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Cholestérol : métabolisme
Acides biliaires : régulation de la synthèse
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La synthèse des acides biliaires est régulée finement.
Les processus impliqués sont très étudiés à l'heure actuelle et les articles récents sont très nombreux : nous ne ferons qu'aborder ce sujet.
Le rôle des acides biliaires ne se résument pas à l'absortion lipidique dans l'intestin (Bile Acid Receptors and the Gut–Liver Axis in Nonalcoholic Fatty Liver Disease 2021).
a. Ce sont des molécules de signalisation dans le métabolisme des :
- des lipides,
- des glucides (Regulation of hepatic insulin signaling and glucose homeostasis by sphingosine kinase 2020),
- des processus énergétiques.
b. Ils interagissent aussi avec des GPCR (récepteurs couplés aux protéines G).
FXR (FaRnesoid X receptor)
Vue d'ensemble
Le principal mécanisme implique l'activation du récepteur hormonal nucléaire (NHR), FRX (FaRnesoid X receptor).
Les niveaux d'expression les plus élevés de FXR sont détectés dans le foie et le tractus gastro-intestinal, mais aussi plus faiblement dans les reins, les glandes surrénales et les ovaires.
1. Le FXR est activé de manière optimale par les acides biliaires non conjugués pour supprimer leur synthèse et promouvoir leur circulation entérohépatique d'une manière spécifique au tissu.
Ce sujet étant complexe, vous pouvez lire : FXR in liver physiology: Multiple faces to regulate liver metabolism (2021) dont les résultats sont énumérés ci-dessous.
2. FRX est présent sous forme de deux gènes, FXRα et FXRβ, bien que chez l'homme FXRβ soit un pseudogène (Bile salt export pump is dysregulated with altered farnesoid X receptor isoform expression in patients with hepatocellular carcinoma 2012).
- Il existe également 4 isoformes de FXRα avec les isoformes FXRα1 et 2 exprimées dans le foie,
- FXRα2 étant l'activateur le plus puissant.
3. L'activité de FXR peut être modulée à plusieurs niveaux (Progress and challenges of selective Farnesoid X Receptor modulation 2018).
- a. FXR peut se lier à différents motifs dans l'élément de réponse FXR, qui peuvent avoir des résultats transcriptionnels différents.
- b. Différentes isoformes de FXR activent différents programmes transcriptionnels, i.e. 4 isoformes de FRXFXRα avec les isoformes FXRα1 et 2 exprimées dans le foie, FXRα2 étant l'activateur le plus puissant.
- c. FXR peut se lier à l'ADN sous forme de monomère, d'hétérodimère ou même d'homodimère.
- d. FXR peut être lié par différents agonistes puissants, antagonistes ou ant/agonistes partiels.
- e. Les modifications post-traductionnelles (PTM) peuvent en outre activer ou inhiber l'action de FXR.
- f. Les coactivateurs, les corépresseurs et les facteurs de compétence ont un impact supplémentaire sur l'activité de FXR.
En fonction de la combinaison de tous les facteurs contributifs, la réponse transcriptionnelle sera modifiée, allant de la répression transcriptionnelle à l'activation transcriptionnelle de sous-ensembles de gènes cibles de FXR.
4. La structure de l'hétérodimère FXR/RXR a été dévoilée (Structural insights into the heterodimeric complex of the nuclear receptors FXR and RXR 2018 et Farnesoid X receptor (FXR): Structures and ligands 2021).
3. Le ciblage stratégique de l'activité FXR pourrait développer de nouvelles thérapies pour la prévention et/ou le traitement de la cholestase et de la stéatohépatite non alcoolique ou des cancers hépatiques et colorectaux (Bile Acids and FXR: Novel Targets for Liver Diseases 2020 et Intestine-specific FXR agonists as potential therapeutic agents for colorectal cancer 2021).
Les voies FXR/SHP et FXR/FGF19/FGFR4 constituent les principaux régulateurs négatifs de la synthèse des acides biliaires.
Rôles de FXR dans le foie
1. Dans les hépatocytes, l'activation de FXR régule négativement la synthèse de acides biliaires en induisant l'expression d'un petit partenaire hétérodimère SHP (Small Heterodimer Partnee ou NR0B2).
SHP est un suppresseur de l'expression du CYP7A1, l'enzyme limitant la vitesse de synthèse des BA, ainsi que de CYP8B1.
a. L'activité de FXR est renforcée par la formation d'un hétérodimère avec RXR (Rétinoid X Receptor), qui fournit un niveau supplémentaire de régulation des voies de signalisation médiées par FXR (Structural insights into the heterodimeric complex of the nuclear receptors FXR and RXR 2018).
b. La puissance d'activation de FXR dépend de l'acide biliaire, i.e. par ordre décroissant, CDCA, DCA, LCA et CA.
2. En outre, FXR régule de nombreuses autres molécules actives sur le cycle entérohépatique des acides biliaires (Gene expression profiling in human precision cut liver slices in response to the FXR agonist obeticholic acid 2018).
- FXR inhibe NTCP par un mécanisme dépendant de SHP, réprimant ainsi la captation des acides biliaires par le foie (Low retinol levels differentially modulate bile salt–induced expression of human and mouse hepatic bile salt transporters 2008).
- FXR active l'expression génique de BSEP, la pompe d'exportation des sels biliaires et de MDR3 et augmente l'efflux des acides biliaires du foie vers la lumière canaliculaire lors de la sécrétion biliaire (Bile acid receptors FXR and TGR5 signaling in fatty liver diseases and therapy 2020).
