Qu'est-ce que l'acide pyruvique ?

L'acide pyruvique est l'acide organique alpha-céto le plus simple, contenant un groupe acide carboxylique et un groupe fonctionnel cétone. Appelé à l'origine acide pyroracémique, il a été préparé pour la première fois en laboratoire par distillation sèche de l'acide tartrique. Ses propriétés physiques sont un liquide incolore dont l'odeur rappelle celle du vinaigre. Il est soluble dans l'eau et dans les solvants organiques.

L'acide pyruvique est l'acide conjugué du pyruvate, qui est le produit final de la glycolyse. L'acide pyruvique joue un rôle important dans plusieurs processus métaboliques clés ; son rôle dans le métabolisme des sucres permet la décomposition et la synthèse des sucres, des acides gras et des acides aminés, les éléments constitutifs des protéines.

Le pyruvate est lui-même le substrat de plusieurs enzymes dont le dysfonctionnement a des implications majeures pour la santé humaine. Par exemple, dans de nombreuses cellules cancéreuses, l’isoforme typique de l’enzyme pyruvate kinase est supplantée par une forme embryonnaire qui altère le métabolisme des sucres dans un phénomène appelé « effet Warburg^».¹Lorsque l’enzyme éponyme du complexe de la pyruvate déshydrogénase est absente ou altérée, il en résulte un dysfonctionnement métabolique grave et des malformations cérébrales,^²ce qui reflète les besoins élevés du cerveau en matière de métabolisme du glucose.

Acide pyruvique et glycolyse

L'acide pyruvique joue un rôle central dans la glycolyse, l'oxydation du sucre qui se produit dans presque toutes les cellules vivantes. Dans la glycolyse, une molécule de glucose, un sucre à six atomes de carbone, est divisée en deux molécules de pyruvate, un composé à trois atomes de carbone. Cette réaction génère de l'énergie sous la forme de deux molécules d'ATP.

La glycolyse se produit à la fois en aérobie et en anaérobie. Au cours de la respiration aérobie, le pyruvate est converti en dioxyde de carbone et en un groupe acétyle à deux carbones qui s'attache à la coenzyme A (CoA) pour former l'acétyl-CoA. L'acétyl-CoA entre ensuite dans le cycle de l'acide tricarboxylique (cycle TCA, cycle de l'acide citrique ou cycle de Krebs) et subit une phosphorylation oxydative qui le transforme en acétaldéhyde.

En cas de manque d'oxygène, le pyruvate est converti par fermentation en lactate sous l'action de la lactate déshydrogénase. Ce processus contribue à l'acidose lactique, l'accumulation d'acide lactique dans la circulation sanguine qui se produit lorsque les niveaux d'oxygène sont faibles dans les cellules productrices d'énergie (c'est-à-dire pendant les périodes d'exercice intense).

Acide pyruvique et production de vin

Son rôle dans la fermentation alcoolique — processus de transformation du sucre en alcool à l'aide de levures — confère à l'acide pyruvique une place centrale dans la vinification et la qualité du vin. Il a été démontré que l’ajout d’acide pyruvique, qui est fermenté par les souchesde levure Saccharomycesutilisées en vinification, augmente les concentrations en vitisine A, un anthocyane responsable de la pigmentation du vin rouge^.³D’autres études ont fait état de concentrations variables en acide pyruvique selon les types de vin, et les concentrations de cette molécule dans le produit final peuvent être fortement influencées à la fois par les souches de levure et par la température pendant la fermentation^.⁴

Acide pyruvique et santé de la peau

Les essais cliniques montrent que l'acide pyruvique est un traitement efficace contre l'acné lorsqu'il est administré dans le cadre d'une série de peelings chimiques^.5 Il a attiré l'attention en raison de ses propriétés kératolytiques, antimicrobiennes et sébostatiques, ainsi que de sa capacité à stimuler la formation de collagène et de fibres ^élastiques6. Dans les essais cliniques, les peelings à l'acide pyruvique ont réduit de manière significative le nombre de lésions cutanées et le degré de séborrhée. Malgré la production de vapeurs irritantes et de sensations de brûlure temporaires, les chercheurs ont conclu que les peelings à l'acide pyruvique constituaient une intervention sûre et bénéfique^.5

Acide pyruvique et santé cérébrale

On suppose que l'acide pyruvique exerce un effet protecteur contre la mort cellulaire neuronale induite par divers facteurs de stress, tels que la toxicité de l'éthanol ou la libération excessive de^Zn²⁺, comme on l'observe lors d'un AVC. Des études préliminairesin vitrosuggèrent que ce mécanisme implique la suppression des lésions mitochondriales causées par la libération de cytochrome c. De plus, il a été démontré que l'acide pyruvique prévenait la mort des cellules neuronales en culture^{induite par le Cu²⁺/Zn²⁺}.^⁷

L'acide indole-3-pyruvique (IPA), un précurseur de l'acide aminé tryptophane, a été étudié comme traitement de l'anxiété et de l'insomnie, en raison de sa capacité à augmenter le renouvellement de la sérotonine dans le SNC et de la mélatonine dans la glande pinéale. Plusieurs petits essais cliniques pilotes ont montré que l'administration d'IPA pouvait améliorer l'humeur et augmenter le temps de sommeil^.8 Les résultats d'études plus larges n'ont pas encore été rapportés.

