1.7. Les Microparticules
1.7.5. Interaction avec les cellules vasculaires
Les MP vasculaires sont en contact direct avec les cellules circulantes, mais c’est avec l’endothélium que survient la majorité des interactions cellules-MP [Martinez et al., 2005]. Pour cette raison, ce sont les CE qui ont reçu le plus d’attention, autant au niveau de la production et des effets des MP d’origine endothéliale, que de la réponse de l’endothélium aux MP. Certains effets sont présentés dans le tableau 1.3 [Dignat-George et al., 2011, Yong et al., 2013].
Au niveau de l’endothélium, les MP causent généralement une augmentation du stress oxydant, des marqueurs inflammatoires et de l’angiogenèse, ainsi qu’une dysfonction endothéliale. Les MP d’origine endothéliale peuvent initier la coagulation, activer les neutrophiles, favoriser l’adhésion des monocytes et stimuler l’angiogenèse. Elles peuvent également affecter la vasodilatation et être impliquées dans la régulation de la perméabilité vasculaire et la prolifération des CML. Les lymphocytes-T sont en mesure de produire des MP qui peuvent stimuler les CE, transférer du facteur tissulaire aux plaquettes, et causer une dysfonction endothéliale.
Bien que les MP circulantes soient séparées de la media par l’intima, elles sont en mesure de traverser cette barrière et d’agir directement sur la media, particulièrement en condition pathologique impliquant une dysfonction endothéliale [Martinez et al., 2005]. Dans un contexte expérimental, la plupart des études sur la fonction des MP sur la media consistent à dénuder mécaniquement l’endothélium d’un vaisseau explanté
avant de l’incuber en présence de MP. Ce dénudement ainsi que la chirurgie pour explanter le vaisseau entraînent une blessure qui cause une inflammation pouvant modifier la réponse observée. Inversement, les CML peuvent également produire des MP. En effet, le facteur tissulaire extracellulaire activé retrouvé dans la paroi artérielle endommagée et dans les plaques d’athérome dériverait, en partie, des MP produites par les CML [Schecter et al., 2000]. De plus, la capacité de ces MP apoptotiques à former des thrombus corrèle avec la présence du facteur tissulaire fonctionnel à leur surface [Brisset et al., 2003].
Ces interactions entre les MP et la fonction vasculaire sont certainement un processus important dans le maintien d’une homéostasie vasculaire finement régulée. Lorsque cet état d’équilibre est perturbé, le profil de MP est modulé et ces changements jouent vraisemblablement un rôle dans de nombreuses conditions pathologiques. Leur rôle bénéfique sur la condition du patient ou leur contribution à la progression de la pathologie demeure cependant toujours des questions débattues [Dignat-George et al., 2011].
1.7.6. Implication pathologique
Les MP sont un sujet qui suscite un intérêt grandissant autant pour leur utilisation comme outil diagnostique, que parce qu’elles sont de plus en plus reconnues comme prenant activement part aux processus pathologiques. Dépendamment de la condition pathologique étudiée, l’intervention des MP peut être bénéfique ou délétère [Hugel et al., 2005]. Les pathologies impliquant une modulation des taux de MP circulantes sont nombreuses et elles ont comme point commun une atteinte vasculaire, inflammatoire ou un état prothrombotique [Burnier et al., 2009]. Les plus citées sont le diabète [Omoto et al., 2002, Ogata et al., 2005], la pré-éclampsie [Tesse et al., 2007, Redman et al., 2008, Marques et al., 2013], le syndrome cardiométabolique [Agouni et al., 2008, Agouni et al., 2011], l’infection au virus d’immunodéficience humain (VIH) [Gris et al., 1996], le choc septique [Reid et al., 2012], l’athérosclérose [Leroyer et al., 2007] et l’hypertension [Preston et al., 2003].
Cette modulation du taux de microparticules en fait un marqueur pathologique potentiel. De nouveaux outils diagnostiques verront certainement le jour au cours des prochaines années. Même s’il est difficile de conclure sur le rôle général des MP dans la progression pathologique, leur utilisation en thérapie a été proposée. En effet, il est envisageable de produire des MP autologues in vitro et de les utiliser chez le patient. Ces MP pourraient être transduites pour exprimer une protéine d’intérêt qui serait transférée aux cellules cibles [Benameur et al., 2010].
