l'hepcidine peut être dû au temps nécessaire pour resynthétiser une quantité suffisante de FPN et la délivrer aux membranes cellulaires. L'hepcidine inhibe l'efflux de fer en se liant
directement à la FPN 320, induisant un changement conformationnel et déclenchant
l'endocytose des deux molécules, avec une dégradation lysosomale conséquente. La fixation de l'hepcidine à la FPN dépend de la boucle extracellulaire de la FPN contenant l'acide aminé cystéine (C) en position 326. Les cellules exprimant la FPN mutante C326S exportent normalement du fer mais ne lient pas l'hepcidine et continuent à exporter du fer en
présence d'hepcidine 322. Les patients atteints d’une mutation C326S sous forme
héterozygote développent une forte surcharge en fer, ce qui indique que ce site de liaison de
la FPN est indispensable à l’homéostasie du fer malgré la présence d’hepcidine 323. Plusieurs
autres mutations naturelles autosomiques dominantes ont été décrites mais semblent interférer avec l'internalisation du complexe ligand-récepteur, ce qui induit un phénotype résistant à l'hepcidine. La spécificité de l’hepcidine à induire des changements conformationnels de la FPN et des voies moléculaires médiatrices à l’origine de son internalisation reste un domaine à étudier.
5. Pathophysiologie de la régulation de l’hepcidine et du fer
La production insuffisante d'hepcidine peut être causée par des mutations autosomiques récessives dans le gène de l'hepcidine ou dans des gènes codant pour les régulateurs de l'hepcidine 324-326, le gène de l'hémochromatose (HFE), le récepteur de la transferrine 2 (TfR2) ou encore l'hémojuveline. Lors d’une déficience d’hepcidine, l'exportateur de fer, FPN est surexprimé sur les membranes basolatérales des cellules duodénales, ce qui augmente l'absorption alimentaire du fer. Les Mφ surexpriment également la FPN et exportent avec avidité du fer, entraînant une diminution relative du fer intracellulaire des Mφ.
L’hémochromatose héréditaire a)
L’hémochromatose héréditaire est une maladie caractérisée par une carence partielle ou totale d’hepcidine, due à des mutations génétiques affectant les régulateurs de la
transcription de son gène Hamp ou dans le gène Hamp lui-même 326. Les individus atteints,
absorbent le fer alimentaire et libèrent des quantités excessives de fer dans le plasma, (Figure 11c). Dans ces conditions, le niveau de saturation de la transferrine atteint
Monocytes/Macrophages rapidement les 80%, ce qui laisse supposer qu’il y a majoritairement du fer non lié dans la circulation. Suite à ce débordement de la transferrine et à la surcharge en fer, les organes les plus vulnérables, comme le myocarde, les glandes endocriniennes et le foie, sont rapidement menacés par l’accumulation tissulaire de fer. La surcharge en fer cellulaire augmente la production de ROS, causant des lésions cellulaires. Cette surcharge est proportionnelle à la gravité et à la durée de la carence en hepcidine. Les formes adultes de la maladie comprennent une forme rare due à des mutations autosomiques récessives dans le récepteur 2 de transferrine, et la forme la plus commune associée à des mutations autosomiques récessives dans le gène HFE. Les mutations HFE sont très répandues dans les populations d'origine nord-européenne, mais la maladie est de pénétrance variable et
affecte les hommes plus fréquemment et plus sévèrement que les femmes 327.
