INTRODUCTION

L’école de Nutrition Française a produit, par le passé, des résultats clés mettant en évidence les interrelations du métabolisme glucidique et de l’homéostasie énergétique. Ainsi, dès les années 70, l’équipe du Pr Le Magnen documente le rôle régulateur du glucose plasmatique dans la prise alimentaire en montrant qu’une diminution aussi faible que 5 % de la glycémie périphérique suffit à déclencher la prise alimentaire chez le rat [1]. Dans les années 80, Jean Péret et ses collaborateurs caractérisent l’impact des alimentations riches en protéines sur le métabolisme glucidique hépatique en montrant notamment qu’un régime hyperprotéique complètement dépourvu de glucides induit la néoglucogenèse dans le foie plus rapidement que le jeûne [2]. Plus récemment, une équipe américaine a rapporté l’effet bénéfique pour l’équilibre glycémique des patients diabétiques de type 2 d’une augmentation de 15 à 30 % du pourcentage de protéines dans le régime alimentaire [3]. Au contraire, les alimentations riches en lipides sont connues pour exercer diverses actions délétères sur la tolérance au glucose et la sensibilité à l’insuline [4-6].

MISE EN ÉVIDENCE DE LA FONCTION NÉOGLUCOGÉNIQUE DE L’INTESTIN GRÈLE CHEZ LE RAT ET L’HOMME

La production endogène de glucose (PEG) est une fonction physiologique cruciale dans la régulation de la glycémie. Elle permet de maintenir cette dernière à un niveau suffisant en dehors des périodes d’approvisionnement alimentaire tandis que son
inhibition pendant les périodes d’assimilation des nutriments permet de limiter l’augmentation de la glycémie due à l’apport du glucose alimentaire [7]. L’enzyme clé de la PEG est la glucose-6 phosphatase (Glc6Pase), dernière enzyme de la néoglucogenèse (NGG), qui catalyse l’étape biochimique finale d’hydrolyse du glucose-6-phosphate en glucose. Jusqu’au milieu des années 90, on considère sur la base du dosage de son activité enzymatique que seuls le foie et le rein expriment cette enzyme et peuvent, par conséquent, contribuer à la PEG [7]. L’identification du gène de la Glc6Pase [8] a procuré de nouveaux outils moléculaires qui ont permis de poser la question de l’expression du gène sur d’autres bases que celles de l’activité phosphatasique, toujours difficile à apprécier spécifiquement sur échantillon biologique. C’est ainsi qu’en recherchant la présence de l’ARNm de la Glc6Pase par une approche de RT-PCR dans de nombreux tissus autres que le foie et le rein, nous avons obtenu la preuve de l’expression de ce gène dans l’intestin grêle de rat et d’homme [9]. Un gradient décroissant du duodénum au jéjunum distal prend place chez le rat tandis que le gène s’exprime jusque dans l’iléon chez l’homme [9, 10].

Comme dans le foie, l’expression du gène de la Glc6Pase intestinale est contrôlée par l’insuline, ce qui se traduit par une forte induction dans les situations d’hypoinsulinémie telles que le jeûne ou le diabète insulinoprive expérimental [9, 10]. Il est très intéressant de remarquer néanmoins que le gène est induit dans l’iléon de rat à jeun, tandis qu’il ne l’est pas dans l’iléon de rat diabétique [9, 10], ce qui constitue un premier élément en faveur de l’existence de régulations nutritionnelles (et pas seulement hormonales) très efficaces dans l’intestin grêle.

