Stéatoses et stéatohépatites induites par les médicaments et l alcool

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1 Master 2: Toxicologie Spécialité THERV: Toxicologie Humaine, Evaluation des risques, Vigilances Module C1: Toxicologie d organes Année universitaire : Stéatoses et stéatohépatites induites par les médicaments et l alcool Bernard Fromenty INSERM U991, Rennes bernard.fromenty@inserm.fr

2 Rappels sur la toxicité hépatique des xénobiotiques

3 Hépatotoxicité des xénobiotiques: Généralités (1) Médicaments: nombreux sont hépatotoxiques: Biour M. et al., Gastroenterol Clin Biol 2004 et base de données Hepatox consultable sur le site internet de l AFEF( Base de données Liver Toxicity Knowledge Base (LTKB) de l agence étasunienne Food & Drug Administration. Causes non médicamenteuses: Alcool éthylique Plantes médicinales: germandrée, kava Drogues: cocaïne, ecstasy Produits chimiques: toluène, tétrachlorure de carbone*, diméthylformamide, hydrochlorofluorocarbures (HCFC)... *Utilisé en recherche expérimentale pour induire une fibrose hépatique

4 Hépatotoxicité des xénobiotiques: Généralités (2) Les xénobiotiques peuvent entraîner différents types de lésions histologiques: cytolyse, cholestase, ductopénie, granulomes, péliose, stéatose (microvésiculaire, macrovacuolaire), stéatohépatite (nécroinflammation et fibrose), cirrhose, tumeurs Ramachandran and Kakar, J Clin Pathol 2009 D un point de vue biologique, les hépatites induites par les xénobiotiques sont classiquement divisées en trois classes en fonction du rapport R = ALAT (xn) / phosphatase alcaline (xn): 1. Atteinte hépatocellulaire : isolée des transaminases avec R > Atteinte cholestatique : isolée de la Ph. Alc. avec R < Atteinte mixte : concomitante des transaminases et de la Ph. Alc avec 2 < R < 5. Larrey D, Encycl Méd Chir - Hépatologie 2003

5 Hépatotoxicité des xénobiotiques: Généralités (3) Facteurs prédisposant: Facteurs liés aux médicaments: Molécule comprenant une structure à l origine de la formation d un métabolite réactif via les CYPs. Exemple de la structure 4-aminophénol générant une quinoneimine: paracétamol, diclofénac et amodiaquine. Doses >50mg/j et fort métabolisme hépatique. Facteurs liés aux patients: Maladies hépatiques d origine virale et alcoolique. Hépatopathies liées à l obésité: stéatose et stéatohépatite (NAFLD*). Facteurs nutritionnels: jeûne, dénutrition. Facteurs génétiques: polymorphismes dans différents gènes (CYPs, glutathion S-transférases, HLA..), ou parfois mutations. *NAFLD: nonalcoholic fatty liver disease

6 Hépatotoxicité des xénobiotiques: Généralités (4) Cellules hépatiques incriminées: Hépatocytes, mais aussi cholangiocytes, cellules endothéliales, cellules étoilées (cellules de Ito), macrophages (cellules de Kupffer). Mécanismes: Ne sont pas toujours recherchés!! Principaux mécanismes (hépatocytes): Inhibition de transporteurs membranaires (acides biliaires). Formation de métabolites réactifs via les cytochromes P450. Dysfonctionnements mitochondriaux (et autres perturbations du métabolisme lipidique).

7 Hépatotoxicité médicamenteuse: Généralités (1) En France: environ 8000 cas/an d atteintes hépatiques d origine médicamenteuse (Sgro et al., Hepatology 2002). Mais ce chiffre est très vraisemblablement sous-estimé. Hépatites médicamenteuses: 1 ère cause de mortalité iatrogénique, et 1 ère cause de retrait du marché des médicaments (dépend du rapport bénéfice/risque). Exemples de médicaments retirés du marché: 1998 Tolcapone (antiparkinsonien, inhibiteur de la COMT) 2000 Troglitazone (antidiabétique oral, agoniste PPAR ) 2006 Ximélagatran (anticoagulant, inhibiteur de thrombine)

8 Hépatotoxicité médicamenteuse: Généralités (2) Top 10 des médicaments ayant entraîné le plus grand nombre d hépatites mortelles durant la période (Etude OMS, Björnsson and Olsson, Dig Liver Dis 2006): Médicaments Stéatose Cirrhose Paracétamol Halothane Acide valproïque Amiodarone Stavudine Didanosine Lamivudine Névirapine Sulfaméthoxazole/triméthoprime Troglitazone (retiré du marché)

9 Définition et étiologies des stéatoses

10 Définition de la stéatose hépatique Stéatose: accumulation de graisses (principalement triglycérides) sous forme de gouttelettes dans le cytoplasme cellulaire (qui normalement n en contient que des traces). En fonction de la taille des gouttelettes, la stéatose peut être macrovacuolaire ou microvésiculaire. Seul l examen anatomopathologique permet d établir le diagnostic de stéatose et de savoir si elle est associée à d autres lésions (nécrose, inflammation et fibrose).

