Référence : Antioxidants 2020. — PMC7824709 · DOI 10.3390/antiox10010018 Type : Article de synthèse (review) · Plante : Millepertuis perforé · Propriété → Cancer Accès : ⭐ libre → texte intégral traduit Fidélité : traduction intégrale et fidèle du texte des auteurs. Appels [n] omis ; figures/tableaux « [ ] ».
Dans cet article, nous passons en revue les mécanismes des effets antitumoraux de Hypericum perforatum L. (millepertuis, St. John’s wort, SJW) et de son principal composant actif, l’hyperforine (HPF). L’extrait de SJW est couramment employé comme antidépresseur en raison de sa capacité à inhiber la recapture des neurotransmetteurs monoamines. De plus, d’autres propriétés biologiques rendent cet extrait végétal très adapté à la fois à la prévention et au traitement de plusieurs maladies, dont le cancer. L’usage régulier du SJW réduit le risque de cancer colorectal chez l’humain et prévient les effets génotoxiques des cancérogènes dans des modèles animaux. Dans le cancer déjà établi, le SJW et l’HPF peuvent encore exercer des effets thérapeutiques par leur capacité à réguler à la baisse les médiateurs inflammatoires et à inhiber les kinases pro-survie, les facteurs angiogéniques et les protéases de la matrice extracellulaire, contrecarrant ainsi la croissance et la dissémination tumorales. De façon remarquable, les mécanismes d’action du SJW et de l’HPF incluent leur capacité à diminuer la production de ROS et à restaurer le déséquilibre du pH dans les cellules tumorales. Le composant HPF du SJW, en raison de sa forte lipophilie et de sa légère acidité, s’accumule dans les membranes et agit comme un protonophore qui entrave l’hyperpolarisation de la membrane mitochondriale interne, inhibant la génération mitochondriale de ROS et par conséquent la prolifération des cellules tumorales. Au niveau de la membrane plasmique, l’HPF empêche l’alcalinisation du cytosol et l’acidification extracellulaire en permettant aux protons de rentrer dans les cellules. Ces effets peuvent inverser ou du moins atténuer le phénotype des cellules cancéreuses, contribuant à entraver la prolifération, la néo-angiogenèse et la dissémination métastatique. En outre, plusieurs études rapportent que, dans les cellules tumorales, le SJW et l’HPF, principalement à fortes concentrations, induisent la voie apoptotique mitochondriale, vraisemblablement en faisant s’effondrer le potentiel de membrane mitochondrial. Sur la base de ces mécanismes, nous soulignons le potentiel remarquable du SJW/HPF dans la prévention et le traitement du cancer.
Malgré l’effort énorme et soutenu entrepris par les chercheurs biomédicaux dans l’investigation de la pathogenèse et de la thérapie tumorales, le cancer demeure la deuxième cause de décès dans le monde (Organisation mondiale de la santé, 2019). Parmi les nombreux médicaments antitumoraux approuvés au cours des cinquante dernières années, un large pourcentage provient de produits naturels ou de leurs dérivés [ ]. En fait, les agents antitumoraux naturels présentent un large spectre de mécanismes pour inhiber le développement du cancer, par la réduction du taux de prolifération des cellules malignes, l’induction de l’apoptose, le blocage de l’invasivité et de la néo-angiogenèse [ ]. De plus, ils affichent généralement moins d’effets secondaires que d’autres médicaments antitumoraux [ ].
Dans cette revue, parmi divers composés naturels dotés de propriétés antitumorales, nous voulons porter notre attention sur Hypericum perforatum L., également connu sous le nom de millepertuis (St. John’s wort), et son constituant principal, l’hyperforine, en passant en revue les progrès de la recherche sur leurs mécanismes moléculaires clés et en soulignant leur potentiel remarquable dans la prévention et le traitement du cancer.
L’oncogenèse implique une dérégulation des proto-oncogènes ou des gènes suppresseurs de tumeur qui, en cas de mutation, peuvent modifier des processus cellulaires clés liés à la prolifération cellulaire et à son contrôle [ ]. Malgré des progrès significatifs dans le diagnostic du cancer, la détection d’une croissance tumorale à un stade précoce reste difficile en raison de l’absence ou de la rareté, non rare, de symptômes pendant longtemps. Ainsi, la prévention des événements précoces de la carcinogenèse apparaît cruciale pour la protection contre le développement tumoral. Un rôle préventif primaire peut effectivement être joué par l’usage de compléments phytochimiques alimentaires qui aideraient à protéger des atteintes génotoxiques, à inverser l’étape de promotion de la carcinogenèse multi-étapes et aussi à arrêter ou retarder la progression des cellules transformées [ ]. Les phytochimiques peuvent véritablement prévenir ces processus en activant les voies antioxydantes et de détoxification et en exerçant une action anti-inflammatoire [ ].
Il existe aujourd’hui un large consensus sur le fait que l’inflammation joue un rôle pertinent dans les événements carcinogénétiques. De nombreux résultats expérimentaux documentent une activité pro-tumorale des médiateurs inflammatoires, et des études épidémiologiques révèlent que l’inflammation chronique prédispose à divers types de cancer [ ]. Dans la tentative de remplacer les cellules perdues ou de réparer les tissus endommagés, les cytokines, chimiokines, facteurs angiogéniques et enzymes dégradant la matrice extracellulaire pourraient dans certains cas accroître le risque de transformation cellulaire et, le plus souvent, soutenir un taux de prolifération élevé des cellules transformées [ ]. Parmi les facteurs impliqués dans l’inflammation liée à la carcinogenèse, les cytokines comme le facteur de nécrose tumorale (TNF)-α, l’interleukine (IL)-1β, l’interféron (IFN)-γ et l’IL-6 semblent jouer un rôle pivot. La signalisation des cytokines aboutit à l’activation de facteurs de transcription, en particulier le facteur nucléaire kappa-B (NF-κB) et le transducteur de signal et activateur de la transcription (STAT)-1/3, qui sont des points de convergence de plusieurs voies favorisant la malignité, comme le montrent de nombreuses études [ ]. En particulier, NF-κB est un coordinateur de l’immunité innée et de l’inflammation, et il est apparu comme un important promoteur tumoral endogène [ ]. NF-κB accroît également l’expression de l’IL-6, qui suscite davantage la prolifération cellulaire et inhibe l’apoptose via la voie de signalisation STAT-3 [ ].
De façon intéressante, un certain nombre de phytochimiques altèrent à la fois l’inflammation et l’oncogenèse en inhibant l’activation des facteurs de transcription [ ]. Par exemple, l’extrait de gingembre protège contre l’hépato-carcinogenèse induite par l’éthionine chez le rat en restreignant la production de TNF-α et l’activation de NF-κB [ ] ; l’astaxanthine exerce des effets anti-inflammatoires en entravant la voie de signalisation NF-κB et prévient la carcinogenèse de la poche buccale du hamster [ ] ; l’acide ursolique et le resvératrol inhibent le développement de tumeurs cutanées en entravant l’expression des cytokines pro-inflammatoires et l’activation de NF-κB/STAT-3 [ ].
Dans le réseau complexe régulant le développement tumoral, le rôle de l’activité des protéines kinases activées par les mitogènes (MAPK) apparaît crucial pour la survie des cellules tumorales. Les facteurs de croissance, tels que le facteur de croissance épidermique (EGF), le facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) et le facteur de croissance de l’insuline, agissent par les voies de signalisation de la kinase régulée par les signaux extracellulaires (ERK)1/2 et de la protéine kinase B (Akt) pour favoriser la prolifération cellulaire [ ]. La voie phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K)/Akt/cible mammifère de la rapamycine (mTOR) représente un autre axe de signalisation critique qui soutient la croissance tumorale [ ], aussi par la stimulation de la synthèse protéique et de l’angiogenèse [ ]. Ces kinases ont des connexions entre elles et avec les facteurs de transcription en aval [ ]. Par exemple, l’activation de NF-κB induite par les kinases favorise la survie cellulaire dans la plupart des types de tumeurs, aussi en renforçant l’expression des gènes anti-apoptotiques [ ]. La promotion de l’apoptose dans les cellules cancéreuses est en effet considérée comme un outil thérapeutique puissant et fiable. Notamment, tant dans les lignées de cellules cancéreuses que dans les modèles tumoraux expérimentaux, plusieurs phytochimiques ont été caractérisés comme agents pro-apoptotiques réduisant efficacement la croissance tumorale [ ].
De plus, les produits naturels contrecarrent la progression tumorale en entravant la capacité des cellules malignes à envahir et à s’implanter dans d’autres sites corporels [ ]. L’invasivité et la dissémination métastatique sont des phénomènes complexes impliquant des interactions entre les cellules malignes et les cellules inflammatoires du micro-environnement [ ]. En effet, les macrophages associés à la tumeur induisent puissamment l’angiogenèse en produisant d’abondants facteurs vaso-actifs, tels que l’IL-8, le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF), le facteur de croissance des fibroblastes basique (bFGF) et le PDGF [ ]. Les fibroblastes et macrophages environnants partagent avec les cellules tumorales la capacité de libérer des enzymes protéolytiques, comme les métalloprotéinases (MMP), l’élastase et la trypsine, qui dégradent la matrice extracellulaire et provoquent une perméabilité anormale des vaisseaux sanguins [ ]. En outre, la prolifération et la migration des cellules endothéliales lymphatiques, conduisant à la néogenèse ou au remodelage des vaisseaux lymphatiques, peuvent favoriser la métastase du cancer [ ].
