Acides gras polyinsaturés et obésité Prof. Gérard Ailhaud UMR-6543 CNRS Nice (France-E.U.) Faculté de Médecine et de Pharmacie Dijon-Septembre 2007

Cellules précurseurs d’adipocytes Le tissu adipeux est exposé à un flux d’acides gras provenant essentiellement des lipides alimentaires Lipides (TG) Foie Glucides VLDL (TG) Adipocytes AG Glucose AG Chylomicrons (TG) Cellules précurseurs d’adipocytes Intestin Capillaire

MAIN FATTY ACIDS PRESENT IN FATS SATURATED (Palmitic acid...) FATS MONOUNSATURATED (Oleic acid) POLYUNSATURATED (essential) 6 Linoleic acid Arachidonic acid 3 aLinolenic acid EPA DHA

D6 desaturase and peroxisomal b-oxidation (n-6) series (w6) (n-3) series (w3) COOH CH3 18:2n-6 18:2n 18:3n-3 18:2n CH3 COOH Linoleic acid (LA) a-linolenic acid (LNA) D6 desaturase 18:3n-6 18:4n-3 Elongase Elongase CH3 COOH 20:3n-6 18:2n 20:4n-3 Dihomo-g- linolenic acid (DGLA) 1series PGs 3 series LTs D5 desaturase desaturase 20:4n-6 CH3 COOH 20:5n-3 18:2n CH3 COOH Arachidonic acid (ARA) Eicosapentaenoic acid (EPA) Elongase Elongase 2 series PGs 4 series LTs 3 series PGs 5 series LTs 22:4n-6 22:5n-3 Elongase, D6 desaturase and peroxisomal b-oxidation CH3 COOH COOH CH3 22:5n-6 22:6n-3 18:2n Docosapentaenoic acid (DPA) Docosahexaenoic acid (DHA)

Rapport w6/w3 et états physiopathologiques* Etats pro-thrombotique & pro-inflmmatoire Oxydation des LDL (enrichies en acide linoléique w6) Mortalité CVD (IIre) Cancer du sein Arthrose rhumatoïde Athsme Densité Osseuse Insulino-sensibilité Elevé (~18/1) Faible (~3/1) * Le taux d’homicides volontaires est étroitement corrélé (r=0,94) à la consommation en acide linoléique w6 (Hibbeln et al, 2004) Surpoids et Obésité ?

(saturés >> monoinsaturés ~ ARA) Relations entre acides gras, obésité & insulino-résistance Macrophage Adipocyte TNF-a Insuline Acides gras (saturés >> monoinsaturés ~ ARA) TLR-4 N Adiponectine Insulino-résistance IR Triglycérides DHA + _

EXCES PRECOCE DE MASSE GRASSE ET SURPOIDS/OBESITE A L’AGE ADULTE ● LE RISQUE DE DEVENIR UN ADULTE EN SURPOIDS EST X2 SI L’ON A ETE UN BEBE EN SURPOIDS (Rolland-Cachera et coll., 1987). ● L’ IMC A 2 ANS D’AGE EST PREDICTIF DE L’ IMC A 8 ANS D’AGE (Skinner et coll., 2004). ● LES ENFANTS DONT LE POIDS SE SITUE DANS LES VALEURS LES PLUS ELEVEES DE LA COURBE DE DISTRIBUTION, OU QUI PRENNENT TROP RAPIDEMENT DU POIDS, ONT UN RISQUE ACCRU DE DEVELOPPER ULTERIEUREMENT UNE OBESITE (Baird et coll., 2005). LA PREVENTION CONSTITUE LE FACTEUR-CLEF POUR RESOUDRE LE PROBLEME

Développement normal et excédentaire du tissu adipeux blanc Accumulation de triglycerides Prolifération Différenciation HYPERTROPHIE Auto-renouvellement Cellules souches (mesenchymateuses) ?APOPTOSE IRREVERSIBLE Auto-renouvellement Accumulation de triglycerides Surprolifération HYPERTROPHIE HYPERPLASIE Cellule précurseur Cellules précurseurs Adipocytes Adipocytes

● LA CELLULARITE DU TISSU ADIPEUX DEPEND DE LA PROLIFERATION DE CELLULES PRECURSEURS D’ADIPOCYTES SEULES SUCEPTIBLES DE SE DIVISER IN VITRO COMME IN VIVO ● LA SURPROLIFERATION DES CELLULES PRECUSEURS EST UN PHENOMENE « SILENCIEUX » SUR LE PLAN PONDERAL ● LE PASSAGE DES CELLULES PRECURSEURS DANS LA FRACTION ADIPOCYTAIRE PEUT S’ETALER DANS LE TEMPS (RONGEURS)