11 Symptômes et évolution clinique des stéatoses Microvésiculaire Lésion potentiellement sévère avec insuffisance hépatique (et rénale), hypoglycémie majeure et hyperammoniémie. Macrovacuolaire Lésion bénigne à court terme. Cependant, elle peut évoluer après plusieurs années en maladies plus sévères..

12 Stéatose Stéatohépatite Cirrhose Stéatose macrovacuolaire Inflammation (autour des cellules mortes) Huile rouge Trichrome Fibrose modérée (périportale) Fibrose extensive avec formation de nodule

13 Etiologies des stéatoses hépatiques Microvésiculaire Médicaments Intoxication alcoolique Toxiques (hypoglycine ) Stéatose aiguë gravidique Syndrome de Reye Maladies "mitochondriales" (déficits de la -oxydation ou de la chaîne respiratoire) Macrovacuolaire Médicaments Intoxication alcoolique Obésité Diabète de type 2 Hyperlipidémie

14 Obésité et conséquences métaboliques Alimentation riche en calories Baisse de l activité physique Accumulation de dérivés lipidiques toxiques Résistance à l insuline (muscles, tissus adipeux..) Insuline Plasma Acides gras libres Synthèse des lipides dans le foie Stéatose hépatique Entrée des lipides dans le foie

15 Xénobiotiques, obésité et stéatoses hépatiques Alimentation riche en calories Baisse de l activité physique Médicaments Toxiques Accumulation de dérivés lipidiques toxiques Résistance à l insuline (muscles, tissus adipeux..) Insuline Plasma Acides gras libres Synthèse des lipides dans le foie Stéatose hépatique Entrée des lipides dans le foie

16 Médicaments et stéatose microvésiculaire Massart J et al., Curr Pathobiol Rep 2013 Acide valproïque Acides arylpropioniques Ibuprofène, pirprofène* Amineptine Amiodarone Analogues nucléosidiques (d4t, ddi, AZT) Aspirine Fialurine (FIAU)* Panadiplon* Paracétamol Tétracyclines (fortes doses) Retirés lors des essais cliniques ou après mise sur le marché

17 Médicaments et stéatose macrovacuolaire (+/- stéatohépatite et cirrhose) Acide valproïque Amiodarone 5-Fluorouracil Irinotécan Méthotrexate Nifédipine Analogues nucléosidiques (d4t, ddi) Perhexiline* Tamoxifène Torémifène Médicament retiré du marché Dans le contexte d une obésité et d une insulinorésistance induites par ces médicaments: Acide valproïque Clozapine Olanzapine Rispéridone Glucocorticoides Dans le contexte d une lipoatrophie et d une insulinorésistance induites: Analogues nucléosidiques (d4t, ddi)

18 Métabolisme glucidolipidique dans le foie

19 Métabolisme hépatique après un repas ChREBP: Carbohydrate response element binding protein SREBP1: Sterol regulatory element-binding protein MTP: Microsomal triglyceride transfer protein Glucose Glycolyse Pyruvate Mitochondrie ChREBP Citrate Citrate SREBP1 Insuline Lipogenèse de novo Acétyl-CoA Malonyl-CoA VLDL apob MTP Stockage des TG dans le tissu adipeux Acides gras TG Hépatocyte

20 Mobilisation de l énergie pendant le jeûne Tissu adipeux Insuline Glucagon Activation de la HSL (Hormone Sensitive Lipase) Hydrolyse des triglycérides Gluconéogenèse Glucose Glycérol Acides gras libres plasmatiques Utilisation pour la production d énergie via la -oxydation

21 Métabolisme hépatique pendant le jeûne PPAR : Peroxisome proliferator-activated receptor- FoxA2: Forkhead box A2 CREB: camp-responsive element-binding protein Acides gras FAT/CD36 Acides gras ACS Acyl-CoA PPAR Mitochondrie ATP Lipolyse des TG du tissue adipeux FoxA2,CREB Insuline Glucagon Oxydation des acides gras Corps cétoniques Utilisation périphérique pour la synthsèse d ATP Hépatocyte

