Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané

Synthèse Bibliographique en Biologie et
Biotechnologie
Le Curcuma,
un agent naturel de lutte
contre le vieillissement
cutané
AUTEUR
TUTEUR
Pierre Savina
Professeur Josiane Cillard
Master 2 Biologie-Gestion
Université de Rennes 1
UFR Sciences de la Vie et de l’Environnement
Laboratoire de Biologie Cellulaire et Vegetale
EA 1274
Faculte de Pharmacie
2 avenue du Pr. Leon Bernard
35043 RENNES Cedex
France
Remerciements
Je remercie le professeur Josiane Cillard pour ses conseils et la confiance qu’elle m’a accordée pour la réalisation de cette synthèse bibliographique. Les responsables du diplôme: « Le tuteur a pour rôle de conseiller l’étudiant, l’orienter dans ses recherches bibliographiques, l’aider à comprendre les articles, en faire une synthèse de manière logique et rigoureuse. Il ne peut vérifier toutes les citations et interprétations de l’étudiant. Il ne peut donc s’engager vis-­‐à-­‐vis d’éventuelles erreurs». © 2 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané P. Savina Université de Rennes 1, 263 avenue du Général Leclerc, 35042 Rennes cedex, France. Résumé
Naturels ou synthétiques, endogènes ou exogènes, les antioxydants forment un groupe de molécules actives contre le stress oxydant. Fortement induit nos modes de vie et délétère pour l’organisme, ce processus biologique accélère le vieillissement cutané. Les prises de conscience en matière de développement durable et de santé humaine, conduisent aujourd’hui les pôles de Recherche & Développement et de production des industries pharmaceutiques et cosmétiques à privilégier les antioxydants naturels. Connu et reconnu pour ses nombreuses propriétés médicinales dans les traditions asiatiques, le Curcuma longa est une plante qui renferme un puissant antioxydant et agent de lutte contre le vieillissement cutané: la curcumine. En cosmétique, la difficulté réside dans l’élaboration de formules actives et compatibles avec le métabolisme de chaque individu, pour garantir une libération et une efficacité optimale de la curcumine au niveau de la peau. Mots clés : santé, vieillissement cutané, antioxydants, curcumine, métabolisme Sommaire Résumé .................................................................................................................................................. 3 Introduction .......................................................................................................................................... 5 I- Le Curcuma : une plante herbacée au service de la santé humaine. .................................... 6 1) Le Curcuma, un végétal aux applications ancestrales ................................................................... 6 2) Les différents principes actifs du Curcuma longa ........................................................................... 7 3) Les principales propriétés in vivo du Curcuma longa .................................................................... 9 a) Cytotoxicité et mort cellulaire ................................................................................................................................ 10 b) Régulation de l’angiogénèse et du processus d’adhésion cellulaire ................................................................... 10 c) Modulation de l’inflammation ................................................................................................................................ 10 d) Une puissante capacité anti-oxydante pour lutter contre le vieillissement cellulaire. ......................................... 11 II- Physiologie de la peau et mécanismes biologiques du vieillissement cutané. ................ 11 1) Structure de la peau ......................................................................................................................... 11 a) L’épiderme ............................................................................................................................................................. 11 b) La jonction dermo-épidermique ............................................................................................................................ 12 c) Le derme ................................................................................................................................................................ 13 d) L’hypoderme ......................................................................................................................................................... 13 e) Les structures annexes de la peau ....................................................................................................................... 13 2) Les fonctions de la peau .................................................................................................................. 15 a) Un rôle de protection face à l’environnement extérieur ........................................................................................... 15 b) Une fonction sensorielle fondamentale ..................................................................................................................... 16 c) Autres fonctions ......................................................................................................................................................... 16 3) Les aspects biologiques et chimiques du processus de vieillissement cutané. ..................... 17 a) Le vieillissement cutané intrinsèque ................................................................................................... 17 b) Le vieillissement cutané extrinsèque .................................................................................................. 18 © 3 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
III- Capacité anti-oxydante du curcuma et protection de la peau. .......................................... 18 1) Définition et médiation du stress oxydant .................................................................................... 18 a) Caractérisation et activation du stress oxydant .................................................................................................... 18 b) Les radicaux libres : médiateurs biologiques du stress oxydants ....................................................................... 19 c) Peroxydation des lipides : une manifestation biologique induite par le stress oxydant ...................................... 20 2) Implication de composés actifs du Curcuma dans la régulation du stress oxydant pour
l’atténuation du vieillissement cutané. ................................................................................................... 21 a) L’activité anti-oxydante : principale ligne de défense de la peau contre le stress oxydant. ............................... 21 b) La curcumine un antioxydant exogène au service des défenses cutanées, pour contrer le vieillissement
cellulaire ......................................................................................................................................................................... 23 IV- Le Curcuma, un ingrédient naturel de choix pour le secteur de la Beauté ..................... 27 1) Influence des propriétés pharmacocinétiques de la curcumine sur l’efficacité de son action
au niveau la peau. ...................................................................................................................................... 27 a) Etudes menées sur des modèles animaux ........................................................................................................... 27 b) Propriétés pharmacocinétiques de la curcumine chez l’Homme ......................................................................... 27 c) Quelle voie d’administration privilégier pour une efficacité optimale ? ................................................................ 28 d) Alternatives biologiques et organiques pour un accroissement de la biodisponibilité de la curcumine. ........... 29 2) Des limites d’utilisation à ne pas négliger ................................................................................... 29 3) Le Curcuma au cœur de la cosmétique et des produits de bien être. ..................................... 30 Conclusion ......................................................................................................................................... 31 Bibliographie ..................................................................................................................................... 32 © 4 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Introduction
Le vieillissement est un processus biologique qui affecte tous les organismes vivants. Ce phénomène irréversible engendre un déclin des grandes fonctions physiologiques de l’organisme et des organes constitutifs (Robert et al, 2009). Le vieillissement cutané est généralement, la composante la plus visible de ce processus. Contrairement aux idées reçues, dans nos sociétés actuelles, le vieillissement de la peau est une des conséquences directes de nos modes de vie (Jenkins, 2002). Ainsi, l’influence des caractéristiques sociétales des individus prime sur leurs caractéristiques génétiques. Naturel ou pathologique, le vieillissement cutané est la résultante de l’action cumulative de facteurs intrinsèques et de facteurs extrinsèques. Les manifestations biologiques qui en résultent comme la senescence, l’inflammation, et le stress oxydant sont néfastes pour la peau et ses fonctions de défense, de cicatrisation, de perception et de thermorégulation (Giacomoni et Rein, 2004). En réponse à cette perte d’intégrité, la peau est dotée d’un système de défense, médié principalement par une puissante activité anti-­‐oxydante. L’efficacité des antioxydants endogènes peut être soutenue et appuyée par l’apport de molécules anti-­‐
oxydantes exogènes. La toxicité des antioxydants exogènes de synthèse ayant été mise en évidence (Ak et Gülçin, 2008), les scientifiques et industriels se concentrent aujourd’hui sur des molécules naturelles présentes notamment dans les végétaux. De nombreux travaux de recherche ont mis en évidence les nombreuses propriétés médicinales du Curcuma (Jayaprakasha et al, 2005) et son intérêt capital en Santé. Très riche en principes actifs, cet ingrédient possède une puissante capacité anti-­‐oxydante, médiée par des cucuminoïdes et plus particulièrement, la curcumine (Shehzad et Addeb, 2013). Les industries pharmaceutiques et cosmétiques concentrent bon nombre de leurs recherches en formulation sur cette molécule. Ceci, pour tenter de développer des préparations efficaces et sûres pour lutter contre le vieillissement cutané et ainsi atténuer les effets du temps sur la peau. Cette synthèse bibliographique a une double finalité. D’un coté, la compréhension des manifestations physiologiques, cellulaires et moléculaires du vieillissement cutané. De l’autre, la caractérisation de la capacité anti-­‐oxydante du curcuma et de ses composés actifs pour contrer ce processus. Une première partie permettra de caractériser le genre Curcuma et de répertorier les propriétés médicinales de l’espèce Curcuma longa. Par la suite, la physiologie de la peau et les mécanismes biologiques du vieillissement cutané seront abordés, avant d’étudier la capacité anti-­‐oxydante de la curcumine et sa biodisponibilité. Un focus sur les préparations cosmétiques, à base de curcuma, terminera ce travail. © 5 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
I- Le Curcuma : une plante herbacée au service de la santé
humaine.
