Etude pharmacologique de la voie de signalisation impliquée dans l 'apoptose des péricytes rétiniens

Sissi Houel Denis, Ulriche

Description

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 29 30 CHAPITRE I LA RETINOPATHIE DIABETIQUE I-LE DIABETE SUCRE ET SES COMPLICATIONS Connu dès l’Antiquité égyptienne et gréco-romaine, le diabète doit son nom à la perte urinaire excessive qui le caractérise sur le plan clinique, celle-ci étant accompagnée d’une soif intense. Le diabète sucré est caractérisé par une élévation permanente de la glycémie et la présence de sucre dans les urines. La classification internationale du diabète sucré et des anomalies de la tolérance au glucose se fonde sur des caractéristiques cliniques, correspondant à deux mécanismes pathogéniques différents. Le diabète sucré est ainsi subdivisé en diabète insulino-dépendant (dit de type I) ou non insulino-dépendant (dit de type II), selon la nécessité vitale de recours à l’apport d’insuline, présente dans le premier type, absente dans le second. L’insuline, hormone hypoglycémiante, est sécrétée par les cellules β des îlots de Langerhans du pancréas. Elle stimule l’absorption du glucose sanguin par les tissus dits insulino-dépendants (le foie, le muscle squelettique et le tissu adipeux) et son stockage sous forme de glycogène (glycogenèse). Dans le foie, l’insuline inhibe également les voies métaboliques de la production de glucose (la néoglucogénèse et la glycogénolyse). 1-Le diabète insulino-dépendant ...

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ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

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  CHAPITRE I   LA RETINOPATHIE DIABETI UE     I-LE DIABETE SUCRE ET SES COMPLICATIONS   Connu dès l’Antiquité égyptienne et gréco-romaine, le diabète doit son nom à la perte urinaire excessive qui le caractérise sur le plan clinique, celle-ci étant accompagnée d’une soif intense. Le diabète sucré est caractérisé par une élévation permanente de la glycémie et la présence de sucre dans les urines. La classification internationale du diabète sucré et des anomalies de la tolérance au glucose se fonde sur des caractéristiques cliniques, correspondant à deux mécanismes pathogéniques différents. Le diabète sucré est ainsi subdivisé en diabète insulino-dépendant (dit de type I) ou non insulino-dépendant (dit de type II), selon la nécessité vitale de recours à l’apport d’insuline, présente dans le premier type, absente dans le second. L’insuline, hormone hypoglycémiante, est sécrétée par les cellules β   des îlots de Langerhans du pancréas. Elle stimule l’absorption du glucose sanguin par les tissus dits insulino-dépendants (le foie, le muscle squelettique et le tissu adipeux) et son stockage sous forme de glycogène (glycogenèse). Dans le foie, l’insuline inhibe également les voies métaboliques de la production de glucose (la néoglucogénèse et la glycogénolyse).   1-Le diabète insulino-dépendant (type I ou DID)   Atteignant dans la plupart des cas l’enfant et l’adulte jeune, le diabète sucré de type I (également nommé diabète juvénile) est lié au développement d’une auto-immunité la (présence d’anticorps plasmatiques dirigés contre les cellules d’îlots) responsable de la destruction des cellules β  insulino-sécrétrices des îlots de Langerhans pancréatiques. Il entraîne donc une carence absolue et définitive en insuline. Il représente environ 10% des cas de diabète sucré dans les pays occidentaux. Le rôle de facteurs environnementaux dans la pathogenèse du diabète de type I a été suggéré depuis longtemps. Les principaux facteurs incriminés, identifiés à partir d’observations épidémiologiques, seraient des composants alimentaires, tels que des composés riches en nitrosamines (Dahlquist, 1998) et une alimentation lactée (lait de vache) (Knip et Akerblom, 1999) ou des infections virales (virus du groupe des entérovirus, comme coxsakie B) (Viskari et al., 2000).