L’estimation de la production intestinale de glucose (PIG) in vivo s’est heurtée à la difficulté de devoir quantifier cette production en présence d’une utilisation concomitante très active de glucose, l’intestin étant connu pour être un organe fortement utilisateur. Pour contourner cette difficulté, nous avons mis en œuvre la combinaison d’une approche de balance glycémique artério-veineuse (pour estimer le résultat net de la production et de l’utilisation) et d’une approche de dilution de traceur tritié (pour estimer l’utilisation) [10, 11]. Ceci nous a permis d’en déduire la production et de démontrer que l’intestin ne contribue probablement pas (de façon détectable par cette approche) à la PEG à l’état nourri post-absorptif ou pendant un jeûne court (inférieur ou égal à 24h) chez le rat [10, 11]. En revanche, par une autre approche basée sur l’exclusion de l’intestin par ligature des vaisseaux sanguins et l’étude des répercussions sur la PEG, nous avons suggéré que l’intestin pourrait contribuer pour une faible part de la PEG dans ces situations [12]. Quoi qu’il en soit, la PIG est significativement induite après 24h de jeûne pour représenter environ 20 % de la PEG à 48h. Cette PIG pourrait contribuer jusqu’à 1/3 de la PEG à 72h de jeûne chez le rat ou au cours du diabète insulinoprive expérimental [10, 11]. Il faut cependant prendre ces chiffres avec beaucoup de prudence. L’approche basée sur les traceurs est relativement peu précise et ne permet d’obtenir que des valeurs approximatives sur le plan quantitatif. Des études d’incorporation de précurseurs néoglucogéniques radioactifs nous ont permis de montrer que la glutamine (et le glycérol, mais pour une part moindre) est le précurseur principal du glucose produit par l’intestin,
tandis que l’alanine et le lactate (principaux substrats néoglucogéniques hépatiques) ne sont pas précurseurs du glucose intestinal [11]. Nous avons également caractérisé les voies métaboliques de la NGG intestinale en démontrant notamment la présence des enzymes clés comme la glycérokinase, ainsi que le rôle régulateur (comme dans le foie) de la phosphoénolpyruvate carboxykinase (PEPCK) [9,13 et 14 pour revue].

LA PRODUCTION ENDOGÈNE DE GLUCOSE PORTAL : LIEN CAUSAL ENTRE LES PROTÉINES ALIMENTAIRES ET LEUR EFFET SATIÉTOGÈNE

L’hypothèse d’un rôle possible de la NGG intestinale dans le contrôle du comportement alimentaire nous a été suggérée par l’analyse de la littérature. On sait depuis les années 80 que la perfusion de glucose dans la veine porte (à des flux destinés à reproduire les flux postprandiaux) inhibe en soi la prise alimentaire chez le rat [15].

Il est également démontré que l’effet de ce glucose portal sur la prise alimentaire trouve son origine dans les parois de la veine porte et dépend d’une transmission centrale par une branche hépato-splanchnique du nerf vague [16]. D’autre part, il était aussi connu que les régimes riches en protéines sont capables d’induire des phénomènes de satiété chez l’animal et chez l’homme, même si un mécanisme clair n’a pas encore été établi (pour revue, cf. 17]. Enfin, les régimes riches en protéines sont capables d’induire fortement la NGG dans le foie (cf. Introduction), il était donc vraisemblable qu’ils pourraient également l’induire dans l’intestin grêle. En accord avec l’induction possible d’une NGG intestinale à l’état nourri, au moins dans certaines conditions nutritionnelles particulières (alimentation lactée), nous avions préalablement rapporté l’induction de l’expression des gènes régulateurs de la NGG dans l’intestin grêle des ratons nouveau-nés pendant la période néonatale [18]. Nous avons donc émis et testé l’hypothèse selon laquelle l’induction de la NGG intestinale par les protéines alimentaires, à travers la génération et la détection d’un signal glucose dans la veine porte perdurant pendant la période post-absorptive, pourrait rendre compte de l’effet « satiétogène » de ce type de régime.

Alimentés par un régime enrichi en protéines (50 % en masse au lieu de 17 % chez le rat témoin), les rats mangent moins et leur gain de poids est diminué d’autant (-15 % en moyenne sur une période de 15 jours) [19]. Il faut noter que ce pourcentage de 50 % de protéines est choisi par le rat lorsqu’on lui laisse le libre choix de la composition de son alimentation [20]. En accord avec notre hypothèse, nous avons mis en évidence une forte induction de l’expression de gènes régulateurs de la NGG intestinale par le régime enrichi en protéines, Glc6Pase et phosphoénolpyruvate carboxykinase — forme cytosolique (PEPCK-C), du même ordre de grandeur que chez le rat à jeun ou diabétique (Fig.1). De plus, le même type d’induction est observé pour le gène de la glutaminase, enzyme clé de l’utilisation intestinale de la glutamine (Fig.1). En utilisant la même combinaison de dilution de traceur et de différence glycémique artério-veineuse que précédemment, nous avons montré que

