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Vitamine K

vitamine
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Ne doit pas être confondu avec kétamine.

Les vitamines K forment un groupe de vitamines liposolubles requises pour les modifications post-traductionnelles de certaines protéines intervenant essentiellement dans la coagulation sanguine mais aussi dans le métabolisme des os et d'autres tissus. L'utilisation de la lettre K vient de l'allemand Koagulation.

Elles sont principalement synthétisées par les bactéries fermentant certains fromages ou végétaux, des bactéries intestinales, ou proviennent de l'alimentation (notamment des aliments végétaux verts, car liées aux chloroplastes). On en trouve aussi dans les graisses animales.

Elles favorisent la synthèse de facteurs de coagulation sanguine, la fixation du calcium par les os, la souplesse des artères et le bon état des vaisseaux sanguins en général, des tendons, cartilages et autres tissus conjonctifs. Des nouvelles propriétés ont été découvertes plus récemment, par exemple dans le contrôle des états inflammatoires, dans la division cellulaire, dans la migration des cellules, dans la spécialisation cellulaire, etc.

Les différentes formes de vitamine K

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Publicité pour l'arhemapectine, médicament à base de K3, début du XXe siècle. Bibliothèque municipale de Nancy

On distingue trois formes de cette vitamine, qui toutes appartiennent à la famille des quinones, car elles ont dans leur structure chimique une naphtoquinone nécessaire aux transferts d’électrons.

Elles se distinguent par la nature de la chaîne carbonée attachée à la quinone. C’est cette « chaîne latérale » qui détermine la divergence dans les propriétés particulières de chacune de ces vitamines :

  • la vitamine K1 (ou phylloquinone, phytoménadione ou encore phytonadione), uniquement synthétisée par les plantes ; avec une chaîne latérale phytyle jouant le rôle d'accepteur d'électrons dans les thylakoïdes des chloroplastes ; insoluble dans l'eau, elle est soluble dans les graisses et se présente (sous forme pure) sous la forme d'une huile jaune ;
  • la vitamine K2 ou ménaquinone, synthétisée par les bactéries de la flore intestinale à partir des végétaux du bol alimentaire. Elle contient une chaîne latérale terpénoïde de longueur variable, dont les actions sont différentes ;
  • la vitamine K3 ou ménadione, est une forme synthétique de précurseur de la vitamine K active (convertie biochimiquement en vitamine K active dans l'organisme). Parce que ne disposant pas de « chaîne latérale », elle est soluble dans l'eau, et convertie en vitamine K2 dans le corps ; elle possède une activité biologique 2 à 3 fois supérieure aux vitamines K1 et K2, mais elle n'est plus guère utilisée dans l'alimentation humaine des pays développés en raison d'effets secondaires délétères (nausées, vomissements, syndrome hémolytique, anémie hémolytique, asthénie, sensation de faiblesse, sensation vertigineuse, mélanodermie toxique, surtout chez les patients souffrant d'une insuffisance hépato-cellulaire[1]). Plusieurs médicaments à base de K3 ne sont plus commercialisés[1], mais dans les années 1990, elle était encore très utilisée dans l'alimentation animale (où elle peut d'ailleurs contribuer à augmenter la résistance des rats - qui en consomment les restes ou certains stocks - aux raticides[2]).
    Chez les végétaux, c'est un produit dont le précurseur biologique[3] interfère avec le métabolisme des auxines et s'est montré capable de doper la croissance végétale (tomate, luzerne), de stimuler l'enracinement du haricot mungo et d'inhiber l'activité des enzymes impliquées dans l'oxydation des acides indoléacétiques (ou IAA pour « indoleacetic acid »)[4].

Importance de la « chaîne latérale »

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Dans le cas de la ménaquinone, la chaîne latérale est composée d’un nombre variable d'unités terpénoïdes.

Cette chaîne latérale est toujours lipophile, les chaînes les plus longues donnant les molécules les plus hydrophobes, et contient habituellement de 4 à 14 unités isoprène. Chez les animaux, cette chaîne latérale comporte toujours quatre isoprènes, d’où le nom de MK-4, tandis que la MK-7 est dominante dans le spectre des ménaquinones présentes dans le soja fermenté par la bactérie Bacillus subtilis natto, ou natto. Le corps humain dispose d'enzymes capables de synthétiser la forme MK-4 à partir des autres isoformes[5],[6].

