Effet de l'alcool sur le rythme circadien

L’horloge biologique des animaux permet une régulation cyclique journalière de plusieurs processus biologiques, créant ce qui est appelé le rythme circadien. Cette régulation est rendue possible grâce à un ensemble d’interactions à la fois fragiles et complexes entre l’expression de divers gènes et l’activité de plusieurs protéines spécifiques[1]. La prise de l’alcool peut grandement perturber ces mécanismes de régulation, en causant plusieurs effets perceptibles sur les rythmes générés par l’horloge biologique et les activités qui en dépendent. Cela implique plusieurs conséquences au niveau de la régulation de l’expression des gènes de la réponse photosensitive[2], de la température corporelle[3], du cycle hormonal[4], du développement[5] et du système immunitaire[6].

L'effet de la prise d'alcool sur l'activité de l'horloge circadienne

Altération sur la température du corps et le sommeil

La prise d’alcool a une influence sur la température corporelle et le sommeil. En effet il a un effet hypothermique pendant le jour et un effet hyperthermique la nuit ce qui cause une diminution 43 % de l'amplitude du rythme circadien de la température. Cela pourrait expliquer en partie les désordres de l’humeur et du sommeil observés chez les patients alcooliques[7]. De plus, l’alcool est un agent de désynchronisation qui entraîne également chez les patients alcools-dépendants, un retard de phase du rythme circadien de la mélatonine, hormone impliquée dans le sommeil[8]. Cependant, ce retard de phase n’est pas observé chez des personnes saines ingérant de l'alcool[9].

Altération de la réponse photosensible

Normalement, le cycle circadien possède la capacité de s’ajuster en fonction des stimulus externes tels que la lumière. Cela permet à l’organisme de pouvoir synchroniser les activités biologiques en fonction des évènements de l’environnement externe[10]. Cette capacité est cependant compromise par une prise soutenue d’alcool. Chez les rats placés dans l'obscurité, une impulsion lumineuse vers la fin de la nuit subjective provoque une avance de phase du cycle circadien, comme attendu. Cependant, les rats qui sont sous l’effet de l’alcool sont incapables de répondre à l’effet de l’impulsion lumineuse, et aucune modification de phase n’est observée après avoir reçu l’impulsion lumineuse[2]. Cela indique que la réponse à la lumière qui permet l’ajustement du cycle circadien, est compromise par la prise de l’alcool.

Altération du rythme circadien du cortisol

Dans des conditions physiologiques normales, le cycle de sécrétion du cortisol est en antiphase avec celui de la mélatonine. Ces deux hormones sont impliquées dans la régulation de l’horloge circadienne. Or la consommation d’alcool stimule le système sympathique et l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien. Ainsi les personnes dépendantes possèdent une activation chronique de cet axe entrainant la disparition du rythme circadien de la sécrétion de cortisol ce qui altère l’horloge circadienne[11].

Altération de l'horloge à long terme après une prise d'alcool pendant le développement

Consommation d'alcool pendant la période du développement cérébral

Il a été démontré, chez les mammifères, que l’exposition à l’alcool pendant la période du développement cérébral rapide, affecte la photopériode et produit des changements de phase du rythme circadien dans des comportements journaliers, et ce, durant le restant de la vie de l’individu. Les altérations se jouent en fait au niveau du taux et du moment de l’expression de gènes de l’horloge. En effet, la prise d’alcool au cours de la poussée de croissance du cerveau modifie la régulation circadienne de certains gènes exprimés dans les noyaux suprachiasmatiques (SCN), le cervelet, ainsi que le foie. Parmi ces gènes: les gènes périodes, Per1 et Per2, le gène cytochrome, Cry1, et Bmal1, qui produit une protéine faisant partie du complexe qui régule la majorité des gènes de l’horloge. En condition normale du développement cérébral, Per2 et Cry1 sont plus fortement exprimés pendant la période d’inactivité (soit la nuit pour un animal diurne et le jour pour un animal nocturne). Cependant avec une exposition à l’alcool durant le développement cérébral rapide, Per2 est exprimé en moins grande quantité et durant la période d’activité en même temps que Cry1[5]. De plus, Bmal1, normalement exprimé pendant la période d’activité, se retrouve exprimé en période d’inactivité chez les individus ayant été exposés à l’alcool. Les protéines induites par Per1 et 2 ainsi que par Cry1 ont des rôles similaires dans la rythmicité. Une délétion ou une mauvaise expression de leurs gènes implique un rythme circadien défaillant. De plus celles-ci forment ensemble les complexes nécessaires au rétrocontrôle négatif qui manipule les transcriptions des gènes de l’horloge[12]. 