1) Le Curcuma, un végétal aux applications ancestrales
Le Curcuma, ou safran des Indes, est une plante herbacée vivace, haute de 50 cm à 1 mètre, très répandue dans les régions chaudes et pluvieuses du globe comme l’Asie, l’Afrique et l’Océanie. Ses feuilles peuvent atteindre 45 cm de long et 18 cm de large. Ses fleurs jaunes naissent près du sol. Sa racine est un rhizome tuberculeux, jaune orangé à l'intérieur, épais et ramifié en racines secondaires charnues (Záveská et al, 2012). Séché et réduit en poudre, c’est une épice très populaire. De plus, le Curcuma est utilisé comme additif alimentaire pour ses propriétés de coloration, aromatiques et nutritives. Le Curcuma est un des ingrédients phares des médecines traditionnelles sud-­‐
américaines et asiatiques comme la médecine Ayurvédique (médecine traditionnelle indienne). De nombreuses études, corrélées à des connaissances ancestrales, ont démontré l’action préventive du Curcuma sur de nombreuses pathologies comme les cancers er les maladies cardiovasculaires (Aggarwal et al, 2004). Par ailleurs, d’autres études ont mis en évidence une action curative (Sharma et al, 2005). Ainsi, le Curcuma est un remède contre les troubles gastro-­‐intestinaux, les troubles digestifs, les maladies inflammatoires ou encore le vieillissement cellulaire. Attestées par ces nombreux travaux de recherche, les propriétés du Curcuma sont reconnues dans le monde entier par la classe scientifique. Sur le marché, le Curcuma est distribué et commercialisé sous différentes appellations. Ainsi, appelé curcuma en France, cet ingrédient porte le nom de Turmeric au Royaume Uni, Haldi en Inde et Ukon au Japon (Sharma et al, 2005). Les différents travaux de recherche, associés aux connaissances traditionnelles et modernes, ont permis aux scientifiques d’établir une classification phylogénétique de cette plante (figure 1). Curcuma'Longa'
92'autres'
Curcuma+
50'autres'
Zingiberaceae+
7'autres'
Espèces'
Genres'
Familles'
Zingiberales+
Ordres'
Liliopsida'
Classe'
Magnoliophyta'
Plantae'
Division'
Règne'
Figure 1 : Classification phylogénétique du végétal Curcuma à partir de (Záveská et al, 2012) et (Jayapraksha et al, 2005) © 6 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Le Curcuma est exploité pour des propriétés différentes dans deux grands secteurs d’activité, l’alimentaire et la santé (Sharma et al, 2005). Dans l’industrie agroalimentaire, l’intérêt de cet ingrédient porte sur ses propriétés aromatiques, colorantes et de conservation. Le Curcuma est un épice fréquemment consommé sur le globe. Pour preuve, en Asie sa consommation moyenne avoisine les 1,5 g par jour et par personne. Cet aliment connaît également une forte consommation en Amérique du Nord. En effet, selon la Food and Agriculture Organization of the United Nation, 2400 tonnes de curcuma sont annuellement importées aux Etats-­‐Unis. Le domaine de la Santé exploite activement les composés actifs du Curcuma et de ses différentes espèces pour leurs propriétés préventives et curatives face à de nombreuses maladies. Cependant, pour ces fins médicinales, les doses consommées ou administrées chez l’Homme sont inférieures à celles ingérées dans l’alimentation. D’après la classification phylogénétique, il existe de nombreuses espèces de Curcuma dont les propriétés sont exploitées en Santé. Parmi ces espèces peuvent être citées le Curcuma aeruginosa, Curcuma amada, Curcuma aromatica, Curcuma brog, Curcuma malabarica ou encore Curcuma sylvaticas (Angel et al, 2013). Cependant, l’espèce la plus couramment utilisée et citée dans la littérature est le Curcuma longa. Reconnue pour ses propriétés préventives et curatives, cette espèce est utilisée en médecine traditionnelle asiatique depuis le deuxième millénaire avant Jésus-­‐
Christ. Aujourd’hui cette espèce est d’un intérêt grandissant en Santé pour les composés actifs qu’elle contient. 2) Les différents principes actifs du Curcuma longa
Le rhizome du Curcuma longa est la partie du végétal qui regroupe la grande majorité des molécules d’intérêt. En botanique, le rhizome est une tige souterraine de certaines herbacées vivaces, se développant horizontalement en émettant des racines et des tiges aériennes. Les feuilles sont réduites à des écailles sèches qui le distinguent d'une vraie racine. Le broyage du rhizome de l’espèce Curcuma longa fournie une fraction volatile et une fraction non volatile (Jayapraksha et al, 2005) de composition chimique bien distincte (tableau 1). Tableau 1 : Les composés actifs du broyat de rhizome de Curcuma longa répartis par fractions.
Broyat de rhizome de Curcuma Longa Fraction volatile Fraction non volatile Curlone Composés phénoliques αTurmérone Curcuminoïdes βTurmérone Curcumine ArTurmérone Bisdemethoxycurcumine Zingibérène Demethoxycurcumine © 7 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Initialement exploitée pour ses composés aromatiques, la fraction volatile du rhizome du Curcuma longa devient un support d’étude d’intérêt aux forts enjeux commerciaux et économiques. En effet, au début des années 1980, plusieurs études mettent en évidence la présence de molécules à l’intérêt médicinal (figure 2). Figure 2 : Formule chimique des composés actifs de la fraction volatile d’un broyat de rhizome du Curcuma longa
(Dohare et al, 2008)
Le rhizome de cette espèce, riche en amidon, est composé de sucres simples et d’une huile essentielle à sesquiterpènes monycycliques. Ces derniers regroupent des carbures (comme la zingibérène) et des cétones (comme les turmérones et le curlone). Cette composition fut déterminée progressivement aux grés de bon nombre d’études. Une première dans les années 1980, permit d’identifier un sesquiterpène oxygéné le curlone (Suzuki et al, 1983). Une dizaine d’années plus tard, furent découverts deux ketoalcool sesquiterpènes, les turméronol A et B (Morikayo et al, 1990) et cinq nouveaux sesquiterpènes (Ohshiro et al, 1990) propres au Curcuma longa. Ces études prouvent et démontrent les fortes concentrations de sesquiterpènes présentent chez l’espèce Curcuma longa. Cependant, une limite survient. En effet, les études s’accordent et se rejoignent sur les composés chimiques identifiés de la fraction volatile mais diffèrent en terme de taux de présence. La couleur jaune vif du curcuma, commercialisé préférentiellement sous forme de poudre, est due à sa composition en curcuminoïdes (figure 3). Figure 3 : Formule chimique des curcuminoïdes, composés actifs de la fraction non volatile d’un broyat de rhizome du
Curcuma longa (Jayapraksha et al, 2005)
© 8 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Le composé majoritaire de la fraction non volatile, responsable en partie de la couleur de la plante et de son rhizome en particulier, est la curcumine. Isolée et identifiée au 19ème siècle, il a cependant fallu attendre les années 1970-­‐1980 pour que sa structure chimique soit démontrée. Le groupe methoxy de la curcumine représente le groupement d’intérêt de la molécule, en association avec les groupements hydroxyl phénoliques et methoxyl du cycle phényl (Gupta et al, 2013). D’un poids moléculaire de 368, 37 M, la molécule de curcumine, autrement appelée diféruloylméthane, est insoluble dans l’eau mais soluble dans l’acétone, l’éthanol et le diméthylsulfoxyde. Le pH influence la conformation de cette molécule qui présente deux isomères (Sharma et al, 2005). La forme bis keto est retrouvée dans les solutions de pH acide et neutre ainsi que dans les membranes cellulaires. L’isomère enolate est quand à lui présent dans les solution à pH basique. La molécule présente une grande instabilité dans des conditions de pH basiques. Elle est ainsi très rapidement dégradée en différents produits comme l’acide férulique, le féruloylméthane ou encore la vanilline. La dégradation de la curcumine en milieu acide et neutre est beaucoup plus lente. Pour preuve, la molécule est dégradée à 20% au bout d’une heure. Cette molécule est d’un intérêt capital, en santé publique, pour ses propriétés anti-­‐
inflammatoires, anti-­‐cancéreuses, antivirales, antifongiques, antibactériennes et chémo-­‐
préventives (Tangapazham et al, 2013). La chémo-­‐prévention est une pratique médicale visant à utiliser une substance d’origine chimique, naturelle ou synthétique pour entraver et empêcher la progression d’une maladie. Ce curcuminoïde permet donc de traiter divers troubles physiologiques dont des maladies et pathologies cutanées. Ainsi, la curcumine possède un effet curatif bénéfique pour lutter contre le psoriasis, le vitiligo, l’acné, les éruptions cutanées, les verrues et les mélanomes. De plus, un second pouvoir est attribué à la curcumine, celui d’agent réduction de l’inflammation. Cette action est médiée par une inhibition du facteur nucléaire kappa B sous l’influence de la curcumine. De nombreuses études ont démontré que l’action de ce composé actif met en jeu des processus de régulation impliquant des facteurs de transcriptions, des facteurs de croissance, des cytokines inflammatoires, des protéines kinases et autres enzymes biologiques (Tangapazham et al, 2013). En physiologie cutanée, la curcumine est principalement reconnue pour ses propriétés anti-­‐oxydantes qui vont être détaillée dans la troisième partie. 3) Les principales propriétés in vivo du Curcuma longa