Tableau 1.3 - Principaux effets des microparticules de différentes origines sur les cellules endothéliales
Fonction Provenance cellulaire Tissu, cellule, ou animal testés Effets Mécanisme Références
Coagulation Toutes NA Procoagulant Facteur tissulaire (MP endothéliales et Phosphatidylsérine externalisée monocytaires)
[Shet et al., 2003, Owens et
al., 2011]
[Kasthuri et al., 2012]
Stress oxydatif
Endothéliales Aortes de rats (ex vivo) Dysfonction endothéliale Augmente O2-, diminue NO [Brodsky et al., 2004]
Endothéliales Endothéliales Augmente les ERO NADPH oxydase XO Burger et al., 2011, Burger [Terrisse et al., 2010,
et al., 2012]
Lymphocytes Endothéliales Augmente les ERO NADPH oxydase ou XO (Augmentation O2-) [Yang et al., 2008, Mostefai et al., 2008a]
Monocytes Endothéliales Augmente les ERO NADPH oxydase et XO COX Découplage de NOS [Essayagh et al., 2007] Lymphocytes T Endothéliales Diminue les ERO Augmente le NO Augmentation et activation de eNOS Implication de ERK et PI
3K [Agouni et al., 2007]
Monocytes Endothéliales Augmente les ERO Augmente le NO Implication de PI3K, ERK1/2 et Caveolin-1 [Mastronardi et al., 2011a]
Inflammation
Leucocytes
(polymorpho.) Endothéliales Inflammatoire IL-6 et MCP [Mesri et al., 1999] Lymphocytes T Monocytes Inflammatoire TNFα, IL-1β [Scanu et al., 2008] Monocytes bronchiques Épithéliales Inflammatoire IL-8 et MCP-1 [Cerri et al., 2006] [Neri et al., 2011] Monocytes,
endothéliales Podocytes Inflammatoire IL-6 et MCP-1 [Eyre et al., 2011] Endothéliale Rat Lésion pulmonaire aiguë TNFα, IL-1β [Densmore et al., 2006] [Buesing et al., 2011] Sang patient
septique Souris Inflammation cœur et poumons Augmentation de iNOS COX-2 et NF-κB [Mastronardi et al., 2011b]
Angiogenèse
Plaquettes HUVEC Prolifération, survie, migration et formation de tubes Voie liée à un GPCR et un RTK [Kim et al., 2004] Plaquettes Rat Augmentation des capillaires après ischémie du myocarde VEGF, FGF-2, PDGF [Brill et al., 2005] Plaque d'athérome HUVEC (in vitro) Augmentation de la prolifération Dépendant du ligand CD40 [Leroyer et al., 2008a] Plaque d'athérome Balb/C (nue) Souris Augmentation de l'angiogenèse Dépendant du ligand CD40 [Leroyer et al., 2008a]
Lymphocytes T
(Shh +) Endothéliales (Eahy 926) Formation de structures capillaires (in vitro) Augmentation de facteurs proangiogéniques Dépendant de Shh [Soleti et al., 2009] Lymphocytes T
(Shh +) Souris post ischémie Augmentation de la circulation après 21 jours Activation de la voie Shh [Benameur et al., 2010] Lymphocytes T
CEM cornée (in vivo) Aorte (ex vivo) Inhibition de l'angiogenèse Production de ERO [Yang et al., 2008] Lymphocytes T
CEM Souris Lewis (modèle cancer du poumon) Inhibition de l'angiogenèse Réduction de la densité capillaire, du niveau de VEGF et de la taille de la tumeur [Yang et al., 2010, Yang et al., 2012]
Apoptose
Sang patient
hypertension Cellules endothéliales progénitrices sénescence et apoptose H2O2 production, NA [Huang et al., 2010] Sang patient
sclérodermique Cellules endothéliales progénitrices Apoptose Phagocytose des MP riche en acide arachidonique cause l’apoptose [Distler et al., 2011] Lymphocytes T Macrophages Apoptose ERK1/2 activation [Huber et al., 2007]
Adapté des résultats de [Burger et al., 2013]
Abréviations de l’anglais : O2-, anion superoxyde; NO, nitric oxide; ERO, espèces réactives de l’oxygène; NADPH, nicotinamide
adenine dinucleotide phosphate; XO, xanthine oxidase; COX, cyclooxygenase; NOS, nitric oxide synthase; ERK, extracellular signal- regulated kinase; PI3K, phosphatidylinositide 3-kinases; IL, interleukin; MCP-1, monocyte chemoattractant protein-1; TNF-α, tumor
