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Submitted on 1 Jan 1990

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La muqueuse de l’intestin grêle : évolution de lacomposition en lipides cellulaires au cours de ladifférenciation entérocytaire et de la maturation

postnataleJm Alessandri, Ts Arfi, C Thieulin

To cite this version:Jm Alessandri, Ts Arfi, C Thieulin. La muqueuse de l’intestin grêle : évolution de la composition enlipides cellulaires au cours de la différenciation entérocytaire et de la maturation postnatale. Repro-duction Nutrition Development, EDP Sciences, 1990, 30 (5), pp.551-576. �hal-00899288�

Article de synthèse

La muqueuse de l’intestin grêle :évolution de la composition en lipides cellulaires

au cours de la différenciation entérocytaireet de la maturation postnatale

JM Alessandri TS Arfi, C Thieulin

IINRA-CRJ, laboratoire de nutrition et sécurité alimentaire, Jouy-en-Josas, 78352 Cédex, France

(Reçu le 29 décembre 1989; accepté le 18 juillet 1990)

Résumé ― Les données concernant les modifications quantitatives et qualitatives des principauxcomposants lipidiques cellulaires liées aux processus de différenciation et de maturation de la mu-queuse intestinale sont passées en revue. Les évolutions des 3 principales classes de lipides mem-branaires de l’entérocyte, soit les phospholipides, le cholestérol et les glycolipides, sont examinées.La teneur en phospholipides cellulaires augmente depuis la base des cryptes jusqu’au sommet desvillosités, reflétant ainsi la croissance des organites cellulaires et des membranes plasmiques aucours de la différenciation. La maturation postnatale de la muqueuse s’accompagne, pour sa part,d’une redistribution des différentes classes de phospholipides de la bordure en brosse intestinale.L’incidence de la nature des acides gras alimentaires sur l’évolution de la composition en acidesgras des phospholipides intestinaux est discutée.

La biosynthèse endogène du cholestérol s’effectue principalement dans la partie basse des villo-sités, tandis que l’absorption du cholestérol luminal et son estérification dans les lipoprotéines ontlieu dans les cellules matures de la partie supérieure. La teneur en cholestérol membranaire aug-mente dans les cellules matures par rapport aux cellules indifférenciées et dans l’intestin distal parrapport à l’intestin proximal. L’augmentation de la teneur en cholestérol est souvent en corrélationavec la diminution de la fluidité membranaire. Les modifications physico-chimiques des membranescellulaires intestinales ont un rôle à jouer dans la régulation des fonctions digestives et absorptivesde la muqueuse.

Les glycosphingolipides sont essentiellement présents dans les membranes de bordure enbrosse, dont ils représentent 20-30% en poids des lipides. Ils contribuent à augmenter la stabilité decette membrane et confèrent aux entérocytes une partie de leurs caractéristiques de surface.Celles-ci évoluent considérablement au cours de la différenciation et de la maturation de l’intestin.Les modifications structurales des différentes espèces moléculaires concernent aussi bien la partieglycosylée (externe) que la partie lipidique (membranaire) des glycolipides. La substitution de l’activi-té de la galactosyltransférase par la sialyltransférase au cours de la différenciation peut rendrecompte de l’augmentation le long de la villosité de la teneur en hématosides chez le rat. Les proces-sus de différentiation-maturation s’accompagnent d’une augmentation de l’hydroxylation des acidesgras des glycolipides.

L’ensemble des modifications décrites participe au développement des fonctions de barrière etde perméabilité sélective de la muqueuse intestinale mature.

entérocyte / différenciation / intestin grêle / maturation 1 lipide

Correspondence and reprints

Summary ― Compositional changes of lipids In relation to cell differentiation and postnatalmaturation In the small Intestine. Alterations in lipids linked to intestinal maturation and enterocytedifferentiation were reviewed. The 3 main lipid components of cell membranes, ie cholesterol, phos-pholipids and glycolipids, were examined.

Cell phospholipid content increases from the crypts to the mid-villus, which accounts for mem-brane development and organelle growth in differentiating cells. Changes in the proportion of phos-pholipid polar head groups occur in brush border membrane during postnatal maturation of the smallintestine. The possibility that phospholipid fatty acid composition in differentiating cells might be al-tered by dietary lipids is discussed. Cholesterol biosynthesis mainly occurs in crypt and lower villuscells whereas its absorption from luminal content and esterification into lipoproteins occur in upper vil-lus mature cells. Cholesterol cell content increases in mature cells in comparison to immature cells onthe one hand, and in the distal by comparison with proximal parts of the intesfine on the other. In-creasing cholesterol content is generally correlated with decreasing membrane fluidity, which in turncould modulate functional properties of the mucosa.

Glycosphingolipids are mainly found in the brush border membrane, which contains 20-30% gly-colipids by weight of total lipids. These components tend to reinforce the membrane stability and sig-nificantly contribute to the surface properties of epithelial cells. The latter undergo noticeable changesduring cell differentiation and postnatal maturation. Significant changes in both the glycosidic and lipo-philic parts of glycosphingolipid molecules occur in differentiating cells and are of possible importancein the process of mucosal, maturation. It is possible that the addition of a terminal sialic acid (sialyl-transferase activity) instead of a terminal galactose (galactosyltransferase) to an endogenous accep-tor (lactosylceramide) could constitute an important event in the differentiation process, and may ac-count for the increasing content of hematosides along the intestinal villus of rat Alterations in lipidcounterpart mainly consist of hydroxylation of fatty acids in hematosides during postnatal maturationor in gluc!osylceramides during cell differentiation.

Collectively these intestinal lipid changes may contribute in part to the development of mucosalbarrier, selective permeability and functional properties of the mature intestinal mucosa.

enterocyte / differentiation / small Intestine / maturation / lipid

INTRODUCTION

Les cellules épithéliales de l’intestin grêleont une durée de vie particulièrementcourte : de 2-3 j chez les rongeurs, de 5-6j chez l’homme. Au cours de cette périodeles cellules intestinales évoluent d’unstade prolifératif localisé à la base des

cryptes, à une phase de différenciation ac-célérée qui correspond à la mise en placedes caractéristiques structurales et fonc-

tionnelles de l’entérocyte mature (revue deKlein et McKenzie, 1983). Les processusde différenciation et de maturation qui ac-compagnent la migration de l’entérocyte lelong de l’axe crypto-villositaire se tradui-sent par un ensemble de modifications

structurales (Van Dongen et al, 1976; Ma-dara et al, 1980; Leblond, 1981) condui-sant à l’allongement des cellules, à l’aug-mentation du nombre d’organitescellulaires (mitochondries, appareil de

Golgi), au développement des jonctionsserrées entre cellules adjacentes, à lacroissance des structures microvillositairesde la membrane apicale (bordure en

brosse) et à l’épaississement de la couver-ture glycoprotéique ancrée dans cette

membrane, le glycocalyx.Les membranes de bordure en brosse

des cellules qui émergent de l’embouchuredes cryptes et qui s’engagent sur l’axevillositaire incorporent les hydrolases et lessystèmes de transport de nutriments né-cessaires aux fonctions de digestion et

d’absorption de la muqueuse. Dans lemême temps, certaines caractéristiques desurface de la cellule reconnues par denombreuses molécules telles que des hor-mones, des anticorps, des lectines végé-tales, des adhésines ou des toxines bac-tériennes se mettent en place. Le boule-versement des structures glycosyléesconstitue l’une des caractéristiques essen-tielles de la différenciation entérocytaire,dont la description a fait l’objet de revuestrès détaillées (Mooseker et Howe, 1982;Noren et al, 1986; Weiser et al, 1986).

Depuis quelques années, un nouveauchamp d’investigation s’est développé au-tour de l’évolution de la composition lipidi-que des membranes. Les caractéristiquesphysico-chimiques de la matrice lipidiquerégulent en effet de nombreuses proprié-tés fonctionnelles membranaires, parmilesquelles on peut citer la perméabilité, denombreuses activités enzymatiques et l’ac-cessibilité de quelques récepteurs (voir lesrevues de Sandermann, 1978; Brenner,1984; Stubbs et Smith, 1984).

