Adaptations métaboliques et digestives des espèces hibernantes

Cahiers de nutrition et de diététique (2017) 52, 150—159

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PHYSIOLOGIE

Adaptations métaboliques et digestives des espèces hibernantes Metabolic and digestive adaptations of hibernating species Mathilde Louise Tissier , Caroline Habold ∗ Université de Strasbourg, CNRS, IPHC UMR 7178, 67000 Strasbourg, France Rec ¸u le 30 janvier 2017 ; accepté le 13 mars 2017 Disponible sur Internet le 6 avril 2017

MOTS CLÉS Hibernation ; Jeûne ; Réalimentation ; Absorption intestinale

KEYWORDS Hibernation; Fasting; Refeeding; Intestinal absorption

∗

Résumé L’hypométabolisme observé au cours de l’hibernation permet aux hibernants de survivre à la raréfaction des ressources alimentaires. Tandis que les hibernants « fat-storing » jeûnent pendant toute l’hibernation, les « food-storing » alternent jeûnes courts et alimentations lors de réveils périodiques. Cet article décrit les différences métaboliques entre ces 2 stratégies. Chez les « fat-storing », l’énergie provient de l’hydrolyse des triglycérides du tissu adipeux blanc, et la néoglucogenèse permet le maintien de la glycémie. Chez les « foodstoring », l’adiponectine stimule également la lipolyse qui contribue à la cétogenèse mais inhibe la néoglucogenèse puisqu’une baisse significative de la glycémie est observée pendant la torpeur. Chez ces espèces, le maintien d’un système digestif fonctionnel assure l’absorption des nutriments et surtout du glucose lors des réveils périodiques, permettant une restauration transitoire de la glycémie. La qualité des réserves corporelles ou alimentaires conditionne le déroulement de l’hibernation dont dépendent la survie et la reproduction de ces espèces. © 2017 Soci´ et´ e franc ¸aise de nutrition. Publi´ e par Elsevier Masson SAS. Tous droits r´ eserv´ es.

Summary Some animals hibernate to spare energy during winter. They alternate torpor bouts (hypometabolism and hypothermia) and arousals (eumetabolism and euthermia). Foodstoring species feed during these periodic arousals whereas fat-storing species fast throughout hibernation. This article describes the metabolic differences between these two strategies. In fat-storing animals, energy needs are covered by the hydrolysis of triglycerides of the white adipose tissue, whereas gluconeogenesis helps maintaining glycemia. In food-storing species, adiponectin stimulates lipolysis, which contributes to ketogenesis, but inhibits gluconeogenesis as a significant decrease in glycemia is observed during torpor. The maintenance of a

Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (C. Habold).

http://dx.doi.org/10.1016/j.cnd.2017.03.003 0007-9960/© 2017 Soci´ et´ e franc ¸aise de nutrition. Publi´ e par Elsevier Masson SAS. Tous droits r´ eserv´ es.

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functional digestive system ensures the absorption of nutrients and especially glucose during arousals in these species, allowing a transient restoration of glycemia. The quality of fat or food reserves determines the efficiency of hibernation and therefore, the body condition of animals at emergence, on which greatly depend survival and reproductive performances. © 2017 Soci´ et´ e franc ¸aise de nutrition. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Introduction — une stratégie adaptative pour faire face à un cycle saisonnier prédictif de fluctuation des ressources Pour les endothermes vivant dans des latitudes tempérées, l’été est une période où les ressources sont disponibles en grandes quantités et les températures modérées. En revanche, l’hiver correspond à une période où les ressources sont limitées voire inexistantes, et donc de mauvaise qualité, avec des températures généralement très en dec ¸à de la thermoneutralité. Les organismes vivant dans ces régions font donc face au défi important qui est d’utiliser l’abondance de ressources estivales pour survivre aux contraintes hivernales. Compte tenu de telles variations saisonnières en disponibilité des ressources et de la priorité donnée au maintien de la balance énergétique, l’évolution a favorisé des stratégies comportementales, morphologiques et physiologiques qui favorisent la mise en réserve et l’économie d’énergie. Ces stratégies, généralement regroupées sous la notion de ‘torpeur’, se traduisent par un abandon temporaire et réversible de l’euthermie, ce qui conduit à une baisse de la température corporelle et de l’activité. Les animaux entrent en torpeur en raison d’une réduction de la disponibilité en nourriture, et non pas en raison d’une diminution de la température externe. Parce que la réduction du métabolisme précède presque toujours la diminution de la température corporelle, la torpeur est considérée comme un mécanisme homéostatique réglé plutôt qu’une simple résultante thermodynamique. Ces comportements sont observés depuis les régions polaires jusqu’aux régions tropicales, chez les oiseaux et au moins 6 ordres de mammifères [1,2]. On distingue la torpeur journalière (observée tous les jours en période de repos chez des espèces pour lesquelles le coût de l’homéothermie est élevé en raison d’un rapport surface/volume important, comme c’est le cas chez la musaraigne) et la torpeur saisonnière (observée lors de périodes de disettes ou de difficultés climatiques chez des espèces telles le loir ou la marmotte). Cette torpeur saisonnière peut être observée en climat froid et l’on parle d’hibernation, ou bien en climat chaud et l’on parle alors d’estivation.

