Chapitre 1 – La sténose valvulaire aortique : présentation clinique et physiopathologique
1.2 La physiopathologie de la sténose valvulaire aortique
1.2.1 Généralités
La SVA est une pathologie caractérisée par la fibro-calcification des feuillets de la valve aortique conduisant à un défaut fonctionnel de la valve aortique (Figure 1-8)95.
Figure 1-8 : Observations macroscopiques d'une valve saine (à gauche) et d'une valve sténosée (à droite) et ayant accumulé des dépôts calciques (en rouge) et fibrotiques (en bleu)95.
La SVA a longtemps été considérée comme une pathologie dégénérative en lien avec l’âge et se traduisant par un dépôt passif de calcium dans les feuillets de la valve aortique. De nos jours, de nombreuses études ont permis d’affirmer que la SVA est une physiopathologie active, complexe et multifactorielle impliquant une infiltration de lipoprotéines, une inflammation chronique, la transdifférentiation ostéoblastique des VICs et la calcification de la valve aortique96,97.
D’après la revue de Dweck et al., il y a 3 grandes étapes dans la physiopathologie de la SVA : l’inflammation, qui correspond à l’étape initiale et comprend l’infiltration de lipides et de cellules immunitaires, la fibrose étant la seconde phase du processus, et enfin la calcification (Figure 1-9). Ces étapes, qui seront détaillées par la suite, sont inter-reliées et sont pour la plupart dépendantes les unes des autres. À ce jour, on ne peut affirmer avec certitude quel évènement est le déclencheur de la pathologie. Cependant, le consensus actuel est que la valve subirait une lésion de l’endothélium sur la surface aortique des feuillets95,98,99. Ce postulat s’appuie sur les nombreuses études
histologiques montrant que les cellules inflammatoires, la fibrose, les néovaisseaux sanguins et les nodules de calcification sont généralement localisés dans la fibrosa22. À la suite de la lésion du tissu valvulaire, les éléments
sanguins vont infiltrer le tissu valvulaire et enclencher des processus inflammatoires et réparateurs. Dans un contexte
Calcification
normal, la valve parvient à réparer les lésions qu’elle subit. Il est donc admis que la physiopathologie de la SVA est due à une dérégulation des processus de réparation de la valve.
Figure 1-9 : Physiopathologie de la SVA98.
1.2.2 L’inflammation et remodelage de la valve aortique
1.2.2.1 Infiltration et oxydation des lipides :
L’infiltration lipidique dans le tissu valvulaire, notamment de LDLs et de lipoprotéines(a) (Lp(a)), par la lésion endothéliale semble être un élément central dans l’initiation de la SVA. Il a été montré que le taux plasmatique de LDL oxydées est positivement corrélé au degré de remodelage de la valve aortique au moment de la chirurgie de remplacement valvulaire100. La présence de lipides, notamment les apolipoprotéines A1, B, et E (ApoA1, ApoB,
ApoE), dans le tissu valvulaire a été observée dans des valves explantées présentant peu ou pas de remodelage101.
Cette observation appuie l’hypothèse d’une initiation de la physiopathologie par un mécanisme d’infiltration lipidique. Dans le tissu valvulaire, les lipides infiltrés vont être retenus par les protéoglycanes (PG), des protéines portant une ou plusieurs chaînes de glycosamynoglycanes (GAG). Le biglycan et la décorine sont des PGs surexprimées dans les valves sténosées102-104.
Les lipoprotéines infiltrées dans le tissu valvulaire vont subir une peroxydation de leurs chaînes d’acyle gras polyinsaturé due à un stress oxydatif augmenté dans la valve. L’augmentation systémique du stress oxydatif s’explique en partie par les facteurs cliniques concomitants que l’on retrouve chez les patients atteints de SVA. En effet, le diabète, l’hypertension, le syndrome métabolique, ou un âge avancé sont des caractéristiques induisant le stress oxydatif. Au niveau moléculaire, l’augmentation du stress oxydatif est induit par le découplage de la voie de l’oxyde nitrique synthase (NOS)105, ainsi que par une surexpression de la nicotinamide adénine dinucléotide
phosphate oxydase (NADPH oxydase)106. Cette enzyme produit l’ion superoxide O2.- qui est impliqué dans l’oxydation
des lipoprotéines105.