Il est bien établi que la qualité de la ma-trice lipidique des membranes biologiquesest très étroitement liée à la nature desacides gras (revues de Clandinin et al,1985; Holmes et Kummerow, 1985;McMurchie, 1988). En revanche, l’inci-dence de la composition lipidique de l’ali-ment sur le déroulement in vivo des pro-cessus de différenciation d’une cellule àrenouvellement rapide, telle que l’entéro-

cyte, n’a fait l’objet que d’un nombre res-treint d’études. Cette mise au point a pourobjectif de présenter un bilan des princi-pales données relatives aux modificationsdu métabolisme lipidique qui accompa-gnent la maturation et le renouvellementde la muqueuse de l’intestin grêle. Dans lamesure du possible, les critères retenus

permettront de comparer les modificationsde la composition lipidique entre cellulesindifférenciées et cellules matures, entre

extrémité proximale et extrémité distale del’intestin, entre muqueuse du nouveau-néet muqueuse de l’adulte.

Biosynthèse, structure et compositiondes phospholipides de l’entérocyte

Évolution de la biosynthèseau cours de la différenciation cellulaire

Les phospholipides représentent, avec lesglycolipides et le cholestérol, les princi-paux constituants lipidiques de la mem-brane de bordure en brosse (tableau 1).D’Harlingue et ses collaborateurs (1986)ont analysé l’évolution du contenu cellu-laire en phospholipides (PL) totaux dansles cellules intestinales de jéjunum de rats,extraites selon la méthode de Weiser

(1973) par fractions successives depuisl’extrémité des villosités jusqu’à la basedes cryptes. En rapportant les résultats aucontenu en ADN cellulaire, ces auteurs ontmis en évidence une augmentation régu-lière du taux de phospholipides accompa-gnant la croissance et la migration de l’en-térocyte le long de la villosité : chez le ratâgé de 2 à 5 semaines, le contenu en

phospholipides augmente de 1 mg PUmgADN dans les cellules de la base des

cryptes à 3-4 mg PUmg ADN dans les cel-lules provenant du sommet des villosités.L’accumulation progressive de phospholi-

pides dans les entérocytes rend compteen partie du développement des organitescellulaires, et notamment de la croissancede la bordure en brosse qui concentre en-viron 14% des phospholipides cellulairestotaux (d’Harlingue et al, 1986).

Il existe très peu d’informations concer-nant les interrelations éventuelles entre lanature de la partie polaire des phospholi-pides membranaires et les processus dedifférenciation de l’entérocyte. Jusqu’à pré-sent, une seule étude effectuée chez le ratsuggère qu’une diminution de la fluidité dela bordure en brosse se produit au coursde la différenciation, mais cette rigidifica-tion ne semble liée, ni à une modificationde la quantité de phospholipides incorpo-rés dans la membrane, ni à une modifica-tion de la distribution des différentesclasses de phospholipides (Brasitus et

Dudeja, 1985). En considérant l’ensembledes phospholipides contenus dans la cel-lule, nous avons estimé que le rapportglobal entre les 2 classes majoritaires(phosphatidylcholine et phosphatidylétha-nolamine) était compris entre 1,2 et 1,4chez le rat sevré, ceci indépendammentde la position de l’entérocyte le long de lavillosité (Alessandri et Arfi, résultats nonpubliés).

Des mesures de l’activité de 11 en-

zymes impliquées dans la biosynthèse desphospholipides ont été réalisées in vitrosur des cellules intestinales de rat (O’Do-herty, 1978). Les résultats obtenus mon-trent que les cellules indifférenciées des

cryptes possèdent l’équipement enzymati-que nécessaire à la biosynthèse des phos-pholipides et suggèrent que le niveau d’ac-tivité de certaines de ces enzymes évolueavec la migration cellulaire le long de lavillosité, en particulier celui des lysophos-pholipide acyltransférases, dont les activi-tés spécifiques augmentent de façon signi-ficative depuis la base des cryptesjusqu’au sommet des villosités (fig 1). Lasynthèse du phosphatidylinositol et de la

sphingomyéline (respectivement, activités

spécifiques de la CTP-diacylglycérol: ino-sitol phosphatidyltransférase et de la CDP-choline : N-acylsphingosine cholinephos-photransférase) est de 2-3 fois plus éle-vée dans les cellules matures que dans lescellules de la base des cryptes. L’activitéde l’enzyme responsable de la bio-

synthèse de la phosphatidylsérine parremplacement de l’éthanolamine (phos-phatidyléthanolamine-L-sérine phosphati-dyltransférase) augmente de 4-5 fois aucours de la migration cellulaire, tandis quela rétroconversion de la phosphatidylsérineen phosphatidyléthanolamine par décar-

boxylation ne semble pas dépendre du ni-veau de différenciation. De même, la voiede biosynthèse de la phosphatidylcholineet de la phosphatidyléthanolamine utilisantles esters de la cytidine diphosphate sem-ble indépendante de la position des cel-lules le long de l’axe crypto-villositaire. Lavoie de transméthylation de la phosphati-dyléthanolamine en phosphatidylcholine,

récemment mise en évidence dans la bor-dure en brosse intestinale de rat (Dudejaet Brasitus, 1987), n’a pas été examinéedans cette étude. Ces 2 dernières classessont les principaux constituants des phos-pholipides membranaires de l’entérocyte(fig 2). Chez le rat, la phosphatidylcholineet la phosphatidyléthanolamine représen-tent environ 70% des phospholipides to-taux de la bordure en brosse intestinale.

Évolution de la compositionen acides gras des phospholipidesau cours de la différenciation:Incidence de l’alimentation

L’augmentation de l’activité d’estérificationdes acides gras effectuée par les lyso-phospholipide acyltransférases concorde,d’une part, avec le développement accélé-

ré des structures membranaires au coursde la différenciation et, d’autre part, avec leturn-over important des membranes api-cales, endommagées par suite de leur ex-position au contenu intestinal et renouve-lées de façon permanente. Maisl’intensification de l’ensemble des activités

acyltransférases observée dans les cel-lules matures par rapport aux cellules descryptes peut rendre compte également del’augmentation de la biosynthèse des

phospholipides, triglycérides et esters decholestérol incorporés dans les chylomi-crons ou dans les VLDL, et sécrétés dansla lymphe (Iglesias et al, 1989). Vingt àtrente pour cent des phosphatidylcholinesvéhiculées par les chylomicrons lymphati-ques contiennent des acides gras exo-

gènes, réestérifiés dans l’entérocyte aprèslipolyse des triglycérides alimentaires

(revue de Boucrot, 1983). On peut donc

distinguer 2 pools de phospholipides dansl’entérocyte : l’un impliqué dans la mise enplace et la maintenance des structures

membranaires, l’autre dans l’élaborationde la fraction phospholipidique des lipopro-téines sécrétées par la muqueuse intesti-nale (O’Doherty et al, 1977). Il est vraisem-blable que chacun de ces pools évolue defaçon spécifique au cours des processusde différenciation et de maturation entéro-

cytaires.La composition en acides gras des tri-

glycérides alimentaires peut exercer uneinfluence considérable sur celle des phos-pholipides cellulaires extraits aux diffé-rents stades de maturation le long de lavillosité. Des résultats récents obtenusdans notre laboratoire montrent que, lors-

que des rats sont nourris avec un alimentenrichi en acide linoléique par l’apportd’huile de maïs, les teneurs en acides lino-léique et arachidonique des phospholi-pides cellulaires totaux augmentent paral-lèlement à la progression des cellulesdans la partie basse des villosités (Ales-sandri et al, 1990). Dans ce cas, l’acidearachidonique représente de 12-15% desacides gras totaux contenus dans les

phospholipides des cellules des cryptes.Cette teneur s’élève à 20-25% dans lescellules matures du milieu des villosités