Les preuves scientifiques suggèrent que la consommation quotidienne de quantités adéquates de phytochimiques bioactifs améliore le pronostic du cancer, comme cela a été récemment revu [ ]. Par exemple, des extraits végétaux d’Astragalus membranaceus, d’Angelica gigas et de Trichosanthes kirilowii maximowicz ont été rapportés comme supprimant la métastase pulmonaire in vivo par l’inhibition de la voie de signalisation IL-6/STAT-3 [ ]. L’extrait éthanolique de Rhizoma amorphophalli a significativement diminué la prolifération et la migration des cellules du cancer du sein dans le poumon [ ]. Le linoléate de daucostérol a régulé à la baisse l’expression de VEGF, MMP-2 et MMP-9 dans les cancers du sein et du poumon [ ], comme l’a fait le miel de Manuka dans des lignées de cellules cancéreuses coliques humaines [ ]. Ainsi, le traitement par divers extraits de produits naturels représente une approche prometteuse pour limiter à la fois la progression et la dissémination des tumeurs.
Les espèces réactives de l’oxygène (ROS) sont des sous-produits hautement réactifs du métabolisme cellulaire. Le niveau de ROS dans les cellules normales est étroitement régulé par une homéostasie redox basée sur plusieurs agents antioxydants détoxifiants [ ]. Cependant, si la quantité de ROS dépasse un certain seuil, de graves dommages se produisent dans les cellules, comme des délétions et insertions d’ADN, des cassures simple et double brin qui, si elles ne sont pas réparées, pourraient mener soit à la transformation tumorale, soit à la mort cellulaire [ ].
Les mitochondries sont considérées comme le principal site de production des ROS, générées par la chaîne de transport des électrons (ETC). L’énergie libre rendue disponible par le transfert d’électrons entraîne une force proton-motrice (pmf) à travers la membrane mitochondriale interne. Comme les protons sont chargés positivement, la pmf détermine un gradient de charge qui constitue le potentiel de membrane mitochondrial interne (Δψm). Lorsque le Δψm est élevé, comme dans les cellules cancéreuses, le transfert d’électrons est ralenti, car les protons doivent être pompés contre une force électrochimique accrue, de sorte qu’une fuite d’électrons et, par conséquent, une forte production de ROS sont favorisées [ ]. En abaissant le Δψm vers celui des cellules normales, le flux d’électrons s’accélérerait, avec pour résultat que (i) les électrons passent moins de temps dans l’ETC, diminuant ainsi leur chance de réduire l’oxygène en radical superoxyde ; (ii) l’augmentation de la consommation d’oxygène due au transfert d’électrons plus rapide limite la disponibilité d’oxygène libre pour la génération de superoxyde [ ]. À cet égard, les cellules tumorales ont un potentiel de membrane mitochondrial plus négatif à l’intérieur de la matrice (Δψm ~ −210 mV) que les cellules normales (Δψm ~ −140 mV) [ ].
Rapidement après la génération de superoxyde, d’autres espèces réactives peuvent être produites, incluant les radicaux hydroxyle et thiol, le peroxyde d’hydrogène (H2O2) et les peroxynitrites, ces derniers dérivés de l’interaction entre le superoxyde et l’oxyde nitrique produit par la synthase inductible de l’oxyde nitrique (iNOS) [ ]. La surexpression de l’iNOS est fréquente dans différents types de tumeurs [ ] et dans les cellules environnantes du micro-environnement, en raison de l’activation, suscitée par les cytokines, de la signalisation NF-κB et STAT-1 [ ].
Outre leur production directe dans les mitochondries, les radicaux superoxyde sont générés enzymatiquement par les NADPH oxydases (NOX) situées dans les membranes plasmiques et des organites [ ], et peuvent aussi apparaître comme sous-produits des activités COX-2 et 5-lipoxygénase (5-LO). De toute façon, le radical superoxyde peut être facilement converti en H2O2, qui présente une stabilité et une sélectivité de cible supérieures à toutes les autres espèces réactives [ ]. Ainsi, le H2O2 peut fonctionner comme un authentique second messager pour la transduction du signal intracellulaire des hormones, facteurs de croissance, cytokines et autres médiateurs inflammatoires, en oxydant les groupes thiol des résidus cystéine des protéines cibles, y compris les tyrosine phosphatases (PTP) [ ]. Une inhibition généralisée des PTP peut effectivement déplacer l’équilibre dynamique entre PTP et protéines kinases, favorisant la cascade d’activation des kinases [ ].
Une étroite diaphonie (crosstalk) entre les ROS, NF-κB et les médiateurs inflammatoires est documentée. Les cytokines pro-inflammatoires, par leur liaison à leurs récepteurs et la transduction de signal ROS/H2O2 subséquente, entraînent la phosphorylation et l’activation des IκB kinases (IKK) et de NF-κB en aval [ ]. La signalisation NF-κB est capable de prévenir l’apoptose suscitée par les ROS en activant la transduction génique des enzymes antioxydantes, soutenant ainsi davantage une réponse pro-survie [ ]. Ainsi, malgré des ROS accrus, les cellules malignes échappent à la mort en maintenant les niveaux de ROS sous le seuil létal par la production de grandes quantités de piégeurs de ROS. En même temps, les cellules cancéreuses peuvent utiliser la signalisation des ROS pour renforcer leur croissance en favorisant l’activité des kinases pro-survie (c’est-à-dire PI3K, Akt, ERK1/2, mTOR) [ ]. De plus, des niveaux élevés de ROS peuvent déclencher l’angiogenèse par la stabilisation du facteur induit par l’hypoxie (HIF)-1, qui entraîne l’expression des gènes répondant à l’hypoxie menant à la régulation à la hausse de MMP-1/2/9 et favorisant l’infiltration des cellules tumorales dans d’autres tissus [ ].
Il existe un consensus croissant sur le fait que les produits naturels, même à faibles concentrations, sont capables de diminuer les dommages à l’ADN suscités par les cancérogènes, exerçant ainsi des effets préventifs sur les tumeurs par la régulation des processus liés aux ROS [ ], bien que les mécanismes impliqués soient encore peu clairs. De faibles concentrations d’agents naturels sont probablement inefficaces in vivo comme piégeurs de ROS, car tant les cellules normales que, plus encore, les cellules cancéreuses possèdent une ample réserve d’antioxydants, tels que la vitamine C et le glutathion (GSH) [ ]. Il est plus probable que les produits naturels agissent à faible concentration en interférant avec des étapes spécifiques des voies de signalisation [ ]. D’autres mécanismes peuvent impliquer la modulation de l’expression et/ou de l’activité des enzymes liées au stress oxydatif [ ], ainsi que la limitation de la génération de ROS par une dissipation partielle du potentiel de membrane mitochondrial interne [ ]. À l’inverse, il a aussi été suggéré que, dans le contexte d’un cancer établi, plusieurs composés bioactifs naturels, en particulier à fortes concentrations, peuvent exercer une activité pro-oxydante plutôt qu’antioxydante, renforçant davantage le stress oxydatif et conduisant les cellules tumorales à la mort [ ]. Cette hypothèse provient de preuves in vitro selon lesquelles les catéchines et d’autres produits naturels pourraient effectivement induire une apoptose ROS-dépendante dans divers types de cellules tumorales [ ]. Quoi qu’il en soit, pour expliquer la grande variabilité des données expérimentales rapportées dans la littérature, un certain nombre de limitations des études in vitro sur les effets anti-tumoraux des produits naturels doivent être mentionnées : (i) les fortes concentrations de composés naturels souvent utilisées dans de telles études soulèvent la question de savoir si elles sont réellement pertinentes pour la situation in vivo [ ] ; (ii) la majorité des expériences in vitro a été réalisée avec des lignées cellulaires cultivées dans un milieu souvent déficient en antioxydants, ce qui peut conduire à surestimer les effets bénéfiques des produits antioxydants ajoutés [ ] ; (iii) certains polyphénols sont instables dans les milieux de culture standard, dans lesquels ils peuvent générer des produits d’oxydation capables d’épuiser le glutathion cellulaire et de finalement aboutir à des effets pro-oxydants [ ]. Pour ces raisons, on s’attend à ce que les expériences in vivo nous fassent mieux comprendre au niveau moléculaire les effets réels des produits naturels sur les radicaux oxygénés réactifs. En effet, bien qu’il ait été bien documenté que les polyphénols et d’autres composés naturels sont capables d’inhiber la tumorigenèse et la croissance tumorale dans plusieurs modèles animaux, un mécanisme pro-oxydant putatif ROS-dépendant dans une telle inhibition in vivo n’a pas encore été élucidé [ ].
