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Effets bénéfiques d'un supplément riche en polyphénols de fraises et de canneberges sur la sensibilité à l’insuline et le profil de risque cardiométabolique chez des hommes et des femmes résistants à l'insuline Mémoire MARTINE PAQUETTE Maîtrise en nutrition Maître ès sciences (M.Sc.) Québec, Canada © Martine Paquette, 2015

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Effets bénéfiques d'un supplément riche en polyphénols de fraises et de canneberges sur la sensibilité à l’insuline et le profil

de risque cardiométabolique chez des hommes et des femmes résistants à l'insuline

Mémoire

MARTINE PAQUETTE

Maîtrise en nutrition Maître ès sciences (M.Sc.)

Québec, Canada

© Martine Paquette, 2015

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Résumé

Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un

supplément d’extraits riches en polyphénols provenant de fraises et de canneberges, sur la

sensibilité à l’insuline et sur divers marqueurs du métabolisme du glucose et de la santé

cardiométabolique d'hommes et de femmes en surpoids et résistants à l'insuline. Pour ce

faire, un total de 41 sujets ont consommé pendant 6 semaines un supplément liquide

fournissant 330 mg de polyphénols par jour ou un placebo. Un clamp hyperinsulinémique-

euglycémique ainsi qu’un test de tolérance au glucose ont été réalisés en pré et post-

intervention. Les résultats obtenus révèlent que la consommation régulière de polyphénols

de petits fruits peut améliorer la sensibilité à l’insuline périphérique et prévenir une hausse

de l’hyperinsulinémie compensatoire, ce qui représente ainsi une approche alternative

intéressante en vue d’améliorer le profil métabolique de sujets à risque de développer le

diabète.

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Table des matières

Résumé………………………………………………………………... ….iii Table des matières………………………………………………..... ……..v Liste des tableaux………………………………………….….....………vii Liste des figures………………………………………………..... ….……ix Liste des abréviations………………………………………….. ...………xi Avant-propos……………………………………………………………xiii Chapitre 1 : Introduction générale………………………….……………1 Chapitre 2 : Revue de la littérature………………………………………5 1. Métabolisme du glucose et de l’insuline…………………………………………….5

1.1. Métabolisme du glucose chez une personne en santé………………... ……..5 1.2. Résistance à l’insuline…………………………………………...…………..9 1.3. Diabète de type 2 : diagnostic, prévalence et complications….. ……..……11 1.4. Méthodes d’évaluation du métabolisme du glucose………….. ……..…….12

1.4.1. Clamp hyperinsulinémique-euglycémique…………….....………12 1.4.2. OGTT…………………………………………................ ……….15 1.4.3. Indicateurs à jeun……………………………………... …………16

2. Santé cardiométabolique……………………………………... ……...…………….16 2.1. Syndrome métabolique et risque cardiovasculaire…………...…...………..17 2.2. Inflammation et stress oxydatif……………………………………... ….….19

3. Prévention de la résistance à l’insuline et du syndrome métabolique…...………21 3.1. Perte de poids (par restriction énergétique)…………………….. …………22 3.2. Autres approches nutritionnelles……………………………...……………23

4. Fruits et légumes et santé cardiométabolique………………... ……….………….24 5. Les polyphénols………………………………………………………... .…………..25

5.1. Caractéristiques des polyphénols et classification…………………... …….25 5.2. Consommation moyenne et teneur dans les aliments…………...………….27

5.2.1. Profil de la fraise et de la canneberge………………….. ………..28 5.3. Biodisponibilité………………………………………………. ……………29 5.4. Effets sur la santé cardiométabolique et mécanismes impliqués…… .…….33

5.4.1. Métabolisme du glucose……………………………... …….…….33 5.4.2. Inflammation et stress oxydatif………………... …….…………..39 5.4.3. Profil lipidique et risque cardiovasculaire………...……………...42

Chapitre 3 : Objectifs et hypothèses……………………... .……………45

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Chapitre 4 : Polyphenol-Rich Strawberry and Cranberry Extracts Improve Insulin Sensitivity in Insulin-Resistant, Non-Diabetic Subjects : A parallel, double-blind, placebo-controlled and randomized clinical trial…………………..…………………… ……………............... .………47 Résumé…………………………………………………………………... ………….…48 Abstract…………………………………………………………….. …………………49 Introduction……………..……………………………………...……………………...50 Research Design and Methods……………………………... …..…………………….51

Subjects………………………………………………... ……………………….51 Experimental design…………………………….. ……………………………..52 Supplements……………………………………………... …….……………….52 Anthropometric and blood pressure measurements…………… ……………….53 Food records and questionnaires…………………………...…... ………………53 Hyperinsulinemic-euglycemic clamp………………………..………………….53 Oral glucose tolerance test (OGTT)………………………..... …………………54 Biochemical analyses……………………………………... ………...………….54 Statistical analyses…………………………………….. ……………………….55

Results………………………………………………………... ………………………..56 Subject baseline characteristics……………………………….. ……………….56 Food consumption………………………………………………... …………….56 Anthropometric measurements and blood pressure………………... …………..57 Insulin sensitivity and other parameters of glucose homeostasis…… …………57 Plasma lipid concentrations……………………………………………… …….58 Plasma inflammatory, oxydative stress and CVD markers……………………..58 Sex effect…………………………………………………………….………….58

Discussion and Conclusions…………………….…………………………...……..….58 Acknowledgements…………………………………………………………....……….61 References…………………………………………………………………... …………63 Chapitre 5 : Discussion générale et conclusion…………….. ………….75 1. Premier objectif spécifique……………………………………... ..………………..76 2. Deuxième et troisième objectifs spécifiques……………….. …..…………………82 3. Quatrième et cinquième objectifs spécifiques………………………… ……....….83 4. Sixième et septième objectifs spécifiques……………………..…... ………………85 5. Forces et limites de l’étude……………………………………………... ………….87

5.1. Forces de l’étude…………………………………………... ………………87 5.2. Limites de l’étude…………………………………….. ………..………….88

6. Conclusion générale………………………………………………... …..…………..89 7. Perspectives futures……………………………………………... ……..…………..90 Bibliographie des chapitres 1, 2, 3 et 5……………………... ………….93

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vii

Liste des tableaux Chapitre 2 Tableau 2.1. Les principaux paramètres et indicateurs du métabolisme du glucose…… ..13 Tableau 2.2. Définition du syndrome métabolique proposée par la FID………… ………18 Chapitre 4 Table 4.1. Baseline characteristics of subjects……………….…………....... …...….……66 Table 4.2. IAUC and timepoint values over time during OGTT for glucose, insulin and C-peptide before and after the experimental period………………………………….. .……..67 Table 4.3. Plasma lipids and inflammatory, cardiovascular and oxidative stress markers and total antioxidant capacity before and after the experimental period….………....... .…68 Supplemental Table S4.1. Phenolic composition of the strawberry and cranberry extracts’ blend (GlucoPhenol)……………..………………………………..............................….…70

Supplemental Table S4.2. Dietary energy, macronutrient and total polyphenol intake per day assessed by FFQ ……………………..………………………………………. …….....71

Supplemental Table S4.3. Anthropometric measures and blood pressure before and after the experimental period……………………..………………………………………. …….72

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Liste des figures Chapitre 2 Figure 2.1 Principales molécules impliquées dans la signalisation cellulaire de l’insuline………………………………………………………………………... …………..8 Figure 2.2. La résistance à l’insuline et sa progression vers le diabète de type 2…... ……10 Figure 2.3. Le clamp hyperinsulinémique-euglycémique………………………... ………14 Figure 2.4. Molécule de Phénol, la structure de base des polyphénols……………………26 Figure 2.5. Structure de base des acides phénoliques……………………………………..26 Figure 2.6. Structure de base des flavonoïdes…………………………………... ………..26 Figure 2.7. Classification des polyphénols……………………………………... ………...27 Figure 2.8. Teneur totale en polyphénols (mg) par 100g d’aliment pour plusieurs fruits et légumes……………………………………………………………………………… …….28 Figure 2.9. Composition en polyphénols des fraises et des canneberges……………… …29 Figure 2.10. Absorption des polyphénols ingérés sous forme de glucosides et d’aglycones………………………………………………………………………… ……...31 Figure 2.11. Principaux facteurs ayant un impact sur la biodisponibilité des polyphénols dans l’organisme……………………………………………………………………… …...32 Figure 2.12. Quelques mécanismes par lesquels la consommation de polyphénols pourrait améliorer la sensibilité à l’insuline……………………………………………… ………...37 Chapitre 4 Figure 4.1. A) Glucose disposal rate (GDR) (mg·kg-1·min-1) and B) insulin sensitivity (M/I) (mg·kg-1·min-1·pmol-1) before (Pre) and after (Post) the 6-week experimental period. Values are means ± standard error of the mean (SEM) represented by vertical bars, n=39. * P < 0.05, ** P < 0.01. P values refer to comparisons between the variations of the two groups with the baseline M/I as covariate. C) Responses of plasma C-peptide at 0, 15, 30, 60 and 120 min during the OGTT before (Pre) and after (Post) intake of SCPRE and Placebo. Dotted line – circles = SCPRE Pre values, continous line – circles = SCPRE Post values, dotted line – triangles = Placebo Pre values, continous line – triangles = Placebo Post values. Values are means ± standard error of the mean (SEM) represented by vertical bars, n=41. P = 0.002. D) Repeated measures ANOVA for C-peptide (pmol·L-1) over time

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during the OGTT, expressed as mean variations (Post values – Pre values) for C-peptide concentrations. Circles = SCPRE, Triangles = Placebo. Positive incremental area under the curve (IAUC), respectively E) for the 120 minutes and F) for the first 30 minutes of the OGTT for C-peptide concentrations (pmol·L-1·min-1). Values are means ± standard error of the mean (SEM) represented by vertical bars, n = 41. * P < 0.05, ** P < 0.01. P values refer to comparisons between the variations of the two groups. SCPRE, Strawberry and Cranberry Polyphenol-Rich Extracts............................................... ........... ........... ........... 69 Supplemental Figure S4.1. Flowchart. SCPRE, Strawberry and Cranberry Polyphenol-Rich Extracts. ………….…………………………………...................................... ……...73 Supplemental Figure S4.2. A) Responses of serum free fatty acids (FFA) (mmol/L) at 0, 30, 60, 90 and 120 min during the clamp before (Pre) and after (Post) the experimental period. Dotted line – circles = SCPRE Pre values, continus line – circles = SCPRE Post values, dotted line – triangles = Placebo Pre values, continus line – triangles = Placebo Post values. Values are means ± standard error of the mean (SEM) represented by vertical bars, n=39. P = 0.95. B) Repeated measures ANOVA for FFA (mmol/L) over the time of the OGTT, expressed as mean variations (Post values – Pre values) for FFA concentrations. Circles = SCPRE, triangles = Placebo. * P < 0.05, * * P < 0.01. P values refer to comparisons between the variations of the two groups. SCPRE, Strawberry and Cranberry Polyphenol-Rich Extracts. ………………………........................................... ……………74

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Liste des abréviations ADP Adénosine diphosphate AGJ/IFG Anomalie de la glycémie à jeun (impaired fasting glucose) AGL/FFA Acides gras libres (free fatty acids) Akt Protéine kinase B (protein kinase B) AMP Adénosine monophosphate AMPK Protéine kinase activée par l’AMP (AMP-activated protein kinase) ANCOVA Analyse de la covariance (ANalysis of COVAriance) ANOVA Analyse de la variance (ANalysis Of VAriance) ATP Adénosine triphosphate AUC Aire sous la courbe (area under the curve) AVC Accident vasculaire cérébral C Celsius Ca Calcium cm Centimètre (centimeter) COX-2 Cyclooxygénase-2 CRIBIQ Consortium de recherche et innovations en bioprocédés industriels au

Québec CRP Protéine C réactive (C-reactive protein) ELISA Enzyme-linked immunosorbent assay EPIC European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition FFQ Questionnaire de fréquence alimentaire (food frequency

questionnaire) FID Fédération internationale du diabète FRAP Ferric reducing ability of plasma g Gramme (gram) GDR Taux de captation de glucose (glucose disposal rate) GIP Glucose-dependent insulinotropic polypeptide GLUT Transporteur de glucose (glucose transporter) GLP-1 Glucagon-like peptide-1 h/hrs Heure(s) (hour(s)) HbA1c Hémoglobine glyquée (glycated hemoglobin) HDL Lipoprotéine de haute densité (high density lipoprotein) HMW Poids moléculaire élevé (high molecular weight) HOMA-IR Homeostasis model assessment of insulin resistance hs À haute sensibilité (high-sensitivity) IAUC Aire incrémentale sous la courbe (incremental area under the curve) IG/IGT Intolérance au glucose (impaired glucose tolerance) IL-6 Interleukine-6 (interleukin-6) IMC/BMI Indice de masse corporelle (body mass index) INAF Institut sur la nutrition et les aliments fonctionnels (Institute of

Nutrition and Functional Foods) IRS Substrats du récepteur de l’insuline (insulin receptor substrate) ISI Indice de sensibilité à l’insuline (insulin sensitivity index) j Jour

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kg Kilogramme (kilogram) L Litre (liter) LDL Lipoprotéine de faible densité (low density lipoprotein) Lps Lipopolysaccharide m Milli (milli) m Mètre (meter) MCP-1 Monocyte chemoattractant protein-1 MDA Malondialdéhyde MetS Syndrome métabolique (metabolic syndrome) mg Milligramme (milligram) M/I Sensibilité à l’insuline (insulin sensitivity) ml Millilitre (milliliter) min Minute (minute) mol Mole (mole) NCEP ATP III National Cholesterol Education Program Adult Treatment Panel III NF-κB Facteur nucléaire κB (nuclear factorκB) NGT Tolérance normale au glucose (normal glucose tolerance) NHANES Enquête nationale d'Examen de Santé et de Nutrition (National

Health And Nutrition Examination Survey) NHS Nurses’ Health Study OGTT Test oral de tolérance au glucose (oral glucose tolerance test) OMS Organisation mondiale de la santé p Pico (pico) PAI-1 Plasminogen activator inhibitor-1 PI3K Phosphatidylinositol 3-kinase (phosphatidylinositol 3-kinase) Quicki Quantitative insulin sensitivity check index RANTES Regulated on Activation, Normal T Cell Expressed and Secreted SCPRE Strawberry and cranberry polyphenol-rich extracts SEM Erreur type (standard error of the mean) SGLT1 Transporteur du glucose dépendant du sodium (sodium-glucose

cotransporter 1) STZ Streptozotocin TG Triglycérides (triglycerides) TNF-α Tumor necrosis factor-α U Unité USDA Département américain de l'Agriculture (United States Department of

Agriculture) UV Ultraviolet VLDL Lipoprotéine de très faible densité (very low density lipoprotein) WHS Women’s Health Study

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Avant-propos

Durant mes deux années d’études de maîtrise à l’Institut sur la nutrition et les aliments

fonctionnels (INAF), j’ai eu la chance de travailler sur un projet passionnant qui est

d’ailleurs le sujet de ce mémoire. Ces années de maîtrise m’auront permis de vivre une

expérience formidable en recherche et m’auront fait évoluer tant sur le plan scientifique que

sur le plan humain. Je suis aussi heureuse d’avoir pu participer à toutes les étapes de cette

étude clinique, ce qui a été pour moi un privilège très enrichissant dans ma formation. Lors

de la phase clinique, j’ai participé au recrutement des participants, aux rencontres en pré et

en post-intervention, à la saisie des données ainsi qu’à quelques dosages en laboratoire. Par

la suite, j’ai effectué les analyses statistiques et l’interprétation des données, ce qui m’a

permis de rédiger un article scientifique à titre de première auteure qui s’intitule

Polyphenol-Rich Strawberry and Cranberry Extracts Improve Insulin Sensitivity in Insulin-

Resistant, Non-Diabetic Subjects: A parallel, double-blind, placebo-controlled and

randomized clinical trial. Cet article sera soumis à la revue scientifique Diabetes Care.

Plusieurs personnes ont contribué à la réussite de ma maîtrise et je leur en suis très

reconnaissante.

Mes premiers remerciements reviennent à ma directrice de maîtrise, Dre Hélène Jacques,

qui a su m’accueillir à bras ouverts dans son équipe de recherche. Par son expérience et sa

grande rigueur en science, elle m’a appris énormément sur le plan scientifique. Sa bonne

humeur contagieuse, son positivisme quotidien et sa patience remarquable font d’elle une

directrice de maîtrise exceptionnelle avec qui je me suis toujours sentie valorisée et en

confiance. Merci de m’avoir transmis la passion pour la recherche !

Je voudrais également remercier le Dr. John Weisnagel pour avoir accepté d’être mon co-

directeur. Ses précieux conseils et ses réflexions ultra-pertinentes m’ont été d’une aide

majeure dans l’interprétation ainsi que dans la présentation des résultats de ce projet. J’ai

appris beaucoup de son expérience clinique et scientifique sur le diabète.

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Je voudrais remercier spécialement Julie Marois, professionnelle de recherche dans

l’équipe d’Hélène Jacques, qui s’est occupée du projet PHENOL avec moi. Ses qualités

humaines exceptionnelles et son grand professionnalisme font de Julie une collègue idéale

avec qui j’ai adoré travailler. Tout au long de mes deux années de maîtrise, Julie a toujours

fait preuve de beaucoup de compréhension et a toujours été là pour me supporter. Je désire

également remercier les membres de l’équipe qui ont aidé de près ou de loin à la réalisation

de mon projet : Nadine Leblanc, qui a été mon premier mentor et ma première confidente

dans cette aventure, Junio Dort, Ana Sofia Medina Larque, Jean Mboma, ainsi que tous les

étudiants d’été : Julie Lachance, Michèle Kearney, Sarah O’Connor, Antoine Godin,

Andréanne Roy et Marjorie Lefloïc.

J’aimerais remercier par le fait même tout le personnel du CHUL : Marie-Christine Dubé,

Louise Rhéaume, Valérie-Ève Julien, Camille Lambert et Marie Tremblay, le personnel de

l’INAF : Steeve Larouche et Danielle Aubin, les collaborateurs scientifiques et de

laboratoire : André Marette, Yves Desjardins, Stéphanie Dudonné, Geneviève Pilon et

Bruno Marcotte, la statisticienne Hélène Crépeau ainsi que tous les participants qui ont

accepté de faire partie de cette étude et sans qui l’accomplissement de ce projet de maîtrise

aurait été impossible.

Un merci à tous les collègues de bureau avec qui j’ai partagé ces deux années formidables

et qui ont rendu mon quotidien aussi divertissant ! Un merci tout spécial à Simon Jacques,

mon best de l’INAF ! Quelle chance qu’on se soit rencontrés! Je me souviendrai toujours

de notre fameux « Grand projet »!

Je désire aussi exprimer ma reconnaissance et ma gratitude envers CRIBIQ, Atrium

Innovations et Nutra Canada pour leur subvention de recherche ou leur participation

financière ainsi qu’au Fonds Jean-Paul Houle, à Diabète Québec et à l’INAF pour les

diverses bourses que j’ai obtenues au cours de ma maîtrise.

Enfin, je voudrais remercier du fond du cœur mon amoureux Rémi, ma famille et mes ami(e)s pour leur présence dans ma vie. Merci !

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1

Chapitre 1

Introduction générale

En 2014, le diabète de type 2 représente un problème de santé publique majeur, tant en

raison de ses proportions épidémiques qu’en raison de l’ampleur des complications qui y

sont associées. Actuellement, environ 371 millions d’individus en sont atteints dans le

monde, alors qu’en 2000, ce nombre s’élevait à 150 millions. Dans les prochaines années,

le nombre d’individus qui développeront la maladie ne cessera de s’accroître. En effet, la

Fédération internationale du diabète (FID) estime que près de 592 millions d’individus (ce

qui représente 1 adulte sur 10) souffriront de diabète de type 2 en l’an 2035 (FID, 2013).

Cette hausse alarmante de la prévalence de diabète est attribuable à plusieurs facteurs,

incluant la forte prévalence d’obésité ainsi qu’un mode de vie sédentaire. (Harris et al.,

1998; Anderson et al., 2003; Jeon et al., 2007). À cet effet, un surplus de poids situé au

niveau abdominal représente un plus grand facteur de risque de résistance à l’insuline qu’un

surplus de poids de type gynoïde (Wellen et Hotamisligil, 2005 ; Otani, 2011). La

résistance à l’insuline est caractérisée par une diminution de l’effet de l’insuline sur les

tissus cibles, ce qui réduit la captation du glucose par les tissus périphériques et le foie.

Chez les individus résistants à l’insuline, il y a augmentation compensatoire de la sécrétion

d’insuline par les cellules β du pancréas, ce qui crée un état d’hyperinsulinémie pouvant

s’étendre sur plusieurs années avant que les premiers signes cliniques de la maladie ne se

manifestent. Il y a ensuite progression vers le diabète de type 2 lorsque les cellules β du

pancréas « s’épuisent », c’est-à-dire lorsqu’elles ne parviennent plus à sécréter le niveau

d’insuline requis pour maintenir une glycémie à des valeurs normales. Chez les individus

obèses, des taux élevés d’acides gras non-estérifiés, de cytokines pro-inflammatoires, de

radicaux libres et d’autres molécules produites et sécrétées par le tissu adipeux représentent

des facteurs clés associés au développement de la résistance à l’insuline.

La correction des anomalies métaboliques de la résistance à l’insuline pourrait donc

prévenir le développement de cette maladie et ainsi ralentir cette hausse épidémique des cas

de diabète de type 2. Plusieurs approches préventives ont été suggérées pour leur impact

favorable sur la sensibilité à l’insuline ou sur le métabolisme du glucose. Entre autres, la

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perte de poids est la principale stratégie mise de l'avant comme méthode de prévention des

maladies chroniques. Par contre, même si la restriction calorique permet une perte de poids

corporel à court terme, seulement 15% des gens réussissent à maintenir le poids perdu après

trois ans (Sarlio-Lähteenkorva et al., 2000; Ayyad et Andersen, 2000).

Outre la restriction calorique, certains groupes de recherche ont étudié les diètes modifiées

en macronutriments, soit riche en fibres (De Munter et al., 2007 ; Schulze et al., 2007),

faible en acides gras saturés et riche en acides gras monoinsaturés (Van Dam et al., 2002 ;

Gillingham et al., 2011), riche en aliments à indice glycémique faible (Schwingshackl et

Hoffmann, 2013), etc. D’autres auteurs ont plutôt étudié la consommation d’aliments

particuliers. C’est le cas entre autres du poisson, dont la consommation régulière a

également été associée à une diminution du risque de développer le diabète (Patel et al.,

2009), non seulement pour sa teneur en oméga-3, mais aussi pour sa composition

particulière en acides aminés ayant un effet bénéfique sur la sensibilité à l’insuline (Ouellet

et al., 2007). Il en va de même pour la consommation de fruits et de légumes. En effet,

plusieurs évidences scientifiques ont démontré un lien entre une diète riche en fruits et en

légumes, comme c’est le cas avec la diète méditerranéenne (InterAct Consortium et al.,

2011 ; Martínez-González et al., 2008) ou avec une diète végétarienne (Rizzo et al., 2011),

et une incidence réduite de diabète de type 2 (Mursu et al., 2014) et d’autres maladies

chroniques (Bhupathiraju et al., 2013; Boeing et al., 2012).

Bien que la consommation de fruits et de légumes ait un effet protecteur reconnu sur le

métabolisme du glucose, on ne connaît pas précisément le rôle spécifique des éléments

phytochimiques que contiennent ces aliments sur les effets bénéfiques observés. Un

nombre grandissant d’études, majoritairement des études in vitro et chez l’animal,

démontrent que la consommation de polyphénols est associée à plusieurs bénéfices au

niveau de la santé cardiométabolique, notamment en ce qui concerne le métabolisme du

glucose. Entre autres, les polyphénols pourraient améliorer la captation de glucose par les

tissus périphériques sensibles à l’insuline et activer les récepteurs de l’insuline (Bahadoran

et al., 2013 ; Hanhineva et al., 2010). Les petits fruits tels que les fraises, les canneberges et

les bleuets constituent une source particulièrement riche en polyphénols (Basu et Lyons,

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3

2012; Liu, 2013). D’ailleurs, il a été récemment démontré que la consommation d’un

extrait de poudre de canneberges améliorait la sensibilité à l’insuline chez un modèle de

rats nourris d’une diète riche en fructose (Khanal et al., 2010). Chez l’humain, les résultats

de Stull et al. (2010) vont également dans ce sens. En effet, ces derniers constatent une

amélioration de 22% de la sensibilité à l’insuline suite à la consommation régulière de

smoothies aux bleuets chez des sujets résistants à l’insuline.