Structure

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Toutes les vitamines K ont un noyau naphtoquinone (2-méthyl-1-4-naphtoquinone) substitué en position 3 ; par une chaîne phytyl (phytoménadione ou vitamine K1) ou par des résidus prényl (ménaquinone ou vitamine K2) ou substitué seulement par un hydrogène (dans le cas de la ménadione ou vitamine K3).

Histoire, découverte

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Vers la fin des années 1920, un biochimiste danois, Carl Peter Henrik Dam, étudie le rôle du cholestérol en nourrissant des poulets avec une alimentation pauvre en lipides.

Il constate qu'après plusieurs semaines de régime, ces animaux souffrent d'hémorragies persistantes (même après ajout de cholestérol dans leur alimentation). Il apparaît clair qu'en plus du cholestérol, une autre substance, à effet coagulant, a été retirée des aliments. Ce composé est appelé vitamine de la coagulation et reçoit la lettre K (la découverte a été publiée en allemand, langue dans laquelle la molécule était désignée comme Koagulationsvitamin).

En 1936, Dam parvient à purifier la vitamine K à partir de la luzerne et sa synthèse chimique est réalisée en 1939 par Edward Doisy. Ces deux scientifiques se partagèrent le prix Nobel de médecine en 1943 pour leurs travaux sur la vitamine K.

Physiologie

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On a d'abord compris que la vitamine K était indispensable à l’hémostase, notamment grâce à la coagulation du sang. Il est ensuite vite devenu évident qu'elle assurait d’autres fonctions biologiques importantes, puisque sa déficience conduisait à certains problèmes physio-pathologiques, comme la maladie hémorragique du nouveau-né, ou en révélait certains, comme la jaunisse obstructive, et les syndromes de malabsorption.

Pendant 60 années, la « molécule de la coagulation » n'a pas suscité davantage d’intérêt — le sujet semblait amplement connu. Un nouveau bouleversement des connaissances a eu lieu concernant les implications de ces molécules dans les diverses voies métaboliques de la vie et à présent de nouvelles découvertes sont faites pratiquement chaque année, comme pour la vitamine D.

Ainsi, on a découvert que la vitamine K2 est impliquée notamment dans les métabolismes cardiovasculaire et osseux, dans la croissance, la prolifération et la migration des cellules, dans leur survie, dans l’apoptose, dans la phagocytose, dans l’adhésion des cellules, dans le contrôle de la réponse inflammatoire, dans la spécialisation des cellules. Ces découvertes montrent que cette vitamine est impliquée dans de nombreux processus métaboliques indispensables non seulement à une bonne santé, mais à la vie. De nombreuses études — publiées notamment à partir de 2004 — montrent que la ménaquinone est indispensable à la santé cardiovasculaire.

Malheureusement, les études montrent également que — dans les pays occidentaux — la grande majorité des personnes qui ont fait l’objet de dosage de la vitamine K sont en situation de carence chronique. Ces carences pourraient notamment expliquer ou coexpliquer une prévalence importante des caries dentaires, de l’ostéoporose, de maladies à terrain inflammatoire, de maladies cardiovasculaires, de cancers / leucémies.

Les personnes ayant une nutrition riche en vitamine K2 ont une meilleure santé cardiovasculaire et ostéo-articulaire, et une meilleure prévention contre les cancers et les maladies inflammatoires, et même contre la démence[7],[8],[9].

La vitamine K est impliquée dans la carboxylation de certains résidus protéiques de glutamates pour former des résidus de gamma-carboxyglutamate. Les résidus de gamma-carboxyglutamate sont essentiels pour l'activité biologique de toutes les protéines gamma-carboxyglutamate connues[10].

