Introduction
L’exposition des organismes vivants à un stress environnemental déclenche des réponses défensives entraînant l’activation de processus de protection. Chaque fois que l’exposition se produit à faible dose, les effets défensifs l’emportent sur les effets néfastes de l’exposition ; cette situation adaptative est appelée » hormèse « . Les hormétines environnementales, physiques et nutritionnelles entraînent la stimulation et le renforcement des systèmes de maintenance et de réparation des cellules et des tissus. L’exercice, la chaleur et l’irradiation sont des exemples d’hormétines physiques, qui activent les réponses au choc thermique, à la réparation de l’ADN et au stress antioxydatif. L’effet bénéfique pour la santé de nombreux bioactifs présents dans les fruits et légumes peut être considéré comme l’effet de composés légèrement toxiques déclenchant ce stimulus adaptatif. De nombreuses études indiquent que les organismes vivants possèdent la capacité de s’adapter à des conditions environnementales défavorables, comme le montre le fait que les dommages à l’ADN et le profil d’expression des gènes dans les populations vivant dans un environnement présentant des niveaux élevés de pollution atmosphérique ne correspondent pas aux concentrations de polluants. Les mécanismes moléculaires de la réponse hormétique comprennent la modulation (a) du facteur de transcription Nrf2 qui active la synthèse du glutathion et la protection ultérieure de la cellule ; (b) de la méthylation de l’ADN ; et (c) des microARN. Ces résultats fournissent des preuves que l’hormèse est un événement toxicologique, se produisant à de faibles doses d’exposition aux facteurs de stress environnementaux, ayant l’avantage de maintenir un état de santé.
L’un des domaines de recherche où le concept d’hormèse est largement accepté et appliqué est la modulation du vieillissement et de la longévité des cellules et des organismes , et est basé sur le fait que le comportement adaptatif des systèmes biologiques en réponse à un ou des stress légers environnementaux ou auto-imposés améliore leur fonctionnalité et leur survie. Les stress ou défis physiques, nutritionnels et mentaux qui induisent une hormèse, appelée hormèse, conduisent à la stimulation et au renforcement des systèmes de maintenance et de réparation de l’organisme. Parmi les exemples d’hormèse physique, on peut citer l’exercice, la chaleur et l’irradiation, qui activent respectivement les réactions de stress antioxydant, de choc thermique et de réparation de l’ADN. Une grande variété de composants non chimiques dans les aliments, tels que les flavonoïdes et les polyphénols présents dans les épices, les herbes et d’autres sources, sont des exemples d’hormèse nutritionnelle, qui induisent des réponses de stress antioxydantes, anti-inflammatoires et d’autophagie. De même, la restriction calorique (RC) et le jeûne intermittent sont également des hormèses, qui activent les réponses au stress médiées par l’autophagie et les sirtuines.
La RC semble prolonger la vie en modulant les dommages oxydatifs médiés par les espèces réactives de l’oxygène (ROS) par la formation de ROS, qui est un processus hautement régulé contrôlé par un réseau complexe de voies de signalisation intracellulaires . En outre, le facteur nucléaire Nrf2 (facteur lié à l’érythroïde 2), qui se lie aux éléments de réponse antioxydants (ARE), régule l’expression basale et inductible de la glyoxylase 1 (Glo1), ainsi que des AKR et de l’ADH. La réduction de l’activité de Nrf2 et l’augmentation du stress oxydatif dans le vieillissement et la maladie peuvent prédisposer au stress dicarbonique, qui commence à apparaître fortement comme un facteur de pathogenèse dans les maladies liées au vieillissement. Dans le même ordre d’idées, l’état nutritionnel et énergétique intracellulaire, l’état fonctionnel des mitochondries et la concentration des ROS produits dans les mitochondries participent à la régulation de la durée de vie chez toutes les espèces en coordonnant l’information et la divergence de multiples voies de signalisation ramifiées, y compris les vitagènes dans la préservation de l’homéostasie cellulaire dans des conditions de stress . L’activité cérébrale intense et l’attention focalisée constituent l’hormèse mentale, qui induit également diverses réponses au stress, dont la réponse au choc thermique. Dans le même ordre d’idées, les nutriments intracellulaires et le statut énergétique, l’état fonctionnel des mitochondries et la concentration de ROS produits dans les mitochondries sont impliqués dans la régulation de la durée de vie entre les espèces en coordonnant l’information et la divergence de multiples voies de signalisation ramifiées, y compris les vitagènes dans la préservation de l’homéostasie cellulaire dans des conditions de stress. L’activité cérébrale intense et l’attention concentrée comprennent l’hormèse mentale, qui induit également diverses réponses au stress, y compris la réponse au choc thermique .
