La résistance à l’insuline est une caractéristique du diabète de type 2 et joue un rôle majeur dans la pathogenèse de cette maladie. Bien que les acides gras circulants, dont les concentrations sont fortement augmentées dans le diabète de type 2, jouent un rôle important dans son développement, ils ne sont pas directement impliqués contrairement à certains de leurs dérivés métaboliques tels que les céramides. Cette revue décrit les dernières avancées concernant les céramides et autres sphingolipides en tant qu’acteurs majeurs dans le développement de la résistance à l’insuline.

Insulin resistance is a characteristic of type 2 diabetes and plays a major role in the pathogenesis of this disease. Although circulating fatty acids, which are greatly increased in type 2 diabetes, play an important role in its development, they are not directly involved, unlike some of their metabolic derivatives such as ceramides. This review describes the latest advances involving ceramides and other sphingolipids as major players in the development of insulin resistance.

# Introduction

L’insuline est une hormone anabolique majeure dont l’action est essentielle pour le développement approprié des tissus, la croissance, mais aussi le maintien de l’homéostasie glucidique. Cette hormone est secrétée par les cellules β du pancréas en réponse à des concentrations circulantes croissantes de glucose après un repas. L’insuline régule l’homéostasie glucidique en réduisant d’une part la production de glucose hépatique et en augmentant d’autre part le captage du glucose, principalement dans le muscle squelettique et le tissu adipeux. L’insuline joue aussi un rôle important dans le métabolisme lipidique en augmentant la synthèse lipidique dans le foie et les adipocytes, tout en réduisant la libération des acides gras du tissu adipeux [1].

La résistance de ces tissus à l’insuline survient quand cette dernière devient incapable de remplir cette tâche à une concentration normale, entraînant diverses complications métaboliques comme le diabète, l’hypertension, l’athérosclérose et les maladies cardiovasculaires [2]. De nombreuse études ont révélé que ces complications physiopathologiques pouvaient être le résultat d’une accumulation lipidique inappropriée dans le muscle, le foie, et même par la suite dans le tissu adipeux (quand les cellules adipeuses deviennent surchargées en lipides durant l’obésité et que leur capacité de détoxification lipidique n’est plus suffisante), altérant ainsi leurs fonctions (phénomène de lipotoxicité) [3]. Des travaux ont mis en évidence qu’une augmentation de la quantité de lipides dans les tissus périphériques pouvait causer un phénomène d’insulinorésistance en induisant l’accumulation de molécules de signalisation intracellulaire capable d’inhiber l’action de l’insuline [3]. Plus précisément, de plus en plus de preuves argumentent l’hypothèse qu’une augmentation de la synthèse à partir des acides gras saturés d’un dérivé lipidique particulier appelé céramide soit un facteur majeur dans le développement de la résistance à l’insuline induite par une surabondance lipidique. En effet, de nombreuses études ont montré des corrélations positives entre l’augmentation des céramides circulants et tissulaires et la perte de sensibilité à l’insuline de ces tissus [4]. De plus, l’implication des céramides dans le développement de la résistance à l’insuline des tissus a été confirmée en inhibant leur synthèse aussi bien par voie pharmacologique que génétique [5,6].

Ces faits établis, la question suivante était de savoir par quel(s) mécanisme(s) les céramides agissent-elles pour inhiber la sensibilité à l’insuline des tissus périphériques ?

# Céramides et résistance à l’insuline

## Aperçu du métabolisme des céramides

Les céramides sont composées d’un squelette de sphingosine couplé à des chaînes d’acides gras de longueurs variables via une liaison amide [7]. Les céramides sont des lipides cruciaux impliqués dans de nombreux processus tels que la régulation de l’apoptose, la différenciation cellulaire et la signalisation de l’insuline [3]. Plusieurs voies métaboliques convergent pour produire des céramides (figure 1
                        ) :
                           
                              •
                              la voie de la sphingomyélinase qui utilise la sphingomyéline pour produire des céramides (activée par des signaux de stress comme l’inflammation, les cytokines, etc.) ;
                           
                           
                              •
                              la voie de recyclage des sphingolipides dégradés dans les lysosomes ;
                           
                           
                              •
                              la voie de synthèse de novo à partir d’acides gras saturés (palmitate) qui a lieu dans le réticulum endoplasmique (RE) [8].

