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Effets protecteurs de la cyanidine sur la microcirculation pendant la diminution et la récupération ultérieure du débit sanguin cérébral, induisant une dilatation artériolaire et prévenant la perte neuronale, ce qui aboutit à la protection de l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique et de la fonction cérébrale.[1]
La cyanidine, un antioxydant naturel appartenant à la famille des anthocyanes donc des polyphénols, a montré des effets protecteurs sur la microcirculation pendant la diminution et la récupération ultérieure du débit sanguin cérébral, induisant une dilatation artériolaire (effet vasodilatateur), s’accompagnant d’une diminution significative de l’adhérence des leucocytes aux parois veinulaires, et prévenant la perte neuronale, ce qui aboutit à la protection de l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique et de la fonction cérébrale. Par conséquent, la cyanidine semble être utile pour contrer la génération d’espèces réactives de l'oxygène dans la circulation cérébrale et pour protéger les tissus cérébraux.
Les espèces réactives de l’oxygène (ROS) sont connues pour jouer un rôle majeur dans de nombreuses conditions physiopathologiques, telles que l’ischémie[2] et les lésions de reperfusion. La présente étude visait à évaluer les effets in vivo de la cyanidine (anthocyane) sur les dommages induits par les lésions microvasculaires d’hypoperfusion-reperfusion microvasculaires chez le rat par diminution du débit sanguin cérébral (CBFD) et récupération ultérieure du débit sanguin cérébral (CBFR). En particulier, l’objectif principal était de détecter les changements dans la production de ROS après l’administration de cyanidine.
Le résultat majeur d’une autre étude[3] est une dépendance du gradient des profils de tension d’oxygène tissulaire PO(2) transmuraux sur le tonus vasculaire des artérioles piales[4]. Les données de cette étude conduisent à la conclusion que la consommation d’oxygène O(2) de la paroi artériolaire se situe dans la plage du tissu environnant et que la consommation d’oxygène O(2) de la couche endothéliale[5] ne semble pas avoir d’impact substantiel sur le gradient des profils de tension d’oxygène tissulaire PO(2) transmuraux, c’est-à-dire sur le tonus vasculaire des artérioles piales.
La microvascularisation du rat a été étudiée en utilisant la microscopie à fluorescence à travers une fenêtre crânienne (fermée) ; la méthode de Strahler a été utilisée pour définir les caractéristiques géométriques des vaisseaux piaux. La production de ROS a été étudiée in vivo par dosage de 2′-7′-dichlorofluorescéine-diacétate et les dommages neuronaux ont été mesurés sur des coupes cérébrales isolées par coloration au chlorure de 2,3,5-triphényltétrazolium. Après 30 min de CBFD, induite par l’occlusion bilatérale de l’artère carotide commune, et 60 min de CBFR, les rats ont montré une diminution du diamètre artériolaire et de la perfusion capillaire; en outre, une augmentation des fuites microvasculaires et de l’adhésion des leucocytes a été observée. Inversement, l’administration de cyanidine induit une dilatation artériolaire liée à la dose, une réduction de la perméabilité microvasculaire ainsi qu’une adhésion leucocytaire par rapport aux animaux soumis à une restriction du flux sanguin cérébral; de plus, la perfusion capillaire était protégée. Une augmentation de la génération de ROS et des lésions neuronales marquées ont été détectées chez les animaux soumis à CBFD et CBFR. D’autre part, la cyanidine a pu réduire la génération de ROS et les dommages neuronaux. En conclusion, le traitement à la cyanidine a montré des effets protecteurs liés à la dose sur la microcirculation du rat pendant le CBFD et le CBFR subséquent, induisant une dilatation artériolaire par libération d'oxyde nitrique et inhibant la formation de ROS, préservant ainsi l'intégrité de la barrière hémato-encéphalique.
