Homéostasie et métabolisme des ions métalliques, en particulier du fer, dans les maladies neurodégénératives

Contexte académique

Les maladies neurodégénératives (telles que la maladie de Parkinson, la maladie d’Alzheimer, l’amyotrophie latérale sclérosante et la maladie de Huntington) sont caractérisées par la mort neuronale et la perte de fonction, entraînant une dégradation progressive des fonctions cognitives, motrices et sensorielles. Les ions métalliques (comme le fer, le manganèse, le cuivre et le zinc) jouent un rôle crucial dans de nombreux processus physiologiques dans le système nerveux central, notamment le métabolisme énergétique, la synthèse protéique, la réplication de l’ADN, la construction des protéines membranaires, la myélinisation et la synthèse des neurotransmetteurs. Cependant, lorsque l’homéostasie des ions métalliques est perturbée, qu’ils soient en excès ou en carence, ils peuvent avoir des effets nocifs sur les neurones, provoquant des stress oxydatifs, la ferroptose, la cuproptose, le vieillissement cellulaire ou l’inflammation neurologique, contribuant ainsi au développement des maladies neurodégénératives.

Depuis la première observation de dépôts de fer dans le cerveau des patients atteints de la maladie de Parkinson (PD) en 1924, de plus en plus de recherches ont montré que l’accumulation ou l’épuisement anormaux des ions métalliques tels que le fer, le manganèse, le cuivre et le zinc sont étroitement liés aux mécanismes pathologiques des maladies neurodégénératives. En particulier, la découverte récente de nouvelles formes de mort cellulaire comme la ferroptose et la cuproptose a fourni de nouvelles perspectives pour comprendre les mécanismes pathologiques des maladies neurodégénératives.

Source de l’article

Cette revue a été écrite par Leilei Chen, Qingqing Shen, Yingjuan Liu, Yunqi Zhang, Liping Sun, Xizhen Ma, Ning Song et Junxia Xie, affiliés à l’Institut de recherche sur les sciences du cerveau et les maladies de l’Université de Qingdao, au Centre de collaboration et d’innovation provincial du Shandong pour les maladies neurodégénératives et au Laboratoire clé provincial du Shandong sur les mécanismes de pathogénicité et la prévention des maladies neurodégénératives. L’article a été publié en 2025 dans la revue Signal Transduction and Targeted Therapy, visant à fournir une vue d’ensemble complète de l’histoire de la recherche, des événements marquants et des mécanismes régulateurs en amont, des effets en aval et des interactions croisées des ions métalliques dans les conditions physiopathologiques.

Contenu principal de l’article

Histoire de la recherche sur les ions métalliques dans les maladies neurodégénératives

La revue examine l’histoire de la recherche sur les ions métalliques (en particulier le fer, le manganèse, le cuivre et le zinc) dans les maladies neurodégénératives depuis 1924. Les premières études ont utilisé des techniques telles que le colorant Perls et Turnbull pour découvrir des dépôts de fer chez les patients atteints de PD. Par la suite, des technologies comme l’imagerie par résonance magnétique (IRM), la spectrométrie de masse par plasma à couplage inductif (ICP-MS) ont confirmé que l’accumulation anormale de fer, de manganèse, de cuivre et de zinc est étroitement liée à la progression de la maladie. La découverte récente de nouvelles formes de mort cellulaire comme la ferroptose et la cuproptose a apporté de nouvelles perspectives pour comprendre les mécanismes pathologiques des maladies neurodégénératives.

Homéostasie et métabolisme des ions métalliques

L’article détaille les mécanismes de régulation de l’homéostasie du fer, du manganèse, du cuivre et du zinc dans le système nerveux central. Le fer, en tant qu’élément micronutritionnel essentiel, participe à divers processus physiologiques tels que le transport d’oxygène, la synthèse de l’ADN, la respiration mitochondriale et la synthèse des phospholipides. L’homéostasie du fer est régulée par plusieurs protéines et mécanismes moléculaires (comme le récepteur de transferrine, DMT1) pour assurer sa concentration et sa distribution appropriées dans différentes régions du cerveau, cellules et organites. De même, l’homéostasie du manganèse, du cuivre et du zinc est strictement contrôlée, chaque ion métallique ayant ses propres mécanismes d’absorption, de stockage et de libération.

Rôle thérapeutique des chélateurs d’ions métalliques

L’article discute également du potentiel thérapeutique de divers chélateurs d’ions métalliques (comme le clioquinol, la quercétine, la curcumine, la coumarine et leurs dérivés) dans le traitement des maladies neurodégénératives. Ces chélateurs peuvent capturer sélectivement les ions métalliques et les dissocier des sites impliqués dans la progression de la maladie, réduisant ainsi les effets secondaires associés aux traitements à large spectre. Bien que ces chélateurs montrent des effets thérapeutiques prometteurs dans les essais cliniques, leurs limitations ne doivent pas être négligées. Par exemple, le chélateur de fer Deferiprone a montré des effets neuroprotecteurs chez les patients atteints de PD au stade précoce, mais son efficacité et sa sécurité à long terme nécessitent des recherches supplémentaires.

Effets en aval et rôle des ions métalliques dans les maladies

L’accumulation anormale des ions métalliques peut déclencher divers effets en aval, notamment le stress oxydatif, la ferroptose, le vieillissement cellulaire et l’inflammation neurologique. Ces facteurs jouent un rôle crucial dans le processus pathologique des maladies neurodégénératives. Par exemple, le fer et le cuivre peuvent favoriser la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) via la réaction de Fenton, provoquant un stress oxydatif qui endommage les membranes cellulaires, les protéines et l’ADN. De plus, de nouvelles formes de mort cellulaire comme la ferroptose et la cuproptose ont été prouvées être liées au développement et à la progression des maladies neurodégénératives.

Signification et valeur de la recherche

Cette revue offre non seulement une compréhension complète du rôle des ions métalliques dans le développement des maladies neurodégénératives, mais aussi de nouvelles pistes pour leur prévention et leur traitement en modulant l’homéostasie des ions métalliques. Grâce à une étude approfondie des mécanismes de régulation des ions métalliques dans les conditions physiologiques et pathologiques, de futures stratégies pourraient ouvrir de nouvelles voies pour le traitement des maladies neurodégénératives.

Points forts de la recherche

1. Révision complète : L’article examine systématiquement l’histoire de la recherche sur les ions métalliques dans les maladies neurodégénératives, les événements marquants et leurs rôles dans les maladies.
2. Nouveaux mécanismes pathologiques : La découverte de nouvelles formes de mort cellulaire comme la ferroptose et la cuproptose offre de nouvelles perspectives pour comprendre les maladies neurodégénératives.
3. Potentiel thérapeutique : L’article discute du potentiel thérapeutique des chélateurs d’ions métalliques dans le traitement des maladies neurodégénératives et souligne leurs limites dans les essais cliniques.
4. Approche multidisciplinaire : L’article combine des techniques issues de la biologie moléculaire, de l’imagerie, de la pathologie, fournissant des preuves à plusieurs niveaux sur le rôle des ions métalliques dans les maladies neurodégénératives.

Conclusion

Grâce à cette revue, nous pouvons mieux comprendre le rôle crucial des ions métalliques dans les maladies neurodégénératives et ouvrir de nouvelles perspectives pour les recherches futures. Une étude plus approfondie et une modulation de l’homéostasie des ions métalliques pourraient conduire à de nouveaux progrès dans la prévention et le traitement de ces maladies.