Un autre trait distinctif des cellules néoplasiques est la régulation aberrante du flux ionique affectant l’homéostasie du pH intra- et extracellulaire. De nombreux canaux capables de modifier la concentration en protons sont présents dans la membrane plasmique. Le plus important est l’échangeur Na+/H+ (NHE) qui utilise le gradient entrant naturel de Na+ pour déplacer le Na+ dans le cytosol et le H+ dans l’espace extracellulaire [ ]. De façon remarquable, l’expression de l’antiporteur ubiquitaire NHE1 augmente de deux à trois fois dans de nombreux types de tumeurs différents [ ]. Le rôle clé de NHE1 dans la carcinogenèse a été bien élucidé par Reshkin et al., qui ont fourni la preuve que l’événement le plus précoce du développement tumoral était l’alcalinisation cytoplasmique consécutive à l’activation, dépendante de la transformation, du canal NHE1, entraînée par une affinité accrue du site allostérique régulateur des protons de NHE1 [ ]. Outre les protons, l’activité de NHE1 peut être amplifiée par un stress osmotique ou ischémique, ainsi que par la signalisation des facteurs de croissance et des MAPK [ ].
Outre NHE1, le pH peut être régulé par le cotransporteur Na+/HCO3−, qui est surexprimé dans les tumeurs hypoxiques [ ]. En outre, d’autres canaux de la membrane plasmique sont des effecteurs de la dynamique du pH, tels que le canal proton voltage-dépendant, la H+-ATPase de type vacuolaire (V-ATPase), la H+/K+-ATPase et les transporteurs H+/monocarboxylate, ces derniers extrudant de la cellule le lactate ou d’autres métabolites monocarboxylates accompagnés d’un proton [ ]. Il est important de noter que des inhibiteurs tant pharmacologiques que phytochimiques de ces canaux se sont révélés capables d’inverser ou du moins d’atténuer le phénotype malin des cellules cancéreuses, suggérant qu’un rôle crucial est joué par les changements de pH et de concentration ionique dans le développement tumoral, comme revu dans [ ].
Outre les effecteurs du pH décrits ci-dessus, un certain nombre de capteurs de pH (c’est-à-dire des protéines dont les activités ou les affinités de liaison au ligand sont régulées par le pH) ont été reconnus [ ]. En effet, les changements de concentration en protons (c’est-à-dire la dynamique du pH) se reflètent dans la quantité de la forme protonée des résidus histidine, qui sont capables de tamponner les variations de pH [ ]. De cette manière, la dérégulation du pH peut modifier simultanément la charge et la fonction de nombreuses protéines cibles, facilitant le gain ou la perte de fonction de protéines mutées, comme cela se produit dans la substitution R337H du suppresseur de tumeur p53 dans le cancer [ ].
Il faut rappeler que, dans les cellules normales, la concentration en protons est légèrement plus élevée dans le cytosol (pHi ~7,2) que dans l’espace extracellulaire (pHe ~7,4) [ ]. À l’inverse, dans les cellules tumorales, le pHi augmente à ~7,6 et le pHe diminue à ~6,8, inversant ainsi la direction du gradient de pH (ΔpH). Une telle dérégulation du pH, qui se produit tôt dans le développement du cancer, est encore exacerbée durant la progression tumorale [ ].
Les altérations de la concentration en protons impliquent de graves conséquences dans les fonctions cellulaires. L’acidification du micro-environnement tumoral extracellulaire contribue à renforcer l’invasivité et la dissémination métastatique, à supprimer les réponses immunitaires et à induire une résistance à la chimiothérapie, tandis que l’alcalinisation cytosolique favorise la prolifération cellulaire, protège de l’apoptose et soutient la néo-vascularisation tumorale en promouvant l’expression de VEGF [ ]. Il a été observé que, si la dérégulation de la concentration en protons est inversée par l’inhibition de l’activité du transporteur NHE1, l’acidification intracellulaire résultante contribue à la mort cellulaire par apoptose [ ]. Réciproquement, l’observation que, lors de l’exposition à des stimuli apoptotiques, une acidification intracellulaire se produit dans les cellules de mammifères subissant l’apoptose [ ] confirme la forte relation entre un pHi acide et la voie apoptotique [ ]. Comme le fait de contrecarrer l’augmentation du pHi et la surcharge en Na+ inverse le phénotype des cellules cancéreuses, il convient de souligner que l’usage d’inhibiteurs des transporteurs de protons et d’ions tels que l’amiloride, le cariporide et d’autres inhibiteurs synthétiques peut constituer une nouvelle approche thérapeutique prometteuse contre le développement tumoral [ ]. À cet égard, certains produits naturels peuvent aussi affecter les canaux ioniques régulateurs du pH. Par exemple, le ginsénoside induit l’apoptose dans le carcinome hépatocellulaire en diminuant l’expression et l’activité de NHE1, via la voie de signalisation EGF/ERK/HIF-1 [ ]. L’acide ellagique régule fortement à la baisse la formation de ROS et l’expression de NHE1, conduisant à une diminution de l’activité de NHE1, du pHi, de la capture du glucose et de la libération de lactate dans les cellules du cancer de l’endomètre [ ]. L’extrait d’épi de maïs diminue la prolifération et la viabilité des cellules de gliome en réduisant la quantité de ROS et les niveaux d’expression de Bcl-2 et du transporteur monocarboxylate 1 du lactate [ ]. De plus, l’augmentation de la conductance aux protons des membranes plasmique et mitochondriale pourrait représenter un mécanisme alternatif par lequel les composés naturels peuvent restaurer l’homéostasie du pH sans affecter un canal ionique spécifique, tout en permettant néanmoins la rentrée des protons dans le cytosol ou la matrice mitochondriale. Par exemple, dans les mitochondries, tout composé agissant pour diminuer les différences de pH à travers la membrane abaisse le Δψm et peut aussi provoquer un découplage du flux d’électrons avec la phosphorylation oxydative [ ]. En général, les composés lipophiles et faiblement acides peuvent fonctionner comme des protonophores [ ]. En raison de leur lipophilie, ils entrent et restent dans la membrane, dans laquelle ils peuvent faire la navette d’une interface membrane-eau à l’autre. En raison de leur nature faiblement acide, ils peuvent adopter soit l’état neutre, soit la forme anionique. Dans cette dernière forme, la stabilisation se produit par délocalisation de la charge négative par résonance, de sorte que leur lipophilie n’est pas compromise. Un protonophore sous forme anionique (par exemple, un phénolate) est attiré par le côté positif de l’interface membrane-eau proche de l’espace intermembranaire (où le pH est de 6,8). Là, il peut lier un proton et se déplacer vers l’autre interface membrane-eau proche de la matrice, où il libère le proton, en raison de la charge négative de ce côté de la membrane et du pH élevé (7,6) de la matrice. Puis il revient pour un autre cycle [ ].
Il est connu qu’une légère augmentation de la conductance aux protons de la membrane mitochondriale, sans affecter la production d’ATP (découplage doux), peut inhiber la formation de ROS en réduisant le Δψm [ ]. Une telle activité protonophore a été établie pour la famille des acylphloroglucinols de produits naturels, tels que la clusianone, isolée des racines de Clusia congestiflora, qui est un découpleur mitochondrial et un agent anticancéreux cytotoxique bien connu dans l’hépatocarcinome [ ], le bis-géranylacylphloroglucinol moronone, contenu dans l’extrait de Moronobea coccinea, qui présente une activité cytotoxique dans les cellules du cancer du sein en dissipant le gradient de protons mitochondrial [ ], et l’hyperforine, issue de Hypericum perforatum, qui est capable d’augmenter la conductance aux protons des membranes tant plasmique que des organites [ ], comme cela sera détaillé ci-dessous.
Le SJW est une plante herbacée contenant de nombreuses molécules bioactives [ ]. Pendant longtemps, le SJW a été utilisé en médecine traditionnelle pour ses propriétés anti-inflammatoires et adoucissantes, et il a récemment été surtout employé pour le traitement de l’anxiété et de la dépression, pour remplacer les médicaments antidépresseurs conventionnels [ ], avec lesquels il partage l’inhibition de la recapture des neurotransmetteurs monoamines comme mécanisme d’action [ ]. Plusieurs essais cliniques randomisés contrôlés ont été réalisés, et leurs résultats indiquent que le traitement par SJW de la dépression légère/modérée est efficace et bien toléré avec une faible occurrence d’effets indésirables [ ]. Outre ces propriétés antidépressives, d’autres activités biologiques du SJW rendent cet extrait végétal très adapté à la fois à la prévention et au traitement d’un certain nombre de maladies dans lesquelles les événements inflammatoires jouent un rôle pertinent. Les propriétés pharmacologiques de Hypericum perforatum sont dues à un certain nombre de molécules bioactives, parmi lesquelles les plus importantes et caractéristiques de cette espèce sont l’hyperforine (HPF) et l’hypéricine, habituellement présentes dans l’extrait hydro-alcoolique total de SJW dans une plage de concentrations de 1 à 5 % et de 0,1 à 0,3 %, respectivement. D’autres composés actifs, tels que l’hypéroside, la rutine, la quercétine, plusieurs catéchines et d’autres polyphénols, sont souvent contenus dans l’extrait total de SJW, quoique avec une grande variabilité de concentrations, dépendant principalement des fluctuations saisonnières et de l’origine géographique de la plante [ ].
Parmi les principaux composants du SJW, nous ne considérerons pas ici l’effet antitumoral de l’hypéricine, dont le mécanisme d’action est basé sur ses propriétés phototoxiques, actuellement exploitées dans la thérapie dite photodynamique appliquée à plusieurs types de tumeurs, en particulier d’origine cutanée [ ]. Nous nous concentrerons en fait sur l’HPF, qui est le principe actif primaire responsable à la fois des propriétés antidépressives et anti-inflammatoires du SJW [ ].