L’hibernation est une hétérothermie temporelle La durée de la période d’hibernation varie de quelques semaines à quelques mois en fonction de l’espèce [3,4]. Les économies d’énergie réalisées grâce à l’hypométabolisme observé au cours de l’hibernation permettent aux animaux hibernants de survivre à la raréfaction des ressources

alimentaires tout en échappant à l’augmentation des dépenses énergétiques liées à la lutte contre le froid hivernal. Chez certaines espèces, cette période hibernatoire, ainsi que les changements saisonniers de prise alimentaire, de balance énergétique et de reproduction sont sous le contrôle d’une horloge interne [5—10]. Les modifications physiologiques et comportementales liées à l’hibernation constituent donc une réponse adaptative aux variations saisonnières et donc prédictible des ressources alimentaires. L’amplitude et le décours temporel de ces modifications sont en grande partie inhérents à la biologie de l’espèce (donc sélectionnés au cours de l’évolution) et, pour partie uniquement, modulables en fonction des conditions environnementales. Le déterminisme de la stratégie d’hibernation est donc plus un trait retenu par l’évolution qu’une réponse physiologique à court terme. À cet égard, toute perturbation sur le long terme des conditions environnementales est susceptible de rendre la stratégie de l’hibernation inadéquate à assurer le passage de la mauvaise saison et/ou la capacité à obtenir une condition corporelle suffisante pour permettre un succès reproducteur suffisant pour assurer la pérennité de l’espèce.

Physiologie de l’hibernation Le cycle annuel typique d’un hibernant se compose de plusieurs événements caractéristiques qui sont étroitement corrélés. Durant la phase de non-hibernation, le métabolisme énergétique est classiquement celui d’une espèce endotherme avec une homéostasie thermique et une masse corporelle stable. En période pré-hibernatoire, la masse corporelle augmente fortement suite à une hyperphagie et à une forte accrétion lipidique. Certains hibernants (comme l’écureuil terrestre arctique, Citellus undulatus [11]) sont capables de doubler leur masse corporelle en triplant leurs réserves adipeuses en été : ce sont des « fat-storing ». Cette période d’engraissement étant immédiatement suivie par la période d’hibernation, la nature et la quantité des réserves lipidiques stockées vont conditionner la durée de l’hibernation et donc la capacité de l’hibernant à survivre à la mauvaise saison. L’hibernation est constituée d’une succession de périodes d’hypométabolisme, appelées torpeurs, qui sont entrecoupées de périodes de réveil où l’animal revient à l’euthermie. Durant les torpeurs, la dépense énergétique représente moins de 5 % de celle du même animal en euthermie [2] et leur température corporelle (Tc) n’est que de 1 à 2 ◦ C supérieure à la température ambiante de l’hibernaculum. Grâce à ces adaptations métaboliques, la dépense énergétique sur la totalité de la période d’hibernation équivaut à moins de 15 % de la dépense énergétique d’existence du

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Figure 1. Variations de la consommation d’oxygène et de la température corporelle au cours de l’hibernation chez la marmotte alpine (Marmota marmota). Quatre phases peuvent être décrites : (1) diminution de l’intensité métabolique et de la température corporelle, (2) torpeur, (3) réchauffement, (4) réveil intertorpeur. Ta : température ambiante ; Tc : température corporelle ; VO2 : consommation d’oxygène (adapté de [2]).

