Réflexions évolutionnistes sur l'obésité (2014)

. 2014 Jun; 87 (2): 99 – 112.

Publié en ligne 2014 Jun 6.

PMCID: PMC4031802

Focus: obésité

Abstract

L'obésité, le diabète et le syndrome métabolique suscitent de plus en plus d'inquiétudes pour la santé dans le monde entier, mais leurs causes ne sont pas entièrement comprises. La recherche sur l'étiologie de l'épidémie d'obésité est fortement influencée par notre compréhension des racines évolutives du contrôle métabolique. Depuis un demi-siècle, l’hypothèse d’un gène économe, selon laquelle l’obésité est une adaptation évolutive pour les périodes de famine qui subsistent, a dominé la réflexion sur ce sujet. Les chercheurs en obésité ignorent souvent qu’il existe en fait peu d’éléments probants à l’appui de l’hypothèse du gène économe et que d’autres hypothèses ont été suggérées. Cette revue présente des preuves pour et contre l'hypothèse du gène économe et présente aux lecteurs d'autres hypothèses sur les origines évolutives de l'épidémie d'obésité. Étant donné que ces autres hypothèses impliquent des stratégies de recherche et de gestion clinique de l'obésité très différentes, leur prise en compte est essentielle pour enrayer la propagation de cette épidémie.

Mots clés: examen, obésité, diabète, syndrome métabolique, évolution, hypothèse de gène économe

Introduction

L’incidence de l’obésité dans le monde a augmenté de façon spectaculaire au cours du siècle dernier, suffisamment pour que l’Organisation mondiale de la Santé déclare officiellement qu’elle est en train de devenir une épidémie mondiale dans 1997 []. L'obésité (définie par un indice de masse corporelle supérieur à 30 kg / m), associée à une résistance à l'insuline, à une dyslipidémie et à des affections apparentées, définit le «syndrome métabolique», qui prédispose fortement le type 2, les maladies cardiovasculaires et la mortalité précoce []. Le syndrome métabolique affecte 34 pour cent des Américains, dont 53 pour cent sont obèses []. L’obésité est une préoccupation croissante dans les pays en développement [,] et est maintenant l'une des principales causes de décès évitables dans le monde [].

Logiquement, une augmentation rapide de toute condition médicale devrait être attribuée aux changements environnementaux. Pourtant, de nombreuses études ont montré que l'obésité avait une forte composante génétique [,], indiquant une interaction potentielle gène-environnement []. Curieusement, certaines populations semblent particulièrement sensibles à l’obésité et au syndrome métabolique [,], tandis que d’autres semblent résistants [,]. La forte prévalence de cette maladie apparemment nuisible, combinée à sa distribution inégale entre les individus et les populations, a conduit à des spéculations sur les origines évolutives potentielles de l'obésité et du syndrome métabolique [-].

Ici, je passerai en revue plusieurs hypothèses (concurrentes et complémentaires) sur les origines évolutives de l'épidémie d'obésité et discuterai de leurs implications. Je soutiens qu'une meilleure compréhension des forces évolutives qui ont façonné le contrôle métabolique chez l'homme est essentielle pour lutter contre l'épidémie d'obésité moderne. Comprendre les origines évolutives de l'obésité peut mener à de nouvelles approches de recherche sur la physiopathologie de l'obésité ainsi que sur sa gestion clinique.

Pourquoi contrôler son poids?

Pour comprendre la physiopathologie moderne de l'obésité, il est utile d'examiner le rôle que la régulation du poids corporel joue dans la forme évolutive des animaux. Quelles forces incitent un organisme à maintenir une limite de poids minimale ou maximale? Il est important de noter d’abord que la «régulation du poids corporel» est un processus extrêmement complexe qui implique bien plus que la simple efficacité métabolique. Il comprend des signaux de satiété / faim centraux et centraux [,] ainsi que le contrôle cognitif [], qui sont tous influencés par des facteurs génétiques et environnementaux.

De nombreuses forces agissent pour contrôler le poids corporel et l'adiposité des mammifères. La menace de la famine entraîne la nécessité de maintenir une limite inférieure de graisse corporelle. Des réserves d’énergie sont nécessaires pour éviter de mourir de faim lors de toute perturbation mineure de l’accès aux aliments. La fertilité est également profondément affectée par la graisse corporelle []. Les cycles ovariens sont très sensibles aux signaux du bilan énergétique [], et un certain pourcentage de graisse corporelle est nécessaire pour que les mammifères femelles conservent leur fertilité et leur progéniture avec succès []. De plus, la graisse corporelle aide à maintenir l'homéostasie de la température. Le tissu adipeux blanc agit comme un isolant [], tandis que l’adipose brune contribue activement à la thermogenèse [].

Plusieurs forces maintiennent la limite supérieure de la graisse corporelle chez les animaux. Le temps qu'il faut consacrer à la recherche de nourriture en est un. Le maintien d'une adiposité élevée est énergétiquement coûteux et nécessite un apport calorique important []. Pour la plupart des animaux sauvages, il faudrait consacrer beaucoup trop de temps à la recherche de nourriture au détriment d'autres activités importantes telles que l'accouplement, le sommeil ou l'évitement des prédateurs []. Les animaux proies doivent rester suffisamment maigres pour éviter la prédation. Un animal obèse ne peut pas bouger aussi vite ni se cacher aussi efficacement qu'un animal maigre []. Des études en laboratoire ont démontré que de nombreux petits animaux proies sont résistants à l'obésité induite par le régime, même avec un accès illimité à des aliments hautement caloriques []. En outre, il a été démontré expérimentalement que certaines proies réduisaient leur poids lorsque des prédateurs sont présents dans leur habitat [,], sans doute pour éviter la prédation.