Actuellement, 14 protéines gamma-carboxyglutamate ont été découvertes : elles jouent un rôle dans la régulation de trois processus physiologiques :

Plusieurs bactéries dont Escherichia coli présentes dans le gros intestin peuvent synthétiser la vitamine K2 (ménaquinone)[14], mais pas la vitamine K1. On voit un peu partout mentionné que la carence en vitamine K est rare, car elle est synthétisée par la flore intestinale et cette production de vitamine K est absorbée au niveau du gros intestin. Cette affirmation provient de vieilles observations : elle est mise en doute par les recherches plus récentes[15],[5]. Ces résultats sont confirmés par les études des cohortes humaines où une majorité des personnes testées a montré une déficience en vitamines K et une gamma-carboxylation incomplète des protéines normalement carboxylées et activées en présence d'une quantité suffisante de vitamines K[7],[16],[17].

Recherche

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L'hebdomadaire genevois Hebdo Web (Genève Home Informations) a publié le un article[18] qui fait référence à des chercheurs japonais et au centre Erasmus aux Pays-Bas. En bref, la vitamine K2 ou ménaquinone stimule l'hormone ostéocalcine, laquelle fixe le calcium dans l'organisme. Elle active également la protéine MGP (Matrix GLA Protein), qui évacue l'excès de calcium. D'après cet article, le natto est la meilleure source de vitamine K2, avant le miso.

Fonctions métaboliques

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La vitamine K1 joue un rôle indispensable dans la coagulation sanguine, elle intervient dans la maturation des facteurs :

  • de la voie endogène : facteur IX ;
  • de la voie exogène : facteur (VII) ;
  • du tronc commun : facteurs II et X ;
  • mais également des protéines C et S, inhibiteurs de la coagulation (d'où l'effet paradoxalement pro-thrombotique des médicaments anti-vitamine K dans les premiers jours de traitement, car ces deux protéines ont une demi-vie plus courte que les facteurs de coagulation).

Le foie produit et stocke ces facteurs sous une forme inactive. Leur maturation est assurée par une enzyme (la vitamine K carboxylase) dont le cofacteur est l'hydroquinone, la forme réduite de la vitamine K1. Les résidus glutamiques (Glu) des protéines sont alors carboxylés en résidus acide gamma-carboxyglutamique (Gla) qui ont la propriété de fixer le calcium, indispensable à leur activité. De la même manière, la vitamine K2 permet la fixation du calcium (sous forme d'hydroxyapatite) sur l'ostéocalcine, une protéine constitutive des os.

Les médicaments anti-vitamine K (utilisés chez les patients présentant un risque de thrombose) empêchent la régénération de la vitamine K (ceci en inhibant deux enzymes qui régénèrent la vitamine K : l'époxyde-réductase et la NADPH-quinone-réductase). La vitamine K est nécessaire pour l'activation de protéines qui jouent un rôle dans la coagulation du sang (autant dans la stimulation que l'inhibition de la coagulation sanguine). Elle participe aussi à la formation des os.

La vitamine K est l'antidote utilisé en cas d'absorption accidentelle de raticide (de type « mort aux rats ») chez les humains et les animaux de compagnie.

Antagonistes vitaminiques : Des doses élevées de vitamine E et A ont un effet « antivitamine K » (et peuvent favoriser le saignement)[19].

Apports

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La vitamine K, chez l'homme, provient essentiellement des végétaux de l'alimentation (K1), et de la synthèse intestinale par la flore bactérienne (K2). Les besoins d'un adulte moyen sont de 50 à 100 μg/jour[19].

La bonne absorption digestive de la vitamine K nécessite en outre la présence de sels biliaires et pancréatiques. Absorbée avec les chylomicrons, elle est ensuite stockée puis libérée par le foie, s'associe aux VLDL (very low density lipoproteins) et est distribuée aux tissus par les LDL (low density lipoproteins)[19].

Sa concentration naturelle dans le plasma est faible (environ 0,5 μg·l-1)[19].

La vitamine K1, qui participe à la coagulation, est apportée par l'alimentation. On la trouve en particulier dans les légumes verts (brocoli, chou, épinard, laitue), dans l'orvale (une sauge de variété Salvia sclarea L.) et dans l'huile de soja.

Une grande partie des apports externes en vitamine K2, qui participe à l'ossification, provient des bactéries qui assurent la fermentation des aliments, comme la choucroute et les vieux fromages fermentés. Cette vitamine est également présente dans le foie, le lait, les fromages fermentés (les fromages non fermentés contiennent un peu de vitamine MK-4 provenant du lait), le yogourt et les œufs de poisson.

