La chronobiologie (du grec ancien khrónos, « temps », bíos, « vie », et lógos, « étude ») est une discipline scientifique qui étudie les processus de synchronisation (rythmes biologiques) par des mécanismes qui se produisent dans les organismes vivants à leurs différents niveaux d'organisationM. Garaulet, J. M. Ordovás & J. A. Madrid, The chronobiology, etiology and pathophysiology of obesity, in International Journal of Obesity, 34, 2010 : 1667-1683.. Chez l’humain, l’expression de 2 à 25 % de la totalité des gènes fluctue dans le tempsK. C. Summa & F. W. Turek, Chronobiology and Obesity: Interactions between Circadian Rhythms and Energy Regulation in Advances in Nutrition, 5(3), 2014 : 312S-319S. .
L'obésité est maintenant l'un des problèmes de santé les plus graves du siècle et la mortalité associée à cette maladie chronique ne cesse d'augmenter. Elle est régulée par plusieurs facteurs endogènes et exogènes qui ont d’importants impacts sur l'horloge biologiqueL. A. Barness, J. M. Opitz & E. Gilbert-Barness, Obesity: genetic, molecular, and environmental aspects in American Journal of Medical Genetics. Part A, 143A(24), 2007 : 3016-3034. . Plusieurs études ont démontré que des perturbations au niveau des rythmes circadiens peuvent entraîner des dérèglements métaboliques, endocriniens et cardiovasculaires, soient des maladies associées à l’obésitéF. A. J. L. Scheer, M. F. Hilton, C. S. Mantzoros & S. A. Shea, Adverse metabolic and cardiovascular consequences of circadian misalignment in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 106(11), 2009 : 4453‑4458. .
Perturbations chronobiologiques Une perturbation chronobiologique est un terme qui suggère que les rythmes circadiens peuvent devenir désynchronisés et avoir ainsi divers effets sur la santé. Une perturbation chronobiologique a été définie comme étant une perturbation importante de l'ordre temporel interne des rythmes physiologiques, biochimiques et comportementaux des rythmes circadiensT. C. Erren & R. J. Reiter, Defining chronodisruption in Journal of Pineal Research, 46(3), 2009 : 245–247. . C'est aussi une rupture de la relation de phase normale entre les rythmes circadiens internes et les cycles environnementaux de 24 heures (changement d'amplitude ou de phase). Dans notre société moderne, une perturbation chronobiologique peut être le résultat de plusieurs conditions, tel que le décalage horaire, le manque de sommeil ou la consommation alimentaire nocturne, qui sont tous étroitement associés à différentes pathologies, incluant l’obésitéC. B. Green, J. S. Takahashi, J. Bass, The meter of metabolism, in Cell, 134(5), 2008 : 728–742. .
Lumière Le cycle lumière-obscurité est la principale entrée de synchronisation du noyau suprachiasmatique (NSC). L'activation par la lumière bleue des cellules ganglionnaires de la rétine contenant de la mélanopsine est suffisante pour assurer une synchronisation circadienne. Il a été démontré qu'un déficit en lumière associé à un timing inapproprié, un spectre sous-optimal ou une intensité insuffisante peut contribuer à plusieurs problèmes de santé associés à une perturbation chronobiologiqueP. L. Turner & M. A. Mainster, Circadian photoreception: ageing and the eye’s important role in systemic health, in The British Journal of Ophthalmology, 92(11), 2008 : 1439–1444. P. L. Turner, E. J. W. Van Someren & M. A. Mainster, The role of environmental light in sleep and health: Effects of ocular aging and cataract surgery in Sleep Medicine Reviews, 14(4), 2010 : 269–280. .
