Impact du stress oxydant dans les pathologies diverses

Ce sont de longues gousses cylindriques, ligneuses, cloisonnées transversalement avec de nombreuses graines par loge. Les fruits peuvent atteindre 40-60 cm de long sur 2 cm de large; ils sont indéhiscents, de couleur brun foncé, noirâtre à maturité et persistent longtemps sur l’arbre. Ces gousses sont illustrées par la figure 3 (Diagne, 2016).

Cassia sieberiana DC est présent dans les savanes arborées ou arbustives où la pluviométrie annuelle est inférieure à 800 mm. Il préfère un sol sableux et acide.

Ainsi on le retrouve dans les savanes soudano-guinéennes allant du Sénégal au Nigeria ainsi qu’en Afrique de l’Est. Très rare dans le sud du Sahel, il persiste encore dans les galeries sèches et les sols sablonneux du Cayor (Schmelzer G.H., 2008).

C’est une plante retrouvée au Sénégal, Mali, Guinée, Gambie, Nigeria, Côte d’Ivoire, Ghana, Cameroun, Tchad et Soudan (Diagne, 2016).

Les principes actifs contenus dans les plantes médicinales varient d’une espèce à l’autre. Pour comprendre l’action de ces végétaux, notamment de C. sieberiana sur l’organisme de nombreuses études ont été réalisées sur les différentes parties de la plante.

 Les feuilles

Les recherches de Balansard et Vignoli (1940) y ont signalé la présence d’oxalate de sodium, de minimes quantités d’acide cyanhydrique et d’anthraquinones. D’autres travaux ont noté la présence de dérivés flavoniques et de tanins catéchiques dans les feuilles de C. sieberiana (Kheraro J., 1974).

Les recherches postérieures de Duquenois et Anton (1968) ont élucidé la composition des feuilles. En effet, selon ces auteurs les feuilles de C. sieberiana contiennent :

– des dérivés anthraquinoniques à fonction carboxylique : rhéine et rheine-8-glucoside ;

– des flavonoïdes : les O-flavonosides (quercitrine et isoquercitrine) ;

– des leucoanthocyanes ;

– des tanins catéchiques en faible proportion.

 Les racines

On y retrouve également de l’oxalate de calcium, des tanins, des dérivés anthraquinoniques mais également du mucilage et des stérols (Kerharo J., 1974).

Paris et Etchepare (1967) y ont mis en évidence la présence de petites quantités de dérivés anthracéniques, des tanins condensés, des leucoanthocyanes (notamment du leucopélargoniol) et des flavonols.

Plus récemment les travaux de Diouf (2007) sur la composition chimique des différents organes de C. sieberiana ont confirmé la présence de flavonoïdes, de tanins condensés et d’anthracénosides dans les feuilles et racines de C. sieberiana.

Les feuilles, les racines et les gousses de C. sieberiana sont couramment utilisées en médecine traditionnelle dans le traitement de diverses pathologies ; c’est un purgatif très connu et estimé dans tout le Sénégal. Les mères de famille ont recours à la plante dès que leurs enfants ressentent un peu de fatigue.

Les feuilles et racines sont également utilisées en macération comme dépuratif, fébrifuge, diurétique et antianémique (Pousset, 1989).

Les racines elles sont utilisées en décocté par voie orale comme purgatif ; leurs écorces en décocté dans l’eau peuvent servir pour le traitement des dysménorrhées, de la stérilité chez la femme, de l’ictère, de l’ascite et de la dyspepsie (Adjanohoun, 1980).

Elles sont également employées en décoction comme aphrodisiaque, antihelminthique, anti-blennorragique, antifongique, anti-lépreux et anti-bilharzien. En bain, per os ou en massage, elles permettraient de lutter contre l’asthénie physique et les douleurs musculaires.

Les feuilles associées avec celles d’autres plantes médicinales comme Nauclea latifolia et Annona arenaria traiteraient les symptômes de la drépanocytose (Kpegba & al., 2010).