(fig 3A). La teneur en acide linoléique estde 1,5-2 fois moins élevée que la teneuren acide arachidonique. Si les rats reçoi-vent dès le sevrage une alimentation défi-ciente en acides gras polyinsaturés, les te-neurs cellulaires en acides linoléique et

arachidonique deviennent de 2-3 fois plusfaibles que celles du groupe «huile demaïs» (fig 3B). L’acide arachidonique nereprésente plus que de 6-12% des acidesgras totaux, la diminution de cet acide

gras étant compensée par l’apparition du20:3n-9 en proportion équivalente (fig 3B).Ce type de compensation ne permet pasaux rats carencés de «récupérer» lemême niveau d’insaturation des PL cellu-

laires que celui des animaux témoins

(Alessandri et al, 1990).Il a été montré par ailleurs que ce type

de carence en acides gras essentiels

peut entraîner d’importantes modificationsd’ordre morphologique, structural et fonc-tionnel de la muqueuse, chez le rat ou lasouris (Snipes, 1967, 1968). Chez les ani-maux carencés, les cellules émergent descryptes dans un état de différenciation in-

complète. Elles présentent des anomaliesde formation des différents organites cellu-

laires, notamment de l’appareil de Golgiqui semble dilaté, des mitochondries dontles crêtes sont peu nombreuses et peu dé-

veloppées et des microvillosités qui sontraccourcies et qui apparaissent clairse-mées. L’absorption intestinale des lipidesest retardée chez les animaux carencés etelle est restreinte à une très faible surfacede la partie supérieure de la villosité

(Snipes, 1968). Les vitesses de division,de migration et d’extrusion cellulaires sontaugmentées par la carence en acides grasessentiels, l’ensemble de ces processusconduisant à une modification de l’architec-ture villositaire (Snipes, 1967). En outre, lacarence peut altérer les mécanismes

d’adaptation qui répondent normalement àune résection intestinale partielle (Hart etal, 1988). Une perturbation de la biosyn-thèse de certaines prostaglandines impli-quées dans les processus régénératifspourrait être à l’origine de l’effet induit parla carence alimentaire en acides gras poly-insaturés, précurseurs indispensables à lasynthèse des prostanoïdes.

La composition globale en acides grasdes phospholipides est donc susceptibled’évoluer lors de la migration cellulaire lelong de la villosité. Cette redistribution dé-pend de la disponibilité des acides graspolyinsaturés, c’est-à-dire, pour une bonnepart, de la qualité de l’apport lipidique ali-mentaire. Elle dépend également de l’affi-nité des acyltransférases pour les diffé-rentes molécules d’acides gras. A cet

égard, il peut être remarqué que l’incorpo-ration in vitro du 18:2n-6 dans les mem-branes des microsomes intestinaux est

plus importante que celle du 16:0, aussibien au niveau du jejunum qu’au niveau del’iléon, suggérant une affinité plus élevéedes acyltransférases entérocytaires pour leprécurseur de la famille des n-6 (Garg etal, 1988). Il existe cependant des diffé-rences régionales, puisque les vitesses

d’incorporation de ces 2 acides gras dansles microsomes sont plus élevées au ni-

veau du jéjunum qu’au niveau de l’iléon.

L’incorporation du 20:4n-6 n’a pas été exa-minée dans cette étude.

Il reste à déterminer si le remodelagede la composition en acides gras des

phospholipides membranaires obéit à desrègles spécifiques de chacun des diffé-rents compartiments membranaires de

l’entérocyte (qui, d’ailleurs, n’ont pas lesmêmes vitesses de renouvellement). Celasemble être le cas, puisqu’une diminutionde la teneur en acide oléique (18:1 n-9)dans les phospholipides de la bordure enbrosse des cellules des villosités par rap-port à celles des cryptes a été observéechez le rat (teneurs respectivement égalesà 11,2 et 17,5%), tandis que, dans cetteunique expérience, les teneurs en acidesgras de la série n-6 le long de la villositérestaient inchangées (Brasitus et Dudeja,1985).

Évolution de la structuredes phospholipides au coursde la maturation postnatale de l’intestin

Une des propriétés particulières de l’intes-tin néonatal réside dans sa capacité d’ab-sorber des macromolécules alimentaires etdes immunoglobulines par endocytose(revue de Kédinger et al, 1986b). Plusieurschercheurs ont suggéré que l’ensembledes modifications postnatale ou après se-vrage, affectant la composition lipidiquedes membranes plasmiques, pouvaitcontribuer au développement des fonc-tions de barrière et de perméabilité sélec-tive caractéristiques de la muqueuse intes-tinale mature (Chu et Walker, 1988;Schwarz et al, 1984, 1985, 1989).

Les glucocorticoïdes naturels ou de syn-thèse, tels que la cortisone ou la dexamé-thasone, sont connus pour stimuler la ma-turation fonctionnelle de la muqueuse etfavoriser la mise en place des propriétésde barrière intestinale. La dexaméthasone

est capable, en agissant au niveau trans-criptionnel, d’induire l’apparition des activi-tés saccharase et maltase (Kédinger et al,1986b). La mise en évidence de la modu-lation des propriétés biophysiques desmembranes microvilleuses intestinales parces hormones a fait l’objet de quelques in-vestigations. Une attention particulière aété portée sur l’effet de l’injection de gluco-corticoïdes aux rats nouveau-nés ou auxrattes en gestation. Il a ainsi été montréque l’administration de ces agents provo-que la diminution de la fluidité des mem-branes microvilleuses du foetus ou du nou-veau-né et induit l’apparition précoce decertaines caractéristiques de surface del’entérocyte (Pang et al, 1985; Neu et al,1986). Malheureusement, l’effet des gluco-corticoïdes sur la composition lipidiquedes membranes n’a pas été déterminédans ces expériences. Des résultats appa-remment contradictoires ont été obtenus

par Brasitus et ai (1987). Selon ces au-teurs, l’injection de dexaméthasone a pro-voqué, chez le rat adulte, l’augmentationde la fluidité de la membrane de bordureen brosse en corrélation avec une modifi-cation de la composition lipidique. Le trai-tement a induit l’augmentation de la teneurrelative en phosphatidylcholine (de 3,8%en poids des lipides) et la diminution del’index de saturation (0,32 contre 0,40)principalement due à l’enrichissement decette classe de phospholipides en 18:2n-6et en 20:4n-6. Ces résultats valident donc

l’hypothèse d’un effet des glucocorticoïdessur les caractéristiques physico-chimiquesdes membranes apicales de l’intestin. Lesdifférences enregistrées entre les typesd’expérimentation suggèrent que le stadede développement d’une part, les modifi-cations alimentaires liées au sevraged’autre part, introduisent une variable im-portante dans la détermination des modifi-cations structurales induites par ces hor-mones.

Il ressort d’une étude utilisant la spec-troscopie électronique que la membranede bordure en brosse du nouveau-né peutêtre considérée comme étant moins ordon-née que celle de l’adulte (Pang et al,1983). Cette différence d’organisationstructurale pourrait (partiellement) rendre

compte de la plus grande perméabilité auxmacromolécules observée pendant la pé-riode néonatale. On peut remarquer paranalogie que, chez la souris adulte, la vi-tesse d’endocytose est 2 fois plus élevéedans les cellules intestinales indifféren-ciées que dans les cellules matures (Hey-man et al, 1989). La captation des macro-molécules par endocytose impliquel’adsorption des substances sur la surfacede la membrane apicale et l’invaginationde celle-ci (Walker et al, 1972). Ces pro-cessus pourraient être favorisés par l’envi-ronnement membranaire plus désorganisédes sites de la bordure en brosse du nou-veau-né impliqués dans l’endocytose(Pang et al, 1983).On peut donc concevoir que l’évolution

de la composition en lipides des mem-branes microvilleuses représente un deséléments du contrôle du transport macro-moléculaire pendant la période néonataie.Les analyses comparées de la répartitiondes différentes classes de phospholipidesdans la bordure en brosse chez le nou-veau-né et chez l’adulte ont montré que lamaturation postnatale de l’intestin de rat

s’accompagne d’une redistribution des

groupements polaires des molécules dephospholipides (Chu et Walker, 1988),conduisant notamment à une modificationdu rapport phosphatidylcholine/phosphati-dyléthanolamine. Celui-ci est proche de 2dans les bordures en brosse de rat nou-

veau-né, tandis que les proportions res-

pectives de ces 2 classes tendent à s’équi-librer chez l’adulte (fig 2). L’activité

spécifique de la 1,2 diglycérol-CDP cholinephosphocholine transférase, impliquée

dans la biosynthèse de la phosphatidylcho-line, est 4 fois plus élevée dans les micro-somes intestinaux du foetus comparative-ment au rat adulte (Engelhardt et al, 1989).