même animal n’hibernant pas [1]. La nature des signaux métaboliques induisant les entrées en torpeur et les sorties de torpeur reste méconnue et semble dépendante de l’espèce étudiée. Chez le Loir commun (Glis glis), la glycémie baisse avant l’entrée en hibernation [12]. La capacité à atteindre un niveau d’accrétion lipidique semblant également être un facteur déterminant pour la capacité à entrer et à mener à bien une période d’hibernation [13], les hormones issues du tissu adipeux (adipokines) dont le taux de production est corrélé à la quantité de tissu adipeux sont donc de potentielles candidates pour relier accrétion lipidique et capacité à hiberner. Le rôle des adipokines dans l’hibernation reste cependant à préciser car la leptine (une adipokine d’autant plus produite que le tissu adipeux est abondant) semble avoir un effet inhibiteur sur la capacité à entrer en torpeur [14,15]. Les torpeurs sont donc régulièrement entrecoupées de périodes de réveil durant lesquelles l’animal augmente sa température corporelle jusqu’à l’euthermie (Fig. 1). Ces réveils périodiques sont très coûteux en énergie pour l’animal (10 à 15 % de la durée de l’hibernation mais 80 à 85 % du coût énergétique total de l’hibernation [2]) mais sont indispensables au bon déroulement de l’hibernation et à la survie de l’animal hibernant. La finalité exacte de ces réveils périodiques reste à ce jour mal connue. Il faut cependant noter que le nombre, la durée et la fréquence de ces réveils périodiques varient d’une espèce à l’autre [4,16]. De nombreuses hypothèses ont été avancées avec, pour certaines, des données expérimentales assez convaincantes : lutte contre le stress oxydant accumulé au cours de l’épisode de torpeur [17], élimination des déchets métaboliques par la fonction rénale (par ex. [18]), réactivation de la fonction immunitaire [19], régulation du pH liée à l’accumulation de CO2 [20] ou encore pour permettre aux animaux de dormir [21]. Une étude réalisée chez un primate malgache hibernant, le cheirogale (Cheirogaleus medius), offre une autre hypothèse assez intéressante pour expliquer les phases de réveil [22]. Lorsque cet animal hiberne dans des hibernacula très isolés de l’environnement, sa température reste stable tout au long de l’épisode de torpeur, et le cheirogale présente, comme tous les hibernants, des épisodes réguliers d’éveils. En revanche, lorsque son hibernaculum est peu isolé par rapport à l’environnement, sa température corporelle suit très étroitement celle de la

M.L. Tissier, C. Habold température ambiante, ce qui à Madagascar peut représenter des fluctuations de plus de 20 ◦ C, ramenant la température corporelle à plus de 30 ◦ C. Dans ces conditions, et de manière surprenante, l’animal ne manifeste pas de périodes d’éveils et maintient une torpeur tout au long de la période d’hibernation, ce qui ne manque pas de rappeler le comportement de l’ours hivernant qui n’a jamais été classé parmi les hibernants vrais. Ainsi, bien que cela reste à l’état d’hypothèse, il est tentant de penser que les phases de réveil observées au cours de l’hibernation sont nécessaires pour le fonctionnement de certaines voies métaboliques dépendantes de l’euthermie [23]. Chez les mammifères, la thermogenèse sans frisson du tissu adipeux brun est cruciale pour le réchauffement au début d’un réveil jusqu’à ce que la température corporelle atteigne 15 ◦ C. Puis le réchauffement se poursuit par le biais de la thermogenèse avec frisson quand les muscles sont réchauffés (lorsque la température corporelle est supérieure à 15—16 ◦ C) [24]. Dans le cas de certaines espèces tropicales, le réchauffement est généralement diurne en phase avec le cycle nycthéméral. Il est ainsi passif tant que la température ambiante augmente, puis actif lorsque celleci atteint un plateau via l’activation du tissu adipeux brun [25]. L’émergence correspond à la sortie de la période d’hibernation. Lors de cette émergence, lorsque la température corporelle de l’animal permet la sortie de l’hibernaculum (ou chez les espèces animales estivantes tropicales), le réchauffement peut en partie se poursuivre de manière passive par une exposition au rayonnement solaire. Cette stratégie nécessite cependant un réchauffement initial suffisant pour assurer à l’animal une capacité de vigilance et de locomotion lui permettant d’échapper à d’éventuels prédateurs. Des modifications des conditions environnementales telles que des changements de couvert végétal ou de couverture neigeuse sont donc susceptibles de provoquer des modifications de la capacité des animaux hibernants à se réchauffer lors de l’émergence. La vitesse et la durée du réchauffement, donc le risque potentiel de vulnérabilité face à un prédateur, sont également susceptibles d’être affectées par des modifications des conditions environnementales [26].