22 Régulation à long terme du métabolisme hépatique par les adipokines Adiponectine Lipogenèse de novo -Oxydation mitochondriale Tissu adipeux Action anti-stéatosique à long terme Hépatocyte Leptine

23 La -oxydation mitochondriale des acides gras et la chaîne respiratoire

24 -Oxydation mitochondriale des AG Mitochondrie Acides gras Corps cétoniques Acétyl-CoA -Oxydation Coenzyme A Acyl-CoA ATP dans les tissus extrahépatiques NADH FADH 2 NAD + FAD ATP hépatique -Oxydation mitochondriale: source majeure d énergie (pendant le jeûne)

25 La -oxydation mitochondriale est couplée à la chaîne respiratoire Mitochondrie Corps cétoniques Acétyl-CoA Chaîne respiratoire -Oxydation NADH FADH 2 NAD + FAD I e - O 2 +H e - + H 2 O II III c IV COX H + H + H + Acyl-CoA ADP H + ATP F1 F0 Potentiel de membrane Δ ATP synthase (complexe V) m Phosphorylation oxydative

26 Mitochondrie Corps cétoniques Acétyl-CoA Cycle de Krebs Chaîne respiratoire NADH FADH 2 NAD + FAD I e - O 2 +H e - + H 2 O II III c IV COX H + H + H + Acyl-CoA ADP H + ATP F1 F0 Potentiel de membrane Δ ATP synthase (complexe V) m Phosphorylation oxydative

27 La chaîne respiratoire est dépendante de l ADNmt Mitochondrie Corps cétoniques Acétyl-CoA ADNmt 13 protéines Chaîne respiratoire NADH FADH 2 NAD + FAD I e - O 2 +H e - + H 2 O II III c IV COX H + H + H + Acyl-CoA ADP H + ATP ATP synthase (complexe V) F1 F0

28 Caractéristiques du génome mitochondrial Mitochondrie Plusieurs copies par mitochondrie Réplication grâce à l ADN polymérase Sensibilité au stress oxydant >>ADN nucléaire Acétyl-CoA ADNmt NADH FADH 2 NAD + FAD I e - O 2 +H e - + H 2 O II III c IV COX H + H + H + Acyl-CoA ADP H + ATP ATP synthase (complexe V) F1 F0

29 AGCM AGCC La -oxydation des AGCL est dépendante d un système de transporteurs membranaires Acyl-CoA AGCL CPT1: Carnitine Palmitoyl- Transferase 1 CPT2: Carnitine Palmitoyl- Transferase 2 Acétyl-CoA Chaîne respiratoire -Oxydation NADH FADH 2 NAD + FAD I e - O 2 +H e - + H 2 O II III c IV COX H + H + H + Acyl-CoA ADP H + ATP F1 F0 Potentiel de membrane Δ ATP synthase (complexe V) m

30 La chaîne respiratoire est une source importante d ERO Mitochondrie Acétyl-CoA Acyl-CoA NADH FADH 2 NAD + FAD ADP H + ATP F1 F0 MnSOD: Mn Superoxide dismutase GPx: Glutathion peroxidase GSH: Glutathion réduit I O 2 e - e - II III c IV e - - O 2 Anion superoxyde O 2 +H + H 2 O MnSOD H 2 O 2 GPx GSH Peroxyde d hydrogène H 2 O

31 L inhibition de la chaîne respiratoire induit une surproduction d ERO Mitochondrie Acétyl-CoA Acyl-CoA NADH FADH 2 NAD + FAD I e - O 2 e - ADP H + ATP II III c IV e - e - ERO O 2 +H + H 2 O F1 F0 Stress oxydant

32 Cette surproduction d ERO peut induire un "cercle vicieux" Mitochondrie Acétyl-CoA Acyl-CoA NADH FADH 2 NAD + FAD I e - O 2 e - ADP H + ATP II III c IV e - e - ERO O 2 +H + H 2 O F1 F0 Cercle vicieux Stress oxydant

33 En résumé ADNmt Mitochondrie 13 polypeptides ATP Chaîne respiratoire Régénération NAD + et FAD -Oxydation des AG (+ cycle de Krebs ) ERO

34 Mécanismes des stéatoses et des stéatohépatites liées aux médicaments

35 Mécanisme des stéatoses microvésiculaires induites par les médicaments Inhibition sévère de la -oxydation mitochondriale des acides gras (l inhibition peut être primaire ou secondaire à une altération de la chaîne respiratoire) Le même mécanisme a été montré pour d autres pathologies hépatiques caractérisées par une stéatose microvésiculaire : Syndrome de Reye (rôle infections virales et aspirine) Stéatose hépatique aiguë gravidique (SHAG) Déficits congénitaux en enzymes mitochondriales