Le Curcuma longa engendre l’inhibition de voies de signalisations cellulaires intervenant dans différentes pathologies. Pour cela, ses composés actifs agissent sur des enzymes cellulaires (cyclo-­‐oxygénase, glutathione S transférase) et les processus d’apoptose, d’angiogénèse et d’adhésion cellulaire (Sharma et al, 2005). © 9 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
a) Cytotoxicité et mort cellulaire
Dans l’organisme, la curcumine induit les processus de cytotoxicité et d’apoptose. En effet, cette molécule a la propriété d’avoir un effet immunogène médié par l’activation de macrophages et de cellules tueuses. La curcumine participe donc à l’immunité cellulaire. Par ailleurs, des expériences in vitro menées sur des lignées cellulaires colorectales malignes démontrent une inhibition du processus de prolifération des cellules cancéreuses et une induction du mécanisme d’apoptose en présence de curcumine (Chen et al, 1999). Des résultats similaires sont observés dans le rein, le foie et la protase (Aggarwal et al, 2003). Ainsi, la curcumine possède la capacité d’induire la mort cellulaire dans certaines conditions physiologiques. b) Régulation de l’angiogénèse et du processus d’adhésion cellulaire
Des expériences menées in vivo chez la souris mettent en évidence une inhibition du processus d’angiogénèse en présence de curcumine (Sharma et al, 2005). Ce phénomène biologique est un processus de croissance de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux existants. D’un point de vue moléculaire, la curcumine va affecter des facteurs de croissance activateurs comme le vascular endothelial groxth factor (VEGF), les inhiber, freinant ainsi la croissance de nouveaux vaisseaux. Cette molécule peut également réguler le processus d’adhésion cellulaire. La curcumine affecte les protéines d’adhésion de type β caténine, E cadhérine. Son action engendre une réduction de l’expression de ces protéines à la surface des cellules. Ses effets sur les processus d’apoptose, d’angiogénèse et d’adhésion cellulaire garantissent à la curcumine des propriétés de lutte contre la carcinogénèse. L’action de la curcumine contribue donc à ralentir activement l’établissement d’une tumeur maligne au sein d’un organisme. c) Modulation de l’inflammation
La curcumine est également reconnue pour ses propriétés anti-­‐inflammatoires. Aigüe ou chronique, l’inflammation est une réaction de défense de l’organisme face à une agression extérieure. Plusieurs agents peuvent en être responsables. Ainsi sont distingués les agents infectieux (comme les virus et bactéries), les agents physiques (la température, et les irradiations par exemple) et les agents chimiques (tels l’acide chlorhydrique et les agents de détersion). Physiologiquement, cette réaction se traduit par quatre signes distincts : chaleur, rougeur, douleur et œdème. Ce processus, divisé en une phase vasculaire et une phase cellulaire, est donc indispensable au bon fonctionnement de l’organisme. Les cyclo-­‐oxygénases 1 et 2 sont les enzymes clés, qui orchestrent et induisent ce processus. Leur action, lors de la phase vasculaire de l’inflammation, convertie l’acide arachidonique en prostaglandines et thromboxanes. Cependant, certaines conditions peuvent être responsables d’une surexpression de ces enzymes. Ce dérèglement peut créer un état physiologique d’activation permanent, propice au développement de cancers. © 10 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
La curcumine possède la capacité d’inhiber la transcription de ces deux enzymes (Zhang et al, 1999) et donc, les effets délétères de leur surexpression. d) Une puissante capacité anti-oxydante pour lutter contre le vieillissement
cellulaire.
Cette propriété du Curcuma longa est médiée par les fortes concentrations de curcuminoïdes et notamment de curcumine qu’il contient. Cette fonction, qui va être décrite par la suite, s’avère être primordiale pour la protection de certains organes comme la peau. Mais avant de détailler précisément cette action, il est nécessaire de se concentrer sur la physiologie de la peau et de comprendre les mécanismes qui l’altèrent. II- Physiologie de la peau et mécanismes biologiques du
vieillissement cutané.
Caractérisé comme un organe de revêtement, la peau est aussi l’organe le plus vaste et le plus important en superficie du corps humain. Chez l’adulte, il présente une taille moyenne variant de 1,5 à 2 m2 pour un poids maximal de 3,5kg (Tangapazham et al, 2013). Cet organe présente un niveau d’organisation complexe et assure des fonctions essentielles à la survie et au bien être de l’organisme. 1) Structure de la peau
Ce tissu stratifié se compose de l’épiderme, de la jonction dermo-­‐épidermique, du derme et de l’hypoderme. a) L’épiderme
L’épiderme est un épithélium de revêtement pavimenteux et kératinisé. Cette couche superficielle de la peau est constituée de plusieurs strates (Venus et al, 2012): •
Le stratum germinativum (ou couche basale) représente une assise unique de kératinocytes, en contact avec la jonction dermo-­‐épidermique. Les kératinocytes sont les cellules majoritaires de l'épiderme. Elles synthétisent la kératine dans la couche cornée. Les kératinocytes naissent à la base de l’épiderme où ils se multiplient en se divisant et migrent ensuite en partie vers la surface de la peau. La couche basale contient les cellules souches qui lors de la mitose assurent le renouvellement de l’épiderme. •
•
© Le stratum spinosum (autrement appelé couche spineuse) est constituée de plusieurs assises de kératinocytes polygonaux. Le stratum granulosum (également défini comme la couche granuleuse) contient plusieurs couches de kératinocytes partiellement aplatis. Ces cellules présentent des granulations basophiles dans leur cytoplasme. 11 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
En effet, ces kératinocytes contiennent des grains de kératohyaline, constitués de profilagrine, et des corps d’Oadland. •
Le strartum corneum (ou couche cornée) est la strate la plus superficielle de l’épiderme. Elle est constituée de plusieurs assises de cornéocytes. Ces cellules sont des kératinocytes aplatis dont le cytoplasme est dépourvu de noyaux et d’organites mais remplit de filaments de kératine. Cette protéine fibreuse, organisée en tonofilaments, possède un rôle de structure et de protection. La profilagrine des grains kératohyaline s’est transformée en filagrine. La filagrine est la matrice du cytoplasme des cornéocytes. Par ailleurs, un ciment intercellulaire est déversé des corps d’Oadland de la couche granuleuse, par exocytose. Cette substance est constituée de céramides, de cholestérol et d’acides gras libres. Différents types cellulaires coexistent dans l’épiderme. Ainsi, les cellules de Langerhans, les mélanocytes, les cellules de Merkel et les kératinocytes participent à l’organisation de cet épithélium pluristratifié et à sa structure. Les kératinocytes représentent le type cellulaire majoritaire de l’épiderme à 90%. Ce sont des cellules épithéliales différenciées dont la fonction principale et des synthétiser la kératine. Initialement présents dans la couche basale, les kératinocytes migrent, en partie et progressivement, pour se répartir dans les quatre couches de l’épiderme. Cette migration s’accompagne d’un ensemble de transformations morphologiques et biochimiques. Arrivés au niveau de la couche cornée, les kératinocytes sont des cellules aplaties et anucléées appelées cornéocytes. L’épiderme est donc un épithélium, constitué majoritairement de kératinocytes, agencé en quatre couches principales. La couche cornée est la couche la plus superficielle de la peau qui contribue à sa protection face à des agressions extérieures. b) La jonction dermo-épidermique
L’épiderme repose sur une jonction dermo-­‐épidermique qui le sépare du derme. Cette entité est une membrane basale épidermique qui intègre la membrane cytoplasmique des cellules de la couche basale de l‘épiderme, la lamina lucida et la lamina densa. Un complexe d’ancrage particulier de l’épiderme sur le derme la différencie des autres lames basales de l’organisme. Ce complexe est composé d’un hemidesmosome, de filaments d’ancrage, d’un épaississement de la lamina densa, de fibrilles d’ancrage et d’une plaque d’ancrage dermique. Par ailleurs, la jonction dermo-­‐épidermique contient des constituants universels aux lames basales mais également des protéines spécifiques dont la présence est primordiale pour garantir une intégrité dermo-­‐épidermique. Ainsi, cette membrane basale regroupe des antigènes BP 230, des intégrines a6β4 et antigènes BP 180 constitutifs des hemidesmosomes, des laminines 5 et 6 constituants les filaments d’ancrage et du collagène VII formant les fibrilles d’ancrage. © 12 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