Une autre étude récente, effectuée chezle lapin avant et après sevrage, montreque les membranes basolatérales sont

également soumises à des modificationsde composition phospholipidique liées à lamaturation intestinale. Celles-ci se tradui-

sent, dans les membranes basolatéralesdes lapins sevrés, par une élévation desteneurs relatives en phosphatidylcholine etsphingomyéline, le contenu total en phos-pholipides (environ 0,4 pmol/mg de pro-téines) restant inchangé (Schwarz et al,1989). La sphingomyéline pourrait exercerun effet stabilisant sur la bicouche lipidique(Sandermann, 1978). On peut égalementémettre l’hypothèse que des changementsdans la distribution des classes de phos-pholipides se traduisent par des modifica-tions d’associations entre domaines pro-téiques insérés dans la bicouche et phos-pholipides membranaires.

D’une façon générale, toute modificationnotable de la composition en classes dephospholipides membranaires est suscep-tible d’induire une (ou plusieurs) réponse(s) fonctionnelle(s). À titre d’exemple, onpeut rappeler l’hypothèse selon laquelle lastimulation de la biosynthèse de phospha-tidylcholine enrichie en acides gras polyin-saturés, suivie de l’incorporation dans lamembrane microvilleuse de la PC néosyn-thétisée, constituerait le mécanisme initialpar lequel la 1,25-dihydroxyvitamine D3stimule l’absorption intestinale du calciumin vivo (revue de Rasmussen et al, 1982).La modification structurale de la matrice

lipidique induite par la 1,25-dihydroxy-vitamine D3 se traduirait par une augmen-tation de la fluidité membranaire virtuelle-ment responsable de l’augmentation de lavitesse d’absorption transmembranaire ducalcium.

Plusieurs équipes de chercheurs, utili-sant des sondes membranaires fluores-centes (telles que le DPH), ont démontréque la fluidité de la bordure en brosse in-testinale de rat ou de lapin diminue aucours des processus de maturation post-natale qui précèdent ou accompagnent lesevrage (Schwarz et al, 1984, 1985; Pangef al, 1983, Brasitus et al, 1984; Meddingset Theisen, 1989). Le même phénomène aété mis en évidence dans les membranesbasolatérales de lapin (Schwartz et al,1989). Dans ces différentes expériencesla diminution de la fluidité membrana&dquo;uétait en corrélation avec un ou piusieL s

paramètres, tels que la diminution del’index d’insaturation des acides gras, lamodification de la distribution des classesde phospholipides, l’augmentation du rap-port molaire cholestérol/phospholipides, ouencore, l’augmentation du rapport pondéralprotéines/phospholipides. Plusieurs de cesfacteurs sont souvent associés, mais il

émerge de ces différentes études une rela-tion commune entre l’augmentation du rap-port molaire cholestérol/phospholipides etla diminution de la fluidité membranaire.

Métabolisme du cholestéroldans l’entérocyte

L’intestin est un site de synthèse endo-gène du cholestérol, dont l’importancevarie selon les espèces. Chez le rat, les

biosynthèses intestinale et hépatique re-

présentent respectivement 25% et 50% dela cholestérogenèse corporelle. Chezd’autres espèces, telles que le lapin, le co-baye, le hamster et le singe-écureuil, l’in-

testin peut synthétiser autant, voire davan-tage, de cholestérol que le foie (Spady etDietschy, 1983). Il est bien établi que,dans l’entérocyte, les voies de biosynthèseet d’absorption du cholestérol évoluentavec la migration cellulaire le long de la

villosité. Deux aspects de la physiologiecellulaire liés au métabolisme du cholesté-rol sont considérés dans ce chapitre : l’unconcerne l’activité proliférative des cellulesindifférenciées, l’autre découle du rôle par-ticulier attribué au cholestérol dans la ré-

gulation de la fluidité des membranes bio-logiques.

Rôle du cholestérol dans la proliféra-tion et la différenciation cellulaires

Le pool de cholestérol de l’entérocyte estrégulé par une multitude de mécanismesqui établissent un équilibre entre les be-soins en cholestérol de la cellule et de l’or-

ganisme, la synthèse endogène, le cap-tage de lipoprotéines circulantes (LDL) etl’absorption du cholestérol luminal. L’im-

portance relative de chacune de ces voiesvarie le long de l’intestin d’une part, etselon la position cellulaire le long de lavillosité d’autre part.

Depuis les travaux de Srere et ai

(1948), qui ont observé que des tissus encroissance présentaient une intense activi-té cholestérogénique, de nombreusesétudes ont démontré qu’il existe, en géné-ral, une excellente corrélation entre les vi-tesses de réplication cellulaire et de syn-thèse du cholestérol (revue de Siperstein,1984). Les résultats de nombreux travauxfondés sur l’utilisation d’inhibiteurs compé-titifs de l’enzyme clé de la biosynthèse desstéroïdes, l’HMG-CoA réductase (fi-hydroxy, [3-méthyl-glutaryl-CoA réductase),confirment que la prolifération et la crois-sance cellulaires dépendent étroitementde la disponibilité du cholestérol lui-même,mais aussi de celle d’autres métabolites

(ubiquinone, dolichol, etc) issus du précur-seur commun des isoprénoïdes, l’acide

mévalonique (Kaneko et al, 1978; Brownet Goldstein, 1980; Quesney-Huneeus etal, 1983; Maitese, 1984). Indépendam-ment de son rôle de précurseur dans la

cholestérogenèse, l’acide mévaloniquepourrait exercer un effet direct sur l’initia-tion de la replication de l’ADN, comme celaa été montré dans le cas de cellules enculture (Quesney-Huneeus et al, 1979;Fairbanks ef al, 1984; Siperstein, 1984).

Les cellules dont le besoin en cholesté-rol est le plus élevé sont donc les cellulesen phase de prolifération ou d’extensiondes membranes plasmiques. Ces 2

phases caractérisent l’état des populationscellulaires situées respectivement dans lapartie inférieure des cryptes et dans la par-tie inférieure des villosités, sites respectifsde synthèse du cholestérol et de captagedes LDL dans l’intestin (Stange et

Dietschy, 1983b). Environ 60% du captageintestinal des LDL s’effectue par une voie

impliquant des récepteurs spécifiques(Stange et Dietschy, 1983b). La vitesse debiosynthèse du cholestérol dans les cel-lules prolifératives et dans les cellules encours de différenciation est environ 2 fois

plus élevée que dans les cellules de la par-tie supérieure des villosités, qui ne se divi-sent plus et dont la croissance est ache-vée (Dietschy et Siperstein, 1965; Stangeet Dietschy, 1983a). Soixante à quatre-vingt-cinq pour cent du cholestérol contenudans les cellules des cryptes proviennentainsi de la biosynthèse endogène (Stangeet Dietschy, 1983b). En définitive, les cel-lules des cryptes assurent 30-40% de lacapacité totale de l’intestin à synthétiser lecholestérol (Stange et Dietschy, 1983a).En revanche, les cellules matures de la

partie supérieure des villosités, siège duflux entrant de cholestérol luminal, se ca-ractérisent par une activité élevée d’estéri-fication du cholestérol (activité acyl-CoAcholestérol acyltransférase). Le cholestérolestérifié est principalement destiné à la sé-crétion sous forme lipoprotéique (Norum etal, 1983; Stange et al, 1983).

