c) Les cellules souches et progénitrices vasculaires

Les cellules souches adultes sont probablement une population hétérogène de différents types cellulaires, incluant des cellules immatures et des cellules à différents stades de différenciation. Au cours de l’ischémie, le tissu recrute des cellules angiogènes, qui sont impliquées dans la restauration du réseau vasculaire. De nombreux tissus comme le cœur, la paroi vasculaire, la moelle osseuse, semblent contenir des réservoirs de cellules souches et progénitrices avec un potentiel angiogène. Les capacités régénératives de ces cellules d’origine différente sont variables et dépendent de plusieurs mécanismes, selon le type de cellules souches et le tissu ischémique concerné (Silvestre et al., 2013).

Mobilisation des cellules souches et progénitrices

Au cours de la vasculogenèse, différents types de cellules souches et progénitrices endothéliales prolifèrent et se différencient en cellules endothéliales matures. Il s’agit de cellules souches hématopoïétiques (CSH), de précurseurs myéloïdes, de cellules souches mésenchymateuses (CSM) ou encore de cellules souches cardiaques (Urbich et Dimmeler, 2004). La plupart sont situées dans les niches ostéoblastiques et vasculaires de la moelle osseuse. Les pathologies ischémiques affectent ces niches et induisent la mobilisation transitoire des différents types de cellules souches. Takahashi et coll. ont montré qu’effectivement, la mobilisation des précurseurs endothéliaux est stimulée par l’ischémie mais également par le traitement avec la cytokine GM-CSF (granulocyte macrophage-colony stimulating factor) (Takahashi et al., 1999). Cette mobilisation a lieu sur une période de 7 heures à 7 jours après l’initiation de l’ischémie. L’activation et la mobilisation des cellules de la moelle sont contrôlées par plusieurs cellules, par des cytokines incluant les CSF (colony- stimulating factors) et par diverses molécules angiogéniques. Ces facteurs peuvent induire le relargage de protéases telles que les MMP2 et 9 et l’élastase produite par les neutrophiles.

Mécanismes d’action des cellules souches et progénitrices

Une fois mobilisées dans le sang périphérique, les cellules sont recrutées au niveau du territoire ischémique pour contribuer à la revascularisation et à la régénération. Elles

-53-

peuvent ensuite se différencier en cellules vasculaires ou relarguer des facteurs pour un effet paracrine (tels que des facteurs de croissance, des molécules vasoactives ou des interleukines) ou encore interagir directement avec le tissu. Ces mécanismes sont complémentaires et dépendent du type ou sous-type des cellules souches et progénitrices.

Différents types de cellules souches adultes dérivées de la moelle

La moelle osseuse contient une large variété de cellules souches adultes et a longtemps été considérée comme la source principale de cellules souches et de cellules progénitrices. De nombreuses études ont montré que ces cellules myéloïdes pouvaient se différencier en particulier en cellules avec un phénotype endothélial. Plusieurs facteurs influencent leur différenciation : VEGF, VEGFR2, FGF2, GM-CSF et IGF-1. La différenciation peut dépendre également des petites vésicules membranaires ou des microparticules générées par des cellules endothéliales apoptotiques ou activées par l’inflammation locale, probablement à travers la production de ROS (espèces oxygénées réactives).

Le rôle majeur des progéniteurs pourrait être de relarguer des facteurs angiogéniques et artériogéniques et contribuer alors à la formation de vaisseaux par un mécanisme paracrine. Par exemple, les cellules mononucléaires de la moelle injectées dans un cœur ischémique sécrète FGF2, VEGF et Ang-1 ce qui leur permet d’accroître la densité capillaire et vasculaire et le flux sanguin local (Kamihata et al., 2001; Tse et al., 2007). Chez l’homme, ces cellules dérivées de la moelle, après infarctus, sécrètent un cocktail de plus de 25 facteurs et cytokines avec des activités pro-angiogéniques, incluant l’angiogénine, VEGFA, HGF, FGF9 et IGF-1. Parmi les cellules mononucléaires myéloïdes, il existe différents sous-groupes qui affichent un potentiel angiogène.

L

Leesscceelllluulleessssoouucchheesshhéémmaattooppooïïééttiiqquueess

Les cellules hématopoïétiques (CSH, cellules progénitrices hématopoïétiques, plaquettes, monocytes…) participent au processus de revascularisation dans l’ischémie du membre inférieur (Iwase et al., 2005) et permettent de diminuer la taille de la cicatrice et d’accroître la densité capillaire dans un modèle d’infarctus du myocarde (Ma et al., 2005). Elles peuvent relarguer des facteurs angiogéniques tels que le VEGFA, des angiopoïétines, des MMPs, qui facilitent alors l’angiogenèse ou elles peuvent se différencier en cellules endothéliales.

L

Leesscceelllluulleessssoouucchheessmméésseenncchhyymmaatteeuusseess

Les cellules de la moelle incluent aussi une petite population de cellules souches mésenchymateuses (CSM) caractérisées par leur adhésion au plastique, par l’expression de marqueurs de surface (CD73, CD90 et CD105), par l’absence de marqueurs hématopoïétiques (CD34, CD45, CD19, CD11a et HLA-DR), et par leur différenciation en

-54-

ostéoblastes, adipocytes et chondrocytes in vitro. Ces cellules favorisent la revascularisation du tissu ischémique (Baksh et al., 2007; Iwase et al., 2005; R. Z. Lin et al., 2012; D. M. Smadja et al., 2007).