Introduction
De nombreuses preuves indiquent qu'une alimentation riche en antioxydants est associée à une diminution de l'incidence des maladies cardiovasculaires, telles que les accidents vasculaires cérébraux, les maladies aiguës du myocarde ou le cancer (Galvano et al., 2004; Lapi et al., 2016). Les anthocyanes, appartenant à la famille des polyphénols, sont l'un des antioxydants naturels responsables des couleurs des fruits et des fleurs (rouge, orange et bleu) et jouent un rôle important dans la lutte contre le stress oxydatif induit par les espèces réactives de l'oxygène (ROS). Ces radicaux ont été liés à différentes conditions physiopathologiques (Serraino et al., 2003; Accetta et al., 2016; Mondola et al., 2016). Une production plus élevée de ROS, en effet, semble être associée à la pathogenèse des lésions d'ischémie/reperfusion (Tsuda et al., 1999). D’autre part, le rôle protecteur des anthocyanes naturelles s’est avéré efficace contre les lésions d'ischémie/reperfusion dans différents organes, tels que les reins, le cœur et l’intestin (Jakesevic et al., 2013; Quintieri et al., 2013; Isaak et al., 2017). De plus, nous avons précédemment démontré les effets protecteurs de la supplémentation en extrait de Vaccinium myrtillus dans l’alimentation (contenant 34,7% d’anthocyanes) sur la microcirculation piale de hamster pendant l’hypoperfusion-reperfusion cérébrale. En particulier, après 2, 4 et 6 mois de supplémentation orale, les anthocyanes étaient capables de contrer les changements microvasculaires tels que la vasoconstriction artériolaire, l’augmentation de la perméabilité microvasculaire et l’adhérence des leucocytes (Mastantuono et al., 2016).
La cyanidine, appartenant à la famille des anthocyanes, a été largement étudiée dans des modèles in vivo et in vitro (Galvano et al., 2004). En particulier, Aguirre et al. et Fratantonio et al. ont observé que le cyanidine-3-O-glucoside présente de nombreuses propriétés, telles que des effets anti-inflammatoires et antitumoraux (Fratantonio et al., 2016; Olivas-Aguirre et al., 2016). De plus, cette substance semble améliorer la libération d'oxyde nitrique (NO) et d'autres facteurs vasodilatateurs, améliorant ainsi la vasodilatation endothéliale dépendante (Sivasinprasasn et al., 2016). Il convient de noter que l'activité ORAC (capacité d'absorption des radicaux d'oxygène) est la plus élevée pour la cyanidine par rapport aux autres anthocyanes (Zheng et Wang, 2003). Tsuda et coll. ont démontré que des rats, traités avec un cyanidine-3-O-glucoside administré par voie orale pendant 14 jours, étaient préservés des dommages hépatiques I/R (Tsuda et al., 1999).
Le but de cette étude était d'étudier les effets in vivo de la cyanidine sur le stress oxydatif et les changements dans la microvascularisation du rat déterminés par 30 min de diminution du débit sanguin cérébral (CBFD) et 60 min de récupération du débit sanguin cérébral (CBFR). Pour ce faire, nous avons évalué la production de ROS pendant le CBFD et le CBFR, respectivement, et évalué les propriétés antioxydantes de la cyanidine à l'aide du test 2′-7′-dichlorofluorescéine-diacétate (DCFH-DA). Enfin, les dommages neuronaux ont été quantifiés par coloration au chlorure de 2,3,5-triphényltétrazolium (TTC).
Groupes expérimentaux
Des expériences ont été réalisées en utilisant des rats mâles Wistar, 250–300 g (Harlan, Italie), répartis au hasard en trois groupes : (1) faux groupe ou groupe simulé (groupe SO), soumis à la même procédure chirurgicale des autres groupes sans modifications du flux sanguin cérébral ; (2) le groupe de débit sanguin réduit (groupe RF) et (3) le groupe traité à la cyanidine (groupe Cy).
Le sous-groupe SO-L (n = 5) a reçu une perfusion i.v. N5-(1-iminoéthyl)-L-ornithine (L-NIO), 10 mg / kg p.c.