36 Acyl-CoA Ac. valproïque Amineptine Amiodarone Ibuprofène Salicylate Ac. valproïque Amiodarone Acétyl-CoA Enzymes CPT1 -Oxydation Acyl-CoA L-carnitine Acyl-carnitine Acyl-carnitine Coenzyme A L-carnitine CPT2 Ac. valproïque Ibuprofène Panadiplon Salicylate NADH FADH2 NAD+ FAD Didanosine Fialuridine Stavudine Troglitazone ADNmt Amiodarone Perhexiline Troglitazone I e- e- O2+H+ H2O II III c IV Chaîne respiratoire

37 Conséquence d une inhibition sévère de la -oxydation mitochondriale des AG Toxicité Triglycérides AG libres Stéatose microvésiculaire Dérivés acyl-carnitine et acyl-glycine -oxydation Toxiques

38 Conséquences d une inhibition sévère de la -oxydation mitochondriale des AG Toxicité Triglycérides AG libres Stéatose microvésiculaire Dérivés acyl-carnitine et acyl-glycine -oxydation Toxiques ATP Acétyl-CoA Corps cétoniques Nécrose Gluconéogenèse Glucose Déficit énergétique extra-hépatique

39 Stéatose microvésiculaire induite par l acide valproïque Stéatoses microvésiculaires principalement chez les enfants. Non dose-dépendantes. Mortalité élevée (insuffisance hépatique, encéphalopathie, hypoglycémie sévère, hyperammoniémie...). Incidence: en forte baisse depuis les recommandations faites par la FDA afin de limiter les facteurs prédisposant (1/ en 1984, 1/ en 1986).

40 Facteurs augmentant le risque de toxicité mitochondriale et l hépatotoxicité du valproate Traitement concomitant avec des inducteurs des cytochromes P450 tels que carbamazépine, phénobarbital et phénytoïne (génération accrue du métabolite réactif Δ2,4-VPA-CoA). Déficits génétiques en enzymes mitochondriales: medium-chain acyl-coa dehydrogenase (MCAD) cytochrome c oxidase (COX, complexe IV de la CRM) ADN polymérase (POLG1) Dreifuss et al., Neurology 1987 Chabrol et al., Eur J Pediatr 1994 Stewart et al., Hepatology 2010

41 Acide valproïque Mitochondrie Acide valproïque (VPA) VPA = dipropyl-acétate Acide gras à chaîne moyenne et branchée VPA + CoA Séquestration du CoA VPA-CoA - CPT1 Cytosol Inhibition de la -oxydation Baldwin et al., FEBS Lett 1996 Silva et al., J Inherit Metab Dis 2008 Aires et al., Biochem Pharmacol 2010 Begriche et al., J Hepatol 2011

42 Acide valproïque Acide valproïque (VPA) Cytochromes P450 (CYPs) Δ4-VPA Cytosol Désaturation Baldwin et al., FEBS Lett 1996 Silva et al., J Inherit Metab Dis 2008 Aires et al., Biochem Pharmacol 2010 Begriche et al., J Hepatol 2011 Mitochondrie VPA Δ4-VPA Δ2,4-VPA-CoA - + CoA -Oxydation Métabolite réactif + CoA Enzyme trifonctionnelle VPA-CoA - Inhibition de la -oxydation CPT1

43 Stéatose microvésiculaire induite par les analogues nucléosidiques Stéatoses microvésiculaires observées avec la stavudine (d4t) et la didanosine (ddi), pouvant être associées à une hyperlactatémie, ou une acidose lactique. Toxicité tardive qui peut apparaître après plusieurs semaines (ou mois) de traitement. Autres effets secondaires des analogues nucléosidiques liés à une toxicité mitochondriales: myopathies, neuropathies périphériques, pancréatites, lipoatrophies.