Les humains modernes sont en grande partie protégés de ces facteurs. Les économies mondiales protègent les pays développés de la famine et permettent un accès facile à des aliments hautement caloriques. Les abris et les vêtements nous protègent du froid. Nous sommes rarement obligés de chasser une proie et nous ne craignons pas de devenir nous-mêmes une proie []. Bien que les humains modernes ne soient peut-être plus soumis à ces forces, ils ont toujours une grande incidence sur notre santé. Comprendre comment ces forces ont contribué à l'évolution humaine nous permet de mieux comprendre comment le poids du corps humain est régulé et quels changements doivent être apportés à nos sociétés et aux stratégies de soins de santé afin de mieux nous protéger contre les maladies métaboliques.

Adaptations pour l'économie

L'hypothèse du gène économe

Dans 1962, le généticien James Neel a présenté la première explication majeure basée sur l’évolution de l’épidémie d’obésité moderne []. Son hypothèse initiale visait principalement à expliquer la prévalence exceptionnellement élevée du diabète chez certaines populations humaines, mais a été révisée pour inclure à la fois l'obésité et d'autres composants du syndrome métabolique [].

Neel a fait valoir que la tendance à développer un diabète (ou à devenir obèse) est un trait adaptatif devenu incompatible avec les modes de vie modernes. Son «hypothèse sur les gènes économes (TGH)» repose sur l'hypothèse selon laquelle, au cours de l'évolution humaine, les êtres humains étaient constamment soumis à des périodes de fête et de famine. En période de famine, les individus qui disposaient de plus de réserves d'énergie avaient plus de chances de survivre et de produire davantage de progénitures. Par conséquent, l’évolution a agi en sélectionnant des gènes qui rendaient ceux qui les possédaient très efficaces pour stocker la graisse en période d’abondance. Dans les sociétés industrialisées modernes où les fêtes sont courantes et les famines rares, cette adaptation évolutive devient inadaptée. Ainsi, il existe une inadéquation entre l'environnement dans lequel vivent les humains et l'environnement dans lequel nous avons évolué. Thrifty gene agit pour stocker efficacement l’énergie et préparer une famine qui ne vient jamais [].

Le TGH fournit une explication simple et élégante à l’épidémie d’obésité moderne et a rapidement été adopté par les scientifiques et les profanes. Certaines preuves soutiennent cette hypothèse. Une implication importante de la TGH est qu’il devrait exister des polymorphismes génétiques identifiables conférant un phénotype «économe». On sait que l’obésité et le diabète ont une forte composante génétique [,,,], et plusieurs polymorphismes génétiques prédisposant les individus à l'obésité [,], suggérant des composants potentiels du «génotype économe». De nombreux polymorphismes mononucléotidiques (SNP) associés à un risque accru d'obésité ont maintenant été identifiés par le biais d'études d'association pangénomique (GWA), bien que chacun ait un effet relativement faible [].

L’une des principales critiques émises contre l’hypothèse du gène économe est qu’elle est incapable d’expliquer l’hétérogénéité du diabète et de l’obésité entre et au sein des populations []. Si le cycle des fêtes et de la famine a été une force motrice importante tout au long de l'évolution humaine, pourquoi tous les humains ne sont-ils pas obèses? Les populations humaines montrent de grandes différences dans leur susceptibilité à l'obésité et au diabète [,]. De plus, même au sein de populations vivant dans les mêmes environnements, de nombreuses personnes semblent résister à l'obésité []. Pour remédier à cette lacune, Andrew Prentice a ensuite proposé que, plutôt que la famine soit une pression sélective «toujours présente» tout au long de l'évolution humaine, ce n'est que beaucoup plus récemment, vers les années 10,000 depuis l'avènement de l'agriculture, que la famine est devenue un facteur sélectif majeur. pression, et en tant que tel, il est possible que les gènes économes n’aient pas eu le temps d’atteindre la fixation []. Les sociétés de chasseurs-cueilleurs, le mode de vie principal des humains archaïques, ne connaissent pas souvent la famine, car leur mobilité et leur souplesse leur permettent de se déplacer ou d'utiliser d'autres sources de nourriture lorsqu'elles rencontrent des difficultés environnementales []. En revanche, les agriculteurs exploitent relativement peu de cultures de base et ont moins de souplesse pour faire face aux sécheresses et autres calamités. Ainsi, le cycle fête / famine n’a pu sélectionner les gènes économes que dans les sociétés agricoles []. Cela pourrait expliquer pourquoi tous les humains ne deviennent pas obèses et pourquoi il existe des variations entre les populations. Certaines populations ont peut-être connu davantage de famine ou de périodes de pénurie alimentaire au cours de leur histoire et ont donc subi davantage de pressions pour développer un génotype économe.

Le TGH fournit plusieurs prévisions vérifiables. Une telle prévision, si l’on suppose le modèle post-agricole, est que les locus génétiques associés à l’obésité et au diabète devraient présenter les signes caractéristiques d’une sélection positive récente. Cependant, une étude de Southam et al. (2007) testant les variants génétiques associés au diabète de type 13 obésité et 17 de type 2 (comprenant une liste complète des loci les plus bien établis associés à l'obésité et au diabète au moment de la publication) ont trouvé peu de preuves d'une sélection positive récente []. Cette étude n'a révélé qu'un seul locus à risque, une mutation du gène FTO associé à l'obésité, démontrant une sélection positive récente. Cela semblerait être principalement une preuve contre TGH; Cependant, il s'est appuyé sur des données SNP, et ces loci peuvent donc être uniquement associatifs plutôt que fonctionnels. Le raffinement de la génétique de l'obésité et du risque de diabète devrait donner lieu à des tests plus informatifs pour la sélection.

