L’ostéocyte a longtemps été considéré comme une cellule « passive » enfermée dans la matrice.
Aujourd’hui, elle est véritablement considérée comme une cellule endocrine impliquée dans le remodelage osseux [26]. En effet, il a été démontré que l’ostéocyte était largement impliqué dans le contrôle de remodelage osseux en tant que cellule mécano-sensible [25, 276].
L’ostéocyte dispose de dendrites lui donnant l’aspect d’un neurone (Figure 6). Sa forme est variable selon sa localisation dans l’os et selon les pathologies. Il est plutôt allongé dans les os longs et arrondi dans les os plats [314]. L’étude de Van Hove et al. portait sur l’analyse morphologique des ostéocytes de 3 femmes présentant chacune soit de l’ostéopénie, de l’arthrose
Figure 4 Structure des os longs
ou de l’ostéopétrose [312]. Les ostéocytes de la femme arthrosique étaient relativement allongés. Ils étaient plutôt arrondis chez la femme ostéopénique et également arrondis mais plus petits pour la femme présentant une ostéopétrose. Ces données sont à analyser avec un regard critique dans la mesure où il s’agit d’une étude portant sur seulement trois femmes. En effet, les ostéocytes de 5 patients arthrosiques présentaient cette fois une forme arrondie et des dendrites désorganisées [150].
Les résultats divergent mais les effectifs sont encore trop faibles pour pouvoir conclure sur la morphologie des ostéocytes en cas d’arthrose.
Les lacunes ostéocytaires dans lesquelles se trouvent les ostéocytes ont été étudiées par certaines équipes. Cela permettait d’avoir des informations sur la surface, le taux d’occupation et l’apoptose, l’apoptose étant la mort cellulaire programmée [38]. Un travail de revue de la littérature m’a permis d’identifier les études ayant mesuré le taux d’apoptose (et la densité) et le taux d’occupation des lacunes ostéocytaires (lacunes vides versus lacunes pleines) en fonction des pathologies, des espèces et de la localisation de ostéocytes. L’ensemble de ces données est présenté dans le Tableau 1.
Figure 5 Os sous chondral d'un condyle fémoral humain d’après Clark et Huber [62].
Cartilage non calcifié
Tidemark Cartilage
calcifié Plaque sous
chondrale
Os trabéculaire
Au regard de ces travaux, et pour synthétiser, nous constatons que l’ostéonécrose et l’ostéoporose sont des pathologies entraînant une augmentation de l’apoptose des ostéocytes [47, 77, 91, 177, 192, 193, 216, 328]. De plus, l’ostéoporose secondaire induite par le traitement aux glucocorticoïdes semble entrainer plus d’apoptose à la cinquième vertèbre lombaire que l’ostéoporose induite par ovariectomie [177].
Concernant l’arthrose, très peu de données existent au sujet de l’apoptose des ostéocytes. La tête de fémur de coxarthrosiques ne présentait pas plus d’apoptose comparativement à une population contrôle [77]. Un troisième groupe d’ostéoporotiques présentait des valeurs bien supérieures aux groupes précédents [77]. Une autre étude rapportait un taux d’apoptose extrêmement faible à la tête de fémur d’arthrosiques [47]. Ces deux études ne comportaient pas d’analyse de l’os sous chondral.
En revanche, une fois inclus, il a été rapporté un taux d’apoptose plus élevé chez les gonarthrosiques en comparaison aux contrôles [150].
Figure 6 Ostéocytes d’os sous chondral cortical chez l’un de nos rats mâles Wistar observés au microscope à lumière blanche (grossissement x400). Les dendrites sont visibles en périphérie des ostéocytes, rappelant un neurone.
Un taux d’apoptose trop élevé peut s’avérer être une souffrance de l’os, l’apoptose représentant un processus de mort cellulaire. Cependant, c’est davantage le taux d’occupation des lacunes qui indique si l’os est pathologique ou non. Effectivement, il a été montré que le taux d’occupation des lacunes ostéocytaires était un indicateur de qualité osseuse [268]. Dans cette étude, le taux d’occupation était inversement corrélé avec le nombre de microfractures [268]. Chez des chevaux présentant un syndrome naviculaire, il a été observé que la dégénérescence arthritique était associée à une faible masse osseuse, une faible connectivité ostéocytaire et une faible densité ostéocytaire [16]. De plus, si la densité lacunaire de l’os sous chondral du tibia était équivalente entre gonarthrosiques et contrôles, Jaiprakash et al. a également montré que les lacunes vides des
gonarthrosiques étaient significativement plus nombreuses que pour le groupe contrôle [150]. Le taux d’occupation était d’environ 40% en cas d’arthrose contre 60% sans arthrose [150].