De structure sinueuse, la jonction dermo-­‐épidermique supporte mécaniquement l’épiderme et optimise les zones de contact entre le derme et l’épiderme. Enfin, elle joue un rôle de barrière et de filtre pour les éléments en provenance du derme par la circulation sanguine et lymphatique. c) Le derme
Ce dernier est un tissu conjonctif irrigué et innervé, qui comporte une couche inférieure réticulaire et une couche supérieure papillaire. La couche papillaire est organisée en papilles dont la bordure en brosses est apposée à la jonction dermo-­‐
épidermique. Cette organisation structurelle garantit une augmentation de couverture des apports de nutriments par les vaisseaux sanguins et lymphatiques irriguant les papilles. Le derme contient des fibroblastes qui synthétisent le collagène et les fibres élastiques. Des nerfs, des terminaisons nerveuses et des vaisseaux sanguins en provenance de l’hypoderme le structurent également. d) L’hypoderme
La strate la plus interne de la peau est l’hypoderme. C’est un tissu graisseux constitué en majorité d’adipocytes organisés en lobules. Comme le derme, l’hypoderme est une structure tissulaire vascularisée et innervée qui remplit un rôle de protection thermique et mécanique. e) Les structures annexes de la peau
La peau comporte également plusieurs structures annexes ayant chacune une fonctionnalité bien définie. • Les glandes sudorales eccrines produisent et sécrètent la sueur et participent au processus de thermorégulation. • Les glandes sudorales apocrines sécrètent la sueur. • Les glandes sébacées synthétisent et produisent le sébum (film hydrolipidique) qui, associé à la sueur, protège la peau du dessèchement. • Les poils, qui ont un rôle de protection et de captation. La peau possède donc une organisation complexe, orchestrée autour de quatre strates principales (figure 4). Les structures annexes et les différents types cellulaires participent activement à l’organisation de la peau. Ce niveau d’agencement fait de la peau, un organe complexe qui assure des fonctions essentielles à l’organisme. © 13 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Poil Epiderme SC SGr SS SGe Jonction dermo-­‐
épidermique Fibroblastes ZP Terminaisons nerveuses Derme Glande sébacée Fibre d e collagène ZR Fibre d’élastine Circulation sanguine ÂHypoderme Glande sudorale apocrine Glande sudorale eccrine Adipocyte Figure 4 : Représentation schématique de la structure de la peau
à partir de (James et al, 2006) et (Marieb et Hoehn, 2010)
Légende : SC : Stratum Corneum / SGr : Stratum Granulosum / SS : Stratum Spinosum SGe : Stratum Germinativum / ZP : Zone Papillaire / ZR : Zone Réticulaire © 14 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
2) Les fonctions de la peau
a) Un rôle de protection face à l’environnement extérieur
La fonction prédominante attribuée à la peau est celle de protection. Cependant, plusieurs types de protection sont à attribuer à cet organe (Venus et al, 2012). Barrière physique Tout d’abord, la structure de l’épiderme en fait une barrière physique face aux agressions de l’environnement extérieur. Cette protection physique est garantit, en partie, par l’imperméabilité de la couche cornée. Les cornéocytes sont soudés entre eux par des protéines fibreuses de kératohyaline, formant ainsi une barrière kératinocytaire. Cette barrière, associée à une matrice intercellulaire, fournit à la couche cornée une imperméabilité optimale. Cependant, la peau présente des variations de perméabilité selon les types de molécules et selon les régions du corps. Ainsi, elle est imperméable aux molécules polaires mais est plus facilement perméable aux alcools aliphatiques par exemple. Par ailleurs, la peau du visage et du dos sera plus perméable que dans les régions de la paume des mains et de la plante des pieds. La peau assure également un rôle plus spécifique de protection, celui contre les radiations ultraviolettes (UV). Ces rayonnements électromagnétiques sont classés en trois catégories, en fonction de leur longueur d’onde. Ainsi coexistent les UVA, les UVB et les UVC. Les UVA participent activement au vieillissement de la peau et comme les UVB ont des effets potentiellement oncogènes. Les UVB sont également responsables des « coups de soleil » qui surviennent lors d’une exposition prolongée sans protection. Les plus dangereux restent les UVC pour leurs effets hautement carcinogènes. Cependant, ces derniers sont majoritairement absorbés par la couche d’ozone. La protection des UV par la peau est assurée à deux niveaux différents. D’une part, la couche cornée réfléchie les radiations et réduit ainsi la surface de la peau exposée. D’autre part, l’exposition au soleil induit la production de mélanine par les mélanocytes. Transférée dans les kératinocytes de l’épiderme, elle assurant ainsi une diminution de l’absorption de ces radiations électromagnétiques. Des agressions extérieures comme des brûlures, des infections ou des blessures peuvent également contribuer à détériorer et fragiliser cette barrière physique. Barrière chimique Le rôle de protection de la peau peut également être assuré par des fonctions immunitaires. Cette capacité immune implique l’intervention des cellules de Langerhans, des lymphocytes T et de peptides antimicrobiens. Les peptides antimicrobiens (AMP) sont synthétisés et excrétés par les cellules viables de l’épiderme. Les défensines et les cathélicidines constituent les deux familles d’AMP qui luttent efficacement contre les infections bactériennes, fongiques et virales. De plus, les cathélicidines possèdent des propriétés chemo-­‐attractives envers certains types cellulaires impliqués dans le processus d’inflammation. © 15 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
L’épiderme renferme une autre classe d’agents immuns, les cellules de Langerhans. Ces dernières remplissent la fonction de cellules présentatrices de l’antigène (ACP). Lors d’une agression extérieure nécessitant leur intervention, ces cellules interagissent avec le complexe majeur d’histocompatibilité de type II (CMH II) et les lymphocytes T. Les lymphocytes T constituent la troisième population cellulaire impliquée dans les fonctions immunitaire de protection de la peau. Barrière mécanique Fréquemment, la peau subit de nombreuses agressions mécaniques (tractions aux articulations, chocs, frottements). Ces dernières doivent être amorties pour garantir l’intégrité de la peau. Trois entités constituent le dispositif de protection mécanique à savoir la couche cornée, le derme et l’hypoderme. La couche cornée combat les stress mécaniques grâce à son élasticité, sa dureté et sa résistance à la friction et son élasticité. Cette dernière composante dépend de la température extérieure et du degré d’hydratation de la couche cornée. Les fibres d’élastines et de collagène, constitutives du derme, associées à une matrice extracellulaire, lui confèrent compressibilité, extensibilité et élasticité pour assurer une protection mécanique. Le tissu adipeux de l’hypoderme et les adipocytes qu’il renferme, forment une excellente couche de protection face aux chocs mécaniques. b) Une fonction sensorielle fondamentale
La deuxième fonction assurée par la peau est une fonction de sensibilité. Les terminaisons nerveuses et les nerfs, présents notamment dans le derme, permettent la perception de stimuli extérieurs. Cette fonction sensitive est médiée par différents types de récepteurs présents dans la peau. Ces derniers détectent et transmettent des stimuli au système nerveux central par des voies sensorielles afférentes. Ces influx nerveux sont analysés et traités par le système nerveux central. La réponse à ces stimuli circule jusqu’à la peau par des voies sensorielles efférentes. Ainsi, la peau contient des barorécepteurs, sensibles à la pression, des nocicepteurs pour la douleur, ou encore des thermorécepteurs, sensibles à la température. c) Autres fonctions
Richement vascularisée, la peau intervient dans la régulation de la température. Lorsqu’il fait chaud, les vaisseaux se dilatent pour augmenter les déperditions de chaleur. A l’inverse, quand il fait froid, ces derniers se contractent pour limiter les pertes de chaleur. Par la sueur qu’elle libère par des glandes sudorales et les déchets métaboliques qu’elle élimine, la peau est dotée d’une activité sécrétoire. Enfin, la peau possède une fonction métabolique et de nutrition par le biais de la circulation sanguine. © 16 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Ces fonctions sont donc essentiellement au bon fonctionnement de la peau et de l’organisme en général. Cependant, certaines situations physiologiques vont perturber cet équilibre et affecter la peau. Certaines d’entre elles sont pathologiques, comme la sclérodermie, les dermatites, les mélanomes et le psoriasis, et d’autres sont naturelles comme le vieillissement cutané. Ce processus biologique peut néanmoins être accéléré sous l’influence de certains mécanismes biologiques et d’agents activateurs. 3) Les aspects biologiques et chimiques du processus de vieillissement
cutané.