Discussion
Les données actuelles indiquent que la cyanidine, un polyphénol largement diffusé dans la nature, était capable de contrer le stress oxydatif et les changements microvasculaires induits par 30 min de diminution du débit sanguin cérébral, causée par l’occlusion bilatérale des artères carotides communes, et 60 min de récupération du débit sanguin cérébral. Ces données sont la première preuve de réduction de ROS dans les réseaux piaux de rat pendant l’administration de cyanidine dans des conditions de débit sanguin réduit et de reperfusion. Nous avons caractérisé la microcirculation piale par microscopie à fluorescence pour étudier les réponses microvasculaires après une blessure aiguë. Les altérations causées par la réduction du débit sanguin cérébral et la reperfusion ultérieure ont été caractérisées par une constriction artériolaire, une augmentation de la perméabilité veinulaire, une adhérence des leucocytes aux parois veinulaires et une raréfaction capillaire, comme précédemment rapporté (Lapi et al., 2016; Mastantuono et al., 2016) . De plus, nous avons observé une augmentation spectaculaire de la production de ROS, telle que détectée par le test DCFH-DA.
De manière intéressante, la cyanidine a protégé la microcirculation du rat pendant la diminution du flux sanguin cérébral et la reperfusion consécutive d’une manière liée à la dose. Nous avons choisi d’analyser les effets de la cyanidine sur les réponses artériolaires, car ces vaisseaux étaient principalement impliqués dans la régulation de la perfusion tissulaire (Martinez-Lemus, 2012). À la fin de la restriction du flux sanguin, la cyanidine a empêché la diminution du diamètre des artérioles d'ordre 2, par rapport au groupe RF. De plus, à la fin de la période de récupération du flux sanguin, une dose plus élevée de cyanidine a induit une vasodilatation de 40,5% de la ligne de base dans l'ordre de 2 artérioles. Ces effets vasodilatateurs s’accompagnaient d’une préservation de la perfusion capillaire, d’une diminution significative des fuites veinulaires ainsi que de l’adhérence des leucocytes aux parois veinulaires. Ces derniers effets peuvent être liés à la réduction de la formation de ROS induite par la cyanidine, car il a été démontré que les ROS jouent un rôle crucial dans la régulation de la perméabilité de la paroi vasculaire et de l’adhérence des leucocytes aux parois veinulaires (Accetta et al., 2016; Mondola et al., 2016). Il convient de noter, en effet, que la formation de ROS a été marquée dans le groupe RF, mais a abouti à une baisse chez les animaux traités à la cyanidine.
La vasodilatation artériolaire a été contrecarrée par la L-NIO, un inhibiteur de l’isoforme endothéliale de l’oxyde nitrique synthase (NOS), injecté 10 min avant la cyanidine ; par conséquent, il est possible de faire l’hypothèse que les propriétés vasodilatatrices de la cyanidine peuvent être dues à la libération de NO par les cellules endothéliales vasculaires. Ces données sont en accord avec des études antérieures indiquant que ce polyphénol était capable d’augmenter la libération de NO et d’autres facteurs vasodilatateurs, améliorant la vasodilatation endothéliale dépendante (Sivasinprasasn et al., 2016). Fait intéressant, les effets protecteurs de la cyanidine sur les fuites n’ont pas été abolis par la perfusion de L-NIO, ce qui suggère que ce polyphénol est capable de protéger l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique principalement par son activité de piégeur plutôt que par ses propriétés vasodilatatrices.
