1Les apports protéiques précoces sont un déterminant majeur de la croissance de l’enfant. Leur variation peut avoir des conséquences à long terme en cas de restriction ou d’excès (Barker, 1993 ; Koletzko et al., 2009). Le développement d’une méthode permettant une adaptation des apports aux besoins protéiques est donc primordial pour garantir une croissance optimale et limiter l’impact sur l’état de santé ultérieur. L’allaitement maternel exclusif est un modèle unique d’alimentation de source contrôlée permettant ainsi d’étudier le métabolisme protéique de manière simple.

2La mesure de l’abondance isotopique naturelle (AIN) en azote-15 (¹⁵N) renseigne sur l’alimentation. Une augmentation de l’AIN en ¹⁵N est observée en montant dans la chaîne alimentaire. Un organisme a donc une AIN en ¹⁵N plus élevée que ce qu’il mange. C’est l’effet trophique, qui peut être quantifié par : ∆¹⁵N = δ¹⁵N_tissu- δ¹⁵N_alimentation (‰), c’est-à-dire la concentration du ¹⁵N alimentaire lors de la synthèse protéique (DeNiro, Epstein, 1981). Une augmentation de l’AIN en ¹⁵N de l’ordre de 3 ‰ est retrouvée pour chaque pallier de niveau trophique de la chaîne alimentaire (DeNiro, Epstein, 1981). L’homme a des AIN élevées car il est au sommet de la chaîne alimentaire. Au sein de l’espèce humaine, l’AIN en ¹⁵N varie selon le régime alimentaire et l’environnement (Petzke et al., 2005). L’AIN en ¹⁵N varie aussi en fonction de la source protéique, par exemple une alimentation riche en poisson entraine une augmentation de l’AIN en ¹⁵N (O’Connell, Hedges, 1999). Ainsi, il existe une corrélation positive entre la consommation de protéines animales ou végétales et l’AIN en ¹⁵N.

3Les acides aminés (AA) du pool de synthèse protéique proviennent pour environ 20 % de l’alimentation, et pour 80 % de la dégradation des protéines corporelles. Ce qui signifie qu’une modification du régime alimentaire aura un effet partiel par dilution des protéines issues de l’alimentation dans le pool d’AA. Ceci signifierait que les changements de régime alimentaire sont rapidement observables et qu’un équilibre des AIN en ¹⁵N serait obtenu lorsque le pool protéique est renouvelé entièrement. Cette durée est variable selon la vitesse de renouvellement protéique de l’organe, de l’ordre de quelques jours pour le foie à quelques années pour l’os (Poupin et al., 2014). Ces variations liées à l’alimentation peuvent être contrôlées grâce à une alimentation simple et d’AIN connue comme l’allaitement maternel exclusif.

4L’AIN en ¹⁵N permet aussi d’explorer le métabolisme protéique. Les études isotopiques en abondance naturelle permettent d’évaluer la vitesse du métabolisme protéique. Les données de la littérature suggèrent que l’incorporation plus ou moins importante du ¹⁵N est liée à un effet isotopique. Celui-ci varie en fonction des caractéristiques de la réaction biochimique de synthèse protéique et de la biodisponibilité du ¹⁵N provenant des AA issus de la dégradation des protéines corporelles (Macko et al., 1986 ; Sick et al., 1997). L’intensité du renouvellement protéique pourrait modifier cet effet isotopique et favoriser l’incorporation du ¹⁵N, donc faire augmenter l’AIN.