 

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  Le traitement thérapeutique du diabète de type I consiste en des injections journalières d'insuline, associées à un régime alimentaire finement contrôlé en glucose et en amidon.   2-Le diabète sucré non insulino-dépendant (type II ou DNID)   Cette forme clinique du diabète sucré est de loin la plus fréquente dans les pays développés (plus de 80% des diabétiques) et atteindrait plus de 2 % de la population mondiale. L’installation du diabète de type II est généralement insidieuse. Le DNID survient majoritairement après 40 ans chez les sujets obèses et sa prévalence augmente avec l’âge. De ce fait, il porte également le nom de «diabète gras» ou «diabète mature». Si les processus physiopathologiques impliqués dans la maladie sont de mieux en mieux connus, ses causes initiales restent mal définies. Deux grands mécanismes participent à l’hyperglycémie : 1 -Une résistance du foie, des tissus musculaires et adipeux à l’action de l’insuline ( l’insulinorésistance ) : le défaut de la sensibilité à l’insuline fait intervenir d'une part une réduction du nombre des récepteurs à l’insuline associée à une altération des mécanismes cellulaires en aval du récepteur et d'autre part une réduction du nombre des transporteurs membranaires, dépendants de l’insuline, permettant l’entrée cellulaire du glucose et des corps gras. Il en résulte une diminution du métabolisme du glucose par le foie, le muscle et le tissu adipeux et une augmentation des niveaux lipidiques circulants (triglycérides, acides gras libres). Le diabète sucré de type II est souvent associé à l’excès de poids. La surcharge en masse grasse de l’organisme majore la résistance à l’action de l’insuline et favorise ainsi l’éclosion du diabète sucré. Le surpoids apparaît cependant plus comme un facteur précipitant la révélation du diabète qu’un facteur étiologique direct. 2 -Une anomalie de la sécrétion d’insuline (a) en valeur absolue ou (b) relative aux besoins: les phases précoces du diabète de type II sont en effet caractérisées par une hyperinsulinémie  et une hyperglycémie  mais la sécrétion est inadéquate et insuffisante en regard des besoins accrus en insuline générés par l'insulinorésistance périphérique. Au cours de l’évolution de la maladie, une baisse progressive de la phase sécrétoire est observée, résultant d'une baisse de la sensibilité des cellules β au stimulus glucosé associée à une perte en masse de ces cellules par apoptose, induite par l’hyperglycémie (Kaneto et al.,  1996) et l’hyperlipidémie (Shimabukuro et al.,  1998a). On parle ainsi aujourd’hui de glucotoxicité et lipotoxicité. Le patient atteint de DNID présente alors une hyperglycémie à jeun. Cette maladie est généralement traitée par une réduction de la charge pondérale (régime alimentaire et exercice physique), associée ou non à la prise d’anti-diabétiques oraux, comme les biguanides et des thiazolidinediones qui sensibilisent à l’action de l’insuline, améliorant

 

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  l'insulinorésistance, et/ou des sulfonylnurées et des glinides qui stimulent la sécrétion d'insuline.   3- Les complications chroniques du diabète sucré   Si les complications aiguës métaboliques (comme l’hypoglycémie) se raréfient grâce à la meilleure prise en charge, à l’éducation et à l’auto-surveillance des diabétiques, les complications chroniques demeurent le lourd tribut du diabète sucré au long cours.   La normalisation insuffisante et inconstante de la glycémie par les traitements médicamenteux en constitue la cause principale. De plus, le caractère quasi asymptomatique de l’hyperglycémie modérée au long cours favorise sa négligence et expose largement à la survenue des complications. Les complications dégénératives du diabète sucré sont classiquement divisées en deux groupes principaux: la macroangiopathie (maladie des gros vaisseaux), la microangiopathie (maladie des petits vaisseaux).   La macroangiopathie  désigne, d’une manière générale, l’ensemble des lésions artérielles allant de l’altération discrète de l’intima à l’obstruction complète de certains vaisseaux, entraînant une ischémie du territoire périphérique correspondant. Chez le sujet diabétique, elle se traduit principalement par une athérosclérose accélérée.   La microangiopathie consiste en des lésions des petits vaisseaux de l’organisme (artérioles, veinules et capillaires) de diamètre inférieur à trente microns. Elle se caractérise par des anomalies structurales, telles qu’un épaississement de la membrane basale des microvaisseaux, et des anomalies fonctionnelles comme une augmentation de la perméabilité qui s’accompagne d’une fuite de protéines plasmatiques. Ces lésions microvasculaires sont retrouvées, à des degrés variables, au niveau de divers tissus et organes mais leur expression clinique est seulement manifeste au niveau rénal (néphropathie), neuronal (neuropathie) et rétinien (rétinopathie)   II-LA PHYSIOPATHOLOGIE DE LA RETINOPATHIE DIABETIQUE   La rétinopathie diabétique, localisation oculaire de la microangiopathie diabétique, constitue la première cause de cécité acquise dans les populations en âge de travailler (20-70 ans), la dégénérescence maculaire étant la première cause chez les personnes âgées (> à 70 ans).    