Métabolisme énergétique au cours de l’hibernation De nombreuses études se sont intéressées à l’utilisation des substrats énergétiques au cours des différentes phases de la période d’hibernation. À l’échelle de l’organisme, la mesure du quotient respiratoire (QR) montre que, pendant les torpeurs, la couverture de la dépense énergétique est assurée quasi exclusivement par l’oxydation de lipides (QR proche de 0,7 ; Fig. 2). Des variations de température ambiante, notamment une diminution de cette température, peuvent cependant déclencher des réponses thermorégulatrices (la thermorégulation n’étant pas abolie pendant l’hibernation) qui induisent une augmentation du QR [27], indiquant une augmentation de l’oxydation de glucides et/ou de protéines. Chez certaines espèces, l’utilisation du glucose semble cependant diminuée pendant les phases de torpeur [28,29] (chapitre 1). Chez les écureuils et les marmottes en revanche, la glycémie reste constante et réglée aux valeurs

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Figure 2. Variations horaires de l’intensité métabolique (VO2 ) et du quotient respiratoire (QR) en fin d’hibernation et après l’émergence, chez le hamster d’Europe Cricetus cricetus. La flèche représente l’émergence (la sortie d’hibernation).

de pré-hibernation, suggérant une contribution significative du glucose à la dépense [30,31]. Au début des réveils (phase de réchauffement), l’augmentation de température corporelle jusqu’à 12—16 ◦ C s’accompagne d’une augmentation du QR à 1,0 (Fig. 2), indiquant une oxydation des glucides et principalement du glucose [32] et/ou une évacuation du CO2 accumulé pendant la torpeur [20]. Il est intéressant de constater que la majorité des résultats obtenus sur la régulation du métabolisme énergétique au cours des différentes phases de l’hibernation sont soit issus de mesures du QR au niveau de l’organisme entier, soit de quelques mesures d’expressions géniques ou d’activités enzymatiques au niveau d’organes spécifiques. Or, il est bien établi que le QR reste un index délicat à interpréter lorsque des phases dynamiques et aiguës entraînent des modifications importantes du pool des bicarbonates, ce qui est le cas lors des épisodes d’entrée et de sortie des torpeurs. Une autre approche de l’étude des substrats énergétiques au cours de l’hibernation fait appel à la mesure de l’activité d’enzymes clefs des différentes voies métaboliques et plus récemment à la mesure de différences de niveau d’expression de gènes pendant et en dehors de la période d’hibernation. Ces études montrent que globalement, l’utilisation du glucose est diminuée au profit de celle des lipides au cours de l’hibernation [13]. Cette réorientation du métabolisme énergétique s’accompagne d’une diminution de la synthèse nette de protéines due à une baisse de la transcription et de la traduction des ARNm qui voient cependant leur demi-vie augmentée [33].

Le cas particulier des espèces hibernantes stockant de la nourriture Certaines espèces hibernantes stockent de la nourriture dans l’hibernaculum, en plus ou à la place de

l’accumulation de tissu adipeux pré-hibernatoire, ce sont des hibernants « food-storing ». Ce mode de stockage permet une mise en réserve d’énergie illimitée [34], ce qui en fait un avantage par rapport à l’accumulation de graisse. De plus, l’augmentation de la masse adipeuse gêne la mobilité et augmente le risque de prédation [35]. La mise en réserve de nourriture présente cependant certains inconvénients : un risque de chapardage et de péremption de la nourriture, ainsi qu’un coût énergétique lié au maintien d’un système digestif fonctionnel pendant l’hibernation [36] (alors qu’il s’atrophie chez les espèces ne stockant pas de nourriture [37]), à l’ingestion et à la digestion elles-mêmes. Bien que l’efficacité digestive soit augmentée pendant les épisodes de réveil [38], les « food-storing » en torpeur présentent une perte de coordination musculaire [39] réduisant le brassage gastrique et la motricité intestinale. Chez les hibernants stockant de la nourriture, l’ingestion de nourriture et la motricité digestive nécessitent donc des réveils plus fréquents et jusqu’à 4 fois plus longs que chez des espèces ne stockant pas de nourriture [16]. Ce comportement d’hibernation résulte donc d’un compromis entre la dépense d’énergie liée aux réveils et l’énergie métabolisable obtenue par la transformation des réserves alimentaires préalablement stockées. Afin d’éviter la péremption de la nourriture, les animaux stockeraient préférentiellement des graines [16] qui présentent, par ailleurs, l’avantage d’être pauvres en protéines, évitant ainsi tout stress hydrique lié à l’élimination d’urée. Il a été montré que les hibernants stockant de la nourriture étaient plus sensibles à des perturbations auditives et tactiles de leur environnement que les espèces stockant des réserves adipeuses [40], ce caractère ayant probablement été favorisé par l’évolution afin de détecter des pilleurs de nourriture pendant leurs torpeurs.