Jusqu'à maintenant, l'effet des polyphénols sur l'homéostasie du glucose chez l'humain n'a

pas été clairement démontré et les quelques études cliniques ayant étudié l’effet des petits

fruits n’arrivent pas à des conclusions unanimes, entre autres en ce qui a trait à l’effet sur la

sensibilité à l’insuline (De Bock et al., 2012).

Ainsi, nous avons donc entrepris de déterminer les effets d’un supplément d’extraits riches

en polyphénols provenant de fraises et de canneberges, principalement sur la sensibilité à

l’insuline, mais également sur divers marqueurs du métabolisme du glucose et de la santé

cardiométabolique d'hommes et de femmes en surpoids et résistants à l'insuline. Pour ce

faire, la technique du clamp hyperinsulinémique-euglycémique a été utilisée afin de

déterminer précisément la sensibilité à l’insuline.

Ce mémoire comprend 4 sections subséquentes. Le chapitre 2 consiste en une revue de

littérature portant en grande partie sur les caractéristiques des polyphénols et leurs effets sur

la santé. Ce chapitre porte également sur le métabolisme du glucose et de l’insuline, sur la

santé cardiométabolique, ainsi que sur les méthodes de prévention de la résistance à

l’insuline et du syndrome métabolique, incluant le rôle d’une consommation élevée de

fruits et de légumes sur la santé cardiométabolique. Le chapitre 3 expose les objectifs et

hypothèses du présent projet de recherche. Ensuite, un article en préparation et qui sera

soumis à la revue scientifique Diabetes Care est présenté au chapitre 4. Finalement, au

chapitre 5, les résultats obtenus sont discutés et sont suivis d’une conclusion ainsi que de

quelques perspectives futures découlant de cette étude.

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Chapitre 2

Revue de la littérature

1. Métabolisme du glucose et de l’insuline

Le glucose est le principal substrat énergétique nécessaire au fonctionnement et à la survie

des cellules humaines. En effet, tandis que la majorité des cellules telles que les cellules

musculaires et adipeuses peuvent utiliser les acides gras comme carburant de substitution,

les neurones et les érythrocytes, pour leur part, utilisent exclusivement le glucose comme

substrat énergétique, ce qui requiert un apport continu en glucose (Ferré, 2005). Il y a

exception uniquement lors d’un jeûne prolongé où les corps cétoniques, produits à partir

des acides gras, sont synthétisés et peuvent être utilisés par les neurones comme source

alternative d’énergie. L’activité des cellules incapables d’oxyder les acides gras dépend

donc de la concentration sanguine de glucose. Cette concentration doit être régulée de façon

précise par des mécanismes endogènes afin de faire face aux apports exogènes inconstants

et discontinus. En effet, il faut d’une part que la glycémie soit suffisamment élevée afin

d’éviter les hypoglycémies, pouvant causer des dommages au cerveau, et d’autre part

qu’elle ne dépasse pas un certain seuil afin d’éviter les complications macrovasculaires et

microvasculaires associées à l’hyperglycémie prolongée (Gerich, 2000 ; Leturque et al.,

2009). L’organisme possède donc plusieurs mécanismes homéostatiques afin de réguler la

glycémie précisément à la hausse ou à la baisse.

1.1. Métabolisme du glucose chez une personne en santé

Plusieurs hormones régulent la glycémie. En réponse à une élévation de la concentration

sanguine de glucose, par exemple en état postprandial, l’insuline est sécrétée par les

cellules β du pancréas (Ferré, 2005; Gallagher et al., 2010). L’insuline est la seule hormone

ayant une action hypoglycémiante (Magnan et Ktorza, 2005). Au contraire, lorsque la

glycémie s’abaisse, la sécrétion d’insuline est supprimée et il y a sécrétion principalement

du glucagon, mais aussi des catécholamines (l’adrénaline par exemple) qui agissent en

quelques minutes afin d’augmenter la glycémie (Gerich, 2000). D’autres hormones, telles

que le cortisol, les hormones thyroïdiennes et l’hormone de croissance possèdent également

une action hyperglycémiante, bien que leur effet sur l’homéostasie du glucose ne soit pas

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instantané (Gerich, 2000). Cette section portera principalement sur l’homéostasie du

glucose en état postprandial, c’est-à-dire sur les mécanismes reliés à l’insuline.

La sécrétion de l’insuline par les cellules β des îlots de Langerhans du pancréas est

principalement stimulée par la hausse de la concentration sanguine de glucose (Magnan et

Ktorza, 2005). En fait, chez l’humain, le transporteur de glucose 1 (GLUT1, glucose

transporter 1) à la surface des cellules β permet au glucose d’entrer dans la cellule

pancréatique (Jitrapakdee et al., 2010), pour ensuite être rapidement phosphorylé en

glucose-6-phosphate par l’enzyme glucokinase. Ensuite, il y a production de pyruvate par

les voies de la glycolyse. Ce dernier est ensuite oxydé dans les mitochondries, ce qui génère

de l’ATP. Cette hausse du ratio ATP : ADP induit la fermeture des canaux potassiques

menant ensuite à une dépolarisation de la membrane plasmique, provoquant une entrée de

Ca2+ à l’intérieur des cellules β. L’insuline synthétisée est entreposée à l’intérieur de la

cellule dans des vésicules et cette entrée de Ca2+ stimule l’exocytose de ces vésicules, ce

qui libère l’insuline (Magnan et Ktorza, 2005; Ferré, 2005; Jitrapakdee et al., 2010). Le

glucagon-like peptide-1 (GLP-1) et le glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP),

des hormones incrétines sécrétées par les cellules endocrines intestinales, stimulent

également la sécrétion d’insuline. Ces hormones sont sécrétées en présence de glucose,

mais aussi des autres macronutriments dans l’intestin suite à la consommation d’un repas.

Elles agissent entre autres en stimulant la transcription du gène de l’insuline. Leur effet

insulino-stimulant surviendrait surtout lorsque la glycémie est plus élevée que la normale

(Magnan et Ktorza, 2005; Deacon et Ahren, 2011). L’insuline est tout d’abord sécrétée

sous forme de pro-insuline. Cette molécule précurseur de l’insuline est composée d’une

molécule d’insuline liée à une molécule de C-peptide. La principale fonction du C-peptide

est de stabiliser la structure de la molécule de pro-insuline. Le dosage des concentrations

sanguines de C-peptide reflète plus précisément la sécrétion d’insuline que le dosage de la

molécule d’insuline elle-même. En effet, la demi-vie de l’insuline dans le sang est de

quelques minutes étant donné son élimination rapide par le foie, tandis qu’elle est d’environ

30-35 minutes pour le C-peptide, qui n’est pas métabolisé par le foie, mais plutôt éliminé

par les reins (Ludvigsson, 2013; Steiner et al., 1967). Lors d’un repas ou d’un apport en

glucides, l’insuline est sécrétée en 2 phases. En effet, un premier épisode de sécrétion

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d’insuline, la phase rapide, survient dans les 30 premières minutes, tandis que la deuxième

phase, la phase tardive, survient plutôt de 60 à 120 minutes environ suivant l’apport

alimentaire (Pratley et Weyer, 2002; Nathan et al., 2007; Curry et al., 1968). L’insuline agit

par plusieurs mécanismes d’action afin de produire son effet hypoglycémiant. Entre autres,

elle inhibe la néoglucogenèse hépatique (Felig et Wahren, 1971), elle diminue la lipolyse

au niveau du tissu adipeux (Burns et al., 1979), elle stimule la production de glycogène par

le foie et le muscle (Miller et al., 1973), elle favorise la conversion de l’excès de glucose en

réserves adipeuses (Assimacopoulos-Jeannet et al., 1995; Claycombe et al., 1998) et

favorise la captation du glucose (Govers, 2014) ainsi que son utilisation via la glycolyse par

le muscle (Beitner et Kalant, 1971).

La captation de glucose par les cellules est modulée par les différents transporteurs de

glucose à leur surface, les « GLUTs ». Parmi les divers transporteurs, GLUT1 et GLUT3 se

trouvent en permanence à la surface des cellules. Ceux-ci sont responsables de maintenir la

captation basale de glucose (Mueckler, 1994). Le GLUT4, quant à lui, est le seul

transporteur de glucose sensible à l’insuline (Mueckler, 1994). En effet, celui-ci demeure à

l’intérieur de la cellule jusqu’à ce qu’il y ait liaison de l’insuline à son récepteur à la surface

de la cellule. L’insuline déclenche une cascade de réactions de signalisation cellulaire

faisant en sorte de faire migrer le GLUT4 vers la membrane plasmique ou les T-tubules

afin que ce dernier puisse permettre l’entrée du glucose dans la cellule (Pessin et al., 1999;

Govers, 2014). Ce transporteur a une importance physiologique importante étant donné que

70 à 80% du glucose postprandial post-hépatique est capté par les tissus sensibles à

l’insuline, tels que le tissu adipeux et le muscle. Cependant, c’est au niveau du muscle

squelettique que la captation postprandiale de glucose est la plus importante (Gerich, 2000).

Tel qu’illustré à la figure 2.1, plusieurs molécules sont impliquées dans la signalisation

cellulaire de l’insuline. Tout d’abord, le récepteur de l’insuline, composé d’une sous-unité α

à la surface externe de la membrane cellulaire et une sous-unité β transmembranaire,

amorce la réaction de signalisation. La liaison de l’insuline à la sous-unité α induit une

autophosphorylation de la sous-unité β, ce qui induit subséquemment la phosphorylation de

substrats cellulaires situés à proximité du récepteur tels que les protéines insulin receptor

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substrate (IRS), dont l’IRS-1. Ceci active par la suite la molécule phosphatidylinositol 3-

kinase (PI3K) qui déclenche une série de réactions passant entre autres par l’activation de la

molécule protein kinase B (Akt). Le résultat final est la translocation du GLUT4 des

vésicules intracellulaires vers la membrane plasmique. Par contre, lorsqu’une des étapes de

cette signalisation cellulaire dépendant de l’insuline est affectée, le transporteur GLUT4 ne

peut migrer vers la surface cellulaire. On parle alors de résistance à l’insuline (Boucher et

al., 2014; Saltiel et Kahn, 2001; Rhodes et White, 2002). L’activation de la molécule AMP-

activated protein kinase (AMPK), une protéine ayant un rôle central à jouer dans le

métabolisme du glucose ainsi que dans l’homéostasie énergétique de la cellule, aurait

également comme effet de stimuler la translocation du GLUT4 vers la membrane (Kurth-

Kraczek et al., 1999; Carling, 2004).

Figure 2.1. Principales molécules impliquées dans la signalisation cellulaire de l’insuline. Figure

adaptée de l’article de Thorn et al., 2013. IRS, insulin receptor substrate ; PI3K,

phosphatidylinositol 3-kinase ; Akt, protein kinase B ; AMPK, AMP-activated protein kinase ;

GLUT4, glucose transporter 4.

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1.2. Résistance à l’insuline

La résistance à l’insuline est une anomalie métabolique réversible prédisposant fortement

au développement du diabète de type 2 (Rao et al., 2004). Le surplus de poids (Anderson et

al., 2003; Nguyen et al., 2008) et la sédentarité (Jeon et al., 2007) sont les deux principaux

facteurs de risque modifiables qui sont associés à cet état physiologique. Les adipocytes en

expension, surtout lorsqu’ils sont situées au niveau abdominal (Carr et al., 2004),

produisent et sécrètent plusieurs facteurs clés impliqués dans le développement de la

résistance à l’insuline, tels que les acides gras libres (AGL) (Abdul-Ghani et DeFronzo,

2010 ; Wellen et Hotamisligil, 2005), les cytokines pro-inflammatoires (Wellen et

Hotamisligil, 2005 ; Kolb et Mandrup-Poulsen, 2010) et les radicaux libres (Ceriello et

Motz, 2004 ; Otani, 2011).

Par définition, la résistance à l’insuline se veut un défaut de l’action de l’insuline au niveau

des tissus cibles. La résistance à l’insuline se manifeste au niveau hépatique (Meshkani et

Adeli, 2009) et/ou au niveau des tissus périphériques (muscles squelettiques et tissus

adipeux) par un défaut de signalisation cellulaire, principalement au niveau de la protéine

IRS-1 (Pessin et Saltiel, 2000 ; Abdul-Ghani et DeFronzo, 2010). Dans les cas où il y a

résistance à l’insuline au niveau des tissus périphériques, la captation de glucose par ces

tissus est diminuée. La résistance à l’insuline au niveau hépatique, quant à elle, entraîne une

surproduction de glucose par le foie (DeFronzo et al., 1989 ; Gallagher et al., 2010). À long

terme, ces anomalies ont comme répercussion une élévation de la glycémie. En effet, tel

qu’illustré à la figure 2.2, lorsque la résistance à l’insuline se manifeste, le pancréas

compense en sécrétant davantage d’insuline. Cet état d’hyperinsulinémie compensatoire

permet le maintien d’une glycémie se situant dans les valeurs normales (Kahn, 2003). Par

contre, après une période de temps, variable selon les individus, et pouvant s’étendre sur

quelques années (Abdul-Ghani et DeFronzo, 2010), les cellules β du pancréas « s’épuisent

» et ne parviennent plus à sécréter la quantité d’insuline requise pour maintenir une

glycémie normale (Kahn, 2003). C’est à ce stade que se manifestent les dysglycémies.

Lorsque la résistance à l’insuline touche les tissus périphériques, qui sont les principaux

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Figure 2.2. La résistance à l’insuline et sa progression vers le diabète de type 2. Figure adaptée de

l’article de Rao et al., 2004.

tissus assurant la captation postprandiale de glucose (Gerich, 2000), il y a alors progression

vers l’intolérance au glucose (IG), puis vers le diabète de type 2 (Abdul-Ghani et al., 2006).

L’IG est caractérisée par une glycémie à jeun < 6,1 mmol/L et une glycémie à 120 minutes

entre 7,8 et 11,0 mmol/L suivant un test de tolérance au glucose (OGTT, oral glucose

tolerance test) (Association canadienne du diabète, 2013) (voir section 1.4.2.). Par contre,

ce ne sont pas tous les individus présentant une résistance à l’insuline ou qui sont atteints

d’IG qui développeront le diabète (Association canadienne du diabète, 2013). En moyenne,

on estime que le taux de progression de l’IG au diabète de type 2 est de 3 à 14% par année.

Ce passage de l’IG au diabète est caractérisé par une chute drastique de la première phase

de sécrétion d’insuline (Pratley et Weyer, 2002). Lorsque la résistance à l’insuline se situe

principalement au niveau hépatique, c’est surtout la glycémie à jeun qui sera affectée

(Abdul-Ghani et al., 2006 ; Nathan et al., 2007). On parle ici d’anomalie de la glycémie à

jeun (AGJ), caractérisée par une glycémie à jeun entre 6,1 et 6,9 mmol/L et une glycémie à

120 minutes < 7,8 mmol/L (Association canadienne du diabète, 2013). La définition

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américaine de l’AGJ est un peu plus sévère que la définition canadienne avec des valeurs

de références se situant entre 5,6 et 6,9 mmol/L (Expert Committee on the Diagnosis and

Classification of Diabetes Mellitus, 2003). Un individu est considéré comme

« prédiabétique » lorsqu’il est atteint d’IG et/ou d’AGJ (Association canadienne du diabète,

2013).

1.3. Diabète de type 2 : diagnostic, prévalence et complications

Le diabète de type 2 est ainsi un désordre métabolique qui survient lorsque la sécrétion

d’insuline par le pancréas n’est plus suffisante pour assurer un contrôle glycémique adéquat

en présence de résistance à l’insuline. Il en résulte un état d’hyperglycémie chronique. Il a

été estimé que le diagnostic du diabète survient lorsque la fonction des cellules β atteint

50% de sa pleine fonction (Hollman, 1998). En fait, on peut diagnostiquer un individu

comme étant diabétique lorsque sa glycémie à jeun est ≥ 7,0 mmol/L ou ≥ 11,1 mmol/L à

120 minutes suivant un OGTT. Une valeur d’hémoglobine glyquée (HbA1c) ≥ 6,5% est

également un critère diagnostique du diabète (Association canadienne du diabète, 2013).

Cette maladie représente un problème de santé publique majeur de par ses proportions

épidémiques ainsi que l’ampleur des complications microvasculaires et microvasculaires

associées à l’hyperglycémie chronique (FID, 2013). Le diabète représente la première cause

d’insuffisance rénale au Canada (Institut canadien d’information sur la santé, 2011).

Également, les amputations non traumatiques des membres inférieurs sont 20 fois plus

fréquentes chez les individus diabétiques que chez les individus non diabétiques (Agence

de la santé publique du Canada, 2011). Enfin, on estime qu’au cours des 20 premières

années suivant le diagnostic de diabète de type 2, 60% des individus seront atteints de

rétinopathie diabétique (Fong et al., 2003), ce qui peut entraîner la cécité. Des

complications microvasculaires sont déjà présentes chez environ 50% des individus au

moment du diagnostic (Riobo Servan, 2013). Au niveau macrovasculaire, le risque

d’infarctus du myocarde (Kannel et McGee, 1979), d’insuffisance cardiaque congestive

(Kannel et al., 1974), de maladies artérielles périphériques (Brand et al., 1989) et

d’accidents vasculaires cérébraux (AVC) (Kannel et McGee, 1979) est de 2 à 4 fois plus

élevé chez les gens atteints de diabète de type 2 que chez les non-diabétiques selon les

résultats de la Framingham Heart Study. Les maladies cardiovasculaires représentent donc

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la principale cause de décès chez les patients avec diabète (FID, 2013). On estime qu’il y a

actuellement 1 adulte sur 12 dans le monde qui est atteint de diabète, soit 382 millions

d’individus. Cette proportion atteindra probablement 1 adulte sur 10 en 2035, soit 592

millions d’individus. Ceci représente une hausse globale de la prévalence de diabète de

55% en un peu plus de 20 ans (FID, 2013). Le diabète de type 2 représente environ 90% de

tous les cas de diabète et l’augmentation de sa prévalence est reliée à l’augmentation de la

prévalence d’obésité à travers le monde (Finucane et al., 2011; Danaei et al., 2011).

1.4. Méthodes d’évaluation du métabolisme du glucose

Afin de mieux évaluer la progression de la résistance à l’insuline vers le diabète de type 2,

il convient de prendre en compte plusieurs paramètres du métabolisme du glucose. Parmi

ceux-ci, il est possible d’évaluer/estimer entre autres la sensibilité à l’insuline, la tolérance

au glucose, les réponses glycémiques et insulinémiques postprandiales, ainsi que la

fonction des cellules β du pancréas, c’est-à-dire la capacité pancréatique à sécréter

l’insuline (voir tableau 2.1). Le test oral de tolérance au glucose (OGTT, oral glucose

tolerance test) ainsi que le clamp hyperinsulinémique-euglycémique sont deux tests

reconnus, précis et complémentaires permettant d’évaluer/estimer différents paramètres du

métabolisme du glucose (Matsuda et DeFronzo, 1999; Tam et al., 2012; Muniyappa, 2008).

Il sera donc surtout question de ces deux tests dans les prochaines sections.

1.4.1. Clamp hyperinsulinémique-euglycémique

Cette méthode initialement proposée par DeFronzo et al. (DeFronzo et al., 1979) permet

une mesure précise de la sensibilité à l’insuline. Elle reflète en grande partie la sensibilité à

l’insuline au niveau des tissus périphériques, principalement au niveau des muscles

squelettiques (Abdul-Ghani et al., 2006). Ainsi le clamp hyperinsulinémique-euglycémique

représente la méthode de choix (gold standard) pour mesurer la sensibilité à l’insuline et la

méthode à privilégier dans les études cliniques (Antuna-Puente et al., 2011 ; Muniyappa et

al., 2008). Sommairement, selon Piché et al. (2005), après 12h de jeûne, deux solutions,

soit une solution d’insuline et une solution de glucose, sont infusées par la veine

antécubitale pendant la durée du test, qui est habituellement de 120 à 180 minutes.

L’infusion de ces solutions permet la suppression de la production endogène d’insuline par

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13

Tableau 2.1. Les principaux paramètres et indicateurs du métabolisme du glucose

Paramètres Indicateurs

Sensibilité à l’insuline 1) Clamp hyperinsulinémique-euglycémique (GDR et M/I)

2) Indicateurs dérivés de l’OGTT

- Indice de sensibilité à l’insuline (ISI) de Matsuda

- Autres ISI (ex. Cederholm)

3) Indicateurs à jeun

- Insulinémie

- Indice HOMA-IR

- Indice Quicki

4) Marqueurs biochimiques (ex. SHBG, IGFBP-1)

Tolérance au glucose 1) IAUC du glucose lors d’un OGTT

2) Glycémie à 120 minutes lors d’un OGTT

Réponses glycémiques

et insulinémiques

postprandiales

1) IAUC lors d’un repas test standardisé

- Glucose

- Insuline

- C-peptide

Fonction des cellules β

du pancréas (sécrétion

d’insuline)

1) Insuline

2) C-peptide

3) Indice de disposition (disposition index, DI)

4) Clamp hyperglycémique

5) Indice HOMA-B

6) Indice insulinogénique (IGI)

GDR, taux de captation du glucose (glucose disposal rate) ; M/I, sensibilité à l’insuline; IGFBP-1, insulin-like growth factor binding protein-1 ; SHBG, sex hormone binding protein ; IAUC, aire incrémentale sous la courbe (incremental area under the curve); OGTT, test de tolérance au glucose oral (oral glucose tolerance test); HOMA, homeostasis model assessment ; IR, insulin resistance ; Quicki, quantitative insulin sensitivity check index; B, beta-cell function. (Références : Antuna-Puente, 2011 ; Singh et Saxena, 2010 ; Borai, 2011 ; Cersosimo, 2014 ; DeFronzo, 1979 ; Muniyappa, 2008 ; Tura, 2006).

le pancréas et de glucose par le foie par des mécanismes de rétroinhibition (voir figure 2.3).

La solution d’insuline est infusée à un débit constant de 40 mU/m2/min selon la surface

corporelle de l’individu. La solution de glucose, pour sa part, est infusée à un débit variable

selon la glycémie, qui est mesurée toutes les 5 minutes afin de s’assurer du maintien d’une

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14

Figure 2.3. Le clamp hyperinsulinémique-euglycémique.

glycémie stable tout au long du test. La glycémie doit demeurer le plus près possible d’une

valeur préétablie variant généralement de 5,0 à 5,5 mmol/L, ce qui se trouve dans les

valeurs considérées comme normales. Donc en général, plus le débit d’infusion de la

solution de glucose est élevé, meilleure est la captation de glucose par les cellules (GDR,

glucose disposal rate ou M) et meilleure est la sensibilité à l’insuline (M/I) (Piché et al.,

2005 ; DeFronzo et al., 1979). Voici comment ces deux variables sont calculées :

GDR (mg x kg-1 x min-1) = Taux d’infusion de glucose des 30 dernières minutes/poids

corporel.

M/I (mg x kg-1 x min-1 x pmol/L-1)= GDR/insulinémie moyenne des 30 dernières minutes.

