Polyunsaturated fatty acids, PPAR-alpha receptors, ketogenic diet: anticonvulsant effect on the rodent
Acides gras poly-insaturés, activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha, régime cétogène: effet anticonvulsivant chez le rongeur
Résumé
Epilepsy affects 1% of the population. Epilepsy is defined symptomatically by the appearance of spontaneous, recurrent seizures. Conventional treatment of epilepsy consists of anticonvulsivant medications. Although theses drugs often control or reduce seizure frequency, about 20-30% of patients show little or no improvement. These patients exert intractable epilepsy. Ketogenic diet a high-fat, low-protein, low-carbohydrate diet that has been employed as a nonpharmacologic therapy for intractable epilepsy. Antiepileptic efficacy has been described in Human and in both acute and chronic rodent models. However, mechanisms underlying its anticonvulsive properties remained unknown. Numerous mechanistic hypothesizes have been advanced: anticonvulsive properties of ketone bodies, variation in neurotransmitter concentrations, cellular excitability modulation via KATP channel, or implication of polyunsaturated fatty acids. Several hypothesizes have been suggested to explain the anticonvulsivant effects of polyunsaturated fatty acids: modification of the membrane fluidity, direct action of polyunsaturated fatty acids on cell membrane ionic channels and/or receptors, modulation of inflammatory responses. Here, we have work on polyunsaturated fatty acids and PPAR-alpha receptor (peroxisome proliferators-activated receptor alpha) activation in comparison to ketogenic diet, using rodent status epilepticus model (lithium pilocarpine) and rodent pentylenetetrazol (PTZ) thresholds.
First one, four week-old male Wistar rats were fed for 30 days by a standard diet with daily oral supplementation by a blend containing 70% omega-3 and 25% omega-6 (LA/ALA blend). Animals daily supplemented by LA/ALA blend exhibited an increase in PTZ threshold comparable to those obtain after ketogenic diet. The animals did not show any modification of body composition and brain phospholipid compositions. The plasma fatty acids composition was modified by ketogenic diet and LA/ALA blend. A decrease in arachidonic acid concentrations was observed in both ketogenic diet and LA/ALA supplemented groups, while an increase in eicosapentaenoic and alpha linolenic acid concentrations was only observed in the LA/ALA supplemented group. In second, Wistar rats were fed at libitum during 14 days by standard diet containing 0.2% fenofibrate (PPAR-alpha agonist). In fenofibrate and ketogenic diet treated animals, both myoclonic and generalized seizure PTZ thresholds were increased. Latencies to the onset of status epilepticus were also increased in these treated animals. Therefore animals treated by fenofibrate and ketogenic diet did not exert changes in both myoclonic and generalized seizure PTZ threshold.
Polyunsaturated fatty acids exert anticonvulsive properties comparable to KD. Same results were found after PPAR-alpha activation by fenofibrate. Anticonvulsive properties of polyunsaturated fatty acids are not associated with change in brain phospholipids composition. Activation of PPAR-alpha can modulate metabolic, inflammatory or oxidative stress pathways and polyunsaturated fatty acids are natural ligands of PPAR-alpha. These pathways remain to explore so as to understand anticonvulsive efficacy of fenofibrate. Further studies are needed in order to conclude if ketogenic diet protocols should be simplified via used of polyunsaturated fatty acids and/or PPAR-alpha activation.
First one, four week-old male Wistar rats were fed for 30 days by a standard diet with daily oral supplementation by a blend containing 70% omega-3 and 25% omega-6 (LA/ALA blend). Animals daily supplemented by LA/ALA blend exhibited an increase in PTZ threshold comparable to those obtain after ketogenic diet. The animals did not show any modification of body composition and brain phospholipid compositions. The plasma fatty acids composition was modified by ketogenic diet and LA/ALA blend. A decrease in arachidonic acid concentrations was observed in both ketogenic diet and LA/ALA supplemented groups, while an increase in eicosapentaenoic and alpha linolenic acid concentrations was only observed in the LA/ALA supplemented group. In second, Wistar rats were fed at libitum during 14 days by standard diet containing 0.2% fenofibrate (PPAR-alpha agonist). In fenofibrate and ketogenic diet treated animals, both myoclonic and generalized seizure PTZ thresholds were increased. Latencies to the onset of status epilepticus were also increased in these treated animals. Therefore animals treated by fenofibrate and ketogenic diet did not exert changes in both myoclonic and generalized seizure PTZ threshold.
Polyunsaturated fatty acids exert anticonvulsive properties comparable to KD. Same results were found after PPAR-alpha activation by fenofibrate. Anticonvulsive properties of polyunsaturated fatty acids are not associated with change in brain phospholipids composition. Activation of PPAR-alpha can modulate metabolic, inflammatory or oxidative stress pathways and polyunsaturated fatty acids are natural ligands of PPAR-alpha. These pathways remain to explore so as to understand anticonvulsive efficacy of fenofibrate. Further studies are needed in order to conclude if ketogenic diet protocols should be simplified via used of polyunsaturated fatty acids and/or PPAR-alpha activation.