Exposition prénatale à l'alcool

Chez l’humain, les individus ayant été exposé à l’alcool en période prénatale ont démontré des défaillances dans certaines caractéristiques type de l’horloge circadienne, des années après leurs naissances, tels que d’importantes perturbations dans le cycle éveil-sommeil- rêve ou encore une forte réponse au stress. Ceci est dû à une anomalie dans l’expression sous un rythme circadien de l’ARNm de la proopiomélanocortine codant le peptide β-endorphine au niveau de l’hypothalamus des individus adultes. La fonction circadienne des neurones β-endorphines, naturellement régulatrices de l’axe du stress, s’y trouve donc affectée et l’individus, même une fois adolescent ou adulte a de mauvaises réponses au stress et peut présenter des signes de dépression et de maladie mentale[13].

Effet de l'alcool sur le rythme circadien: conséquence pour le système immunitaire

La perturbation du cycle circadien par la prise d’alcool est à l’origine d’un risque plus élevé d’infections ainsi qu’une plus grande probabilité de développer un cancer sur le long terme[14]. Cela est dû à la perturbation des variations normales de la quantité de granzyme B, de la perforine et de l’interféron IFN-gamma, dont la quantité présente dans l’organisme à un moment donné de la journée dépend des activités de l’horloge biologique. En effet, la variation cyclique de ces protéines permet une régulation adéquate de l’activité des cellules tueuses naturelles (NK). Ces cellules NK sont capables de reconnaitre les cellules affectées par un pathogène ou un cancer en détectant des protéines caractéristiques de ces maladies sur la membrane cellulaire. Une fois une cellule anormale détectée, les cellules NK la détruisent en libérant des substances chimiques[15]. Cependant, lorsque la variation des substances régulatrices est anormale sous l’effet de l’alcool, les activités des cellules NK sont affectées et les cellules infectées ou cancéreuses auront une plus grande chance de subsister, ce qui augmente l’incidence et la gravité des maladies[2].

Les variations des gènes de l'horloge circadienne chez l'humain sont reliées avec la prise d'alcool

L’alcool au niveau neuronal modifie le modèle d’expression des gènes per dans le noyau suprachiasmatique. En particulier, les fonctions circadiennes des neurones contenant de la β- endorphine qui participent au contrôle du renforcement de l'alcool et deviennent perturbées après un apport régulier d'alcool. L’activité du gène per2 régule la consommation d’alcool en agissant sur le système glutamatergique grâce à des mécanismes de réabsorption du glutamate. De ce fait, il peut affecter une variété de processus physiologiques qui sont contrôlés par notre horloge interne. En effet excès de glutamate dans la fente synaptique est responsable d’un état hyperglutamatergique et peut entrainer un trouble du comportement. Un état hyper glutamatergique est notamment une des causes de la dépendance à l’alcool. Ainsi, les gènes Clock semblent être impliqués dans les mécanismes modulateurs communs des comportements associés à l'addiction aux drogues. Lorsque la fonction propre d'un gène circadien de l'horloge est modifiée, il existe une augmentation de la consommation d'alcool. L’augmentation de l'appétence à l'alcool chez les travailleurs de nuit et chez les pilotes d'avion peut ainsi être expliquée en partie[16].