Par contre, peu de données existent sur ce qui est considéré comme une valeur normale de

captation de glucose (Tam et al., 2012 ; Davidson, 2013). Aussi, c’est une méthode

dispendieuse, complexe, coûteuse, invasive, qui prend du temps et qui requiert un

personnel qualifié (Piché et al., 2007; Tam et Ravussin, 2013; Muniyappa et al., 2008). Le

Glucose 5 mmol/L Insuline

Pancréas Production d’insuline

Foie

Sang

Tissus périphériques

Dextrose 20 %

Glucomètre Vérification

de la glycémie aux 5 minutes

Utilisation du glucose

Insuline exogène infusion constante en fonction de la

surface corporelle

Production hépatique du glucose

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clamp n’est donc pas un outil de diagnostic clinique, et est peu utilisé dans le cadre

d’études épidémiologiques, mais devient une méthode d’intérêt permettant de vérifier

précisément l’effet d’un traitement sur la sensibilité à l’insuline (Muniyappa et al., 2008).

1.4.2. OGTT

L’OGTT est un test relativement simple et d’une utilité appréciable en clinique, comme

outil diagnostique du diabète et de l’IG, mais également en recherche. En effet, il permet

d’estimer plusieurs paramètres du métabolisme du glucose tels que la sensibilité à

l’insuline, la tolérance au glucose et la fonction des cellules β par exemple (Stumvoll et al.,

2000). Lors de l’OGTT, le sujet doit consommer une solution contenant une quantité

précise de 75g de glucose suivant un jeûne d’au moins 12h. Ce test est d’une durée fixe de

120 minutes suivant la prise de la solution de glucose et plusieurs prélèvements sanguins

sont effectués à différents temps. Bien que le diagnostic officiel de l’intolérance au glucose

soit défini par une valeur de glycémie à 120 minutes se situant entre 7,8 et 11,0 mmol/L

(Association canadienne du diabète, 2013), il est possible d’obtenir un portrait plus détaillé

de la tolérance au glucose en calculant en plus l’aire incrémentale sous la courbe (IAUC,

incremental area under the curve) du glucose. Le calcul des IAUC de l’insuline et du C-

peptide permettent pour leur part de vérifier la capacité des cellules β du pancréas à sécréter

de l’insuline en réponse à une charge élevée de glucose. L’OGTT permet également

l’estimation de la sensibilité à l’insuline. Parmi les quelques indicateurs de sensibilité à

l’insuline qui sont dérivés de ce test, on compte entre autres l’indice de sensibilité à

l’insuline (ISI) Matsuda (Matsuda et DeFronzo, 1999) et l’ISI Cederholm (Cederholm et

Wibell, 1990). Ces nombreux indices diffèrent par leurs combinaisons variées de valeurs de

glucose et d’insuline à différents temps ou intervalles de temps de l’OGTT. Certains

d’entre eux incluent aussi d’autres variables telles que l’âge, le poids ou l’indice de masse

corporelle (IMC) (Radikova et al., 2006) dans la formule. Les valeurs de sensibilité à

l’insuline obtenues par ces indices corrèlent généralement bien avec les résultats du M/I ou

de GDR obtenus au clamp hyperinsulinémique-euglycémique. Entre autres, cette

corrélation est de r = 0,73 (p < 0,0001) entre l’ISI Cederholm et le M/I (Piché et al., 2007)

et de r = 0,73 (p < 0,0001) entre l’ISI Matsuda et le GDR (Matsuda et DeFronzo, 1999). Par

contre, les indices de sensibilité à l’insuline dérivés de l’OGTT sont moins précis que les

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résultats du M/I (Antuna-Puente et al., 2011 ; Muniyappa et al., 2008). En effet, en plus de

refléter le taux de captation de glucose, l’OGTT fait intervenir les variations

interindividuelles d’absorption intestinale du glucose (Horowitz et al., 1993). L’OGTT fait

aussi intervenir plusieurs autres phénomènes physiologiques tels que l’élimination

hépatique de l’insuline ainsi que la sécrétion des hormones incrétines, qui influencent la

sécrétion d’insuline (Hücking et al., 2008). Par contre, bien que l’OGTT ne puisse pas

fournir une mesure directe de la sensibilité à l’insuline, ce test comporte tout de même ses

avantages. Entre autres, l’OGTT simule davantage une situation physiologique

postprandiale que le clamp (Hücking et al., 2008; Cobelli et al., 2007). Aussi, les indices

qui en sont dérivés permettent une estimation simple et peu coûteuse de sensibilité à

l’insuline venant pallier à la complexité du clamp hyperinsulinémique-euglycémique, tout

en permettant une évaluation de la sécrétion d'insuline et de la tolérance au glucose.

1.4.3. Indicateurs à jeun

Il existe également plusieurs indicateurs de la sensibilité à l’insuline dérivés des valeurs à

jeun d’insuline et/ou de glucose. Les plus largement utilisés sont les indices HOMA-IR et

Quicki, possiblement plus reliés à la résistance à l’insuline hépatique (Abdul-Ghani et al.,

2006). En effet, la glycémie à jeun, contrairement à la glycémie en état postprandial, est

principalement déterminée par la quantité de glucose sécrétée par le foie. Cette sécrétion

hépatique de glucose est pour sa part inhibée par l’insuline. Donc une résistance à l’insuline

au niveau des cellules hépatiques se traduit par l’incapacité de l’insuline d’y induire un

signal d’inhibition de la production de glucose (DeFronzo et al., 1989 ; Gallagher et al.,

2010). Ces indices sont pratiques, simples et peu coûteux et sont principalement indiqués

dans les études à plus grande échelle (Bonora et al., 2000 ; Hrebicek et al., 2002 ; Katz et

al., 2000). Aussi, l’insulinémie à jeun est considérée comme un marqueur acceptable afin

d’estimer le niveau de résistance à l’insuline chez les individus prédiabétiques (Laakso,

1993).

2. Santé cardiométabolique

La résistance à l’insuline ainsi que le diabète de type 2 sont d’importants facteurs de risque

de maladies cardiovasculaires. Les maladies cardiovasculaires telles que les infarctus du

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myocarde, les maladies vasculaires cérébrales ainsi que les autres cardiopathies

ischémiques sont responsables d’environ 30% des décès annuellement et ce, partout dans le

monde (Agence de la santé publique du Canada, 2009 ; OMS, 2011). Les sections suivantes

traiteront de facteurs de risque des maladies cardiovasculaires associés à la résistance à

l’insuline et au diabète de type 2 ainsi que du lien existant entre ces différents facteurs.

2.1. Syndrome métabolique et risque cardiovasculaire

Le syndrome métabolique est un état englobant plusieurs anomalies métaboliques qui,

ensemble, représentent un facteur de risque plus important de maladies cardiovasculaires et

de diabète de type 2 que la somme du risque attribué à chacun de ces facteurs

individuellement (Avramoglu et al., 2006). Ce concept fut initialement décrit en 1988 par

Reaven qui attribua le nom de « syndrome X » à la condition regroupant à la fois la

présence de dyslipidémie, d’hyperglycémie et d’hypertension associées à la résistance à

l’insuline (Reaven, 1988). Depuis, le terme « syndrome métabolique » fait consensus et est

utilisé internationalement. Plusieurs groupes d’experts ont proposé des critères afin

d’établir une définition du syndrome métabolique. C’est le cas entre autres de

l'Organisation mondiale de la santé (OMS) (1999), le National Cholesterol Education

Program Adult Treatment Panel III (NCEP ATP III) (2001) ainsi que la Fédération

internationale du diabète (FID) (2006). La définition proposée par la FID (voir tableau 2.2)

pour sa part fait suite à un consensus à travers le monde et englobe les autres définitions

existantes afin d’en faire une définition universelle et dont les critères sont facilement

mesurables en clinique (FID, 2006 ; Alberti et al., 2006). Dans cette définition, la présence

d’obésité abdominale, par son importance centrale dans le développement de plusieurs

anomalies métaboliques, est un critère obligatoire au diagnostic du syndrome métabolique.

Chez les Nord-Américains, un tour de taille ≥ 102 cm chez l’homme et ≥ 88 cm chez la

femme représente les valeurs seuils d’obésité abdominale (NCEP ATP III, 2001). La

présence d’un excès de tissu adipeux au niveau abdominal est fortement liée à la résistance

à l’insuline (Abdul-Ghani et DeFronzo, 2010; Nguyen et al., 2008). La résistance à

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18

Tableau 2.2. Définition du syndrome métabolique proposée par la FID

Définition du syndrome métabolique de la FID

Obésité abdominale (critères de tour de taille selon l’ethnie ou IMC > 30 kg/m2)

+ 2 facteurs parmi les suivants

Triglycérides ≥ 1,7 mmol/L

ou traitement visant à réduire les triglycérides

Cholestérol HDL Hommes : < 1,03 mmol/L

Femmes : < 1,29 mmol/L

ou traitement visant à augmenter le cholestérol HDL

Pression sanguine Pression systolique : > 130 mm Hg

Pression diastolique : > 85 mm Hg

ou prise de médication anti-hypertensive

Glycémie à jeun > 5,6 mmol/L

ou diagnostic de diabète de type 2

l’insuline, quant à elle, est impliquée dans le développement et/ou la progression de

chacune des autres composantes du syndrome métabolique (Bonora et al., 1998 ; Bonora et

al., 2002 ; Piché et al., 2005 ; DeFronzo et Ferrannini, 1991). Par exemple, en ce qui

concerne les lipides sanguins, deux principales voies lient la résistance à l’insuline au

développement d’une dyslipidémie. La résistance à l’insuline au niveau du tissu adipeux

empêche la suppression de la lipase hormonosensible. Cette enzyme est responsable d’une

sécrétion accrue d’AGL en circulation par la lipolyse des triglycérides intracellulaires. Ce

flux plus élevé d’AGL, combiné à la résistance à l’insuline au niveau du foie, mène à une

surproduction hépatique de lipoprotéines de très faible densité (VLDL) riches en

triglycérides (Avramoglu et al., 2006 ; Adeli et al., 2001). Il en résulte une augmentation de

la concentration sanguine de triglycérides et d’AGL en présence de résistance à l’insuline.

De plus, cette augmentation du flux d’AGL exacerbe la résistance à l’insuline en altérant

directement le processus de signalisation cellulaire de l’insuline (Avramoglu et al., 2006 ;

Yu et al., 2002). Il est à noter que la présence d’obésité est également un facteur relié à une

plus grande concentration d’AGL en circulation (Wellen et Hotamisligil, 2005 ; Schenk et

al., 2008).

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19

Bien que ne faisant pas partie des critères diagnostiques du syndrome métabolique, un taux

plasmatique élevé de lipoprotéines de faible densité (cholestérol LDL) représente aussi un

facteur de risque indépendant et reconnu de maladies cardiovasculaires (Krauss, 2004).

Plusieurs autres facteurs de risque non traditionnels de maladies cardiovasculaires ont été

documentés, dont les processus inflammatoires et thrombotiques ainsi qu’une fonction

endothéliale endommagée (FID, 2006 ; Libby, 2012). À cet effet, une expression accrue de

la molécule prothrombotique plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1) représente un

indicateur du risque cardiovasculaire puisqu’un risque accru de formation de caillots

sanguins est associé à l’activation de cette molécule (Nieuwdorp et al., 2005 ; Ha et al.,

2009).

2.2. Inflammation et stress oxydatif

Le stress oxydatif et l’inflammation représentent deux conditions étroitement liées (Minuz

et al., 2006 ; Munoz et Costa, 2013) et fortement impliquées dans le développement de la

résistance à l’insuline. Ces anomalies peuvent être associées ou non à l’excès de tissu

adipeux (Munoz et Costa, 2013). Tout d’abord, le stress oxydatif est un état qui survient

lorsqu’il se crée un débalancement entre la vitesse de production des radicaux libres par

l’organisme, causant des dommages oxydatifs, et la vitesse à laquelle ceux-ci sont

neutralisés par les défenses antioxydantes endogènes et exogènes du corps (Stocker et

Keaney, 2004 ; Schulze et Lee, 2005). Chez un individu, il est possible de quantifier la

production de radicaux libres ou de dommages oxydatifs par certains marqueurs, tels les

LDL oxydées (Parthasarathy et al., 1999). Il est possible également de quantifier l’état des

défenses antioxydantes de l’organisme par des mesures de la capacité antioxydante totale

du plasma (Serafini et DelRio, 2004). L’alimentation peut augmenter ou réduire les niveaux

d’inflammation et de stress oxydatif (Kolb et Mandrup-Poulsen, 2010 ; Munoz et Costa,

2013). Par exemple, la consommation de fruits et de légumes améliore la capacité

antioxydante totale du plasma (Harasym et Oledzki, 2014). L’obésité est également un

important facteur contribuant à un état pro-inflammatoire (Otani, 2011). En effet, le tissu

adipeux est maintenant reconnu comme étant bien plus qu’un lieu d’entreposage d’énergie,

les adipocytes étant un organe dynamique produisant et sécrétant plusieurs substances

impliquées dans l’homéostasie métabolique (Shoelson et al., 2007). Entre autres, le tissu

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20

adipeux est responsable de la sécrétion de plusieurs molécules pro-inflammatoires telles

que les cytokines interleukine-6 (IL-6) et tumor necrosis factor-α (TNF-α), mais aussi de

certaines molécules anti-inflammatoires telles que l’adiponectine (Lee et Kwak, 2014 ;

Meshkani et Adeli, 2009). L’IL-6 pour sa part est impliquée dans la stimulation de la

production hépatique de la protéine C réactive (CRP), une protéine de phase aiguë non

spécifique qui représente un marqueur reconnu de l’inflammation systémique (Bastard et

al., 2000 ; Visser et al., 1999).

En présence d’obésité, particulièrement si elle est située au niveau abdominal, il se produit

un débalancement entre la production de molécules pro-inflammatoires, qui est augmentée,

et la production de molécules anti-inflammatoires, qui se trouve diminuée (Wellen et

Hotamisligil, 2005). En effet, l’hypertrophie des adipocytes induit la production de

radicaux libres, qui pour leur part stimuleraient la sécrétion de cytokines pro-

inflammatoires par le tissu adipeux. Cette sécrétion de cytokines pro-inflammatoires serait

reliée entre autres à l’activation des voies du nuclear factorκB (NF-κB), créant un état

d’inflammation systémique (Munoz et Costa, 2013 ; Otani, 2011 ; Shoelson et al., 2007).

En fait, l’IL-6, le TNF-α et la CRP sont chacun positivement corrélés à la masse adipeuse

(Bastard et al., 2000 ; Visser et al., 1999 ; Roytblat et al., 2000). Aussi, lorsque le tissu

adipeux est en expansion, il est progressivement infiltré par plusieurs cellules immunitaires

qui amplifient la réponse inflammatoire. Plusieurs chimiokines sont impliquées dans ce

recrutement des cellules immunitaires au tissu adipeux, dont la molécule CCL5 ou

Regulated on Activation, Normal T Cell Expressed and Secreted (RANTES), qui est donc

considérée comme une molécule pro-inflammatoire (Keophiphath et al., 2010 ; Viola et

Luster, 2008). Quelques mécanismes cellulaires par lesquels les molécules pro-

inflammatoires peuvent induire la résistance à l’insuline ont été proposés. En particulier,

celle-ci serait engendrée par une inhibition de la signalisation cellulaire de l’insuline,

principalement au niveau des protéines IRS (Meshkani et Adeli, 2009 ; Rui et al., 2002 ;

Hotamisligil et al., 1996). Le TNF-α stimulerait également la lipolyse, contribuant ainsi à

l’augmentation de la concentration d’AGL en circulation (Duncan et al., 2007).

L’adiponectine, qui est quant à elle diminuée lorsqu’il y a excès de tissu adipeux (Otani,

2011), exerce un effet contraire sur la sensibilité à l’insuline en améliorant la signalisation

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cellulaire de l’insuline. Son effet passe entre autres par la stimulation de la molécule

AMPK et par l’augmentation de l’utilisation du glucose et des AGL (Kadowaki et

Yamauchi, 2005). Le lien entre la surconsommation calorique, créant une surcharge de

glucose et d’AGL au niveau des mitochondries, et la résistance à l’insuline est également

documenté. En effet, un excès de substrat énergétique au niveau de la mitochondrie induit

une production intracellulaire excessive de radicaux libres. La résistance à l’insuline qui en

découle serait un mécanisme de protection de la cellule afin de réduire l’entrée des substrats

énergétiques, diminuant les dommages oxydatifs (Ceriello et Motz, 2004 ; Munoz et Costa,

2013).

En résumé, la résistance à l’insuline, une anomalie métabolique qui survient de pair avec le

gain de masse adipeuse, serait à la base des autres anomalies du syndrome métabolique. La

résistance à l’insuline a donc une importance centrale dans le développement du diabète de

type 2 et des maladies cardiovasculaires. Également, la résistance à l’insuline semble

principalement d’origine inflammatoire (de Luca et Olefsky, 2008).

La résistance à l’insuline de même que le profil inflammatoire représentent donc des cibles

intéressantes afin de prévenir l’apparition du diabète de type 2 et des maladies

cardiovasculaires.

3. Prévention de la résistance à l’insuline et du syndrome métabolique

En raison de la hausse alarmante de la prévalence de diabète de type 2 ainsi que du fardeau

économique et social que cette « épidémie » représente, la prévention du diabète de type 2

figure actuellement parmi les priorités de recherche du Canada (Association canadienne du

diabète, 2013). Afin d’améliorer la sensibilité à l’insuline et ainsi prévenir ou retarder

l’apparition de la maladie, les approches les plus largement étudiées incluent la médication

(metformine, thiazolidinediones), la perte de poids, l’activité physique et la nutrition. La

perte de poids et la nutrition seront les deux approches traitées dans les prochaines pages de

cette section.

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22

3.1. Perte de poids (par restriction énergétique)

Étant donné que l’excès de tissu adipeux est étroitement lié à la résistance à l’insuline, la

perte de poids, entre autres par une restriction de l’apport énergétique et une augmentation

de l’activité physique, est considérée dans la littérature comme un élément majeur de

prévention du diabète de type 2. En effet, par la méta-analyse d’Anderson et al. (2003), on

apprend que le risque de développer le diabète de type 2 est multiplié par un facteur de 9 ou

plus en présence d’obésité ou de gain de poids. Aussi, selon les résultats de la Finnish

Diabetes Prevention Study chez des sujets en surpoids et intolérants au glucose, une perte

de poids par l’amélioration des habitudes de vie a réduit de 58% le risque de développer le

diabète de type 2 (Tuomilehto et al., 2001). Le groupe de recherche du US Diabetes

Prevention Program a par la suite confirmé ces résultats. En effet, des sujets prédiabétiques

ont été séparés en trois groupes, soit le groupe placebo, le groupe recevant de la metformine

et le groupe de modifications des habitudes de vie et de perte de poids. Les sujets de ce

dernier groupe ont en moyenne perdu 4% de leur poids initial après 4 ans et une diminution

de 58 % de l’incidence de diabète a été observée dans ce groupe comparativement au

groupe placebo. Il est intéressant de constater que la modification des habitudes de vie a

démontré une efficacité plus importante que la prise de metformine, qui pour sa part a

diminué l’incidence de diabète de 31% (Knowler et al., 2002). Par contre, de plus en plus

d'évidences scientifiques se positionnent en défaveur de la restriction calorique seule

(volontaire) comme moyen efficace de perdre du poids. En effet, les diètes amaigrissantes,

même si elles permettent une perte de poids corporel en début de processus, n'ont pas un

bon taux de succès à long terme. Seulement 15% des gens réussissent à maintenir le poids

perdu après trois ans selon les résultats rapportés dans la revue de littérature d’Ayyad et

Andersen (2000). De plus, la restriction calorique pourrait même favoriser le gain de poids

à long terme. En effet, chez la majorité des sujets ayant suivi une diète restreinte en

calories, le poids repris suite à l'abandon de la diète était plus important que le poids perdu

pendant la période de restriction (Irving et Neumark-Sztainer, 2002 ; Mann et al., 2007).

Aussi, le fait de surveiller sa consommation calorique n'est pas toujours synonyme de bons

choix alimentaires, car plusieurs aliments sains, riches en micronutriments et en

antioxydants, peuvent avoir un contenu assez élevé en calories comparativement aux

produits transformés allégés du commerce. Finalement, le fait de se restreindre est associé à

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23

un sentiment de privation et peut mener à des troubles de comportement alimentaire. Les

personnes suivant une diète amaigrissante ou qui sont privées de certains aliments ont

davantage de pensées obsessives envers les aliments ou même de rages alimentaires, ce qui

peut mener paradoxalement à une surconsommation calorique (Polivy et al., 2005 ; Urbszat

et al., 2002 ; Hart et Chiovari, 1998). Bien qu’efficace dans un contexte d’études contrôlées

et encadrées, la voie traditionnelle de la perte de poids par la restriction de l’apport

énergétique semble difficilement applicable en pratique. Il est donc primordial de trouver

des avenues alternatives de prévention du diabète de type 2.

3.2. Autres approches nutritionnelles

Une quantité considérable d’études ont justement tenté de vérifier l’effet de nutriments,

d’aliments ou de modèles alimentaires (dietary patterns) sur la prévention ou la réduction

des anomalies métaboliques liées au diabète de type 2.

Certains groupes de recherche ont entre autres étudié les effets de diètes modifiées en

macronutriments, soit riches en fibres (De Munter et al., 2007 ; Schulze et al., 2007),

faibles en acides gras saturés et riches en acides gras monoinsaturés (Van Dam et al.,

2002 ; Gillingham et al., 2011), riches en aliments à indice glycémique faible

(Schwingshackl et Hoffmann, 2013), et autres sur le risque de développer un diabète.

D’autres auteurs ont plutôt étudié la consommation d’aliments particuliers. C’est le cas

entre autres du poisson (Patel et al., 2009). Cet aliment est étudié autant en raison de sa

teneur en oméga-3 que pour sa composition particulière en acides aminés ayant tous deux

démontré individuellement un effet bénéfique sur la sensibilité à l’insuline (Derosa et al.,

2012 ; Ouellet et al., 2007). L’étude de modèles alimentaires, offrant une plus grande

représentativité des interactions pouvant exister entre les différents aliments composant la

diète, a également suscité beaucoup d’intérêt. Une des diètes les plus connues et étudiées à

l’heure actuelle est sans doute la diète méditerranéenne, qui est caractérisée par une

consommation élevée d’huile d’olive, de fruits et de légumes, de noix, de légumineuses et

de produits céréaliers à grains entiers. Elle est caractérisée également par une

consommation modérée de poisson, de volaille, de vin rouge, d’œufs et de produits laitiers

et par une consommation très faible de sucreries et de viande rouge ou transformée. Bien

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24

que la plupart des effets bénéfiques documentés de celle-ci soient au niveau inflammatoire

et au niveau des paramètres du syndrome métabolique (Richard et al., 2013 ; Mena et al.,

2009 ; Kastorini et al., 2011), quelques études ont démontré que cette diète pouvait

également améliorer la sensibilité à l’insuline avec ou sans perte de poids (Richard et al.,

2011 ; Pérez-Jiménez et al., 2001 ; Esposito et al., 2004). L’adhésion à cette diète était

aussi liée à un meilleur métabolisme du glucose et à une incidence réduite de diabète de

type 2 (Panagiotakos et al., 2007 ; Martínez-González et al., 2008). Une des

caractéristiques faisant en sorte que la diète méditerranéenne soit inversement associée au

diabète de type 2 est son abondance en aliments végétaux, dont les fruits et en légumes.

4. Fruits et légumes et santé cardiométabolique

Selon l’étude prospective de Cooper et al. (2012), incluant 3704 hommes et femmes et dans

laquelle l’apport en fruits et en légumes a été évalué à l’aide de journaux alimentaires, un

apport total élevé en fruits et légumes ainsi qu’une variété élevée ont chacun été associés à

une incidence réduite de diabète de type 2. La diminution du risque de diabète entre les

tertiles opposés était de 21% et de 39 % respectivement. Ces résultats sont en accord avec

une autre étude prospective, celle de Mursu et al. (2014), utilisant les données de 2332

hommes non-diabétiques ayant participé à la Kupio Ischaemic Heart Disease Risk Factor

Study. Dans cette étude, l’apport en fruits et en légumes, en excluant les pommes de terre et

les jus de fruits, a été divisé en quartiles d’apport selon les données de journaux

alimentaires. Bien que ce soit un résultat non significatif, l’incidence de diabète de type 2

était 24% plus faible dans le quartile supérieur comparativement au quartile inférieur

d’apport total en fruits et légumes. Par contre, une consommation élevée de petits fruits

était quant à elle significativement associée à une incidence inférieure de diabète de 35% (p

= 0,003).