En Ouganda, la poudre de différentes parties du végétal s’applique sur les dents pour soigner les douleurs dentaires ; mélangée à du beurre, elle sert à traiter les

maladies de la peau. Au Burkina-Faso, une pincée de poudre de racine séchée prise à la fin de chaque repas préviendrait le paludisme. La pulpe jaune qui entoure les graines et l’infusé seraient laxatifs (Schmelzer G.H., 2008).

L’étude pharmacologique de la plante a permis de vérifier quelques propriétés thérapeutiques attribuées à cette dernière par la médecine traditionnelle.

L’extrait aqueux de la poudre des racines a des propriétés antiulcéreuses et permet de traiter les coliques abdominales (Nartey, 2012).

En effet les résultats de leurs travaux montrent que l’extrait de racines est responsable de la stimulation de la génération endogène de PGE2 et de PGI2 de la muqueuse gastrique et de l’inhibition de l’activité sPLA2 dans le sérum. Ces résultats suggèrent que l’extrait végétal contient des biomolécules susceptibles stimuler la génération endogène de La PGE2 et la PGI2 et qui peuvent être responsables de l’utilisation thérapeutique en tant qu’agent antiulcéreux.

Les résultats obtenus par Leteane (2012) présentent un effet inhibiteur direct des extraits de racine et d’écorce de C. sieberiana sur la réplication du VIH-1c médiée par différents modes d’action. Ces résultats appuient les observations de guérisseurs traditionnels qui notent une amélioration de la santé des patients atteints du VIH / sida après un régime de traitement avec C. sieberiana.

Les extraits des feuilles de C. sieberiana sont très efficaces sur Plasmodium falciparum. L’étude menée par Aliyu (2013) montre que la meilleure activité antiplasmodiale des feuilles a été obtenue avec des extraits de méthanol et de benzène. Les extraits ont montré une absence virtuelle du parasite après 72 heures. Il s’agit d’une base scientifique pour l’utilisation de la plante comme antipaludique.

Les travaux de Sy et al. (2009) montrent que les racines de Cassia sieberiana présentent à la fois des propriétés antalgique et anti-inflammatoire.

En effet il relève tout d’abord un effet analgésique l’extrait aqueux des racines de C. sieberiana qui prévient de façon dose dépendante les contorsions provoquées par l’administration d’acide acétique chez les rats. A la dose de 300mg/kg l’extrait aqueux des racines présente une activité analgésique similaire à 100 mg/kg d’acide acétylsalicylique.

Il démontre ensuite qu’une administration préalable d’extrait aqueux de racine de C. sieberiana prévient l’œdème inflammatoire de la patte de rat induit par la carraghénine de façon dose dépendante aux doses de 30, 100 et 300 mg/kg.

Ces résultats justifient l’usage des racines de C. sieberiana en médecine traditionnelle dans les douleurs post-partum, entorses et contorsions.

L’extrait hydro-alcoolique des racines de C. sieberiana possède une activité antipyrétique à la dose de 300 mg/kg beaucoup plus importante que celle du paracétamol à 150 mg/kg. Au doses de 150 mg/kg et 900 mg/kg, l’extrait présente une activité significative mais inférieure à celle du paracétamol.

Ces résultats suggéreraient que la dose de 300 mg/kg d’extrait hydro-alcoolique de Cassia sieberiana soit la dose optimale (Sow, 2009).

L’extrait aqueux d’écorce de tige de Cassia sieberiana a été administré à des groupes de 4 rats albinos (160 ± 10 g) à raison de 0, 20, 60 ou 180 mg / kg de poids corporel par gavage pendant six semaines. Une diminution de 7% du gain de poids corporel moyen a été observée dans le groupe traité avec la concentration la plus élevée de l’extrait (180 mg / kg). Les groupes traités avec l’extrait ont montré une augmentation significative (p <0,05) de l’activité sérique de l’ALAT et de l’ASAT. Il a été observé une augmentation significative (p <0,05) des concentrations sériques d’urée et de créatinine, ainsi qu’une diminution des concentrations sériques de protéines totales dans le groupe traité avec 180 mg / kg de poids corporel de l’extrait. Ces résultats indiquent que l’administration par voie orale d’extrait aqueux d’écorce de tige de Cassia sieberiana à des rats entraîne une hépatotoxicité même à des doses inférieures (20 à 60 mg/kg) et une néphrotoxicité à la dose de 180 mg/kg (Obidah, 2009).