Une autre prédiction de l'HTG post-agricole est que les populations qui ont toujours connu plus de famine et de pénurie alimentaire devraient être plus sujettes à l'obésité et au diabète une fois exposées à un environnement obésogène. Jusqu'à présent, il existe des preuves mitigées de cette prédiction. Certaines populations de chasseurs-cueilleurs, pour qui la famine aurait été historiquement rare, semblent manifester une certaine résistance à l'obésité induite par le régime alimentaire [] par rapport aux populations ayant des antécédents d’agriculture, ce qui est cohérent avec les prédictions de TGH. Cependant, ce modèle prédit également que les sociétés agricoles, en particulier celles des climats plus froids, auraient subi les pressions sélectives les plus fortes en matière d'économie génétique et seraient donc particulièrement sujettes à l'obésité et au diabète de type 2. L’Europe est un excellent exemple de ce type d’environnement: ses peuples pratiquent l’agriculture depuis longtemps et le bilan historique de la guerre et de la famine dans cette région est long et étendu []. Cependant, les Européens ont un taux d'obésité inférieur à celui de nombreuses populations et semblent partiellement résistants au diabète de type 2 [,]. En revanche, les insulaires du Pacifique présentent les taux d’obésité et de diabète de type 2 les plus élevés au monde [], malgré le fait de vivre dans un climat tropical avec très peu d’histoire de famine [,].

Certains chercheurs expliquent ces divergences en adoptant une vision inversée du TGH, affirmant qu'au lieu de la sélection récente de gènes économes, ce sont en fait des gènes conférant une résistance à l'obésité et à d'autres troubles métaboliques qui constituent une adaptation moderne. Selon le TGH modifié, les adaptations à l’économie sont anciennes, mais les populations qui sont passées à des sources de nourriture plus riches depuis l’avènement de l’agriculture ont acquis quelques adaptations pour prévenir les troubles métaboliques. L'hypothèse des aliments génétiquement inconnus de Riccardo Baschetti affirme que les Européens sont devenus partiellement adaptés à un régime diabétogène []. L'introduction d'un régime à l'européenne chez des populations qui n'y sont pas habituées, comme les Amérindiens et les insulaires du Pacifique, crée un décalage entre leur régime moderne et le régime avec lequel ils ont évolué, ce qui entraîne un dysfonctionnement métabolique. Cela pourrait expliquer l’augmentation spectaculaire récente du diabète et de l’obésité dans ces populations. D'autres suggèrent que la perte d'économie est une adaptation récente causant des différences dans la prévalence des maladies métaboliques entre les populations []. Au lieu de rechercher des gènes à risque de maladie susceptibles de provoquer une maladie métabolique, nous devrions plutôt concentrer nos efforts sur la recherche de variants génétiques conférant une résistance à ces troubles []. L'étude de Southam et al. a trouvé des preuves de sélection positive récente sur un allèle protecteur contre le diabète []. Une étude à grande échelle à la recherche de signes de sélection positive récente sur les allèles du diabète et de la résistance à l'obésité pourrait s'avérer fructueuse pour tester ces hypothèses.

En termes de gestion clinique de l'obésité et d'autres troubles métaboliques, le TGH implique qu'un retour au mode de vie traditionnel d'une population serait bénéfique pour le traitement du syndrome métabolique. Si l'obésité est causée par une inadéquation entre nos gènes et l'environnement dans lequel nous vivons actuellement, modifier l'environnement pour l'adapter à l'adaptation de nos génomes devrait inverser l'épidémie d'obésité. De toute évidence, revenir aux modes de vie traditionnels de nos ancêtres chasseurs-cueilleurs n’est pas pratique. Cependant, il est possible de limiter les calories et d’augmenter l’activité physique pour imiter de plus près les différents modes de vie traditionnels []. Les directives médicales en vigueur pour la gestion de l'obésité et du diabète sont basées sur cette stratégie [,]. Bien que cette stratégie semble fonctionner chez certains patients, son efficacité varie beaucoup, notamment en ce qui concerne la gestion à long terme de l'obésité et du diabète [,].

L'hypothèse du Phénotype Thrifty

Tous les chercheurs n'étaient pas convaincus que le TGH expliquait de manière satisfaisante l'étiologie de l'obésité et du syndrome métabolique. Dans 1992, Charles Hales et David Barker ont proposé son «hypothèse de phénotype économe» (parfois aussi appelée l'hypothèse de Barker), en partie pour remédier aux insuffisances des hypothèses d'obésité basées sur les gènes telles que TGH, ainsi que pour expliquer un phénomène observé: les bébés le poids à la naissance semble particulièrement sujet au diabète, à l'obésité, aux maladies cardiaques et à d'autres troubles métaboliques plus tard dans la vie [].

L'hypothèse de Barker repose sur le concept d '«économie», mais d'une manière très différente de celle de Neel. Dans l'hypothèse de Barker, c'est le fœtus en développement qui doit être économe. Un fœtus sous-alimenté doit affecter ses ressources avec précaution s'il veut survivre jusqu'à la naissance et à l'âge adulte. Barker affirme que le fœtus en développement, lorsqu'il fait face à une pénurie d'énergie, allouera de l'énergie du pancréas au profit d'autres tissus tels que le cerveau. Il s'agit d'un compromis raisonnable, car si le même environnement nutritionnel dans lequel le fœtus se développe persiste dans son enfance et sa vie adulte, il sera peu nécessaire de disposer de systèmes de réponse au glucose bien développés. Cependant, si la nutrition s'améliore plus tard dans la vie, l'individu qui a déjà eu un fœtus économe aura un pancréas mal équipé pour gérer l'énergie du glucose auquel il a maintenant accès et sera sujet au diabète et à d'autres maladies métaboliques. Cela pourrait expliquer pourquoi les bébés de faible poids à la naissance semblent particulièrement sujets aux troubles métaboliques à l'âge adulte [].