Par ailleurs, l’effet des fruits et légumes sur la prévention du diabète de type 2 demeure

controversé. En effet, selon deux méta-analyses récentes, l’apport total en fruits et légumes

ne serait pas ou très faiblement associé à l’incidence de diabète de type 2, mise à part la

consommation de légumes verts feuillus pour laquelle une association inverse a été

observée (Cooper et al., 2012 ; Carter et al., 2010). Par contre, plusieurs études

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épidémiologiques utilisent le questionnaire de fréquence alimentaire (FFQ, food frequency

questionnaire) afin d’établir le nombre moyen de portions qui est consommé par jour.

Cependant, bien que cette méthode soit simple et pratique, il a été rapporté qu’elle pourrait

être moins précise que l’utilisation du journal alimentaire dans l’évaluation des apports

absolus en fruits et en légumes. Le nombre de portions de fruits et légumes serait souvent

surestimé par le FFQ (Feskanich et al., 1993). Enfin, une consommation élevée de fruits et

de légumes est une approche ayant fait ses preuves davantage pour la prévention du

syndrome métabolique et des maladies cardiovasculaires que pour la prévention du diabète

de type 2 (Boeing et al., 2012 ; Bhupathiraju et al., 2013).

En résumé, certains résultats laissent sous-entendre qu’une consommation élevée et variée

de fruits et de légumes, ou de certains fruits et légumes plus spécifiques, serait associée à

un risque réduit de diabète de type 2 et de maladies cardiométaboliques. Les évidences

actuelles laissent croire que l’effet bénéfique ou protecteur des fruits et des légumes sur la

santé pourrait être relié entre autres aux éléments phytochimiques, comme les polyphénols,

contenus dans ces aliments.

5. Les polyphénols

5.1. Caractéristiques des polyphénols et classification

Parmi les nombreux éléments phytochimiques contenus dans les végétaux, on retrouve

entre autres les polyphénols, des agents réducteurs, c’est-à-dire des molécules qui

possèdent des propriétés antioxydantes. D’un point de vue moléculaire, les polyphénols

sont des composés constitués d’au moins un cycle aromatique et d’au moins un groupement

hydroxyl (voir figure 2.4). Ces composés jouent un rôle essentiel dans la croissance et la

survie des végétaux. En effet, ils constituent un mécanisme de défense contre les agents

pathogènes, les parasites, les prédateurs ainsi que les rayons UV du soleil. Les polyphénols

contribuent également à la couleur, ainsi qu’à l’astringence et à l’amertume de la plante

dans laquelle ils se retrouvent (Manach et al., 2004). Par contre, les polyphénols ne

constituent pas un groupe homogène de molécules. En effet, ceux-ci se divisent en

plusieurs grandes familles selon leur structure chimique. Les principales familles sont les

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acides phénoliques (figure 2.5), les flavonoïdes (figure 2.6), les tanins, les lignanes ainsi

que les stilbènes, qui se divisent à leur tour en plusieurs catégories ou composés (Manach et

al., 2004; Erdman et al., 2007). La figure 2.7 est un bon résumé de la classification de ces

polyphénols. Enfin, les composés phénoliques sont ubiquitaires dans les aliments d’origine

végétale. Ils font donc partie intégrante de notre alimentation, en particulier les flavonoïdes

qui représentent la classe de polyphénols la plus présente dans notre diète (Scalbert et

Williamson, 2000; Bravo, 1998). Au total, plus de 8000 composés phénoliques sont

présents dans le règne végétal, dont environ 5000 flavonoïdes (Erdman et al., 2007).

Figure 2.4. Molécule de Phénol, la structure de base des polyphénols.

Figure 2.5. Structure de base des acides phénoliques.

Figure 2.6. Structure de base des flavonoïdes.

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27

Figure 2.7. Classification des polyphénols. Figure adaptée de l’article d’Erdman et al., 2007.

5.2. Consommation moyenne et teneur dans les aliments

La teneur en polyphénols des aliments peut varier grandement selon plusieurs facteurs.

Parmi ces facteurs notons les différences interespèces ainsi que les différences entre les

cultivars variés d’une même espèce, le degré de maturité au moment de la récolte, les

conditions environnementales (irrigation, fertilisation, température, exposition à la

lumière), la durée et les conditions d’entreposage, ainsi que les procédés de transformation

(le fait de peler ou de cuire les aliments par exemple) (Hollman et al., 2011 ; Srivastava et

al., 2007). Plusieurs auteurs ont estimé la consommation moyenne de polyphénols chez

l’humain. Somme toute, l’apport quotidien semble se rapprocher d’environ 1g/jour

(Ovaskainen et al., 2008; Pérez-Jiménez et al., 2011 ; Kuhnau, 1976; Tresserra-Rimbau et

al., 2014). Chez les populations occidentales, ce sont les fruits, les boissons (café, vin,

bière, thé), les produits céréaliers et les produits du cacao qui contribuent le plus à l’apport

quotidien en polyphénols (Pérez-Jiménez et al., 2011 ; Scalbert et Williamson, 2000 ;

Ovaskainen et al., 2008). Dans la catégorie des fruits, les petits fruits tels que les fraises, les

canneberges, les bleuets, les framboises, les mûres, les grenades ou les raisins en ont une

teneur particulièrement élevée comparativement aux autres fruits (voir figure 2.8).

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28

Figure 2.8. Teneur totale en polyphénols (mg) par 100g d’aliment pour plusieurs fruits et légumes.

Figure tirée de l’article de Liu et al., 2013. Figure reproduite avec autorisation.

D’ailleurs, dans une étude de Sun et al. (2002), la canneberge se classait au premier rang

parmi les 10 fruits analysés pour sa teneur en polyphénols et pour sa capacité antioxydante.

Dans une autre étude (Proteggente et al., 2002), c’est plutôt la fraise qui s’est classée au

premier rang pour sa capacité antioxydante parmi 19 fruits et légumes ayant été analysés.

En général, ce sont les fruits riches en anthocyanines qui ont démontré le plus haut pouvoir

antioxydant.

5.2.1. Profil de la fraise et de la canneberge

Étant donné la grande diversité existant concernant le profil en polyphénols entre plusieurs

cultivars d’un même aliment ou concernant les méthodes de dosage utilisées, il demeure

difficile de caractériser de façon précise et universelle la teneur en polyphénols d’un

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29

aliment. Toutefois, la figure 2.9 fournit un aperçu des proportions moyennes des différentes

classes de polyphénols retrouvées dans la fraise et dans la canneberge.

5.3. Biodisponibilité

Le concept de biodisponibilité peut être défini comme la fraction des polyphénols

consommés ou de leurs métabolites actifs atteignant la circulation sanguine et disponibles

afin d’être utilisés par les différents tissus cibles. Les propriétés biologiques attribuées aux

polyphénols dépendent en grande partie de leur biodisponibilité, qui diffère beaucoup d’un

composé à l’autre. Bon nombre de facteurs influencent cette dernière. Entre autres, ce ne

sont pas les polyphénols consommés en plus grande quantité qui atteignent nécessairement

les plus grandes concentrations plasmatiques ou qui possèdent les effets métaboliques les

plus importants. En effet, le taux d’absorption des polyphénols consommés varie beaucoup

en fonction de la structure et des propriétés chimiques propres à chaque classe de composés

(Scalbert et Williamson, 2000; Bravo, 1998). Le principal lieu d’absorption des

polyphénols est l’intestin grêle, mais ceux-ci peuvent également être absorbés au niveau de

l’estomac et du côlon (Hollman et al., 2011). Par exemple, alors que les composés

phénoliques simples, c’est-à-dire sous leur forme aglycone, peuvent être absorbés de façon

intacte par diffusion passive, la majorité des polyphénols de l’alimentation ne peuvent pas

être absorbés sans d’abord être hydrolysés par les enzymes

Figure 2.9. Composition en polyphénols des fraises et des canneberges. A) Figure adaptée de

l’article de Giampieri et al., 2014. B) Données tirées de Anhê et al., 2014 ; Wilson et al., 2008 ;

USDA, 2006 ; Chen et al., 2001.

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30

intestinales ou par les bactéries du microbiote intestinal. C’est le cas des composés ingérés

sous forme de glucosides, c’est-à-dire qui sont liés à un sucre (principalement le glucose),

d’esters ou de polymères. En effet, l’hydrolyse est nécessaire afin de réduire le poids

moléculaire de ces composés et de les rendre davantage lipophiles, ce qui facilite leur

absorption (Gee et al., 2000; Prior et Wu, 2006). La figure 2.10 illustre les différentes voies

de digestion et d’absorption des polyphénols ingérés sous forme de glucosides et

d’aglycones. Par contre, certains glucosides peuvent tout de même être absorbés de façon

intacte par le transporteur de glucose SGLT1. C’est le cas entre autres des anthocyanines, la

forme glycosylée des anthocyanidines. Ce phénomène crée une compétition entre les

glucides et les glucosides pour le récepteur SGLT1, ce qui réduit leur absorption respective.

(Karakaya, 2004 ; Cermak et al., 2004 ; Hollman et al., 1999).

Pour certains composés, tels que les proanthocyanidines ou les ellagitanins, l’absorption

intestinale est pratiquement nulle (Manach et al., 2004 ; Dudonné et al., 2014). Somme

toute, malgré d’importantes variations entre les composés, l’absorption des polyphénols

demeure généralement très faible et dépasse rarement 2% de la quantité totale ingérée

(Dudonné et al., 2014).

Une fois absorbés, les polyphénols ou leurs métabolites en circulation sont en général

intensivement métabolisés et rapidement éliminés. Le foie constitue le principal lieu de

métabolisation des composés phénoliques où ces derniers subissent tout d’abord un

processus de conjugaison par méthylation, glucuronidation et/ou sulfatation afin de faciliter

leur élimination (Scalbert et Williamson, 2000; Bravo, 1998). Les métabolites ainsi créés

sont ensuite sécrétés dans la bile et dans l’urine (Bravo, 1998; Erdman et al., 2007). La

demi-vie moyenne des polyphénols dans le sang est de 8h, mais elle peut varier entre 1h et

18h selon la nature des composés (Manach et al., 2005). La biodisponibilité des

polyphénols est donc dépendante des apports alimentaires quotidiens puisque ces molécules

sont rapidement éliminées. Parmi les autres facteurs pouvant influencer la biodisponibilité,

notons l’affinité du composé pour l’albumine ainsi que la quantité utilisée par les tissus

cibles (figure 2.11) (Manach et al., 2004).

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31

Figure 2.10. Absorption des polyphénols ingérés sous forme de glucosides et d’aglycones.

Glucoside : polyphénol lié à un glucide simple, par exemple le glucose. Aglycone : Composé non

glucidique formé au cours de l’hydrolyse du glucoside. SGLT1 : Transporteur du glucose dépendant

du sodium.

La concentration plasmatique des polyphénols originaux, tels que consommés dans les

aliments, est relativement faible comparativement à celle de leurs métabolites (Scalbert et

Williamson, 2000). Il y a encore très peu de données sur l’activité biologique ainsi que sur

les sites d’action de ces métabolites phénoliques, qui pourraient différer de ceux des

polyphénols desquels ils proviennent (Manach et al., 2004; Prior et Wu, 2006).

Quelques données nous permettent toutefois de qualifier la biodisponibilité des polyphénols

retrouvés dans la fraise et la canneberge. Tel qu’illustré à la figure 2.9, ces deux fruits

contiennent une bonne quantité d’anthocyanines. Bien que ces composés puissent être

absorbés directement sous leur forme glucoside au niveau de l’estomac, ceux-ci sont

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faiblement absorbés (Dudonné et al., 2014 ; Giampieri et al., 2014). De plus, les

anthocyanines ont une courte demi-vie dans le plasma. En effet, celles-ci sont rapidement

absorbées, mais très rapidement éliminées par la suite (Manach et al., 2005). Selon l’étude

de Basu et al. (2014), l’absorption des anthocyanines de la fraise pourrait être diminuée

lorsque celles-ci sont consommées avec un repas riche en lipides, et serait maximisée

lorsque les fraises sont consommées fraîches. Quant aux polymères, les proanthocyanines

(retrouvées dans les fraises et les canneberges) et les ellagitanins (retrouvés surtout dans la

fraise), ceux-ci, en raison de leur structure, ne sont pas absorbés et par conséquent ne sont

pas retrouvés dans le plasma suivant leur consommation (Dudonné et al., 2014). Pour sa

part, la quercétine, un flavonol retrouvé surtout dans la canneberge, figure parmi les

polyphénols les mieux absorbés (Erdman et al., 2007), et ce, particulièrement sous sa forme

glucosidée (Hollman et al., 2011). Malgré le fait que la quercétine soit intensivement

métabolisée une fois absorbée, ses métabolites possèdent une affinité élevée pour

l’albumine. Ceux-ci possèdent également une demi-vie dans le plasma plus longue que la

moyenne des polyphénols, soit de 11 à 28h (Manach et al., 2005 ; Dudonné et al., 2014).

Figure 2.11. Principaux facteurs ayant un impact sur la biodisponibilité des polyphénols dans

l’organisme.

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33

Enfin, une étude chez le rat a observé que suite à la consommation d’un extrait de

polyphénols de fraises et de canneberges, l’acide p-coumarique était retrouvé en grandes

quantités dans le plasma. L’acide p-coumarique est un polyphénol de la famille des acides

phénoliques présent dans l’extrait de fraises et de canneberges, mais provenant surtout de la

fraise. Celui-ci est également un métabolite de l’acide chlorogénique, un acide phénolique

également retrouvé dans l’extrait (Dudonné et al., 2014).

Concernant les autres polyphénols retrouvés dans la fraise et dans la canneberge, les

données relatives à leur biodisponibilité sont plus limitées.

5.4. Effets sur la santé cardiométabolique et mécanismes impliqués

5.4.1. Métabolisme du glucose

Quelques études épidémiologiques avaient pour but de déterminer si un apport élevé en

polyphénols était associé à une incidence réduite de diabète de type 2. C’est le cas, entre

autres, de l’étude prospective de Knekt et al. (2002) sur un sous-échantillon de 10 054

hommes et femmes de la Finnish Mobile Clinic Health Examination Survey. Ces auteurs

ont observé une association inverse entre le développement du diabète et un apport

supérieur en quercétine et en myricétine, deux composés faisant partie des flavonols.

Toutefois, cette association n’a pas atteint le niveau de signification statistique (p = 0,07).

Parmi les aliments riches en flavonoïdes, ce sont les pommes et les petits fruits qui ont

démontré l’association la plus forte avec un risque réduit de diabète de type 2 (p = 0,003 et

p = 0,03 respectivement). Wedick et al. (2012), pour leur part, se sont également intéressés

au lien entre l’apport en flavonoïdes, divisé en quintiles, et le risque de diabète de type 2.

Ceux-ci ont utilisé les données de 3 cohortes, dont celle de la Nurses’ Health Study (NHS)

avec 70 359 femmes, celle de la NHS II avec 89 201 femmes et celle de la Health

Professionals Follow-Up Study avec 41 334 hommes. Les auteurs ont constaté qu’un apport

élevé en anthocyanines est fortement associé à une incidence réduite de diabète de type 2.

Également, la consommation de bleuets, de fraises, de pommes et de poires, les sources

alimentaires majeures d’anthocyanines rapportées par les sujets, était aussi inversement

associée au développement du diabète de type 2. Cependant, une autre étude prospective,

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34

cette fois-ci utilisant les données de la Women’s Health Study (WHS) pour 38 018 femmes,

n’observe pas d’association entre l’apport en flavonoïdes et l’incidence de diabète. Par

contre, les femmes qui consommaient au moins 1 pomme par jour avaient 30% moins de

chance de développer la maladie comparativement aux femmes qui n’en consommaient pas

(Song et al., 2005). Enfin, Zamora-Ros et al. (2014), utilisant les données de la European

Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)-Interact Study, ont observé une

association inverse entre l’incidence de diabète de type 2 et la consommation de certains

types de flavanols et de flavonols. En effet, cette association a été observée avec certains

flavan-3-ols (tous les composés sous forme de monomères ainsi que les proanthocyanidines

ayant un faible degré de polymérisation) et avec un composé de la famille des flavonols, le

myricétine.

Bien qu’il y ait certaines divergences au niveau des résultats de ces études

épidémiologiques, certains flavonoïdes semblent prometteurs quant à leur effet sur le

métabolisme du glucose, au même titre que les aliments qui en sont une bonne source, en

particulier les petits fruits et les pommes.

La majorité des études cliniques ayant examiné le lien entre la consommation de

polyphénols et le métabolisme du glucose se sont intéressées particulièrement aux petits

fruits. Il est à noter que la consommation de polyphénols provenant du chocolat noir et du

cacao (Almoosawi et al., 2012 ; Desideri et al., 2012 ; Sarriá et al., 2012 ; Stote et al.,

2012 ; Grassi et al., 2005 ; Muniyappa et al., 2008), du vin rouge (Chiva-Blanch et al.,

2013), du soya (Llaneza et al., 2012), des pommes (Johnston et al., 2002) et du thé vert

(Wu et al., 2012 ; Brown et al., 2009 ; Fukino et al., 2005) en lien avec leur effet sur le

métabolisme du glucose a également fait l’objet de plusieurs études cliniques. Par contre, la

section qui suit ne traitera que des résultats d’études portant sur les polyphénols de petits

fruits.

Bien que les études in vitro et chez l’animal observent majoritairement un effet bénéfique

de la consommation de polyphénols de petits fruits sur différents paramètres du

métabolisme du glucose (Hanhineva et al., 2010), les quelques études cliniques ayant vu le

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jour n’arrivent pas à des conclusions unanimes à ce sujet. Parmi les auteurs ayant rapporté

des résultats positifs, on retrouve entre autres Stull et al. (2010). Ceux-ci ont évalué l’effet

de la consommation quotidienne d’un smoothie aux bleuets, ou d’un placebo, pendant une

période de 6 semaines chez des individus obèses et résistants à l’insuline. Les auteurs ont

observé une amélioration de la sensibilité à l’insuline de 22% chez les sujets ayant

consommé le smoothie aux bleuets (fournissant un total de 1462 mg de polyphénols par

jour, dont 668 mg d’anthocyanines) telle que mesurée par le test du clamp

hyperinsulinémique-euglycémique. Hokayem et al. (2013), pour leur part, ont démontré

que la consommation régulière de polyphénols de raisins chez des sujets obèses avait

neutralisé les effets négatifs d’une diète riche en fructose sur la captation de glucose, telle

que mesurée par le clamp hyperinsulinémique-euglycémique, et sur la sensibilité à

l’insuline. Les sujets de cette étude devaient consommer 2g/j de polyphénols de raisins en

capsules pendant 9 semaines, puis, durant la 9e semaine, devaient également se soumettre à

une diète riche en fructose (3g/kg de masse maigre). Dans le groupe placebo, la captation

de glucose (GDR) a diminué de 11%, alors que la sensibilité à l’insuline, telle que calculée

par l’ISI Matsuda, a diminué de 20%. Ces effets négatifs induits par le fructose ont

entièrement été contrecarrés par la consommation des extraits de raisin. Alors que bon

nombre d’études se sont intéressées au fruit entier ou à sa fraction de polyphénols, certaines

études portent plutôt sur l’effet d’un seul composé phénolique isolé. En outre, le

resvératrol, un polyphénol de la famille des stilbènes retrouvé entre autres dans le raisin, est

l’une des molécules étudiées pour ses effets sur le métabolisme du glucose. Dans l’étude

pilote de Crandall et al. (2012), l’effet de la consommation de 1 à 2g de resvératrol par jour

sur 4 semaines a été évalué en utilisant le test du repas standardisé, répété en pré et en post-

intervention (110g de glucides, 20g de protéines et 20g de gras). La supplémentation en

resvératrol (toutes doses confondues) chez des sujets en surpoids et résistants à l’insuline a

amélioré la sensibilité à l’insuline de 23%, tel que mesuré par l’ISI Matsuda, et a abaissé

l’aire sous la courbe (AUC, area under the curve) du glucose sur 3h post-test. Une autre

étude a également démontré que la supplémentation en resvératrol, mais cette fois-ci à très

faible dose (10 mg/jour), avait diminué l’indice HOMA-IR après 4 semaines

comparativement au groupe placebo (Brasnyo et al., 2011). Certaines études ont, pour leur

part, observé une amélioration de l’effet aigu de la consommation de polyphénols de petits

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fruits sur la réponse insulinémique et glycémique suivant un repas standardisé. C’est le cas

entre autres d’une étude selon un dispositif en chassé-croisé dans laquelle 24 sujets en

surpoids devaient consommer un repas standardisé riche en glucides et modéré en lipides

afin d’induire un état de résistance à l’insuline postprandiale, et ce, accompagné d’un

breuvage contenant 10g de poudre de fraise ou avec un breuvage placebo. Lorsque les

sujets consommaient le repas avec le breuvage contenant l’extrait de fraises (contenant 95

mg de polyphénols, dont 39 mg d’anthocyanines), la réponse insulinémique suivant le repas

test était inférieure à celle obtenue lorsque le repas était consommé avec le breuvage

placebo. Les auteurs suggèrent que l’effet observé pourrait être relié à la présence dans le

plasma de 2 métabolites des anthocyanines suivant la consommation de l’extrait de fraises,

soit le sulfate de pelargonidine et le pelargonidine-3-o-glucoside (Edirisinghe et al., 2011).

Bien que les mécanismes par lesquels les polyphénols pourraient agir sur le métabolisme du

glucose ne soient pas encore totalement compris, de plus en plus d’études mécanistiques

nous permettent d’expliquer une partie du phénomène. Entre autres, il a été suggéré que les

polyphénols auraient la propriété d’améliorer la sensibilité à l’insuline, la fonction des

cellules β du pancréas et l’homéostasie du glucose au foie en inhibant la néoglucogenèse et

la sécrétion de glucose en circulation, ainsi qu’en augmentant la glycogénèse (Hanhineva et

al., 2010 ; Bahadoran et al., 2013).

La figure 2.12 illustre les principaux mécanismes ayant été suggérés afin d’expliquer l’effet

des polyphénols sur la résistance à l’insuline. En voici un résumé dans les prochaines

pages.

Les polyphénols pourraient favoriser la captation du glucose plasmatique par les cellules et

en augmenter son utilisation, deux éléments qui améliorent la sensibilité à l’insuline. Plus

précisément, les polyphénols ou leurs métabolites en circulation agiraient directement en

modulant l’activité ou l’expression de différentes molécules impliquées dans les voies de

signalisation cellulaire de l'insuline afin de stimuler la captation du glucose par les

transporteurs GLUT4 ou GLUT1.

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Figure 2.12. Quelques mécanismes par lesquels la consommation de polyphénols pourrait améliorer

la sensibilité à l’insuline.

Quelques études démontrent la propriété de certains polyphénols à augmenter l’expression,

l’activité ou la translocation vers la membrane plasmique du transporteur de glucose

GLUT4. Entre autres, un extrait de myrtilles (Takikawa et al., 2010) ainsi que les

molécules de resvératrol (Breen et al., 2008; Park et al., 2007) et de cyanidin-3-glucoside,

un polyphénol de la famille des anthocyanines (Wei et al., 2011), ont démontré la propriété

d’activer la molécule AMPK, stimulant ainsi la captation du glucose (Breen et al., 2008;

Park et al., 2007; Takikawa et al., 2010) et son utilisation (Takikawa et al., 2010). D’autres

molécules impliquées dans la signalisation cellulaire de l’insuline peuvent également être

modulées par les polyphénols. En effet, un extrait enrichi en procyanidines de pépins de

raisins a démontré la capacité à augmenter la translocation des récepteurs de GLUT4 vers la

membrane par l’activation du PI3K (Pinent et al., 2004). Les procyanidines sont des

composés faisant partie des proanthocyanidines et retrouvés en grandes quantités dans les

petits fruits. Cette même équipe de recherche a également observé que cet extrait de

procyanidines augmentait la captation du glucose en interagissant avec le récepteur de

l’insuline afin d’induire sa phosphorylation (Montagut et al., 2010). Enfin, les protéines

IRS sont aussi d’importants médiateurs de l’action de l’insuline. Il a été suggéré que les

composés bioactifs de la fraise auraient la capacité d’agir sur la phosphorylation de cette

molécule, améliorant ainsi la captation du glucose (Sandhya et al., 2010).

