Glycation, réaction de Maillard, vieillissement, maladies et alimentation [1/3]

Quel est le lien entre tout ça ?

Publié le 08/09/20.

Cet article est assez théorique et aborde la réaction de Maillard dans son ensemble (définition, produits formés, impacts sur la santé, etc.). Si vous souhaitez aller directement aux conseils pratiques, rendez-vous dans mon troisième article !

1 – Qu’est-ce que la réaction de Maillard ?

De nombreuses réactions chimiques se produisent lors de la transformation des aliments. Une part importante de ces réactions est regroupée sous le nom de réaction de Maillard, aussi appelée glycation. Cette réaction a été mise en évidence par Louis-Camille Maillard, un médecin chimiste français qui a réalisé de nombreuses études sur la structure des protéines au début des années 1900.

La réaction de Maillard nécessite de mettre en présence des protéines, des sucres et un peu d’eau. Elle se produit relativement lentement à basse température, et s’accélère sous l’action de la chaleur (la réaction est rapide à 100°C et violente à 150°C).

Cette réaction lie de manière covalente des acides aminés à des sucres réducteurs [1].

Quelques remarques :

• les acides aminées sont les éléments de base constituant les protéines ;
• la liaison covalente est un type de liaison chimique particulier ;
• le terme « glycation » est plutôt employé dans le domaine de la biologie-santé, alors que le terme « réaction de Maillard » est plutôt employé en nutrition (j’utilise les deux termes dans mes articles) ;
•  le terme sucre réducteur caractérise certains sucres sur la base de leur propriétés chimiques. Les sucres réducteurs les plus courants dans les aliments sont le glucose et le fructose, et dans une moindre mesure le lactose et le galactose ;
• Les produits de la réaction de Maillard sont appelés « Produits de Maillard » en français, ou « MRPs », c’est à dire « Maillard Reaction Products » en anglais. Ce terme comprend tous les produits issus de la réaction de Maillard (intermédiaires et finaux) ;
• Le terme « Produits Finaux de la Glycation » en français, ou « AGEs », c’est à dire « Advanced Glycation End-products » en anglais, désigne les produits finaux de la réaction de Maillard.

Nous allons nous intéresser aux MRPs et aux AGEs tout au long de l’article. Pour plus de praticité, je reprendrai les acronymes MRPs et AGEs.

Hormis les arômes et les couleurs que la réaction de Maillard produit dans les aliments (qui sont plutôt désirés !), certains des composés formés lors de cette réaction sont nocifs. C’est  le cas de l’acrylamide par exemple [1].

Avant de se pencher sur le lien entre MRPs alimentaires et santé humaine, nous allons regarder quels sont les composés formés pendant la réaction de Maillard, puis nous verrons quelles sont les conséquences des AGEs dans le corps.

2 – Quels sont les composés formés lors de la réaction de Maillard ?

Les MRPs se forment dans la nature, dans l’organisme, ou lors de la préparation d’aliments [2]. Ils forment un groupe complexe de diverses molécules.

Les AGEs peuvent être aussi bien d’origine endogène, c’est-à-dire crées dans le corps lorsque les conditions sont favorables, ou d’origine exogène, c’est à dire provenant de l’extérieur (tabac, alimentation, pollutions) [1].

Ils se retrouvent presque partout dans les tissus et organes humains. Leur concentration dans les tissus augmente avec l’âge et est liée avec certaines maladies [3].

Le paragraphe suivant est technique (chimie), passez votre chemin si cela ne vous intéresse pas !

Les AGEs résultent d’une réaction non enzymatique qui condense la fonction réductrice d’un sucre (par exemple le glucose) avec un groupe amine (-NH2) d’un acide aminé libre ou d’une protéine. Ils forment alors une base de Schiff (un type de molécule particulier).

À la suite de cette première étape, un réarrangement moléculaire a lieu : cette base de Schiff (peu stable) se réarrange en cétoamine appelée produit d’Amadori. Ce composé relativement stable peut subir d’autres réaction par la suite, telles qu’une oxydation ou une déshydratation, ce qui donne lieu à différents AGEs [2] [3].

Pour résumer:

3 – Les AGEs dans le corps : l’impact de la glycation sur la santé

Dans  le  domaine  de  la  biologie-santé,  beaucoup  de  travaux  de  recherches  fondamentales  ou  cliniques  ont  étudié les effets délétères des produits de glycation endogènes (c’est-à-dire les AGEs crées dans le corps).

Quels sont leurs impacts ? Par quels mécanismes agissent-ils dans le corps humain ? C’est ce que nous allons tenter de comprendre.

3.1) Les AGEs endogènes et les maladies

Le faible pourcentage d’acides aminés modifiés par la glycation dans l’organisme a provoqué des doutes quant au rôle de cette réaction dans les manifestations cliniques du vieillissement. Parmi ces manifestations on trouve le durcissement des artères et des articulations, la perte d’élasticité de la peau, la cataracte, etc.