L’HPF est un acylphloroglucinol bioactif abondamment présent dans les fleurs apicales de la plante Hypericum perforatum. Notamment, des données pharmacocinétiques, obtenues chez des volontaires sains, indiquent que l’administration orale de doses thérapeutiques antidépressives d’extrait hydro-alcoolique de SJW (3 × 300 mg par jour, contenant 15 mg d’HPF) aboutit à une concentration circulante maximale d’HPF de 0,28 μM, 3,5 h après une dose unique, et à une concentration à l’état d’équilibre de 0,18 μM [ ]. Des résultats similaires ont été obtenus dans une étude ultérieure [ ], confirmant la biodisponibilité de l’HPF et l’atteinte de niveaux sanguins adéquats après ingestion de l’extrait de SJW. Dans l’ensemble, les données disponibles montrent que l’HPF contenue dans l’extrait de SJW est efficacement absorbée et peut protéger les cellules contre les dommages induits par les cytokines pro-inflammatoires. De plus, il convient de souligner que l’HPF est capable d’induire des changements durables dans les voies de signalisation cellulaire et transcriptionnelles, même après avoir été retirée du milieu de culture cellulaire à la suite d’une période de pré-incubation [ ]. Alors que l’HPF est stabilisée par la présence de composés antioxydants dans l’extrait entier de SJW, l’HPF purifiée est relativement instable en présence de lumière et d’oxygène [ ]. Par conséquent, diverses préparations de sels d’hyperforine [ ] et des analogues stabilisés de l’hyperforine, tels que la DCHA-hyperforine [ ] ou l’aristoforine [ ], ont été testés et se sont avérés conserver l’activité biologique de l’HPF.
L’extrait de SJW et l’HPF exercent de puissants effets anti-inflammatoires en bloquant l’activation de plusieurs voies de signalisation déclenchées par des stimuli lésionnels et en ralentissant la production de médiateurs inflammatoires. Il a été montré que le SJW et l’HPF suppriment les activités de COX-1 et 5-LO in vitro et in vivo [ ]. Une forte inhibition de la prostaglandine E2 (PGE2) a été confirmée en utilisant soit l’extrait de SJW dans un modèle de macrophages murins RAW 264.7 stimulés par des lipopolysaccharides (LPS) [ ], soit l’HPF dans un dosage in vitro de sang total humain stimulé par LPS [ ]. Dans notre laboratoire, nous avons observé que, dans les cellules β pancréatiques ainsi que dans les îlots pancréatiques de rat et humains, le SJW et l’HPF sont capables d’inhiber nettement à la fois les activités STAT-1 suscitées par l’IFN-γ et NF-κB déclenchées par le TNF-α/IL-1β, conduisant à la prévention de l’expression du gène iNOS et à la protection contre les dommages des cellules β [ ]. En outre, dans les mêmes cellules supplémentées en SJW ou HPF, nous avons montré une réduction significative et concentration-dépendante du niveau de phosphorylation de plusieurs kinases suscitées par les cytokines, telles que IKK, Akt, p38, la kinase c-Jun N-terminale (JNK), ERK1/2 [ ]. L’HPF influence aussi les réponses pro-inflammatoires et immunologiques de la microglie qui sont impliquées dans la progression des troubles neuropathologiques. En effet, Kraus et al. ont rapporté que l’HPF supprime significativement l’activité de NF-κB et inhibe fortement l’expression de l’iNOS dans les microglies murines N11 et BV2 et les macrophages RAW 264.7 traités par LPS [ ]. De plus, 1 µM d’HPF déclenche la différenciation dans des cultures primaires de kératinocytes humains et dans les lignées cellulaires HaCaT dérivées, et inhibe leur prolifération [ ]. Le prétraitement par l’extrait de SJW a préservé la lignée cellulaire PC12 de la génération de ROS et des dommages induits par le H2O2, de manière concentration-dépendante (1–100 µg/mL) [ ]. Feisst et Werz [ ] ont trouvé que l’HPF, à très faible concentration (CI50 ~0,3 µM), interfère avec l’induction de l’explosion oxydative (oxidative burst) dans les leucocytes polymorphonucléaires (PMN) en supprimant plutôt la production de ROS induite par le N-formyl-méthionyl-leucyl-phénylalanine (fMLP) qu’en agissant comme un piégeur de ROS. Les auteurs ont rapporté qu’après la stimulation des PMN suscitée par le fMLP, l’HPF est capable d’entraver la génération de ROS, en ciblant un composant inconnu au sein de la cascade de signalisation menant à la mobilisation du Ca2+ [ ].
De plus, le SJW et l’HPF exercent de puissants effets anti-inflammatoires dans plusieurs modèles animaux d’inflammation aiguë et chronique en régulant à la baisse l’expression ou l’activité des médiateurs inflammatoires et en abaissant la production de ROS. L’HPF a atténué l’activation microgliale, la phosphorylation de p65 NF-κB et supprimé l’expression du TNF-α dans le cortex piriforme du rat à la suite d’un status epilepticus [ ]. L’HPF a protégé les cellules neuronales contre la neurotoxicité induite par le maltolate d’aluminium en inhibant la formation de ROS et en renforçant les activités de la superoxyde dismutase et de la glutathion peroxydase [ ]. Dans notre laboratoire, nous avons montré, dans divers modèles animaux, que le SJW (30 mg/kg) prévient ou atténue les dommages tissulaires [ ]. L’inflammation pulmonaire aiguë induite par le carraghénane est médiée par la production de ROS et l’activation des facteurs de transcription sensibles au redox NF-κB et STAT-3. Le SJW protège les souris de la pleurésie induite par la réduction de l’infiltration des PMN dans les tissus pulmonaires et de la peroxydation lipidique subséquente, par la diminution de la production de TNF-α et d’IL-1β et de la formation de nitro-tyrosine, ainsi que par l’inhibition de l’activité de NF-κB et STAT-3 [ ]. Ce résultat est cohérent avec les données rapportées dans diverses autres études portant sur des modèles rongeurs d’œdème de la patte induit par le carraghénane, qui a été nettement réduit lors de l’administration orale d’extrait de SJW [ ]. L’administration de zymosan chez la souris a également entraîné une formation excessive de ROS par les PMN activés et une peroxydation lipidique dans le plasma, l’intestin et le poumon [ ]. Chez les souris injectées au zymosan prétraitées au SJW, nous avons observé une augmentation des quantités intracellulaires à la fois de GSH et d’enzymes antioxydantes, associée à la réduction de l’expression de l’iNOS ainsi que des niveaux de ROS et de nitro-tyrosine par rapport aux témoins non traités [ ]. En outre, l’extrait de SJW a été capable d’atténuer la pancréatite induite par la céruléine chez la souris en inhibant l’œdème, l’infiltration des neutrophiles et les niveaux de la molécule d’adhésion intercellulaire (ICAM)-1 et des protéines nitrosylées dans le pancréas lésé, réduisant finalement la mortalité des animaux traités à la céruléine [ ]. De plus, le SJW a affiché un rôle protecteur prononcé contre les lésions inflammatoires gastro-entériques, comme observé dans la muqueuse gastrique de rat endommagée par l’administration d’indométacine [ ] ou dans la muqueuse colique après induction d’une maladie inflammatoire intestinale expérimentale [ ]. Le SJW a aussi été capable de protéger l’architecture épithéliale intestinale du rat causée par l’inflammation suscitée par l’irinotécan, vraisemblablement dépendant du fait que le prétraitement au SJW a limité l’augmentation des cytokines induite par l’administration d’irinotécan dans l’intestin et le foie [ ].
En résumé, l’extrait de SJW contenant de l’HPF ou l’HPF peut atténuer la réponse inflammatoire et la lésion tissulaire subséquente dans plusieurs types cellulaires et modèles animaux en modulant un certain nombre de processus potentiellement nocifs déclenchés par la signalisation inflammatoire et la génération de ROS.
