Marqueurs biologiques de la dysfonction endothéliale

28 Cellule Musculaire lisse Endothélium Peau Vasodilatation (CIV) Application d’un courant de cathode

Figure 8. Voie de signalisation pour la vasodilatation induite par le courant de cathode chez le rat.AA : acide arachidonique, CIV : vasodilatation induite par le courant, COX : cyclooxygénase ; IP : récepteur à la prostacycline, PGH2 : prostaglandine H2, PGI2 : prostacycline, PGIS : prostacycline synthase. (Gohin et al. 2011)

En marge des techniques précédemment décrites, des démarches plus indirectes et plus mécaniques ont été associées à une exploration non invasive de la fonction endothéliale afin d’évaluer le tonus vasculaire périphérique. Ainsi, des variations de la rigidité artérielle, contrôlée en partie par

l’endothélium, peuvent être évaluées par la mesure de la vitesse de propagation de l’onde de pouls (pulse

wave velocity, PWV). Cette mesure est réalisée au niveau des artères périphériques à l’aide d’un tonomètre appliqué au niveau des artères carotides ou radiales. D’autres paramètres de la rigidité artérielle

comme l’index d’augmentation de la pression artérielle (ou Aix, augmentation index) sont utilisés. Il a été

montré qu’une augmentation de l’Aix était observée chez des sujets à risque cardiovasculaire (Woodman et Watts 2003). Cependant, les liens entre ces techniques et les méthodes de référence d’exploration de la fonction endothéliale n’ont pas encore été démontrés. Les mécanismes impliqués notamment dans la régulation de la rigidité artérielle par l’endothélium restent largement méconnus.

III.2. Marqueurs biologiques de la dysfonction endothéliale

Ces marqueurs présentent l’avantage de leur simplicité d’exploitation puisqu’ils sont réalisés à partir de prélèvements sanguins. L’augmentation de leur concentration plasmatique est corrélé avec l’incidence des pathologies cardiovasculaires et/ou l’atteinte de la vasodilatation dépendante de l’endothélium. Cependant, ils ne sont pas spécifiques d’un territoire artériel donné et ils peuvent nécessiter des conditions délicates de prélèvement ou d’analyse non disponibles en routine. Nous ne présenterons dans ce travail que les marqueurs accessibles par des méthodes biologiques courantes.

Rappels bibliographiques

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III.2.1. Marqueurs solubles de l’activation endothéliale

Il existe une relation étroite entre inflammation et pathologies cardiovasculaires. L’activation endothéliale est définie comme la synthèse par l’endothélium de protéines qui interviennent dans la réponse inflammatoire et en particulier dans l’adhésion des leucocytes et leur migration à travers la paroi vasculaire (Figure 9) (Khazaei et al. 2008). L’activation endothéliale est déclenchée par les contraintes

mécaniques (shear stress) ou des stimuli biochimiques comme les cytokines pro-inflammatoires (TNF-α,

IL-6…) ou les facteurs de croissance (vascular grooth endothelial factor). Ces substances sont apportées

par le sang ou produites localement par les cellules endothéliales et/ou par des cellules du compartiment vasculaire. L’augmentation de la concentration plasmatique de protéines d’adhésion intercellulaire et

vasculaire (intrecellular adhesion molecule [ICAM-1], vascular cell adhesion molecule [VCAM-1] et

Sélectine-E) témoigne de l’activation endothéliale. Ces protéines sont exprimées à la surface des cellules

endothéliales lors de lésions endothéliales ou en réponse aux cytokines pro-inflammatoires circulantes. Ces molécules participent au processus inflammatoire en permettant l’adhésion des monocytes sur l’endothélium, puis leur migration dans l’intima (Figure 9).

