Chapitre 1. Généralités sur l'arthrose : épidémiologie et facteurs de risque
1.2 Le cartilage et les chondrocytes
1.2.3 Composition du cartilage
Les fonctions primaires du cartilage articulaire sont de lubrifier la surface des
articulations permettant un mouvement sans douleur et à faible frottement des surfaces
articulaires opposées. Le cartilage facilite la répartition des charges, minimisant ainsi les
contraintes sur l'os sous-chondral sous-jacent (Buckwalter et al., 2005). Cette fonction est
attribuée à sa MEC hautement organisée. La capacité du cartilage articulaire à résister à la
compression résulte principalement de la présence de PGs. La forte densité des charges
négatives des chaînes de glycosaminoglycanes (GAG) sulfatés des PGs, entraîne une pression
osmotique élevée et une rétention d’eau par le réseau de fibres de collagène. La résilience à la
traction et la résistance du cartilage, d'autre part, sont causées par le réseau de fibres de
collagène de type II. Elles sont également importantes pour les propriétés fonctionnelles
dynamiques du cartilage. Les propriétés biomécaniques du cartilage articulaire dépendent
donc du maintien de teneurs élevées en PG et en collagène dans la matrice.
Les chondrocytes, le seul type de cellule résidant dans le cartilage articulaire, sont
responsables de la production, de l'organisation et de l'entretien de la MEC du cartilage
articulaire et sont donc responsables de l'intégrité du cartilage.
Plus de 70% du cartilage articulaire est composé d'eau, les chondrocytes ne représentent
que 1% à 2% de son volume total. Le support interstitiel des fluides peut représenter plus de
90% de la capacité portante de l'articulation. La majeure partie du poids sec du cartilage
correspond à deux composants: le Col II et l’agrécane. Plusieurs collagènes «mineurs» et
petits PGs contribuent également à l'organisation structurale unique de la matrice de cartilage
(Goldring et al., 2017).
1.2.3.1 Les Chondrocytes
Les chondrocytes articulaires matures ne présentent aucune activité mitotique détectable
et maintiennent un métabolisme stable qui établit un équilibre entre les processus anaboliques
et cataboliques. La matrice péri-cellulaire qui entoure les chondrocytes a une composition
unique de microfibrilles de Col VI et d'autres protéines de matrice, telles que le perlecan, le
biglycan, l'agrécane et le Col IX, ainsi qu’un polysaccharide, le hyaluronane. Les
chondrocytes existent dans un environnement à faible tension d'oxygène-allant de 10% de la
tension artérielle normale à la surface du cartilage à moins de 1% dans la zone profonde, et la
consommation d'oxygène par les chondrocytes est très faible comparée à celle d'autres types
des cellules. Dans la plaque de croissance et le cartilage articulaire, des facteurs de survie
intracellulaire tels que le facteur inducible à l'hypoxie 1α (HIF-1α) aident les chondrocytes à
s'adapter aux changements environnementaux et à maintenir des activités physiologiques
associées à l'anabolisme cartilagineux et à la différenciation des chondrocytes (Goldring and
Goldring, 2016). Les chondrocytes articulaires adultes, qui dérivent de chondrocytes au repos
ou de réserve qui ont synthétisé la matrice du cartilage d'origine au cours de la chondrogénèse,
sont inactifs métaboliquement, en raison de l'absence d'une alimentation vasculaire et
d'innervation du tissu.
Le chondrocyte adulte a la capacité de répondre aux stimulations mécaniques, aux
facteurs de croissance et aux cytokines qui peuvent influencer l'homéostasie d'une manière
positive ou négative. Chez les personnes atteintes d'arthrose, le chondrocyte joue un rôle clé
en réagissant aux changements structuraux de la MEC par la production de cytokines
cataboliques et de facteurs anabolisants qui agissent de manière autocrine-paracrine. Le
chondrocyte a cependant une capacité limitée pour maintenir l'homéostasie du cartilage, qui
diminue avec l'âge (Goldring et al., 2017).
