n-6 polyunsaturated fatty acid oxidation during digestion and vascular function impairment : Antioxidant strategy by a supplementation in apple polyphenols
Oxydation des acides gras polyinsaturés n-6 au cours de la digestion et altération de la fonction vasculaire : Stratégie de prévention antioxydante par supplémentation en polyphénols de pomme
Résumé
According to the WHO, in 2030, nearly 23.6 million people will die of cardiovascular disease each year representing the leading cause of death as well as a major public health problem. Among these, ischemic diseases are the most common. They are the consequences of an endothelial dysfunction that promotes atherosclerosis development. The main risk factor associated with these pathologies is a Western diet rich in n-6 polyunsaturated fatty acids sensitive to oxidation by heme iron provided by red meat. In contrast, a diet rich in fruits, vegetables and grains can be a source of natural antioxidants such as polyphenols. Among polyphenols, procyanidins (PCs, flavonoids) appear correlated with a reduction of coronary heart disease and stroke. Thus, the aims of this work were: 1) to evaluate the potential formation of lipid oxidation products in the gastrointestinal tract during digestion, and their effects on the vascular function after absorption; 2) to evaluate the effects of a supplementation in apple PCs as a primary antioxidant strategy to prevent deleterious effects of lipid oxidation on the vascular function. First results were obtained in a sunflower oil-in-water emulsion as a model system with post-prandial stress brought by the addition of heme iron (metmyoglobin) in digestion conditions simulating the early and median phases of gastric digestion at pH 5 and 3, respectively. It appears that lipid oxidation, evaluated through the formation of lipid-derived conjugated dienes (CD) and 4-hydroxynonenal (4-HNE) is initiated more quickly at pH 3 than at pH 5. Pepsin promotes faster CD accumulation at pH 5 through the formation of a micro-metmyoglobin form that is likely more accessible to fatty acids. The three matrices (fresh apple, puree and phenolic extract) added at nutritional dose show a lower inhibitory capacity at pH 5, while higher at pH 3, in the presence of pepsin. This antioxidant strategy was then evaluated in a model of in vitro gastrointestinal digestion demonstrating a reduction of 73-96% in 4-HNE formation at the end of the gastric phase and 60-95% at the end of the intestinal phase. Finally, a chronic in vivo study was conducted to evaluate the impact of lipid oxidation in an ApoE-/- mouse model. The increase of lipid oxidation during digestion led to an increase in plasmatic oxidative stress and oxLDL levels resulting in an impairment of the endothelial function. This endothelial dysfonction was associated with an increased formation of atheromatous plaques that are potentially unstable. Interestingly, polyphenol supplementation (puree or phenolic extract) prevented the increase of plasmatic oxLDL as well as the development of endothelial impairments. Consequently, this treatment was able to prevent the development of atherosclerosis observed in our model. In conclusion, apple polyphenols could limit 4-HNE formation and absorption during digestion protecting the vascular function in the long-term. Our results are in favor of a reintroduction of PCs-rich fruits (apple, pear) in the Western diet.
Selon l’OMS, d’ici 2030, près de 23,6 millions de personnes décèderont de maladies cardiovasculaires chaque année représentant la première cause de mortalité ainsi qu’un enjeu majeur de santé publique. Parmi celles-ci, les pathologies ischémiques sont les plus fréquentes. Elles ont pour origine une dysfonction endothéliale favorisant le développement de l’athérosclérose. Le principal facteur de risque associé à ces pathologies est un régime de type occidental riche en acides gras polyinsaturés n-6, sensibles à l’oxydation, et en fer héminique apporté par la viande rouge. A l’opposé, une alimentation riche en fruits, légumes et céréales peut être source d’antioxydants naturels comme les polyphénols. Parmi les polyphénols, les procyanidines (PCs, flavonoïdes) apparaissent comme corrélés à une réduction des maladies coronariennes et des accidents vasculaires cérébraux. Ainsi, les objectifs de ce travail de thèse étaient : 1) d’évaluer la formation de produits d’oxydation lipidique dans le tractus gastro-intestinal au cours de la digestion puis leur effet chronique après absorption intestinale sur la fonction vasculaire ; 2) d’évaluer l’influence d’une supplémentation alimentaire en PCs de pomme comme stratégie antioxydante primaire afin de prévenir la formation de produits d’oxydation lipidique et d’ainsi préserver la fonction vasculaire. Des premiers résultats ont été acquis dans un système constitué par une émulsion huile de tournesol-dans-eau et du fer héminique (métmyoglobine) et dans des conditions simulant les phases initiale et médiane de digestion à pH 5 et 3, respectivement. Il apparait que l’oxydation lipidique, évaluée à travers la formation des diènes conjugués lipidiques (DC) et du 4-hydroxynonénal (4-HNE), est amorcée plus rapidement à pH 3 qu’à pH 5, que la pepsine accélère l’accumulation des DC à pH 5 par la formation d’une forme de micro-métmyoglobine plus accessible aux acides gras. Les trois matrices (pomme fraiche, purée et extrait phénolique) ajoutées à dose nutritionnelle montrent une capacité inhibitrice plus faible à pH 5 en présence de pepsine alors que celle-ci semble augmentée à pH 3. Cette stratégie antioxydante a ensuite été évaluée en modèle in vitro de digestion gastro-intestinale démontrant une réduction de 73-96% de la formation du 4-HNE en fin de phase gastrique et de 60-95% en fin de phase intestinale. Enfin, une étude chronique a été conduite pour évaluer in vivo l’impact de l’oxydation lipidique dans un modèle de souris ApoE-/-. L’oxydation des lipides lors de la digestion était associée à une augmentation du taux plasmatique de LDLox et du stress oxydant ayant pour conséquence une altération de la fonction endothéliale. Cette altération de l’endothélium était associée à une augmentation du développement des plaques d’athérome potentiellement instables. De manière intéressante, la supplémentation en polyphénols (purée ou extrait phénolique) prévenait l’augmentation du taux de LDLox, l’exacerbation des altérations endothéliales ainsi que la taille de la plaque d’athérome. En conclusion, les polyphénols de pomme limiteraient la formation de 4-HNE absorbable au cours de la digestion protégeant à long terme la fonction vasculaire. Nos résultats sont en faveur d’une réintroduction de fruits riches en PCs (pomme, poire) dans une alimentation de type occidental.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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