Un radical libre est une espèce chimique neutre ou chargée qui possède un ou plusieurs électrons célibataires (non appariés) sur la couche externe. Cette caractéristique le rend instable. Il en résulte une grande réactivité de ce radical qui attaque les cellules voisines pour leur arracher un électron et se stabiliser.

La production de ces espèces radicalaires est physiologique et donc utile tant qu’elle reste à des doses raisonnables. Cette production est régulée par des systèmes de défenses antioxydants, qui lorsqu’ils sont débordés entrainent un stress oxydatif.

Le stress oxydatif ou stress oxydant résulte d’un déséquilibre de la balance entre les systèmes pro-oxydant et antioxydant en faveur des radicaux libres. Il peut être dû soit à une surproduction d’EROs (espèces réactives de l’oxygène), soit à une défaillance des systèmes antioxydants soit aux deux mécanismes. La figure 4 illustre le stress oxydatif.

La chaîne respiratoire mitochondriale dans laquelle les êtres aérobies puisent leur énergie, joue un rôle capital dans la cellule. Néanmoins les conséquences de cette activité mitochondriale sont doubles et paradoxales.

En effet, elle fournit d’une part à la cellule une source importante d’énergie par réduction tétravalente de l’essentiel de l’O2 que nous respirons en entrainant une production d’eau selon la réaction suivante : O2  + 4e- + 4 H+    2H2O

D’autre part elle entraine la formation d’espèces réactives de l’oxygène. Ainsi cette chaîne de transport peut laisser « fuir » une certaine proportion d’électrons qui vont réduire l’oxygène. C’est ainsi qu’environ 1 à 5 % de l’oxygène subit une réduction mono-électronique (addition d’un seul électron).

De chacune de ces réductions mono-électroniques résultent des entités radicalaires et moléculaires beaucoup plus réactives que l’oxygène qui leur a donné naissance. Ce sont l’ion superoxyde, le peroxyde d’hydrogène, et le radical hydroxyle. La figure suivante présente les différentes étapes de la réduction de l’oxygène.

+ e• +e• (+2H+) + e• +e• (+H+)

O2  O2•  H2O2  •OH (+OH)   H2O

La production des radicaux libres résulte de processus physiologiques communs à toutes les cellules. Parmi ceux-ci figure la chaîne mitochondriale qui représente une source importante de radicaux libres mais également d’autres processus physiologiques diverses et variés. Il s’agit notamment de :

– la xanthine oxydase qui donne naissance au superoxyde (par exemple, durant la lésion de reperfusion d’organes ischémiques) ;

– la cyclo-oxygénase et la lipo-oxygénase qui produisent des radicaux hydroxyles et peroxyde ;

– les neutrophiles, qui stimulés produisent le superoxyde : mécanisme de défense pour détruire les bactéries (Murray, 1995).

La peroxydation des lipides est aussi in vivo source de dommages tissulaires dûs aux radicaux libres qu’elle génère.

De même, la NADH-déshydrogénase située dans la membrane mitochondriale interne, tout comme la NADPH oxydase présente au niveau des cellules vasculaires endothéliales, peuvent conduire à la formation de radicaux superoxydes O2-•.

Par ailleurs, l’apparition de radicaux superoxydes peut également résulter de l’auto-oxydation (oxydation par l’oxygène) de composés tels que des neuromédiateurs (adrénaline, noradrénaline, dopamine…), des thiols (cystéine), des coenzymes réduits (FMNH2, FADH2 ) (Gardès-Albert et al., 2003).