Selon une étude génétique réalisée par Thanassoulis et al., la Lp(a) était associée à la SVA107. Le taux
circulant de Lp(a) et de phospholipides oxydés (PLox) serait indépendamment associé à une progression plus rapide de la SVA108, suggérant que la Lp(a) favorise l’accumulation de lipoprotéines oxydées dans la valve aortique et
participe au déclenchement des processus de fibro-calcification. La Lp(a) est une lipoprotéine structurellement proche du LDL, codée par le gène LPA, portant à sa surface une molécule d’apolipoprotéine B100 et une molécule d’apolipoprotéine (a) (Apo(a))109. Un taux plasmatique élevé de Lp(a) est associé à un risque plus élevé de développer
une SVA45,110. Une autre étude in vitro, cette fois réalisée sur des VICs isolées de valves sténosées, suggèrent qu’une
exposition prolongée à la Lp(a) pourrait agir indépendamment des PLox sur l’activité ostéogénique des VICs, notamment en provoquant l’apoptosedes cellules et en augmentant l’activité de la phosphatase alcaline, enzyme fortement impliquée dans les processus de minéralisation111. La Lp(a) module également la croissance, la
différenciation, la survie, la contraction et l’apoptose cellulaire en activant la phosphorylation de plusieurs kinases comme la mitogen-activated protein kinases (MAPK) p38 et la glycogen synthase kinase 3 beta (GSK3)111.
La lipoprotein-associated phospholipase A2 (Lp-PLA2) est une enzyme qui est transportée par les
lipoprotéines portant l’ApoB112, telles les LDLs et les lipoprotéines de très faible densité (very low density lipoprotein
– VLDL). Les particules de Lp(a) transportent 2 fois plus de Lp-PLA2 que les particules de LDL113.Son taux tissulaire
est augmenté dans la valve sténosée et est positivement associé au remodelage fibro-calcifiant et à la progression de la SVA114-116. La Lp-PLA2 transforme les lipoprotéines oxydées en lysophosphatydilcholine (lysoPC) qui induit
l’apoptose des VICs par la perte de potentiel membranaire de la mitochondrie114,117 et ainsi potentialise l’effet
proinflammatoire des lipoprotéines oxydées113. La lysoPC est clivée en acide lysophosphatidique (lysoPA) par
l’autotaxine (ATX), une phospholipase D transportée dans le tissu valvulaire par la Lp(a). L’action de l’ATX sur la lysoPC conduit les VICs vers une activation de leur activité ostéoblastique. L’ATX peut également être sécrétée directement par les VICs en réponse à divers stimuli, comme celui provoqué par la molécule inflammatoire TNF-α118.
Il a été démontré que le taux d’ATX tissulaire est plus élevé dans les valves minéralisées118 et qu’elle est co-localisée
aux LDL et aux Lp(a) oxydées. La lysoPA produite par ATX active la voie du NF-κB via la voie de la protéine RhoA chez les VICs et les macrophages119,120 et conduit à la production de l’IL-6 qui stimule l’expression du facteur
Figure 1-10 : Effet de l'ATX circulante et liée à la Lp(a) sur les VICs121.
Le rôle des HDL dans le développement de la SVA est encore mal connu. Les HDL sont présents dans la valve aortique native et réduites dans les valves sténosées. En effet, des études immunohistochimiques sur des spécimens de valves explantées ont permis de mettre en évidence la diminution de l’ApoA1, principale apolipoprotéine présente sur les HDL122. En 2015, l’équipe d’Olgun Küçük a montré, dans une étude réalisée sur 45
patients ayant une SVA modérée, qu’il existe une corrélation inverse entre la progression hémodynamique de la pathologie et le taux plasmatique de HDL-cholestérol123. L’ApoA1 recrutée dans les valves aortiques est transformée
en substance amyloïde124 et pourrait participer à la formation des nodules de calcification, suggérant que les HDL
pourraient être retenues et modifiées dans les tissus sténosés. Les HDL altérées pourraient alors promouvoir la rétention des lipides et ainsi, contribuer au déclenchement des processus de calcification. Cependant, il a été observé qu’une incubation de myofibroblastes avec des HDL isolées permet de diminuer l’expression du TNF-α, et que l’administration d’un peptide mimétique de l’HDL empêche la calcification de la valve aortique dans un modèle murin de SVA125. Tout cela indique que les HDL possèdent principalement des rôles anti-inflammatoires, anti-fibrotiques et
anti-calcifiants dans la valve aortique, mais que dans certaines conditions encore méconnues à ce jour, son ApoA1 peut se transformer en substance amyloïde ayant des effets néfastes pour la valve aortique. Ainsi, de nouvelles études sont nécessaires afin de mieux comprendre le rôle des HDL dans la physiopathologie de la SVA.