L'épilepsie affecte environ 1% de la population. Il s'agit d'une maladie où les crises d'épilepsie surviennent de façon spontanée et imprévue. La prise en charge de ces crises peut se faire par des antiépileptiques, mais dans environ 20 à 30% des cas, les épilepsies ne répondent pas ou peu aux médicaments. Il s'agit alors d'épilepsies pharmacorésistantes. Un des traitements de recours utilisé pour la prise en charge de ces épilepsies est le régime cétogène. Le régime cétogène consiste à apporter une large quantité de lipides, pour une faible quantité de protéines et de glucides. Le régime possède des propriétés anticonvulsivantes, décrites chez l'Homme et le rongeur, mais les mécanismes d'action restent inconnus à ce jour. Plusieurs mécanismes ont été suggérés tels que : les propriétés anticonvulsivantes des corps cétoniques, la modulation de la neurotransmission, la modulation de l'excitabilité cérébrale via la modulation de canaux ioniques tels que les KATP. L'implication des acides gras poly-insaturés (AGPI) a également été suggérée. Ceux-ci pourraient moduler la fluidité membranaire, l'activité des canaux ioniques ou encore les voies de l'inflammation. Notre hypothèse de travail a été d'explorer des voies supposées être impliquées dans les propriétés anticonvulsivantes du régime cétogène. Nous nous sommes intéressés aux AGPI et à l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha (peroxisome proliferator-activated receptor alpha) en comparaison au régime cétogène. Nous avons utilisé un modèle murin d'état de mal épileptique (lithium-pilocarpine) et l'induction de crises épileptiques avec mesure du seuil au pentylènetétrazole.
Dans un premier temps, nous avons administré per-os, pendant 4 semaines un mélange d'AGPI contenant 70% d'oméga-3 et 25% d'oméga-6 à des rats Wistar. Les animaux ayant reçu la complémentation alimentaire par des AGPI présentaient une augmentation du seuil au PTZ comparable à celle obtenue chez les animaux ayant reçu un régime cétogène. Les animaux supplémentés par les AGPI ou ayant reçu le régime cétogène présentaient des variations plasmatiques en AGPI concernant l'acide arachidonique, l'acide alpha linolénique et l'acide eicosapentaenoïque. Aucune modification du statut nutritionnel ou des phospholipides cérébraux membranaires n'était retrouvée. Dans un second temps, nous avons administré pendant 14 jours de la nourriture contenant 0,2% de fénofibrate (agoniste des récepteurs PPAR-alpha) à des rats Wistar. Le traitement par 0,2% de fénofibrate conduisait à augmenter le seuil au PTZ et retarder le début de l'état de mal épileptique dans le modèle lithium-pilocarpine. Ces résultats étaient comparables à ceux obtenus avec le régime cétogène. En revanche le traitement associant le régime cétogène et le fénofibrate ne conduisait pas à moduler le seuil au PTZ chez les animaux.
Ces travaux ont permis de montrer que les AGPI ont des propriétés anticonvulsivantes, comparables à celles du régime cétogène. Ces propriétés anticonvulsivantes ont également été retrouvées suite à l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha par le fénofibrate. Les propriétés anticonvulsivantes portées par les AGPI ne sont pas liées à une variation de la composition des membranes cellulaires cérébrales en phospholipides. Les récepteurs nucléaires PPAR-alpha modulent quant à eux de nombreuses voies (métaboliques, inflammatoires, stress oxydant) via des variations d'expression génique et peuvent être activés par les AGPI. L'implication de ces différentes voies dans l'efficacité anticonvulsivante du fénofibrate, reste à explorer. Ces résultats, s'ils sont confirmés par des études complémentaires dans d'autres modèles, laissent penser qu'une simplification du régime cétogène pourrait être envisagée via l'utilisation des AGPI et/ou via l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha
Dans un premier temps, nous avons administré per-os, pendant 4 semaines un mélange d'AGPI contenant 70% d'oméga-3 et 25% d'oméga-6 à des rats Wistar. Les animaux ayant reçu la complémentation alimentaire par des AGPI présentaient une augmentation du seuil au PTZ comparable à celle obtenue chez les animaux ayant reçu un régime cétogène. Les animaux supplémentés par les AGPI ou ayant reçu le régime cétogène présentaient des variations plasmatiques en AGPI concernant l'acide arachidonique, l'acide alpha linolénique et l'acide eicosapentaenoïque. Aucune modification du statut nutritionnel ou des phospholipides cérébraux membranaires n'était retrouvée. Dans un second temps, nous avons administré pendant 14 jours de la nourriture contenant 0,2% de fénofibrate (agoniste des récepteurs PPAR-alpha) à des rats Wistar. Le traitement par 0,2% de fénofibrate conduisait à augmenter le seuil au PTZ et retarder le début de l'état de mal épileptique dans le modèle lithium-pilocarpine. Ces résultats étaient comparables à ceux obtenus avec le régime cétogène. En revanche le traitement associant le régime cétogène et le fénofibrate ne conduisait pas à moduler le seuil au PTZ chez les animaux.
Ces travaux ont permis de montrer que les AGPI ont des propriétés anticonvulsivantes, comparables à celles du régime cétogène. Ces propriétés anticonvulsivantes ont également été retrouvées suite à l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha par le fénofibrate. Les propriétés anticonvulsivantes portées par les AGPI ne sont pas liées à une variation de la composition des membranes cellulaires cérébrales en phospholipides. Les récepteurs nucléaires PPAR-alpha modulent quant à eux de nombreuses voies (métaboliques, inflammatoires, stress oxydant) via des variations d'expression génique et peuvent être activés par les AGPI. L'implication de ces différentes voies dans l'efficacité anticonvulsivante du fénofibrate, reste à explorer. Ces résultats, s'ils sont confirmés par des études complémentaires dans d'autres modèles, laissent penser qu'une simplification du régime cétogène pourrait être envisagée via l'utilisation des AGPI et/ou via l'activation des récepteurs nucléaires PPAR-alpha
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