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M.L. Tissier, C. Habold

Tableau 1 Variations des taux d’hormones du métabolisme énergétique mesurés chez différentes espèces hibernantes au cours de leur cycle annuel : pendant la période active (PL : photopériode longue), en phase pré-hibernatoire (PC chaud : photopériode courte, température ambiante > 16 ◦ C), pendant l’hibernation (PC froid : photopériode courte, température ambiante < 8 ◦ C). La période d’hibernation est elle-même constituée par une succession de torpeurs (Torpeur) entrecoupées de périodes de réveil (Réveil) où l’animal revient à l’euthermie. Hormones

Espèces fat-storing Insuline (pg·mL−1 )

PL

PC chaud

PC froid Torpeur

Réveil 3,2 ± 0,9a 0,7 ± 0,10 268 ± 21b 94 ± 6 —

Espèces

Photopériode/ température

Références

Glis glis Marmota flaviventris Glis glis Marmota flaviventris Marmota flaviventris

PC (9 h, 5 ◦ C) PC (8 h, 5 ± 2 ◦ C) PC (8 h, 5 ◦ C) PC (8 h, 5 ± 2 ◦ C) PL naturelle (20 ± 3 ◦ C)/PC (0 h, 5 ◦ C) PL naturelle (20 ± 3 ◦ C)/PC (0 h, 5 ◦ C) PL naturelle (20 ± 2 ◦ C)/PC (0 h, 5 ◦ C) PL naturelle (16—26 ◦ C)/PC (0 h, 16—26 ◦ C/7 ± 1 ◦ C)

[42] [31] [43] [31] [44]

PL (16 h, 22 ◦ C) PL (14 h, 20 ◦ C)/PC (10 h, 20 ◦ C/8 ◦ C) PL (14 h, 20 ◦ C)/PC (10 h, 20 ◦ C/8 ◦ C) PL (14 h, 20 ◦ C)/PC (10 h, 20 ◦ C/8 ◦ C) PL (14 h, 20 ◦ C)/PC (10 h, 20 ◦ C/8 ◦ C) (12 h) PL (14 h, 20 ◦ C)/PC (10 h, 20 ◦ C/8 ◦ C) PL (16 h)/PC (6 h) (12 h) PL (16 h, 22 ◦ C) PL (14 h, 20 ◦ C)/PC (10 h, 20 ◦ C/8 ◦ C) (12 h) (12 h) PL (16 h, 22 ◦ C)/PC (10 h, 6 ◦ C) PL (14 h, 20 ◦ C)/PC (10 h, 20 ◦ C/8 ◦ C) PL (14 h, 20 ◦ C)/PC (10 h, 20 ◦ C/8 ◦ C)

[47] [41]

Adiponectine (UA)

− — − − 1,2

− − − − —

2,3 ± 0,38a 0,7 ± 0,14 206 ± 14a 82 ± 9 1,2

Leptine (ng·mL−1 )

3,2a

−

10,7b

Ghreline (ng·mL−1 )

3,6a ’

5,6b ’

∼3a

∼4b

Citellus lateralis

Cortisol (ng·mL−1 )

77,3 ± 20,3

51,2 ± 3,8

19,2 ± 0,5a

36,2 ± 2,2b

Citellus citellus

∼3500 1600 ± 340a

— 440 ± 60b

— 860 ± 80a,b

— 390 ± 40b

Mesocricetus auratus Mesocricetus auratus

Glucagon (pg·mL−1 )

238,4 ± 62,3a

51,8 ± 23,2b

53,2 ± 13,7a,b 38,2 ± 12,0b

GLP1 (pg·mL−1 )

108,5 ± 24,50a 6,3 ± 3,25b

2,2 ± 0,26b

14,4 ± 3,49b,c Mesocricetus auratus

GiP (pg·mL−1 )

21,8 ± 4,90

6,6 ± 2,09

5,3 ± 1,03

13,1 ± 5,15

Mesocricetus auratus

Adiponectine (ng·mL−1 )