Il existe enfin des différences régionalesliées, semble-t-il, aux spécificités fonction-

nelles des différentes parties de l’intestin.Chez de nombreuses espèces, dont

l’homme, le singe et le rat, l’absorption ducholestérol luminal s’effectue principale-ment dans le jéjunum proximal. Inverse-

ment, la vitesse de synthèse du cholesté-rol endogène est globalement 3-4 fois plusélevée dans la région distale que dans larégion proximale de l’intestin de rat (Diets-chy et Siperstein, 1965; Stange et al,1981; Stange et Dietschy, 1983a).

Stange et al (1988) ont proposé un mo-dèle synthétique de compartimentation ducholestérol intra-entérocytaire dans lequelle pool de cholestérol non estérifié, méta-boliquement actif, est alimenté principale-ment par les voies de synthèse endogèneet de captage des LDL circulantes. En re-vanche, la plus grande partie du cholesté-rol exogène absorbé par l’entérocyte estestérifiée et incorporée dans les chylomi-crons. Ce modèle attribue ainsi au choles-térol néosynthétisé un rôle structural princi-palement local, l’absorption du cholestérolexogène et sa sécrétion sous forme estéri-fiée par les cellules matures permettant depourvoir à une grande part des besoinssystémiques (Stange et Dietschy, 1985;Schneider et Stange, 1987). Le développe-ment des structures membranaires impli-que donc l’incorporation de cholestérol nonestérifié, prélevé à partir d’un pool endo-gène, dont la disponibilité apparaît claire-ment comme un facteur déterminant de lacroissance cellulaire (fig 4).

Rôle du cholestérol dans la physiologieet la fluidité des membranes de l’entéro-

cyte

La comparaison des valeurs du rapportmolaire cholestérol/phospholipides entre

les différents compartiments membra-naires de l’entérocyte indique que la bor-dure en brosse intestinale est particulière-ment riche en cholestérol (tableau I et

fig 5). La rigidité du noyau stérol confère àla molécule de cholestérol un rôle majeurdans la régulation des propriétés dynami-ques des lipides membranaires (voir no-,

tamment les revues de Yeagle, 1985,1989). Selon Brasitus et Dujeda (1985),l’augmentation du rapport cholestérol/

phospholipides au cours de la migrationcellulaire représente l’un des principauxfacteurs virtuellement responsables de ladiminution de la fluidité des membranesmicrovilleuses des entérocytes matures

(chol/PL = 0,99) comparativement à celledes cellules des cryptes (chol/PL = 0,7).

Brasitus et Schachter (1982) ont entre-pris de moduler la biosynthèse du choles-térol par le biais de l’alimentation, afind’établir une corrélation entre la modifica-tion de la cholestérogenèse intestinale etla variation de la fluidité des membranes

microvilleuses. D’après ces auteurs, la bio-synthèse intestinale du cholestérol dimi-nue chez des rats nourris avec un alimentcontenant du taurocholate de sodium (selbiliaire), et se trouve stimulée chez ceuxqui reçoivent un aliment contenant de lacholestyramine (résine complexant lessels biliaires). Cette expérience montre

que l’apport de cholestyramine a pour effetd’augmenter l’activité de l’HMG-CoA ré-ductase mesurée in vitro, d’augmenter lecontenu en cholestérol de la bordure enbrosse (de 4 g pour 100 g de lipides to-taux) et de diminuer la fluidité de cettemembrane estimée par les paramètresd’anisotropie de fluorescence (DPH). In-

versement, le taurocholate alimentaire in-duit simultanément la diminution de l’activi-té de biosynthèse du cholestérol (d’unfacteur 1,6 par rapport au groupe précé-dent) et l’augmentation de la fluidité de lamembrane microvilleuse. Les auteurs ob-servent également une activation du trans-port de glucose sodium-dépendant dansles vésicules de bordure en brosse dont lafluidité était augmentée par l’apport de tau-rocholate.

Les conclusions de ces travaux, qui éta-blissent des interrelations entre biosyn-thèse du cholestérol, fluidité membranaireet fonctions intestinales, peuvent être com-parées aux données classiques décrivantles différences métaboliques et fonction-nelles des régions proximale et distale del’intestin. En accord avec les différencesdécrites dans les études de régionalisationde la biosynthèse du cholestérol, plusieurséquipes ont rapporté que les membranesmicrovilleuses de l’iléon possèdent une te-neur en cholestérol plus élevée et se ca-ractérisent par une fluidité moindre quecelle des membranes du jéjunum proximal(Schachter et Shinitzky, 1977; Brasitus etSchachter, 1982; Meddings, 1988). Ilsemble cependant que l’intestin humainconstitue une situation exactement inverse

: chez l’homme, il a été montré récemment

que la fluidité de la membrane de bordureen brosse intestinale est plus élevée dansla région distale que dans la région proxi-male (Dudeja et al, 1989). Toutefois, cettedifférence de fluidité peut également êtrereliée à une différence de teneur en cho-lestérol membranaire, celle-ci étant plusélevée dans les membranes proximales(chol/PL = 0,7) que dans les membranesdistales (chol/PL = 0,5).

Dans les études utilisant le modèle ani-

mal, les membranes microvilleuses proxi-males (plus «fluides») possèdent une vi-tesse d’absorption des stérols plus élevéeque celles de la région distale (Slyven et

Norstrom, 1970). L’augmentation de la rigi-dité membranaire observée dans cette ré-

gion de l’intestin, et localisée selon Med-dings à la superficie de la bicouche

lipidique, pourrait également rendre

compte de la faible perméabilité de l’iléonaux acides gras à chaîne courte ou

moyenne (Meddings, 1988, 1989; Med-dings et Theisen, 1989). Il est connu de

longue date que la plus grande partie deslipides est absorbée dans l’intestin proxi-mal (Borgstrôm et al, 1957; Ladman et al,1963). Cette absorption est contrôlée parde multiples régulateurs physiologiques(Thomson et al, 1989) parmi lesquels lescaractéristiques physico-chimiques desmembranes luminales constituent vraisem-blablement l’un des éléments essentiels.

La modulation des activités fonction-nelles de la muqueuse par la modificationde la teneur en cholestérol n’implique pastoujours une perturbation de la fluiditémembranaire per se (du moins telle quecelle-ci est définie par les méthodes analy-tiques actuelles). Une étude réalisée invitro montre en effet que l’activité spécifi-que de la phosphatase alcaline diminue de20-30% si l’on augmente artificiellement lacharge en cholestérol dans des mem-branes microvilleuses purifiées d’intestinde rat (Brasitus et al, 1988b). Mais la dimi-nution de la fluidité membranaire, qui ré-sulte de l’augmentation globale du rapportcholestérol/phospholipides dont la valeur,initalement proche de 1, était amenée à1,3, peut être compensée, voire annulée,par l’incorporation d’alcool benzylique dansla membrane, sans que l’activité initiale del’enzyme soit restaurée. Les activités di-

saccharidasiques de la bordure en brosse(saccharase, maltase et lactase) n’étaientpas modifiées par ces différents traite-ments. Ces observations contredisent ourelativisent les conclusions qui ont étéémises par les mêmes auteurs à l’issued’une expérience antérieure réalisée avec

des rats (Brasitus et a/, 1985), chez les-quels l’ingestion pendant 6 semaines d’unrégime insaturé (contenant 37% en poidsd’huile de maïs par comparaison avec unaliment saturé contenant 37% de beurre) aprovoqué la diminution de l’index de satu-ration des membranes microvilleuses,l’augmentation de la fluidité membranaire,l’augmentation du contenu en acide linoléi-que, l’augmentation du taux de cholestérol,l’augmentation (de 2-3 fois) de l’activité dela phosphatase alcaline des bordures enbrosse, ainsi que l’augmentation de l’activi-té de la NaK-ATPase des membranes ba-solatérales (dont seule la composition enacides gras a été modifiée). L’hypothèseavancée à la vue de ces résultats suggé-rait que l’augmentation de l’activité de la

phosphatase alcaline était en corrélationavec celle de la fluidité membranaire, cequi n’a pas été confirmé par les travauxréalisés in vitro, comme indiqué plus haut.