FIG. 1. — Induction des gènes régulateurs de la NGG intestinale par une alimentation hyperprotéique : A : Expression au niveau de la protéine analysée par western blot, et B : induction au niveau de l’activité enzymatique à la Vmax (HG : alimentation hyperglucidique ; HP : alimentation hyperprotéique). Les résultats sont exprimés en µmol de substrat hydrolysé par minute et par gramme de jéjunum médian frais (moyenne de 6 déterminations). Les méthodes utilisées sont décrites en détail dans les références citées dans le texte. *, p<0,05 (test t de Student pour les valeurs non appariées).

l’intestin grêle de rats alimentés par le régime riche en protéines libère, dès le premier jour, une quantité significative de glucose dans le sang portal pendant la période post-absorptive. La PIG est doublée, dès le deuxième jour, et plafonne ensuite à une valeur représentant environ 20 % de la PEG globale de l’animal. Il est important de remarquer que la PEG n’est pas augmentée chez ces animaux [19], l’apparition de glucose dans le sang portal étant bien connue pour inhiber de façon proportionnelle la libération de glucose par le foie. Cette apparition de glucose dans le sang portal ne contribue donc en rien à une hypothétique détérioration de l’équilibre glycémique.

FIG. 2. — Effet de le perfusion portale de glucose sur la prise alimentaire : Des rats vigiles porteurs de cathéters portaux sont perfusés pendant 4 heures avec du sérum salin ou du sérum salin glucosé, avec accès libre à l’eau de boisson mais sans nourriture. Leur prise alimentaire est quantifiée au cours de trois heures de perfusion supplémentaire. Les résultats sont exprimés en moyenne et ESM. *,**, p<0,05 et 0,01 (test t pour les valeurs appariées, voir réf . 19 pour plus de détails).

En utilisant des rats conscients, porteurs de cathéters à demeure en veine porte, nous avons étudié l’impact de la perfusion de glucose à des flux comparables à la PIG sur la prise alimentaire des animaux. La perfusion de tels flux de glucose portal diminue bien, après quelques heures de jeûnes préalables, la prise alimentaire subséquente des rats. La diminution est de 15 à 20 % en période nocturne (période d’alimentation préférée des rongeurs) et de 30 à 40 % en période diurne (période pendant laquelle les rats mangent moins) (Fig.2). Confirmant le rôle de la détection portale du signal glucose, les rats ayant subi une dénervation chimique des afférences vagales portales au moment de l’implantation du cathéter, sont insensibles à la perfusion portale de glucose [19]. De même, la perfusion de glucose dans une veine périphérique n’a aucune influence sur la prise alimentaire des animaux [19]. Il est important de noter que cette diminution de la prise alimentaire par le glucose portal est effective aussi bien chez le rat alimenté par un régime standard (ce qui montre l’effet du glucose

FIG. 3. — Activation par le régime hyperprotéique des régions hypothalamiques impliquées dans le contrôle de la prise alimentaire : l’expression de la protéine c-Fos (étudiée par immunocytochimie) dans le noyau dorsomédian de rats nourris avec le régime standard (HG) est comparée à celle de rats alimentés avec le régime hyperprotéique (HP). La technique utilisée est décrite en détail dans [19].

portal per se ), que chez le rat alimenté par le régime hyperprotéique (ce qui montre l’effet dominant de ce glucose sur les autres mécanismes potentiellement induits par les protéines alimentaires pendant la période post-absorptive) [19].