Acide pyruvique et microbiome intestinal

Le microbiome intestinal contribue de manière significative au métabolisme énergétique. L'acide pyruvique et l'acide tricarboxylique sont réduits dans le sérum des souris sans germe (GF). Les gènes impliqués dans le cycle TCA et le métabolisme du pyruvate sont également réduits chez les souris GF. Chez les patients obèses/résistants à l'insuline, les niveaux d'acide pyruvique peuvent être élevés après la consommation de glucose, ce qui suggère un transit inefficace dans le cycle TCA. Il a été démontré que la perte de poids inversait cette tendance et modifiait la composition du microbiome intestinal, comme en témoigne l'augmentation des métabolites bactériens. On pense que tous ces changements convergent vers une efficacité métabolique^accrue9.

Les bactéries intestinales contribuent également à la production de métabolites conjugués à l’indole, dont l’IPA.¹⁰Le récepteur des hydrocarbures aryliques (AHR) est un facteur de transcription activé par un ligand qui joue un rôle important dans le maintien de l’homéostasie de la muqueuse intestinale. L’IPA est un précurseur des agonistes de l’AHR produits par les bactéries intestinales, qui peuvent atténuer l’inflammation intestinale dans des modèles murins de maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI). L'effet anti-inflammatoire de l'IPA a permis de réduire de manière significative la colite expérimentale dans un modèle murin de MICI^.¹¹

L'acide pyruvique dans la recherche

En juillet 2023, on comptaitplus de 600 citations du terme « acide pyruvique » dans des publications scientifiques (*à l’exclusion des ouvrages et documents) sur PubMed. Le nombre considérable de publications établissant un lien entre l’acide pyruvique et le métabolisme du sucre ainsi que divers autres processus cellulaires cataboliques et anaboliques indique qu’il s’agit d’un métabolite présentant un grand intérêt. Tout chercheur s'intéressant au grand nombre de pathologies liées à ces processus devrait envisager d'inclure des analyses quantitatives de l'acide pyruvique dans ses travaux.

Références

1. Gray LR, Tompkins SC, et Taylor EB. Régulation du métabolisme du pyruvate et maladies humaines. Cell Mol Life Sci 2014;71(14):2577-2604.
2. Ebertowska A, Ludkiewicz B, Morys J, et al. Le déficit en pyruvate déshydrogénase : effets morphologiques et métaboliques, création d'un modèle animal pour la recherche d'un traitement curatif. Folia Morphol (Warsz) 2020;79(2):191-197.
3. Chilicka K, Rogowska AM, Taradaj J, et al. A comparison of the effectiveness of azelaic and pyruvic acid peels in the treatment of female adult acne : a randomized controlled trial. Sci Rep 2020;10(1):12612.
4. Morata A, Calderón F, González MC et al. Formation of the highly stable pyranoanthocyanins (vitisins A and B) in red wines by the addition of pyruvic acid and acetaldehyde. Food Chemistry 2007;100(3):1144-52.
5. Rankine BC. Factors influencing the pyruvic acid content of wines. J Sci Food Agric 1965;16(7):394-98.
6. Kontochristopoulos G, et Platsidaki E. Chemical peels in active acne and acne scars. Clin Dermatol 2017;35(2):179-182.
7. Tanaka KI, Shimoda M, et Kawahara M. L'acide pyruvique prévient la neurotoxicité induite par Cu(2+)/Zn(2+) en supprimant les lésions mitochondriales. Biochem Biophys Res Commun 2018;495(1):1335-1341.
8. Politi V, De Luca G, Comin M, et al. Clinical experiences with the use of indole-3-pyruvic acid. Adv Exp Med Biol 1999;467:227-232.
9. Campbell C, Grapov D, Adams SH, et al. L'amélioration de la santé métabolique modifie le métabolisme de l'hôte parallèlement aux changements dans les xéno-métabolites systémiques d'origine intestinale. PLoS One 2014;9(1):e84260.
10. Velagapudi VR, Hezaveh R, Backhed F, et al. Le microbiote intestinal module le métabolisme énergétique et lipidique chez la souris. J Lipid Res 2010;51(5):1101-1112.
11. Aoki R, Aoki-Yoshida A, Takayama Y, et al. L'acide indole-3-pyruvique, un activateur du récepteur des hydrocarbures aryliques, supprime la colite expérimentale chez la souris. J Immunol 2018;201(12):3683-3693.