1.2.3.2 La matrice extracellulaire
La MEC est composée d’une phase aqueuse contenant des macromolécules structurales
(collagènes, PGs, protéines non collagèniques, polysaccharides et glycoprotéines)
synthétisées par les chondrocytes. Chaque chondrocyte est responsable de la mise en place et
de la maintenance d'un microenvironnement spécialisé dans sa région (Poole et al., 2001).
L'interaction entre la phase liquide et les macromolécules permet la rétention d’eau dans la
matrice, ce qui est crucial pour maintenir les propriétés mécaniques uniques du cartilage. Le
liquide tissulaire représente 80% du poids humide du cartilage articulaire. Il s'agit
essentiellement d'eau mais contient également des gaz dissous, de petites protéines, des
métabolites et une forte concentration de cations pour équilibrer les PGs chargés
négativement. Environ 30 % de l'eau existe dans l'espace intra-fibrillaire dans le collagène et
semble exister sous forme de gel, tandis qu'un faible pourcentage est contenu dans l'espace
intracellulaire. Le reste est contenu dans l'espace poreux de la matrice. En plus de fournir la
lubrification, le flux d'eau à travers le cartilage et à travers la surface articulaire aide à
transporter et distribuer des nutriments aux chondrocytes.
1.2.3.2.1 Collagènes
Parmi les macromolécules structurales de la matrice, les collagènes sont les plus
abondants, contribuant à environ 60% du poids sec du cartilage articulaire. Spécifiquement, le
collagène de type II représente 90-95% des collagènes dans la matrice. Les types de collagène
I, IV, V, VI, IX, X et XI contribuent à une proportion mineure et servent à former et à
stabiliser le réseau de fibrilles de collagène de type II qui s'entrecroisent avec les PGs.
L'organisation de ce maillage serré qui s'étend à travers le tissu fournit la rigidité en traction,
la cohésion et la force du cartilage articulaire (Eyre, 2002; Sophia Fox et al., 2009) (Figure. 5).
1.2.3.2.2 Protéoglycanes
Le deuxième groupe de macromolécules dans la matrice est les PGs. Il existe deux
grandes classes de PGs: les grosses molécules (agrécanes) et les plus petits PGs (décorine,
biglycan et fibromoduline) (Roughley and Lee, 1994).
Les agrécanes interagissent avec l'acide hyaluronique (long polysaccharide) et les
protéines de liaison pour former de grands complexes de PGs. Cette interaction aide à ancrer
les PGs dans la matrice et confère au cartilage ses propriétés osmotiques, ce qui est essentiel à
son rôle dans la résistance aux charges de compression (Hardingham et al., 1994; Knudson
and Knudson, 2001; Watanabe et al., 1998).
Au contraire, les petits PGs non-agrégatifs ne contribuent pas directement au
comportement mécanique du cartilage articulaire. Cependant, ils diffèrent par la composition
et la fonction du GAG. La décorine et le biglycan possèdent respectivement 1 et 2 chaînes de
sulfate de dermatane, tandis que la fibromoduline possède plusieurs chaînes de sulfate de
kératine. La décorine et la fibromoduline interagissent avec les fibrilles de collagène de type
II dans la matrice et jouent un rôle dans la fibrillogenèse et les interactions interfibrillaires. Le
biglycan se trouve principalement dans l'environnement immédiat des chondrocytes, où ils
peuvent interagir avec le collagène VI (Buckwalter and Mankin, 1998; Hedlund et al., 1994;
Poole et al., 1996) (Figure 5).
Figure 5 La matrice extracellulaire du cartilage. Trois catégories de macromolécules existent dans le cartilage
articulaire: les collagènes (principalement le collagène de type II); les PGs (principalement agrécane);
-d'autres protéines non collagèniques (y compris la protéine de liaison, la fibronectine, la protéine de matrice
oligomère de cartilage), des PGs plus petits (biglycan, décorine et fibromoduline). (Heinegård and Saxne, The