Il a été suggéré [ ] que le ou les mécanismes moléculaires sous-tendant les effets de l’HPF envers diverses cibles intracellulaires pourraient être dus au fait que ce phloroglucinol se comporte comme un protonophore, c’est-à-dire, comme expliqué ci-dessus, capable d’augmenter la conductance aux protons des membranes biologiques. De façon intéressante, les études sur la relation structure-activité indiquent que l’activité protonophore d’un composé, dans la plupart des cas, est une fonction linéaire du coefficient de partage dans le système octanol/eau (ow) (Log Kow) et dépend aussi de sa constante de dissociation acide (pKa), un indice de la force d’acidité [ ]. Par exemple, le coefficient de partage de plusieurs polyphénols varie de 1 à 3 et leur pKa varie de 4 à 9 [ ]. Assurément, l’HPF est beaucoup plus lipophile que la majorité des polyphénols, car elle affiche un Log Kow > 10, tandis que sa valeur de pKa de 6,3 permet un tamponnage efficace des changements de pH dans un environnement neutre [ ]. Ces deux valeurs représentent des caractéristiques chimiques idéales pour qu’un composé agisse comme un protonophore. En effet, la capacité de l’HPF à augmenter la conductance aux protons des membranes plasmiques et des organites a été révélée pour la première fois par Roz et Rehavi [ ] pour expliquer son action inhibitrice sur la recapture des neurotransmetteurs par un mécanisme non compétitif. Compte tenu du fait que le gradient de protons, induit par la V-ATPase, est la principale force motrice de la capture et du stockage vésiculaire des monoamines, ces auteurs ont montré que l’HPF (à 0,4–1 µM), à l’instar du protonophore synthétique carbonyl cyanure 4-(trifluorométhoxy)phényl-hydrazone (FCCP), est capable de dissiper le gradient de pH à travers la membrane des vésicules synaptiques [ ]. De plus, Froestl et al. [ ] ont lié l’activité protonophore de l’HPF à son aptitude à renforcer l’extrusion de la protéine précurseur de l’amyloïde hors des cellules, un processus qui dépend fortement du pH intracellulaire. Dans ce modèle, l’HPF, en affectant le contenu en protons, peut effectivement protéger les neurones contre le développement de la maladie d’Alzheimer [ ]. Sell et al. [ ] ont confirmé que l’HPF, en raison de ses propriétés physico-chimiques, est facilement incorporée dans la bicouche lipidique membranaire, où elle peut fonctionner comme un protonophore, déclenchant le passage des protons indépendamment de l’implication de toute protéine canal. Enfin, dans des expériences réalisées sur des mitochondries cérébrales isolées, Tu et al. ont observé que l’HPF, à l’instar du protonophore et découpleur FCCP, cause une chute concentration-dépendante du potentiel de membrane mitochondrial [ ]. Ainsi, l’HPF est aussi capable d’affecter la fonction mitochondriale, de même que la production de ROS mitochondriaux (mtROS) [ ].
La capacité décrite ci-dessus du SJW et de l’HPF à défendre les cellules et tissus normaux contre les stimuli lésionnels pourrait constituer le fondement de leur activité anti-tumorale préventive. Comme déjà mentionné, l’HPF supprime l’activité de 5-LO et COX-1 et la production de PGE2 tant dans le sang total humain à de faibles plages de concentrations (0,03–2 µM) que dans un certain nombre de modèles in vivo [ ]. En effet, l’inhibition de la synthèse des eicosanoïdes fournit une base moléculaire pour non seulement les propriétés anti-inflammatoires mais aussi anti-carcinogènes de l’HPF [ ]. En effet, une formation excessive de PGE2 a été trouvée associée à la tumorigenèse du carcinome du côlon, du sein, de la prostate et du poumon [ ]. De plus, une surexpression de la protéine 5-LO a été observée dans des lignées de cellules cancéreuses et des spécimens tumoraux [ ].
Principalement en raison de leur action inhibitrice sur les sous-produits générés par l’inflammation, le SJW et l’HPF peuvent aussi aider à prévenir les effets génotoxiques. En effet, la capacité anti-génotoxique de l’HPF a été vérifiée en mesurant la quantité de mutations géniques bactériennes (test d’Ames), l’occurrence de cassures de brins d’ADN dans les lymphocytes humains (test des comètes) et l’induction d’aberrations chromosomiques dans une lignée cellulaire de mammifère [ ]. Les résultats ont montré que l’HPF (à une concentration d’environ 1 µM) affiche effectivement une activité anti-mutagène ainsi qu’un effet protecteur de l’ADN contre les cassures simple et double brin induites par la zéocine, et une réduction des aberrations chromosomiques dans les cellules hépatiques humaines exposées au benzo[a]pyrène (B[a]P) ou au cisplatine. Cela suggère que l’HPF pourrait de fait contribuer à réduire le risque environnemental humain [ ]. La prévention, dépendante du SJW et de l’HPF, de la génération de ROS, observée dans différents modèles inflammatoires in vitro et in vivo [ ], peut expliquer leur effet protecteur contre les atteintes génotoxiques. En particulier, la capacité de l’HPF à diminuer la production de ROS pourrait être cruciale pour prévenir l’action génotoxique de la zéocine, qui a été rapportée comme causant des dommages à l’ADN dans deux lignées de cellules du cancer du sein principalement en augmentant le niveau de ROS intracellulaire [ ]. En outre, l’action protonophore susmentionnée de l’HPF, en permettant aux protons de rentrer dans le cytosol et ainsi d’entraver l’alcalinisation intracellulaire, pourrait expliquer l’effet protecteur de l’HPF sur la carcinogenèse induite par le B[a]P, rapporté par Imreova et al. [ ]. En effet, une alcalinisation intracellulaire a été détectée dans les cellules épithéliales hépatiques F258 de rat rapidement après l’exposition au B[a]P, entraînant une altération de la dynamique du pH dans différents compartiments cellulaires, y compris les mitochondries, et affectant la fonction mitochondriale [ ].
Une action protectrice contre l’oncogenèse a aussi été montrée en utilisant l’extrait total de SJW. Dans un modèle expérimental murin de carcinogenèse colorectale induite par l’azoxyméthane, Manna et al. [ ] ont rapporté le potentiel préventif d’une supplémentation alimentaire en extrait de SJW. L’azoxyméthane induit l’alkylation de l’ADN, conduisant à des mutations et à la tumorigenèse [ ]. L’enrichissement du régime alimentaire avec 5 % de SJW diminue l’incidence des polypes colorectaux et des grosses tumeurs chez les souris traitées à l’azoxyméthane, améliorant finalement la survie globale des animaux. Dans ce modèle, au niveau moléculaire, il a été observé que les voies NF-κB et ERK1/2 sont entravées par le SJW, avec une réduction du niveau d’expression de l’ARNm des gènes suscités par NF-κB, tels que TNF-α, IL-1β, MMP-7 et -9 et iNOS [ ]. Ces résultats indiquent clairement que l’administration préventive de SJW peut diminuer à la fois l’occurrence des tumeurs colorectales et l’induction associée de la signalisation inflammatoire [ ]. De façon intéressante, le même modèle murin de carcinogenèse colorectale a récemment été montré comme dépendant de l’activité NOX/ROS, puisqu’une faible dose de diphénylèneiodonium (DPI), un inhibiteur de NOX, prévient la formation de polypes adénomateux induits par l’azoxyméthane et inhibe la réponse inflammatoire intestinale [ ]. Mécaniquement, le DPI diminue la production de ROS dans le côlon, aboutissant à l’inhibition de la production de TNF-α, IL-6 et de la protéine chimioattractante des monocytes-1 (MCP-1), ainsi que de la signalisation ERK1/2, STAT-3 et NF-κB, exerçant finalement un fort effet anti-inflammatoire [ ]. Ainsi, il est probable que le DPI et le SJW exercent des effets protecteurs contre la carcinogenèse colorectale suscitée par l’azoxyméthane par un mécanisme similaire, c’est-à-dire en interférant avec la signalisation inflammatoire médiée par les ROS.
Il est significatif de remarquer que la présence d’HPF dans l’extrait de SJW peut affecter la pharmacocinétique de nombreux médicaments co-administrés en induisant un certain nombre d’isoenzymes hépatiques du cytochrome P450 (CYP), telles que CYP3A4, CYP2C19, CYP2D2 [ ]. Il a en effet été montré que l’HPF est un ligand puissant du récepteur X du prégnane (PXR), qui est le principal régulateur transcriptionnel de l’expression de l’enzyme CYP3A [ ]. Notamment, plusieurs isoenzymes CYP sont impliquées dans la détoxification des xénobiotiques, ou bien dans la biotransformation des pro-cancérogènes nécessitant une activation métabolique pour exercer leurs effets génotoxiques [ ]. Néanmoins, contrairement à la plupart des études in vitro montrant l’activation des cancérogènes par les CYP, les expériences in vivo réalisées après délétion génique des isoenzymes P450 ont souvent révélé que ces enzymes métabolisantes ont un rôle majeur dans la détoxification plutôt que dans l’activation des cancérogènes [ ]. Par exemple, une étude récente de Beyerle et al. [ ] a rapporté une régulation à la baisse des enzymes métabolisant les xénobiotiques, y compris CYP3A4, dans les tissus du cancer colorectal humain par rapport aux échantillons de muqueuse normale. Ainsi, l’activation des isoenzymes CYP impliquées dans la détoxification des cancérogènes pourrait être un autre mécanisme par lequel l’HPF peut fonctionner comme un agent phytochimique préventif des tumeurs.
Il faut souligner que les effets protecteurs du SJW contre la carcinogenèse du côlon peuvent aussi se produire chez l’humain. De façon remarquable, une très grande étude épidémiologique aux États-Unis (incluant 77 000 participants suivis pendant 5 ans) a exploré si l’emploi régulier de divers compléments à base de plantes réduirait le risque de cancers du poumon ou colorectaux. Les résultats ont montré que l’usage continu de SJW était associé à une diminution de 65 % du risque de cancer colorectal, bien qu’aucun effet protecteur n’ait été observé concernant le cancer du poumon [ ].
