Mécanismes de la déturgescence

La déturgescence est l'ensemble des activités permettant l'extraction d'eau du stroma cornéen qui rééquilibre son niveau d'hydratation par rapport à la fuite passive d'entrée d'humeur aqueuse.

La déturgescence par l'endothélium cornéen a été mise en évidence sur cornée de lapin utilisant une chambre de Ussing modifiée. Une cornée désépithélialisée a été perfusée par la solution Ringer à partir du côté épithélial pour provoquer son gonflement, puis la face épithéliale couverte par de l’huile de silicone pour bloquer l’entrée d’eau. La déturgescence observée correspondant à la diminution exponentielle de l'épaisseur du stroma a donc été rattachée à la pompe endothéliale (Bonanno 2012). En enlevant HCO3^- ou en ajoutant de l'ouabaïne (inhibiteur de l’ATPase) de la solution de perfusion, le gonflement de la cornée, ou plutôt l’absence de déturgescence a été observée. Ces expérimentations initiales ont démontrées l’implication des transports ioniques dans le processus de déturgescence.

Les CEs maintiennent un potentiel membranaire de -55 mV entre les membranes basolatérale et apicale. Afin d'expliquer le flux d'eau sortant du stroma cornéen, plusieurs modèles de couplage de transports ont été suggérés via la voie transcellulaire ou paracellulaire (Figure 19).

Figure 19. Modèle de sécrétion de fluide par deux voies, la voie transcellulaire via la membrane basolatérale et apicale, et la voie paracellulaire via l'espace intercellulaire et les jonctions serrées (2006 JMB Fischbarg).

Couplage soluté-solvant

La théorie de couplage soluté-solvant consiste en l'induction d'un gradient osmotique local à travers la membrane apicale par le mouvement net de Na+ et HCO3

-/Cl- du stroma vers l'humeur aqueuse. Le gradient ainsi créé déclenche un mouvement de fluide vers la chambre antérieure. (Srinivas 2012).

Les gradients ioniques sont mis en place par nombreuses protéines membranaires. Sur la membrane basolatérale, l'afflux d'anions HCO3^- et Cl^- provient de différents canaux ioniques et transporteurs membranaires. NBCe1 importe directement HCO3^- du stroma. NHE1 exporte H⁺ des CEs, donc maintient indirectement la concentration intracellulaire de HCO3^- en défavorisant la formation de CO2 à partir de HCO3^- catalysée par l’anhydrase carbonique type II. AE2 diminue le gradient de HCO3

-en l'exportant par le côté basolatéral mais importe Cl-. Le cotransporteur NKCC1 importe Cl- à l'intérieur des cellules jusqu'à environ 40mM. Sur la membrane apicale, deux canaux anioniques CFTR et CLCA exportent HCO3^- et Cl-, mais la perméabilité pour Cl- est 4 fois plus élevée que pour HCO3^-. Cependant, aucun échangeur de Cl -et HCO3^- n'a été détecté. L'accumulation de HCO3- intracellulaire suggère soit l'existence d'autres canaux ioniques apicaux, soit un autre mécanisme de diffusion passive de CO2. En effet, HCO3^- importé à l'intérieur des CE peut être converti en CO2

par le catalyseur CAII. CO2 hautement diffusible à travers la membrane bilipidique peut être reconverti en HCO3^- sous l'activité tampon du catalyseur CAIV du côté apical.

Par conséquence, ce gradient d'anions pourrait induire le mouvement d'eau transendothélial. Cela peut être facilité par les canaux hydriques AQP1 détectés sur la membrane apicale et basolatérale de l'endothélium cornéen.

Ce premier modèle reste actuellement très controversé (Figure 20). La preuve sur l’existence d’un flux net transendothélial d'anions est absente. D'autre part, contrairement à l'hypothèse sur l'implication d'AQP1 dans la diffusion apicale d'eau, il a été montré que l'absence d'expression d'AQP1 dans un modèle animal n'affecte pas la déturgescence de la cornée. Cela suppose que AQP1 représente une voie de diffusion passive d'eau durant la fluctuation de la pression osmotique, mais le transport d'eau implique d'autres mécanismes que le couplage soluté-solvant.

Figure 20. Controverse sur le couplage soluté-solvant dans le transport d'eau du stroma (basolateral side) à la chambre antérieure (apical side) (Fischbarg et al. 2006).

Couplage électro-osmotique

Afin de trouver une explication plus satisfaisante à la déturgescence à travers l'endothélium, Fischbarg a proposé un modèle de couplage électro-osmotique (Srinivas 2010).

Figure 21. Modèle de déturgescence par couplage électro-osmotique (Mergler & Pleyer 2007). La diffusion paracellulaire de Na+ couplé au flux d'anions transmembranaire induit un flux d'eau par la voie paracellulaire.

En effet, le flux d'anions HCO3^- et Cl- décrit précédemment induit un potentiel transendothélial de -0,5 V et également un flux de contre-ion Na+ paracellulaire. Le mouvement de Na+ est couplé avec le mouvement d'eau paracellulaire, c’est à dire à travers les jonctions serrées intercellulaires.

La résistance électrique transendothéliale reste faible, d'environ 30 Ω (Srinivas 2012), comprenant la résistance membranaire (membrane apicale & basolatérale) et la résistance paracellulaire (jonctions inter-cellulaires) (Fischbarg et al. 2006). Le flux de Na+ du stroma vers la chambre antérieure via l'espace latérale entre les cellules et les jonctions serrées provient de l'activité des pompes basolatérales Na+/K+ATPase. Activés en même temps que Na+/K+ATPase par l'activité de SGK1, les canaux apicaux ENaC sont supposés de réduire l'hyperpolarisation due à l'activité des ATPases pour maintenir un stable potentiel membranaire (Bonanno 2012).

A part ces modèles de couplages, le transport d’anions lactate^- a été également identifié comme impliqué dans la déturgescence de la cornée. En effet, 85% de glucose consommé par la cornée est transformé en acide lactique. [Lactate^-] est 2 fois plus élevée dans la cornée (13mM) que dans la chambre antérieure (7mM). L'hypoxie augmente [Lactate-] et entraîne le gonflement de la cornée. Le transport de Lactate- et de H- est assuré par les transporteurs MCT1 et MCT4 détectés sur la membrane basolatérale et apicale de l'endothélium cornéen.

La découverte de ces mécanismes permet d'avoir une bonne méthode d'évaluation de l'état fonctionnel de l'endothélium cornéen, ainsi d'adapter les manipulations de l'endothélium, notamment le renforcement de ses fonctions par des agonistes. En se basant sur ces mécanismes de transport, certains agonistes de la déturgescence ont été identifiés. AMPc active les canaux apicaux CFTR, favorise donc le flux Cl- et HCO3^-. ATP active les récepteurs purinergiques et augmente la perméabilité des canaux d'anions. Ce processus est probablement lié à la réponse physiologique qui semble faire suite à l'inflammation, le stress oxydatif ou le stress traumatique.