Voici une liste d'aliments avec leur teneur en vitamine K2, exprimée en microgrammes par 100 grammes d'aliment :

  • nattō 1 103,4 μg (0 % MK-4),
  • foie gras 369 (100 % MK-4),
  • fromage fermenté vieilli 76,3 (6 % MK-4),
  • fromage à pâte molle 56,5 (6,5 % MK-4),
  • jaune d’œuf (Pays-Bas) 24,8 (100 % MK-4),
  • jaune d’œuf (États-Unis et Canada) 15,5 (100 % MK-4),
  • beurre 15 (100 % MK-4)
  • foie de poulet 14,1 (100 % MK-4),
  • salami 9 (100 % MK-4),
  • blanc de poulet 8,9 (100 % MK-4),
  • cuisse de poulet 8,5 (100 % MK-4),
  • viande de bœuf (mi-gras) 8,1 (100 % MK-4),
  • bacon 5,6 (100 % MK-4),
  • foie de veau 5 (100 % MK-4),
  • choucroute avec saucisses et viande de porc 4,8 (8 % MK-4),
  • maquereau 0,4 (100 % MK-4),
  • blanc d’œuf 0,4 (100 % MK-4),
  • lait écrémé 0,
  • viande maigre 0.

Les graisses d'animaux ayant concentré cette vitamine K2 sont donc une des sources de vitamine K ; il y en a un peu dans le jaune d’œuf et dans la viande. Le foie gras et les abats, la moelle osseuse, la cervelle, les œufs de poisson en contiennent beaucoup.

Les vieux fromages fermentés (dont la consommation doit rester limitée à cause des risques cardiovasculaires) en contiennent de grandes quantités.

Des protéines végétales fermentées (par exemple le nattō) en contiennent beaucoup.

Les besoins en vitamine K, apport idéal 120 μg/jour chez l'adulte, sont en théorie couverts par l'alimentation, mais les études montrent que ceci est vrai seulement chez une frange de la population étudiée, notamment chez les personnes qui consomment des aliments fermentés[16].

Carence en vitamine K

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La carence avancée en vitamine K peut entraîner :

  • des saignements ;
  • un manque chronique en vitamines K est impliqué dans diverses pathologies, notamment dans la calcification des artères, dans l'ostéoporose, dans les leucémies, dans la formation et la prolifération des cellules cancéreuses ainsi que dans leur mobilisation, dans la perte du contrôle des états inflammatoires.

Un apport suffisant de ces vitamines, notamment de la forme K2, est indispensable pour contrer les maladies actuellement statistiquement les plus mortelles : maladies cardiovasculaires, cancers et maladies à terrain inflammatoire et auto-immunes[7],[16],[20],[21],[22],[23],[24],[25],[26],[27],[28],[29],[30].

Utilisation pharmaceutique

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C'est la vitamine K1 qui est la plus utilisée comme médicament :

  • pour traiter les carences de vitamine K du nouveau-né (voie orale, en préventif contre le risque hémorragique, ou en intramusculaire en cas de risque spécifique).
    Le bébé en manque souvent, faute de bon passage transplacentaire ; faute de micro-organismes intestinaux ; faute d'une synthèse hépatique mature et capable de régénérer de la vitamine K réduite ; et faute parfois de vitamines K en suffisance dans le lait maternel ;
  • chez la femme enceinte quand elle reçoit un médicament inducteur enzymatique (alors administrée dans les 2 dernières semaines de grossesse, pour parer au risque d'hémorragies par hypothrombinémie du nouveau-né) ;
  • contre certains troubles hépatiques (insuffisance hépatique sévère ou ictère par rétention entraînant une absence de sels biliaires) ;
  • comme antidote (antagoniste chimique) pour un surdosage en « anti-vitamine K » (AVK) ou empoisonnement par un raticide à base d'AVK[19].

Elle fait partie de la liste des médicaments essentiels de l'Organisation mondiale de la santé (liste mise à jour en )[31].