Il convient de mentionner que le SJW pourrait aussi prévenir l’apparition de tumeurs en vertu de ses activités antimicrobiennes et antivirales. Par exemple, des concentrations assez faibles d’un extrait alcoolique de SJW se sont révélées exercer une puissante protection contre Helicobacter pylori, un pathogène qui est connu pour augmenter le risque de certaines formes de cancer de l’estomac [ ]. Dans une étude plus récente, l’activité antimicrobienne du SJW contre H. pylori a été confirmée par l’observation que de faibles concentrations d’extrait de SJW étaient capables de tuer rapidement un pourcentage élevé de la plupart des souches de cette bactérie [ ]. Le SJW est aussi capable d’inhiber la croissance de virus impliqués dans le développement de certains cancers, tels que le virus de l’hépatite B (HBV), dont l’infection à long terme pourrait effectivement aboutir au développement d’une cirrhose et d’un carcinome hépatocellulaire. Il a été rapporté que l’extrait éthanolique de SJW a de forts effets inhibiteurs sur le HBV in vitro en diminuant l’expression de l’ADN du HBV et la sécrétion des antigènes du HBV [ ].
Lorsque la tumeur a déjà crû, le SJW et l’HPF peuvent encore exercer des effets thérapeutiques en régulant à la baisse la signalisation de survie et/ou en induisant l’apoptose. De façon remarquable, chez des rats injectés en sous-cutané avec des cellules du cancer du sein MT-450 et recevant quotidiennement de l’HPF au site du transfert cellulaire, la croissance tumorale in vivo a été inhibée en l’absence de tout effet secondaire [ ].
Dix lignées de cellules cancéreuses humaines et six lignées de rat, dérivées de mélanome, de carcinome du sein et de l’ovaire, de tumeurs de la prostate et du pancréas, de glioblastome, de sarcome et de leucémie à cellules T, se sont révélées très sensibles aux effets antitumoraux de l’hyperforine-DCHA (dans la plage 5–20 µM) [ ]. L’HPF-DCHA a ralenti la prolifération des cellules tumorales et, à la plus forte concentration utilisée dans cette étude (20 µM), a induit l’apoptose ainsi que les activités des caspases-9 et -3 [ ]. L’apoptose a été déclenchée par une perte du potentiel transmembranaire mitochondrial (Δψm) très tôt après l’exposition à l’HPF, accompagnée d’une libération rapide du cytochrome (Cyt) c, comme évalué dans une fraction cellulaire enrichie en mitochondries [ ]. Récemment, Hsu et al. [ ] ont rapporté que, dans deux lignées cellulaires de glioblastome, l’HPF suscite l’apoptose, une augmentation du [Ca2+] cytosolique, une perte du Δψm, la suppression de la signalisation EGFR/ERK/NF-κB et une diminution de l’expression des protéines anti-apoptotiques. Wiechmann et al. [ ] ont aussi montré que l’HPF peut directement altérer la viabilité des mitochondries isolées de cellules HL-60 en affectant la force proton-motrice mitochondriale. À nouveau, dans une lignée cellulaire de carcinome hépatocellulaire, l’HPF inhibe significativement la viabilité cellulaire et l’expression de la cycline D1 et induit une perte du Δψm et une régulation à la baisse des protéines anti-apoptotiques c-FLIP (fetal liver LKB1 interacting protein c), XIAP (X linked inhibitor of apoptosis protein) et Mcl-1 (myeloid leukemia cell differentiation protein), déclenchant finalement l’apoptose [ ].
En agissant comme un protonophore dans la membrane plasmique, l’HPF peut contrecarrer l’alcalinisation cytosolique, permettant ainsi l’apoptose. Néanmoins, pour l’atteinte de l’objectif apoptotique, la cible majeure de l’HPF semble être la membrane mitochondriale interne, dont l’hyperpolarisation dans les cellules cancéreuses les protège de l’apoptose [ ]. En effet, la dissipation sévère du Δψm induite par l’HPF provoque la formation de pores et la libération du Cyt c, sensibilisant les cellules cancéreuses à la mort [ ]. De plus, la chute du potentiel de membrane mitochondrial et l’abaissement conséquent des mtROS entrave à la fois les signaux mitogènes déclenchés par les facteurs de croissance et l’activation des kinases de survie, y compris ERK1/2 et Akt [ ]. Comme rapporté ci-dessus, les membranes mitochondriales incorporent l’HPF lipophile [ ], de sorte que, alors qu’en condition normale la membrane interne est imperméable aux protons, en présence d’HPF, les protons peuvent faire la navette dans la matrice en suivant leurs gradients de concentration et électrique, avec pour conséquence l’effondrement du Δψm. D’autres composés actifs naturels, tels que la curcumine, l’épigallocatéchine gallate, le honokiol, la myricétine, l’urolithine A, la moronone, la némorosone, peuvent aussi exercer, au moins partiellement, une action antitumorale par la dissipation du Δψm [ ], comme le font les molécules découplantes synthétiques [ ]. À cet égard, le protonophore carbonyl cyanure m-chlorophényl hydrazone (CCCP) interfère directement avec la fonction mitochondriale et induit l’apoptose [ ]. Il a aussi été rapporté que des agents découplants tels que le 2,4-dinitro-phénol et d’autres, agissant comme protonophores, peuvent prévenir la réponse inflammatoire même à faibles concentrations, en inhibant l’activation de la signalisation NF-κB dépendante du TNF-α [ ]. Ainsi, NF-κB est confirmé comme une cible cruciale de l’action antitumorale du SJW et de l’HPF, aussi par des mécanismes impliquant une activité découplante/protonophore que l’HPF partage avec les découpleurs classiques. En effet, il a été documenté que l’extrait de SJW favorise l’apoptose et diminue le niveau de la protéine NF-κB dans les cellules MCF-7 [ ] et que l’huile de SJW inhibe l’activation de NF-κB dans les cellules de leucémie myéloïde chronique humaine K562 [ ]. L’HPF diminue le niveau d’expression des protéines anti-apoptotiques et induit une mort cellulaire apoptotique par le blocage de l’activité de NF-κB dans les lignées cellulaires de cancer du poumon non à petites cellules [ ], de cancer de la vessie [ ] et de glioblastome U-87 et GBM-8401 [ ]. Afin de clarifier le mécanisme moléculaire menant à l’inhibition de NF-κB par l’HPF, il faut rappeler que ce facteur de transcription peut être activé par les médiateurs inflammatoires via les ROS comme seconds messagers [ ]. Ainsi, l’HPF, en bloquant la transduction de signal dépendante de NOX/ROS suscitée par les cytokines et les facteurs de croissance, et/ou la production de mtROS en diminuant le Δψm, pourrait affecter l’activation de NF-κB et sa voie de signalisation en aval.
De nombreuses protéines pro-apoptotiques sont codées par des gènes répondant à NF-κB. Notamment, plusieurs investigations documentent un effet pro-apoptotique du SJW et de l’HPF dépendant d’une modulation complexe des membres pro- et anti-apoptotiques de la famille de protéines Bcl2 (B cell lymphoma 2). Par exemple, dans les cellules humaines du cancer du sein MCF-7, l’extrait de SJW induit l’apoptose en augmentant les protéines pro-apoptotiques Bax (Bcl 2 associated X) et Bad (Bcl 2 antagonist of cell death) et en diminuant les protéines anti-apoptotiques Bcl-2, Bcl-xL (B cell lymphoma extra-large) et la forme phosphorylée de Bad (pBad), conduisant finalement à l’activation de la caspase 7 et à la mort cellulaire [ ]. Dans les cellules tumorales myéloïdes humaines, Merhi et al. [ ] montrent que l’HPF inhibe l’activité de la kinase Akt, déterminant la déphosphorylation de Bad, un substrat d’Akt, et l’activation de sa fonction pro-apoptotique. Les auteurs concluent que l’HPF, comme régulateur négatif d’Akt, pourrait représenter une nouvelle approche intéressante pour le traitement de la LAM (leucémie aiguë myéloïde) et d’autres malignités. Dans les lignées cellulaires de leucémie à cellules T humaine K562 et de lymphome U937, Hostanska et al. confirment la propriété anti-carcinogène de l’HPF qui déclenche une mort cellulaire apoptotique caspase-dépendante [ ]. L’activité antitumorale de l’HPF a aussi été testée dans des cellules primaires de malignités hématologiques, c’est-à-dire dans des cellules leucémiques de patients atteints de leucémie lymphoïde chronique à cellules B (B-CLL) [ ]. L’HPF induit l’apoptose dans les cellules B-CLL en suscitant une chute du potentiel transmembranaire mitochondrial et l’activation de la caspase 3. Dans cette étude, les facteurs anti-apoptotiques Bcl-2 et Mcl-1 ainsi que les expressions protéiques de l’iNOS et de p27kip1b sont régulés à la baisse [ ]. Dans les cellules B-CLL, Zaher et al. [ ] montrent une forte corrélation entre la régulation à la hausse de l’expression de la protéine Noxa et l’apoptose cellulaire suscitée par l’HPF, qui est en fait partiellement inhibée par le silençage de Noxa par ARN interférent. Notamment, l’activateur pro-apoptotique Noxa, en se liant à Mcl-1 et en neutralisant son action anti-apoptotique, est impliqué dans la mort des cellules B-CLL [ ]. L’HPF est aussi capable de susciter un arrêt de croissance et une apoptose caspase-dépendante dans les lignées cellulaires de leucémie aiguë myéloïde (LAM) et dans les cellules primaires de LAM, dans lesquelles les mécanismes apoptotiques sont à nouveau rattachés à la perte du potentiel de membrane mitochondrial, à la surexpression de Noxa et à la régulation à la baisse de Mcl-1 [ ].