Nous nous sommes finalement intéressés à l’impact, soit de la perfusion portale de glucose, soit du régime riche en protéines, sur les principales régions de l’hypothalamus impliquées dans le contrôle de la prise alimentaire [21]. Dans les deux types de protocoles (perfusion de glucose versus sérum salin ou régime riche en protéines versus régime standard riche en amidon), l’expression du gène de la protéine c-Fos, reflétant l’activation cellulaire, est fortement induite dans le noyau arqué, l’hypothalamus latéral, ventromédian et dorsomédian, et le noyau paraventriculaire (Fig. 3). Il faut remarquer que l’activation du gène c-fos est restreinte aux aires hypothalamiques (Fig.3). Il est important de mentionner que, dans les deux cas, l’analyse a été effectuée à l’état post-absorptif, c’est-à-dire après la période d’assimilation du glucose alimentaire. Confirmant le rôle de la veine porte et la similitude
des phénomènes, aucune activation n’a été notée dans les deux types de protocole lorsque la veine porte des rats avait été préalablement dénervée [19]. Egalement en accord avec l’identité de ces phénomènes, les rats dont la veine porte a été préalablement dénervée se révèlent insensibles à l’alimentation hyperprotéique, et mangent comme les rats normaux alimentés par le régime standard [19].

CONCLUSION

Nous avons montré que les régimes enrichis en protéines induisent l’expression des gènes régulateurs de la NGG intestinale chez le rat et que cette induction se traduit par la libération de glucose dans le sang portal. Cette libération est suffisante pour activer le détecteur portal de glucose et pour moduler l’activité des régions hypothalamiques régulant la prise alimentaire de telle façon qu’un phénomène d’hypophagie en résulte. Il reste à préciser quels sont les mécanismes moléculaires de l’induction de la NGG intestinale et les mécanismes prenant place au niveau de l’hypothalamus. Néanmoins, les phénomènes que nous avons mis en lumière fournissent l’explication mécanistique de l’effet de satiété induit par les protéines alimentaires, connu depuis longtemps mais resté inexpliqué [17]. Ils pourraient constituer le premier exemple d’un nouveau concept de régulation des sensations de faim et de satiété, impliquant le métabolisme glucidique intestinal en tant que relais essentiel de la composition en macronutriment de l’alimentation à la quantité d’aliment ingéré. La NGG est une fonction présente dans l’intestin grêle humain [9, 13, 22]. De plus, l’effet de satiété induit par les protéines existe chez l’homme [17, 23]. C’est une propriété qui est d’ailleurs mise à profit par les médecins nutritionnistes dans le cadre des régimes hypocaloriques dans le traitement de l’obésité. Le métabolisme glucidique intestinal pourrait donc constituer une nouvelle cible d’intérêt dans les approches préventives ou thérapeutiques de traitement des désordres du comportement alimentaire.

REMERCIEMENTS

L’auteur remercie tous les collaborateurs de son équipe qui ont contribué à des titres divers à ces travaux. La contribution collaborative de Christophe Magnan et de son équipe a été essentielle. Ces travaux ont été financés par l’INSERM, l’INRA, et le CNRS.

BIBLIOGRAPHIE [1] LOUIS-SYLVESTRE J., LE MAGNEN J. — Fall in blood glucose level precedes meal onset in free-feeding rats. Neurosc. Biobehav. Rev., 1980, 4 suppl 1, 13-15.

[2] BOISJOYEUX B., CHANEZ M., AZZOUT B., PERET J. — Comparison between starvation and consumption of a high protein diet : plasma insulin and glucagon and hepatic activities of gluconeogenic enzymes during the first 24 hours. Diabete Metab., 1986, 12 , 21-27.

[3] NUTTALL F.Q., GANNON M.C. — Metabolic response of people with type 2 diabetes to a high protein diet. Nutr. Metab. (Lond), 2004, 1 , 6-13.

[4] MAGNAN C., COLLINS S., BERTHAULT M.F. et al. — Lipid infusion lowers sympathetic nervous activity and leads to increased beta-cell responsiveness to glucose.

J. Clin. Invest., 1999, 103 , 413-419.

[5] CRUCIANI-GUGLIELMACCI C., VINCENT-LAMON M., ROUCH C. et al. — Early changes in insulin secretion and action induced by high-fat diet are related to a decreased sympathetic tone.

Am. J.

Physiol. Endocrinol. Metab., 2005, 288 , E148-154.