Ces expériences ne permettent pasd’expliquer les mécanismes par lesquels lateneur en cholestérol est capable de mo-duler l’activité d’enzymes membranaires.En tout état de cause, on peut remarquerque la phosphatase alcaline se distinguede la majorité des enzymes de la bordureen brosse (notamment des disacchari-

dases) par son mode particulier d’ancragedans la membrane. Celui-ci implique uneliaison covalente avec une molécule cons-titutive de la bicouche lipidique, le phos-phatidylinositol (Low et Zilversmit, 1980;Chu et al, 1987, Merill, 1989), qui pourraitêtre à l’origine de la sensibilité de l’enzymeaux variations de composition lipidique, etdonc de son classement dans le groupedes enzymes «intrinsèques» (Brasitus,1987).

D’une façon plus générale, il est conce-vable que des modifications d’interactionsentre lipides et segments protéiques trans-membranaires puissent être induites loca-lement par une variation de la composition

lipidique, restreignant ou favorisant de

façon spécifique la liberté de transconfor-mation d’enzymes ou de systèmes detransport incorporés dans la matrice (Bra-situs et Schachter, 1980; Mead, 1984;Yeagle, 1989). Une restriction de la capa-cité de changement de conformation de laNaK-ATPase serait ainsi responsable del’inhibition exercée sur cette enzyme pardes niveaux de cholestérol élevés (effet ri-gidifiant), tandis que l’activité de la mêmeenzyme est stimulée par de faibles te-

neurs en cholestérol (revue de Yeagle,1989). Dans ce dernier cas, l’effet activa-teur trouve probablement son origine dansl’établissement d’interactions directes et

spécifiques entre la molécule de cholesté-rol et un (ou des) site(s) de l’enzyme.

Biosynthèse, structureet composition des glycolipides

La fonction physiologique des glycosphin-golipides intestinaux n’est pas parfaite-ment définie. La partie oligosaccharidiquede ces molécules participe aux caractéris-tiques de surface impliquées dans les in-teractions entre la muqueuse et diversessubstances présentes dans la lumière in-testinale. Certains gangliosides peuventainsi jouer un rôle majeur de relais trans-membranaires entre des signaux de sur-face et le milieu intracellulaire (revue deFishman et Brady, 1976). C’est notam-ment le cas d’un ganglioside monosialylé,le GM1, présent dans la plupart des mem-branes plasmiques des cellules euca-

ryotes et identifié depuis le début des an-nées 1970 comme étant le récepteurspécifique de la toxine cholérique (Cuatre-casas, 1973a, 1973b). Divers gangliosidesmono- ou polysialylés constituent une fa-mille de récepteurs de surface reconnuspar d’autres agents externes tels que desadhésines bactériennes (Kim et al, 1984;

Leffler et al, 1984; Lindahl et al, 1984), deslectines (Etzler, 1984), les toxines botulini-que et tétanique (Van Heyningen, 1983;Eidels et al, 1983) ou certains virus (Mark-well et al, 1984).

Aspects quantitatifs et qualitatifsde l’évolution des glycolipidesau cours de la différenciation

Vingt à trente pour cent des lipides de labordure en brosse de l’entérocyte sont desglycolipides (tableau 1) dont la composi-tion, variable selon les espèces, dépendétroitement du niveau de différenciation, etdonc, de la position cellulaire le long de lavillosité.

Globablement, les glycolipides contien-nent 15% des hydrates de carbone consti-tutifs de la bordure en brosse de l’intestin

grêle de rat. Chez cette espèce, le glucoseet le galactose représentent, en moyenne,44 et 35% de la quantité molaire de sucresassociés aux glycolipides, le reste étantconstitué de 3 à 6% de fucose, de glucosa-mine, de galactosamine et d’acide sialique(d’après Kim et al, 1984). La fraction lipidi-que de vésicules de bordure en brosse de

porc contient 31% en poids de glycoli-pides, composés de glucosyl- et galacto-sylcéramides (3%), de digalactosylcéra-mides (15%), de pentahexosylcéramidesfucolysés (11%) et de gangliosides (2%)(Christiansen et Carlsen, 1981 ).

Concernant l’espèce porcine, il n’existe

pas d’information relative à l’évolution de la

composition en glycolipides selon le ni-

veau de différenciation cellulaire. En re-

vanche, les travaux de Bouhours et Gtick-man (1976), effectués chez le rat, ont

montré que la proportion de céramides gly-cosylés (par rapport à la quantité totale desphingolipides cellulaires) s’élève de 74%dans les cellules des cryptes à 84% danscelles du sommet des villosités. Par

ailleurs, la distribution des 3 principales fa-

milles de glycolipides des cellules intesti-nales de rat, représentées par les glycosyl-céramides, les trihexosylcéramides et leshématosides (du type GM3), est modifiéeau cours de la progression des cellules lelong de la villosité (Glickman et Bouhours1976; Bouhours et Glickman, 1976; Brei-mer et al, 1981). Les résultats de Bou-hours et Glickman représentés sur la fi-

gure 6A montrent que les teneurs en

glucosylcéramides et en hématoside GM3augmentent le long de l’axe crypto-villositaire, tandis que les trihéxosylcéra-mides sont les principaux glycolipides dontles teneurs diminuent. Les glycosphingoli-pides des cellules du sommet des villositéscontiennent 4-5 fois plus de GM3 queceux des cellules souches de la base des

cryptes. La diminution de la teneur relativeen trihexosylcéramides le long de la villosi-té s’effectue de façon parallèle à celle descéramides non glycosylés (figure 6A).

En résumé, la différenciation de l’entéro-cyte de rat s’accompagne d’une augmenta-tion globale du taux de glycosylation desglycolipides et d’une redistribution des es-pèces moléculaires se traduisant par l’aug-mentation d’un facteur 7 du rapport GM3/trihexosylcéramides (figure 6B).

L’évolution structuraledes sphingolipides intestinauxau cours de la différenciation reproduit-elle celle de la période périnatale ?

Cette question a été soulevée par Bou-hours et Bouhours (1981, 1983, 1984,1989) qui ont entrepris de comparer lesmodifications des sphingolipides liées à ladifférenciation cellulaire chez le rat adulteà celles qui se produisent au cours de lagestation et du développement postnatalde la muqueuse intestinale. En raison dela fragilité de l’épithélium intestinal du rat

nouveau-né qui rend très difficile la sépa-ration des différentes populations cellu-laires, les analyses ont été réalisées sur lamuqueuse entière.

Glycolipides totaux :Le contenu total en glycosphingolipides

intestinaux est multiplié par 3 au cours des6 derniers j précédant la parturition pouratteindre un niveau maximal à la nais-sance (fig 7A). Cette brusque pousséeprénatale des glycolipides s’accompagned’importants remaniements de la distribu-tion des différentes espèces moléculaires(fig 7B). Ceux-ci se traduisent notammentpar l’augmentation des proportions en glu-cosylcéramides et en hématosides. Dansle même temps, la proportion de sphingoli-pides non glysocylés (céramides) diminue.Ces modifications qualitatives rappellentcelles qui se produisent au cours de la dif-férenciation crypto-villositaire chez l’adulte.Elles semblent correspondre à la phase demorphogenèse intense de l’intestin quis’effectue entre le 18e j de gestation et lanaissance (Kédinger et al, 1986a). La ma-turation fonctionnelle proprement dite dé-bute et se déroule après la naissance, pé-riode qui correspond cette fois à une

diminution progressive du contenu total englycolipides. Celui-ci est donc maximal àla naissance et atteint un niveau 4 foismoins élevé après 30 j de vie post parfum(fig 7A).