Les propriétés biochimiques de la cyanidine ont été largement étudiées ; cette molécule a montré plusieurs activités antioxydantes et anti-inflammatoires (Olivas-Aguirre et al., 2016). En particulier, l'activité ORAC (capacité d'absorption des radicaux d'oxygène) la plus élevée a été démontrée pour la cyanidine, par rapport à d'autres anthocyanes (Zheng et Wang, 2003). De plus, ce polyphénol régule à la baisse l'inhibiteur de l'activateur du plasminogène-1 et la cytokine pro-inflammatoire IL-6, améliorant le profil des adipocytokines humaines (Tsuda et al., 2006). Il est intéressant de noter que les cœurs de rats isolés sont protégés par le stress oxydatif, augmenté dans plusieurs maladies cardiovasculaires, après traitement à la cyanidine (Ziberna et al., 2012) ainsi que les dommages hépatiques I/R chez les rats sont diminués par la cyanidine (Tsuda et al. ., 1999). Dans la présente étude, la cyanidine a montré une forte activité antioxydante réduisant la production de ROS, mais en même temps était capable de diminuer l’adhérence des leucocytes aux parois des vaisseaux, atténuant les dommages induits par l’activation des leucocytes, un mécanisme efficace pour favoriser la génération de ROS. Par conséquent, la diminution de l’adhérence des leucocytes aux parois des vaisseaux et la réduction de la génération de ROS ont fusionné et réduit les effets des ROS sur les fuites de la paroi des vaisseaux. Ces effets ont été efficaces pour prévenir des lésions microvasculaires marquées, évitant la perturbation de la barrière hémato-encéphalique et l’œdème tissulaire. Toutes ces propriétés vasodilatatrices et antioxydantes ont préservé la perfusion cérébrale et empêché la perte neuronale à la fin de la récupération du flux sanguin chez les animaux traités à la cyanidine. Par conséquent, il y avait une réduction de la taille de l’infarctus dans les zones corticales et striatales, par rapport aux rats soumis à une diminution du flux sanguin cérébral et à une récupération ultérieure.
Nos données sont en accord avec les observations précédentes de Di Giacomo et al. qui ont observé les effets de l’injection de cyanidine-3-O-glucoside avant l’occlusion bilatérale de l’artère carotide commune et pendant la reperfusion. Leurs données indiquent que la cyanidine est capable de réduire les hydroperoxydes lipidiques et l’expression de NOS neuronaux et inductibles et d’augmenter l’expression de l’oxyde nitrique synthase endothéliale (eNOS) (Di Giacomo et al., 2012).
En conclusion, nos données sont la première preuve dans une étude in vivo que la microcirculation du rat était protégée contre différents mécanismes de dommages: la cyanidine était capable d’induire une dilatation artériolaire, de réduire le stress oxydatif et de prévenir la perte neuronale. Toutes ces activités ont abouti à la protection de la perfusion cérébrale, de l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique et de la fonction cérébrale. Par conséquent, la cyanidine semble être utile pour contrer la génération de ROS dans la circulation cérébrale et pour protéger les tissus cérébraux.
[1] Mastantuono T, Di Maro M, Chiurazzi M, Battiloro L, Muscariello E, Nasti G, Starita N, Colantuoni A and Lapi D (2018), Rat Pial Microvascular Changes During Cerebral Blood Flow Decrease and Recovery: Effects of Cyanidin Administration (Modifications microvasculaires chez le rat pendant la diminution et la récupération du débit sanguin cérébral : effets de l'administration de cyanidine). Front. Physiol. 9:540. doi: 10.3389/fphys.2018.00540.
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2018.00540/full
[2] Anémie locale, arrêt ou insuffisance de la circulation dans un tissu ou un organe.
[3] Maithili Sharan, Eugene P Vovenko, Arjun Vadapalli, Aleksander S Popel, Roland N Pittman, Experimental and theoretical studies of oxygen gradients in rat pial microvessels, J Cereb Blood Flow Metab. 2008 Sep;28(9):1597-604. doi: 10.1038/jcbfm.2008.51.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18506196/
[4] Pial : relatif à la pie-mère (https://www.merriam-webster.com/dictionary/pial) (lat. médiév. pia mater, proprement « pieuse mère », car elle enveloppe débonnairement le cerveau [Mondeville]), c’est-à-dire la plus profonde des méninges, mince et transparente, qui enveloppe directement le cerveau et la moelle épinière (Le Petit Robert 1). La pie-mère est un tissu fibreux mince qui est perméable à l’eau et aux petits solutés. La pie-mère permet aux vaisseaux sanguins de traverser et de nourrir le cerveau. L’espace périvasculaire entre les vaisseaux sanguins et la pie-mère est proposé comme faisant partie d’un système pseudolymphatique pour le cerveau (système glymphatique). (https://en.wikipedia.org/wiki/Pia_mater)
[5] Endothélial : qui a la structure de l’endothélium, c’est-à-dire de la fine lame de tissu constituée par une seule couche de cellules, qui tapisse l’intérieur des vaisseaux et du cœur.