Le vieillissement est la conséquence d’une accumulation de dommages moléculaires et cellulaires au fil du temps. La peau, comme tout autre organe, est affectée par ce processus physiologique. Cependant, le vieillissement cutané résulte davantage du mode de vie de l’individu que de ses caractéristiques génétiques. Ainsi, il existe bon nombre de facteurs responsables du vieillissement de la peau parmi lesquels, les radiations électromagnétiques et solaires, les infections dues à des microorganismes et le stress oxydant. Le vieillissement cutané est décrit comme un phénomène biologique à deux composantes : une intrinsèque et l’autre extrinsèque. a) Le vieillissement cutané intrinsèque Le vieillissement cutané intrinsèque est une détérioration lente et progressivement des fonctions tissulaires de la peau, due à des mécanismes biologiques internes (Jenkins, 2012). Plusieurs manifestations cellulaires et moléculaires surviennent comme la réduction de l’épaisseur de l’épiderme, l’aplatissement de la jonction dermo-­‐
épidermique, l’amincissement du derme ou encore la réduction du nombre de fibroblastes et de leur capacité de biosynthèse. Ce dernier aspect engendre une diminution des fibres de collagène et d’élastine, en quantité, dans le derme. Le vieillissement cutané intrinsèque est dû principalement à deux phénomènes biologiques que sont la sénescence et le stress oxydant. Le vieillissement cutané intrinsèque s’accompagne d’une réduction de la prolifération des cellules de la peau. Ces dernières sont en sénescence et sont arrêtées en phase G1 de croissance. Ce blocage irréversible est la conséquence d’une répression de gènes essentiels au déroulement du cycle de croissance cellulaire. La sénescence est donc responsable d’une diminution du processus de prolifération des cellules de la peau et de son vieillissement. Le vieillissement cutané est également influencé par le stress oxydant. Ce phénomène d‘oxydation induit la production de radicaux libres aux effets délétères sur les lipides, les protéines et l’ADN. Par ailleurs, ces composés hautement réactifs induisent également la sénescence des cellules de la peau. Pour contrer les effets de ces molécules, la peau est dotée d’une puissante capacité anti-­‐oxydante. Cette dernière est médiée par des enzymes comme la super oxyde dismutase (SOD), la catalase ou encore la glutathione peroxydase. © 17 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Cependant, pour une partie de la classe scientifique, l’efficacité de ce système diminue avec l’âge. Cette réduction est en partie responsable du vieillissement de la peau. Ce sujet porte à controverse puisque qu’une autre partie de la classe scientifique réfute cette théorie. Cependant, tous s’accordent sur le fait que l’accumulation de radicaux libres dans la peau initie et induit son vieillissement. b) Le vieillissement cutané extrinsèque Le vieillissement cutané extrinsèque est, quand à lui, la conséquence d’une accumulation de détériorations cellulaires et moléculaires engendrées par des facteurs environnementaux (Giacomoni et Rein, 2004). La cause majoritaire de ce phénomène physiologique est l’exposition de la peau aux UV. Il se caractérise, par la perte d’élasticité de la peau, la déshydratation cutanée, une pigmentation irrégulière ou encore l’apparition de profondes rides. La sédentarité et le manque d’une activité physique régulière représentent également des facteurs déterminants dans l’accélération de ce processus. Par ailleurs, ces deux composantes peuvent être induites par un processus biologique commun, le stress oxydant. Pour contrer les effets délétères de ce phénomène, la peau utilise une puissante ligne de défense : les antioxydants. III- Capacité anti-oxydante du curcuma et protection de la peau.
Les antioxydants représentent un groupe de molécules essentielles et vitales pour garantir une bonne santé de la peau et retarder le processus de vieillissement par une inhibition du stress oxydant. 1) Définition et médiation du stress oxydant
a) Caractérisation et activation du stress oxydant
Ce phénomène est une oxydation de constituants de l’organisme comme les lipides, les protéines et l’ADN sous l’influence d’une classe particulière de composés (Terra et al, 2012). Ce processus biologique survient par l’influence de facteurs endogènes et exogènes. Les facteurs exogènes regroupent les agents polluants, les gaz atmosphériques, les radiations ionisantes et non ionisantes, les micro-­‐organismes de l’environnement extérieur, de nombreuses variétés d’agents chimiques mais également des blessures ou brûlures. Les facteurs endogènes sont représentés par des enzymes (xanthine oxidase qui produit le radical superoxyde, la nitric oxide synthase à l’origine de la production du NO) mais également des maladies comme le psoriasis, les cancers ou encore les réactions inflammatoires. Le stress oxydant est un processus biologique impliqué dans de nombreuses pathologies telles que l’arthérosclérose, les cancers, les maladies neuro-­‐dégénératives et le vieillissement cellulaire et notamment cutané. © 18 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Son implication à l’échelle cellulaire et moléculaire est médiée par un groupe particulier de molécules biologiques : les radicaux libres. b) Les radicaux libres : médiateurs biologiques du stress oxydants
Les radicaux libres sont des produits de réactions intervenants dans des activités physiologiques basales consommatrice d’oxygène. Ainsi, les processus de croissance cellulaire, de respiration et les fonctions immunitaires dont le fonctionnement est dépendant de l’oxygène, engendre une production continue de ces composés. Les radicaux libres sont donc des molécules chimiques, dérivées de l’oxygène, hautement réactives et très instables. Elles possèdent un ou plusieurs électrons non appariés sur leur couche externe (Kohen, 1999). Cette famille présente une diversité de molécules biologiques regroupées en deux classes (tableau 2). Tableau 2 : Les composés instables dérivés de l’oxygène à partir de (Masaki, 2010)
Nom chimique Formule chimique Radicaux libres Radical hydroxyle OH. Anion superoxyde O2.-­‐ Radical peroxyle ROO. Monoxyde d’azote NO. Dioxide nitrogen NO2. Radical alkoxyle RO. Radicaux dits « non libres » Peroxyde d’hydrogène H2O2 s Oxygène singulet 1O2 Le dioxygène (O2) appartient à la famille des radicaux libres car cette molécule possède deux électrons non appariés. Cependant, c’est une espèce peu réactive par un arrangement particulier de ses électrons. La peau est l’un des tissus de l’organisme, avec l’intestin et les poumons, le plus exposé au stress oxydant et par conséquent aux effets délétères des radicaux libres. Ces derniers ont la capacité de dégrader des substrats biologiques ou des biomolécules primordiales. L’explication réside dans le fait que la peau renferme de nombreuses entités ciblées par le stress oxydant parmi lesquelles les protéines, l’ADN et les lipides. © 19 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
c) Peroxydation des lipides : une manifestation biologique induite par le stress
oxydant
Les lipides représentent un groupe de composés organiques présent en quantité très importante dans la peau. Ces molécules, insolubles dans l’eau et solubles dans les solvants organiques, ont un rôle structurel. En effet, les lipides sont des constituants des membranes cellulaires. De plus, ces molécules hydrophobes ou amphiphiles sont d’excellents isolants thermiques, mécaniques et électriques. Par ailleurs, ces molécules font parties avec les protéines et les glucides des trois grandes familles de macro nutriments dit énergétiques, et constituent une source d’énergie pour le corps humain. Les lipides constituent également une cible des radicaux libres. Ces derniers possèdent la capacité d’initier le processus de peroxydation lipidique. Ce mécanisme physiologique, qui conduit à l’accumulation de peroxydes lipidiques dans l’organisme, est à l’origine de différentes pathologies comme le diabète, les maladies cardiovasculaires, l’arthrite rhumatoïde et le vieillissement cellulaire (Ak et Gülçin, 2008). Par ailleurs, des études ont également démontré les effets carcinogènes de la peroxydation des lipides. La peroxydation est donc un mécanisme cellulaire auto-­‐catalytique, de réactions en chaine, médiée par des radicaux libres, qui se déroulent en trois étapes (figure 5): RH!(lipide)(
INITIATION(
Inducteur!