Page 52: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

38

Ensuite, il a été suggéré que les polyphénols pourraient induire une perte de poids par

l’inhibition de la digestion et de l’absorption des glucides et des lipides, entraînant une

digestion et une absorption réduite de ces macronutriments et un apport calorique diminué.

Cette propriété attribuée à certains polyphénols a suscité beaucoup d’intérêt, étant donné

l’épidémie d’obésité à laquelle la société fait face et son rôle dans le développement de la

résistance à l’insuline et du diabète de type 2. Les enzymes clés de la digestion des glucides

sont l'alpha-amylase salivaire et pancréatique et l'alpha-glucosidase, retrouvée à la surface

de la bordure en brosse de l'intestin. Quant à l'absorption du glucose, deux voies sont

possibles. Celui-ci peut être absorbé soit par un transporteur actif dépendant du sodium, le

SGLT1, ou par un transporteur passif, le GLUT2. Une multitude de composés phénoliques

étudiés de façon isolée ont démontré la capacité in vitro à inhiber l’alpha-amylase et

l’alpha-glucosidase (Hanhineva et al., 2010). Toujours in vitro, des extraits riches en

polyphénols provenant des fraises, des framboises, des bleuets et des cassis ont également

démontré la propriété d’inhiber l’activité de ces deux enzymes. En particulier, la fraise se

classe au premier rang en ce qui a trait à l’inhibition de l’alpha-amylase (McDougall et al.,

2005) et possède une forte activité inhibitrice de l’alpha-glucosidase (Da Silva Pinto et al.,

2008). D’autres composés phénoliques isolés présents dans les petits fruits ont également

démontré la propriété d’inhiber le SGLT1, tels que l’acide férulique (Welsch et al., 1989) et

la quercétine (Cermak et al., 2004), ainsi que le GLUT2, telles que la quercétine et la

myricétine (Johnston et al., 2005). Certains polyphénols auraient aussi la propriété

d’inhiber une des enzymes clés de la digestion des lipides, la lipase pancréatique. Cette

enzyme hydrolyse les triglycérides consommés en AGL et en glycérol afin de permettre

l'absorption de ces derniers au niveau de l'intestin grêle. Entre autres, les

proanthocyanidines ont démontré cette propriété in vitro et in vivo (Sugiyama et al., 2007;

Kimura et al., 2011).

Quelques autres voies par lesquelles les polyphénols pourraient être impliqués dans la

régulation du métabolisme énergétique ont été suggérées. Il s’agit entre autres de

l’inhibition des réactions anaboliques, de la stimulation des voies cataboliques au niveau du

tissu adipeux, du foie et des autres tissus, de l’inhibition de la différenciation des pré-

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adipocytes en adipocytes (Meydani et Hasan, 2010) ainsi que de la modulation du

microbiote intestinal.

En effet, plusieurs études ont démontré l’effet prébiotique des polyphénols, c’est-à-dire leur

capacité à stimuler la croissance ou l’activité des souches bactériennes bénéfiques à une

bonne flore intestinale (Selma et al., 2009 ; Anhê et al., 2013). Cette activité prébiotique

des polyphénols, combinée au rôle important du microbiote intestinal dans la régulation du

métabolisme du glucose et des lipides (Bäckhed et al., 2004 ; Moreno-Indias et al., 2014),

confère aux polyphénols un effet additionnel prometteur dans le contrôle du poids. Entre

autres, la consommation d’extraits de polyphénols de canneberges modulerait de façon

importante la composition du microbiote en augmentant l’abondance relative de la bactérie

Akkermansia (Anhê et al., 2014). L’abondance de cette bactérie a été inversement corrélée

au poids corporel (Cani, 2013). Dans cette étude d’une durée de 8 semaines chez des souris,

la consommation de l’extrait de polyphénols de canneberges a diminué le gain de poids et

le gain d’adiposité viscérale induits par une diète riche en gras et en sucres. L’effet

prébiotique des polyphénols est également démontré dans l’étude de Neyrink et al. (2013).

Dans cette étude, la consommation d’extraits de polyphénols provenant de la pelure de

grenades a mené à une augmentation du pool des bifidobactéries (Neyrink et al., 2013) chez

des souris obèses. Une quantité élevée de bifidobactéries, quant à elle, est aussi

inversement corrélée à l’obésité (Delzenne et Cani, 2011).

Bien que la prise de supplément de polyphénols au quotidien semble prometteuse dans le

cadre d’une saine gestion du poids, peu d’études in vivo ont observé une perte de poids

suite à la consommation de polyphénols. Davantage d’études à ce sujet, et ayant comme

principal objectif d’étudier l’effet de la supplémentation en polyphénols sur le poids

corporel, permettraient de confirmer cette hypothèse.

5.4.2. Inflammation et stress oxydatif

La capacité des petits fruits et des polyphénols à inhiber la sécrétion de molécules pro-

inflammatoires telles que la CRP et les cytokines IL-6 et TNF-α et à favoriser la production

de molécules anti-inflammatoires telles que l’adiponectine a fait l’objet de plusieurs études.

Page 54: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

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Puisque les polyphénols sont des molécules ayant une structure chimique leur procurant des

propriétés antioxydantes, leur capacité à réduire le stress oxydatif ou à améliorer la capacité

antioxydante du plasma a également suscité beaucoup d’intérêt dans les dernières années.

Entre autres, les fraises et les canneberges ont été particulièrement étudiées pour leurs effets

anti-inflammatoires et antioxydants.

Quelques études épidémiologiques ont observé une association inverse entre la

consommation de petits fruits ou de leurs polyphénols et le taux de certains marqueurs pro-

inflammatoires. Entre autres, une étude transversale comprenant une cohorte de 8335 sujets

et utilisant les données de l'étude américaine NHANES s'est penchée sur le lien entre

l'apport en flavonoïdes, estimé par un rappel de 24h, et les taux de CRP plasmatiques. Les

auteurs ont observé une association inverse entre l'apport total en flavonoïdes et les taux de

CRP (Chun et al., 2008). De façon similaire, une vaste étude transversale utilisant les

données d’un sous-échantillon de la Women’s Health Study (n= 26 966) a eu pour but

d’évaluer le lien entre la consommation de fraises et les taux de CRP. Les femmes de

l’étude ont été réparties en groupes selon leur consommation de fraises (jamais, 1-3

portions/mois, 1 portion/semaine et ≥ 2 portions/semaine). Les femmes consommant ≥ 2

portions/semaine étaient 14% moins à risque d’avoir des taux élevés de CRP, soit

supérieurs à 3 mg/L (Sesso et al., 2007). Plus récemment, l’effet bénéfique des flavonoïdes

sur l’inflammation a également fait l’objet de l’étude transversale de Jennings et al. (2014)

chez une cohorte de femmes. Dans cette étude, l’apport en flavonoïdes et en ses sous-

classes a été estimé à l’aide d’un FFQ validé. Les auteurs ont observé que le quintile

supérieur d’apport en anthocyanines était associé à des taux plus bas de CRP (n=1432). Par

contre, les études épidémiologiques ayant examiné le lien entre la consommation de

polyphénols et le degré de stress oxydatif sont pratiquement inexistantes, quoiqu’il semble

y avoir des associations intéressantes dans quelques cas (Pedret et al., 2012).

Dans certaines études cliniques, la fraise a démontré à la fois la propriété d’améliorer le

profil inflammatoire et le profil oxydatif. C’est le cas, entre autres, de l’étude clinique

randomisée, contrôlée et à double insu de Moazen et al. (2013). Dans cette étude, 36

participants devaient consommer un breuvage contenant 50g de poudre de fraise

Page 55: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

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(l’équivalent de 500g de fraises fraîches, fournissant un total de 2006 mg de polyphénols)

ou un breuvage placebo à teneur identique en macronutriments. Après 6 semaines

d’intervention, la consommation du breuvage contenant l’extrait de fraise a provoqué une

diminution de 18% des taux de CRP et de près de 20% des taux de malondialdéhyde

(MDA), une molécule reliée à la peroxydation des lipides (stress oxydatif). Également, une

hausse de 14% du statut antioxydant total a été observée dans le groupe consommant

l’extrait comparativement au groupe placebo. D’autres études cliniques ayant étudié l’effet

de la consommation de poudre de fraises séchées à froid (freeze-dried) obtiennent des

résultats similaires. Entre autres, on rapporte des effets bénéfiques au niveau des taux de

marqueurs de peroxydation lipidique (Basu et al., 2009), des LDL oxydées (Burton-

Freeman et al., 2010), du CRP et de l’IL-6 (Edirisinghe et al., 2011) ainsi que de l’IL-1β

(Ellis et al., 2011). Par contre, plusieurs de ces études cliniques en lien avec la

consommation de fraises démontrent plutôt une absence d’effet sur les LDL oxydées (Basu

et al., 2009), le statut antioxydant (Zunino et al., 2012), la CRP (Basu et al., 2009 ; Ellis et

al., 2011 ; Zunino et al., 2012), l’adiponectine (Basu et al., 2009), l’IL-1β (Edirisinghe et

al., 2011 ; Zunino et al., 2012), l’IL-6 (Ellis et al., 2011 ; Zunino et al., 2012) et le TNF- α

(Edirisinghe et al., 2011, Ellis et al., 2011 ; Zunino et al., 2012).

La canneberge, comme la fraise, a également démontré un effet anti-inflammatoire et

antioxydant dans certaines études. Dans l’étude de Simao et al. (2013), 56 participants

souffrant du syndrome métabolique ont été divisés en deux groupes. Le groupe témoin

devait poursuivre l’alimentation habituelle, tandis que le groupe expérimental consommait

700 ml/j de jus de canneberge faible en sucre (fournissant quotidiennement 362,5 mg de

polyphénols) pour une durée de 60 jours. Les auteurs de cette étude ont observé une hausse

des niveaux sanguins d’adiponectine dans le groupe consommant le jus de canneberge

comparativement aux valeurs de départ et comparativement aux valeurs du groupe témoin.

La consommation du jus de canneberge a également induit une réduction du phénomène de

peroxydation des lipides et d’oxydation des protéines comparativement au groupe témoin.

Ces changements étaient indépendants du poids corporel. D’autres études ayant comme

objectif de vérifier les propriétés du jus de canneberge observent également des effets

bénéfiques sur la capacité antioxydante du plasma (Vinson et al., 2008 ; Ruel et al., 2005)

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42

et sur les taux de LDL oxydées (Ruel et al., 2005 ; Ruel et al., 2008). Par contre, certaines

études concernant la canneberge n’ont pas réussi à démontrer son potentiel à réduire les

taux plasmatiques de cytokines pro-inflammatoires (Simao, 2013), de la protéine C réactive

et de LDL oxydées (Lee et al., 2008), ni à améliorer le statut antioxydant du plasma

(Duthie et al., 2006).

Donc, les études cliniques ne sont pas unanimes quant à l’effet des fraises et des

canneberges sur les marqueurs reliés au stress oxydatif, à la capacité antioxydante et à

l’inflammation. Le même phénomène est également vrai en ce qui a trait aux études ayant

utilisé des extraits isolés de polyphénols présents dans les petits fruits tels que les

anthocyanines (Karlsen et al., 2007 ; Hassellund et al., 2013 ; Zhu et al., 2013).

Quelques mécanismes ont été suggérés afin d’expliquer les effets anti-inflammatoires et

antioxydants des polyphénols présents dans les fraises et les canneberges. Entre autres,

ceux-ci pourraient réduire l’activation du NF-κB (Special et al., 2010; Denis et al., 2014),

un médiateur du processus inflammatoire régulant la production de plusieurs cytokines pro-

inflammatoires (Iwai, 2014). Ces polyphénols pourraient également réduire l’activité de

certaines enzymes pro-oxydantes (Nijveldt et al., 2001 ; Al-Awwadi et al., 2005). Aussi, tel

que mentionné à la section 5.4.1., certains polyphénols tels que les polyphénols extraits de

la canneberge ont la capacité d’agir comme prébiotique (Anhê et al., 2014). La composition

de la flore intestinale a un rôle important à jouer dans la modulation des réactions

d’inflammation au niveau entre autres du côlon et du tissu adipeux, et ce par plusieurs

mécanismes différents (Neyrinck et al., 2013 ; Moreno-Indias et al., 2014).

5.4.3. Profil lipidique et risque cardiovasculaire

L’incidence de maladies cardiovasculaires en lien avec la consommation de flavonoïdes en

général a fait l’objet de bon nombre d’études épidémiologiques (Arts et Hollman, 2005).

Plus précisément, les données épidémiologiques concernant l’effet des polyphénols de

fraises et de canneberge sur les facteurs de risque de maladies cardiovasculaires sont plus

limitées. Une étude utilisant les données de près de 35 000 femmes post-ménopausées de la

Iowa Women’s Health Prospective Study a rapporté que l’apport total en anthocyanidines,

Page 57: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

43

de même que l’apport total en fraises, étaient associés à une incidence réduite de mortalité

par maladies cardiovasculaires sur 16 ans (Mink et al., 2007). Par ailleurs, dans l’étude

d’Ellis et al. (2011), 34 hommes et femmes obèses ou en surpoids ont consommé pendant 6

semaines un breuvage placebo ou un breuvage contenant 10g de poudre de fraise

fournissant 95 mg de polyphénols (l’équivalent de 100g de fraises fraîches). Au début et à

la fin des 6 semaines, les participants devaient se soumettre à un repas test riche en glucides

et en lipides. Une réponse postprandiale atténuée de la molécule prothrombotique PAI-1 a

été observée suite à la période expérimentale durant laquelle les participants avaient

consommé le breuvage enrichi de fraises, et ce, comparativement au groupe placebo.

Certaines études cliniques ont également étudié le potentiel des polyphénols de fraises et de

canneberges pour améliorer le profil lipidique. C’est le cas de l’étude de Basu et al. (2009)

dans laquelle 16 femmes atteintes du syndrome métabolique devaient consommer chaque

jour pour une durée de 4 semaines un breuvage contenant 25g de fraises en poudre.

Comparativement aux valeurs de départ, les concentrations plasmatiques de cholestérol

total et de cholestérol des LDL en fin d’étude étaient réduites d’en moyenne 5% et 6%

respectivement. Des résultats similaires concernant ces paramètres ont été obtenus par la

consommation de 1,5g d’extraits de canneberges par jour dans l’étude de Lee et al. (2008).

Enfin, la consommation de jus de canneberge réduit en calories pourrait aussi avoir un

impact favorable sur les concentrations plasmatiques de cholestérol des HDL (Ruel et al.,

2006).

En résumé de ce chapitre, bien que les évidences provenant d’études randomisées et

contrôlées soient limitées, il semble que les polyphénols présents dans les fraises et les

canneberges pourraient avoir un effet bénéfique sur bon nombre de paramètres reliés à la

santé cardiométabolique, particulièrement sur la sensibilité à l’insuline par plusieurs

mécanismes.

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Page 59: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

45

Chapitre 3

Objectifs et hypothèses

En raison de la hausse alarmante de la prévalence de diabète de type 2 (Fédération

internationale du diabète, 2013), la recherche de stratégies préventives efficaces et

sécuritaires contre le développement de cette maladie constitue une priorité en recherche.

La résistance à l’insuline ainsi que les autres anomalies métaboliques reliées au

développement du diabète de type 2 sont réversibles et peuvent être prévenues ou

améliorées par une approche nutritionnelle.

Des études antérieures chez l’animal (Khanal et al., 2010; Takikawa et al., 2010; Ahnê et

al., 2014) ont démontré les effets bénéfiques de la consommation de polyphénols de petits

fruits sur la sensibilité à l’insuline. Par contre, jusqu'à maintenant, l'effet des polyphénols

de petits fruits sur la sensibilité à l’insuline chez l’humain n’est pas clairement établi.

L’objectif général de cette étude est donc de déterminer les effets d’un supplément

d’extraits riches en polyphénols provenant de fraises et de canneberges sur la sensibilité à

l’insuline et sur divers marqueurs du métabolisme du glucose et de la santé

cardiométabolique d'hommes et de femmes en surpoids ou obèses et résistants à l'insuline.

Dans la présente étude, les extraits ont été produits à partir de fraises Authentique Orléans

(Fragaria x ananassa Duch) et de canneberges (Vaccinium macrocarpon L.) en raison de

leur teneur élevée en polyphénols (Liu et al., 2013).

Les objectifs spécifiques sont de déterminer les effets d’un supplément d’extraits riches en

polyphénols provenant de fraises et de canneberges sur :

1- la sensibilité à l’insuline

2- la tolérance au glucose

3- la sécrétion d’insuline

4- les lipides sanguins

5- un marqueur de risque cardiovasculaire

Page 60: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

46

6- les marqueurs reliés à l’inflammation

7- les marqueurs reliés au stress oxydatif

chez des hommes et des femmes en surpoids ou obèses et résistants à l'insuline.

Découlant de ces objectifs, nos hypothèses de travail soutiennent que la consommation du

supplément d’extraits riches en polyphénols de fraises et de canneberges 1) améliore la

sensibilité à l’insuline, 2) améliore la tolérance au glucose, 3) réduit la sécrétion d’insuline,

4) améliore le bilan lipidique, 5) réduit le risque cardiovasculaire, 6) améliore le profil

inflammatoire, 7) réduit le stress oxydatif et améliore la capacité antioxydante totale du

plasma de sujets en surpoids ou obèses et résistants à l'insuline.

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47

Chapitre 4

Polyphenol-Rich Strawberry and Cranberry Extracts Improve Insulin

Sensitivity in Insulin-Resistant, Non-Diabetic Subjects:

A parallel, double-blind, placebo-controlled and randomized clinical trial.

En préparation (2015)

Martine Paquette, S. John Weisnagel, Yves Desjardins, Julie Marois, Geneviève Pilon,

Stéphanie Dudonné, André Marette, Hélène Jacques.

Cette section correspond au manuscrit en préparation qui sera soumis à la revue scientifique

Diabetes Care.

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48

Résumé

Objectif: L’objectif de l’étude est de déterminer les effets d’un supplément d’extraits

riches en polyphénols provenant de fraises et de canneberges sur la sensibilité à l’insuline,

la tolérance au glucose, la sécrétion d’insuline, le profil lipidique ainsi que sur des

marqueurs reliés à l’inflammation et au stress oxydatif chez des hommes et des femmes en

surpoids ou obèses et résistants à l'insuline. Méthodes: Dans cet essai clinique randomisé,

contrôlé et à double insu, 41 sujets résistants à l'insuline et ayant un IMC ≥ 25 ont complété

l’étude selon un devis en bras parallèles. Les participants du groupe expérimental ont

consommé un supplément liquide riche en polyphénols (330 mg de polyphénols), alors que

le groupe témoin a reçu un breuvage placebo. Tous les sujets ont consommé le breuvage à

chaque jour pour une période de 6 semaines. Un clamp hyperinsulinémique-euglycémique,

permettant d’évaluer précisément la sensibilité à l’insuline (M/I), ainsi qu’un test oral de

tolérance au glucose (OGTT) de 2h ont été effectués au début et à la fin de la période

expérimentale. Résultats: Le supplément riche en polyphénols a augmenté la sensibilité à

l’insuline comparativement au placebo (+0,9 ± 0,5 mg·kg-1·min-1·pmol-1 vs. -0,5 ± 0,5

mg·kg-1·min-1·pmol-1 respectivement, p = 0,03) chez nos sujets en surpoids ou obèses.

Comparés aux sujets ayant consommé le supplément riche en polyphénols, les sujets du

groupe placebo présentaient une première phase de sécrétion d’insuline significativement

plus élevée telle que mesurée par les concentrations de C-peptide lors des 30 premières

minutes de l’OGTT (p = 0,002). Aucune différence n’a été observée en ce qui concerne les

lipides sanguins ou les marqueurs reliés à l’inflammation et au stress oxydatif. Conclusion:

La prise quotidienne d’un supplément d’extraits riches en polyphénols de fraises et de

canneberges a amélioré la sensibilité à l’insuline d’hommes et de femmes en surpoids ou

obèses et résistants à l'insuline.

Page 63: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

49

Abstract

Objective: We aimed to determine the effects of a polyphenol-rich supplement from

strawberry and cranberry extracts on insulin sensitivity, glucose tolerance, insulin secretion,

inflammation, oxidative stress markers and lipid profile in free-living insulin-resistant men

and women with overweight or obesity. Research design and methods: In this parallel,

double-blind, placebo-controlled and randomized clinical trial, 41 insulin resistant subjects

with BMI ≥ 25 completed the study. Participants in the experimental group consumed a

polyphenol-rich liquid supplement (330 mg polyphenols), whereas the control group

received a flavor-matched placebo supplement. All subjects were asked to take the

supplement daily for 6 weeks. Insulin sensitivity (M/I) was assessed by the

hyperinsulinemic-euglycemic clamp, whereas a 2-h oral glucose tolerance test (OGTT) was

performed before and after the experimental period. Results: The polyphenol-rich

supplement significantly increased insulin sensitivity as compared to the placebo (+0.9 ±

0.5 mg·kg-1·min-1·pmol-1 vs. -0.5 ± 0.5 mg·kg-1·min-1·pmol-1 respectively, p = 0.03) in

overweight and obese subjects. Compared to the polyphenol-rich supplement group,

participants in the placebo group had a significantly higher first phase insulin secretion

response as measured by C-peptide levels during the first 30 minutes of the OGTT (p =

0.002). No significant differences were observed for inflammatory and oxidative stress

markers, nor for the lipid measurements. Conclusion: Dietary supplementation with a

polyphenol-rich supplement from strawberry and cranberry extracts improved insulin

sensitivity in overweight and obese insulin-resistant men and women.

This trial was registered at clinicaltrials.gov as NCT01766570

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Introduction

According to the International Diabetes Federation (1), up to 592 million people worldwide

(1 adult/10) will suffer from type 2 diabetes by the year 2035. This alarming increase has

been associated with several factors, including the high prevalence of obesity and sedentary

lifestyles (2,3). In obese human individuals, elevated levels of non-esterified fatty acids,

pro-inflammatory cytokines and other factors produced by adipose tissue are indeed key

factors involved in the development of insulin resistance (4). In insulin-resistant

individuals, plasma glucose can be maintained at normal levels by compensatory increases

in insulin secretion by pancreatic β-cells. Once β-cells fail to secrete the levels of insulin

required to maintain normal glycemia, subjects may progress to glucose intolerance and to

type 2 diabetes.

In recent decades, scientific evidence has shown a link between increased consumption of

fruits and vegetables and reduced incidence of type 2 diabetes (5) and other chronic

diseases (6). There is also growing evidence that polyphenol consumption is associated

with several beneficial effects on cardiometabolic health, particularly on glucose

metabolism (7,8). According to several in vitro and animal studies, polyphenols could

improve peripheral glucose uptake in insulin-sensitive tissues by increasing GLUT4

translocation and activity and reduce oxidative stress and inflammation (9,10,11). Berries,

like strawberry, cranberry and blueberry, are known to be a particularly rich source of

polyphenols (12). It has recently been demonstrated that anthocyanin-rich bilberry extract

reduces glycemia and improves insulin sensitivity in diabetic mice (13). On the other hand,

there is less documented evidence on the effects of polyphenols on glucose homeostasis

and the metabolic syndrome (MetS) in humans (14). So far, there have been only two

studies in which the effect of berry polyphenols on insulin sensitivity was assessed by the

hyperinsulinemic-euglycemic clamp technique (15,16). According to one study in which

obese non-diabetic insulin-resistant participants received a blueberry or a placebo smoothie

twice a day, the mean percentage increase in insulin sensitivity was five times greater in the

experimental group compared with the placebo group (15). In the second study using the

clamp technique, a grape polyphenol supplement protected against a decrease in insulin

sensitivity caused by a fructose rich diet in overweight subjects (16).