44 Exemple de la stavudine Stavudine (S) Analogue de la thymine 3 5 Pol Inhibition oxydation des AG Stéatose microvésiculaire Stop! GGACGS CCTGCAGCAAA ADNmt X Déplétion ADNmt Après plusieurs semaines ou mois si déplétion majeure!! Fromenty and Pessayre, Pharmacol Ther 1995 Lewis et al., PNAS 1996 Begriche et al., J Hepatol 2011 Inhibition cycle de Krebs Acidose lactique

45 Mécanismes des stéatoses macrovacuolaires Inhibition modérée de la -oxydation (amiodarone, stavudine, valproate) Hépatocytes Diminution de la sécrétion des VLDL (amiodarone, tétracycline) Stéatose macrovacuolaire Activation de la lipogenèse via SREBP1c (clozapine, olanzapine) Lettéron et al., Hepatology 2003 Begriche et al., J Hepatol 2011 Lauressergues et al., Neuropharmacology 2012

46 Mécanismes des stéatoses macrovacuolaires Inhibition modérée de la -oxydation (amiodarone, stavudine, valproate) Hépatocytes Diminution de la sécrétion des VLDL (amiodarone, tétracycline) Stéatose macrovacuolaire Activation de la lipogenèse via SREBP1c (clozapine, olanzapine) Lettéron et al., Hepatology 2003 Begriche et al., J Hepatol 2011 Lauressergues et al., Neuropharmacology 2012 Obésité (clozapine, valproate) Lipoatrophie (stavudine)

47 Acide valproïque, obésité et stéatose macrovacuolaire Acide valproïque (VPA) Déplétion coenzyme A Inhibition enzymes -oxydation Adiponectine Surpoids, obésité (40-60% des patients) Oxydation des AG Stéatose Insuline Insulinorésistance Foie

48 Stavudine, lipoatrophie et stéatose macrovacuolaire Stavudine Lipoatrophie ADNmt Adiponectine Leptine Oxydation des AG Stéatose Insuline Insulinorésistance Foie

49 Mécanismes de la stéatohépatite médicamenteuse Stéatose macrovacuolaire -Oxydation Nécrose Mort cellulaire ATP Inflammation Fibrose Stress oxydant Peroxydation lipidique (MDA, 4HNE) ERO Stéatohépatite Altérations chaîne respiratoire Fromenty et al., JPET 1990a and 1990b Deschamps et al., Hepatology 1994 Berson et al., Gastroenterology 1998 Larosche et al., JPET 2007 Begriche et al., J Hepatol 2011 Amiodarone Perhexiline Stavudine Tamoxifène MDA: Malondialdehyde 4-HNE: 4-Hydroxynonenal

50 Stéatose induite par l alcool éthylique

51 Métabolisme hépatique de l alcool Circulation ADH ALDH2 Ethanol Acétaldéhyde Acétate CH 3 CH 2 OH CH 3 CHO CH 3 CO 2 - NAD + NADH NAD + NADH Krebs CO 2 H 2 O Cytosol Mitochondries CYP2E1 NADPH + H + + O 2 Microsomes Mitochondries O 2 e - NADP H 2 O O 2 - Anion superoxyde ADH: Alcool déshydrogénase: ALDH: Aldéhyde déshydrogénase CYP2E1: Cytochrome P450 2E1

52 ADNmt Alcool ERO ( CYP2E1) MDA, 4-HNE Chaîne respiratoire NAD + PPAR -Oxydation des AG (+ cycle de Krebs )

53 Intoxication alcoolique Homocystéine NAD + PPAR Stress oxydant Lipogenèse de novo Adiponectine Tissu adipeux -Oxydation mitochondriale Stéatose hépatique

54 En résumé (1) De nombreux xénobiotiques peuvent entraîner une stéatose, qui peut être microvésiculaire ou macrovacuolaire. Contrairement à la stéatose microvésiculaire, la stéatose macrovacuolaire est bénigne à court terme. Cependant, celle-ci peut évoluer à long-terme en stéatohépatite et en cirrhose. Le mécanisme impliqué dans la stéatose microvésiculaire est une inhibition sévère de l oxydation mitochondriale des acides gras qui peut être d origine primaire, ou secondaire. Ce mécanisme explique la sévérité de la stéatose microvésiculaire, qui peut être considérée comme une maladie mitochondriale.

55 En résumé (2) Les mécanismes de la stéatose macrovacuolaire semblent plus diversifiés. En plus d une inhibition modérée de la -oxydation, d autres anomalies du métabolisme des lipides peuvent être impliquées. Ces anomalies du métabolisme lipidique peuvent impliquer directement le foie, ou être indirectes par l intermédiaire d effets délétères sur le tissu adipeux. La transition entre la stéatose et la stéatohépatite est favorisée par le stress oxydant, en particulier d origine mitochondriale. Les recherches actuelles tentent de trouver des facteurs prédisposant: polymorphismes génétiques (ou mutations) sur différents gènes mitochondriaux, rôle de l obésité et des désordres métaboliques associés