1.2.2.2 Système immunitaire et processus inflammatoire :
L’implication des processus proinflammatoires dans le développement de la SVA est soutenue par plusieurs études qui ont notamment montré que le taux plasmatique de la protéine réactive C (CRP), un marqueur de
l’inflammation, est plus élevé chez les patients avec une SVA126. Ces patients présentent aussi une élévation de la
température au sein du tissu valvulaire127, suggérant que le tissu valvulaire est sujet aux processus inflammatoires.
Plusieurs études ont déjà montré que le taux de LDL oxydées dans les valves explantées est corrélé au degré d’inflammation100,128 et que les lipides stimulent la réponse immunitaire innée en activant les TLR, exprimés par les
VICs et impliqués dans la transition ostéogénique, et la voie du NF-κB129,130.
L’association du dommage endothélial et de l’infiltration lipidique est liée à l’apparition des processus inflammatoires au sein du tissu valvulaire. Les cellules endothéliales vont exprimer des molécules d’adhésion, comme la molécule d’adhésion intercellulaire-1 (intercellular adhesion molecule-1 - ICAM-1), la molécule d’adhésion cellulaire vasculaire (vascular cell adhesion molecule-1 - VCAM-1), et la sélectine endothéliale (E-selectin), permettant le passage des monocytes et leucocytes à travers la couche de VEC131. Des cytokines comme l’IL-6 et des cellules
inflammatoires seront aussi recrutées dans la valve et participeront à l’entretien du processus de remodelage et de minéralisation de la valve aortique.
Une fois infiltrés dans le tissu valvulaire, les monocytes vont se différencier en macrophages. Les macrophages vont reconnaitre et capter les lipoprotéines oxydées. Une étude in vivo a été réalisée sur des souris
ldlr-/- exprimant le fragment E06 d’une immunoglobuline M (IgM), capable de se fixer sur les PLox et empêchant leur
captation par les macrophages. Les résultats de cette étude montrent que les souris qui expriment le fragment E06 ont une surface athérosclérotique 28% à 57% plus faible que les souris n’exprimant pas le fragment E06. De plus, un gradient moyen plus faible et une calcification de la valve moins importante sont observées en échocardiographie. Cette étude montre le rôle significatif du processus de captation des PLox par les macrophages dans la progression de la physiopathologie de la SVA132. Les macrophages sont également décrits dans la littérature comme pouvant
favoriser la transition ostéogénique des VICs via le TNF-α, l’IL-6, l’IL-1β et le TGF-β1 menant à la surexpression de l’ALP133-137. Les macrophages sécrètent également des cathepsines et des MMPs impliquées dans la fibrose du tissu
valvulaire138. Le processus de captation des lipoprotéines oxydées par les macrophages n’étant pas régulé, si l’entrée
de lipoprotéines dans la valve ou leur oxydation ne sont pas régulées, les macrophages vont se transformer en cellules spumeuses. À terme, les cellules vont subir l’apoptose et ainsi, favoriser la formation de calcification dans la valve139.
D’autres types de cellules immunitaires ont une implication dans la physiopathologie de la SVA. Selon les études histologiques, il y a peu de mastocytes dans les valves saines, mais sont nombreux dans les valves sténosées140,141. Les mastocytes semblent avoir un rôle important sur le remodelage de la valve par les cathepsines
G140 et sur la densité de néovaisseaux sanguins, suggérant que les mastocytes pourraient avoir un pouvoir
angiogénique142.
Les lymphocytes B (LB) sont présents uniquement dans la valve sténosée143. Ces cellules de l’immunité
corrélation positive entre le nombre de LBs dans la valve sténosée et le degré de calcification, ainsi qu’avec le nombre de macrophages145.