[6] MITHIEUX G., GUIGNOT L., BORDET J.C., WIERNSPERGER N. — Intrahepatic mechanisms underlying the effect of Metformin in decreasing basal glucose production in rats fed a high-fat diet. Diabetes , 2002, 51 , 139-143.

[7] MITHIEUX G. — New knowledge regarding glucose-6-phosphatase gene and protein and their roles in the regulation of glucose metabolism. Eur. J. Endocrinol., 1997, 136 , 137-145.

[8] SHELLY L.L., LEI K.J., PAN C.J. et al. — Isolation of the gene for murine glucose-6-phosphatase, the enzyme deficient in glycogen storage disease type 1A.

J. Biol. Chem., 1993, 268 , 21482- 21485.

[9] RAJAS F., BRUNI N., MONTANO S., ZITOUN C., MITHIEUX G. — The glucose-6-phosphatase gene is expressed in human and rat small intestine : regulation of expression in fasted and diabetic rats. Gastroenterology , 1999, 117 , 132-139.

[10] MITHIEUX G., BADY I., GAUTIER A., CROSET M., RAJAS F., ZITOUN C. — Induction of control genes in intestinal gluconeogenesis is sequential during fasting and maximal in diabetes. Am. J.

Physiol. Endocrinol. Metab., 2004, 286 , 370-375.

[11] CROSET M., RAJAS F., ZITOUN C. HUROT J.M., MONTANO S., MITHIEUX G . — Rat small intestine is an insulin-sensitive gluconeogenic organ.

Diabetes , 2001, 50 , 740-746.

[12] MITHIEUX G., GAUTIER-STEIN A., RAJAS F. AND ZITOUN C. — Contribution of intestine and kidney to glucose fluxes in different nutritional states in rat. Comp. Biochem. Physiol. B Biochem.

Mol. Biol., 2006, 143 , 195-200.

[13] RAJAS F., CROSET M., ZITOUN C., MONTANO S., MITHIEUX G. — Induction of PEPCK gene expression in insulinopenia in rat small intestine. Diabetes , 2000, 49 , 1165-1168.

[14] MITHIEUX G., RAJAS F., GAUTIER-STEIN A. — A novel role for glucose-6-phosphatase in the small intestine in the control of glucose homeostasis. J. Biol. Chem., 2004, 279 , 44231-44234.

[15] TORDOFF M.G., FRIEDMAN M.I. — Hepatic portal glucose infusions decrease food intake and increase food preference. Am.J.Physiol., 1986, 251 , R192-196.

[16] ADACHI A., SHIMIZU N., OOMURA Y., KOBASHI M. — Convergence of hepatoportal glucosesensitive afferent signals to glucose-sensitive units within the nucleus of the solitary tract.

Neurosci. Lett., 1984, 46 , 215-218.

[17] WESTERTERP-PLANTENGA M.S. — The significance of protein in food intake and body weight regulation. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care, 2003, 6 , 635-638.

[18] CHATELAIN F., PEGORIER J.P., MINASSIAN C. et al. — Development and regulation of glucose6-phosphatase gene expression in rat liver, intestine, and kidney : in vivo and in vitro studies in cultured fetal hepatocytes.

Diabetes, 1998, 47 , 882-889.

[19] MITHIEUX G., MISERY P., MAGNAN C. et al. — Portal sensing of intestinal gluconeogenesis is a mechanistic link in the diminution of food intake induced by diet protein . Cell. Metab., 2005, 2 , 321-329.

[20] JEAN C., FROMENTIN G., TOME D., LARUE-ACHAGIOTIS C. — Wistar rats allowed to self-select macronutrients from weaning to maturity choose a high-protein, high-lipid diet. Physiol.

Behav., 2002, 76 , 65-73.

[21] WILLIAMS G., BING C., CAI X.J. et al. — The hypothalamus and the control of energy homeostasis : different circuits, different purposes.

Physiol. Behav., 2001, 74 , 683-701.

[22] BATTEZZATI A., CAUMO A., MARTINO F. et al. — Nonhepatic glucose production in humans.

Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab., 2004, 286 , E129-135.

[23] ROLLS B.J., HETHERINGTON M., BURLEY V.J. — The specificity of satiety : the influence of foods of different macronutrient content on the development of satiety. Physiol. Behav., 1988, 43 , 145-153.