L'hypothèse originale de Barker ne traite pas spécifiquement de l'histoire de l'évolution, mais elle a des implications sur l'évolution. Dans cette hypothèse, ce sont les gènes qui permettent l'achèvement du développement prénatal et la survie du fœtus qui sont sélectionnés pour la capacité d'adaptation au cours de la vie adulte. Ce n'est que parce que par le passé, la nutrition prénatale correspondait à la nutrition à l'âge adulte que ce processus était adaptatif. Maintenant que ce n'est souvent pas le cas, cette allocation de ressources en dehors du pancréas devient inadaptée.

Depuis sa proposition, l’hypothèse du phénotype économe a inspiré de nombreux travaux ultérieurs reliant l’hypothèse à la théorie de l’évolution. Jonathan Wells a passé en revue plusieurs modèles concurrents ou complémentaires pour les utilisations évolutives des hypothèses de phénotype d'économie dans 2007 []. Ces modèles appartiennent généralement à deux catégories: les modèles de prévisions météorologiques et les modèles de santé maternelle.

Les modèles de prévisions météorologiques soutiennent que le fœtus utilise les signaux du in utero l’environnement - en particulier les signaux nutritionnels - pour «prédire» le type d’environnement qu’il est susceptible de rencontrer pendant l’enfance et / ou la vie adulte. On peut faire valoir qu'il est avantageux d'un point de vue évolutionniste de «stimuler» l'économisation des systèmes métaboliques si une mauvaise nutrition est détectée tôt dans la vie, afin de mieux gérer une vie de mauvaise nutrition. Des troubles métaboliques surviennent alors si l'environnement de l'adulte ou de l'enfant et l'environnement du fœtus ne correspondent pas. Une personne dont l’environnement fœtal a "prédit" toute une vie de famine développera facilement un diabète et une obésité lorsqu’elle se trouvera face à un régime hypercalorique [,,]. Bien que cette famille de modèles puisse expliquer l'apparition rapide de l'épidémie d'obésité dans les cultures introduites soudainement dans les régimes occidentaux, elle n'explique pas de manière adéquate pourquoi l'obésité et le diabète persistent après les générations suivantes.

Les modèles de conditionnement physique de la mère affirment que les signaux reçus par le fœtus concernant la nutrition dans l'utérus lui permettent d'aligner ses besoins en énergie sur la capacité de sa mère à fournir des aliments pendant son enfance. La période de croissance de l’enfant est particulièrement longue pour les humains, période au cours de laquelle les enfants dépendent presque entièrement de leur mère pour obtenir des ressources, même au-delà du sevrage. Il est donc adapté à la fois à la mère et à l'enfant si la demande métabolique de l'enfant est synchronisée avec son propre phénotype, de sorte que l'enfant n'aura pas besoin de plus (ou de moins) que ce qu'elle peut fournir. L'alignement du métabolisme du bébé et de la mère facilite le conflit entre parents et enfants et est essentiel au succès de l'éducation de l'enfant [,], et donc cette adaptation améliore la condition physique inclusive. Ce modèle de phénotype économe pourrait expliquer pourquoi l'obésité est possible même lorsqu'un fœtus n'est pas mal nourri.

Les implications des hypothèses de phénotype d'économie pour la gestion clinique du syndrome métabolique sont claires: une nutrition adéquate de la mère et de la grossesse est beaucoup plus importante que les interventions dans la vie adulte. Si l'hypothèse du phénotype d'économie est correcte, concentrer les ressources de santé publique préventives sur les femmes enceintes fera beaucoup plus pour lutter contre l'épidémie d'obésité que de traiter les maladies chez les adultes ou même les enfants.

L'hypothèse Thrifty Epigenome

L'une des principales critiques du TGH est que, si la famine était un puissant moteur tout au long de l'évolution humaine, pourquoi tous les humains ne deviennent-ils pas obèses? Comme indiqué précédemment, les défenseurs du TGH affirment souvent que la famine n'est peut-être devenue qu'une forte pression sélective depuis l'essor de l'agriculture et que, par conséquent, seules certaines populations ont été soumises à ce type de pression sélective []. L'hypothèse de «l'épigénome économe» de Richard Stöger adopte le point de vue opposé et affirme que tous les êtres humains possèdent un génome économe. En fait, il soutient que la pénurie de nourriture a probablement été l’une des forces d’évolution majeures au cours de l’histoire de la vie, et que l’économie métabolique est probablement une caractéristique de tous les organismes. L’hypothèse de Stöger cherche à réconcilier certains des trous de l’hypothèse du génotype économe tout en l’intégrant avec les hypothèses du phénotype économe [].

L'hypothèse de Stöger repose sur le concept de canalisation génétique. La canalisation génétique est un processus par lequel un phénotype polygénique est «tamponné» contre le polymorphisme génétique et les variations environnementales. Ce processus est adaptatif car les pressions environnementales fluctuantes peuvent rendre les générations futures inaptes à leur nouvel environnement. Ainsi, l’histoire évolutive à long terme de l’espèce sélectionne un système multigénétique dans lequel de petites mutations ont peu d’effet sur l’expression phénotypique globale []. La régulation épigénétique est un moyen possible pour les espèces de conserver ce type de robustesse phénotypique [].