R°!(radical(libre)((((((((+!!!!!!!!!!!!!!!!!!H°!!
O2!
ROO°!(radical(libre(peroxyle)!!
PROPAGATION(
RH!(lipide)(
ROOH!(hydroperoxyde)(+!R°"(radical(libre)(
TERMINAISON(
+!ROO°!
ROOR%
+!R°!
RR%
+!ROO°!
ROOR%
composés(non(radicalaires(
Figure 4 : Schématisation des différentes phases du processus de peroxydation des lipides
à partir de (Södergren, 2000) © 20 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
La phase d’initiation, sous l’action d’une déshydrogénation, engendre la production d’un radical libre. Ce composé est le produit de la rupture d’une liaison carbone hydrogène du groupement methylène d’un acide gras, sous l’influence d’un composé radicalaire réactif. La propagation, en présence d’O2, se traduit par une succession de réactions rapides et lentes qui engendrent la production de plusieurs radicaux libres. La terminaison est la troisième et dernière phase du processus. Elle correspond à une dimérisation des radicaux libres. En d’autres termes, les radicaux libres formés lors de l’étape de propagation réagissent entre eux pour former des composés non radicalaires. Ce mécanisme est délétère pour l’organisme à un niveau tissulaire et cellulaire par les radicaux libres qu’il produit. Dans l’organisme, la présence de radicaux libres peut participer à la création d’un état physiologique propice à l’apparition de diverses maladies. Les modifications structurelles des lipides par les radicaux libres peuvent engendrer différentes perturbations au niveau de processus membranaires (phénomènes d’endo/exocytose, interactions ligands-­‐récepteurs membranaires, ou encore transport de métabolites) et des interactions membrane-­‐cytosquelette. Cependant, la peroxydation des lipides et son phénomène inducteur, le stress oxydant, peuvent être inhibés au niveau de la peau par des mécanismes de défense médiés par des facteurs endogènes et exogènes. 2) Implication de composés actifs du Curcuma dans la régulation du stress
oxydant pour l’atténuation du vieillissement cutané.
a) L’activité anti-oxydante : principale ligne de défense de la peau contre le stress
oxydant.
L’évolution a conduit de nombreuses espèces animales, dont l’être humain, à vivre dans des conditions d’aérobie, en présence d’oxygène et de dérivés tels les radicaux libres. Cependant, ces composés peuvent être responsable d’effets délétères sur l’organisme comme la peroxydation des lipides évoquée précédemment. Des mécanismes d’adaptation ont été nécessaires pour évoluer dans ce type de milieu. Ainsi, chez ces êtres vivants se sont mis en place des processus de défense contre les dommages causés par l’oxygène et ses dérivés. Dans ces conditions, la peau a développé un large éventail de lutte contre le stress oxydant. Quatre grands mécanismes de défense permettent à la peau de lutter contre les effets délétères du stress oxydant : Réparation/Prévention/Défense physique/Activité anti-­‐oxydante. La ligne de défense la plus importante et la plus efficace face au stress oxydant est la capacité anti-­‐oxydante. © 21 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Définition d’un antioxydant Les antioxydants sont définis comme des composés naturels ou synthétiques qui inhibent ou retardent l’oxydation de molécules. Cette action s’applique sur l’initiation du processus d’oxydation et sa propagation. Par conséquent, les antioxydants sont également appelés inhibiteurs d’oxydation. Propriétés d’un antioxydant Ces derniers représentent un groupe d’acteurs de lutte contre les effets néfastes de la vie en aérobie. Ces agents enzymatiques et/ou alimentaires vont piéger les radicaux libres et ainsi, inhiber les dommages moléculaires et cellulaires qu’ils engendrent. Cette neutralisation des radicaux libres va pouvoir retarder par exemple, le processus de peroxydation des lipides insaturés membranaires et par conséquent prolonger la durée vie des entités cellulaires. Plus généralement, les antioxydants ont la capacité d’interagir directement avec les dérivés instables de l’oxygène. Ceci, pour les empêcher d’atteindre et d’agir sur leurs substrats biologiques. Classification des antioxydants Les antioxydants peuvent être classés en deux groupes. D’un coté, la littérature mentionne les antioxydants enzymatiques. Cette classe regroupe la superoxyde dismutase (SOD), la catalase, ou encore la peroxydase. Les antioxydants de faible poids moléculaire (LMWA) (figure 6) constituent la seconde classe d’antioxydants. Ce second groupe est majoritaire dans la peau. LMWA
Action indirecte
Antioxydants
de faible poids
moléculaire
(LMWA)
Origine endogène
NADH
Carnosine
Acide uique
LMWA
Action directe
Défenses
antioxydantes
Origine exogène
alimentaire
Antioxydants
enzymatiques
Thé (catéchines)
Kiwi (vitamine C)
Curcuma (curcumine)
Figure 5 : Décomposition des défenses antioxydantes de la peau à partir de (Kohen, 1999)
© 22 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Cette classe regroupe des agents lipophiles et hydrophyles possédant la capacité d’agir directement ou indirectement avec les radicaux libres. Les composés qui interagissent directement avec les radicaux libres entrainent leur neutralisation par transfert d’un électron. Rendus inactifs, ils sont ainsi piégés et dépourvus de leurs effets délétères. Les LMWA peuvent être distingués par l’origine de leur provenance. Ainsi coexistent au sein de l’organisme des LMWA endogènes et exogènes. Les premiers représentent des composés synthétisés par la cellule ou des produits de réactions métaboliques. Les seconds sont apportés par l’alimentation ou par des voies d’administration alternatives. Chimiques, synthétiques ou naturels, les antioxydants ont un rôle de protection de l’organisme face aux radicaux libres et à leurs effets. Cependant, de nombreuses études ont prouvé les effets néfastes des antioxydants exogènes synthétiques. En effet le BHA et le BHT sont suspectés d’engendrer des dommages hépatiques et l’apparition de cancers. La tendance est donc aujourd’hui à l’utilisation d’antioxydants exogènes naturels et sains pour la santé humaine. Les scientifiques et industriels se penchent donc sur l’exploitation de ressources naturelles d’antioxydants comme les végétaux. Ainsi, le Curcuma est un genre végétal très apprécié et reconnu pour les propriétés antio-­‐xydantes de certains de ces composés actifs comme la curcumine encore dénommée 1,7-­‐bis-­‐(-­‐4-­‐hydroxy-­‐3-­‐methoxiphenyl)-­‐1,6-­‐heptadiene-­‐2,5-­‐dione). Cette dernière appartient aux LMWA exogènes à action directe. b) La curcumine un antioxydant exogène au service des défenses cutanées, pour
contrer le vieillissement cellulaire
En 1992, Reddy et LoKesh mirent en évidence la capacité de neutralisation des radicaux libres de la curcumine. L’expérience effectuée sur des microsomes hépatiques et des membranes érythrocytaires chez le rat démontra le pouvoir inhibiteur de la curcumine envers la peroxydation des lipides et par conséquent son activité anti-­‐
oxydante. Plusieurs méthodes permettent de mettre en évidence et démontrer cette capacité anti-­‐oxydante. L’activité anti-­‐oxydante de la curcumine peut être évaluée par la méthode au thiocyanate ferrique (figure 7), basée sur l’évaluation de l’inhibition du processus de peroxydation des lipides. © 23 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Figure 6 : Représentation schématique du protocole expérimental de l’évaluation de la capacité antioxydante de la
curcumine par la méthode au thiocyanate ferrique à partir de (Ak et Gülçin, 2008)
© 24 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Dans cette expérience, in vitro, la peroxydation de l’acide linoléique induit la production de composés peroxydes. Ces produits de réaction entraine l’oxydation des ions fer II (Fe2+) en ions fer III (Fe3+). Les ions Fe3+ vont ensuite former un complexe, de couleur rouge, avec le thiocyanate. C’est une méthode colorimétrique dont la finalité est de chiffrer, par des mesures d’absorbance, le pourcentage d’inhibition de la peroxydation des lipides en présence de curcumine. Ce pourcentage est déterminé avec la formule suivante : % inhibition de la peroxydation lipidique= (100-­‐ (Ae/Ac))*100 avec Ae : Absorbance des différents échantillons de curcumine à concentration variable Ac : Absorbance du contrôle (curcumine à concentration nulle) Les résultats traduisent une forte inhibition du processus de peroxydation de l’acide linoléique en présence de curcumine (figure 8). % d'inhibition de la peroxydation de l'acide linoléique InNluence de différentes concentrations de curcumine sur le pourcentage d'inhibition de la peroxydation lipidique 100 90 80 70 60 50 97,3 98,8 99,2 40 30 20 10 0 0 0