La voie de synthèse de novo des céramides (figure 1), localisée dans le RE, s’avère être la principale voie de synthèse dans des conditions d’obésité et d’excès lipidique [5]. Elle implique 3 enzymes clefs, à savoir : 1/ la sérine palmitoyl transférase (SPT) qui est l’enzyme limitante de cette voie et qui catalyse la condensation d’une L-sérine avec un palmitoyl-CoA ; 2/ une famille de céramides synthases (CerS) qui catalysent l’acylation de la dihydrosphingosine par la céramide synthase (CerS). Chez les mammifères, six isoformes de CerS sont exprimés et sont connus pour ajouter une chaîne d’acyl-CoA de longueur variable (C14-C32) à la dihydrosphingosine pour donner les dihydrocéramides [8] ; 3/ enfin la dyhydrocéramide désaturase 1 (DES1) qui catalyse la désaturation des différentes espèces de dihydrocéramides en espèces de céramides [9]. Plusieurs études ont montré que, selon la longueur de leur chaîne d’acides gras, les différentes espèces de céramides peuvent exercer différentes fonctions dans les cellules [9].

## Céramides, marqueurs de l’insulinorésistance et du diabète

Dans le foie, Yki-Järvinen et ses collègues ont constaté que les concentrations des espèces de C16-, C18-, C20-, C22- et C24:1-céramides corrélaient avec la résistance à l’insuline, indépendamment des triglycérides hépatiques et du poids corporel [10]. De même, dans le tissu adipeux, toujours l’équipe d’Yki-Järvinen a montré une corrélation entre les concentrations de céramides et la résistance à l’insuline, indépendamment de l’obésité [11]. Enfin, dans le muscle squelettique, des corrélations positives ont aussi été identifiées entre les concentrations de céramides musculaires et la résistance à l’insuline [12].

De manière intéressante, de fortes associations entre les céramides circulants, la résistance à l’insuline et le diabète de type 2 (DT2) ont été mises en évidence dans des études [13]. De plus, des études longitudinales montrent que les concentrations de certains sphingolipides circulants (comme les dihydrocéramides, espèce sphingolipidique précurseur des céramides, voir figure 1) augmentent significativement au début de la progression de la maladie et pourraient donc servir de biomarqueurs prédictifs de la maladie [14].

## Implication des céramides dans l’induction de l’insulinorésistance

Plusieurs études interventionnelles explorant l’implication des sphingolipides dans les troubles métaboliques ont été réalisées en utilisant la myriocine, un inhibiteur irréversible de la SPT (figure 1). Chez les rongeurs, un traitement chronique avec de la myriocine a permis de prévenir et/ou d’inverser la résistance à l’insuline [15] et le DT2 [16] des animaux.

Dans un contexte d’obésité, un rôle principalement délétère des espèces de céramides telles que les C16-/C18-céramides produites de novo dans les tissus au cours de la progression du DT2 a été bien établi, alors que les espèces C22-, C24:1- et C24-céramides seraient plutôt considérées comme des céramides exerçant des actions positives et protectrices dans les cellules. En effet, la délétion spécifique du gène codant pour une sous-unité de la SPT dans le tissu adipeux [17], la délétion dans l’animal entier du gène codant pour CerS6 (impliqué dans la synthèse des C16-céramides) [18,19] ou CerS1 (responsable de la synthèse des C18-céramides) [20], améliore la sensibilité à l’insuline chez les souris nourries avec un régime gras. À l’opposé, l’inhibition du gène codant pour CerS2 (impliqué dans la synthèse des céramides à très longue chaîne [C22/C24/C24:1]), confère une susceptibilité à la résistance à l’insuline induite par le régime gras [21,22].

## Mécanismes impliqués dans l’induction par les céramides d’une résistance à l’insuline tissulaire

Très vite, un consensus relatif est apparu pour dire qu’une protéine appelée Akt et qui joue un rôle crucial dans la propagation du signal insulinique [23], est la cible privilégiée des céramides. En effet, des défauts d’activation de cette protéine en présence de céramides ont été observés dans de nombreux types cellulaires comme les adipocytes blancs et bruns, les muscles squelettiques et lisses, les cellules mammaires et les cellules neuronales [23]. Dans certaines cellules, l’action des céramides est d’activer une phosphatase, PP2A, qui déphosphoryle directement Akt après sa phosphorylation en réponse à l’insuline [24] (figure 2
                        ). Cependant, dans les cellules musculaires et adipocytaires, il a été montré que les céramides inhibent rapidement Akt par un mécanisme n’impliquant pas PP2A [8]. En effet, dans ces cellules, les céramides bloquent la translocation d’Akt vers la membrane plasmique, empêchant ainsi son activation par l’insuline [8]. Puisque les céramides n’agissent pas directement sur Akt (pas d’interaction), ou sur les protéines de la cascade insulinique en amont [8], ces lipides agissent sur Akt via une protéine appartenant à une autre famille de kinases et appelée Protéine Kinase C ζ (PKCζ). En effet, les céramides activent la PKCζ qui interagit et phosphoryle Akt sur thréonine (Thr34), empêchant cette dernière d’être recrutée à la membrane des cellules pour y être activée [5,8] (figure 2).