Hématoside GM3, trihexosylcéramideset lactosylcéramides :À la naissance, le contenu intestinal en

GM3, qui représente alors 25% des sphin-golipides totaux et 85% des gangliosides,est près de 7 fois plus élevé que celui durat adulte ou âgé de 30 j. La concentrationen trihexosylcéramides suit une évolutioninverse (augmentation d’un facteur 1,4entre 0 et 30 j), de sorte que les profilsd’évolution du rapport molaire GM3/

trihexoxylcéramides au cours de la diffé-

renciation chez l’adulte (augmentation de0,2 à 1,3 - fig 6B) et au cours du dévelop-pement postnatal (diminution de 9,5 à 1 -

fig 7C) sont opposés. L’augmentation de lateneur relative en trihexosylcéramides, vi-sible dès le 15Q j après la naissance, coïn-cide avec la diminution de la proportion delactosylcéramides (fig 7B). Ceci suggèreque l’activité de la galactosyltransférase in-testinale se déclenche entre la première etla deuxième semaine de développementdu nouveau-né.

Glucosylcéramides :Quel que soit le stade de développe-

ment ou de différenciation cellulaire, les

glucosylcéramides représentent la princi-pale classe de glycolipides dans l’intestinde rat. Leur teneur relative, proche de 50%à la naissance, n’atteint plus que 35%chez le rat adulte ou âgé de 30 j (fig 7B).Cette évolution est également l’image in-versée de ce qui est observé au cours dela différenciation le long de l’axe crypto-villositaire chez l’adulte (comparer les fig6A et 7B).

Par ailleurs, la structure de l’acide siali-que du GM3 dépend de la maturation

post-natale de l’intestin: l’acide N-acétyl-neuraminique, essentiellement présent à lanaissance, est progressivement remplacé,à partir du sevrage, par l’acide N-

glycolylneuraminique résultant de l’actiond’une N-acétyl-hydroxylase sur le précur-seur néonatal (Bouhours et Bouhours,1983, 1989). L’acide N-glycolylneura-minique représente finalement le principalacide sialique contenu dans le GM3 de

l’épithélium intestinal du rat adulte.

Enfin, certaines modifications liées à lamaturation postnatale ont trait à la naturedes acides gras constitutifs des glycoli-pides. Cet aspect sera abordé dans la der-nière partie de cette étude.

Il est clair qu’une réorganisation com-plète des sphingolipides entérocytaires se

produit au cours de la période périnatale.Cette restructuration précède ou accom-pagne l’insertion de nouvelles protéines

dans la bordure en brosse, telles que lasucrase-isomaltase et la forme mature dela phosphatase alcaline, et participe vrai-

semblablement à la mise en place desfonctions de barrière spécifiques del’adulte. L’ensemble de ces données per-met de conclure que, si les cellules des

cryptes de l’intestin de rat adulte ne peu-vent pas être assimilées à des cellulesfoetales (Bouhours et Bouhours, 1981),une certaine analogie existe entre l’évolu-tion prénatale (morphogenèse) et l’évolu-tion crypto-villositaire (différenciation). Dupoint de vue de l’évolution des sphingoli-pides, ces 2 phases se caractérisent parl’augmentation des teneurs relatives en

glucosylcéramides et hématosides, tandisque celle des céramides (non glycosylés)diminue. En revanche, les évolutions liéesà la maturation postnatale et à la différen-ciation crypto-villositaire sont opposées.

Évolution et régulation des activitésde synthèse

Activités glycosyltransférase et sialyltrans-férase au cours de la différenciation

L’évolution du rapport entre les proportionsmolaires de GM3 et de trihexosylcéra-mides (fig 6B), 2 familles de glycolipidesdérivant d’un précurseur biochimique com-mun, les lactosylcéramides, suggère quela substitution progressive de l’activité ga-lactosyltransférase par l’activité sialyltrans-férase peut être un élément important desprocessus de différenciation de l’entéro-

cyte de rat adulte. En mesurant in vitrol’activité spécifique de la sialyltransférasedans les différentes fractions cellulaires in-cubées en présence de lactosylcéramide,Glickman et Bouhours (1976) ont constatéque cette activité est multipliée par 100dans les cellules du sommet des villosités

par rapport aux cellules de la base des

cryptes. Inversement, l’activité galactosyl-transférase (vis-à-vis du même substrat)mesurée dans les cellules matures ne re-

présente plus que 10-30% de l’activité

présente initialement dans les cellules des

cryptes (Bouhours et Glickman, 1976). Ladiminution de la synthèse de trihexosylcé-ramides pourrait correspondre à l’abandondu cycle cellulaire de prolifération (Bou-hours et Glickman, 1976), tandis que l’aug-mentation de la teneur en hématoside à lasurface des cellules différenciées serait

susceptible de faciliter les dissociations in-tercellulaires nécessaires à l’extrusion descellules matures parvenant au sommet desvillosités (Breimer et al, 1981).

Localisation subcellulairede l’acide sialique

La haute spécificité de la lectine de Limaxflavus pour l’acide sialique a permis de vi-sualiser, par marquage cytochimique desvillosités intestinales de rat, l’évolution dela distribution subcellulaire de l’acide

sialique en fonction du niveau de différen-ciation (Taatjes et Roth, 1988). Les com-posants sialylés (glycolipidiques et glyco-protéiques) apparaissent uniformément

répartis dans les membranes golgiennes,basolatérales et apicales des cellulessouches des cryptes, mais l’intensité du

marquage des membranes basolatérales

par la lectine décroît au fur et à mesure dela progression des cellules vers la partiesupérieure des cryptes. Dans les cellulesmatures de la partie supérieure des villosi-tés, seule la bordure en brosse reste forte-ment marquée. L’une des hypothèsesavancées par les auteurs suggère que,lors du turn-overdes constituants membra-naires des cellules matures, les réactionsde sialylation des glycolipides et des glyco-protéines sont essentiellement destinéesaux composants de la bordure en brosse,ceux des membranes basolatérales n’étant

plus concernés. L’existence d’un méca-nisme analogue a également été suggéréedans le cas des glycoprotéines fucosylées,qui sont préférentiellement incorporéesdans la bordure en brosse des cellules ma-tures (Quaroni et al, 1980). La redistribu-

tion sélective de certains glycoconjuguésvers la bordure en brosse permettrait d’éta-blir la polarisation cellulaire et de la main-tenir pendant la durée de vie de l’entéro-cyte, malgré le renouvellement permanentde ses structures membranaires de sur-face. La présence d’acide sialique dans lesmembranes basolatérales pourrait alorsêtre considérée comme un marqueur pré-coce des cellules épithéliales indifféren-ciées (Taatjes et Roth, 1988).