DISCUSSION

M. Claude JAFFIOL

Incidence de la chirurgie de l’obésité (by pass) sur la néoglucogenèse intestinale et la réduction pondérale ?

Il a été observé que les réponses métaboliques aux deux types principaux de chirurgie de l’obésité morbide (l’anneau gastrique et le ‘‘ by-pass ’’ dit ‘‘ Roux-en-Y ’’) sont bien différentes en terme de sensations de faim et de satiété et d’équilibre glycémique lorsque les patients sont diabétiques. Ainsi, les patients opérés par la méthode ‘‘ by-pass ’’ présentent une diminution rapide et prolongée de la sensation de faim et une amélioration très rapide (bien avant la perte de poids engendrée par la chirurgie) de leur paramètres glycémiques, par rapport aux patients ‘‘ anneau gastrique ’’ chez lesquels les bénéfices sont beaucoup moins spectaculaires à court-terme. On pensait généralement que des variations de sécrétion de la ghréline et/ou du GLP-1 pouvaient expliquer ces différences. Cependant, des résultats récents ont fortement suggéré que ces deux hormones ne peuvent pas rendre compte à elles seules des différents phénomènes observés.

L’implication de la néoglucogenèse intestinale et de l’activation du signal ‘‘ glucose portal ’’, et de ses effets bénéfiques centraux sur la satiété et l’utilisation périphérique du glucose, est en effet une de nos hypothèses fortes. Nous la testons actuellement en collaboration avec le Pr Andreelli (Hopital Bichat, Paris), en mettant à profit des modèles de souris obèses, opérées selon les deux approches.

M. Pierre DELAVEAU

Le glucose est probablement le métabolite le plus universel des végétaux, donc à la base des chaînes alimentaires. Les recherches actuelles si fines qui sont menées en neurochimie se préoccupent-elles de la stéréochimie du D-glucose et comment se comportent d’autres hexoses tels que le galactose et le fructose ? Leur isomérisation est-elle complète après apport alimentaire, ce qui supprimerait tout accès aux cibles des organes récepteurs ?

Le D-glucose, et son utilisation métabolique dans la glycolyse, constituent en effet une véritable ‘‘ colonne vertébrale ’’ de la vie cellulaire universelle, sur laquelle viennent se greffer les autres voies métaboliques spécifiques. Cette remarque s’applique aussi bien au règne végétal qu’animal, depuis les organismes unicellulaires les moins évolués comme la levure jusqu’aux organismes supérieurs les plus évolués, comme les mammifères supé- rieurs et l’homme. L’utilisation du glucose après sa phosphorylation en glucose-6 phos-
phate est donc très rapide, ce qui lui permet sans doute de jouer ce rôle de signal pour le métabolisme cellulaire, que la finalité soit purement métabolique et/ou énergétique pour la cellule considérée, ou nerveuse à destination du cerveau. Pour ce qui concerne les autres oses alimentaires importants que sont le fructose et le galactose, on sait que leur incorporation dans la voie métabolique centrale de la glycolyse (en ce sens leur ‘‘ isomé- risation ’’ peut être considérée complète) ne peut se faire qu’après plusieurs étapes métaboliques spécifiques. Ceci explique peut-être qu’on n’a pas encore pu leur attribuer de rôle ‘‘ signal ’’ comme on a pu le faire pour le glucose.

M. René MORNEX

Ma question concerne la méthode de ‘‘ dénervation ’’ vagale : quelle est la molécule utilisée ?

La méthode utilisée est basée sur l’application autour de la veine porte, chez l’ animal anesthésié et laparotomisé, d’une solution de capsaïcine. La capsaïcine est une drogue neurotoxique qui inactive spécifiquement les neurones peu ou pas myélinisés, ce qui est une caractéristique des fibres périphériques afférentes du système vagal. On prive ainsi le cerveau des animaux traités des informations transmises à partir de la veine porte, sans inactiver sa capacité à transmettre des informations nerveuses efférentes.

Bull. Acad. Natle Méd., 2007, 191, nos 4-5, 911-921, séance du 22 mai 2007