Une caractéristique importante de l’hormèse pour la santé est la stimulation simultanée de nombreuses fonctions cellulaires indépendantes / points finaux – chacun avec son propre ensemble de caractéristiques quantitativement hormétiques. Par exemple, les améliorations de la réparation de l’ADN, des défenses antioxydantes, de l’autophagie, etc., dont les actions sont régulées par de multiples récepteurs/voies de signalisation en interaction, produisent finalement une réponse cellulaire métaboliquement intégrée et cohérente. Plus important encore, la réponse hormétique possède des caractéristiques spécifiques qui définissent à la fois les caractéristiques quantitatives de la plasticité biologique et le potentiel de performance biologique maximale, estimant ainsi les limites auxquelles de nombreuses interventions médicales et pharmacologiques peuvent ou non affecter les humains . Par conséquent, une combinaison de différentes hormèses peut être les médicaments pour maintenir, améliorer et récupérer la santé pendant le vieillissement .
Biomarqueurs des réponses adaptatives dans la santé humaine
L’OMS a défini la santé comme un état de complet bien-être physique, mental et social . Aujourd’hui, il existe une définition plus dynamique de la santé, à savoir « la capacité d’un organisme à s’adapter à l’environnement » .
Les réponses adaptatives expliquent en grande partie les bienfaits des fruits et légumes sur la santé . En effet, de nombreux agents chimiopréventifs naturels, sont détoxifiés par la réaction métabolique de phase I/phase II activant ainsi les enzymes impliquées et les voies de régulation . Par exemple, cette situation se produit typiquement pour l’indole-3-carbinole et les catéchines . Cependant, il est de plus en plus reconnu aujourd’hui que les substances toxiques pour l’environnement présentent aussi fréquemment une réponse hormétique. Cela a d’immenses conséquences sur l’évaluation des risques. Nous comprenons maintenant certains mécanismes moléculaires de cette réponse hormétique. L’incubation de cellules épithéliales pulmonaires avec une faible concentration d’acroléine entraîne l’activation du facteur de transcription Nrf2. Celui-ci active la synthèse du glutathion et la protection subséquente des cellules pulmonaires contre une concentration élevée d’acroléine. De plus, il a été démontré qu’une faible dose de nanoparticules d’argent active Nrf2 et donc l’hormèse.
Ces connaissances de base sur les aspects mécanistiques de l’hormèse nous permettent de définir des biomarqueurs spécifiques pour suivre ce processus.
En conséquence, les biomarqueurs hermétiques dépendent des mécanismes spécifiques déclenchés par la condition hormétique considérée et peuvent être soit génétiques, épigénétiques ou métaboliques. Les biomarqueurs génétiques comprennent la diminution des dommages génotoxiques, évaluée par les adduits de l’ADN ou les biomarqueurs cytogénétiques. Les biomarqueurs épigénétiques comprennent principalement les miRNA en raison de leur rôle spécifique et important dans le déclenchement et la régulation des premières étapes de la réponse adaptative .
Conclusions
L’existence de l’effet hormétique en toxicologie environnementale a des conséquences remarquables en médecine préventive et en hygiène environnementale. L’hormèse ne se produisant qu’à de faibles doses d’exposition, il ne fait aucun doute que tous les efforts en cours pour réduire les polluants dans l’environnement méritent absolument d’être poursuivis. Toutefois, l’objectif final n’est pas la dose zéro environnementale, qui est souvent un objectif utopique pour de nombreux polluants générés à partir de sources naturelles ou l’existence signifie que, au moins pour les toxiques environnementaux pour lesquels ce phénomène est bien établi, de faibles doses peuvent être tolérées. La quantification de cette « faible dose » est extrêmement difficile en raison de la variabilité interindividuelle de la sensibilité aux effets sanitaires des polluants environnementaux. En effet, les sujets fragiles (par exemple, les sujets âgés, les enfants, les fœtus) ayant une faible inductibilité de leurs mécanismes de défense activés par l’hormèse, peuvent recevoir des risques sanitaires par des doses d’exposition plus faibles que les doses tolérées par d’autres sujets.
En conséquence, l’hormèse a une pertinence en médecine préventive en tant qu’outil capable de renforcer les défenses endogènes par une nutrition correcte (aliments fonctionnels chimiopréventifs) et un mode de vie sain (par exemple, l’activité physique). Cette approche, mise en parallèle avec la diminution progressive de la quantité de polluants dans l’environnement permettra d’éviter le risque sanitaire bien avant l’atteinte d’une dose zéro de polluants dans l’environnement.
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