- FXR augmente également l'expression de OSTα/β qui améliore l'efflux des acides biliaires du foie vers la veine porte (Pharmacotoxicology of Clinically-Relevant Concentrations of Obeticholic Acid in an Organotypic Human Hepatocyte System 2017).
- FXR régule les enzymes clés impliquées dans la conjugaison et la détoxification des BA.
Rôles de FXR dans l'intestin
1. Dans la partie iléale de l'intestin grêle, l'activation de FXR induit l'expression du facteur de croissance des fibroblastes 19/15, i.e. FGF19 chez l'homme et FGF15 chez la souris (Interaction of glucocorticoids with FXR/FGF19/FGF21-mediated ileum-liver crosstalk 2018).
FGF19/15 se lie au complexe 4/β-Klotho du FGFR4 (Fibroblast Growth Factor Receptor 4 ) pour activer ERK1/2 et inhiber la transcription du gène CYP7A1 dans les hépatocytes, entraînant une régulation positive de SHP et une régulation négative de l'expression de CYP7A1 (Fibroblast growth factor 15 functions as an enterohepatic signal to regulate bile acid homeostasis 2005).
2. Dans les entérocytes, FXR induit la protéine de liaison des acides biliaires de l'iléon (IBABP) et OST/αβ pour renvoyer les acides biliaires dans la circulation sanguine portale (Molecular Basis of Bile Acid-FXR-FGF15/19 Signaling Axis 2022).
DIET1 est coexprimé avec FGF15 dans les entérocytes et module les niveaux de FGF15, la sécrétion d'acides biliaires et la taille du pool d'acides biliaires (Diet1, bile acid diarrhea, and FGF15/19: mouse model and human genetic variants 2018).
Remarque : le dimorphisme sexuel est impliqué car les enzymes clés de la synthèse des acides biliaires sont régulées par les œstrogènes, ce qui a un impact sur leur concentration et leur composition (The influence of biological sex and sex hormones on bile acid synthesis and cholesterol homeostasis 2019).
En conclusion, FXR est impliqué dans l'ensemble du processus métabolique de synthèse, de transport et de réabsorption des acides biliaires et les nombreuses recherches actuelles permettront de le cibler pour prévenir de nombreuse maladies métaboliques.
Activation des GPCR par les acides biliaires
Les acides biliaires peuvent activér des GPCR (récepteurs couplés aux protéines G) comme :
- TGR5,
- SIPR2.
TGR5
1. Le TGR5 (Takeda G protein-coupled Receptor 5) est exprimé dans tous les tissus, y compris dans le tractus gastro-intestinal, le foie/vésicule biliaire, les reins, le tissu adipeux brun, les tissus lymphoïdes, le tissu adipeux et les poumons.
- Dans le foie, le TGR5 est principalement exprimé dans les cellules non parenchymateuses et absent dans les hépatocytes.
- C'est un régulateur important du métabolisme du glucose et de l'énergie.
2. FXR et TGR5 sont coexprimés dans les cellules L entéroendocrines, FXR active le TGR5
- La liaison de l'acide lithocholique (LCA) à TGR5 induit l'activation de Gαs, qui active en outre l'adényl cyclase (AC), suivie de l'activation de la protéine kinase A (PKA) par l'AMPc.
- La PKA activée peut activer de nombreuses voies de signalisation liées à l'inflammation, au glucose et au métabolisme énergétique, par exemple la sécrétion de GLP-1 (Glucagon-Like Peptide-1), qui stimule la sécrétion d'insuline par les cellules β pancréatiques.
3. Pour étudier son rôle dans les maladies hépatiques, vous pouvez lire :
- Progress in research on the roles of TGR5 receptor in liver diseases (2021),
- TGR5 Signaling in Hepatic Metabolic Health (2020),
- Bile acid receptors FXR and TGR5 signaling in fatty liver diseases and therapy (2020),
S1PR2
S1PR2 (Sphingosine-1-Phosphate Receptor 2) est l'un des cinq S1PR (Sphingosine-1-phosphate receptor 2013).
L'expression de chaque S1PR dans différentes cellules et tissus et leur couplage à des protéines G spécifiques rendent leurs fonctions biologiques uniques.
1. S1PR2 est largement exprimé et impliqué dans de nombreux processus physiologiques et pathologiques et joue un rôle essentiel dans la régulation de la réponse immunitaire, des processus métaboliques et des fonctions cardiovasculaires, rénales et musculo-squelettiques, ainsi que du système nerveux.
S1PR2 est fortement exprimé dans le tractus gastro-intestinal et le foie (Conjugated bile acid–activated S1P receptor 2 is a key regulator of sphingosine kinase 2 and hepatic gene expression 2015).
2. Contrairement au TGR5, S1PR2 est exprimé dans toutes les cellules hépatiques et est le S1PR prédominant dans les hépatocytes.
- S1PR2 n'est activé que par les acides biliaires primaires conjugués, en particulier l'acide taurocholique (TCA).
- L'activation médiée par le TCA de S1PR2 est essentielle au métabolisme hépatique des lipides et du glucose.
Transport et sécrétion des acides biliaires
BiochimieChimie organiqueBioénergétiqueProtidesGlucidesLipidesAcides grasLipides vraisLipides vrais simplesLipides vrais complexesLipoïdesCholestérolAcides biliairesGlycéridesPhospholipidesTrafic non vésiculaire et LTPDigestion et absorption entérocytaire des lipidesLipoprotéinesApolipoprotéinesGouttelettes lipidiques (LD)EnzymesCoenzymesVitaminesHormonesComposés inorganiquesTransport membranaireMoteurs moléculairesVoies de signalisation