Comme la capacité de l’HPF à réguler l’équilibre entre protéines pro- et anti-apoptotiques a été si fréquemment associée à la perte du potentiel de membrane mitochondrial, en raison de son activité protonophore, il est en fait surprenant que, dans de nombreux modèles expérimentaux, ce mécanisme n’ait pas encore été extensivement étudié. Cependant, toutes les études ayant mesuré à la fois l’activité apoptotique et le potentiel de membrane mitochondrial ont trouvé une corrélation négative entre ces deux phénomènes [ ], suggérant un lien étroit entre l’action protonophore mitochondriale de l’HPF et la susceptibilité à la mort cellulaire programmée dans les cellules cancéreuses.
Il convient de souligner que l’action pro-apoptotique de l’HPF est sélectivement observée dans les cellules cancéreuses, tandis que les cellules saines sont beaucoup moins sensibles à la cytotoxicité de l’HPF. Il est en effet connu que la même concentration d’HPF qui induit des dommages nets dans les cellules B-CLL est totalement incapable de compromettre la viabilité des lymphocytes B humains de donneurs sains [ ]. La raison pour laquelle les cellules normales sont plus résistantes à l’action cytotoxique de l’HPF pourrait être liée à leurs différences intrinsèques de métabolisme, de pH et de concentrations ioniques dans le cytosol et les compartiments des organites par rapport aux cellules malignes. Par exemple, dans les cellules normales, le côté cytosolique négatif de la membrane plasmique facilite l’influx de protons, bien que cet influx soit atténué par le léger gradient de pH dans la direction opposée, aboutissant à une entrée de protons seulement faible en présence d’un protonophore tel que l’HPF. Au contraire, dans la malignité, les charges négatives de la membrane plasmique associées à un gradient de pH inversé, dû à l’activité la plus élevée des canaux à protons qui extrudent les protons hors des cellules, déterminent une force motrice substantielle pour un robuste influx de protons. Ainsi, lorsque la conductance aux protons est renforcée par la présence d’un agent protonophore, un influx cytosolique de protons significatif et persistant se produit dans les cellules cancéreuses. À l’instar d’autres protonophores, l’HPF suscite un influx de protons dans les cellules tumorales, restaurant l’acidité cytosolique et permettant l’apoptose. En même temps, le micro-environnement tumoral extracellulaire serait appauvri en concentration de protons (c’est-à-dire que le pHe tend vers la neutralité), entravant ainsi la digestion de la matrice extracellulaire, la migration et l’invasivité des cellules tumorales.
Cette hypothèse doit être vérifiée expérimentalement dans le cas des cellules malignes, mais elle est cohérente avec les résultats de Sell et al. [ ] tant dans la membrane plasmique de cellules normales (microglie primaire et cellules chromaffines) que dans une bicouche lipidique synthétique (dépourvue de toute protéine canal), dans lesquelles l’HPF a été montrée comme médiant une conductance aux protons due à son activité protonophore intrinsèque et aboutissant à l’entrée de protons dans la cellule et à l’acidification du cytosol. Notamment, l’étendue de l’influx de protons, en présence d’HPF, dépend directement du gradient de protons entre les deux côtés de la membrane [ ]. Ces auteurs ont aussi démontré, par mesure des changements de capacitance en présence de diverses concentrations d’HPF, que ce composé lipophile s’accumule dans la membrane, ce qui pourrait expliquer les effets même de faibles doses d’HPF [ ] et la persistance de l’activité protonophore, y compris lorsque le SJW ou l’HPF n’est plus disponible dans le milieu de culture cellulaire [ ].
Dans l’état actuel de nos connaissances, l’hypothèse selon laquelle l’HPF peut modifier le flux de protons en fonction du gradient de protons pourrait expliquer pourquoi l’HPF n’est pas cytotoxique pour les cellules normales, tandis qu’elle peut induire l’apoptose dans les cellules cancéreuses. Dans les cellules cancéreuses, tant au niveau de la membrane plasmique, dans laquelle le ΔpH favorise un fort influx de protons, qu’au niveau de la membrane mitochondriale interne hyperpolarisée, la présence d’HPF pourrait contrecarrer le phénotype malin, ou, à plus forte concentration, promouvoir la mort cellulaire en faisant s’effondrer la membrane mitochondriale interne.
En général, d’autres effets des produits naturels pourraient être liés à leur activité découplante. À titre d’exemple, la curcumine, qui peut agir comme un découpleur, est capable d’augmenter le rapport AMP/ATP, activant ainsi la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK) [ ]. De cette manière, la curcumine peut inhiber mTOR, qui diminue la phosphorylation Ser727 de STAT-3, bloquant la prolifération cellulaire [ ]. D’autre part, l’AMPK activée stabilise le suppresseur de tumeur p53, favorisant la sensibilisation cellulaire à l’apoptose mitochondriale [ ]. De façon similaire, dans les cellules leucémiques HL60, l’HPF et le myrtucommulone, un autre dérivé du phloroglucinol, interagissent directement avec la membrane mitochondriale, diminuant le Δψm, abaissant le niveau d’ATP et activant l’AMPK [ ]. De plus, le traitement au SJW, dans la plage de concentration de 10–50 µg/mL, renforce la pAMPK et diminue la pAkt, supprimant la croissance des cellules de cancer du sein MCF7. Le SJW est aussi capable de réprimer la synthèse protéique en diminuant les niveaux de phosphorylation à la fois de mTOR et de son substrat en aval 4E-BP1 [ ].
La capacité du SJW et en particulier de l’HPF à inhiber l’angiogenèse, l’invasion cellulaire et la métastase a été largement étudiée.
Martinez-Poveda et al. [ ] ont montré que l’HPF peut inhiber l’angiogenèse tant dans les cellules endothéliales aortiques bovines (BAE) in vitro que dans la membrane chorioallantoïdienne in vivo. L’HPF inhibe aussi la sécrétion de MMP-2 et d’urokinase par les cellules BAE et restreint leur capacité invasive dans une couche de Matrigel. Les auteurs affirment que l’HPF pourrait être considérée comme un produit naturel anti-angiogénique prometteur interférant avec des événements clés de l’angiogenèse à des concentrations (10 µM) qui ne causent pas la mort des cellules endothéliales [ ]. L’activité anti-angiogénique de l’HPF a été confirmée par de nombreuses autres études. Lorusso et al. [ ], en utilisant l’hyperforine-DCHA dans des cellules endothéliales de veine ombilicale humaine (HUVEC), ont montré que l’HPF induit des effets cytostatiques mais non cytotoxiques, réduisant significativement la migration des cellules HUVEC déclenchée par des stimuli chimioattractants. À nouveau, les auteurs ont montré qu’en présence de 1–3 µM d’HPF, la migration des neutrophiles et des monocytes suscitée par les chimiokines ainsi que la translocation nucléaire de NF-κB stimulée par le TNF-α étaient nettement inhibées dans les cellules HUVEC [ ]. Dans un modèle murin in vivo d’angiogenèse conspicue induite par injection sous-cutanée d’implants de Matrigel, l’HPF prévient puissamment la néo-vascularisation ainsi que l’expression des chimiokines pro-angiogéniques IL-8 et MCP-1 [ ]. De plus, la croissance du sarcome de Kaposi (une tumeur hautement angiogénique) chez les souris traitées à l’HPF est nettement diminuée tant en taille qu’en vascularisation par rapport aux témoins non traités. Les auteurs concluent que l’HPF peut bloquer de nombreux événements cruciaux de l’angiogenèse tumorale, très probablement par l’inhibition de la signalisation inflammatoire, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives dans le traitement des cancers solides [ ].
De même, Rothley et al. [ ] ont rapporté que l’HPF et son analogue plus stable l’aristoforine peuvent bloquer le cycle cellulaire et la prolifération des cellules endothéliales tant artérielles que lymphatiques à une concentration de 5 µM, tandis qu’ils induisent l’apoptose à des concentrations plus élevées (>10 µM). Les auteurs ont analysé l’effet de ces composés dans un modèle de rat de lympho-angiogenèse induite par la tumeur, obtenu par injection sous-cutanée de cellules malignes MT-450. Lorsque l’HPF ou l’aristoforine est administrée quotidiennement dans la zone péri-tumorale pendant deux semaines, la croissance des capillaires lymphatiques est significativement réduite, suggérant que ces composés bioactifs peuvent limiter la lympho-angiogenèse induite par la tumeur, aussi in vivo [ ].
L’angiogenèse implique une régulation étroite de multiples voies de signalisation, parmi lesquelles le VEGF est l’effecteur le plus proéminent, bien que le PDGF et le bFGF jouent aussi un rôle [ ]. Il est bien connu que la signalisation des ROS est liée à l’angiogenèse et implique l’induction de plusieurs voies de kinases comme les MAPK, PI3K, Akt, et l’activation de facteurs de transcription, dont HIF-1, NF-κB, STAT3 [ ]. Par exemple, les ROS déterminent la stabilisation de HIF-1, qui à son tour augmente la transcription de nombreux gènes angiogéniques, dont le VEGF [ ]. De plus, les promoteurs des chimiokines pro-angiogéniques, telles que IL-8 et MCP-1, contiennent des sites de liaison pour NF-κB, qui est régulé de manière redox-dépendante [ ]. Notamment, les ROS dérivés de NOX sont requis pour la réponse angiogénique induite par divers facteurs de croissance, avec aussi la contribution des mtROS. Il faut rappeler que l’acidification extracellulaire soutient l’angiogenèse, puisqu’elle régule l’expression de VEGF de manière à la fois transcriptionnelle et post-transcriptionnelle, suggérant ainsi qu’un micro-environnement tumoral acide peut contribuer à la progression du cancer [ ]. De plus, le récepteur couplé aux protéines G (GPR)-4 exprimé sur la membrane endothéliale agit comme un capteur des protons extracellulaires et stimule la signalisation intracellulaire. En effet, les souris déficientes en GPR4 montrent des réponses fortement réduites à l’angiogenèse pilotée par le VEGF, avec une réduction de la croissance tumorale corrélée à une structure vasculaire altérée et à un niveau plus bas du récepteur 2 du VEGF [ ]. Par conséquent, on peut argumenter qu’un changement de la concentration en protons piloté par l’activité protonophore de l’HPF pourrait affecter les signaux angiogéniques.