Page 65: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

51

To the best of our knowledge, there are no human studies on the effects of strawberry and

cranberry polyphenol-rich extracts on insulin sensitivity and cardiovascular risk factors in

non-diabetic insulin-resistant subjects. The proposed study aims to determine the effects of

strawberry and cranberry polyphenol-rich extracts (SCPRE) on insulin sensitivity and

related parameters in free-living men and women with overweight and insulin resistance.

We hypothesized that the consumption of SCPRE increases insulin sensitivity, improves

lipid profile and reduces inflammatory and oxidative stress markers in overweight/obese

subjects.

Research Design and Methods

Subjects.

A total of 116 subjects, recruited in the Quebec City metropolitan area by media

advertising, were first screened to examine their eligibility to participate in this study. The

first visit took place at the Institute of Nutrition and Functional Foods (INAF) between

Spring 2012 and Fall 2013. Of the 50 eligible subjects who began the experimental period,

4/24 participants in the SCPRE group and 5/26 participants in the placebo group dropped

out or were excluded during the intervention. The majority of excluded subjects (3/4 in the

SCPRE group and 4/5 in the placebo group) no longer met the inclusion criteria or fulfilled

exclusion criteria. Two additional subjects in the SCPRE group were excluded for medical

reasons from the clamp dataset. A total of 18 men (9 in both groups) and 23 post-

menopausal women (11 in the SCPRE group and 12 in the placebo group) aged between 40

and 70 years completed the study (Supplemental Figure S4.1).

All subjects were overweight or obese (BMI 25) and insulin resistant based on fasting

plasma insulin level > 60 pmol·L-1 (17) and/or the presence of impaired fasting plasma

glucose (IFG) (5.6-6.9 mmol·L-1) and/or impaired glucose tolerance (IGT) (7.8-11.0

mmol·L-1) following a 2-h 75g oral glucose tolerance test (18). Exclusion criteria included

smoking, chronic disease (for instance, diabetes), metabolic or acute disease, use of

medication or supplement known to affect lipid or glucose metabolism, major surgery in

the 3 months preceding the study and significant weight change (± 10%) within 6 months

prior to beginning the study. This study was approved by the Research Ethical Committee

Page 66: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

52

of the Quebec University Health Center. Informed written consent was obtained from all

the participants after reading a detailed consent form prior to their participation to the

study.

Experimental design. This 6-week parallel-arm study was double-blinded, placebo-

controlled, and randomized. Participants were equally divided into 2 groups after a 2-week

run-in period. Participants in the treatment group consumed SCPRE, whereas the control

group received a matched placebo. All subjects were asked to consume the supplement

daily for a 6-week period. During both run-in and experimental periods, subjects were

asked to maintain their usual food habits and physical activity level and were limited to one

unit drink or less of beer or spirits per day. The consumption of berries, wine, polyphenol

supplements and all products containing berries or wine was also forbidden throughout the

entire study period (both run-in and experimental periods). During the experimental period,

a registered dietitian called all participants to ensure compliance and progress of the

project. To document compliance, subjects were requested to bring back the unused bottles

at the end of the study. Bottle counts indicated that 99% of the supplements in both groups

were taken. Also, a 6-week checklist was provided to all participants to identify SCPRE or

placebo that had not been ingested.

Supplements. SCPRE and placebo were isoenergetic and had the same visual aspects and

taste. Both SCPRE and placebo were formulated by Atrium Innovations Inc. (Quebec,

Canada) and were provided as liquid preparations (120 ml per day). SCPRE contained 1.84

g of a blend of dry strawberry (Fragaria x ananassa Duch) and cranberry (Vaccinium

macrocarpon L.) extracts (GlucoPhenol) providing a daily dose of 330 ± 12 mg (mean ±

SD) of polyphenols (18% total polyphenols in GlucoPhenol extract, as determined by

Folin-Ciocalteu assay). The blend of strawberry and cranberry extracts was supplied by

Nutra Canada (Quebec, Canada) and was characterized for its phenolic composition as

previously described (19) and available in Supplemental Table S4.1. This dose corresponds

approximately to the amount of polyphenols provided by 250 g of fresh fruits (strawberries

and cranberries).

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53

Anthropometric and blood pressure measurements. Body weight, height, waist

and hip circumferences were measured at the beginning and at the end of the study using

standardized methods (20). BMI and waist-to-hip ratio were then calculated. Blood

pressure was measured 3 times on the right arm with an automatic tensiometer following a

10-minute rest at the beginning and the end of the experimental period.

Food records and questionnaires. During the screening visit, 2 online self-

administered questionnaires were completed by all subjects to collect information on

medical history, lifestyle, economic and socio-demographic characteristics. Participants

were also asked to complete 2 online self-administered questionnaires at the beginning and

at the end of the experimental period, including a validated food frequency questionnaire

(FFQ) to record energy and macronutrient intake for 28 consecutive days (21) and a short

physical activity questionnaire. Using the USDA (22) and Phenol-Explorer (23) databases

and data from Brat et al. (24), total polyphenol intake was estimated from the FFQ

administered at the end of the experimental period. There was also an additional

questionnaire on subjects’ satisfaction and on side effects administered at the end of the

study. Changes in medication, temporary medication, natural health products intake or

consumption of any other food supplements were monitored according to the exclusion

criteria during the entire study period.

Hyperinsulinemic-euglycemic clamp. A 120-min hyperinsulinemic-euglycemic

clamp was performed at the beginning and at the end of the experimental period at the

Diabetes Research Unit of the Laval University Health Center after a 12-h overnight fast

according to the method described by Piché et al. (25). This method is considered as the

gold standard for assessing insulin sensitivity (26). Alcohol intake was forbidden 48 h

before the clamps. The insulin-stimulated glucose disposal rate (GDR or M) was

established from glucose infusion rate (mg·min-1) divided by body weight (kg) during the

final 30 min of the clamp. The insulin sensitivity index (M/I) was calculated from the M

value divided by the mean insulin concentration during the final 30 minutes of the clamp

(mg·kg-1·min-1·pmol-1) (26).

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54

Oral glucose tolerance test (OGTT). A 75-g oral glucose tolerance test was

performed 2-3 days before each clamp at the beginning and the end of the experimental

period at INAF to assess glucose tolerance after a 12-h overnight fast. Alcohol intake was

forbidden 48 h before the test. For the second clamp and OGTT, participants were asked to

consume the supplement 12 h before their appointment. Blood samples were taken at time

points -15, 0, 15, 30, 60 and 120 min kept at -20°C for measurement of glucose, insulin and

C-peptide concentrations.

Biochemical analyses. Plasma samples were collected in the fasting state before each

OGTT/clamp, immediately centrifuged and stored at -20°C for further analysis of plasma

lipids, inflammatory markers [high-sensitivity C-reactive protein (hsCRP), Interleukin-6

(IL-6), Tumor Necrosis Factor-alpha (TNF-), High molecular weight (HMW) adiponectin

and Regulated on Activation Normal T Cell Expressed and Secreted (RANTES)/CCL5],

plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1), a marker of cardiovascular risk, and ferric

reducing antioxidant power (FRAP) and oxidized LDL, markers of oxidative stress. During

the clamp, additional blood samples (2 ml) were collected at 0, 30, 60, 90 and 120 min to

measure serum free fatty acids (FFA) concentrations. Serum samples for FFA

measurements were centrifuged after 30 min at room temperature and then stored at -80°C

until analysis.

Glucose, Insulin, C-peptide. Plasma glucose was determined using an enzymatic method

(27) and plasma insulin was measured by radioimmunoassay with polyethylene glycol

separation (28). Plasma C-peptide level, an indicator of insulin secretion used to estimate

pancreatic -cell function, was determined using a modified version of the method of

Heding with polyclonal antibody A-4741 from Ventrex (Portland, ME) and polyethylene

glycol precipitation (27).

Lipids and Lipoproteins. Plasma LDL and HDL were isolated from fresh blood by

ultracentrifugation combined with a heparin-manganese chloride precipitation (29,30).

Then cholesterol and triglyceride concentrations in total plasma and lipoproteins were

determined enzymatically by using a Technicon RA-500 analyzer (Bayer, Tarrytown, NY)

Page 69: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

55

(30). Blood samples were kept at -20°C until analysis. FFA were determined via an

enzymatic colorimetric assay (Wako Diagnostics, Richmond, USA) using a Beckman

Olympus AU400.

Inflammatory, Cardiovascular and Oxidative Stress Markers. Serum level of hs-CRP was

measured using nephelometry as described previously (25). PAI-1, IL-6 and TNF-α were

measured in plasma at the Quebec Heart and Lung Institute, Quebec, using commercially

available Multiplex kits (EMD Millipore, USA). Plates were read and analyzed using the

Bioplex 200 system (BioRad, USA). Oxidized LDL, HMW adiponectin and RANTES were

determined using a commercially available enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA)

(Mercodia, Sweden; R&DSystems, USA) according to manufacturer’s instructions. Total

antioxidant capacity of plasma, assessed by FRAP assay, was determined as described

previously (31).

Statistical analyses. Power calculation at 80% from data published by Stull et al. (15)

and ours showed that a minimum of 40 subjects, 20 in each group, was required to observe

significant changes in insulin sensitivity over a 6-week dietary intervention, taking into

account 25% expected dropouts. Assignment of treatment was conducted via the use of

random sequence of numbers. Allocation to treatment was concealed by a secure computer-

assisted method enabling preservation of assignments until enrolment was assured and

confirmed. Men and women were equally distributed among the two groups using the same

computer-assisted method. The study sponsor held the trial codes which were disclosed

after completion of the statistical analyses. Statistical analyses were performed using SAS

9.3 (SAS Institute, Cary NC). PROC MIXED for ANCOVA with baseline insulin

sensitivity as covariate, was used to compare the changes in M/I and GDR with the 2

treatments. A two-way repeated-measures ANOVA was applied for variables with repeated

measures over time (glucose, insulin, C-peptide and FFA concentrations during the OGTT

or clamp). Furthermore, positive incremental area under the curve (IAUC) for glucose

(mmol·L-1·min-1), insulin (pmol·L-1·min-1) and C-peptide (pmol·L-1·min-1) were calculated

using the trapezoid method with baseline value corresponding to the fasting level

(timepoint -15 min of the OGTT). PROC MIXED for a two-way ANOVA was used to

Page 70: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

56

compare the changes on positive IAUC for variables measured during the OGTT (glucose,

insulin and C-peptide), on anthropometric and blood pressure measurements, lipid and

cardiovascular parameters, as well as markers of inflammation and oxidative stress prior

and after the 2 treatments. Interaction sex by treatment was assessed on each measured

variables into the ANOVA model. The least significant difference test was used for

multiple comparisons. PROC GLM ANOVA was used to compare the FFQ variables.

Correlation coefficients were calculated using Pearson’s method in order to detect

associations between variables. A statistically significant level of P ≤ 0.05 was applied for

all tests and the results presented are means ± standard errors of the mean (SEM).

Results

Subject baseline characteristics. Baseline clinical and laboratory characteristics of all

participants are shown in Table 4.1. All subjects were insulin resistant, overweight or obese

(BMI ≥ 25 kg·m-2) with increased abdominal adiposity (waist circumference > 94 cm for

men and > 80 cm for women). There were no significant differences between the 2 groups

regarding age, body weight, BMI, waist and hip circumferences, plasma lipids, fasting

plasma glucose, 2-h plasma glucose or fasting plasma insulin.

At baseline, all subjects had a high fasting plasma insulin level (> 60 pmol·L-1), of which

31 subjects had fasting plasma insulin levels > 90 pmol.L-1. From data collected during the

pre-intervention OGTT and according to the Expert Committee on the Diagnosis and

Classification of Diabetes Mellitus (18), 12 subjects had both IFG (5.6-6.9 mmol·L-1) and

IGT (7.8-11.0 mmol·L-1), 17 subjects had IFG only, 3 subjects had IGT only and 9 among

them had normal glucose tolerance (NGT) (Fasting plasma glucose < 5.6 mmol·L-1 and

plasma glucose < 7.8 mmol·L-1 after 120 minutes).

Food consumption. According to FFQ data presented in Supplemental Table S4.2, there

were no differences in baseline food consumption nor in variations in energy and

macronutrient intake (Post-Pre) between the groups. Furthermore, no significant differences

in total polyphenol intake during the experimental period were detected between the 2

Page 71: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

57

groups. According to the questionnaire on subjects’ satisfaction and on side effects, no

important harms or unexpected effects were reported in either group.

Anthropometric measurements and blood pressure. Body weight,

anthropometric, systolic and diastolic blood pressure measurements were performed at the

beginning and the end of the experimental period. No significant changes were observed for

these parameters between the two groups (Supplemental Table S4.3).

Insulin sensitivity and other parameters of glucose homeostasis.

SCPRE increased glucose disposal rate (M) by 21% (+1.1 ± 0.4 mg·kg-1·min-1) (Figure

4.1A) and insulin sensitivity (M/I) by 14% (+0.9 ± 0.5 x103 mg·kg-1·min-1·pmol-1) (Figure

4.1B) whereas placebo decreased glucose disposal rate (M) by 6% (-0.4 ± 0.4 mg·kg-1·min-

1) and insulin sensitivity (M/I) by 7% (-0.5 ± 0.5 x103 mg·kg-1·min-1·pmol-1). When

variations due to the 2 treatments were compared to each other, there was a significant

improvement in glucose disposal rate (P = 0.007) and insulin sensitivity (P = 0.03) with

SCPRE compared with placebo.

We also performed repeated measurements ANOVA for glucose (Table 4.2), insulin (Table

4.2) and C-peptide (Figures 4.1C and 4.1D) up to 120 minutes during OGTT and for FFA

(Figure S4.2) over time during clamp. There were no differences in baseline values

between groups for all glucose metabolism parameters and FFA. While no differences

between treatments were observed for plasma glucose (P = 0.31), plasma insulin (P = 0.21)

and serum FFA (P = 0.95) up to 120 minutes between treatments, there was an overall

increase in plasma C-peptide with placebo compared with SCPRE (P = 0.002).

The mean IAUC up to 30 min and 120 min after the OGTT are shown in Table 4.2 for

plasma glucose and insulin and in Figures 4.1E and 4.1F for C-peptide. No significant

differences in the IAUC for plasma glucose (P = 0.16) (Table 4.2), insulin (P = 0.51)

(Table 4.2) and C-peptide (P = 0.13) (Figure 4.1E) were observed up to 120 min. However

the IAUC up to 30 min for plasma C-peptide was reduced by 8% in the polyphenol

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58

experimental group and increased by 26% in the placebo group, leading to a significant

difference between the two groups (P = 0.003) (Figure 4.1F).

Plasma lipid concentrations. No differences in total cholesterol, LDL, HDL or

triglycerides (TG) were observed between the two groups (Table 4.3).

Plasma inflammatory, oxydative stress and CVD markers. The effects of

SCPRE on inflammatory and oxydative stress markers are shown in Table 4.3. No

significant differences in pro-inflammatory cytokines, hsCRP, HMW adiponectin, PAI-1,

oxidized-LDL, RANTES or total antioxidant capacity of plasma (FRAP) were observed.

Sex effect. There was no sex effect or interaction sex by treatment for any variable.

Discussion and Conclusions

This study investigated the effect of daily consumption of a polyphenol-rich supplement

from strawberries and cranberries extracts in insulin-resistant, non-diabetic subjects for a

period of 6 weeks. The main findings are the following: 1) an improvement in insulin

sensitivity, as assessed by the hyperinsulinemic-euglycemic clamp, and 2) prevention of

further early compensatory insulin secretion, as shown by a lack of increase in the early C-

peptide response during an OGTT.

Our study demonstrates a significant improvement in insulin sensitivity and glucose

disposal rate following the consumption of SCPRE compared with placebo. These results

are in good agreement with those of Stull et al. (15) who observed a 22% increase in insulin

sensitivity following a 6-week daily dietary supplementation with whole blueberries in

obese, non-diabetic, and insulin-resistant human subjects, and those of Hokayem et al. (16)

who noted that the negative effects of fructose used to promote insulin resistance were

counteracted by grape polyphenol supplementation in a double-blind controlled trial. It is

noteworthy that we used a much smaller dose of polyphenols (a total of 330 mg of

polyphenols from combined strawberry and cranberry extracts/day) as compared to the one

used by Stull et al. (15) (1462 mg from blueberry extract/day) and Hoyakem et al. (16) (2 g

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59

from grape polyphenols/day). Therefore, the present results suggest that specific

polyphenols from strawberries and cranberries may have a greater impact than those of

other fruits to reduce insulin resistance and type 2 diabetes risk profile. Furthermore

preliminary data from our laboratory (n=8) have shown that a lower dose of the same

SCPRE (50 mg of polyphenols/day) improved M/I by 10% (data not shown), compared

with 14% in the present study, suggesting that even lower doses may have the potential to

be more effective than previously thought, and supports the need to conduct further

controlled dose-response trials.

The progression from NGT to type 2 diabetes is characterized by both an increase in insulin

resistance and a decrease in insulin secretion caused by β-cell dysfunction. Insulin

resistance is defined as decreased tissue sensitivity to insulin to stimulate glucose uptake

and utilization. In the early stages of insulin resistance, plasma glucose is maintained at

normal levels by a compensatory increase in insulin secretion, the first abnormality being

an increase in first-phase insulin secretion by pancreatic β-cells (32). But when β-cell

compensation fails, fasting plasma glucose levels rise (IFG), leading to impaired glucose

tolerance (IGT) and eventually type 2 diabetes (33). In the context of the present study, the

supplement rich in polyphenols prevented a further elevation in early-phase insulin release,

as indicated by C-peptide levels, and in the overall increase of insulin secretion, suggesting

that the improvement in insulin sensitivity after consumption of the supplement may have

precluded a further compensatory increase in insulin secretion.

The beneficial effects of the SCPRE cannot be explained by variations in energy and

macronutrient intake, body weight, body fat mass, or associated with plasma inflammatory,

cardiovascular and oxidative stress markers since no changes in these parameters were

observed between the 2 groups. Importantly, the restriction on wine, berry, and polyphenol-

containing supplements in conjunction with the intervention providing supplemental

polyphenols from strawberry and cranberry extracts would not be expected to yield a

significant difference in total polyphenol intake between the supplement and control

groups, as polyphenols are abundant in the diet and the supplemental dose was relatively

small compared to dietary intake. However, changes in the polyphenol composition of the

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60

diet would be expected and could be responsible for the observed effects. As reported by

Dudonné et al. (19), anthocyanins, proanthocyanidins, ellagitannins, phenolic acids and

flavonols (quercetins) were the most abundant polyphenols detected in our SCPRE. These

specific polyphenols may have improved insulin sensitivity by increasing insulin signaling

and glucose transport in skeletal muscle cells. Indeed, Nizamutdinova et al. (11) showed

that anthocyanins administrated by gavage can improve insulin signaling by stimulating

tyrosine phosphorylation of the insulin receptors and by increasing expression of GLUT4

glucose transporters in muscle of STZ-diabetic rats. Similarly, Anhê et al. (34)

demonstrated that quercetin can upregulate the GLUT4 expression in muscle cells and thus

improve insulin sensitivity in diabetic mice. Also of interest is p-coumaric acid, a phenolic

acid present in our SCPRE and found in high concentrations in rat plasma after ingestion of

this supplement (19). A beneficial impact of p-coumaric acid has been observed on AMPK

phosphorylation, leading to increased glucose uptake in L6 muscle cells (35). Finally, as

another potential mechanism, we have recently shown that cranberry polyphenols can

improve insulin sensitivity in high-fat fed mice through modulation of gut microbiota,

leading to reduced inflammation in both intestinal and hepatic tissues (36).

The participants of this study were insulin resistant and included both genders and a

relatively broad age range (40–70 y). Given the free-living nature of the study, the results

presented in the present study could be, to some extent, generalizable to an adult pre-

diabetic population in Western countries. However we did not determine and correlate

directly strawberry and cranberry polyphenols and their metabolites in plasma or urine with

insulin sensitivity outcomes and related parameters. Furthermore, muscle and adipose

tissue biopsies would have allowed us to test whether the supplement reduced inflammation

in these tissues. These would also have permitted the uncovering of the molecules involved

in cellular insulin signaling. Nonetheless, considering the robust nature of our randomized,

placebo-controlled, double-blind, parallel-arm design, it is likely that our study outcomes

resulted from the consumption of polyphenol-rich supplement from strawberry and

cranberry. Finally because our study was short term and had a relatively small number of

subjects, larger and longer-term trials are still required to confirm and expand upon the

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61

potential role of strawberry and cranberry extracts in preventing or delaying the onset of

type 2 diabetes.

In conclusion, our data indicate that consumption of this combination of strawberry and

cranberry extracts rich in polyphenols may improve insulin sensitivity and prevent an

increase in compensatory insulin secretion, and could therefore represent a promising

alternative approach to improve glucose homeostasis in subjects at risk for type 2 diabetes.

Controlled dose-response trials are needed, as well as larger and longer-term studies.

Acknowledgements

Baseline data collection of this study was supported by a research grant from the

Consortium de recherche et innovations en bioprocédés industriels au Québec (CRIBIQ),

Atrium Innovations Inc., and Nutra Canada. The study funders had no role in the study

design or in the collection, analysis, and interpretation of data. The authors have sole

responsibility for the manuscript content.

M.P. collected data, performed statistical analyses, interpreted data, contributed to the

discussion and wrote the manuscript. S.J.W. designed the study, co-supervised M.P.,

contributed to the discussion and data interpretation and reviewed the manuscript. Y.D.

designed the study, contributed to the discussion and data interpretation and reviewed the

manuscript. J.M. planned the study, collected data, contributed to the discussion and data

interpretation and reviewed the manuscript. G.P. contributed to the discussion and data

interpretation and reviewed the manuscript. S.D. was involved in the polyphenol

determinations, and contributed to the discussion, data interpretation and reviewed the

manuscript. A.M. designed the study, contributed to the discussion and data interpretation

and reviewed the manuscript. H.J. designed and planned the study, interpreted data,

supervised M.P., contributed to the discussion and reviewed the manuscript. H.J. is the

guarantor of this work and, as such, had full access to all the data in the study and takes

responsibility for the integrity of the data and the accuracy of the data analysis.

No potential conflicts of interest relevant to this article were reported

Page 76: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

62

Parts of this study were presented in abstract form at the 17th Annual CDA/CSEM

Professional Conference & Annual Meetings, Winnipeg, Manitoba, Canada, 22-25 October

2014 and in an oral abstract session at the second edition of BENEFIQ, Québec, Québec,

Canada, September 23-25, 2014.

The authors acknowledge Hélène Crépeau, Laval University, for help with statistical

analysis. We are also very grateful to Nadine Leblanc, research assistant and students who

helped in this research project, Julie Lachance and Michèle Kearney, from Laval

University. We also thank Steeve Larouche and Danielle Aubin, the nurses who performed

OGTT (Institute of Nutrition and Functional Foods, Laval University) and Marie-Christine

Dubé, Louise Rhéaume, Valérie-Ève Julien, Marie Tremblay and Camille Lambert, from

the Diabetes Research Unit (CHU of Québec). Finally, we thank Jean-Paul-Houle Funds,

Diabète Québec and The Institute of Nutrition and Functional Foods for scholarships.

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63

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Table 4.1. Baseline characteristics of subjects.