Cependant, le fait que la majorité des AGEs restent à être identifiés in vivo, et parce que des études récentes révèlent tout juste des informations nouvelles sur les interactions entre AGEs et récepteurs cellulaires, le rôle direct des AGEs dans le vieillissement et les maladies chroniques reste une question débattue. S’ils ne sont pas les coupables principaux agissant dans le processus du vieillissement, les produits de glycation jouent au moins un rôle clé dans les dégâts causés [4].

– Les AGEs, le vieillissement et les maladies

Au fil des années, les produits de la réaction de Maillard s’accumulent dans les protéines des tissus humain [4]. C’est pourquoi leur concentration dans les tissus augmente avec l’âge [3] [5].

A l’heure actuelle, les AGEs présents dans le corps sont associés à un grand nombre de pathologies.

Les preuves scientifiques montrent en effet qu’ils jouent un rôle physiopathologique fondamental dans le cas des maladies métaboliques et des maladies dues au vieillissement.

Des études épidémiologiques récentes montrent notamment que des taux d’AGEs circulants élevés sont associés au diabète [7], à l’insuffisance rénale [7], aux maladies cardio-vasculaires [1] [3] [7], à la rigidité artérielle [6] [7], à l’anémie [7], à la dégénérescence maculaire liée à l’âge [7], aux fractures osseuses [7], à une faiblesse musculaire et à une performance physique faible [7] [6], mais aussi aux maladies d’Alzheimer, de Parkinson et la démence [8].

Remarques :

• le terme physiopathologique désigne les troubles fonctionnels engendrés par une maladie ;
• les études épidémiologiques étudient les rapports entre plusieurs facteurs et les maladies ;
• les reins jouant un rôle fondamental dans le métabolisme et l’élimination de certains MRPs [1], l’accumulation d’AGEs est encore plus rapide chez les patients atteints d’insuffisance rénale [4] ;
• les AGEs en excès pourraient réduire la sensibilité à l’insuline. Une étude a montré qu’un régime pauvre en AGEs améliore de façon significative la sensibilité à l’insuline de sujets sains en surpoids ou obèses [9].

La figure suivante présente les voies possibles d’action des AGEs dans différents tissus du corps (liste non exhaustive !).

Figure 4 : modèle conceptuel de l’impact de l’accumulation des AGEs dans certains tissus [7].

Au  niveau  de  la  peau,  la  glycation  est  impliquée  dans  le  vieillissement  qui  est  un  processus multifactoriel et affecte, directement et indirectement, à la fois les cellules, leur synthèse et l’organisation de la matrice. Les AGEs ont aussi un impact négatif sur la cicatrisation (voir le point 3.3 ci-dessous) [10].

Il est suggéré à l’heure actuelle que l’accumulation d’AGEs accélère le déclin qui s’opère lors du vieillissement [7]. La glycation est d’ailleurs aujourd’hui proposée comme théorie du vieillissement au sein de la communauté scientifique. Elle côtoie une deuxième théorie : celle des radicaux libres. Ces deux théories du vieillissement ne sont pas opposées. Bien au contraire. Elles devraient être plutôt considérées comme une seule théorie (the « glycation-free radical theory of aging ») [4].

– Autres effets

Il a été suggéré récemment que les AGEs dans les aliments augmentent l’appétit et l’apport énergétique quotidien à cause du côté « succulent » et stimulateur des récepteurs sensoriels des MRPs. Cela favoriserait la prise de poids. Cependant plus de recherches doivent être réalisées [5] [11].

Témoignage : personnellement, je ne consomme quasiment plus de produits cuits à haute température depuis plusieurs années. J’en mange uniquement de temps en temps, pour le plaisir (pain cuit au feu de bois, granola, oléagineux grillés et surtout, mon pêché mignon : le chocolat noir). Je sens clairement leur côté un peu addictif, contrairement à des plats crus ou cuits à basse température. Je suis beaucoup plus enclin à écouter mon sentiment de satiété quand je mange des aliments peu transformés et non grillés !

– Conclusion

Même si beaucoup reste encore être étudié en ce qui concerne les rôles physiologiques et pathologiques des AGEs [4], il est aujourd’hui clair que les  AGEs  ont  des  effets  délétères  sur les différents organes du corps.

3.2) Plusieurs mécanismes d’action des AGEs possibles

Les études récente montrent que les AGEs affectent négativement toutes les cellules, tissus et organes [7]. Mais comment agissent-ils ?

Les AGEs peuvent agir de trois façons :

a) Modification de la structure des protéines

Les protéines extra et intra-cellulaires sont perturbées dans leur fonctionnement car les AGEs modifient leur structure, via une réticulation (= branchement de grosses molécules entre elles).