De façon intéressante, la contribution d’enzymes telles que les métalloprotéinases à l’invasivité et à la métastase tumorales peut être potentialisée par leur dépendance à la concentration en protons. En effet, l’expression et la sécrétion de MMP-9 augmentent à un pH plus bas et un pHi plus élevé [ ]. De plus, des protéases activées par l’acide, telles que la cathepsine B, clivent les MMP latentes en enzymes actives. Ces exemples de protéines pH-dépendantes révèlent des cibles et stratégies thérapeutiques potentielles basées sur l’usage des changements de pH pour contrôler le processus métastatique tumoral [ ], comme récemment confirmé par Robey et al. [ ], qui ont été capables d’inhiber les métastases expérimentales et spontanées en augmentant la capacité tampon systémique et le pHe tumoral par administration orale de bicarbonate à des souris.
Quoi qu’il en soit, l’HPF, outre le fait de montrer une activité anti-angiogénique, inhibe la production de MMP-9 dans la B-CLL [ ] et prévient la formation de microtubules dans les cellules endothéliales de la moelle osseuse, de sorte que son usage thérapeutique chez les patients atteints de B-CLL a été suggéré [ ]. En outre, des concentrations non cytotoxiques d’HPF peuvent entraver l’invasivité cellulaire en régulant à la baisse les activités de MMP-2 et -9, de l’élastase et de la cathepsine G, hautement exprimées dans les cellules inflammatoires et tumorales [ ]. Une telle régulation à la baisse dépend très probablement de l’inhibition, induite par l’HPF, de l’ERK1/2 constitutivement activée dans les cellules malignes, responsable du renforcement de l’expression des MMP [ ]. De cette manière, l’HPF peut contrecarrer la capacité des cellules tumorales à digérer les composants de la matrice extracellulaire, entravant ainsi leur dissémination. En effet, il a été montré que l’HPF réduit significativement le nombre de foyers métastatiques pulmonaires chez des souris recevant des cellules de carcinome du côlon ou de mélanome, suggérant que ce composé naturel peut effectivement prévenir la croissance du cancer et la dissémination métastatique in vivo [ ].
Enfin, il convient de mentionner qu’une étude observationnelle suggère que le SJW peut aussi exercer des effets anti-tumoraux chez l’humain. Un rapport clinique a décrit l’effet bénéfique du SJW dans deux cas de cancer du côlon et un d’adénocarcinome duodénal. Aucun des cas n’a reçu de chimio-radiothérapie néo-adjuvante ou de traitement additionnel, mais seulement de l’huile de SJW (une cuillère à café le matin) avant la chirurgie. Chez chaque patient, une réaction lympho-plasmocytaire intense s’est produite, aboutissant à une fibrose entourant la tumeur, qui a créé un bouclier défensif contre la pénétration des cellules tumorales dans le tissu sous-jacent [ ].
L’HPF, le principal composant actif du SJW, qui a été montré comme le principal responsable de l’effet antidépresseur de cet extrait végétal, est dotée de propriétés avantageuses supplémentaires, incluant des activités anti-inflammatoires, anti-angiogéniques et antitumorales.
Les effets bénéfiques de l’extrait de SJW contenant de l’HPF contre le cancer se résument comme suit.
Prévention tumorale. L’usage régulier du SJW réduit le risque de cancer en prévenant l’effet génotoxique des cancérogènes [ ]. Cette action protectrice est essentiellement basée sur la capacité de l’HPF à ralentir les médiateurs inflammatoires et à réguler la production de ROS et/ou le déséquilibre du pH, aboutissant à la contre-action du phénotype malin. Il faut souligner que la supplémentation alimentaire préventive en SJW a été trouvée comme réduisant le risque de cancer colorectal, aussi chez l’humain [ ].
Effets sur la croissance et la dissémination tumorales. Les effets anti-inflammatoires et anti-angiogéniques du SJW/HPF, vraisemblablement dus à l’inhibition de la production de cytokines et de chimiokines et à l’entrave de leur signalisation en aval, peuvent protéger de l’expansion tumorale. De plus, la propriété protonophore de l’HPF peut éviter l’acidification du milieu extracellulaire tumoral, entravant la néo-angiogenèse et l’activité des métalloprotéinases, et par là l’invasivité et la dissémination métastatique tumorales [ ]. La capacité de l’HPF à faire chuter l’hyperpolarisation de la membrane mitochondriale et par conséquent la génération de mtROS inhibe la prolifération cellulaire et favorise l’induction de l’apoptose. En effet, l’effet pro-apoptotique du SJW/HPF est bien documenté dans de nombreuses lignées de cellules malignes ou dans des modèles tumoraux animaux et apparaît déterminé par le déséquilibre entre l’expression des protéines pro- et anti-apoptotiques, même si les concentrations d’HPF capables d’induire l’apoptose par un tel mécanisme sont assez élevées (au moins 5–10 µM) et difficiles à atteindre dans le traitement clinique. Néanmoins, il est bien connu que les cellules cancéreuses en prolifération affichent un Δψm plus élevé que les cellules normales, et qu’une corrélation positive existe entre le grade de malignité des clones cellulaires et leur potentiel mitochondrial [ ]. Par conséquent, les cellules malignes sont plus sensibles que les cellules normales même à de petits changements du gradient électrochimique mitochondrial. Ainsi, de faibles doses de SJW/HPF, vraisemblablement insuffisantes pour induire la mort des cellules cancéreuses, peuvent néanmoins bloquer la croissance et la dissémination tumorales suscitées par les ROS en entravant l’activité des protéines kinases pro-survie et l’angiogenèse.
Biodisponibilité et large spectre d’action. En outre, le SJW/HPF, en raison de leur grande biodisponibilité, de la persistance des bénéfices protecteurs et de l’absence substantielle d’effets indésirables, sont des produits naturels de pertinence biologique pour la prévention et le traitement des tumeurs. Comme la thérapie du cancer requiert une stratégie multifactorielle, le traitement au SJW/HPF peut effectivement satisfaire cette exigence, en raison de leurs effets pléiotropes contre de nombreuses cibles moléculaires différentes le long des voies de signalisation cruciales pour la croissance et la progression tumorales. De plus, le SJW/HPF, agissant contre différents types de cellules tumorales, peut être un composé anti-tumoral à large spectre et devrait être testé en association avec les médicaments de chimiothérapie actuels pour obtenir des effets additifs.
Limitations. L’usage thérapeutique de l’extrait de SJW contenant de l’HPF comme antidépresseur a confirmé sa très bonne tolérabilité et la rareté des effets indésirables. Cependant, une préoccupation majeure du traitement au SJW/HPF concerne l’occurrence possible d’interactions médicamenteuses, en raison de la liaison de forte affinité de l’HPF au PXR, aboutissant à des niveaux d’expression accrus des isoenzymes du cytochrome P450 [ ]. En effet, en activant le CYP3A4, l’HPF peut renforcer le métabolisme et l’excrétion des médicaments, réduisant ainsi l’efficacité d’un certain nombre d’agents chimiothérapeutiques. Ainsi, l’association du SJW/HPF à un médicament chimiothérapeutique devrait être décidée et surveillée soigneusement pour s’assurer que l’efficacité du médicament est maintenue. De façon très intéressante, plusieurs dérivés du phloroglucinol dépourvus d’activité de liaison au PXR ont récemment été caractérisés [ ]. Ces dérivés de l’HPF ont déjà été prouvés comme maintenant l’activité antidépressive, bien que les propriétés antitumorales n’aient pas encore été testées et devraient être étudiées dans un proche avenir.
Sur la base des études présentées dans cette revue, l’extrait de SJW et son composant l’hyperforine, déjà employés en toute sécurité en thérapie antidépressive, recèlent une promesse considérable d’exercer des effets bénéfiques pertinents en tant que phytochimiques anti-tumoraux. Ces composés naturels ont un potentiel remarquable pour un usage à la fois prophylactique et thérapeutique contre le développement tumoral, par des mécanismes qui impliquent la modulation de la production de ROS et une action le long des différentes étapes de la carcinogenèse, ainsi que la régulation de la dynamique des protons dans les cellules cancéreuses. Bien que d’autres études soient indubitablement requises pour une clarification complète des mécanismes et des effets, d’amples preuves expérimentales in vitro et in vivo indiquent déjà que le SJW et l’HPF peuvent jouer un rôle remarquable comme complément nutraceutique ou en association avec la chimiothérapie dans la lutte difficile contre le cancer.
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