LE DEVELOPPEMENT DU TISSU ADIPEUX EST IMPORTANT DANS LE PREMIER AGE MAIS  ….. PEUT CONTINUER CHEZ L’ENFANT ET L’ADULTE

Longitudinal studies of adipose tissue cellularity in humans as a function of age Cell size Cell number obese Adipose cell size (µg lipid/cell) obese Adipose cell number x 109 non obese non obese Age in years Age in years Knittle et al 1979

Differentiation Proliferation Effect of donor age on the proliferation and differentiation of human adipose precursor cells from sub-cutaneous adipose tissue (Hauner et al., 1988) 50 100 150 200 250 I II III Adults Fat cells/cm2 n=12 n=8 n=7 Differentiation 1 1.5-5.5 7-11 18-58 Age (years) Group 10 20 30 40 50 60 70 I II III Adults n=8 n=7 n=12 Doubling time (hours) Proliferation 18-58years 1 1.5-5.5 7-11 18-58 Age (years) Group

PARMI LES FACTEURS NUTRITIONNELS, LES ACIDES GRAS JOUENT UN ROLE « HORMONAL » (ADIPOGENIQUE)  DIFFERENT SELON LEUR NATURE.

D6 desaturase and peroxisomal b-oxidation (n-6) series (w6) (n-3) series (w3) COOH CH3 18:2n-6 18:2n 18:3n-3 18:2n CH3 COOH Linoleic acid (LA) a-linolenic acid (LNA) D6 desaturase 18:3n-6 18:4n-3 Elongase Elongase CH3 COOH 20:3n-6 18:2n 20:4n-3 Dihomo-g- linolenic acid (DGLA) 1series PGs 3 series LTs D5 desaturase desaturase 20:4n-6 CH3 COOH 20:5n-3 18:2n CH3 COOH Arachidonic acid (ARA) Eicosapentaenoic acid (EPA) Elongase Elongase 2 series PGs 4 series LTs 3 series PGs 5 series LTs 22:4n-6 22:5n-3 Elongase, D6 desaturase and peroxisomal b-oxidation CH3 COOH COOH CH3 22:5n-6 22:6n-3 18:2n Docosapentaenoic acid (DPA) Docosahexaenoic acid (DHA)

Arachidonic acid (ARA) e-FABP/Mal-1 C/EBPb/d PGI2 LIF MATURE ADIPOCYTE IMMATURE ADIPOCYTE C/EBPa PPARg/RXRa e-FABP/ a-FABP/aP2 TARGET GENES Metabolite(s) TG PPARd/RXRa PREADIPOCYTE Key event IP- R LIF-R ADIPOBLAST PKA ERK Dietary LCFAs linoleic acid Arachidonic acid (ARA) ARA COXs LOXs LCFAs EPA + DHA

PROTOCOLE EXPERIMENTAL Allaitement Régime enrichi en huile de maïs (régime LO w6) Souris gestantes (type sauvage et ip-r-/-) Souriceaux de 16 jours Souris de 8 semaines Souris de 22 semaines . Poids corporel (4 à 22 semaines) . Prise alimentaire . Masse adipeuse totale . Poids du tissu adipeux épididymaire . Cellularité Conditions iso-énergétiques Régime enrichi en huile de maïs et en huile de Perilla Allaitement Souris gestantes (type sauvage et ip-r-/-) Souriceaux de 16 jours Souris de 8 semaines Souris de 22 semaines (régime LO/LL w6/w3)

PUFA composition of mouse breast milk as a function of the diet ARA/DHA ARA/EPA+DHA Standard 1.3 1.0 15% Corn oil 2.2 1.5 10% Corn oil & 5% Perilla oil 1.2 0.5 Standard 35 Corn oil 1.2 30 Corn oil & Perilla oil 1.0 25 0.8 20 % of total fatty acids 0.6 15 10 0.4 5 0.2 LA LNA ARA EPA DHA

Poids corporel des souris de type sauvage et ip-r-/- 10 15 20 25 30 35 40 * Age (semaines) Poids (g) Régime LO Régime LO/LL Régime standard Sauvage 4 6 8 12 14 16 18 22 10 15 20 25 30 35 Age (semaines) Poids (g) Régimes LO, LO/LL & standard ip-r-/- 4 6 8 12 14 16 18 22

CONCLUSIONS ● Les résultats obtenus avec les souris de type sauvage et les souris ip- r-/- montrent que les acides gras de la série w6 (linoléique) sont plus adipogéniques que les acides gras de la série w3 (a-linolénique) pour promouvoir un développement important du tissu adipeux ● La période gestation/allaitement apparaît comme la période critique qui conduit à un développement excédentaire du tissu adipeux