Stöger soutient que l'épargne métabolique a fait l'objet d'une canalisation génétique et constitue un trait phénotypique capable de s'adapter à des pressions environnementales différentes par le biais d'une modification épigénétique. Tous les humains ont un génome économe, mais l’expression phénotypique peut varier en fonction de l’environnement en raison de modifications épigénétiques héritées d’une génération à l’autre. Ainsi, une génération née pendant une période de famine peut avoir des modifications du génome épigénétique qui permettent un stockage plus efficace de l'énergie, et ces modifications peuvent être transmises à travers la lignée germinale. Les preuves tirées de l’étude «Dutch Hunger Winter» l’appuient Cette étude a suivi l'état de santé d'une cohorte d'hommes nés avant, après et pendant une famine sévère survenue aux Pays-Bas pendant la Seconde Guerre mondiale []. L'étude a révélé que les hommes dont les mères avaient connu la famine au cours des deux premiers trimestres de la grossesse présentaient un taux d'obésité et de diabète beaucoup plus élevé que les hommes nés avant ou après la famine []. Il est important de noter que de nombreux traits de la cohorte néerlandaise de famine ont été transmis aux générations suivantes, ce qui a conduit à l'hypothèse que cette cohorte était sujette à une sorte de modification épigénétique affectant le poids corporel et pouvait donc être considérée comme ayant un «épigénotype économe»]. Pour tester cette hypothèse, Tobi et al. (2009) ont examiné les profils de méthylation chez des individus conçus pendant ou peu de temps avant la famine 1944 et les ont comparés à leurs frères et sœurs du même sexe non exposés []. Ils ont découvert des changements dans le modèle de méthylation de l'ADN de plusieurs loci associés à la croissance et au métabolisme chez des individus exposés à la famine, confirmant ainsi l'hypothèse selon laquelle in utero environnement nutritionnel peut induire des modifications épigénétiques [].

De même, une génération née pendant les périodes de forte surcharge alimentaire devrait être programmée pour cette condition environnementale et donc moins sujette à l'obésité. Stöger affirme que c'est exactement ce qui commence à se produire chez les Nauru du Pacifique Sud. On pense que cette population a connu des épisodes répétés de pénurie alimentaire tout au long de son histoire et que son taux d'obésité et de diabète est parmi les plus élevés au monde, ce qui indique qu'elle possède un «génotype économe». Cependant, cette tendance a commencé à inverse, avec une diminution du taux de diabète de type 2, malgré un changement minime du régime alimentaire ou du mode de vie. Stöger affirme que les Nauruans commencent à passer à un «épigénotype de fête» [].

Une implication importante de cette hypothèse est que les polymorphismes génétiques ont probablement très peu d'effet sur la physiopathologie de l'obésité. Cela pourrait expliquer pourquoi, malgré des décennies de recherche et d'innombrables études du polymorphisme génétique par le GWA, relativement peu de variants génétiques associés au développement de l'obésité ou du diabète de type 2. L’hypothèse de l’épigénome économe implique plutôt que les études GWA sur les marqueurs épigénétiques de l’obésité seraient plus fructueuses.

De plus, cette hypothèse suppose implicitement que l'épidémie d'obésité se résoudra d'elle-même si les régimes occidentaux restent constants. Les populations actuellement aux prises avec un problème d'obésité feront éventuellement la transition d'un épigénome économe à un épigénome de fête. Des preuves récentes montrent que cette transition a déjà commencé. Le taux d'obésité aux États-Unis semble s'être stabilisé ces dernières années [], et des données mondiales montrent que le taux d'obésité chez les enfants a également atteint un plateau [].

Une adaptation comportementale

Alors que l'obésité et le syndrome métabolique ne sont souvent considérés que comme des processus purement physiologiques et des mécanismes de base de la survie, beaucoup d'autres ont inscrit ces troubles dans un contexte plus social. Mankar (2008) a montré que les humains associent différents niveaux d'adiposité à leur statut social []. D'autres soutiennent que, au cours de l'histoire humaine, l'obésité a été un signe de richesse ou de fertilité, permettant à ceux qui sont devenus facilement obèses d'attirer plus de partenaires et de produire et élever davantage de progénitures []. En effet, certains des exemples les plus anciens d’art humain - les figurines du Vénus du Paléolithique - représentent des femmes au corps obèse et sont supposés être des symboles de fertilité []. Les humains sont une espèce hautement sociale et, par conséquent, les interactions sociales ont grandement contribué à façonner l'évolution humaine.

«L'hypothèse de changement de comportement» de Watve et Yajnik (2007) intègre des mécanismes à la fois sociaux et physiologiques dans une théorie unifiée des origines évolutives de la résistance à l'insuline et de l'obésité. Il soutient que les maladies métaboliques sont des sous-produits d'une adaptation socio-écologique qui permet aux humains de basculer entre des stratégies de reproduction et des stratégies socio-comportementales. Les stratégies qu’ils basculent sont la reproduction sélectionnée par le r et le sélecteur de K et le style de vie «plus fort et plus intelligent» (qu’ils qualifient de transition «soldat à diplomate»). La théorie de la sélection r / K traite du concept d'investissement parental dans la progéniture et du compromis entre qualité et quantité. Les organismes qui pratiquent la sélection «r» investissent plus d’énergie dans la production de nombreux produits, avec moins d’investissements dans les soins de chacun []. Il est favorisé lorsqu'une espèce est bien inférieure à la capacité de charge de son environnement []. Les organismes pratiquant la sélection K investissent beaucoup de temps et d’énergie dans leur progéniture, mais en produisent relativement peu []. Il est favorisé chez les espèces proches de la capacité de charge de leur environnement []. Les auteurs font valoir que les conditions environnementales et sociales qui favorisent une stratégie de reproduction «sélectionnée selon la méthode K» (telle qu'une densité de population élevée) sont identiques à celles qui favorisent une stratégie comportementale «diplomate» (telles que l'abondance de nourriture et le stress de la concurrence sociale), et l'insuline a évolué pour devenir un commutateur commun pour ces deux transitions.