Temps d’alimentation L’alimentation est sujette à la régulation circadienneM. Garaulet, J. A. Madrid, Chronobiological aspects of nutrition, metabolic syndrome and obesity in Advanced Drug Delivery Reviews, 62, 2010 : 967–978. Les temps d’alimentation jouent un rôle majeur dans la synchronisation des oscillateurs périphériques. C’est pourquoi des temps d’alimentation inhabituels peuvent mener à une prise de poids et produire des perturbations chronobiologiques en provoquant une désynchronisation interne par dissociation des oscillateurs périphériques du NSCM. Garaulet & J. M. Ordovás (éd.), Chronobiology and obesity. New York: Springer, 2013.. Cette désynchronisation peut ainsi mener à des conséquences néfastes pour la santé de l’homme : les personnes possédant un style de vie nocturne (réveil tardif, négligence du petit déjeuner et dîner tardif) présentent de l’hyperglycémie soutenue durant la nuit et de l’hypoglycémie le matin. De plus, leurs niveaux de mélatonine et de leptine seraient diminuésL. Q. Quin, J. Li, Y. Wang, J. Wang, J.Y. Xu & T. Kaneko, The effects of nocturnal life on endocrine circadian pattern in healthy subjects, in Life Sci, 73, 2003 : 2467–2475.. Des temps d’alimentation inhabituels comme ceux d’un mode de vie nocturne représentent donc un facteur de risque pour la santé du monde moderne, tel que le syndrome de fringale nocturne, l’obésité et le diabèteM. Garaulet, P. Gómez-Abellán & J. A. Madrid, Chronobiology and obesity: the orchestra out of tune, in Clinical Lipidology, 5(2), 2010 : 181-188..
Altération des gènes Chez l'humain, l'horloge circadienne régule 10 % de la transcription des gènes dans l’ensemble des tissus. Cette régulation influence les cycles métaboliques de l’organisme et explique ainsi son influence sur le risque accru d’obésitéG. E. Duffield, DNA microarray analyses of circadian timing: the genomic basis of biological time in Journal of Neuroendocrinology, 15(10), 2003 : 991‑1002.. Pour tirer ces conclusions, plusieurs études se sont fiées au modèle de la souris en introduisant des changements génétiques au sein de leur génome. Les principaux gènes ciblés par les publications scientifiques comprennent entre autres Clock, Bmal1 et Cryptochrome. En effet, les souris mutantes pour le gène Clock montraient des signes d’hyperglycémie et un niveau bas d’insuline, les mettant plus à risque de développer un diabète de type II en abîmant les cellules-ß insuline du pancréas. De surcroît, des souris mutantes pour le gène Cryptochrome II montrent également de bas niveaux en glucose et des risques accrus pour le diabète type II. Quant au gène Bmal1, lorsqu'une mutation décroît sa production, les résultats montrent une dyslipidémie, ainsi qu’une formation de gras ectopique, ce qui prouve son implication dans le cycle des lipidesS. Sookoian, C. Gemma, T. F. Gianotti, A. Burgueño, G. Castaño & C. J. Pirola, Genetic variants of Clock transcription factor are associated with individual susceptibility to obesity in The American Journal of Clinical Nutrition, 87(6), 2008 : 1606‑1615. . Ces pathologies sont toutes liées à l’obésité, ce qui permet de conclure que l’altération de certains gènes influence des processus métaboliques.
Hormones Un autre perturbateur des cycles chronobiologiques humains serait les variations hormonales anormales qui augmentent la tendance d’obésité. Un exemple représentatif de cette problématique serait la mélatonine. Cette dernière est considérée comme un antioxydant anti-inflammatoire, voire un régulateur épigénétique, qui neutralise les radicaux libres. Son impact sur l’obésité se reflète par son action d’hormone protectrice qui réduit la pression sanguine et améliore la voie métabolique du glucose tout en jouant sur l’activité de l’insulineA. Korkmaz, T. Topal, D.-X. Tan & R. J. Reiter, Role of melatonin in metabolic regulation in Reviews in Endocrine & Metabolic Disorders, 10(4), 2009 : 261‑270. . De surcroît, la leptine est une hormone peptidique qui régule les réserves de graisses dans l’organisme. Elle se trouve en faible concentration durant le jour, soit lorsque la faim est à son maximum, et à haute teneur durant la nuit, soit lorsque l’appétit est à son minimumJ. G. Langendonk, H. Pijl, A. C. Toornvliet, J. Burggraaf, M. Frölich, R. C. Schoemaker, A. E. Meinders, Circadian rhythm of plasma leptin levels in upper and lower body obese women: influence of body fat distribution and weight loss in The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism, 83(5), 1998 : 1706‑1712. .