necrosis factor-α; NF, nuclear factor; HUVEC, human umbilical vein endothelial cell; GPCR, G-protein coupled receptor; RTK,
récepteur à activité tyrosine kinase; VEGF, vascular endothelial growth factor; FGF-2, fibroblast growth factor-2; PDGF, platelet-derived
Figure 1.15 - Mécanismes d’action potentiels pour les microparticules
Il existe plusieurs modes d’interaction potentiels entre les MP et leurs cibles. A) Les MP sont reconnues pour leurs propriétés procoagulantes. B) Les MP érythrocytaires sont en mesure de capturer le NO produit par les CE, diminuant sa disponibilité pour les CML. C) La production de ERO par les MP peut influencer l’état de contraction du muscle lisse. D) La présence de MMP à la surface de certains types de MP les associe à un rôle au niveau du remodelage de la MEC. E) Les MP peuvent interagir avec des récepteurs de surface sur certaines cellules. Ce mode d’interaction MP-cellule cible est le plus documenté. F) Finalement, la fusion et le transfert de matériel représentent un mode d’interaction mis en évidence récemment. Le transfert d’ARN et de microARN pourrait influencer l’expression de certaines protéines. (Adaptée de [Burger et al., 2013])
Abréviations de l’anglais : ERO, espèces réactives de l’oxygène ; MMP, matrix metalloproteinase ; eNOS, endothelial nitric oxide
synthase, MEC, matrice extracellulaire.
Les patients infectés par le VIH ont une prédisposition à souffrir d’athérosclérose et d’autres maladies cardiovasculaires. Cependant, le mécanisme responsable de cet effet reste mal compris. Mayne et al. ont étudié l’état d’activation des plaquettes et des MP dérivées des plaquettes chez les patients séropositifs. Ils ont montré que l’augmentation de l’activation des plaquettes et des MP plaquettaires contribue à l’augmentation des risques cardiovasculaires et de thrombose chez les patients séropositifs [Mayne et al., 2012].
Martin et al. montrent que les MP dérivées des lymphocytes T in vitro causent une induction de la dysfonction endothéliale dans les artères de conductance et de résistance par l’altération de la signalisation du NO et des prostacyclines. Ces résultats ont été obtenus in vitro suite à l’incubation d’aorte de souris avec des MP d’origine humaine. Ces résultats montrent des effets délétères de l’augmentation du niveau des MP circulantes impliquées dans différentes pathologies cardiovasculaires et immunitaires [Martin et al., 2004].
Inversement, d’autres travaux montrent que des MP de la même origine cellulaire expriment la protéine Sonic hedgehog (Shh) à leur surface [Martinez et al., 2006], puis que l’injection de ces MP chez des souris améliore la capacité de l’endothélium à produire du NO et renverse la dysfonction endothéliale après une ischémie- reperfusion [Agouni et al., 2007]. Ces effets ont pu être bloqués par la présence de la cyclopamine, un inhibiteur spécifique de Shh et par une interférence ARN du récepteur Patched. Ces MP pourraient représenter une nouvelle avenue thérapeutique pour le traitement des dysfonctions endothéliales [Agouni et al., 2007]. Ces résultats contradictoires montrent l'importance des modèles utilisés. Ils sont probablement la conséquence des différences de procédures (in vitro ou in vivo) ainsi que de la façon de produire les MP (phytohémagglutinine ou actinomycine D dans le cas de Martin et al. et phytohémagglutinine, phorbol-12- myristate-13-acetate et actinomycine D dans le cas de Martinez et al.).