Dans cette hypothèse, les stimuli environnementaux tels que l'abondance de nourriture, la densité de population, les facteurs de stress sociaux et autres servent de base au corps pour modifier son utilisation de l'insuline. Leur hypothèse repose sur l’idée que différents tissus ont différents niveaux de dépendance à l’insuline pour l’absorption du glucose, le tissu du muscle squelettique étant l’un des plus insulinodépendants et le tissu cérébral et placentaire étant l’un des plus indépendants de l’insuline []. En diminuant l'utilisation d'insuline par les muscles et autres tissus insulino-dépendants, l'insulinorésistance libère de l'énergie pour son utilisation dans le cerveau et / ou le placenta, facilitant ainsi le changement de stratégie comportementale et reproductive. Une plus grande quantité de glucose détourné vers le placenta pourrait entraîner une augmentation du poids du bébé à la naissance et la médiation du passage à une stratégie de reproduction choisie par K De plus, la résistance à l'insuline réduit l'ovulation, ce qui entraîne moins de progénitures et permet un investissement plus important dans chacune d'elles. Le fait de détourner le glucose des tissus musculaires vers le cerveau pourrait permettre de passer d'un style de vie de «soldat» à un mode de vie «diplomate». Lorsque la nourriture est rare, l'énergie est dirigée vers le muscle squelettique pour améliorer la capacité de recherche de nourriture, ce qui augmente la sensibilité à l'insuline. Lorsque la nourriture est abondante, le cerveau est plus important que les muscles pour la condition physique d'un animal social. Par conséquent, la sensibilité à l'insuline diminuerait afin d'allouer davantage de ressources au développement du cerveau. La signalisation de l'insuline dans le cerveau est impliquée dans de nombreux processus cognitifs. Les auteurs proposent que, lorsqu'une activité cérébrale intense est nécessaire, les taux plasmatiques d'insuline augmentent, ce qui permet une plus grande signalisation de l'insuline dans le cerveau. Étant donné que des taux plasmatiques d'insuline élevés peuvent entraîner une hypoglycémie, l'organisme développe une résistance périphérique à l'insuline pour compenser [].

L'hypothèse suggère une explication de l'association entre résistance à l'insuline et morbidité. Les auteurs notent que la testostérone élevée augmente l'agression masculine et est associée à un style de vie de «soldat», redistribuant la fonction du système immunitaire afin de mettre l'accent sur les tissus sous-cutanés en prévision d'un besoin accru de cicatrisation de la plaie []. Ils avancent que l'obésité abdominale associée au passage du style de vie de soldat à celui de diplomate a l'effet inverse: elle redistribue la fonction immunitaire de la périphérie vers le centre et la concentre sur des tissus plus centraux. Dans les modes de vie «diplomates» exagérés de la civilisation moderne, cette redistribution devient pathologique, ce qui ralentit la cicatrisation des plaies et augmente la réponse inflammatoire, laquelle a été associée à de nombreux troubles du syndrome métabolique []. Fait important, cela implique que la morbidité de la résistance à l'insuline est déterminée par les changements dans la réponse inflammatoire qui sont des sous-produits de la transition comportementale, et non à cause de l'insuline elle-même. Si cela est vrai, cela aura de profondes répercussions sur la gestion clinique de la résistance à l'insuline et de l'obésité. Mettre l'accent sur le contrôle des modifications immunologiques liées au syndrome métabolique pourrait faire davantage pour atténuer les maladies et la mortalité que de tenter de traiter l'obésité ou la résistance à l'insuline elles-mêmes [].

L'hypothèse de changement de comportement explique la pandémie moderne de maladies métaboliques causée par des stimuli environnementaux extrêmes: densité de population, urbanisation, concurrence sociale, accès calorique et modes de vie sédentaires exagérés à un degré jamais vu auparavant dans l'histoire humaine []. Comme pour la famille d'hypothèses «économes», les réponses physiologiques qui étaient adaptatives dans le passé sont devenues inadaptées dans les environnements modernes. Cela implique une stratégie de gestion clinique et épidémiologique très différente des directives de soins standard. L’hypothèse suggère fortement que les réformes sociales seront essentielles pour lutter contre l’obésité et le syndrome métabolique en tant que pandémie. L’hypothèse prédit que l’obésité et le diabète devraient être plus fréquents dans les zones à forte densité de population et à plus forte concurrence socioéconomique []. Réduire le surpeuplement dans les zones urbaines et réduire la concurrence sociale en réduisant les écarts de richesse et en rendant les sociétés plus égalitaires pourrait affecter cette réponse insulinique incontrôlable.

Origines non adaptatives de l'obésité

Bien que toutes les autres explications avancées jusqu'à présent dans cette revue reposent sur l'hypothèse selon laquelle l'obésité était autrefois un mécanisme d'adaptation de notre passé évolutif, le biologiste John Speakman affirme dans son "hypothèse de gène flottant" exactement le contraire: l'obésité est non adaptative et a à une fréquence élevée par le biais de processus évolutifs neutres (c.-à-d. aléatoires, non sélectifs),,].