Figure 9. Migration leucocytaire à travers l’endothélium activé. (A et B) Lésion des jonctions entre les cellules endothéliales du fait d’une lésion (induite par des anticorps contre l’endothélium ou des espèces radicalaires de l’oxygène) ou la contraction des cellules endothéliales (par des médiateurs histaminergiques). (C) Transmigration à travers la paroi en 4 étapes : (1 et 2) rolling et adhésion aux molécules d’adhésion (sélectines). (3) Activation, production de chemiokines, augmentation de l’expression des molécules d’adhésion (VCAM-1, 1 et ICAM-2) et activation des intégrines. (4) Interaction entre les molécules d’adhésion et les intégrines puis transmigration dans l’espace interstitiel via les jonctions entre les cellules endothéliales (diapédèse). Abs : anticorps, ET : cellules endothéliales, PSGL-1 : P-selectine glycoproteine ligand-1 (Khazaei et al. 2008).

Rappels bibliographiques

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Les formes solubles de ces molécules peuvent être dosées dans le plasma ou le sérum. Des taux circulants élevés, corrélés à une diminution de la réactivité endothéliale, ont été rapportés dans l’hypertension artérielle et l’athérosclérose (Meier-Ewert et al. 2004; Shearer et al. 2001; Vgontzas et al. 2004). De plus, l’augmentation des taux de marqueurs de l’activation endothéliale, en particulier ICAM-1, sont prédictifs de la survenue d’une pathologie coronarienne (Hwang et al. 1997; Rohde et al. 1998).

III.2.2. Marqueurs de l’inflammation

Chez des sujets asymptomatiques, une augmentation du risque de développer une maladie cardiovasculaire a été observée avec le nombre de globules blancs (Zalokar et al. 1981) et de sous-types de globules blancs tels que les monocytes (Olivares et al. 1993) ou les neutrophiles (Horne et al. 2005).

Cytokines pro-inflammatoires. Chez l’homme, l’augmentation de la concentration plasmatique de

cytokines pro-inflammatoires (IL-6, IL-1β, TNF-α) est associée à une diminution du tonus vasculaire via

la liaison avec des récepteurs endothéliaux (Iversen et al. 1999). In vivo, Il-6 et TNF-α altèrent la

vasodilatation dépendante de l’endothélium (Bhagat et Vallance 1997; Orshal et Khalil 2004). Il a

également été rapporté qu’IL-6 et TNF-α pouvaient être associées au développement de pathologies

cardiovasculaires et de la dysfonction endothéliale (Constance et Conri 2006). De nombreux travaux ont

mis en évidence que le TNF-α jouait un rôle pivot dans les altérations de la fonction micro et

macrovasculaire et entraînait une dysfonction endothéliale (Vila et Salaices 2005; Zhang et al. 2009) (Figure 10).

L’augmentation des cytokines pro-inflammatoires dans les pathologies cardiovasculaires peut être

liée d’une part à l’augmentation de la pression artérielle, qui augmente le shear stress et induit la

production de cytokines pro-inflammatoires par les cellules endothéliales, et d’autre part, à l’augmentation de l’activité du système nerveux sympathique (Calabro et al. 2003).

Figure 10. Rôle du TNF-α dans la dysfonction endothéliale. CYP 450 : Cytrochrome P450 ; EETs : acides epoxyeïcosatriènoïques ; AA acide arachidonique (Vila et Salaices 2005).

Rappels bibliographiques

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La protéine C réactive (CRP) est un marqueur d’inflammation d’origine hépatique qui favorise la synthèse endothéliale des molécules d’adhésion et le recrutement des monocytes à la surface de l’endothélium. Sa concentration plasmatique est inversement corrélée à la réactivité endothéliale artériolaire de l’avant-bras. La CRP a un effet direct sur la fonction vasculaire (Clapp et al. 2005) en déprimant eNOS, favorisant la production d’endothéline-1 et en stimulant la coagulation par la production

de PAI-1 (plasminiogène activator inhibitor) et du facteur nucléaire-κB (NF-κB). Ce dernier contrôle de

