activité MnSOD

Faible activité GPx1

2Val-MnSOD

2Pro-GPx1

1ou2Ala-MnSOD

1ou2Leu-GPx1

2Val-MnSOD

1ou2Leu-GPx1

1ou2Ala-MnSOD

2Pro-GPx1

H2O2

H2O2

Sutton et al, Cancer Res 2006 Nahon et al, Hepatology 2009

MnSOD, GPx1 et CHC

FER HEPATIQUE

Nahon et al, Free Radic Bio Med 2008

Patients

Cellules

transfectées

Val/Val-SOD2 Ala/Val-SOD2 Ala/Ala-SOD2

Plasmide vide Variant Val Variant Ala

TRAITEMENTS

ANTI-OXYDANTS

ET PREVENTION

DES CANCERS

Participants: 232 606

Essais contrôlés: 68

Rationnel

Travaux expérimentaux

ERO carcinogenèse et maladies vasculaires

Antioxydants pourraient lutter contre les effets biologiques des ERO

Epidémiologie observationelle

Régimes pauvres en antioxydants

Faibles taux sériques d’antioxydants

Risques accrus de cancers et maladies CV

Epidémiologie interventionelle: essais randomisés

Antioxydants vs placebo

Essais de prévention primaire

Etude Linxian

(1994)

Etude ATBC

(1994)

Etude CARET

(1996)

Etude PHS

(1996)

Etude Women’s health

(1999)

Etude Women’s health

(2005)

Etude SUVIMAX

(2005)

Population carencée

Population générale

Population générale

Population générale

Fumeurs

Fumeurs

Médecins

Doses nutritionelles

BC, Vit E, selenium

« Hautes doses »

BC, Vit E

« Hautes doses »

BC, Vit A

« Hautes doses »

BC, aspirine

« Hautes doses »

BC, aspirine

« Hautes doses »

Vit E

« Doses nutritionelles»

BC, Vit E, selenium

CANCERS

CANCERS

CANCERS

CANCERS

PAS D’EFFET

PAS D’EFFET

PAS D’EFFET

Pas d’effet CV

Alpha-Tocopherol Beta Carotene Cancer

(ATBC) Study - Lung cancer

Vitamine E

Beta-carotene

ATBC, N Engl J Med 1994

CArotene and Retinol Efficacy Trial

(CARET) - Lung cancer

Beta-carotene+vitamine A

• n=18,314

• Asbestose ou fumeurs

• RR=1.28 (1.04-1.57)

Omenn, G. S. et al. N Engl J Med 1996

Vitamine E & mortalité: association

dose-effet ???

Miller, E. R. et. al. Ann Intern Med 2005

Blackmores Vitamin E 1000 IU

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JNCI 2007

Mo

rtali

té l

iée a

u C

HC

4 Combinaisons

d’ antioxydants

Population

générale

Population

exposée Cirrhose

Contexte

biologique

Alcool VHB VHC

Prise en compte des variations individuelles

CONCLUSIONS

ET

PERSPECTIVES

CHC

SURCHARGE HEPATIQUE

EN FER STRESS OXYDANT

FACTEURS

GENETIQUES

FACTEURS

ENVIRONEMENTAUX -Syndrome dysmétabolique

-Alcool

-Dose

-Type

-Mode

-Facteurs nutritionnels

-Aliments riches en fer

-Oxydants/anti-oxydants

CAUSE DE

LA MALADIE HEPATIQUE

SOUS-JACENTE

Saignées

Zacharski et al, JNCI 2008

CA

NC

ER

IN

CID

EN

CE

CA

NC

ER

-RE

LA

TE

D D

EA

TH

La déplétion en fer réduit le risque de survenue de cancers

Essai FeAST