Notes et références

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  1. ↑ a et b Ex : Arhemapectine en solution buvable n'est plus commercialisé depuis 1986, et Cepevit K en comprimés ne l'est plus depuis 1996 (source : Université de Rennes , Ménadione, voie entérales (effets indésirables), consulté 2012-11-21
  2. ↑ Alan D. MacNicoll & J. Erica Gill(1993), Vitamin K3 in feedstuffs: antidotal effects in captive anticoagulant-resistant rats and mice The Journal of Wildlife Management ; Vol. 57, No. 4 (Oct., 1993), p. 835-841 ; Published by: Allen Press URL stable:https://www.jstor.org/stable/3809086 (résumé)
  3. ↑ Menadione sodium bisulphite (ou MSB) ; précurseur de la vitamine K3
  4. ↑ A. V. Rama Rao, K. Ravichandran, S. B. David, Sujata Ranade(1985), Menadione sodium bisulphite: a promising plant growth regulator - Plant growth Regulation, 1985, Volume 3, Issue 2, p. 111-118 (résumé Springer)
  5. ↑ a et b (en) M. Komai, H. Shirakawa « Vitamin K metabolism. Menaquinone-4 (MK-4) formation from ingested VK analogues and its potent relation to bone function », dans Clin Calcium, novembre 2007, 17 (11), 1663-1672.
  6. ↑ (en) Y. Suhara, A. Wada, Y. Tachibana, M. Watanabe, K. Nakamura, K. Nakagawa, T. Okano, « Structure-activity relationships in the conversion of vitamin K analogues into menaquinone-4. Substrates essential to the synthesis of menaquinone-4 in cultured human cell lines. », dans Bioorg Med Chem., mai 2010, 18 (9), 3116-3124.
  7. ↑ a b et c Geleijnse J. M. et coll. Dietary Intake of Menaquinone is Associated with a Reduced Risk of Coronary Heart Disease : The Rotterdam Study. The American Society for Nutritional Sciences J. Nutr. 134:3100-3105, November 2004.
  8. ↑ Fusaro M, Crepaldi G, Maggi S, Galli F, D'Angelo A, Calò L, Giannini S, Miozzo D, Gallieni M. Vitamin K, bone fractures, and vascular calcifications in chronic kidney disease : an important but poorly studied relationship. J Endocrinol Invest. 2010 Nov 16.
  9. ↑ Sato Y. Clin Calcium. [Dementia and fracture]. (Article en Japonais). 2010-09;20(9):1379-84.
  10. ↑ Furie B, Bouchard BA, Furie BC. Vitamin K-dependent biosynthesis of gamma-carboxyglutamic acid. Blood, 1999, 93(6):1798-808. Review
  11. ↑ Mann KG. Biochemistry and physiology of blood coagulation. Thrombosis and Haemostasis, 1999, 82(2):165-74. Review. PMID 10605701
  12. ↑ Price PA. Role of vitamin-K-dependent proteins in bone metabolism, Annual Review of Nutrition, 1988, 8:565-83. Review. PMID 3060178
  13. ↑ Berkner KL, Runge KW. The physiology of vitamin K nutriture and vitamin K-dependent protein function in atherosclerosis, Journal of Thrombosis and Haemostasis, 2004, 2(12):2118-32. Review
  14. ↑ Bentley, R, Meganathan, R., Biosynthesis of Vitamin K (menaquinone) in Bacteria, Bacteriological Reviews, 1982, 46(3):241-280. Review.
  15. ↑ Groenen-van Dooren MM et coll. ”Bioavailability of phylloquinone and menaquinones after oral and colorectal administration in vitamin K-deficient rats”. Biochem Pharmacol. 1995 Sep 7;50(6):797-801.
  16. ↑ a b et c Beulens JW, Bots ML, Atsma F, Bartelink ML, Prokop M, Geleijnse JM, Witteman JC, Grobbee DE, van der Schouw YT. High dietary menaquinone intake is associated with reduced coronary calcification. Atherosclerosis. 2009 Apr;203(2):489-93.