 

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  1-Structure et fonction des microvaisseaux rétiniens   Localisée à l’intérieur du globe oculaire, postérieure à la cornée, entre l’endothélium pigmentaire et l'humeur vitrée, la rétine neuronale comporte (Figure 1): - un étage de réception formé par les cellules photoréceptrices: cônes et bâtonnets - un étage de transmission représenté par les cellules bipolaires et ganglionnaires La partie neuronale de la rétine est séparée du lit vasculaire choroïdien par l'épithélium pigmentaire, et du vitré par une membrane nommée limitante interne. Deux étages de cellules impliquées dans la transmission des signaux nerveux sont visibles: les cellules de la nucléaire externe qui transmettent le signal juste après la photoréception, et les cellules bipolaires situées entre les cellules de la nucléaire externe et les cellules ganglionnaires qui envoient le signal au niveau du nerf optique.

Lit m icrovasculaire rétinien: veinule artèriole capillaires

Lim itante interne C ellules ganglionnaires Étage de transm ission Plexiform e interne N ucléaire interne (cellules bipolaires) Plexiform e externe N ucléaire externe Lim itante externe  Étage de réception Photorécepteurs Epithélium pigm entaire Lit vasculaire choroïdien

  Figure 1 : représentation schématique d’une coupe transverse de la rétine humaine   L'apport de substrats métaboliques et d'oxygène par le sang dans la rétine est assuré par la présence d'un lit microvasculaire inégalement réparti dans deux régions, majoritairement à la surface de la rétine mais également enfouis dans la couche de cellules bipolaires (Figure 1). Les microvaisseaux rétiniens sont constitués de deux types cellulaires, les cellules endothéliales formant une monocouche sur la membrane basale du coté luminal du microvaisseau, et les péricytes enfouis dans la membrane basale (Figure 2). La rétine est le

 

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  tissu où le rapport entre les cellules endothéliales et les péricytes est le plus élevé (1:1) chez l’Homme (Speiser et al., 1968).

Membrane basale Péricyte Cellules endothéliales

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Figure 2 : Coupe transversale d'un capillaire rétinien

    Les cellules endothéliales participent à la formation et à la fonction de la barrière hémato-rétinienne (BHR), également constituée des péricytes et des cellules neuronales (cellules de Müller). La BHR, rendue étanche par l’existence de jonctions serrées entourant les cellules de l’endothélium et par le contact avec les cellules de Müller et les péricytes, contrôle les échanges entre le sang et les espaces extra-vasculaires par voie transcellulaire sélective active. Les cellules endothéliales participent également à la régulation de phénomènes physiologiques. Elles jouent en effet un rôle important dans la régulation du tonus vasculaire en sécrétant des agents vaso-dilatateurs comme la prostaglandine PGI 2   (Moncada et al., 1976) et le monoxyde d’azote (NO) (Furchgott, 1966), ainsi que des vaso- constricteurs tels que les endothélines (endothéline-1, -2,-3) (Yanagisawa et al., 1988) et les prostaglandines PGH 2  et TxA 2  (Moncada et Vane, 1978). Les cellules endothéliales interviennent également dans la régulation de la fibrinolyse en produisant l’activateur du plasminogène tissulaire (tPA) et l'inhibiteur-1 de l'activateur de plasminogène (PAI-1) (Grant et Guay, 1991). Enfin, elles constituent le lieu de synthèse de facteurs de croissance (Brooks et al., 1991) ou de constituants protéiques de la membrane basale, tels que la fibronectine, le collagène IV ou la laminine (Mandarino et al., 1993).   Les péricytes, nommés également cellules murales, par leur localisation, semblent jouer un rôle dans l’intégrité et la fonction de la paroi capillaire. Les péricytes pourraient avoir une activité contractile et moduler le tonus microvasculaire (Kelley et al., 1987), de façon similaire aux cellules musculaires lisses dont ils dériveraient. Comme les cellules

 