Les études décrites plus haut ont montré que les céramides inhibent très rapidement la voie de signalisation insulinique en agissant sur Akt. Cependant, in vivo, les cellules exposées à des quantités importantes d’acides gras produisent des céramides de façon chronique, et il a été montré que l’insulinorésistance musculaire in vivo est associée à une diminution de l’activité d’Akt, mais également à une diminution de l’activité de l’Insulin Receptor Substrate 1 (IRS-1) en réponse à l’insuline [25]. Ces données suggèrent donc que les céramides peuvent avoir deux effets : un effet à court terme sur Akt et un effet à plus long terme sur IRS-1. Il a été montré qu’à long terme, les céramides inhibent IRS-1 via l’activation de la voie double-stranded RNA-dependent protein kinase (PKR)/Jun-kinase [26] (figure 2).

Dans le foie, l’implication des céramides comme inducteurs majeurs de l’insulinorésistance est encore sujet à débat. Des études réalisées in vivo chez la souris dans lesquelles l’expression hépatique de CerS6 (enzyme impliquée dans la synthèse des C16-céramides) a été invalidé, montre une implication des C16-céramides dans insulinorésistance hépatique [18,19]. Cette observation a été confirmé par l’équipe de Summers [21]. Cependant, ces données ont été mises en question par d’autres études montrant une implication privilégiée des diacyl-glycérols dans l’établissement de l’insulinorésistance hépatique, au moins à court terme [27,28].

# Dérivés lipidiques des céramides et résistance à l’insuline

Les céramides synthétisés dans le RE sont immédiatement transportés par des transporteurs spécifiques dans l’appareil de Golgi pour générer d’autres sphingolipides comme la sphingomyéline, les glycosphingolipides, la céramide-1-phosphate et la sphingosine-1-phosphate (S1P).

Les quelques études qui ont invalidé chez la souris certaines enzymes impliquées dans la voie de synthèse des glycosylsphingolipides ou du céramide-1-phosphate ont montré une amélioration notable de la réponse insulinique des animaux mis sous régime gras (résumé dans [5]). À l’opposé, l’inhibition de la conversion des céramides en sphingomyéline induit une augmentation des concentrations intracellulaires de céramides et une altération de la signalisation insulinique. De plus, une étude métabolomique a montré que des concentrations réduites de l’espèce C16:1-sphingomyéline circulante est prédictif du DT2 [5].

Concernant la S1P, les données de la littérature sont controversées. En effet, les modèles génétiques qui ont été développés (invalidation ou surexpression globale de l’enzyme qui produit la S1P) ont conduit à des résultats très contradictoires sur le rôle de la S1P dans le contrôle de la sensibilité à l’insuline [29]. De plus, ces études ne prennent pas en compte le rôle de signalisation inter-organe que pourrait avoir la S1P puisque des récepteurs à la S1P sont présents à la surface de la plupart des cellules [30].

# Conclusion

De nombreuses études ont montré l’influence négative des céramides sur la voie de signalisation de l’insuline qui régule l’homéostasie glucidique des cellules. Néanmoins, il ne faut pas oublier que les phénomènes de résistance à l’insuline des tissus périphériques sont le résultat d’actions négatives multiples et distinctes qui s’additionnent pour arriver au phénotype. Toutefois, décrypter les mécanismes d’action de ces métabolites lipidiques que sont les céramides permettra peut-être dans le futur d’identifier des molécules pouvant être utilisées comme cible thérapeutique pour combattre la résistance à l’insuline des tissus périphériques.
                        
                           
                              Les points essentiels
                           
                           
                              
                                 
                                    
                                       
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                                          L’obésité conduit à l’accumulation des acides gras saturés en excès dans les tissus insulino-sensibles où ils sont en partie métabolisés en dérivés sphingolipidiques tels que les céramides.
                                       
                                       
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                                          Les céramides sont des lipides responsables de l’inhibition de la voie de signalisation de l’insuline.
                                       
                                       
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                                          Les C16-/C18-céramides produits de novo dans les tissus au cours de la progression du DT2 jouent un rôle principalement délétère sur la voie de signalisation insulinique.
                                       
                                       
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                                          Les céramides ciblent négativement Akt ou IRS-1 par différents mécanismes.
                                       
                                       
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                                          Les décryptages des mécanismes d’action des céramides permettront d’identifier des molécules pouvant être utilisées comme cible thérapeutique pour combattre la résistance à l’insuline des tissus périphériques.

# Financements

Ce travail a été soutenu par l’Inserm, Sorbonne université et la Société francophone du diabète (SFD).