5L’analyse isotopique du cheveu, dont le prélèvement est facile, reflète la synthèse de la kératine. Il s’agit d’une protéine qui n’est pas dégradée. Le cheveu permet donc une étude intégrée de l’AIN et est le reflet de la synthèse protéique. L’AIN en ¹⁵N des cheveux des nouveau-nés allaités est systématiquement supérieure à celle de sa mère, de l’ordre de 1 ‰ (Fuller et al., 2006 ; de Luca et al., 2012). Cette différence est présente dès la naissance, alors que le pool protéique fœtal provient du pool protéique maternel (de Luca et al., 2012). Elle pourrait être le reflet du métabolisme fœtal, qui a un renouvellement protéique plus rapide que l’adulte (Beaufrère et al., 1992). Après la naissance, l’AIN en ¹⁵N pourrait varier selon l’alimentation, c’est-à-dire augmenter au cours de l’allaitement maternel et diminuer au sevrage (Fuller et al., 2006). Cette variation pourrait être absente avec une formule infantile, mais ceci n’a été mesuré que chez un seul enfant dans cette étude. L’AIN en ¹⁵N du lait maternel n’a pas été mesurée dans cette publication, ne permettant pas d’interpréter le lien avec l’alimentation. L’évaluation du métabolisme protéique par la mesure de l’AIN nécessite donc un contrôle du type d’alimentation à cet âge.

6Les protéines du lait sont également des protéines exclues du métabolisme protéique après leur synthèse. La mesure de l’AIN en ¹⁵N dans les protéines du lait permet de contrôler la contribution de l’apport alimentaire d’AA dans le pool protéique du nouveau-né. La mesure conjointe de l’AIN en ¹⁵N des cheveux permet de mesurer l’effet trophique. Celui-ci pourrait être un index de la vitesse du métabolisme protéique en lien direct avec la croissance.

7Notre groupe a étudié le lait maternel et les cheveux du nouveau-né à l’âge de 1 mois (Tea et al., 2013 ; Romek et al., 2013). Les enfants étant allaités de manière exclusive, l’apport nutritionnel en ¹⁵N était donc contrôlé. Cette étude incluait 100 dyades mère/enfant pour lesquelles l’AIN en ¹⁵N global a été mesurée par spectrométrie de masse de rapports isotopiques couplée à un analyseur élémentaire. Pour les échantillons en quantité suffisante, une analyse de l’AIN en ¹⁵N des AA a été effectuée après destruction des protéines en AA, par spectrométrie de masse de rapports isotopiques couplée à une chromatographie gazeuse.

8Les valeurs de l’AIN en ¹⁵N globale ont été déterminées sur les 96 laits maternels et les 73 prélèvements de cheveux disponibles. Les résultats montraient une différence importante de l’AIN en ¹⁵N entre les cheveux du nouveau-né et le lait maternel (fig. 1). L’analyse des AA des cheveux et du lait portait respectivement sur 13 et 41 échantillons. Il existait une différence entre la mesure globale moyenne et la somme pondérée moyenne des AIN en ¹⁵N des AA pour le lait et les cheveux (tab. 1). L’effet trophique (différence entre l’AIN en ¹⁵N du lait et des cheveux du nouveau-né) de la mesure globale n’était pas différent de l’effet trophique calculé à partir de la somme pondérée de l’AIN en ¹⁵N des AA (tab. 1, Romek et al., 2013).

9Les résultats des cheveux des nouveau-nés à 1 mois étaient conformes à d’autres études concernant des enfants à la naissance allaités ou non, ce qui suggère une faible variation dans le premier mois de vie (de Luca et al., 2012). L’effet trophique mesuré par analyse globale n’était pas différent de l’effet trophique calculé à partir des abondances pondérées des AA. La différence observée entre les deux méthodes ne peut donc pas être attribuée aux différences de composition en AA des protéines. On pouvait noter une corrélation étroite entre l’AIN en ¹⁵N et le nombre de réactions biochimiques pour l’obtention de l’azote aminé (positionné à l’extrémité de l’AA). Les AA obtenant leur azote aminé en une réaction avaient une AIN en ¹⁵N plus élevée que ceux qui l’incorporaient à une étape ultérieure. Enfin, la thréonine et la lysine, dont l’azote aminé n’est pas échangé chez l’homme, avaient conservé une AIN en ¹⁵N peu élevée. Ainsi, la grande différence d’AIN en ¹⁵N entre les cheveux et le lait pourrait être attribuable à un métabolisme protéique plus rapide chez le nouveau-né.