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  endothéliales, ils synthétisent des constituants de la membrane basale (Mandarino et al., 1993), ils participent à la régulation du tonus vasculaire en produisant par exemple des prostacyclines, vasodilatatrices, (Hudes et al., 1988) et interviennent également dans le contrôle de l'hémostase en sécrétant la trombospondine, molécule d'adhésion des plaquettes à l'endothélium, et le PAI-1 (Canfield et al., 1989). Malgré leur localisation à l'intérieur de la membrane basale, les péricytes émettent des prolongements cytoplasmiques permettant des contacts directs avec les cellules endothéliales par des jonctions gap, des molécules d'adhésion ou la sécrétion de facteurs solubles, mais ils interagissent probablement aussi avec les cellules de la rétine neuronale (Ruggiero et al., 1997). Ils joueraient ainsi un rôle important dans la régulation du métabolisme des cellules endothéliales. Il a été montré in vitro que les péricytes réduisent la croissance des cellules endothéliales (Orlidge et D’amore, 1987), stimulent leur synthèse de prostaglandines (PGI 2 ) ou les protègent contre le stress oxydant (Yamagishi et al., 1993), et contrôleraient également leur prolifération en activant le TGF- (Transforming Growth Factor-) (Antonelli-Orlidge et al., 1989).   2-Altérations de la structure et de la fonction des microvaisseaux rétiniens   L’atteinte micro-circulatoire survenant au cours de la rétinopathie diabétique est probablement multifactorielle. Plusieurs mécanismes intriqués, résultant de facteurs généraux et locaux jouent un rôle dans la genèse et l’évolution de la microangiopathie rétinienne.   2-1-Les phases cliniques de la rétinopathie diabétique   Bien que l’expression clinique de la rétinopathie diabétique varie temporellement d’un malade à l’autre, trois phases d’atteinte distinctes ont pu être définies (Figure 3):    La phase non-proliférante, préclinique : Les premières modifications structurales des microvaisseaux rétiniens, observées au cours du diabète, sont un épaississement de la membrane basale (Ashton, 1974), une disparition sélective (parce que seule visible ?) des péricytes (Cogan et al., 1961) et une altération des cellules endothéliales, comme leur prolifération (Engerman et al., 1967). Certains microvaisseaux voient même la disparition des péricytes et des cellules endothéliales par apoptose entraînant l’apparition de capillaires acellulaires (Engerman, 1989; Mizutani et al., 1996). Il en résulte une baisse de la résistance mécanique de la paroi vasculaire favorisant la formation de microanévrismes, qui peuvent générer des microhémorragies. Ces lésions structurales induisent d’autre part un défaut de la

 

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  barrière hémato-rétinienne (BHR), qui se caractérise par une hyper-perméabilité. Il en résulte une transsudation des liquides intravasculaires (oedèmes) et d’exsudats lipidiques. L’augmentation du flux sanguin et de la pression vasculaire, associés aux défauts structuraux de la paroi, contribuent largement à la formation des microanévrismes et à l’apparition de petites hémorragies et accentuent également l'hyper-perméabilité au niveau de la BHR. La viscosité des constituants sanguins (hyperagrégabilité des plaquettes, baisse de la fibrinolyse) se trouve également augmentée favorisant la formation de microthrombi, probablement au niveau des capillaires acellulaires. Ces phénomènes contribuent ainsi à l'occlusion des capillaires et la non-perfusion de territoires rétiniens (Lorenzi et Gerhardinger, 2001).

 

Hyperglycémie

Microvaisseaux rétiniens

ANOMALIES STRUCTURALES ANOMALIES FONCTIONNELLES Épaississement de la membrane basale Atteintes de l’ hémodynamique rétinienne: Disparition des péricytes - flux sanguin Altération des cellules endothéliales - pression vasculaire Atteintes de l’ hémostase: - viscosité   -agrégation  plaquettaire Phase non-proliférante

Capillaires acellulaires Défauts de la barrière hémato-rétinienne Formation de microanévrismes Hémorragies en point Exsudats lipidiques Oedème Occlusion des capillaires Hypoxie