Bien que le peroxyde d’hydrogène ne soit pas en soi un radical mais une molécule, il est lui-même toxique et capable de donner naissance, via des réactions de type « réaction de Fenton », à la plus délétère des espèces radicalaires du stress oxydant, le radical hydroxyle HO• en présence de cations métalliques tels que Fe2+ ou Cu+ selon la réaction suivante : H2O2 + Fe2+       HO•+ Fe3+ + OH-  (réaction de Fenton)

Le radical hydroxyle est particulièrement délétère vis-à-vis des matériaux biologiques.

Les autres sources d’EROs peuvent être d’origine environnementale comme les rayonnements UV, X ou ɣ, les polluants atmosphériques, l’intoxication aux métaux lourds ou encore l’oxydation des composés de la fumée de cigarette ou de l’alcool (Van Der Werf, 2013).

Les EROs produites par métabolismes cellulaires peuvent à des doses élevées s’avérer toxiques pour les tissus biologiques et entrainer des lésions de l’ADN, des lipides, protéines, et membranes cellulaires.

Les espèces réactives de l’oxygène peuvent avoir une action délétère sur la molécule d’ADN cible privilégiée. Néanmoins H2O2 et O2 ne sont pas assez réactives pour l’altérer directement. Ils génèrent tous deux le radical hydroxyle HO• qui est l’espèce la plus réactive. Ce radical réagit avec les bases en s’additionnant sur les doubles liaisons.

Parmi ces bases la guanine peut réagir avec HO• pour former la 8-hydroxy-2’-déoxyguanosine (8-OH-dG) qui, au lieu de s’apparier avec la cytosine, s’associera avec l’adénine. Il en résulte des mutations au sein de l’ADN conduisant des altérations du message génétique impliquées dans le déclenchement du cancer et le vieillissement (Haleng et al, 2007).

La 8-hydroxy-2’-déoxyguanosine constitue un des principaux marqueurs du stress oxydant dans l’ADN. (Gardès-Albert et al., 2003). La figure 6 illustre le mode d’action des radicaux hydroxyles sur une base de l’ADN.

Les acides aminés possèdent des susceptibilités différentes vis-à-vis des EROs. Les protéines les plus sensibles aux attaques radicalaires sont surtout celles qui comportent un groupement sulfhydryle (SH).
Toute attaque radicalaire d’un acide aminé provoquera l’oxydation de certains résidus avec pour conséquences, l’apparition de groupements carbonylés (Yuichiro J & al., 2010), des clivages de chaînes peptidiques et des ponts bi-tyrosine intra et inter-chaînes. La plupart des dommages sont irréparables et peuvent entraîner des modifications fonctionnelles importantes (non-reconnaissance d’un récepteur par un ligand, perte d’activité enzymatique). Certaines protéines oxydées sont peu dégradées et forment des agrégats qui s’accumulent dans les cellules et dans le compartiment extracellulaire.

Le radical hydroxyle est capable d’arracher un hydrogène sur les carbones situés entre deux doubles liaisons des acides gras polyinsaturés (AGPI) : c’est la phase d’initiation. RH + HO• R• + HOH
Le radical lipidique réagit avec une molécule d’oxygène pour former un radical peroxyle (ROO•), suffisamment réactif pour arracher un H+ à un AGPI voisin, régénérer le radical lipidique et propager ainsi la réaction : c’est la phase de propagation R• + O2 ROO• ROO• + RH ROOH + R•
Il en résulte une altération de la fluidité membranaire qui conduit inévitablement à la mort cellulaire.
Les peroxydes générés seront neutralisés par la glutathion peroxydase ou continueront à s’oxyder et à se fragmenter en aldéhydes (malondialdéhyde, 4-hydroxynonénal) dont les activités pro-athérogènes sont bien connues.