53,1 ± 10,4 89,4 ± 2,3

− 95,1 ± 3,8

— 125,6 ± 6,6

— 75,9 ± 2,0

Mesocricetus auratus Mesocricetus auratus

Leptine (ng·mL−1 )

∼6a 0,12 ± 0,04 ∼3 1,61 ± 0,10a

∼10,5a — − 0,58 ± 0,02b

Mesocricetus auratus — — Mesocricetus auratus — — Mesocricetus auratus 0,80 ± 0,09a,b 0,78 ± 0,06a,b Mesocricetus auratus

Visfatine (ng·mL−1 ) Apéline (ng·mL−1 ) Testostérone (ng·mL−1 )

21,3 ± 1,2 6,1 ± 1,46 2,5 ± 0,67a

− − —

— — 0,4 ± 0,08b

— — —

Mesocricetus auratus Mesocricetus auratus Cricetus cricetus

3,6 ± 0,18a

0,7 ± 0,03b

0,6 ± 0,07b

1,1 ± 0,15a,b

Mesocricetus auratus

5,9 ± 0,45a,b

9,2 ± 0,42a

1,0 ± 0,06b

8,4 ± 0,67a

Mesocricetus auratus

Glucagon (pg·mL−1 )

Espèces food-storing Insuline (pg·mL−1 )

Corticostérone (ng·mL−1 )

Marmota flaviventris

Mesocricetus auratus

[44] [45] [46]

[41] [41] [41] [48] [41] [49] [48] [47] [41] [48] [48] [50] [41] [41]

Des lettres différentes indiquent des différences statistiquement significatives entre les valeurs d’une même ligne. Pour la ghreline, les conditions PL et PC chaud ont été comparées entre elles, séparément des conditions PC froid, ce qui est indiqué par une apostrophe. PL ou PC : la durée de la phase lumineuse au cours d’un nycthémère est indiquée entre parenthèses. UA : unités arbitraires.

« Fat-storing » et « food-storing » : 2 états métaboliques bien différents Pour ces deux stratégies d’accumulation de réserves (« foodstoring » : sous forme de nourriture/« fat-storing » : sous forme de tissu adipeux), l’hibernation présente les changements métaboliques observés au cours d’un jeûne. Cependant, les espèces stockant de la nourriture alternent des phases de jeûne court, de la durée d’une torpeur et des phases d’alimentation, alors que les espèces « fat-storing » jeûnent pendant toute la période d’hibernation. Cette différence se caractérise par des différences dans l’utilisation des réserves énergétiques et dans les voies métaboliques mises en jeu (Tableau 1 [41]). Le Tableau 1 montre tout d’abord que les concentrations des hormones impliquées dans la régulation du métabolisme

énergétique ont été mesurées chez une plus grande diversité d’espèces « fat-storing » et rarement au cours de toutes les phases constituant le cycle de vie annuel d’un hibernant. Chez les espèces « fat-storing » en photopériode courte, une diminution des hormones pancréatiques liée à une diminution de la masse et de l’activité du pancréas est observée [51]. Les concentrations en insuline et en glucagon sont donc basses pendant les phases de torpeur et les tissus étant résistants à l’action de l’insuline, le glucose circulant est préservé. Ceci est d’autant plus marqué que la capacité de néoglucogenèse est augmentée durant les torpeurs [52]. Durant les phases de réchauffement, les concentrations en insuline et glucagon augmentent, de même que la glycémie et le turn-over glucidique [42]. Les espèces « fat-storing » présentent des variations importantes de la masse du tissu adipeux blanc au cours