● Les études transversales comme longitudinales chez l’enfant et l’adulte montrent une association entre une alimentation riche en lipides et l’augmentation de la masse adipeuse. ● En réponse à un régime hyperlipidique, le tissu adipeux se révèle donc très expansible mais … au cours des deux dernières décennies, les apports lipidiques sont restés stables alors que la prévalence du surpoids et de l’obésité n’a cessé d’augmenter de manière spectaculaire. ● Aux USA entre 1976-1980 (NHANES II) et 1988-1994 (NHANES III), l’énergie apportée par les lipides aurait diminué de 36% à 33% pour les tranches d’âge 2–5 ans, 6-10 ans et 12-19 ans. 

● La diminution des dépenses énergetiques est-elle seule en cause pour expliquer le surpoids et l’obésité chez l’enfant ? ● Des changements qualitatifs, s’ils existent dans le cas des lipides, doivent-ils être pris en compte, en particulier au cours de la vie fœtale et de la prime enfance ?

Et moi alors ?

PERCENTAGE OF CHILDREN ABOVE THE 95th PERCENTILE OF THE WEIGHT-FOR-LENGTH GROWTH REFERENCE,1971 THROUGH 1974 TO 1988 THROUGH 1994 All races NHANES I † † NHANES II 4.0 (1.3) 6.2 (2.4) NHANES III 7.5 (1.1) 10.8 (1.2) White NHANES I † † NHANES II 2.7 (1.3) 6.5 (2.8) NHANES III 7.3 (1.3) 11.1 (1.4) Black NHANES I NHANES II 9.0 (3.3) ‡ NHANES III 9.5 (3.2) 10.7 (2.9) Mexican-American HHANES 4.5 (2.7) 7.3 (3.1) NHANES III 12.2 (4.4) 16.3 (3.9) - National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) I, 1971 through 1974 - NHANES II, 1976 through 1980 - Hispanic Health and Nutrition Examination Survey (HHANES), 1982 through 1984 - NHANES III, 1988 through 1994 SURVEY BOYS, % (SE) GIRLS, % (SE) (6-11 months)

LA COMPOSITION EN ACIDES GRAS DES LIPIDES ALIMENTAIRES S’EST PROFONDEMENT MODIFIEE AU COURS DES DERNIERES DECENNIES.

Temporal increase in linoleic acid content of mature breast milk of US women (adapted from Jensen, R.G., in Ailhaud et al, Prog Lip Res 2006) 30 25 20 LA (18.5 ± 3.5%) * % of total fatty acids 15 10 5 LNA (0.9 ± 0.2.%) * 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Years * Values determined from adipose tissue lipids of adult US women (Garland et al, 1998)

Rapport ARA/DHA (+EPA) & apports en acides gras poly-insaturés ● Lait Maternel (Ailhaud et coll., 2006) LES NIVEAUX CIRCULANTS D’ARA ET/OU LA VALEUR DU RAPPORT ARA/DHA (+ EPA) AUGMENTENT D’AUTANT PLUS CHEZ LE BEBE QUE L’APPORT EN AGPI DE LA SERIE 3 EST FAIBLE. UNE CONSOMMATION ACCRUE D’ARA (SERIE 6) PAR LA MERE ENTRAINE UNE REDUCTION EN EPA ET DHA ET UNE AUGMENTATION DU RAPPORT ARA/DHA (+ EPA). ● Lait Formulé (Jensen et coll., 1997) CHEZ LES BEBES NES A TERME ET RECEVANT UN LAIT CONTENANT 16% LA ET DE 0.4 A 3.2% LNA (LA/LNA PASSANT DE 40 A 5%), LES NIVEAUX CIRCULANTS D’ARA  ET CEUX DE DHA  . LA DIMINUTION DU RAPPORT ARA/DHA EST ASSOCIE A UN MOINDRE GAIN DE POIDS (-13%) DETERMINE A L’AGE DE 4 MOIS.