Libération de facteurs de croissance Néovascularisation Cécité

Phase proliférante

  Figure 3: Les phases cliniques du développement de la rétinopathie diabétique

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  La phase pré-proliférante: Les altérations structurales et fonctionnelles conduisent à l’occlusion des capillaires rétiniens et/ou la formation d’exsudats menant à l’œdème rétinien. L’ensemble de ces modifications coopèrent pour induire une non-perfusion des capillaires avec une ischémie.   La phase proliférante: L’ischémie résultante stimule l’extravasation et la prolifération des cellules endothéliales par la production locale de facteurs de croissance dans les régions ischémiées, en particulier le VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) (Aiello et al., 1994), aboutissant à la formation de néovaisseaux intrarétiniens. Le développement d’une néovascularisation proliférante avec des néovaisseaux fragiles entraîne les conséquences les plus graves pour la vision par des décollements de la rétine, des hémorragies dans le vitré, qui peuvent mener à la cécité (Frank et al., 1995).   2-2-Les modifications structurales et fonctionnelles au cours de la rétinopathie diabétique.   La composition cellulaire, la structure et la fonction des microvaisseaux rétiniens sont fortement altérés au cours de la rétinopathie diabétique.   2-2-1-La membrane basale   La première manifestation histologique visible de la rétinopathie consiste en un épaississement de la membrane basale (Ashton et al., 1974), résultant de l’augmentation de la synthèse de ses composants protéiques. En effet, en comparaison avec des sujets sains, des diabétiques montrent une augmentation des niveaux des transcrits du collagène IV (Roy et al.,   1994), composant structural essentiel de la membrane basale, et de la fibronectine (Roy et al.,   1996), composé protéique localisé tout particulièrement au niveau des zones de contacts entre les deux types cellulaires. L’augmentation de l’expression de ces protéines pourrait être induite par l’hyperglycémie (Cagliero et al.,  1991b). Mais l’épaississement de la membrane basale résulterait également de la formation et de l’accumulation d’AGE, qui lui confèrent une résistance aux protéases (Mott et al., 1997) et limitent ainsi la protéolyse.   2-2-2-Les péricytes   Une des altérations caractéristiques de la rétinopathie, concomitante à l’épaississement de la membrane basale, est la disparition précoce des péricytes, abaissant le rapport

 

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  numérique péricytes/cellules endothéliales de 1 à 0,3 et même à 0,1 pour les stades ultimes de la maladie chez l’Homme (Cogan et al., 1961). Des travaux récents réalisés à partir de rétines humaines prélevées post-mortem chez des patients diabétiques de longue durée ont permis de proposer que les péricytes mourraient par apoptose, également nommée mort cellulaire programmée. La détection des péricytes apoptotiques a été effectuée in situ  sur les rétines entières par la méthode TUNEL (terminal UDP nick end labelling), qui consiste à marquer les fragments d’ADN résultant d’un clivage internucléosomal (Mizutani et al., 1996). Une autre équipe, après purification des péricytes de rétines de patients diabétiques, a montré par la technique de la RT-PCR une augmentation de l’expression du gène d’une protéase impliquée dans l’apoptose, la caspase-3 ou CCP32 (Cystéine Proteases Protein 32 kDa) (Li W et al.,   1999). Venant à l’appui de ces données, une étude récente sur des péricytes rétiniens de diabétiques décrit la surproduction de la protéine Bax, une protéine pro-apoptotique appartenant à la famille des Bcl-2 (Podesta et al., 2000).   2-2-3-Les modifications morpho-fonctionnelles de la barrière hémato- rétinienne et de l’endothélium rétinien   Au cours du diabète, les propriétés de la barrière hémato-rétinienne, constituée des trois types cellulaires (cellules endothéliales, péricytes et cellules de Müller), est affectée. Le passage trans-cellulaire de solutés et de protéines plasmatiques serait en effet augmenté par un accroissement de l’endocytose des cellules endothéliales (Gardiner et al.,  1995) et de la transcytose de constituants plasmatiques (Stitt et al., 2000a et b). L’augmentation du transport trans-endothélial semble impliquer les cavéoles, microdomaines membranaires capables de s’invaginer et de former des vacuoles intracellulaires (Stitt et al.,  2000a). Ce processus d’internalisation a été décrit comme stimulé par le facteur de perméabilité VPF (vascular permeability factor)/VEGF (Feng et al.,  1999), augmenté dans la rétine de patients diabétiques au cours de la phase précoce de la maladie (Mathews et al., 1997). D’autre part, le passage para-cellulaire de solutés serait également modifié, du fait d’une altération de la morphologie et de la perméabilité des jonctions serrées. Parmi les différents composants protéiques, l’occludine et ZO-1 et ZO-2 représentent des protéines essentielles dans la fonction de la BHR L’occludine est une protéine transmembranaire reliée aux plaques protéiques cytosoliques de ZO-1 et ZO-2 (Zonula Occluden), elles-mêmes connectées aux filaments d’actine (Fanning et al., 1999). Le rôle des cellules neuronales dans la perméabilité de la BHR a été montré. Elles participent notamment à la synthèse des protéines des jonctions serrées, telles que la ZO-1 (Gardner et al.,  1997). La diminution de l’expression de

 

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