Adaptations métaboliques et digestives des espèces hibernantes du cycle annuel, ce qui a pour conséquence des changements des taux circulants des adipokines. Ainsi, en photopériode courte, la leptinémie augmente tandis que l’adiponectinémie baisse. Ceci dit, l’augmentation de la leptinémie anticiperait la phase d’accrétion lipidique et n’aurait pas d’effet anorexigène ni d’augmentation de la dépense énergétique pendant cette période clé de mise en réserve [13]. Les taux plasmatiques de ghreline, hormone orexigène mais catabolique, augmentent pendant la phase de mise en réserve pré-hibernatoire [45]. Les concentrations plasmatiques de glucocorticoïdes sont généralement élevées pendant la phase de mise en réserve pré-hibernatoire et basses à l’émergence [46,53] alors que pendant la torpeur, une baisse de la concentration plasmatique de cortisol a été démontrée [46]. Enfin, une baisse de la testostéronémie en photopériode courte est un pré-requis pour l’induction de l’hibernation, à la fois chez les espèces « food-storing » et « fat-storing » [7]. Par rapport aux espèces « fat-storing », les espèces « food-storing » ne présentent pas d’augmentation de masse corporelle avant l’entrée en hibernation. C’est le cas du hamster syrien, chez lequel certains individus présentent même une perte de masse corporelle liée à une activité de fourragement accrue entraînant une diminution de leurs taux circulants de leptine [41]. Pendant les torpeurs, l’utilisation des réserves lipidiques s’accompagne d’une augmentation des acides gras circulants et de la concentration plasmatique d’adiponectine. L’adiponectine est une hormone catabolique qui stimule la lipolyse [54,55] et inhibe la néoglucogenèse [56,57] et pourrait être impliquée dans l’augmentation de la concentration plasmatique d’acides gras libres et la baisse de la glycémie pendant les torpeurs. Les acides gras libérés par l’hydrolyse des triglycérides du tissu adipeux blanc seraient ensuite convertis en corps cétoniques au niveau du foie, comme le montre l’augmentation de la concentration plasmatique d’acéto-acétate. Par contre, une insulinémie élevée pendant les torpeurs suggère une inhibition de l’oxydation de ces acides gras. La baisse de la glycémie est un résultat qui diffère de ce qui est généralement observé chez les hibernants « fat-storing ». Elle pourrait être une limite à la poursuite de la torpeur et agirait comme signal endogène initiant le réveil à des fins de réalimentation. Enfin, les taux plasmatiques des incrétines GLP1 et GiP, qui sont des hormones anaboliques, diminuent pendant la torpeur. Ces signaux métaboliques sont caractéristiques d’une phase de jeûne court (48 h environ). Les espèces « food-storing » s’alimentent au cours des réveils intertorpeurs et présentent des profils plasmatiques reflétant un état post-prandial. Ceux-ci se caractérisent par une augmentation de la glycémie et de la triglycéridémie, une baisse du taux d’acides gras circulants et des corps cétoniques, ainsi qu’une augmentation de la concentration plasmatique de GLP1 dont la sécrétion est stimulée par la prise alimentaire. Les variations métaboliques observées au cours de l’hibernation chez le hamster syrien par rapport aux espèces « fat-storing » sont résumées dans la Fig. 3. Les hibernants « fat-storing » constituent d’importantes réserves de tissu adipeux en période pré-hibernatoire qui vont couvrir leurs besoins énergétiques pendant l’hibernation. Cette accrétion lipidique s’accompagne d’une augmentation de la leptinémie et d’une baisse de la concentration plasmatique d’adiponectine. Ces animaux ne se nourrissent pas pendant l’hibernation qui s’apparente donc à un jeûne long : la lipolyse est continue mais la glycémie reste stable grâce à la production endogène de glucose à

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partir de précurseurs issus de la lipolyse (glycérol) et du catabolisme des protéines musculaires (acides aminés). Par contre, les hibernants « food-storing » perdent de la masse grasse en période pré-hibernatoire, ce qui s’accompagne d’une baisse de la leptinémie et d’une augmentation de la concentration plasmatique d’adiponectine. L’utilisation des réserves adipeuses est séquentielle chez ces espèces qui se nourrissent entre deux torpeurs. La torpeur s’apparente à un jeûne court avec une augmentation de la concentration plasmatique d’acides gras libres (AGL), une baisse de la triglycéridémie (T) et de la glycémie. Les AGL sont principalement convertis en acéto-acétate (AcAc). Le réveil intertorpeur s’apparente à une situation post-prandiale avec l’augmentation de la triglycéridémie et de la glycémie.

Adaptations digestives des espèces « food-storing » Chez un « food-storing », l’ingestion de nourriture pendant les réveils intertorpeurs représente certes un apport d’énergie mais entraîne également un coût énergétique lié au maintien d’un système digestif fonctionnel tout au long de l’hibernation (alors qu’il s’atrophie chez les espèces ne stockant pas de nourriture [37]). La stratégie « food-storing » serait donc la résultante d’un compromis entre la dépense d’énergie liée au maintien d’un système digestif fonctionnel et l’énergie métabolisable obtenue par la transformation des réserves alimentaires préalablement stockées. Un allongement des villosités intestinales a même été observé chez les hamsters syriens en torpeur [41]. Ceci permettrait une absorption optimale de nutriments dès le tout début de la réalimentation, comme l’ont suggéré Humphries et al. [38] chez le tamia strié, par des mesures d’efficacité digestive. De plus, Galluser et al. [58] ont mesuré une augmentation de l’activité enzymatique des disaccharidases intestinales in vitro, chez le hamster d’Europe, au réveil. Ces résultats ont été confirmés par des mesures in vivo qui montrent un maintien des capacités d’hydrolyse intestinale de l’amidon, des triglycérides et des protéines, et de l’absorption du glucose et des acides gras au cours de l’hibernation du hamster d’Europe [59].