Les cytokines produites par les cellules immunitaires et par les VICs alimentent les processus inflammatoires et déclenchent les mécanismes pro-fibrotiques et pro-calcifiants. Il a été montré que la quantité de TNF-α tissulaire est positivement corrélée à une densité importante de LDL oxydée, à un important degré de remodelage128, ainsi qu’au taux plasmatique de LDL oxydés et d’angiotensine II146. Le TNF-α sécrété par les
monocytes et les macrophages active le membre a1 de la superfamille de récepteur au TNF (TNF receptor
superfamily member 1a - TNFR1) et initie la signalisation de la voie NF-κB et la production d’IL-1β et d’IL-6147,148. Ces
interleukines proinflammatoires activent à leur tour la transition ostéogénique des VICs en impliquant l’expression de la protéine Msh homeobox 2 (MSX2). En outre, il a été observé dans un modèle murin il1rn-/-, c’est-à-dire n’exprimant
pas la protéine antagoniste du récepteur à l’IL-1, que les souris modifiées génétiquement possèdent un taux plasmatique plus élevé de TNF-α et présentent un épaississement de la valve aortique148. Cependant, les souris il1rn- /- et tnf-/- ne présentent pas d’épaississement de leur valve aortique, suggérant ainsi que le TNF-α joue un rôle
important dans les processus d’épaississement de la valve aortique. De plus, l’IL-6 est présente dans les valves sténosées et selon des études in vitro, les VICs pourraient en secréter en grande quantité149. L’IL-6 favorise
l’expression du receptor activator of NF-κB ligand (RANKL) dans les cellules osseuses, et le RANKL stimulerait la production de MEC par les VICs150. De plus, une étude réalisée sur un modèle murin hypercholestérolémique ldlr-/- /
apob100/100 suggère que l’administration d’ostéoprotégérine (OPG), un récepteur « leurre » du RANKL, diminue
l’expression de gènes ostéogéniques et la calcification de valve aortique151. Il est donc fort probable que l’IL-6 puisse
activer le processus de fibro-calcification de la valve aortique via la voie RANK/RANKL. Enfin, il a également été montré sur des cultures de VICs in vitro que la production d’IL-6 par les VICs pouvait être positivement modulée par l’activation du récepteur purinergique P2Y2R par l’utilisation d’un milieu de culture riche en phosphate149. Celui-ci va
réduire l’activation de la voie Akt, qui régule négativement la voie NF-κB.
1.2.2.3 Remodelage fibrotique du tissu valvulaire :
Les processus fibro-calcifiants sont étroitement liés à ceux de l’inflammation, avec de nombreux croisements dans l’activation des voies de signalisation. Selon les résultats d’une étude réalisée sur 285 valves de patients avec SVA, la présence de l’infiltrat inflammatoire est liée au degré de remodelage des feuillets et à la présence de vascularisation152.Suite à l’inflammation, les VICs vont passer de l’état quiescent à l’état activé et vont se différencier
en myofibroblastes, type cellulaire associé au processus fibrotique33. La fibrose se caractérise par l’accumulation
excessive de composants de la MEC, comme le collagène, la fibronectine, les GAGs, dans et autour la zone inflammée ou endommagée du tissu153. Les processus fibrotiques sont des processus normaux de réparation
tissulaire et sont réversibles. Toutefois, dans un contexte pathologique, les mécanismes impliqués, que ce soit dans la production ou la dégradation des molécules de la MEC, vont être dérégulés. La fibrose va souvent se caractériser histologiquement par une abondance de fibres de collagène désorganisées. Les aVICs vont exprimer des MMPs,
enzymes impliquées dans le remodelage de la MEC134,154. La MMP-9, qui est hautement surexprimée dans les valves
sténosées, est associée à l’expression de l’ostéonectine155, une protéine secrété dans la MEC et clivée par les MMP
en peptide pro-angiogéniques. La MMP-12 est une MMP également fortement exprimée dans les valves sténosées qui va cliver l’élastine et ainsi produire des peptides ayant des propriétés ostéogéniques156. Les cathepsines K, V et
S sont des protéases qui dégradent également les protéines de la MEC et ces enzymes sont exprimées et actives dans la SVA157. Chez les souris ApoE-/-, qui présentent un remodelage valvulaire et miment le stade précoce de la
SVA, il a été observé que la cathepsine S provoque la dégradation de la MEC ainsi que sa minéralisation158.