Régulation des activités de glycosylationdes sphingolipidesUn ensemble de résultats obtenus parl’équipe de Brasitus suggère que l’un desmécanismes de régulation de la glycosyla-tion des sphingolipides pourrait impliquerles propriétés physico-chimiques desmembranes de l’appareil de Golgi. En in-jectant de la dexaméthasone à des rats,ces chercheurs ont obtenu une modifica-tion de la composition lipidique, de la fluidi-té et des activités glycosphingolipideglycosyltransférases des membranes gol-giennes provenant d’entérocytes extraitsde l’intestin proximal de rat adulte (Dudejaet al, 1988). Brièvement, le traitement parla dexaméthasone a pour effet d’augmen-ter la proportion d’acides gras polyinsatu-rés contenus dans les phospholipides dela bordure en brosse (Brasitus et al, 1987)et des membranes golgiennés (Dudeja etal, 1988), d’augmenter la fluidité membra-naire estimée par les techniques de polari-sation de fluorescence (Brasitus et al,1987; Dudeja et al, 1988), d’augmenter lesactivités spécifiques de la galactosyltrans-férase et de la sialyltransférase vis-à-visd’un lactosylcéramide exogène (Dudeja etal, 1988) et, finalement, de modifier la

composition globale des glycosphingoli-pides de la muqueuse intestinale (Dahiyaet Brasitus, 1987). En outre, l’activité lacto-sylcéramide galactosyltransférase demembranes golgiennes provenant d’enté-rocytes de rats non traités peut être aug-

mentée in vitro par l’incorporation d’alcoolbenzylique (Dudeja et al, 1988) dont l’effetfluidifiant vis-à-vis des membranes biologi-ques est connu (Gordon et al, 1980). Enrevanche, l’activité lactosylcéramide sialyl-transférase n’est pas modifiée par ce der-nier traitement. L’hypothèse avancée parBrasitus et ses collaborateurs attribue à ladexaméthasone la capacité de moduler lesactivités glycosphingolipide glycosyltrans-férases via l’induction in vivo de modifica-tions de l’environnement lipidique de cesenzymes. Les résultats différents obtenusin vitro avec la galactosyltransférase et lasialyltransférase suggèrent cependant queles modifications d’activités enzymatiquesinduites in vivo par la dexaméthasone nesont pas nécessairement en corrélationavec une augmentation de la fluidité mem-branaire. En tout état de cause, les résul-tats obtenus dans ces diverses expé-riences étayent l’hypothèse selon laquelleles glucocorticoïdes exercent, d’une part,un effet régulateur sur la composition lipidi-que des membranes biologiques et,d’autre part, jouent un rôle prépondérantdans la mise en place des propriétés desurface des cellules intestinales.

Évolution de la composante lipidique desglycolipides : l’hydroxylation des acidesgras

Une étude utilisant la spectrométrie demasse a démontré que, chez le rat, la par-tie lipidique (céramide) de certains glycos-phingolipides subit, elle aussi, une modifi-cation au cours de la différenciation

(Breimer et al, 1982). Celle-ci se traduit

principalement par une augmentation dutaux d’acides gras hydroxylés contenusdans les glucosylcéramides des cellulesmatures comparativement aux cellules descryptes. L’hydroxylation des acides grasconstitutifs de l’hématoside GM3 ne

semble pas liée au stade de différenciationcellulaire, mais plutôt à celui de la matura-

tion postnatale de la muqueuse : pendantles 3 premières semaines de vie néona-tale, ce ganglioside contient uniquementdes acides gras non hydroxylés (Bouhourset Bouhours, 1983). L’hématoside de l’en-térocyte de rat adulte contient principale-ment des acides gras hydroxylés, quelleque soit la position cellulaire le long de lavillosité (Bouhours et Glickman, 1977;Breimer et al, 1982). Soixante-dix à

soixante-quinze pour cent des acides grasassociés aux glycosphingolipides de l’épi-thélium intestinal sont ainsi hydroxylés(Bouhours et Glickman, 1977). Chez le rat,le déclenchement du processus d’hydroxy-lation s’effectuerait au moment du se-

vrage. Dans le cas d’espèces à gestationplus longue comme l’homme, l’hydroxyla-tion du GM3 se produirait au cours du dé-veloppement foetal (Bouhours et Bou-hours, 1983). Il est à noter que les

gangliosides du cerveau de rat ne contien-nent que des acides gras non hydroxylés(Sambasivaro et McCluer, 1964). Un sys-tème d’hydroxylation des acides gras desgalactosylcéramides existe dans le cer-

veau de jeune rat, mais son niveau d’acti-vité diminue rapidement après le sevrage(Murad et al, 1976).

Les modifications des autres glycos-phingolipides intestinaux se traduisent,d’une façon générale, par l’élévation dutaux d’hydroxylation et par l’élongation deschaînes d’acides gras au fur et à mesurede la migration entérocytaire (Breimer etal, 1982). La chaîne hydrocarbonée de lamolécule initiale de sphingosine (4D-hydroxysphinganine ou phytosphingosine)est présente dans les glycolipides intesti-naux dès la naissance et subit peu de mo-dification ultérieure, aussi bien chezl’homme que chez les rongeurs ou

d’autres espèces (Breimer et al, 1982;Bouhours et Bouhours, 1983). La syn-thèse de 4D-hydroxysphinganine, basecommune des glycolipides intestinaux, seproduirait donc à un stade relativement

précoce du développement foetal des diffé-rentes espèces. Chez le rat, la 4D-

hydroxysphinganine intestinale est détec-tée dès le 17e j de gestation (Bouhours etBouhours, 1984).

La modification de la nature des acides

gras constitutifs des glycosphingolipidespourrait se produire, soit par un turn-overcomplet de ces molécules, soit par un re-modelage spécifique de la partie lipidiquepermettant le remplacement progressif desacides gras non hydroxylés par des acidesgras hydroxylés (Breimer et al, 1982). Lesconséquences physiologiques de telles

modifications, qui semblent spécifiques del’épithélium intestinal, ne sont pas solide-ment établies. On peut concevoir que lespropriétés dynamiques d’ancrage et demouvements latéraux des antigènes desurface portés par les glycolipides dépen-dent des caractéristiques structurales ducéramide ancré dans la bicouche (ainsi,bien entendu, que celles de la matrice lipi-dique elle-même). Il a été suggéré (Brei-mer et al, 1982) que l’augmentation dunombre de groupements hydroxyles portéspar les acides gras constitutifs de la partiecéramide favoriserait l’établissement de

ponts hydrogène latéraux entre glycoli-pides incorporés dans la bicouche, contri-buant ainsi à stabiliser les structures mem-branaires de l’entérocyte au moment où lacellule émerge de l’embouchure des

cryptes et s’expose au contenu intestinal.

CONCLUSION

La muqueuse de l’intestin grêle constituele principal site d’absorption et de transfor-mation des nutriments, fonctions essen-tielles à l’organisme, susceptibles d’êtremodulées par la qualité des aliments ingé-rés. Le renouvellement permanent des cel-lules intestinales nécessite une activité de

biosynthèse des membranes cellulaires

d’autant plus intense que le remplacementdes membranes plasmiques luminales en-dommagées s’effectue plus rapidementque celui de la cellule elle-même. Les

composants de la matrice lipidique sontnécessairement soumis à des méca-nismes de régulation complexes, qui en-globent l’incidence de l’apport exogènetout en assurant le maintien de l’intégrité,de la polarité et des fonctions cellulairespendant la courte durée de vie des cellulesintestinales. Dès la fin de la période de se-vrage, les cellules des cryptes constituentune population spécifique de cellulessouches qui, en migrant depuis leur site deprolifération, achèveront de se différencieret acquéreront en quelques heures les ca-ractéristiques nécessaires aux fonctionsde digestion et d’absorption de la mu-

queuse intestinale mature.

Il est clair que la muqueuse de l’intestin

grêle est une structure particulièrement dy-namique, dont les caractéristiques biochi-miques et fonctionnelles évoluent aussibien dans l’espace (axe crypto-villositaire,localisation sur la longueur de l’intestin)que dans le temps (maturation postnataleet postsevrage, vieillissement). Le dénomi-nateur commun de ces évolutions sembleêtre la rigidification des membranes api-cales et basolatérales, tant en ce quiconcerne la différenciation cellulaire chezl’adulte, que la maturation de la muqueusechez le nouveau-né. La détermination desmodifications fonctionnelles directementconcernées par ce processus et la mise enévidence de l’incidence des lipides alimen-taires sur l’ensemble de ces évolutionsconstituent l’une des voies à explorer dansle domaine des recherches fondamentalesen nutrition.

REMERCIEMENTS

TS Arfi est boursier de la Fondation Françaisepour la Nutrition. JM Allessandri exprime toute

sa sympathie et ses remerciements à P Gues-net pour sa lecture critique du premier manus-crit.

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