De plus, les CSM sécrètent des facteurs solubles qui altèrent le micro-environnement tissulaire, ce qui peut jouer un rôle plus important que leur transdifférenciation, dans la réparation du tissu. Les CSM humaines et murines relarguent un grand nombre de facteurs pro-angiogéniques tels que des facteurs de croissance (VEGF, FGF2, FGF7, IGF, PDGF, PlGF, TGF-β, Cyr61), des protéases (MMP1, MMP2, MMP9) et des facteurs impliqués dans la mobilisation et le recrutement des cellules souches et progénitrices (SCF, G-CSF) (Estrada et al., 2009; Silvestre et al., 2013).

L

Leesscceelllluulleesspprrooggéénniittrriicceesseennddootthhéélliiaalleess

Deux types de cellules progénitrices endothéliales (CPE) existent : les CPE précoces et les CPE tardives. Elles stimulent toutes deux la vascularisation (Asahara et al., 1999; Asahara et al., 1997) mais par des mécanismes différents. Les CPE précoces sont moins différenciées et n’intègrent pas la couche des cellules endothéliales. Elles agissent plutôt de façon paracrine. L’administration de milieu conditionné provenant d’une culture de CPE précoces a des effets pro-angiogéniques similaires à ceux observés avec l’injection directe des CPE dans l’ischémie de la patte (Di Santo et al., 2009). Au contraire, les CPE tardives sont plus différenciées et s’incorporent dans l’endothélium. Elles ont un fort potentiel prolifératif et peuvent former des structures tubulaires. Ces deux populations ont probablement des effets complémentaires puisqu’administrées simultanément, elles agissent de façon synergique dans un modèle d’ischémie du membre inférieur (Yoon et al., 2005).

L’activité paracrine des CPE implique le relargage de facteurs de croissance qui initient la néogenèse vasculaire dans le territoire ischémique. Elles sécrètent VEGF, HGF, G-CSF et GM- CSF dans le milieu extracellulaire, mais également des protéases (MMP, uPA) responsables de la dégradation de la matrice extracellulaire et du relargage des facteurs de croissance séquestrés dans cette matrice.

De plus, comme les CPE ont un phénotype endothélial et qu’elle produise eNOS (endothelial nitric oxide synthase), elles sont sans doute capables de produire du monoxyde d’azote (NO). Ce NO à travers ses activités vasodilatatrices et sa rapidité à activer MMP9 localement, favorise la revascularisation post-ischémique.

Bien que destinées à se différencier en cellules endothéliales, les CPE ont aussi la capacité de se différencier en cardiomyocytes ou présenter une plasticité relative, incapable de se différencier en cellules endothéliales matures mais suffisamment pour mimer une activité de

-55-

cellules endothéliales et servir comme composants pour le développement de tubes vasculaires. Certaines cellules peuvent également se différencier en cellules musculaires lisses et participer au remodelage vasculaire.

Autres cellules progénitrices impliquées dans la revascularisation

L

Leesscceelllluulleesspprrooggéénniittrriicceessmmuussccuullaaiirreesslliisssseess

Le mécanisme d’action des cellules progénitrices musculaires lisses (CPML) semble aussi être basé sur le potentiel relargage paracrine de molécules vasoactives. Une analyse protéomique du sécrétome de ces cellules a montré qu’elles produisent quelques enzymes protéolytiques et des cytokines inflammatoires et qu’elles ont seulement une capacité invasive limitée. Le milieu conditionné obtenu à partir de cultures de CPML a aussi révélé un potentiel angiogénique très limité sur la formation de tubes endothéliaux (Simper et al., 2010). Cependant, les CPML amplifient l’effet de l’injection de CPE dans un modèle d’ischémie critique de la patte (Foubert et al., 2008). Elles semblent relarguer Ang-1, qui se lie à son récepteur Tie-2 à la surface des CPE, favorisant le recrutement et l’incorporation des CPE dans le réseau vasculaire préexistants.

L

Leesscceelllluulleesspprrooggéénniittrriicceessccaarrddiiaaqquueessrrééssiiddeenntteess

Comme énoncé précédemment, bien que les capacités de régénération du myocarde soient généralement considérées comme pauvres, les cellules progénitrices cardiaques peuvent se différencier en différentes lignées cellulaires telles que les myocytes, les cellules endothéliales et les cellules musculaires lisses et permettent donc de stimuler la néovascularisation et la population en cardiomyocytes dans le cœur lésé (Beltrami et al., 2003; Leri et al., 2011; Tang et al., 2010). Cependant, les mécanismes permettant cet effet thérapeutique et principalement le mécanisme de différenciation in vivo sont toujours controversés, plusieurs études ayant rapporté des effets contradictoires (Cochain et al., 2013). Il a été néanmoins suggéré que le bénéfice des cellules progénitrices cardiaques était lié à une activité paracrine qui pourrait entre autres activer les cellules progénitrices cardiaques endogènes (Tang et al., 2010).