15 30 45 Concentrations de curcumine (μg/mL ) Figure 7 : Effets de la variations de concentrations en curcumine sur le pourcentage d’inhibition de la péroxydation de
l’acide linoléique à partir des données chiffrées de (Ak et Gülçin, 2008)
Cette inhibition est davantage conséquente que la concentration en curcumine croît. Par ailleurs, le contrôle vérifie convenablement l’implication de ce composé dans l’inhibition de la peroxydation de l’acide linoléique, qui en son absence est nulle. Une autre expérience, fut effectuée avec la méthode précédemment décrite et étudiée. Cette dernière a été menée dans le but de comparer l’efficacité de cinq antioxydants, dont la curcumine, sur l’inhibition de la peroxydation de l’acide linoléique. © 25 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Cette fois ci, la concentration est une variable fixe puisque chaque oxydant est à une concentration de 45 μg/mL. Le paramètre qui est modulé est la nature des antioxydants. Á l’issue de la méthode au thiocyanate ferrique et de la lecture des absorbances, les résultats suivants sont obtenus : % d'inhibition de la peroxydation de l'acide linoléique Effet inhibiteur de différentes molécules à une concentration de 45 μg/mL sur la peroxydation de l'acide linoléique. 100 90 80 70 60 50 99,2 95,5 Curcumine BHA 40 84,6 95,6 99,7 Trolox BHT 30 20 10 0 α tocophérol Différents composés actifs Figure 8 : Influence de cinq antioxyadants de nature différente, à concentartion identique sur le pourcentage d’inhibition
de la peroxydation de l’acide linoléique à partir des données chiffrées de (Ak et Gülçin, 2008)
Les cinq molécules ont toutes la capacité d’induire une inhibition de la peroxydation de l’acide linoléique à plus de 80%. Avec un pourcentage d’inhibition de 99,2, la curcumine présente une efficacité supérieure au BHA, à l’α tocophérol et au Trolox. Cependant, pour cette manipulation, le BHT est la molécule qui possède le pourcentage d’inhibition le plus élevé. Ces deux expériences révèlent et traduisent l’efficacité de la curcumine en tant que puissant antioxydant. Par ailleurs, la seconde prouve l’efficacité similaire, voir supérieure, de la curcumine (composé naturel) face à des composés synthétiques issus de la pétrochimie. Cette observation confirme l’intérêt grandissant des antioxydants naturels pour la santé et le bien être de l’organisme et des organes vitaux. De nombreuses publications démontrant la capacité anti-­‐oxydante de la curcumine sont parues depuis quelques décennies. Par ailleurs, d’autres scientifiques ont, par la suite, étendu et généralisé cette capacité aux deux autres curcuminoïdes que sont la bisdéméthoxycurcumine et la déméthoxycurcumine (Ramsewak et al, 2000). © 26 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Ces expérimentations confirment et apportent la preuve de la capacité anti-­‐
oxydante de la curcumine et par conséquent du Curcuma. Cependant, dans le secteur de la beauté, les industriels et les chimistes doivent faire face à un défit majeur. En effet, pour garantir une efficacité d’application aux consommatrices et consommateurs, les formulateurs en cosmétique doivent prendre en compte un paramètre essentiel : la biodisponibilité des principes actifs du Curcuma. IV- Le Curcuma, un ingrédient naturel de choix pour le secteur de la
Beauté
Avant de développer et produire des préparations cosmétiques composées d’extraits de Curcuma, il est important de considérer la biodisponibilité de ses actifs. 1) Influence des propriétés pharmacocinétiques de la curcumine sur
l’efficacité de son action au niveau la peau.
a) Etudes menées sur des modèles animaux
Initialement, le métabolisme de la curcumine a été étudié sur des modèles animaux. Ainsi chez le rat, à l’issue de l’administration d’une dose de curcumine de 1g/kg, 75% de celle ci est excrétée dans les fèces (Sharma et al, 2005). Administrée en intra-­‐péritonéale (IP) ou en intraveineuse (IV) la curcumine est retrouvée en grande quantité dans la bile en présence de métabolites tels que la tetrahydrocurcumine et l’hexahydrocurcumine. Chez le rongeur, la curcumine possède une faible biodisponibilité. Ce terme désigne la fraction d’une substance libérée à partir de la forme galénique administrée qui atteint la circulation sanguine et devient disponible pour produire l'effet biochimique attendu. Ainsi, après son absorption, la molécule est rapidement métabolisée et excrétée. b) Propriétés pharmacocinétiques de la curcumine chez l’Homme
Peu nombreuses sont les études de métabolisme menées sur l’Homme. Ainsi, il y a un manque important de données pharmacocinétiques, pour cette molécule, chez l’Homme. Les quelques publications faites démontrent une faible biodisponibilité de la curcumine après une administration par voie orale. La molécule est métabolisée rapidement dans l’intestin par des mécanismes de glucuronidation et de sulfatation. Le curcuma est un végétal dont les constituants actifs, comme les curcuminoïdes, auxquels appartient la curcumine, réagissent avec un large éventail d’éléments intra et extracellulaires. L’inflammation, le stress oxydant, la prolifération cellulaire, et l’homéostasie sont des processus physiologiques modulés par le Curcuma. Dans le domaine de la santé, le curcuma est utilisé à des fins préventives ou curatives. Dans la première situation, il sert à empêcher l’apparition de troubles ou dérèglements biologiques. Dans la seconde, son utilisation permettra de les corriger. © 27 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Cette utilisation nécessite un mode d’administration optimal et adéquate en fonction des cibles cellulaires à atteindre. c) Quelle voie d’administration privilégier pour une efficacité optimale ?
Deux modes d’administration des agents exogènes sont à distinguer : La méthode non invasive correspond à une administration de la substance par voie orale, nasale, pulmonaire ou rectale. La méthode invasive, quand à elle, à pour finalité le passage de la substance à administrer, de la barrière cutanée pour atteindre la circulation sanguine. Pour cela les voies intraveineuses, sous cutanées et intrapéritonéales seront préférées. La difficulté réside dans le choix d’une de ces deux méthodes et ensuite, de la voie d’administration jugée la plus optimale. Pour orienter ce choix, plusieurs aspects, propres à la substance, doivent être considérés : sa diffusion tissulaire, sa solubilité, sa stabilité, son métabolisme (libération et dégradation) au sein de l’organisme, son interaction avec des éléments intra et extracellulaires ou encore sa toxicité éventuelle. Les composés actifs du Curcuma, comme la curcumine, sont des agents liposolubles c’est à dire peu solubles dans l’eau. Leur administration requiert au préalable, une conversion de cette insolubilité dans les fluides aqueux. Pour y remédier, les formulateurs lient ces composés lipophiles à des agents hydrophiles. Une fois cette question de solubilité résolue, le Curcuma peut être administré par les deux méthodes, invasive et non invasive. Chez l’Homme, après une administration par voie orale, moins de 1% du Curcuma ingéré pénètre dans le plasma (Helson, 2013). Par ailleurs, de nombreuses études ont mis en évidence qu’une fois dans la circulation sanguine, les composés actifs du Curcuma sont très rapidement conjugués et transformés en produits inactifs par des réactions de sulfatations et de glucuronidation. Ainsi, administré par voie orale, le Curcuma et ses composés actifs présentent une faible, voir très faible, biodisponibilité. (Sharma et al, 2005) et (Helson, 2013). Les études sont principalement menées sur une méthode d’administration de la curcumine par voie orale. Rares sont celles impliquant d’autres voies d’administration qui fournissent des résultats probants. Ainsi, malgré une efficacité connue et reconnue de la curcumine, sa faible biodisponibilité reste un problème majeur auquel sont confrontés les scientifiques. Indépendante de la voie d’administration, cette faible biodisponibilité se traduit par de faibles concentrations sériques et tissulaires, une rapide métabolisation et élimination. Par conséquence, son aptitude à atteindre ses substrats est fortement réduite ce qui compromet son efficacité. Pour contourner cet obstacle majeur, les recherches se tournent vers l’étude de nouvelles formulations pour augmenter la biodisponibilité de la curcumine. © 28 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
d) Alternatives biologiques et organiques pour un accroissement de la
biodisponibilité de la curcumine.