cette même variation pour d’autres hormones, telles que l'ACTH et le cortisolJ. Licinio, A. B. Negrão, C. Mantzoros, V. Kaklamani, M. L. Wong, P. B. Bongiorno, P. W. Gold, Synchronicity of frequently sampled, 24-h concentrations of circulating leptin, luteinizing hormone, and estradiol in healthy women, in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 95(5), 1998 : 2541‑2546.. En ce qui concerne une des plus importantes hormones qui régulent la faim, soit la ghréline, les sujets obèses seraient en manque de cette hormone. Ce déclin est expliqué par son inhibition dans différents tissus dans le but de réinstaurer la régulation de l’énergie. Inversement, une hausse du taux de ghréline dans le sang a été observée chez des patients en perte de poidsM. Tschöp, C. Weyer, P. A. Tataranni, V. Devanarayan, E. Ravussin, M. L. Heiman, Circulating ghrelin levels are decreased in human obesity in Diabetes, 50(4), 2001 : 707‑709..
Sommeil Les altérations du sommeil sembleraient être liées à la consommation de nourriture, et donc, à l’obésité. En effet, plusieurs études ont démontré que les personnes ayant un court sommeil auraient de faibles niveaux de leptine (hormone anorexigène) et de hauts niveaux de ghréline (hormone dérivée de l’estomac), suggérant ainsi que le manque de sommeil pourrait affecter les régulateurs périphériques de la faimS. Taheri, L. Lin, D. Austin, T. Young, E. Mignot, Short sleep duration is associated with reduced leptin, elevated ghrelin, and increased body mass index in PLoS Medicine, 1(3), 2004 : e62.. De plus, il est de plus en plus évident que l’interleukine-6 et autres cytokines pro-inflammatoires seraient des « facteurs du sommeil » (rôle encore peu démontré)A. N. Vgontzas, E. O. Bixler, H.-M. Lin, P. Prolo, G. Trakada, G. P. Chrousos, IL-6 and its circadian secretion in humans, in Neuroimmunomodulation, 12(3), 2005 : 131–140.. Également, ces cytokines influenceraient la consommation d'énergie en augmentant la sensibilité à l'insuline et à la leptineD. E. Cintra, E. R. Ropelle, J. R. Pauli, Brain regulation of food intake and expenditure energy: molecular action of insulin, leptin and physical exercise in Revista De Neurologia, 45(11), 2007 : 672–682.. Il a aussi été démontré que les polymorphismes du gène Clock seraient associés à la prise de nourriture et que les cytokines joueraient un rôle important à cet égardM. Garaulet, Y.-C. Lee, J. Shen, L. D. Parnell, D. K. Arnett, M. Y. Tsai, J. M. Ordovás, Genetic variants in human CLOCK associate with total energy intake and cytokine sleep factors in overweight subjects (GOLDN population), in European Journal of Human Genetics, 18(3), 2010 : 364–369. .
Dans un environnement où la nourriture est facilement disponible, une réduction du sommeil peut simplement représenter une occasion de manger (augmentation de l’apport calorique). La privation partielle de sommeil chronique entraîne également une sensation évidente de fatigue, ce qui pourrait entraîner une réduction de l'activité physiqueV. Burke, L. J. Beilin, K. Simmer, W. H. Oddy, K. V. Blake, D. Doherty, F. J. Stanley, Predictors of body mass index and associations with cardiovascular risk factors in Australian children: a prospective cohort study in International Journal of Obesity, 29(1), 2005 : 15–23. .
Tissus adipeux