très nombreux gènes impliqués dans l’athérosclérose et la production de protéines d’adhésion et de cytokines pro-inflammatoires. La CRP ultrasensible constitue un facteur prédictif de la survenue des accidents cardiovasculaires chez les sujets sains et coronariens (Clapp et al. 2005; Dohi et al. 2007; Fichtlscherer et al. 2000; Mullington et al. 2009). L’intérêt de ce marqueur est sa stabilité et sa demi-vie, plus longue que celle des cytokines. De plus, il n’y a pas de rythme circadien de la concentration de CRP (Meier-Ewert et al. 2001). Cependant, produite essentiellement par le foie, elle est peu spécifique de l’endothélium et son taux plasmatique peut être influencé par de multiples phénomènes inflammatoires extravasculaires qui rendent son interprétation parfois difficile (Schindler et al. 2004; Yiu et al. 2011). Des travaux récents suggèrent que la CRP peut également être produite par les cellules musculaires lisses sous l’effet de cytokines pro-inflammatoires (Calabro et al. 2003).

III.2.3. Endothéline-1

L’endothéline joue un rôle dans le développement des pathologies cardiovasculaires. Des taux circulants importants ont été observés parallèlement à une diminution de la réactivité endothéliale coronaire (Lerman et al. 1995). Cependant, ces taux ne reflètent pas directement l’activité tissulaire de l’endothéline, qui a une action autocrine et paracrine. De plus, l’augmentation des concentrations plasmatiques d’endothéline manque de sensibilité pour prédire la survenue de pathologies cardiovasculaires. En dépit de nombreux travaux depuis plus de 20 ans et de l’intérêt relatif des antagonistes de l’ET-1 dans le traitement de certaines pathologies, comme l’hypertension pulmonaire (Palmer et Love 2011; Palmer 2009) ou l’insuffisance cardiaque congestive (Moe et al. 2003), le rôle précis de l’ET-1 dans la physiologie vasculaire et la physiopathologie est toujours discuté.

III.2.4. Autres variables biologiques

Les chemiokines. Elles sont également des marqueurs de l’inflammation.L’augmentation des MCP-1 (monocytes chemo-atractant protein-1) pendant le recrutement des monocytes (rolling et adhésion) est associée à l’activation de l’endothélium et à la production de protéines d’adhésion. Une MCP-1 participe également aux lésions myocardiques et à la dysfonction contractile du myocarde (Mascareno et al. 2001).

Rappels bibliographiques

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Les facteurs pro-thrombotiques ne sont pas strictement des marqueurs de la dysfonction endothéliale mais ils reflètent l’état inflammatoire associé à la dysfonction endothéliale (Constans et Conri 2006). Ils sont libérés par les cellules endothéliales et régulent l’activité fibrinolytique. Des taux élevés de

l’inhibiteur de l’activateur du plasminogène (PAI-1) ont été observés dans l’athérosclérose (Jansson et al.

1993). De plus, des études prospectives ont montré l’intérêt prédictif de ce marqueur dans la survenue d’accidents cardiovasculaires chez le sujet sain et chez le coronarien (Jansson et al. 1993). Cependant, la spécificité de ces marqueurs est relativement faible car ils sont également libérés par des cellules non endothéliales comme les leucocytes et le tissu adipeux. Ils sont formés sous l’effet de l’augmentation des forces de cisaillement, de l’hypoxie et de cytokines pro-inflammatoires.

Microparticules circulantes d’origine endothéliale. Plus récemment, leur dosage a été proposé comme marqueur de l’activation, de lésion et d’apoptose endothéliale. La production de microparticules membranaires est un élément initial de l’inflammation vasculaire (Morel et al. 2006; Schouten et al. 2008). Elles possèdent un caractère pathogène pro-coagulant et une élévation de leur taux plasmatique a été observée en présence de syndromes coronariens aigus ou d’hypertension artérielle (Angelot et al. 2009; Mallat et Tedgui 2000). Cependant, leur rôle n’est pas complètement bien compris. Certains auteurs ont même décrit un rôle anti-inflammatoire et protecteur. De plus la quantité de sang nécessaire pour réaliser leur dosage est importante, ce qui limite leur utilisation (Tual-Chalot et al. 2010).