Ainsi, l’apoptose peut permettre d’expliquer les variations observées du taux d’occupation des lacunes ostéocytaires (lacunes vides versus lacunes pleines). Cependant, ces observations ne vont pas toujours dans ce sens. En effet, il a souvent été observé des taux d’occupation similaires entre ostéoporotiques et contrôles [77, 148]. Au contraire, Maurel et al. observaient plus de lacunes vides chez les rats ostéopéniques que chez les rats contrôles [216]. Ce dernier résultat est davantage en accord avec les résultats des taux d’apoptose présentés dans le paragraphe précédent.
La divergence peut venir du fait que le marquage de l’apoptose reflète une action à un temps « t », tandis que le taux d’occupation est le résultat à long terme de différents processus de mort cellulaire (apoptose, nécrose, autophagie) [38, 142, 156].
Je me suis intéressé à la surface des lacunes ostéocytaires. Je n’ai pas trouvé de littérature scientifique distinguant la surface des lacunes vides de la surface des lacunes pleines. En outre, je n’ai pas trouvé de littérature mettant en exergue les effets de l’activité physique sur le taux d’occupation. Donc, j’ai cherché des informations sur la surface des lacunes indépendamment du taux d’occupation.
Il a été montré que la surface des lacunes était augmentée dans des modèles d’ostéopénie [177, 216, 294]. Les variations de surface peuvent être le reflet de la viabilité cellulaire et de la capacité des ostéocytes à contrôler la matrice environnante. Il a été postulé que l’augmentation de surface des lacunes pourrait être un facteur important de la perception des contraintes mécaniques [178]. Les conclusions actuelles vont dans le sens d’une augmentation de surface en condition pathologique [177, 216, 291, 294]. Cependant, deux autres études ont montré que des traitements n’ont pas diminué cette surface [306, 317]. La surface était même augmentée chez des femmes ménopausées ostéoporotiques traitées [317]. Les principales caractéristiques de ces études ont été reprises dans le Tableau 2 à la page 36. Les résultats de ces travaux de thèse remettront encore en doute l’hypothèse selon laquelle l’augmentation de la surface est délétère à l’os.
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Tableau 1 Apoptose des ostéocytes et taux d’occupation des lacunes ostéocytaires en fonction des pathologies. articlespopulationlocalisation des ostéocytespathologiemarquage de l’apoptoseordre de grandeur de l’apoptose et taux d’occupation Calder et al. (2004) [47] Patients : prothèse hanchetête de fémur -ostéonécrose -arthroseTUNEL-ostéonécrose : 13% ( à 15%) -arthrose : 0,6% (0,5 à 0,8%) Cardosoet al. (2009) [49] Sprague-Dawley femelles âgées de 16 semaines Ulna, os cortical fatigue induite par contraintes mécaniques caspase-3 + H2AX + EPO (enumeration of pyknotic osteocytes)
2 à 29 % Delgado-Calleet al. (2011) [77] Patients : prothèse hanchetête de fémur (partie centrale, os sous chondral exclu)
- ostéoporose - arthrose - contrôle (cadavres) caspase-3 immuno- histochimie + taux d'occupation
Caspase-3 : - ostéoporose : 53% - arthrose : 40% - contrôle : 41% Occupation : - ostéoporose : 60% - arthrose : 73% - contrôle : 64% Emertonet al. (2010) [91] C57BL/6J femelles de 17 semainesDiaphyse fémur OvariéctomieCaspase-3 + pyknotic osteocytes
Caspase-3 : - OVX : 9% - OVX+anti-apoptose = Sh = Sh+anti-apoptose 2 à 4% Follet et al. (2007) [103] Sprague-Dawley femelles de 6 moisulna cortical fatigue induite par contrainte mécanique
caspase-312 à 78 OCY/mm²
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Iwamotoet al. (2008) [148] Sprague-Dawley femelles de 3 moisdiaphyse tibiaostéopénie induite par glucocorticoides + traitement Risédronate
Taux d'occupationOccupation (%) : - Ctrl : 70.3 ± 3.9 - GC : 67.5 ± 5.0 Densité (n/mm²) : - Ctrl : 417 ± 30 - GC : 417 ± 22 Jaiprakashet al. (2012) [150] Patients : prothèse genou Ctrl : cadavres