L’excès de radicaux libres entraine des désordres biologiques qui sont à l’origine de nombreuses pathologies. Néanmoins l’action de ces radicaux libres semble pouvoir être limitée, tout de moins en partie par des molécules dites antioxydantes. Ces molécules ont pour rôle de protéger l’organisme, contrôler et maitriser l’action des radicaux libres.
On distingue deux sources d’antioxydants :
Une source endogène qui se compose
– d’enzymes (superoxyde dismutase, glutathion peroxydase, catalase) ;
– de protéines (ferritine, transferrine, céruléoplasmine, albumine) ;
– de systèmes de réparation des dommages oxydatifs comme les endonucléases ;
– des oligoéléments comme le sélénium, le cuivre et le zinc qui sont des cofacteurs d’enzymes antioxydantes.
Une source exogène apportée par l’alimentation sous forme de fruits et légumes riches en vitamines C, E, caroténoïdes, ubiquinone, flavonoïdes, glutathion ou acide lipoïque.

 Les superoxydes dismutases (SOD)
Ce sont des métalloprotéines qui représentent une des premières lignes de défense contre le stress oxydant, assurent l’élimination de l’anion superoxyde O2•- par une réaction de dismutation, en le transformant en peroxyde d’hydrogène (moins toxique) et en oxygène selon la réaction suivante : 2O2 – +2H+ SOD H2O2 + O2
Le peroxyde d’hydrogène formé est pris en charge par la catalase et les glutathion peroxydases.
Chez l’homme, on décrit 3 isoenzymes :
Une SOD à cuivre et à zinc (Cu/Zn-SOD), intracellulaire, située dans le cytoplasme et dans l’espace intermembranaire des mitochondries ; elle remplit une action antioxydante importante dans l’espace intermédiaire mitochondrial où il y a une accumulation importante de protons.
Une autre SOD à cuivre et à zinc est extracellulaire principalement dans la matrice extracellulaire des tissus et à un degré moindre dans les liquides extracellulaires des tissus (plasma, lymphe) ; elle joue un rôle important dans la protection des surfaces cellulaires et des protéines de la matrice
extracellulaire contre l’action des O2 .
Une SOD à manganèse (Mn-SOD) qui est située à la fois dans la matrice et au niveau de la membrane interne de la mitochondrie (Ango Gueboté, 2016).
 La catalase
Elle complète l’action des SOD en accélérant la réduction spontanée du peroxyde d’hydrogène en eau et en oxygène moléculaire selon la réaction suivante : 2H2O2 Catalase 2H2O+O2
 Les glutathion peroxydases (GPxs)
La GPx est une enzyme séléno-dépendante retrouvée dans le cytoplasme des cellules rénales, hépatiques, sanguines.
Son rôle principal consiste en l’élimination non seulement des peroxydes d’hydrogène mais également des peroxydes lipidiques résultant de l’action du stress oxydant sur les acides gras polyinsaturés.
Il catalyse la réduction des peroxydes en molécule d’eau en présence de glutathion réduit selon la réaction suivante : H2O2 + 2GSH GPx 2H2O + GSSG