Tableau 1 – Comparaison entre la mesure globale moyenne et la somme pondérée moyenne des AIN en ¹⁵N des AA pour le lait et les cheveux et mesure de l’effet trophique (cheveux – lait) (Adapté d’après Romek et al., 2013)

10L’AIN en ¹⁵N du lait maternel était nettement inférieure aux mesures dans les cheveux de la mère issues de la littérature (Fuller et al., 2006 ; de Luca et al., 2012). La production quotidienne importante de protéines dans le lait suggère qu’il ne s’agit pas d’une synthèse protéique lente, ce qui ferait diminuer l’AIN. Une autre explication pourrait être une utilisation préférentielle d’AA issus directement de l’alimentation, contenant moins de¹⁵N pour la synthèse protéique dans le lait. L’hypothèse privilégiée est que l’azote du lait non contenu dans les protéines a une AIN en ¹⁵N faible. Cet azote non protéique constitue 15 % de l’azote total du lait maternel. Son utilisation pour la synthèse protéique par le nouveau-né est faible (Carratù et al., 2003). Ceci entrainerait une diminution de l’AIN en ¹⁵N globale alors que l’azote protéique pourrait avoir une AIN plus proche des protéines maternelles.

11Nos travaux actuels se concentrent sur la mesure de l’AIN en ¹⁵N des fractions protéiques et non protéiques du lait maternel et notamment de l’urée, riche en ¹⁴N, qui pourrait participer à cet effet trophique important. En effet, l’urée constitue 8 % de l’azote total dans le lait maternel dont seulement 13 % est incorporé dans les protéines de l’enfant après ingestion (Fomon et al., 1987).

12Cette approche isotopique est innovante en médecine car encore peu développée. La mesure est peu (sang) ou non invasive (cheveux, urines), de réalisation simple et peu coûteuse, permettant d’envisager des applications cliniques, ce qui renforce l’intérêt de développer ce bio-marqueur. Dans la pratique clinique quotidienne, elle pourrait permettre de mieux adapter l’apport azoté aux besoins des patients et notamment des enfants, permettant ainsi d’optimiser leur croissance. Cela concerne les patients en nutrition artificielle (par le tube digestif ou par voie intraveineuse) et tout particulièrement les situations de stress métabolique (réanimation, maladies chroniques…). Cette mesure permettrait en outre d’évaluer la réponse métabolique aux traitements (nutritionnels, médicamenteux, hormonaux, …) et le suivi des patients. Le choix de la protéine étudiée pourrait permettre d’explorer la synthèse (kératine du cheveu) ou la dégradation protéique (urée), reflétant ainsi les différentes composantes du métabolisme protéique. Une même approche sur les isotopes du carbone, non détaillée ici, pourrait permettre d’aborder le métabolisme énergétique. Des applications en épidémiologie nutritionnelle des populations et en santé publique peuvent être également envisagées, notamment dans le contrôle des apports protéiques de l’enfant.

13Nos résultats suggèrent que la mesure de l’AIN en ¹⁵N pourrait être un reflet du métabolisme protéique. L’allaitement maternel exclusif, modèle de contrôle d’alimentation, permet de limiter le rôle de l’alimentation dans la variabilité de l’AIN en ¹⁵N. La différence de vitesse du métabolisme protéique qui existe entre le nouveau-né et la mère pourrait participer à l’importante différence entre l’AIN en ¹⁵N des cheveux du nouveau-né et son alimentation. Des études de corrélation entre l’AIN en ¹⁵N et la croissance dans des situations nutritionnelles contrastées sont nécessaires. Ces études pourraient avoir des applications médicales dans le suivi des patients, permettant d’adapter les apports aux besoins protéiques. Une étude plus précise du lait maternel permettra de mieux apprécier l’effet trophique en faveur du nouveau-né allaité.