  17. ↑ Nimptsch K, Rohrmann S, Kaaks R, Linseisen J. Dietary vitamin K intake in relation to cancer incidence and mortality: results from the Heidelberg cohort of the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC-Heidelberg). Am J Clin Nutr. 2010 May;91(5):1348-58. Epub 2010 Mar 24.
  18. ↑ "La nouvelle vitamine K2 combat la calcification vasculaire et l'ostéoporose!"
  19. ↑ a b c d et e Pharmacorama, Médicaments modifiant la synthèse de facteurs de la coagulation, consulté 2012-11-21
  20. ↑ Iguchi T, Miyazawa K, Asada M, Gotoh A, Mizutani S, Ohyashiki K. Combined treatment of leukemia cells with vitamin K2 and 1alpha,25-dihydroxy vitamin D3 enhances monocytic differentiation along with becoming resistant to apoptosis by induction of cytoplasmic p21CIP1. Int J Oncol. 2005 Oct;27(4):893-900.
  21. ↑ (en) Shibayama-Imazu T, Aiuchi T, Nakaya K. « Vitamin K2-mediated apoptosis in cancer cells: role of mitochondrial transmembrane potential » Vitam Horm. 2008;78:211-26. PMID 18374196
  22. ↑ (en) Takami A, Nakao S, Ontachi Y, Yamauchi H, Matsuda T. « Successful therapy of myelodysplastic syndrome with menatetrenone, a vitamin K2 analog » Int J Hematol. 1999 Jan;69(1):24-6. PMID 10641439
  23. ↑ (en) Yoshida T, Miyazawa K, Kasuga I, Yokoyama T, Minemura K, Ustumi K, Aoshima M, Ohyashiki K. « Apoptosis induction of vitamin K2 lung carcinoma cells lines: the possibility of vitamin K2 therapy for lung cancer » Int J Oncol. 2003 Sep;23(3):627-32. PMID 12888897
  24. ↑ (en) Mizuta T, Ozaki I. « Hepatocellular carcinoma and vitamin K » Vitam Horm. 2008;78:435-42. PMID 18374204
  25. ↑ (en) Amalia H, Sasaki R, Suzuki Y, Demizu Y, Bito T, Nishimura H, Okamoto Y, Yoshida K, Miyawaki D, Kawabe T, Mizushina Y, Sugimura K. « Vitamin K2-derived compounds induce growth inhibition in radioresistant cancer cells » Kobe J Med Sci. 2010 Sep 28;56(2):E38-49. PMID 21063145
  26. ↑ (en) Nimptsch K, Rohrmann S, Linseisen J. « Dietary intake of vitamin K and risk of prostate cancer in the Heidelberg cohort of the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC- Heidelberg) » Am J Clin Nutr. 2008 Apr;87(4):985-92. PMID 18400723
  27. ↑ (en) Li J, Lin JC, Wang H, Peterson JW, Furie BC, Furie B, Booth SL, Volpe JJ, Rosenberg PA. « Novel role of vitamin k in preventing oxidative injury to developing oligodendrocytes and neurons » J Neurosci. 2003 Jul 2;23(13):5816-26. PMID 12843286
  28. ↑ Iwamoto J, Seki A, Sato Y, Matsumoto H, Takeda T, Yeh JK. Vitamin K(2) Prevents Hyperglycemia and Cancellous Osteopenia in Rats with Streptozotocin-Induced Type 1 Diabetes. Calcif Tissue Int. 2010 Dec 7.
  29. ↑ Horiuchi T, Kazama H, Araki A, Inoue J, Hosoi T, Onouchi T, Mizuno S, Ito H, Orimo H. Impaired gamma carboxylation of osteocalcin in elderly women with type II diabetes mellitus: relationship between increase in undercarboxylated osteocalcin levels and low bone mineral density. J Bone Miner Metab. 2004;22(3):236-40.
  30. ↑ Tanaka S, Nishiumi S, Nishida M, Mizushina Y, Kobayashi K, Masuda A, Fujita T, Morita Y, Mizuno S, Kutsumi H, Azuma T, Yoshida M. Vitamin K3 attenuates lipopolysaccharide-induced acute lung injury through inhibition of nuclear factor-kappaB activation. Clin Exp Immunol. 2010 May;160(2):283-92. Epub 2009 Dec 17.
  31. ↑ WHO Model List of Essential Medicines, 18th list, avril 2013

Articles connexes

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Liens externes

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