 Le glutathion
Le glutathion est un tripeptide (acide glutamique-cystéine-glycine). Il est le thiol (-SH) majoritaire au niveau intracellulaire (l’albumine étant son équivalent plasmatique) où il est présent sous forme essentiellement réduite (GSH). Dans des conditions physiologiques, sa forme oxydée (GSSG) est en concentration très faible. Le rapport GSH/GSSG est considéré comme un excellent marqueur de la peroxydation lipidique et permet d’objectiver l’importance du stress.
Au cours du vieillissement et lors d’un exercice intense, ce rapport tend à diminuer. Les autres propriétés antioxydantes du GSH sont nombreuses : cofacteur de la GPx, chélateur des métaux de transition, régénérateur final des vitamines E et C, à partir de leur forme radicalaire (Haleng et al, 2007).
 Le Coenzyme Q10
Le coenzyme Q10, appelé ubiquinone en raison de son ubiquité dans les cellules, est un dérivé benzoquinolique avec une longue chaîne latérale isoprénique. Cette chaîne latérale confère à la molécule un caractère lipophile qui lui permet de s’insérer dans les membranes et les lipoprotéines. Il joue un rôle essentiel dans la chaîne mitochondriale de transport d’électrons et est un puissant inhibiteur de peroxydation lipidique, en synergie avec la vitamine E.
 L’acide urique
Produit terminal majeur du métabolisme des purines chez l’homme, il est à pH physiologique majoritairement ionisé sous forme d’urate, un piégeur puissant de radicaux (OH•, ROO•, NOO• …). Ces réactions conduisent à des espèces radicalaires qui seront à leur tour réduites (notamment par la vitamine C). Les propriétés antioxydantes de l’urate in vivo peuvent être appréciées indirectement par le fait qu’un produit de réaction de l’urate avec les EROs, l’allantoïne, est présent à des taux élevés lors d’un stress oxydant.
 La bilirubine
La bilirubine est un produit terminal de la dégradation de l’hème et résulte essentiellement du catabolisme de l’hémoglobine par les cellules réticuloendothéliales. Composé non hydrosoluble, elle se lie à l’albumine dans un rapport stœchiométrique 1/1, ce qui empêche sa pénétration dans des tissus riches en lipides tels que le cerveau. La bilirubine est capable de piéger le radical peroxyde et l’oxygène singulet. Ainsi, elle protège l’albumine et les acides gras liés à l’albumine des attaques radicalaires.

Il s’agit de toutes les substances antioxydantes d’origine alimentaire ou médicamenteuse capables d’inhiber l’action des radicaux libres.

Ils constituent une famille importante d’antioxydants présents dans les végétaux. L’alimentation fournit environ 1g de polyphénols par jour principalement par l’apport en fruits et, dans une moindre mesure, en légumes et en céréales. Ils sont présents sous forme d’anthocyanes dans les fruits rouges et le vin rouge, sous forme de flavonoïdes dans les agrumes, l’huile de lin et sous forme d’épicatéchine dans le vin, le thé, le chocolat, les pommes, les oignons et les algues. Globalement, ce sont d’excellents piégeurs des EROs et de très bons chélateurs des métaux de transition comme le fer et le cuivre.

 Le sélénium
Le sélénium n’est pas un antioxydant en tant que tel, car il ne peut piéger les radicaux libres, mais il joue un rôle primordial comme cofacteur de la GPx. Dans l’alimentation, on retrouvera essentiellement du sélénium organique, lié à un acide aminé, la cystéine. Le sélénium organique est mieux absorbé, il subit une
métabolisation hépatique qui conduit à des intermédiaires nécessaires à la synthèse de dérivés physiologiquement actifs comme la GPx. La dose journalière recommandée est de 50-70 µg/jour. Les aliments riches en sélénium sont, notamment, les noix de Brésil, les brocolis, l’ail…
 Le cuivre
A concentration physiologique, le cuivre est le cofacteur d’enzymes comme la SOD, le cytochrome C oxydase, la dopamine β-hydroxylase. Cependant, en tant que métal de transition, il joue un rôle important dans le déclenchement de réactions de production d’EROs (réactions de Fenton) et peut lorsque sa concentration est élevée devenir pro-oxydant.
 Le zinc
Le zinc joue un rôle de cofacteur pour de nombreux enzymes et intervient ainsi dans de nombreuses fonctions comme le métabolisme des nucléotides, la synthèse des prostaglandines, le fonctionnement de l’anhydrase carbonique. Comme le cuivre, le zinc est un des cofacteurs essentiels de la SOD. Il protège également les groupements thiols des protéines et il peut inhiber les réactions de formation d’EROs induites par des métaux de transition comme le fer ou le cuivre. Le rapport Cu / Zn, (normalement inférieur à 1,5) sera un excellent indicateur de l’état de stress oxydant d’un individu.