L'hypothèse de Speakman est proposée comme une alternative directe à l'hypothèse de Neel. À travers des modèles statistiques, il soutient que si le cycle fête / famine était un moteur «toujours présent» de l'évolution humaine, comme le faisait valoir le TGH initial, même de petits avantages sélectifs pour une adiposité accrue auraient entraîné une quasi-fixation chez tous les humains au-dessus de 2 millions d'années d'évolution humaine []. Selon Speakman, si cette version du TGH est exacte, tous les êtres humains seraient obèses. Cependant, même dans les environnements très obésogènes des pays industrialisés modernes, seule une fraction de la population est obèse, tandis que d'autres semblent résistants à l'obésité []. En effet, comme mentionné précédemment, le taux d'obésité aux États-Unis a calé récemment []. Une explication possible est que toutes les personnes sujettes à l'obésité sont déjà devenues obèses, ne laissant aucune place à la croissance. Speakman soutient également que si l’économie est une adaptation post-agricole, comme le soutiennent Prentice et d’autres [], il n’ya pas eu assez de temps pour expliquer l’ampleur de l’épidémie d’obésité moderne, étant donné la faible contribution à l’adiposité conférée par les gènes associés à l’obésité identifiés jusqu’à présent.

Speakman fait également valoir que le cycle festin / famine du TGH n'est pas historiquement exact. Il note que, même si les périodes de pénurie alimentaire mineure sont relativement courantes, ces périodes n'entraînent pas une mortalité accrue. Les vraies famines qui entraînent une mortalité élevée ont été relativement rares au cours de l'histoire de l'humanité, et durant ces périodes, la mortalité la plus importante concerne les personnes très âgées et très jeunes et ne devrait donc pas être une force évolutive puissante [].

Selon Speakman, l'absence de contrainte sélective sur une forte adiposité, et non sur une adaptation, est un meilleur modèle pour expliquer la prévalence actuelle de l'obésité dans la société moderne. Pour expliquer ce qui aurait pu permettre cette absence de contrainte sélective, Speakman propose une hypothèse de «libération par prédation». Il a été démontré que la menace de prédation avait un impact sur la régulation du poids chez les proies. Les mammifères proies réduisent la taille de leur corps et leur temps de recherche de nourriture en présence de prédateurs [,]. Lorsque les prédateurs sont exclus à titre expérimental d’une zone, les campagnols des prés et des plaines augmentent leur poids corporel par rapport aux témoins]. En laboratoire, ces mêmes animaux diminuent leur masse corporelle lorsqu'ils sont exposés aux selles d'un prédateur, mais pas à celles d'un non-prédateur [,]. Ceci est censé protéger contre la prédation, étant donné que les animaux plus petits sont capables de se déplacer plus rapidement, s’intègrent dans un plus grand nombre de cachettes et constituent des proies moins attrayantes [].

Dans le passé, les humains archaïques étaient également soumis à une forte pression de prédation []. Cependant, à partir de 2, il y a environ un million d'années, avec l'essor du genre Homo, les humains archaïques ont développé une plus grande taille corporelle, une intelligence accrue, l'utilisation d'outils, et n'étaient plus soumis à la pression de prédation []. Selon Speakman, comme la prédation n’était plus importante, il n’y avait plus de forte pression sélective pour rester maigre. Ainsi, les gènes contrôlant la limite supérieure de poids corporel chez l'homme ont été libérés de toute contrainte sélective et soumis à une dérive génétique. Cela a permis à des mutations de se produire librement dans ces gènes, entraînant la perte ou la réduction de leur fonction chez certains individus et certaines populations []. Speakman soutient que la dérive génétique est une meilleure explication de la variabilité observée dans le poids corporel humain que les modèles basés sur l'adaptation.

L’hypothèse de Speakman a été critiquée sur quelques points, notamment parce qu’elle n’a pas tenu compte de l’impact profond de la famine sur la fertilité. En réfutation directe de l'hypothèse de Speakman, Prentice et al. (2008) [] a convenu avec Speakman que la mortalité pendant la famine n’était pas assez importante pour entraîner l’évolution d’un génotype économe, mais que l’effet profond de la famine sur la fertilité féminine a conduit à la sélection pour l’économie métabolique. Ils soulignent qu'une suppression presque complète de la fécondité a été observée au cours de famines historiques et que la fécondité peut être réduite de 30 à 50 pour cent pendant les saisons de famine normales en Gambie et au Bangladesh aujourd'hui. []. Ainsi, le TGH pourrait toujours être viable, car l’économie métabolique augmente la forme physique inclusive. Speakman a contré ces arguments en soulignant qu'après les périodes de famine, il y avait souvent un «rebond» de la fécondité, avec une augmentation des conceptions apparues pour compenser la période de faible fécondité pendant la famine [,].

Malgré la controverse, cette hypothèse a des implications intrigantes pour l’étude de l’obésité chez l’homme. Si des mécanismes existaient auparavant chez des humains qui supprimaient la prise de poids en réponse à des prédateurs, la découverte de mécanismes similaires chez les animaux pourrait permettre l'identification de gènes humains et de mécanismes métaboliques responsables du contrôle du poids corporel et des variations observées au sein des populations. Vrai ou pas, l'hypothèse de Speakman souligne la nécessité d'une meilleure compréhension de la régulation du poids corporel chez d'autres animaux ayant une gamme d'histoires d'évolution afin de véritablement comprendre les origines de l'obésité humaine.