Medium values (± SD)* of essentiel PUFAs and their major metabolites in mature breast milk Europe 1980-1990 (n=14) 1990-2005 (n=44) LA LNA LA/LNA ARA DHA ARA/DHA 12.4 ± 2.8 0.92 ± 0.33 13.5 ± 4.5 0.47 ± 0.16 0.28 ± 0.11 1.69 ± 0.61 12.0 ± 2.2 0.88 ± 0.38 16.2 ± 7.2 0.47 ± 0.20 0.31 ± 0.14 1.95 ± 2.20 USA (n=12) (n=46) 15.3 ± 1.4 1.26 ± 0.56 12.2 ± 10.4 0.46 ± 0.17 0.18 ± 0.09 2.38 ± 1.49 15.5 ± 1.9 1.08 ± 0.27 14.3 ± 11.3 0.50 ± 0.11 0.19 ± 0.07 2.61 ± 0.96 * n refers to the number of studies

 Range of linoleic acid levels and LA/LNA ratios, and fat sources used in term infant formulas marketed in Western countries in the last two decadesa,b Linoleic Acid * LA/LNA ratio Fat sources Infant formulas marketed between 1980 and 1995 9.0 – 22.0 (up to 57.0) 6.3 – 61.0 (up to 120) Cow milk fat, corn; soybean, rapeseed, coconut Corn oil Main Infant formulas marketed after 1995 8.9 – 26.0 8.5 – 21.7 High-oleic safflower or sunflower, coconut, palm, soybean, rapeseed a LA content is expressed as% of total fatty acids. Total lipid contents were in the ranges of 2.5-3.6 g/100 mL of prepared milk. bAilhaud et al, Prog Lip Res 2006

-related increase (g/d) Main changes in fatty acid consumption in France between 1960 and 2000* Current intake g/day/adult (in 2000) “ANC” recommendations 40 years evolution (fold increase) Plant lipid -related increase (g/d) Animal lipid-related increase (g/d) Total FA 104 81 +18.8 +10.1 Palmitic acid (C16:0) 22 1.4 +1.3 +5.0 Oleic acid (C18:1) 33 1.2 +2.3 +2.2 Linoleic acid (C18:2 n-6) 21 10 +11.9 +1.0 Arachidonic acid (C20:4 n-6) 0.5 +0.3 Total n-6 PUFAs 2.5 n-6/n-3 PUFAs 12 LA/LNA 23 5 a-linolenic acid (C18 :3 n-3) 0.9 2 -0.9 *Ailhaud et al, Prog Lip Res 2006 1.4 2.5 2.3 0.6 2.9 4.2

Linoleic acid consumption in elderly people (Dayton et al, 1966) 2 groups of elderly institutionalised men (mean age, 66 years; 390 subjects per group) Good adherence to control and linoleic acid-enriched diets for 5 years (40% of calories as fat) % of total fatty acids Control diet LA-enriched diet SFA MUFA PUFA: LA/LNA 45 42 12 <0.2 >60 22 37 39 2 19.5 LA LNA

Body weight and linoleic acid content of subcutaneous fat in subjects on LA-enriched diet The rate of fatty acid equilibration between the LA-enriched diet and adipose tissue was positively associated with weight gain Body weight change (%) 12 16 28 36 56 0 0 -1.5 -2.8 -1.8 0 +0.7 +1.5 +1.8 +3.0 Months on diets Control diet LA-enriched diet

CONCLUSIONS & PROPOSITION ● Au cours des dernières décennies, des changements notables mais passés inaperçus sont intervenus dans la composition en acides gras des lipides ingérés par les futures mères et par les nouveaux-nés. Ces changements qualitatifs sont corrélés avec l’augmentation de la prévalence de l’adiposité ● Chez l’enfant, l’adolescent et l’adulte, les changements à la fois qualitatifs & quantitatifs observés favoriseraient le développement excessif du tissu adipeux conduisant au surpoids et a l’obésité ● Si l’on considère la prévention comme essentielle, des modifications dans la proportion des acides gras polyinsaturés w6 et w3 devraient être apportées dans la chaîne alimentaire

Preadipocytes & Adipogenesis Nutritional studies Florence MASSIERA Sophie DESSOLIN (former) Perla SAINT-MARC Ez-Zoubir AMRI Jérome AUBERT(former) Nathalie BELMONTE(former) Rose-Marie CATALIOTO (former) Christian DANI Danièle GAILLARD (former) Paul GRIMALDI (former) Michel LAGARDE (Lyon) Raymond NEGREL (former) Georges VASSAUX (former) Cecile VERNOCHET (former) GENEVA Josiane SEYDOUX JOUY-en-JOSAS Philippe GUESNET Jean-Marc ALESSANDRI RENNES & COMBOURTILLE Philippe LEGRAND Pierre WEILL KYOTO Takuya KOBAYASHI Takiko MURATA Shuh NARUMIYA Sponsored by 1999-2003 Bristol Myers Squibb Foundation (Unrestricted Grant ’’Metabolism’’) 1989-2005 Centre National de la Recherche Scientifique 2006-2007 Agence Nationale pour la Recherche