Quelle que soit la pathologie étudiée, les processus de fibrose sont majoritairement modulés par la voie du TGF-β1. Dans la physiopathologie de la SVA, les protéines Smad et TGF-β1 sont activées et stimulent une réponse profibrotique et la différenciation des qVICs en aVICs. Le TGF-β1 induit la formation de nodules de cellules via une voie dépendante de la cadhérine 11, une protéine impliquée dans les voies MAPK159. La cadhérine 11 est exprimée
dans les valves sténosées et stimule in vitro les contacts cellules-cellules nécessaires à la formation des nodules durant la différenciation des VICs en myofibroblastes. De plus, la différentiation des VICs induite par le TGF-β1 passerait par l’activation de la voie Wnt/ β-caténine160. Cet effet a été observé in vitro sur des VICs cultivées sur des
matrices ayant une rigidité mimant celle de la fibrosa, mais pas lorsque la matrice utilisée présentait une rigidité identique à la ventricularis. Ces données suggèrent que la réponse des VICs à un stimulus pourrait dépendre de la rigidité de la matrice dans laquelle elles se trouvent, et ceci pourrait en partie expliquer la raison pour laquelle la fibrose et les calcifications apparaissent dans la fibrosa.
La voie non canonique de TGF-β1 est également importante dans la transition des VICs en myofibroblastes. Cette voie stimule la transition phénotypique en passant par les protéines Src et p38-MAPK161. En effet, il a été montré in vitro que l’inhibition du récepteur sérotoninergique 5-hydroxytryptamine 2B (5-HT2B) provoque la séquestration de
la protéine Src, et empêche ainsi la stimulation de la voie non canonique du TGF-β1, et par conséquent empêche également la différenciation myofibroblastique des VICs.
Le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA), dont le rôle principal est de permettre la régulation de la tension artérielle, est connu pour être impliqué dans les processus de fibrose (Figure 1-11). La rénine, synthétisée par les reins, clive l’angiotensinogène en angiotensine I (AngI). L’AngI va subir un clivage par l’enzyme de conversion à l’angiotensine (ECA) en angiotensine II (AngII). L’AngII peut ensuite se fixer sur : 1) le récepteur de type 1 à l’AngII (AT1R), qui active les voies pro-fibrotiques, ou 2) sur le récepteur de type 2 à l’AngII (AT2R), qui possède des
propriétés anti-fibrotiques162.L’AngII est un puissant activateur de la voie NF-κB et induit la réponse fibrotique des
cellules isolées. L’ECA et l’AngII sont surexprimées dans les valves sténosées et l’AT1R a été détecté dans les VICs
myofibroblastiques163. L’observation d’une colocalisation de l’ECA avec les LDLs suggère que le LDL pourrait
transporter l’ECA dans les lésions valvulaires163. Les chymases, qui sont des enzymes produites par les mastocytes
pouvant cliver l’AngI en AngII, sont également exprimées dans les valves sténosées163,164. L’administration d’AngII
bloqueur de récepteur à l’AngII (ARB), prévient l’épaississement de la valve aortique dans un modèle de lapin hypercholestérolémique166. Chez les patients avec une SVA, l’utilisation d’ARBs est associée à un remodelage de la
valve moins important, ainsi qu’à une progression moins rapide de la pathologie. Les inhibiteurs de l’ECA (ECAi), en revanche, n’ont pas montré d’effet sur la pathologie167,168.
Figure 1-11 : Régulation de la pression artérielle par le système rénine-angiotensine-aldostérone
1.2.2.4 Angiogénèse dans la valve aortique :
L’angiogénèse est un processus physiologique créant des vaisseaux sanguins afin d’apporter l’oxygène et les nutriments du sang aux cellules situées dans un tissu trop dense pour que ces éléments y parviennent par diffusion simple. Une valve normale est avascularisée, suggérant que les feuillets de la valve aortique sont suffisamment fins pour que les nutriments et l’oxygène puissent diffuser directement à travers les feuillets. Dans le cas d’une SVA, le tissu valvulaire s’épaissit et se densifie, réduisant la capacité de diffusion des nutriments sanguins. La formation de néovaisseaux sanguins grâce à des processus de néoangiogénèse va permettre la survie des cellules résidentes de la valve. L’inflammation serait maintenue par l’angiogénèse, car la présence de néovaisseaux est observée dans les zones d’inflammation entourant les zones calcifiées152. Dans les néovaisseaux, les protéines membranaires ICAM-1
et VCAM-1 sont surexprimées, rendant les néovaisseaux hautement perméables aux cellules immunitaires169. La
présence d’hémorragies, liées à la formation des néovaisseaux, est également rapportée chez 78% des patients présentant une SVA sévère. Ces hémorragies sont également associées à l’infiltration de macrophages, ainsi qu’à l’accélération de la progression de la pathologie170. Une étude réalisée chez des souris déficientes en