All (n=41)

SCPRE (n=20)

Placebo (n=21)

P value*

Men/women (n/n) 17/23 8/11 9/12 -

Age (years) 58 ± 1 57 ± 1 60 ± 1 0.18

Body weight (kg) 85 ± 2 85 ± 3 85 ± 3 0.97

BMI (kg·m-2) 31 ± 1 31 ± 1 31 ± 1 0.91

Waist circumference (cm) 104 ± 2 104 ± 3 104 ± 2 0.95

Hip circumference (cm) 111 ± 1 111 ± 2 111 ± 2 0.93

Cholesterol (mmol·L-1)

Total 5.53 ± 0.14 5.70 ± 0.17 5.37 ± 0.22 0.07

HDL 1.29 ± 0.04 1.25 ± 0.05 1.33 ± 0.05 0.24

LDL 3.36 ± 0.12 3.52 ± 0.17 3.20 ± 0.15 0.18

Total TG (mmol·L-1) 1.88 ± 0.17 2.03 ± 0.24 1.73 ± 0.26 0.39

Total chol./HDL chol. ratio 4.4 ± 0.2 4.8 ± 0.3 4.1 ± 0.2 0.07

Fasting plasma glucose (mmol·L-1) 5.9 ± 0.1 6.0 ± 0.1 5.8 ± 0.1 0.16

2-h plasma glucose (mmol·L-1) 7.5 ± 0.3 7.7 ± 0.4 7.4 ± 0.4 0.71

Fasting plasma insulin (pmol·L-1) 124 ± 8 118 ± 11 130 ± 11 0.45

Values are means ± standard errors of the mean (SEM). *P values assessed by PROC MIXED ANOVA between the two groups. SCPRE, Strawberry and Cranberry Polyphenol-Rich Extracts; TG, triglycerides.

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Table 4.2. IAUC and timepoint values over time during OGTT for glucose, insulin and C-peptide before and after the experimental period.

SCPRE (n =20) Placebo (n=21) P value

Pre Post Pre Post

Glucose (mmol·L-1)

-15 6.1 ± 0.1 6.1 ± 0.1 5.9 ± 0.1 6.0 ± 0.1

0.31*

0 6.0 ± 0.1 6.1 ± 0.1 5.8 ± 0.1 5.9 ± 0.1 15 8.1 ± 0.2 8.1 ± 0.3 7.7 ± 0.2 8.0 ± 0.2 30 9.7 ± 0.3 9.8 ± 0.3 9.3 ± 0.3 9.4 ± 0.3 60 10.3 ± 0.5 10.6 ± 0.4 9.9 ± 0.5 9.5 ± 0.4 120 7.7 ± 0.4 7.5 ± 0.4 7.4 ± 0.4 6.9 ± 0.3

IAUC glucose up to 120 min 348 ± 31 357 ± 32 329 ± 34 291 ± 27 0.16†

IAUC glucose 30 up to min 56 ± 4 58 ± 6 55 ± 5 3 ± 4 0.77†

Insulin (pmol·L-1)

-15 129 ± 11 132 ± 14 134 ± 12 144 ± 16

0.21*

0 118 ± 9 120 ± 13 130 ± 13 131 ± 17 15 402 ± 37 418 ± 53 479 ± 58 600 ± 85 30 729 ± 73 645 ± 76 759 ± 79 822 ± 106 60 1006 ± 99 968 ± 104 1173 ± 148 1064 ± 127 120 895 ± 111 818 ± 99 1094 ± 184 1208 ± 233

IAUC insulin up to 120 min 80 ± 8 74 ± 8 95 ± 12 95 ± 13 0.51†

IAUC insulin up to 30 min 9 ± 1 8 ± 1 10 ± 1 12 ± 2 0.13†

Values are means ± standard errors of the mean (SEM). *P values assessed by reapeted measures ANOVA between the variations of the two groups. †P values assessed by PROC MIXED ANOVA between the variations of the two groups. SCPRE, Strawberry and Cranberry Polyphenol-Rich Extracts; IAUC, positive incremental area under the curve. IAUC glucose (mmol·L-1·min-1), IAUC insulin (x 103 pmol·L-1·min-1).

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Table 4.3. Plasma lipids and inflammatory, cardiovascular and oxidative stress markers and total antioxidant capacity before and after the experimental period.

SCPRE (n =20) Placebo (n=21) P value* Pre Post Pre Post

Cholesterol (mmol·L-1)

Total 5.70 ± 0.17 5.60 ± 0.19 5.37 ± 0.22 5.45 ± 0.20 0.33

HDL 1.25 ± 0.05 1.26 ± 0.06 1.33 ± 0.05 1.37 ± 0.06 0.40

LDL 3.52 ± 0.17 3.51 ± 0.17 3.20 ± 0.15 3.37 ± 0.17 0.32 Total chol./HDL chol. ratio

4.76 ± 0.27 4.62 ± 0.24 4.12 ± 0.20 4.08 ± 0.17 0.41

TG (mmol·L-1) 2.03 ± 0.24 1.82 ± 0.21 1.73 ± 0.26 1.56 ± 0.18 0.99

CRP (mg·L-1) † 3.6 ± 0.7 3.0 ± 0.6 5.4 ± 2.9 3.0 ± 0.6 0.53

TNF-α (ng·L-1) ‡ 4.4 ± 0.4 4.0 ± 0.4 4.3 ± 0.2 4.0 ± 0.3 0.69

IL-6 (ng·L-1) ‡ 4.9 ± 0.4 4.8 ± 0.6 5.6 ± 1.0 4.9± 0.8 0.23 HMW adiponectin (ng·mL-1) §

6830 ± 1094 5913 ± 934 7147 ± 1145 6725 ± 1199 0.65

PAI-1 x103 (ng·L-1) ‡ 30.5 ± 2.7 28.5 ± 3.1 30.0 ± 2.5 27.3 ± 3.5 0.87

Oxidized-LDL (U·L-1) † 96.5 ± 6.2 92.9 ± 5.6 79.7 ± 5.4 80.2 ± 4.8 0.22

FRAP (µM Fe2+) † 1191 ± 58 1237 ± 65 1135 ± 36 1189 ± 41 0.70

RANTES (ng·L-1) † 3214 ± 392 3146 ± 438 3063 ± 401 2768 ± 369 0.71

Values are means ± standard errors of the mean (SEM). *P values assessed by PROC MIXED ANOVA between the variations of the two groups. †n=39. ‡n=38. §n=33. SCPRE, Strawberry and Cranberry Polyphenol-Rich Extracts; TG, triglycerides; hsCRP, high-sensitivity C-reactive protein; TNF-α, Tumor Necrosis Factor-alpha; IL-6, Interleukin-6; HMW, High molecular weight; PAI-1, plasminogen activator inhibitor-1; FRAP, ferric reducing antioxidant power; RANTES, Regulated on Activation, Normal T Cell Expressed and Secreted.

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Supplemental Table S4.1. Phenolic composition of the strawberry and cranberry extracts’ blend (GlucoPhenol).

GlucoPhenol (% dry weight)

Total phenolic content 18

Phenolic acids 1.32 ± 0.04

Flavonoids 2.26 ± 0.02

Flavonols 1.35 ± 0.02

Anthocyanins 0.80 ± 0.01

Flavan-3-ols 0.11 ± 0.00

Proanthocyanidins 3.24 ± 0.07

Ellagitannins 1.77 ± 0.07

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Supplemental Table S4.2. Dietary energy, macronutrient and total polyphenol intake per day assessed by FFQ.

Values are means ± SEM. *P values assessed by PROC GLM ANOVA between the variations of the two groups. †Total ingested polyphenols from dietary sources from foods + SCPRE. ‡P values assessed by PROC GLM ANOVA between Post values of the two groups. SCPRE, Strawberry and Cranberry Polyphenol-Rich Extracts; FFQ, Food Frequency Questionnaire; PUFA, polyunsaturated fatty acids; MUFA, monounsaturated fatty acids; SFA, saturated fatty acids.

SCPRE (n =20) Placebo (n=21) P value*

Pre Post Pre Post

Energy (kcal) 2271 ± 196 2284 ± 179 2519 ± 243 2206 ± 174 0.27 Carbohydrate (g) 257 ± 23 270 ± 26 270 ± 19 247 ± 18 0.23 Protein (g) 96 ± 9 98 ± 7 118 ± 16 101 ± 10 0.12 Lipid (g) 96 ± 8 95 ± 7 107 ± 14 93 ± 8 0.32 Alcohol (g) 9 ± 3 4 ± 1 9 ± 3 6 ± 3 0.91 SFA (g) 30 ± 3 30 ± 3 37 ± 5 32 ± 4 0.27 MUFA (g) 39 ± 3 38 ± 3 43 ± 6 37 ± 3 0.35 PUFA (g) 19 ± 2 19 ± 2 19 ± 2 17 ± 1 0.43 Total ingested polyphenols (mg/day)†

N/A 2128 ± 193 N/A 1966 ± 235 0.29‡

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72

Supplemental Table S4.3. Anthropometric measures and blood pressure before and after the experimental period.

Values are means ± SEM. *P values assessed by PROC MIXED ANOVA between the variations of the two groups. BMI, body mass index. SCPRE, Strawberry and Cranberry Polyphenol-Rich Extracts.

SCPRE (n =20) Placebo (n=21) P value*

Pre Post Pre Post

Systolic blood pressure (mmHG) 117 ± 3 116 ± 3 123 ± 3 120 ± 3 0.72

Diastolic blood pressure (mmHG) 70 ± 2 68 ± 2 73 ± 2 71 ± 2 0.92

Weight (kg) 85 ± 3 85 ± 3 85 ± 3 85 ± 3 0.62

BMI (kg/m2) 31 ± 1 31 ± 1 31 ± 1 31 ± 1 0.63

Waist circumference (cm) 104 ± 3 103 ± 3 104 ± 2 103 ± 2 0.77

Hip circumference(cm) 111 ± 2 110 ± 2 111 ± 2 110 ± 2 0.59

Waist to hip ratio 0.9 ± 0.0 0.9 ± 0.0 0.9 ± 0.0 0.9 ± 0.0 0.61

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73

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74

Page 89: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

75

Chapitre 5

Discussion générale et conclusion

En raison de la hausse alarmante de la prévalence de diabète de type 2 (Fédération

internationale du diabète, 2013), la recherche de stratégies préventives efficaces et

sécuritaires contre le développement de cette maladie constitue une priorité en recherche.

La résistance à l’insuline ainsi que les autres anomalies métaboliques reliées au

développement du diabète de type 2 sont réversibles et peuvent être prévenues ou

améliorées par une approche nutritionnelle. Les polyphénols suscitent de plus en plus

d’intérêt étant donné leurs effets positifs rapportés sur le métabolisme du glucose dans

plusieurs études in vitro et chez l’animal (Bahadoran et al., 2013 ; Hanhineva et al., 2010).

Les petits fruits tels que les fraises, les bleuets et les canneberges constituent une source

particulièrement riche en polyphénols (Liu, 2013). D’ailleurs, il a été récemment démontré

que la consommation d’un extrait de poudre de canneberges améliorait la sensibilité à

l’insuline chez un modèle de rats nourris d’une diète riche en fructose (Khanal et al., 2010).

Chez l’humain, l’étude clinique de Stull et al. (2010) démontre aussi une amélioration de

22% de la sensibilité à l’insuline suite à la consommation régulière d’un smoothie

contenant des composés bioactifs de bleuets chez des sujets résistants à l’insuline. Par

contre, jusqu'à maintenant, l'effet des polyphénols de petits fruits sur la sensibilité à

l’insuline chez l’humain n’est pas clairement établi et les quelques études cliniques ayant

vu le jour n’arrivent pas à des conclusions unanimes (De Bock et al., 2012).

Ainsi, comme objectif général, nous avons voulu déterminer les effets d’un supplément

d’extraits riches en polyphénols provenant de fraises et de canneberges sur la sensibilité à

l’insuline et sur divers marqueurs du métabolisme du glucose et de la santé

cardiométabolique d'hommes et de femmes en surpoids et résistants à l'insuline.

Pour ce faire, une étude clinique randomisée, contrôlée, à double insu et selon un devis en

bras parallèles a été réalisée. Un total de 41 hommes et femmes post-ménopausées âgés de

40 à 65 ans ayant un IMC 25 et présentant une résistance à l’insuline ont complété

l'étude. Le groupe expérimental devait consommer un supplément riche en polyphénols,

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76

alors que le groupe témoin a reçu un breuvage placebo (120 ml/j). Le breuvage

expérimental contenait 1,84g d’un mélange d'extraits de fraises et de canneberges qui

fournissait un apport quotidien de 330 mg de polyphénols (l’équivalent d’une tasse de fruits

frais). Chaque groupe devait consommer le breuvage à chaque jour pour une période de 6

semaines. Cette période expérimentale fut précédée d’une période de stabilisation d’une

durée de 2 semaines. Durant ces deux périodes, la consommation de petits fruits et de vin

était interdite. Un journal alimentaire de 3 jours, répété en pré- et post- intervention, nous a

permis de vérifier l’observance à cette consigne. Également, chacun des participants devait

maintenir un poids stable, ce qui a été vérifié par la prise de mesures anthropométriques en

pré- et en post-intervention. Un FFQ validé (Labonté et al., 2012) a été complété en pré- et

post-intervention afin de documenter toute différence ayant pu survenir en cours d’étude et

entre les deux groupes en ce qui a trait à l’apport en énergie et en macronutriments. Un

clamp hyperinsulinémique-euglycémique, permettant d’évaluer précisément la sensibilité à

l’insuline, ainsi qu’un OGTT, permettant entre autres de calculer l'IAUC du glucose, de

l'insuline, du C-peptide et des AGL ont été effectués au début et à la fin de la période

expérimentale. Des échantillons de sang ont également été prélevés à jeun permettant le

dosage des lipides sanguins ainsi que de marqueurs inflammatoires, cardiovasculaire et de

stress oxydatif.

1. Premier objectif spécifique

Objectif spécifique : Déterminer les effets d’un supplément d’extraits riches en polyphénols

provenant de fraises et de canneberges sur la sensibilité à l’insuline chez des hommes et des

femmes en surpoids ou obèses et résistants à l'insuline.

Hypothèse reliée à cet objectif : La consommation du supplément d’extraits riches en

polyphénols de fraises et de canneberges améliore la sensibilité à l’insuline de sujets en

surpoids ou obèses et résistants à l'insuline.

Dans la présente étude, tous nos sujets présentaient en début d’étude une valeur

d’insulinémie à jeun supérieure à 60 pmol/L, indiquant un état de résistance à l’insuline

(Scarsella et al., 2000). En effet, lorsqu’il y a résistance à l’insuline, le pancréas compense

Page 91: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

77

ce défaut d’action de l’insuline en sécrétant une quantité plus importante d’insuline

entraînant des niveaux élevés d’insuline dans le sang (Kahn, 2003). En moyenne, cette

concentration s’élevait à 124 ± 8 pmol/L. Actuellement, aucun consensus n’est établi

concernant les valeurs d’insulinémie à jeun considérées comme normales, élevées ou très

élevées. Cependant, dans une étude épidémiologique au Québec, on a établi à 60 pmol/L la

valeur normale supérieure (> 75e percentile) pour la population générale adulte (Scarsella et

al., 2000). Les sujets étaient donc en moyenne significativement hyperinsulinémiques.

Dans la présente étude, la mesure principale de sensibilité à l’insuline, le M/I, était calculée

à l’aide des données obtenues lors du clamp hyperinsulinémique-euglycémique. Cette

méthode est la plus reconnue (gold standard) afin d’évaluer la sensibilité à l’insuline

périphérique (Muniyappa et al., 2008). Par contre, comme pour les valeurs d’insulinémie à

jeun, il n’existe actuellement pas de valeur de référence permettant de classifier les sujets

comme étant modérément résistants à l’insuline ou très résistants à l’insuline selon la valeur

de M/I. Il est donc possible d’affirmer que tous les sujets étaient résistants à l’insuline, sans

pouvoir déterminer précisément leur niveau de résistance à l’insuline.

Lors du clamp hyperinsulinémique-euglycémique, nous avons observé une amélioration

moyenne de 21% la captation du glucose par les cellules (GDR) et une hausse moyenne de

14% de la sensibilité à l’insuline (M/I) dans le groupe ayant consommé le supplément de

polyphénols. De plus, une corrélation inverse a été observée entre les valeurs de M/I initiale

et de delta M/I (n=39, p = 0,001, r = -0,5) ainsi que de delta GDR (n=39, p = 0,006, r = -

0,43) de l’ensemble des sujets. Cela signifie que ce sont les sujets les plus résistants à

l’insuline au départ qui ont bénéficié d’une plus grande amélioration de la sensibilité à

l’insuline en cours d’étude. La valeur de M/I initiale a donc été utilisée comme covariable

lors de l’analyse de ces deux variables afin d’en éliminer l’effet.

Lors du clamp, les niveaux d’AGL dans le sérum ont également été mesurés aux temps 0,

30, 60, 90 et 120 minutes du test. Des concentrations élevées d’AGL dans le sang durant un

clamp ont été précédemment associées négativement au niveau de sensibilité à l’insuline et

positivement à la masse adipeuse viscérale (Lapointe et al., 2009). En effet, chez les

individus sains sensibles à l’insuline, l’insuline a comme fonction d’inhiber la lipolyse des

Page 92: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

78

triglycérides du tissu adipeux et de réduire la libération des AGL dans le sang (Carpentier

et al., 2002). À l’inverse, en présence de résistance à l’insuline au niveau des adipocytes,

cette fonction de l’insuline est altérée et les concentrations d’AGL en circulation

augmentent (Mook et al., 2004). Les AGL représentent donc un marqueur intéressant afin

de compléter l’évaluation de la sensibilité à l’insuline. Par contre, dans la présente étude,

nous n’avons pas observé de différence entre les groupes concernant les concentrations

d’AGL durant le clamp, et ce, malgré une amélioration de la sensibilité à l’insuline dans le

groupe polyphénol. Puisque les concentrations sanguines d’AGL dépendent en partie de la

quantité de tissu adipeux dont dispose un individu (Mittendorfer et al., 2009), il se peut que

cette absence de différence provienne du fait que tous les participants aient maintenu un

poids stable, donc probablement une masse adipeuse stable, du début à la fin de l’étude. Il

se pourrait aussi que l’action bénéfique des polyphénols sur la sensibilité à l’insuline ait eu

lieu plus spécifiquement au niveau des cellules musculaires squelettiques que des

adipocytes. Toutefois, d’autres études sont nécessaires afin de confirmer cette explication.

Notre première hypothèse soutenant que la consommation du supplément d’extraits riches

en polyphénols de fraises et de canneberges améliore la sensibilité à l’insuline de sujets en

surpoids ou obèses et résistants à l'insuline a donc été confirmée par les présents résultats.

Peu d’études cliniques ont utilisé le clamp hyperinsulinémique-euglycémique afin de

vérifier l’effet des polyphénols sur la sensibilité à l’insuline. L’étude de Stull et al. (2010)

est sans doute l’étude la plus similaire à la nôtre. Ces auteurs ont observé une hausse de

22% du M/I chez 32 sujets prédiabétiques obèses et résistants à l’insuline suite à la

consommation d’un smoothie aux bleuets (procurant 1462 mg de polyphénols/jour) pour

une durée de 6 semaines. Avec 38 sujets en surpoids ou obèses, Hokayem et al. (2013),

pour leur part, observent également des effets bénéfiques reliés à la consommation de

2g/jour de polyphénols de raisins. Après 8 semaines de supplémentation, une diète riche en

fructose (3g/kg de masse corporelle) a été consommée par les participants du groupe

expérimental et du groupe placebo pour 1 semaine. À la toute fin de la période

expérimentale, la diète riche en fructose a induit une diminution de 11% du GDR et une

diminution de 20% de l’ISI Matsuda (un indice de sensibilité à l’insuline du corps entier)

Page 93: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

79

dans le groupe placebo. Ces effets délétères ne sont pas survenus dans le groupe ayant

consommé quotidiennement le supplément de polyphénols de raisins.

Il est intéressant de constater que les études ayant utilisé la méthode du clamp, qui mesure

surtout la sensibilité à l’insuline au niveau périphérique (Abdul-Ghani et al., 2006), ont

observé des effets bénéfiques reliés à la consommation de polyphénols de petits fruits, alors

que les études ayant plutôt utilisé l’indice HOMA-IR, possiblement plus reliée à la

résistance à l’insuline au niveau hépatique (Abdul-Ghani et al., 2006; Abdul-Ghani et al.,

2007), n’ont pas observé d’effets bénéfiques (Kar et al., 2009; Basu et al., 2010; Lee et al.,

2008; Hassellund et al., 2013). De ces études, l’hypothèse selon laquelle les polyphénols de

petits fruits exerceraient leur action bénéfique principalement au niveau des tissus

périphériques pourrait être émise et demeurerait à valider.

Dans la présente étude, il est peu probable que l’amélioration de la sensibilité à l’insuline

observée dans le groupe polyphénol soit expliquée par une perte de masse adipeuse,

puisque les sujets ont maintenu un poids stable et un tour de taille stable tout au long de

l’étude. La perte de poids ou les changements anthropométriques représentent une limite

dans certaines études in vivo. En effet, le poids corporel, principalement la masse adipeuse,

constitue un déterminant majeur de la sensibilité à l’insuline (Abdul-Ghani et DeFronzo,

2010) et est associé à plusieurs altérations métaboliques (Nguyen et al., 2008). Un

changement de l’apport en énergie ou en macronutriments en cours d’étude représente une

autre variable confondante qui aurait pu avoir un impact sur la sensibilité à l’insuline. En

effet, même en contexte de stabilité pondérale, un changement dans la proportion des

différents macronutriments consommés peut influencer la sensibilité à l’insuline (Gadgil et

al., 2013). Par contre, selon les données du FFQ, aucune différence n’a été observée entre

les groupes par rapport à ces variables. Enfin, nous avons vérifié la consommation en pré-

et en post-intervention de polyphénols provenant des petits fruits et du vin, aliments qui ne

devaient pas être consommés pendant l’étude. Quelques sujets des deux groupes n’ont pas

totalement respecté cette consigne durant la période de stabilisation, tandis que tous l’ont

respectée durant la période expérimentale. La différence de consommation de polyphénols

de petits fruits et de vin entre le début et la fin de l’étude, estimée majoritairement à partir

Page 94: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

80

des banques de données de la USDA et de Phenol-Explorer, nous apparaît négligeable (-27

± 23 mg pour le groupe polyphénol et -5 ± 4 mg pour le groupe placebo). Cependant, il est

opportun de mentionner que l’apport en polyphénols d’une population demeure encore

imprécis puisque les bases de données disponibles (USDA, Phenol-Explorer) ne sont pas

complètes, ceci en raison du manque d’études à ce sujet et de l’immense diversité des

polyphénols présents dans les aliments (Arranz et al., 2010; Hollman et al., 2011). Aussi, il

existe une grande variabilité interindividuelle quant à l'apport quotidien en polyphénols.

Plusieurs mécanismes peuvent expliquer l’effet bénéfique des polyphénols sur la sensibilité

à l’insuline. Entre autres, de par leur effet antioxydant, les polyphénols auraient pu avoir

comme effet une réduction de l’inflammation et du stress oxydatif, deux paramètres

étroitement reliés et à l’origine de la résistance à l’insuline (Wellen and Hotamisligil, 2005;

Ceriello and Motz, 2004). Par contre, nous n’avons pas observé de changement en ce qui a

trait à la concentration sanguine des principales cytokines pro-inflammatoires (IL-6 et

TNF-α), de la hs-CRP, de RANTES, de la molécule anti-inflammatoire adiponectine, des

LDL-oxydées et de la capacité antioxydante totale du plasma (FRAP, ferric reducing

ability of plasma) au cours de l’étude. Il reste que les polyphénols pourraient avoir exercé

un effet anti-inflammatoire ou antioxydant au niveau cellulaire, mais aussi un effet au

niveau des voies de signalisation cellulaire de l’insuline afin d’améliorer la sensibilité à

l’insuline par le biais d’une captation de glucose augmentée.

Les anthocyanines, les proanthocyanidines, les ellagitanins, les acides phénoliques (ex.

l’acide p-coumarique) ainsi que les quercétines représentent les polyphénols les plus

abondants dans le supplément expérimental riche en polyphénols que nous avons utilisé

(Dudonné et al., 2014). Par contre, en raison d’importantes variations au niveau de

l’absorption intestinale et de leur métabolisme, ces polyphénols n’atteignent pas tous une

concentration sanguine similaire. En effet, selon les résultats de l’étude de Dudonné et al.