plateau tibial arthroseTUNEL-arthrose : 60% -Ctrl : 35% Jiaet al. (2011) [156] Souris Swiss- Webster mâlesfémur distal ostéopénie induite par glucocorticoidesTUNEL (pas très clair) Os trabéculaire : 2 à 5% Os cortical : 2 à 7% Kennedyet al. (2012) [168] Sprague-Dawley femelle 6 mois
ulna cortical fatigue induite par contrainte mécacaspase-3J3 (distance à la zon /mm²) : - <100µm : 650 - 100-200µm : 200 - 200-300µm = Ctrl : J7 (distance à la zon /mm²) : - <100µm : 200 à 35 - 100-200µm : 80 - 200-300µm = Ctrl : Laneet al. (2006) [177] Swiss-Webster mice mâles/femelles 6 mois L5 : os trabéculaire ostéopénie : - GC (♂) - OVX (♀) TUNEL1)Ctrl : 1.9 ± 1.1% 2)GC : 3.9 ± 1.0% *( 1) 3)Sham : 1.0 ± 0.5% 4)OVX : 1.2 ± 0.6%
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Lirani-Galvaoet al. (2010) [193] Wistar femelles 12 semainesOs cortical du tibia (métaphyse proximale) OvariéctomieSous forme de % : caspase-3 + TUNEL
IDEM PAPIER CTI 20 + Caspase-3 (%) : - Sham+NAME : 1 - OVX+NAME : 4 - OVX+LIES+NAME : 5 TUNEL (%) : - Sham+NAME : 3 - OVX+NAME : 2 - OVX+LIES+NAME : 1 Lirani-Galvaoet al. (2009) [192] Wistar femelles 12 semainesOs cortical du tibia (métaphyse proximale)
OvariéctomieSous forme de % : caspase-3 + TUNEL
Caspase-3 (%) : - OVX : 24 - OVX+LIES : 8 - Sham : 11 TUNEL (%) : - OVX : 18 - OVX+LIES : 11 - Sham : 8 Maurel et al. (2011) [216] Wistar mâles 8 semainesDiaphyse tibiaostéopénie induite par alcoolisationcaspase-3Caspase-3 (n/mm²) : - ostéopénie : 190 - contrôle : 20 Caspase-3 (%) : - ostéopénie : 5,6 - contrôle : 0,7 lacunes vides (n/mm²) - ostéopénie : 340 - contrôle : 250 van Essenet al. (2007) [311] femmes ostéoporotiques ménoposées
os iliaqueostéoporsosecaspase-3 immuno- histochimie + taux d'occupation 2 ansaprès : pas de ≠ apoptose (6%) mais ta occupation raloxifene (91%) > placebo (89%
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Wuet al. (2013) [328] Lapins New-Zelandépiphyses fémorales (tête + condyles) ostéopénie induite par glucocorticoidesTUNEL (épifluorescence) + caspase-3 (Western blot) TUNEL (% ?) : - glucocorticoides : 1 - gluco+inhibiteur : 2 - contrôle : 10
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Tableau 2 Surface des lacunes ostéocytaires en fonction des pathologies. articlespopulationlocalisation des ostéocytespathologiesurface (et volume) des lacunes ostéocytaires Laneet al. (2006)[177] Swiss-Webster mice mâles/femelles 6 moisL5 : tos rabéculaire ostéopénie : - GC (♂) - OVX (♀)
Surface en µm² ± SD : 1)Ctrl : 67.1 ± 5.1 2)GC : 91.8 ± 4.4*(vs1 & 3)Sham : 73.0 ± 5.0 4)OVX : 82.0 ± 4.3*(vs1) Maurel et al. (2011) [216] Wistar mâles 8 semainesDiaphyse tibiaostéopénie induite par alcoolisationC≈ 21 ± 5 µm² A35 ≈ 29 ± 5µm² Sharma et al. (2012) [291] Sprague Dawley femelles 20 semainesDiaphyse tibiaOVXVolume (µm3 ) des lacune (NS) : - OVX : 393 ± 92 - Sham : 352 ± 30 Sissonset al. (1984) [294] Sprague-Dawley mâles 1 mois versus 1 anDiaphyse fémorale - endocort. - intracorti.
restriction calciumcomparativement à C, restriction Ca augmente surface (22 versus 30 µm sur os nouvellement form (surtout chez rats jeunes os lamellaire) Tommasini et al. (2012)[306] Sprague-Dawley femelles 6 moisDiaphyse fémorale - endocort. - intracorti. - périoste OVX + traitement Volume (µm3 ) des lacune - OVX : 248 - Sham : 266 - ALN : 237 - PTH : 268 /!\ : mm3 dans l'article.
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Vigorita & Suda (1983) [317] femmes ménopausées ostéoporotiques os iliaqueostéoporsose + traitement vit.D + Ca + fluoride
traitement : ↗ surf. Lac cellularité Villarinoet al. (2006) [318] Wistar mâles 200 gMaxillairediabèteComparativement au ctr - densité lac. tot.↘ - densité lac. OCY↘ - lacunes vides↗ - surf. lac. ≈