Conséquences évolutives de la qualité des réserves pré-hibernatoires Il est bien admis que les dates d’entrée et de sortie d’hibernation (i.e. la phénologie) sont des paramètres cruciaux pour l’accès aux ressources alimentaires et à la reproduction. La quantité et la qualité des substrats énergétiques mis en réserve avant l’hibernation sous forme de tissu adipeux ou de nourriture, affectent les chances de survie et la qualité de l’hibernation, ainsi que la phénologie des hibernants et conditionnent également leur capacité à se reproduire à l’émergence [60—68]. La plupart des études réalisées chez des espèces « fat-storing » ont montré l’importance des apports en acides gras polyinsaturés dans l’alimentation des mammifères, dans la période précédant l’entrée en hibernation, et de leur stockage dans le tissu adipeux [13]. Toutefois, chez les espèces « food-storing », la nature des nutriments permettant une optimisation du gain énergétique réalisé au cours de l’hibernation pourrait être toute autre. En effet, bien que les lipides aient un meilleur rendement énergétique, ils sont moins

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Figure 3. Utilisation des réserves énergétiques au cours du cycle annuel chez un hibernant « fat-storing » (A) et un hibernant « foodstoring » (B).

rapidement assimilables que les autres macronutriments, ce qui pourrait présenter un inconvénient majeur pour ces espèces qui s’alimentent durant leurs phases de réveil souvent inférieures à 48 h. De plus, les lipides sont auto-oxydables, et peuvent donc causer des dommages oxydatifs. La consommation de protéines présente, elle aussi, un inconvénient important car elle induit un stress hydrique

lié à l’élimination d’urée. Chez le tamia rayé (un « foodstoring »), il a été démontré qu’une supplémentation en nourriture réduit de moitié la fréquence et la profondeur des torpeurs [69], et que le temps passé en torpeur est positivement corrélé à la digestibilité de la matière sèche ingérée, mais négativement corrélé à la proportion d’énergie ingérée [38]. Concernant la nature des macronutriments, il

Adaptations métaboliques et digestives des espèces hibernantes semble qu’une supplémentation en acide gras polyinsaturés diminue la durée et la profondeur des torpeurs chez cette espèce [70], réduisant le temps total passé en hibernation. Bien qu’étudiée chez le tamia rayé, la nature des nutriments permettant une optimisation du gain énergétique réalisé au cours de l’hibernation chez les hibernants « food-storing » reste méconnue chez les autres espèces de ce groupe.

Conclusions Quelle que soit la stratégie d’utilisation des réserves énergétiques (extracorporelles ou sous forme de tissu adipeux) accumulées, les hibernants présentent une résistance au jeûne hivernal, grâce notamment à l’épargne énergétique réalisée au cours des épisodes de torpeur. Leur grande flexibilité dans la mise en réserve et l’utilisation des substrats énergétiques leur permet d’alterner jeûne et hyperphagie sans conséquence sur leur condition corporelle ni leur survie à long terme. En ce sens, ils représentent d’excellents modèles d’étude pour la compréhension des mécanismes de résistance à l’obésité présents chez certains humains. Par ailleurs, les hibernants « food-storing » présentent une extraordinaire capacité à assimiler les nutriments ingérés pendant un temps très court. Il serait intéressant d’explorer plus en détail les mécanismes digestifs permettant cette absorption intestinale optimale. Ces animaux étant pour la plupart granivores, la digestion de l’amidon et l’absorption de glucose seraient des pistes à explorer en priorité car elles pourraient mettre en lumière de nouvelles voies de transport intestinal du glucose.

Remerciements Les auteurs remercient Mathieu Weitten et Hugues Oudart pour l’aide apportée à la recherche et à l’étude bibliographique.

Déclaration de liens d’intérêts Les auteurs participent au programme Life+ Alister visant à améliorer l’habitat du hamster d’Europe (Cricetus cricetus), financé par l’Union européenne et le ministère de l’Environnement. Ce programme finance la thèse de M. Tissier.

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