(2014) obtenus chez le rat, les concentrations plasmatiques de proanthocyanidines et

d’ellagitanins suite à l’ingestion du supplément riche en polyphénols étaient non-

détectables. Ces composés phénoliques, de par leur structure polymérique, ne sont

généralement pas absorbés. Par contre, les composés phénoliques qui ne sont pas absorbés

Page 95: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

81

atteignent le côlon où ceux-ci peuvent avoir un effet prébiotique et ainsi améliorer la

sensibilité à l’insuline principalement par une modulation des voies inflammatoires et/ou de

la balance énergétique (Caricill, 2013; Anhê et al., 2013; Anhê et al., 2014).

Les anthocyanines ont également une faible biodisponibilité. Par conséquent, ces composés

ont été détectés dans le plasma des rats ayant consommé l’extrait, mais en très faibles

quantités (Dudonné et al., 2014). Cependant, certains métabolites des anthocyanines,

l’acide p-hydroxybenzoïque et l’acide p-hydroxybenzoïque glucuronide, ont pour leur part

été retrouvés en concentrations élevées dans le plasma (Dudonné et al., 2014). Selon

l’étude de Nizamutdinova et al. (2009), une solution d’anthocyanines administrée par

gavage à des rats diabétiques peut améliorer la signalisation cellulaire de l’insuline en

stimulant la phosphorylation des récepteurs cellulaires de l’insuline, permettant ainsi une

augmentation de l’expression du GLUT4 dans le muscle.

Les métabolites de la quercétine, plus spécifiquement ceux ayant un haut niveau de

méthylation, ont été détectés en grandes quantités en circulation suivant la consommation

du supplément de polyphénols. La consommation de quercétine a également été associée in

vivo à une signalisation cellulaire de l’insuline améliorée. En effet, dans l’étude d’Anhê et

al. (2012) chez des rats diabétiques, un traitement à la quercétine a stimulé l’expression du

GLUT4 dans les cellules musculaires, ce qui a ainsi amélioré la sensibilité à l’insuline.

Finalement, l’acide p-coumarique a été identifié en concentrations élevées dans le plasma

suite à l’ingestion du supplément riche en polyphénols. L’acide p-coumarique est un acide

phénolique présent dans le supplément de fraises et de canneberges. Celui-ci est également

un métabolite microbien dérivé de l’acide chlorogénique, un polyphénol également

retrouvé dans l’extrait. Certaines études in vitro ont justement démontré l’effet bénéfique

de l’acide p-coumarique au niveau de la molécule AMPK, ce qui a amélioré la captation

cellulaire du glucose au niveau des muscles squelettiques (Bhattacharya et al., 2013; Yoon

et al., 2013).

Page 96: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

82

2. Deuxième et troisième objectifs spécifiques

Objectifs spécifiques : Déterminer les effets d’un supplément d’extraits riches en

polyphénols provenant de fraises et de canneberges sur la tolérance au glucose et la

sécrétion d’insuline chez des hommes et des femmes en surpoids ou obèses et résistants à

l'insuline.

Hypothèses reliées à ces objectifs : La consommation du supplément d’extraits riches en

polyphénols de fraises et de canneberges améliore la tolérance au glucose et réduit la

sécrétion d’insuline de sujets en surpoids ou obèses et résistants à l'insuline.

Dans la présente étude, la prévention de l’augmentation de la sécrétion d’insuline lors de

l’OGTT, telle que mesurée par le C-peptide, représente un résultat souhaitable dans le

contexte d’une hyperinsulinémie compensatoire. Cela n’est pas un signe de détérioration

des cellules β du pancréas. En effet, dans le contexte où la majorité des participants

n’avaient pas encore atteint un stade d’épuisement des cellules β du pancréas, une

diminution de la sécrétion d’insuline, de pair avec une glycémie stable du début à la fin de

l’étude, signifie que moins d’insuline est requise pour un contrôle glycémique stable.

L’hyperinsulinémie en soi est également un élément pathologique important relié à

plusieurs désordres métaboliques (Kelly et al., 2014).

La hausse de la sécrétion de C-peptide survenue durant les 30 premières de l’OGTT suite à

la prise du supplément placebo n’est pas survenue suite à la prise du supplément de

polyphénols. On peut donc suggérer que le supplément d’extraits riches en polyphénols

peut prévenir une élévation compensatoire de la première phase de sécrétion d’insuline, et

ce, par le biais d’une meilleure sensibilité à l’insuline.

Au début de l’étude, seulement 37% des participants pouvaient être classifiés dans la

catégorie IG selon les lignes directrices canadiennes (Association canadienne du diabète,

2013). En majorité, ceux-ci n’avaient donc pas encore atteint un stade de déficit de

sécrétion d’insuline. Cependant, les sujets avec IG avaient tout de même un déficit relatif

de sécrétion d'insuline. En cours d’étude, la proportion de sujets pouvant être classifiés dans

Page 97: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

83

la catégorie IG est passée de 45% à 50% (1 sujet de plus) dans le groupe polyphénol et de

29% à 24% (1 sujet de moins) dans le groupe placebo. La proportion des sujets présentant

une AGJ est passée de 50% à 55% dans le groupe polyphénol et est demeurée à 29 % dans

le groupe placebo. Toutefois, aucune différence n’a été observée entre les groupes au

niveau des variations de glucose à jeun et au temps 120 de l’OGTT. Également, l'effet de la

tolérance au glucose initiale (la valeur de glycémie à 120 minutes de l'OGTT) a été utilisée

comme covariable lors de l'analyse des variables delta M/I et delta GDR. Cependant, son

effet n'était pas significatif sur ces variables.

Ces résultats confirment donc partiellement les hypothèses de départ. En effet, seulement la

réponse du C-peptide a été réduite lors du test oral de tolérance au glucose, et ce surtout

lors de la première phase de sécrétion d’insuline, suite à la consommation du supplément

d’extraits riches en polyphénols de fraises et de canneberges chez des sujets en surpoids ou

obèses et résistants à l'insuline.

3. Quatrième et cinquième objectifs spécifiques

Objectifs spécifiques : Déterminer les effets d’un supplément d’extraits riches en

polyphénols provenant de fraises et de canneberges sur les lipides sanguins de même que

sur un marqueur de risque cardiovasculaire chez des hommes et des femmes en surpoids ou

obèses et résistants à l'insuline.

Hypothèses reliées à ces objectifs : La consommation du supplément d’extraits riches en

polyphénols de fraises et de canneberges améliore le bilan lipidique et réduit le risque

cardiovasculaire de sujets en surpoids ou obèses et résistants à l'insuline.

Contrairement aux résultats attendus, les valeurs de lipides sanguins, de même que de les

concentrations sanguines de la molécule prothrombotique PAI-1 sont demeurées stables du

début à la fin de l’étude, et ce, dans chacun des groupes. Aucune différence significative

n’a donc été observée entre les groupes concernant ces paramètres. L’état de résistance à

l’insuline au niveau du foie et des adipocytes est associé à des concentrations sanguines

plus élevées de triglycérides en raison d’une production hépatique augmentée de particules

Page 98: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

84

VLDL (riches en triglycérides) et d’une concentration plasmatique augmentée d’AGL

parvenant au foie. Cette augmentation de la concentration plasmatique de VLDL survient

également de pair avec une concentration plasmatique diminuée de particules HDL

(Avramoglu et al., 2006 ; Adeli et al., 2001). De la même façon, la résistance à l’insuline

est étroitement reliée à des concentrations sanguines augmentées de PAI-1 (Kruszynska et

al., 2000; Meshkani et Adeli, 2009). Puisqu’une amélioration de la sensibilité à l’insuline

est survenue dans le groupe ayant consommé le supplément de polyphénols, il aurait donc

été logique de s’attendre à une amélioration du bilan lipidique et à une diminution des

concentrations sanguines de PAI-1. Par contre, aucun changement dans ces deux éléments

n’a été observé.

Nos résultats sont en accord avec ceux de l’étude de Stull et al. (2010) où aucun

changement n’a été détecté au niveau des lipides sanguins malgré une amélioration de 22%

de la valeur de M/I. Ruel et al. (2006), pour leur part, ont précédemment observé une

hausse de 8 % du cholestérol des HDL chez des hommes avec obésité abdominale suite à la

consommation quotidienne de 250 ml de jus de canneberges à faible teneur en calories.

Toutefois, les auteurs ont également observé une perte de poids durant l’étude, ce qui peut

avoir eu un impact sur l’augmentation du cholestérol des HDL. Le niveau de sensibilité à

l’insuline n’avait pas été évalué/estimé dans cette étude.

Comme piste d’explication, il est possible entre autres que l’état de résistance à l’insuline

chez les sujets du groupe polyphénol, bien que moins sévère qu’au départ, soit encore trop

importante pour permettre une amélioration du bilan lipidique et de la santé

cardiovasculaire. Rappelons également que l’effet observé sur la sensibilité à l’insuline

(M/I) concernerait davantage les tissus périphériques que le foie. Nous avons d’ailleurs

calculé l’HOMA-IR (un indice de sensibilité à l’insuline possiblement plus reliés à la

résistance à l’insuline hépatique) en pré et en post-intervention et aucune différence n’a été

observée entre les deux groupes. Considérant la possibilité qu’aucun changement de

sensibilité à l’insuline au niveau hépatique ne soit survenu, il est donc possible que les

étapes métaboliques impliquées dans la synthèse hépatique des lipoprotéines n’aient pas été

modifiées.

Page 99: Effets bénéfiques d'un supplément riche en …...iii Résumé Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits

85

En ce qui concerne les triglycérides, les principaux facteurs de risque modifiables qui

influencent les concentrations sanguines de cette molécule sont le poids corporel et la

consommation de sucre et d’alcool (Dunbar et Rader, 2005). Toutefois, ce sont des

variables qui sont demeurées stables tout au long de l’étude.

Nos hypothèses de départ en lien avec ces objectifs ont donc été infirmées par les présents

résultats obtenus suite à une intervention de 6 semaines à une dose de 330 mg de

polyphénols provenant de fraises et de canneberges.

4. Sixième et septième objectifs spécifiques

Objectifs spécifiques : Déterminer les effets d’un supplément d’extraits riches en

polyphénols provenant de fraises et de canneberges sur les marqueurs reliés à

l’inflammation et au stress oxydatif chez des hommes et des femmes en surpoids ou obèses

et résistants à l'insuline.

Hypothèses reliées à ces objectifs : La consommation du supplément d’extraits riches en

polyphénols de fraises et de canneberges améliore le profil inflammatoire, réduit le stress

oxydatif et améliore la capacité antioxydante totale du plasma de sujets en surpoids ou

obèses et résistants à l'insuline.

Concernant ces objectifs, nous n’avons observé aucune différence entre les 2 groupes en ce

qui a trait au profil inflammatoire et de stress oxydatif ainsi qu’à la capacité antioxydante

du plasma.

Nos hypothèses de départ en lien avec ces objectifs ont donc été infirmées par ces résultats.

Ces résultats sont quelque peu surprenants, étant donné qu'une des principales causes de la

résistance à l’insuline est l'inflammation (de Luca et Olefsky, 2008) et qu’une amélioration

de la sensibilité à l’insuline est survenue dans le groupe polyphénols. Par contre, nos

résultats sont encore une fois en accord avec ceux de l’étude de Stull et al. (2010), dans

laquelle une amélioration de la sensibilité à l’insuline est survenue sans qu’il n’y ait d’effet

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au niveau des marqueurs inflammatoires (CRP, TNF-α et monocyte chemoattractant

protein-1 (MCP-1)). Quelques pistes intéressantes peuvent être soulevées afin d’expliquer

cette absence de résultat qui semble contradictoire. Tout d’abord, en ce qui concerne les

marqueurs du stress oxydatif et de la capacité antioxydante du plasma, on remet de plus en

plus en question le fait que les polyphénols puissent avoir un effet antioxydant direct dans

l’organisme. En effet, en raison de la faible biodisponibilité des polyphénols, la quantité de

ces molécules retrouvée dans le plasma et dans les tissus est somme toute assez négligeable

comparativement à la concentration des autres antioxydants endogènes et exogènes

retrouvée en circulation et dans les cellules (Hollman et al, 2011). La consommation de

polyphénols augmenterait donc peu la capacité antioxydante totale du plasma. Ensuite, en

ce qui concerne les marqueurs de l’inflammation, il n’est pas exclu que la consommation

du supplément riche en polyphénols puisse avoir eu un effet anti-inflammatoire

intracellulaire qui ne se soit pas reflété dans la circulation sanguine. Une biopsie musculaire

ou de tissu adipeux en pré- et en post-intervention aurait permis de vérifier cette hypothèse.

Entre autres, le niveau d’expression de certains gènes reliés à l’inflammation au niveau de

ces deux échantillons de tissus aurait pu être mesuré. Par exemple, dans l’étude de

Neyrinck et al. (2013) réalisée chez des souris obèses, un extrait riche en polyphénols de

grenade a réduit l’expression de molécules pro-inflammatoires (cyclooxygénase-2 (COX-

2), Interleukine-1β (IL-1β) et IL-6) au niveau du tissu adipeux et du côlon, et ce, sans que

ces effets soit détectables au niveau du sérum. Par contre, il faut considérer l'aspect invasif

de ces biopsies chez l'humain. Également, plusieurs marqueurs inflammatoires connus pour

être associés positivement ou négativement à la sensibilité à l’insuline n’ont pas été

mesurés dans la présente étude tels que la résistine, la MCP-1 et l’Interleukine 10 (IL-10)

(Wellen et Hotamisligil, 2005). Enfin, les nouvelles évidences scientifiques suggèrent que

la lipopolysaccharide (LPS), provenant de la paroi des bactéries à Gram négatif du

microbiote, est l’un des plus grands activateurs de l’inflammation. En fait, c’est un facteur

clé impliqué dans l’apparition et la progression de l’inflammation en contexte d’obésité

(Cani et al., 2007). Plus la flore intestinale contient une quantité importante de « mauvaises

bactéries », plus grande est la perméabilité intestinale donc plus grande est la concentration

de LPS en circulation et vice versa (Cani et al., 2008). Contrairement aux polyphénols

ayant pour la plupart un effet prébiotique bénéfique sur la flore intestinale (Cardona et al.,

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2013 ; Anhê et al., 2014), une étude très récente publiée dans le journal Nature démontre

que trois édulcorants artificiels sans calorie, c’est-à-dire l’aspartame, la saccharine et le

sucralose, modulent défavorablement la composition et la fonction de la flore intestinale.

Cette modulation du microbiote a affecté du même coup la tolérance au glucose

comparativement au sucrose ou au glucose (Suez et al., 2014). Puisque les suppléments

utilisés dans la présente étude étaient édulcorés par le sucralose, il est possible qu’une

modulation défavorable du microbiote soit venue contrecarrer les effets bénéfiques des

polyphénols au niveau du profil inflammatoire. Afin de vérifier cette hypothèse, il aurait été

intéressant dans une prochaine étude, de mesurer les concentrations sanguines de LPS en

pré et en post-intervention.

5. Forces et limites de l’étude

5.1. Forces de l’étude

Une des forces de la présente étude est l’utilisation du clamp hyperinsulinémique-

euglycémique et de l’OGTT, deux tests reconnus, précis et complémentaires permettant

d’évaluer/estimer différents paramètres du métabolisme du glucose (Muniyappa et al.,

2008; Matsuda et DeFronzo, 1999). Le fait que cette étude soit à double insu, randomisée et

contrôlée par placebo représente également une force majeure étant donné que cela permet

de limiter certains biais. En effet, la randomisation est nécessaire afin d’éviter les biais de

sélection et afin d’obtenir deux groupes aussi semblables que possible. Un dispositif à

double insu, utilisant un placebo identique au traitement expérimental au niveau du goût, de

l’apparence et de la texture, permet pour sa part d’éviter qu’il y ait des différences entre les

deux groupes dues à la consommation d’un breuvage.

Une autre force de l’étude est l’observance élevée des participants aux traitements. En effet,

ceux-ci devaient rapporter les bouteilles non consommées à la fin de la période

expérimentale. Une observance moyenne de 99% a donc été calculée par le compte des

bouteilles. Enfin, notre étude a utilisé une dose de polyphénols physiologique et non une

dose pharmacologique. La dose utilisée équivaut approximativement à une consommation

quotidienne d’une tasse de fraises et/ou de canneberges fraîches, ce qui se rapproche à une

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quantité de fruits potentiellement retrouvée dans une alimentation normale. Nous proposons

donc une option nutritionnelle, sans risque d’effets secondaires, afin d’améliorer le profil

métabolique d’individus à risque de développer le diabète de type 2.

5.2. Limites de l’étude

La présente étude comporte quelques limites. Une de celles-ci est l’incapacité à observer

des différences entre les hommes et les femmes, s’il en existe, en raison du faible nombre

de sujets. Cela est également le cas pour les différences entre les statuts de tolérance au

glucose de départ. Selon le calcul de puissance effectué à l’aide des données provenant de

l’étude de Stull et al. (2010) et de nos propres données, un minimum de 40 sujets était

requis afin de détecter une différence significative entre les groupes (P < 0.05) avec une

puissance statistique de 80%. Au total, 41 sujets ont complété l’étude, ce qui était tout juste

suffisant pour observer des effets significatifs. Nous n’avons donc pas atteint la puissance

statistique nécessaire permettant d’observer des effets significatifs lorsque les sujets étaient

divisés en quatre sous-groupes (selon le genre ou le statut de tolérance au glucose). Une

autre limite de l’étude est le fait que l’extrait riche en polyphénols n’était pas parfaitement

soluble, ce qui a fait apparaître des dépôts d’extraits au fond des bouteilles. Malgré la

consigne donnée aux participants de bien agiter le supplément avant la consommation, il est

possible que certains participants ne l’aient pas fait et n’aient donc pas consommé

entièrement la dose quotidienne de 330 mg de polyphénols. Ceci a donc pu atténuer les

effets bénéfiques observés sur le métabolisme du glucose. Aussi, l’effet de sédimentation

s’amplifiait de cohorte en cohorte. Par contre, statistiquement, aucun effet cohorte (effet

temps) n’a été observé, malgré une tendance pour un effet cohorte x traitement pour la

sensibilité à l’insuline (p = 0,06). Il est intéressant de mentionner que l’amélioration du M/I

dans le groupe polyphénol était de 21% en moyenne chez les individus de la première

cohorte, comparativement à 14% pour l’ensemble des 3 cohortes. Les résultats sont

difficilement généralisables à d’autres populations ethniques, étant donné que les sujets de

l’étude étaient presqu’exclusivement caucasiens. Il est à noter que l'amélioration de la

sensibilité à l'insuline observée dans cette étude est probablement un effet transitoire étant

donné l'élimination rapide des polyphénols de la circulation sanguine et le fait que cette

mesure ait été effectuée environ 12h après la prise de la dernière dose. Il est même possible

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que l'effet des polyphénols soit optimal que dans les quelques heures suivant leur

consommation (effet aigu). Finalement, la présente étude ne comporte aucune mesure

mécanistique permettant d’expliquer les résultats (ex. Caractérisation du microbiote

intestinal et biopsies du muscle ou du tissu adipeux afin d’étudier la signalisation cellulaire

de l’insuline).

6. Conclusion générale

En conclusion, nos résultats suggèrent que la consommation quotidienne de polyphénols

provenant des fraises et des canneberges peut améliorer la sensibilité à l’insuline et prévenir

une augmentation compensatoire de la sécrétion d’insuline chez des sujets en surpoids et

résistants à l’insuline dans un contexte de vie normale. Cette approche représente donc une

option nutritionnelle intéressante afin d’améliorer le profil métabolique d’individus à risque

de développer le diabète de type 2. En attendant des données plus probantes, les

recommandations découlant des conclusions de la présente étude demeurent plutôt

conservatrices. Entre autres parce qu’on en connaît encore très peu sur les risques d’effets

secondaires reliés à des doses massives de polyphénols chez l’humain, on doit demeurer

prudent en ce qui concerne la consommation de suppléments. Celle-ci devrait être limitée

aux individus chez qui les bénéfices ont été établis. Toutefois, une consommation régulière

et variée de fruits et de légumes frais et peu transformés, incluant des petits fruits si

possible, demeure l’option de choix. Le fait de consommer l’aliment entier permet

également d’aller chercher les bénéfices additionnels reliés aux fibres alimentaires et aux

micronutriments contenus dans les fruits et les légumes. De plus, étant donné que les

polyphénols sont rapidement éliminés de l’organisme une fois ingérés (Bravo, 1998), une

consommation de petits fruits sur une base régulière serait l’idéal afin de maintenir une

certaine dose de métabolites actifs dans le sang. La consommation quotidienne d’une à

deux portions de petits fruits constitue donc une recommandation nutritionnelle simple,

positive et non restrictive que les nutritionnistes pourraient intégrer à leur pratique dans une

optique de prévention du diabète de type 2.

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7. Perspectives futures

Notre étude a permis d’identifier une approche nutritionnelle intéressante afin d’améliorer

le profil métabolique d’individus à risque de développer le diabète de type 2. D’autres

études cliniques sur le sujet sont requises afin de préciser certains aspects. Tout d’abord, il

serait intéressant de refaire la même étude, mais cette fois-ci en ayant un groupe qui

consomme un supplément riche en polyphénols de fraises et un autre consommant un

supplément riche en polyphénols provenant des canneberges. Cela permettrait ainsi de

distinguer l’effet de ces deux fruits individuellement. Optimalement, on pourrait même

ajouter plusieurs autres groupes dans le but de comparer l’effet des polyphénols provenant

d’autres fruits. Aussi, il faudrait concevoir ces études cliniques avec un nombre plus élevé

de sujets et sur une plus longue durée, ce qui procurerait la puissance nécessaire afin de

vérifier les effets reliés au sexe ou à d’autres variables comme l’état de tolérance au glucose

initial. Des études doses-réponses seraient également essentielles afin de déterminer la dose

procurant le plus d’effets bénéfiques et afin de vérifier s’il se produirait un effet de

plafonnement à une certaine dose. En raison de facteurs tels que la saturation des

mécanismes d’absorption intestinale des polyphénols, il n’est pas certain qu’une dose plus

élevée procurerait davantage d’effet. Par contre, il faudrait préalablement déterminer la

matrice alimentaire optimale. Puisque nous avons observé une solubilité sous-optimale de

l’extrait lorsqu’incorporé dans un supplément liquide, il pourrait être envisagé d’inclure cet

extrait dans un aliment, comme un smoothie, ou d’en faire des capsules. Il serait bien

également de déterminer s’il est préférable de consommer ces polyphénols seuls ou avec un

repas. Il serait d’ailleurs intéressant d’en connaître davantage sur les effets synergiques

possibles entre les différents polyphénols ou avec certains nutriments. Il serait également

d’un intérêt majeur de vérifier l’effet du supplément riche en polyphénols sur la sensibilité

à l’insuline de sujets diabétiques afin de pouvoir cibler plus précisément les

recommandations.

En complément, une étude de biodisponibilité des polyphénols chez des sujets humains

serait requise afin de déterminer quels polyphénols/métabolites atteignent les plus grandes

concentrations dans le plasma. Des corrélations pourraient ensuite être effectuées entre les

concentrations plasmatiques des différents polyphénols/métabolites retrouvés dans le

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plasma et les valeurs de sensibilité à l’insuline. En parallèle aux études cliniques, des

études mécanistiques sont également requises afin de mieux comprendre de quelle façon les

polyphénols agissent sur la sensibilité à l’insuline, particulièrement au niveau des

différentes voies de la signalisation cellulaire par l’insuline. En effet, tout n'est peut-être pas

question de concentration plasmatique, puisqu'il est possible que certains

polyphénols/métabolites soient très puissants, même à de faibles doses. Il serait également

d’un intérêt majeur de vérifier l’effet des polyphénols sur la composition du microbiote

intestinal.

Enfin, comme dernière étape avant de pouvoir émettre des recommandations précises, une

étude prospective multicentrique comportant un nombre élevé de sujets prédiabétiques

devra être réalisée afin de valider les effets observés dans notre étude. Ce genre d’étude

permettrait de vérifier les impacts cliniques à long terme de la prise d’un supplément riche

en polyphénols, tels l’incidence de nouveaux cas de diabète de type 2. Les réponses des

hommes et des femmes pourraient également être documentées avec plus de précision dans

ce type d’étude.

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