En termes d'implications cliniques, si l'obésité est le résultat de mutations délétères et d'une dérive génétique, plutôt que d'un mécanisme adaptatif enraciné, elle peut être traitée comme une maladie hétérogène. Le fait d’étudier comment les personnes maigres (et d’autres animaux) régulent leur poids corporel peut aider à identifier les gènes qui ont été mutés chez les individus obèses. L’hypothèse de Speakman prédirait que de nombreux systèmes différents de régulation du poids pourraient avoir subi des mutations de perte de fonction en raison d’une dérive génétique, et que différents systèmes pourraient être affectés chez différents individus. La science moderne approche rapidement de l'ère de la génétique personnelle. Si la génétique de la limite de contrôle du poids corporel était bien comprise, les interventions de gestion du poids pourraient être adaptées à une personne en fonction de son profil génétique. Par exemple, les stratégies de gestion du poids seraient très différentes pour une personne dont l'obésité était causée par un problème génétique sous-jacent lié au contrôle de la prise de nourriture par rapport à une personne qui présentait une anomalie génétique du taux métabolique.

Conclusions

Dans cette revue, j'ai discuté de plusieurs hypothèses concurrentes importantes pour les origines évolutives de l'épidémie d'obésité. Ils sont résumés dans Tableau 1, avec des hypothèses supplémentaires répertoriées pour l’intérêt du lecteur. Ces hypothèses semblent disparates, mais ne sont pas nécessairement incompatibles. L'hypothèse de l'épigénome économe est un pont entre les hypothèses du gène économe et du phénotype économe. Il offre un mécanisme par lequel les phénotypes économes travaillent pour façonner le métabolisme in utero, tout en faisant les mêmes hypothèses sur les forces évolutives du génome que le TGH pose. L’hypothèse de changement de comportement n’est pas non plus incompatible avec la famille d’hypothèses économes. Les pressions exercées par la pénurie alimentaire (ou leur absence) sont un facteur important dans la médiation du basculement entre les stratégies de reproduction et de mode de vie. La pénurie alimentaire favorise un style de vie «soldat», tandis que l'abondance alimentaire favorise un mode de vie «diplomate». L'économie métabolique reste une force d'évolution importante dans l'hypothèse du changement de comportement. Enfin, malgré le fait que l’hypothèse du gène flottant ait été formée pour contester directement le TGH, il est possible que des éléments des deux hypothèses soient précis. La sélection des gènes économes aurait pu être accélérée dans un scénario de prédation-libération / absence de contrainte sélective. Dans un passé lointain, un équilibre peut exister entre l’économie métabolique et le contrôle du poids afin d’éviter la prédation, ce qui peut avoir pour conséquence une sélection limitée des gènes économes. Une fois que la menace des prédateurs a été éliminée et qu'il n'y avait plus de sélection pour la maigreur, il serait possible pour la sélection pour l'économie de décoller.

Tableau 1 

Résumé des hypothèses d'évolution du syndrome métabolique.

Bien que plus d'une hypothèse puisse être corrigée, il reste important de déterminer les origines évolutives précises de l'obésité. Malgré très peu de recherches rigoureuses à l'appui, tant les chercheurs que le grand public ont largement accepté le TGH. En conséquence, de nombreuses hypothèses ont été émises sur les causes de l'obésité sur la base de TGH, qui ont fortement influencé la recherche et la gestion clinique de l'obésité et du diabète. Des fonds de recherche substantiels ont été consacrés à la recherche des gènes «économe» insaisissables qui expliqueraient l'étendue de l'épidémie d'obésité, mais ceux qui ont été découverts n'expliquent l'obésité que dans une très petite fraction de la population ou augmentent le risque d'obésité de manière extrêmement réduite. les mesures. Un examen plus rigoureux de la validité du TGH pourrait conduire à une approche plus ciblée et plus efficace de l'étiologie de l'obésité. Chacune des hypothèses que j'ai évoquées suggère des stratégies de recherche très différentes.

Enfin, les mécanismes évolutifs permettant l’obésité sont très pertinents pour la gestion clinique et de santé publique de l’épidémie. Le TGH suggère que de simples changements dans le régime alimentaire et l'exercice physique devraient prévenir l'obésité. Bien que cela ait un sens intuitif, nous savons que cette stratégie est plus facile à dire qu'à faire. Bien que la plupart des hypothèses examinées puissent être corrigées par la correction du "décalage" entre l'environnement dans lequel évoluent les êtres humains et notre environnement moderne, il serait concevable de la combattre, d'autres hypothèses proposent des stratégies bien plus différentes et plus spécifiques le TGH. L'hypothèse d'un gène à la dérive implique qu'une stratégie plus axée sur la maladie, centrée sur les antécédents génétiques individuels, est nécessaire pour traiter l'obésité. Les hypothèses de phénotype et d’épigénome économes mettent l’accent sur in utero nutrition et implique que les changements de mode de vie apportés à l'âge adulte sont en grande partie futiles. Ces hypothèses revêtent une importance particulière pour lutter contre la montée de l'obésité dans les pays en développement. Enfin, l'hypothèse de changement de comportement suggère une stratégie de traitement du diabète et de l'obésité de type 2 radicalement différente, l'accent étant mis sur la lutte contre la réponse inflammatoire plutôt que sur ces troubles eux-mêmes. En outre, l'hypothèse de changement de comportement suggère que des réformes sociales et économiques radicales réduiront les causes sous-jacentes de l'épidémie d'obésité et freineront sa croissance.

Bien que toutes ces stratégies de gestion des cliniques ne soient pas incompatibles et pourraient certainement être appliquées en parallèle, étant donné les ressources limitées des établissements de santé mondiaux, il est clair que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour adapter les traitements et trouver ceux qui se révéleront les plus efficaces. Loin d’être une simple activité académique, l’étude de l’évolution humaine revêt une importance capitale pour la santé des humains modernes.

Abréviations

TGHhypothèse de gène économe
SNPpolymorphisme mononucléotidique
GWAassociation pangénomique
 

Note de l'auteur

Financement fourni dans le cadre du programme de bourses de recherche pour chercheurs diplômés de la National Science Foundation.

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