Par exemple, les AGEs qui se réticulent aux protéines de collagène ou à d’autres protéines augmentent ainsi la raideur des tissus tels que les artères, le cœur, les os et les muscles [7]. La glycation peut provoquer l’opacification du cristallin en induisant des réactions réticulant les protéines [2].

b) Libération de médiateurs pathogènes via la liaison aux récepteurs RAGE

Les AGEs contribueraient à l’inflammation et aux dégâts dans les tissus à travers leur fixation sur les récepteurs « RAGE » [7].

Cette liaison AGE-récepteur conduit à :

• la production de cytokines proinflammatoires [7] [2]. ;
• la libération de radicaux libres [7] ;
• l’expression de molécules d’adhérence [7] [2]. ;
• l’enclenchement d’une activité procoagulante [2]. ;
• l’augmentation de la perméabilité vasculaire [2]. ;
• la production de facteurs de croissance (la rétinopathie diabétique regroupe des lésions de la rétine caractéristiques chez des personnes ayant un diabète sucré depuis plusieurs années ; elle est liée à une sécrétion exagérée de facteur de croissance vasculaire) ;

Cette liaison entre les AGEs de haut poids moléculaire et les récepteurs RAGE est considérée actuellement comme le mécanisme principal dans le processus inflammatoire et la libération de radicaux libres dû aux AGEs [11] [2].

c) Les dépôts

Les dépôts AGEs qui « encrassent » les organes peuvent perturber leur fonctionnement.

Tous ces facteurs suggèrent que les AGEs pourraient être un élément déclencheur d’une cascade de réactions impliquées dans la manifestation de diverses maladies.

3.3) Deux exemples détaillés : l’impact des AGEs dans le corps sur la cicatrisation et l’inflammation

– L’impact des AGEs dans le corps sur la cicatrisation

Des taux d’AGEs élevés sont associés à la pathogénèse de diverses maladies ainsi qu’à un retard de cicatrisation chez les patients diabétiques. Ce dernier point n’est pas étonnant car la formation d’AGEs s’accélère lors de conditions hyperglycémiques (excès de sucre dans le sang).

Des taux élevés d’AGEs peuvent entraîner une mauvaise cicatrisation via de nombreux mécanismes :

• le stress oxydatif ;
• les changements structuraux et fonctionnels des protéines importantes pour la cicatrisation ;
• une augmentation de la réponse inflammatoire ;
• la possible exagération de l’apoptose des cellules nécessaires à la cicatrisation [10].

Remarques :

• La pathogénèse est le processus responsable du déclenchement et du développement d’une maladie donnée.
• L’apoptose est la mort naturelle des cellules. Ce phénomène joue un rôle important dans le fonctionnement normal des tissus et notamment dans la guérison des blessures (elle joue un rôle dans la réponse inflammatoire et la formation des tissus cicatriciels). Une apoptose anormale affecte la guérison des blessures et conduit à une guérison plus lente [10].

– L’impact des AGEs dans le corps sur l’inflammation de bas grade

L’inflammation est une réponse du système immunitaire en présence de stimuli dangereux tels que pathogènes (microbes), toxines, cellules endommagées, etc. Elle est utile en temps de « crise », pour que l’organisme puisse se défendre.

L’inflammation chronique est quant à elle une réponse inadaptée qui se produit lorsque les signaux et les processus inflammatoires restent non régulés dans le corps, ce qui entraîne encore plus de dégâts, de stress et éventuellement la maladie.

L’inflammation chronique de bas grade est caractérisée par des niveaux de marqueurs inflammatoires élevés et des cellule immunitaires activées. Elle est souvent observée chez les individus qui ont des maladies telles que l’obésité, le syndrome métabolique, le diabète et la maladie cardiovasculaire.

Les études sur les animaux montrent qu’un régime pauvre en AGEs induit une diminution de l’inflammation de bas-grade et une augmentation de l’activité antioxydante (protectrice) [11]. Les preuves actuelles concernant l’humain sont quant à elles moins tranchées.

Malgré certaines questions non résolues quant à l’impact précis des AGEs sur le corps humain, les scientifiques pensent que l’exposition persistante aux AGEs et aux produits finaux de la lipoxydation (oxydation des lipides), qu’ils soient endogènes ou exogènes, contribue à l’apparition et la progression de diverses maladies chroniques associées à l’activation des cellules immunitaires et l’inflammation de bas grade. Ces maladies incluent les diabètes de types 1 et 2, les maladies neurodégénératives, les allergies, les stéatohépatites (inflammations du foie) non alcooliques, l’asthme, les maladies inflammatoires intestinales, les maladies rénales et certains cancers.