Le choc septique est une pathologie impliquant une augmentation du taux de MP, principalement d’origine plaquettaire. Cette pathologie résulte généralement d’une infection bactérienne incontrôlée et entraîne une réponse immunitaire systémique impliquant la relâche massive d’agents vasodilatateurs, notamment le NO [Stoclet et al., 1999, Marik, 2003, Assreuy, 2006]. Cette condition pathologique entraîne donc un état d’hypotension généralisé, réfractaire aux traitements vasopresseurs et qui met en péril l’irrigation des différents organes. Cette condition sévère et aiguë résulte en un taux de mortalité de l’ordre de 40 à 60% lors de l’atteinte de l’état le plus grave, soit le choc septique [Galley et al., 1996, Balk, 2000, Levy et al., 2003, Cauwels et al., 2011]. Le taux de MP circulantes retrouvé dans le sang des patients en choc septique est plus élevé que chez les personnes saines, particulièrement en raison de l’augmentation des MP plaquettaires [Nieuwland et al., 2000, Aras et al., 2004, Mostefai et al., 2008b]. Soriano et al. démontrent une corrélation positive entre le niveau de MP circulantes et la survie des patients en choc septique [Soriano et al., 2005]. Tel que mentionné précédemment, ces MP sont en mesure d’interagir avec le système vasculaire et d’influencer la balance des agents vasoactifs par une action directe sur le NO, mais aussi via leurs interactions avec l’endothélium et les CML.
Mostefai et al. ont réalisé des études chez le rat traité avec des MP isolées du plasma de sujets humains en choc septique [Mostefai et al., 2008b] (Fig. 1.16). Ils montrent que les MP ont un effet protecteur sur la fonction vasculaire en cas de choc septique via l’augmentation de la sensibilité à certains agonistes vasocontractiles, dont la sérotonine. Cet effet a été démontré à la fois en condition normale et sur des rats traités aux lipopolysaccharides pour simuler un choc endotoxinique [Mostefai et al., 2008b].
Figure 1.16 - Dosage par cytométrie en flux des microparticules sériques de patients en choc septique
L’augmentation du taux de MP observée en condition de choc septique est principalement attribuable à l’augmentation des MP d’origine plaquettaire (CD41+). On observe également une augmentation des MP provenant des cellules endothéliales (CD146+), des lymphocytes (L-sélectine, CD62L+) et des plaquettes activées (P-sélectine, CD62P+) tandis que les MP dérivé des leucocytes (CD45+) diminuent. (Adaptée de [Mostefai et al., 2008b])
Abréviations de l’anglais : SMPs, septic microparticles
Mortaza et al. ont inoculé des rats sains avec des MP provenant du sérum de rats en péritonite ou non. Ils observent une diminution de la tension artérielle, une augmentation des ERO, de l’activité du facteur nucléaire (NF de l’anglais nuclear factor)-κB et une induction de la NO synthase inductible (iNOS de l’anglais inducible nitric oxide synthase) associée à une augmentation de la production de NO. L’activation de la eNOS était quant à elle diminuée [Mortaza et al., 2009].
Mastronardi et al. ont analysé l’effet de l’injection de MP de patients, septiques ou non, chez des souris pour une période de 24 heures. Le cœur, les poumons, le foie et les reins ont été analysés pour l’expression de la COX-2, iNOS et eNOS ainsi que la mesure du NO et du O2-. Les résultats rapportés sont très variables d’un
organe à l’autre, rendant leur interprétation difficile. Globalement, les résultats suggèrent que les MP exercent des effets différents en fonction des tissus et que ces MP pourraient contribuer à la dysfonction des organes observée au cours du choc septique [Mastronardi et al., 2011b].
La disparité des résultats présents dans la littérature quant à la réponse des vaisseaux aux MP de patients en choc septique et isolées de lymphocytes T est attribuable à plusieurs causes. La diversité des protocoles expérimentaux de production (stimulation des cellules avec différents produits) ou de récolte de MP (condition des patients) ainsi que le choix du modèle (cellules en monocouche, animaux modèles) et des paramètres d’incubation (temps, température) sont des facteurs pouvant influencer les résultats obtenus. En raison de ces différences dans les résultats, il est difficile de trancher quant aux rôles précis des MP sur la fonction
vasculaire en condition pathologique et de leur attribuer un rôle bénéfique ou délétère [Perez-Casal et al., 2009, Perez-Casal et al., 2011].
De plus, de nombreuses études sur les MP ont été réalisées dans un contexte xénogénique, c’est-à-dire que des MP humaines sont injectées chez un animal modèle. Ces études ne représentent donc pas fidèlement la réalité d’un contexte de tissu humain physiologique. La rareté des vaisseaux humains pour la recherche, la variabilité interindividuelle et les conditions pathologiques omniprésentes rendent l’étude des MP laborieuse.
Toujours est-il que les MP représentent un phénomène complexe encore mal compris. Comment réagiraient- elles dans un contexte entièrement humain? De nouvelles expériences sont nécessaires pour le déterminer.