La faible disponibilité de la curcumine libre ayant été établie, les chercheurs tentent de caractériser des agents qui, associés à la curcumine, permettraient d’augmenter sa biodisponibilité. Ces travaux de recherches fournissent des pistes exploitables et intéressantes (Preetha et al, 2007). Une première alternative, mise en lumière depuis plus de quinze ans déjà, consiste à associer la curcumine à la pipérine, un inhibiteur des glucuronidations hépatiques et intestinales (Shobat et al, 1998). Protégée ainsi de certaines réactions métaboliques, la curcumine reste présente dans la circulation sanguine à des concentrations plus importantes. Les nanoparticules de curcumine représentent un autre moyen pour augmenter la biodisponibilté de cette molécule active (Karikar et al, 2007). Une nanoparticule est, selon le Règlement européen n° 1223/2009, "un matériau insoluble ou bio-­‐persistant, fabriqué intentionnellement et se caractérisant par une ou plusieurs dimensions externes, ou une structure interne, sur une échelle de 1 à 100 nanomètres". Les nanoparticules étant un sujet de discordes et d’inquiétude, cette alternative, qui n’en est qu’à ses prémices, doit être approfondie par des recherches et expérimentations complémentaires. Une troisième alternative consiste en l’utilisation de liposomes (Kunwar et al, 2007). Ces vésicules artificielles microscopiques pourraient permettre de véhiculer la curcumine dans les cellules d'un tissu cible et ainsi augmenter sa biodisponibilité. Ces trois premières alternatives restent couteuses par l’apport de hautes technologies nécessitant leur mise en place. D’autres issues, moins couteuses, existent. Une quatrième alternative réside dans la structure chimique même de la molécule de curcumine. Ainsi, la solution se trouve hypothétiquement dans l’utilisation de dérivés de la curcumine ou d’isomères (Shen et Ji, 2007). Par ailleurs, l’association de la curcumine à la turmérone, composant de l’huile essentielle de curcuma, semble être une cinquième alternative envisageable (Antony et al, 2008). Le BCM-­‐95® est la formule de cette association. Malgré leur aspect novateur, la viabilité, la stabilité ou encore la non toxicité de ces solutions doivent encore être vérifiées et attestées, afin qu’elles puissent être appliquées à grande échelle. Elles doivent également intégrées la maitrise des éventuels effets délétères de la curcumine. 2) Des limites d’utilisation à ne pas négliger
La curcumine peut hypothétiquement, selon l’individu et son état physiologique, engendrer des effets néfastes pour l’organisme (Gupta et al, 2013). En effet, la curcumine possède la capacité d’inhiber des enzymes métaboliques comme le cytochrome P450. Associée à une prise de médicaments, cette molécule pourrait bloquer leur dégradation. © 29 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Cette inhibition serait responsable d’une accumulation de ces médicaments, conduisant à une toxicité. Sa présence dans l’organisme pourrait également entrainer des dommages sur l’ADN et donc des mutations aux effets potentiellement néfastes à des échelles moléculaires ou cellulaires. L’influence de son action pourraient aussi augmenter les taux de phosphatase alcaline et de lactate déshydrogénase et donc être à l’origine de troubles physiologiques. La maitrise du potentiel pouvoir toxique de la curcumine représente une préoccupation majeure des services Recherche & Développement des laboratoires pharmaceutiques et cosmétiques. Ces travaux de recherche ont pour finalité la création des formules optimisées et sûres pour l’organisme. Le but ultime étant de proposer des produits sans dangers pour les patients ou consommateurs. 3) Le Curcuma au cœur de la cosmétique et des produits de bien être.
Le Curcuma bénéficie de la tendance naturelle sur laquelle évolue aujourd’hui le marché de la beauté. Á l’heure actuelle, le Curcuma est principalement utilisé en cosmétique industrielle et maison comme agent de coloration. Ainsi, la poudre de racine de Curcuma est un excellent colorant capillaire. Son application garantit des reflets blonds lumineux aux cheveux châtains ou blonds. Par ailleurs, l'industrie de la parfumerie exploite le Curcuma pour son huile essentielle à base de turmérone. Cet ingrédient n’est donc pas principalement utilisé pour les propriétés anti-­‐
oxydantes de ses principes actifs et notamment la curcumine. Ceci est peut être dû aux problèmes de biodisponibilité évoqué précédemment. Cet état des lieux non exhaustif des préparations cosmétiques à base de curcumine est peut être le reflet des interrogations et zones d’ombres qui entourent encore l’application de cette molécule. Cependant, le Curcuma est plus largement utilisé comme complément alimentaire. Commercialisés mondialement, les produits aux extraits de Curcuma contiennent principalement de la curcumine. Mais en réalité, ils contiennent 77% de curcumine, 13% de déméthoxucurcumine et 3% de bisdéméthoxycurcumine (Gupta et al, 2013). Sur le marché du Bien être, les produits aux extraits de Curcuma sont commercialisés sous différentes formes. Ainsi, le consommateur pourra acheter des capsules ou gélules, des boissons énergétiques ou encore des produits anhydres sous formes de poudre à diluer. © 30 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
Conclusion
De nos jours, les conditions de vie d’un individu sont le reflet de sa santé et de son bien être. Ainsi, de nombreux facteurs environnementaux sont à l’origine de l’appariation de troubles et dérèglements affectant l’organisme à des niveaux macroscopiques, tissulaires, cellulaires et moléculaires. Chez l’homme, la peau représente une interface avec la société. Cet organe doit continuellement faire face à des facteurs exogènes susceptibles de porter atteinte à son intégrité et par conséquent à celle de l’organisme. Le vieillissement cutané est un processus physiologique irréversible qui affecte cet organe. Ce dernier peut être accéléré par le stress oxydant, médié par les radicaux libres. L’organisme a la capacité de lutter contre cette perte d’intégrité, par l’intermédiaire des antioxydants. Un apport exogène de ces molécules, garantit à la peau un soutient et un accroissement de l’efficacité de ses fonctions de défense. La richesse du Curcuma longa, en composés actifs comme la curcumine, fait de cette espèce végétale d’origine asiatique, une source exogène de puissants antioxydants. La curcumine possède la capacité de neutraliser les radicaux libres et d’inhiber leurs effets délétères sur la peau. En régulant ainsi négativement le stress oxydant, la curcumine participe activement au processus d’atténuation du vieillissement cutané et donc à la santé et vitalité de la peau. La curcumine représente aujourd’hui une molécule d’intérêt pour la cosmétique anti-­‐âge. Progressivement, les industriels et les marques tentent d’intégrer cette molécule active dans leurs formules pour répondre aux désirs de jeunesse des consommateurs et consommatrices. Cependant, la faible biodisponibilité de la curcumine contraint les formulateurs à la coupler à des excipients pour faciliter son assimilation. La difficulté réside dans la création d’associations compatibles, efficaces et surtout saines. De nombreuses études sont actuellement menées pour tenter d’optimiser deux paramètres pharmacocinétiques fondamentaux : la distribution de la curcumine à travers un tissus cutané stratifié et, sa libération au niveau de ses sites d’actions. Véritable reflet de soi et de sa personnalité, le corps représente aujourd’hui un moyen d’appartenance à une société, qui se doit d’être entretenu, respecté et magnifié. Ces recherches répondent donc à une demande et un besoin croissant de la population mondiale à retarder ou, tout du moins, atténuer les effets du temps qui passe, sur la peau. © 31 SAVINA Pierre-­‐Synthèse Bibliographique en Biologie et Biotechnologie–Master Biologie-­‐Gestion-­‐ 2013/2014 Le Curcuma, un agent naturel de lutte contre le vieillissement cutané
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