Bon à savoir : la perméabilité intestinale est un sujet qui fait beaucoup parler de lui aujourd’hui. En plus d’entraîner une mauvaise assimilation des nutriments, elle laisse passer des AGEs ainsi que d’autres composés toxiques dans la circulation, ce qui active les réactions immunitaires et amplifie les signaux inflammatoires dans tout le corps [11].

En conclusion

La question de savoir si l’accumulation des AGEs dans les tissus est une conséquence de certains désordres métaboliques et chimiques ou si elle est responsables de certaines maladies et des troubles associés est encore débattue à l’heure actuelle au sein de la communauté scientifique.

Cependant, les données s’accumulent depuis 20 ans démontrant de façon de plus en plus convaincante le rôle physiopathologique des AGEs par rapport aux maladies métaboliques et aux maladies liées au vieillissement [3]. L’accumulation des AGEs dans les organes est clairement associée aux complications du diabète, de l’insuffisance rénale, des maladies métaboliques et des maladies dégénératives.

Puisque l’accumulation des AGEs dans le corps humain est progressif tout au long de la vie, une action préventive contre la glycation à travers une approche diététique ou une supplémentations en certains micronutriments  pourrait être efficace [3].

Qu’en est-il réellement ? Où en est la recherche par rapport à ce sujet ? Quelles les sources alimentaires principales de MRPs ? C’est la question abordée dans le deuxième article !

Si vous souhaitez aller directement aux conseils pratiques (comment limiter l’accumulation d’AGEs dans le corps), rendez-vous sur mon troisième article !

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Je suis là pour répondre à vos questions 🙂

Estelle.

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Bibliographie :

[1] Tessier, Frederic & Birlouez-Aragon, Inès. (2010). Health effects of dietary Maillard reaction products: The results of ICARE and other studies. Amino acids. 42. pp.1119-31. https://doi.org/10.1007/s00726-010-0776-z .

[2] M.-P.Wautier, F.J.Tessier, J.-L.Wautier. (2014). Les produits de glycation avancée : un risque pour la santé humaine, Annales Pharmaceutiques Françaises, Volume 72, Issue 6, pp.400-408.

[3] Axel Guilbaud, Céline Niquet-Leridon, Eric Boulanger and Frederic J. Tessier. (2016). How Can Diet Affect the Accumulation of Advanced Glycation End-Products in the Human Body ?, Foods.

[4] F.J. Tessier. (2010). La réaction de Maillard dans le corps humain. Découvertes majeures et facteurs qui affectent la glycation. Pathologie Biologie. 58. pp.214–219

[5] Nicole J. Kellow, Melinda T. Coughlan, Christopher M. Reid. (2018). Association between habitual dietary and lifestyle behaviours  and skin autofluorescence (SAF), a marker of tissue accumulation of advanced glycation endproducts (AGEs), in healthy adults. European Journal of Nutrition. 57. pp.2209–2216. https://doi.org/10.1007/s00394-017-1495-y .

[6] Wautier  M-P.,  Wautier  J-L.  (2015). Advanced  glycation  end  products  and  retinal  vascular  lesions  in  diabetes  mellitus. Journal of Endocrinology and Diabetes. 2 (1). pp.1034.

[7] Richard D. Semba, 1  Emily J. Nicklett and Luigi Ferrucci. (2010). Does Accumulation of Advanced Glycation End Products Contribute to the Aging Phenotype ?. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 65A(9). pp.963–975.

[8] Cepas V, Collino M, Mayo JC, Sainz RM. (2020). Redox Signaling and Advanced Glycation Endproducts (AGEs) in Diet-Related Diseases. Antioxidants (Basel). 9(2). pp.142. https://doi.org/10.3390/antiox9020142 .

[9]. Barbora de Courten, Maximilian PJ de Courten, Georgia Soldatos, Sonia L Dougherty, Nora Straznicky, Markus Schlaich, Karly C Sourris, Vibhasha Chand, Jean LJM Scheijen, Bronwyn A Kingwell, Mark E Cooper, Casper G Schalkwijk, Karen Z Walker, and Josephine M Forbes. (2016). Diet low in advanced glycation end products increases insulin sensitivity in healthy overweight individuals: a double-blind, randomized, crossover trial. American Journal of Clinical Nutrition. Vol103, Issue 6. pp.1426–1433. https://doi.org/10.3945/ajcn.115.125427 .

[10] Shaikh-Kader, Asma & Houreld, Nicolette & Rajendran, Naresh Kumar & Abrahamse, Heidi. (2019). The link between advanced glycation end products and apoptosis in delayed wound healing. Cell Biochemistry and Function. 37. https://doi.org/10.1002/cbf.3424 .

[11] Nicole J. Kellow and Melinda T. Coughlan. (2015). Effect of diet-derived advanced glycation end products on inflammation, Nutrition Reviews.

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