Notes et références
  1. Albrecht, U. (2012). Timing to Perfection: The Biology of Central and Peripheral Circadian Clocks. Neuron, 74(2), 246–260. 
  2. Spanagel, R., Rosenwasser, A. M., Schumann, G., & Sarkar, D. K. (2005). Alcohol consumption and the body’s biological clock. Alcoholism-Clinical and Experimental Research, 29(8), 1550–1557.
  3. Wasielewski, J. A., & Holloway, F. A. (2001). Alcohol’s interactions with circadian rhythms -A focus on body temperature. Alcohol Research & Health, 25(2), 94–100.
  4. Adino B, Krebaum SR, Chandler PA, Ye W, Brown MB, Williams MJ. (2005). Dissection of hypothalamic-pituitary-adrenal axis pathology in 1-month-abstinent alcohol-dependent men, part 1: adrenocortical and pituitary glucocorticoid responsiveness. Alcohol Clin Exp Res, 29(4), 517-27. 
  5. Farnell, Y., Allen, G., Nahm, S., Neuendorff, N., West, J., Chen, W. & Earnest, D. (2008). Neonatal Alcohol Exposure Differentially Alters Clock Gene Oscillations Within the Suprachiasmatic Nucleus, Cerebellum, and Liver of Adult Rats, 32(3) 544-552. DOI: 10.1111/j.1530-0277. 2007. 00598.x
  6. Vajtay, T. J., St Thomas, J. J., Takacs, T. E., McGann, E. G., & Weber, E. T. (2017). Duration and timing of daily light exposure influence the rapid shifting of BALB/cJ mouse circadian locomotor rhythms. Physiology & Behavior, 179, 200–207
  7. Danel, T., Libersa C., Toitou Y. (2001). The effect of alcohol consumption on the circadian control of human core body temperature is time dependent. Amer. J. Physiol. 281(1), R52-R55.
  8. Danel T., Cottencin O., Tisserand L., Touitou Y. (2009). Inversion of melatonin circadian rhythm in chronic alcoholic patients, Preliminary study. Alcohol Alcoholism, 44(1), 42–45. doi: 10.1093/alcalc/agn091 
  9. Danel T., Toitou Y. (2006) Alcohol consumption does not affect melatonin circadian synchronization in healthy men. Alcohol Alcohol., 41(4), 386-390. doi: 10.1093/alcalc/agl036
  10. Vajtay, T. J., St Thomas, J. J., Takacs, T. E., McGann, E. G., & Weber, E. T. (2017). Duration and timing of daily light exposure influence the rapid shifting of BALB/cJ mouse circadian locomotor rhythms. Physiology & Behavior, 179, 200–207. 
  11. Adino B, Krebaum SR, Chandler PA, Ye W, Brown MB, Williams MJ. (2005). Dissection of hypothalamic-pituitary-adrenal axis pathology in 1-month-abstinent alcohol-dependent men, part 1: adrenocortical and pituitary glucocorticoid responsiveness. Alcohol Clin Exp Res, 29(4), 517-27. 
  12. Gumz, M. (2016). Circadian Clocks: Role in Health and Disease, 1re édition, Springer: Gainesville. p.19
  13. Ping Chen, C., Kuhn, P., Advis, J. & Sarkar, D. (2006). Prenatal ethanol exposure alters the expression of period genes governing the circadian function of β-endorphin neurons in the hypothalamus, 97(4) 1026-1033. doi : 10.1111/j.1471-4159. 2006. 03839.x
  14. Bovbjerg, D. H. (2003). Circadian disruption and cancer: Sleep and immune regulation. Brain Behavior and Immunity, 17, S48–S50.
  15. Reece, J., Urry, L., Cain, M., Wasserman, S., Minorsky, P., & Jackson, R. (2011). Campbell Biologie (4e édition). Québec, Canada: ERPI.  p. 1083
  16. Spanagel R, Pendyala G, Abarcor C, Zghoul T, Sanchis-Segura C, Magnone MC et al. (2005). The clock gene Per2 influences the glutamatergic system and modulates alcohol consumption. Nature Medecine, 11(1), 35-42. doi:10.1038/nm1163

Voir aussi

Articles connexes
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