L’hémochromatose secondaire b)
Une autre maladie associée à une surcharge en fer est la surcharge secondaire en fer par transfusions répétées dans des situations d’anémie chronique, soit centrale par érythropoïèse inefficace (myélodysplasie, dysérythropoïèse congénitale), soit périphérique dans les cas d’hémolyse chronique (thalassémie, drépanocytose, anémies hémolytiques auto-immunes). L’apport massif et répété de fer lors de transfusions itératives aboutit à une accumulation dans les organes et à un phénotype comparable à celui de l’hémochromatose héréditaire. Anémie inflammatoire c)
Les troubles inflammatoires chroniques, y compris les infections, les troubles rhumatologiques et la maladie inflammatoire de l'intestin sont associés à la carence martiale et à l'anémie. L'anémie est classiquement légère à modérée et normocytaire, mais peut devenir microcytaire et hypochrome si elle se prolonge. De plus, elle est résistante à la supplémentation par le fer, si la cause de l’inflammation systémique n’est pas contrôlée. Bien que des études systématiques des concentrations d'hepcidine sanguine dans ces maladies n'aient pas encore été réalisées, des études observationnelles de faible effectif indiquent que l'hepcidine est augmentée chez de nombreux patients atteints de ces
Monocytes/Macrophages l'IL-6 et d'autres voies est bien documentée et on s'attend à ce qu'elle produise un tableau clinique de l'anémie de l'inflammation. Contrairement aux troubles primaires de la surproduction d'hepcidine, tels que ceux liés aux mutations de la matriptase-2, l'hypocromie et la microcytose ne sont observées que dans une minorité de patients atteints d'anémie inflammatoire, peut-être parce que cette dernière condition est généralement moins sévère et de durée plus courte. Il est possible que d'autres effets de l'inflammation y contribuent : la survie des érythrocytes raccourcie due à l'activation des macrophages ou à l'opsonisation des érythrocytes, la suppression de l'érythropoïèse due à l'effet direct des cytokines sur les précurseurs des érythrocytes et l'inhibition partielle de la production d'érythropoïétine. Figure 12 : Hepcidine et dérégulation du fer.
(A) L'augmentation de l'expression d’hepcidine par le foie résulte de stimuli inflammatoires. Des niveaux élevés d'hepcidine dans le plasma entraînent l'internalisation et la dégradation de la FPN. La perte de la FPN de la surface cellulaire entraîne une charge de fer intracellulaire dans les macrophages, des niveaux de fer plasmatique bas et une diminution de l'érythropoïèse due à la diminution du fer liée à la transferrine. La diminution de l'érythropoïèse donne naissance à l'anémie de la maladie chronique. (B) Les niveaux normaux d'hepcidine, en réponse à la demande en fer, régulent le taux d'importation de fer vers le plasma, la saturation normale de la transferrine et les niveaux normaux d'érythropoÏèse. (C) L'hémochromatose, ou la surcharge en fer, résulte d'un taux insuffisant d'hepcidine, entraînant une augmentation de l'importation de fer dans le plasma, une
Monocytes/Macrophages saturation élevée en transferrine et un excès de dépôt de fer dans le foie. Le flux de fer est représenté par des flèches. 6. Fer et pathologies cardiaques chez l’homme Anémie et maladies cardiovasculaires a)
La carence en fer est une des carences nutritionnelles les plus communes qui affecte jusqu’à 2 milliards de personnes dans le monde. Les plus touchés sont les nourrissons, les jeunes enfants, les adolescents, les personnes âgées et les personnes atteintes de maladies inflammatoires chroniques.
Récemment, le rôle du fer a été approfondi chez les patients atteins de maladies cardiovasculaires. En 2000, les résultats d’une étude visant à traiter l’anémie chez les insuffisants cardiaques montrent que l’administration sous-cutanée d’érythropoïétine combinée à du fer améliore le taux d’hémoglobine, la fraction d’éjection ventriculaire
gauche et par conséquence le stade de l’insuffisance cardiaque 329. Ceci montre que le
réapprovisionnement de fer seul peut être bénéfique chez ces patients atteints d’insuffisance cardiaque et de carence en fer. De nombreuses études ont démontré que la carence en fer est non seulement délétère chez les patients atteints de maladies cardiovasculaires mais aussi chez des patients présentant une hypertension artérielle pulmonaire et potentiellement chez ceux qui subissent une chirurgie cardiaque. Il semble bien que le fer puisse être délétère dans certain cas mais que son réapprovisionnement puisse aussi avoir des effets bénéfiques. Il a été récemment démontré que l’hepcidine était fortement exprimée chez les patients atteints d’une myocardite. De même, l'expression de l'hepcidine dans les cœurs sham (sans infarctus) de rats injectés avec un adjuvant, est inférieure à celle des sites de myocardite et de lésions consécutives à un IM aigu. Ces données suggèrent que l'expression de l'hepcidine est plus fortement influencée par les conditions environnementales locales que par les conditions systémiques. En fait, l'analyse a montré que les taux d'ARNm de l'hepcidine étaient fortement corrélés avec ceux de l'ARNm de l'IL-6. L'interleukine IL-6 agit habituellement de manière autocrine/paracrine, pas de
manière endocrine 330. Par conséquent, l'IL-6 produite dans le cœur peut fortement induire
l'expression de l'hepcidine. L’équipe d’Isoda a signalé que les cardiomyocytes possédaient le récepteur à l’IL-6 et au gp-130. Il a été suggéré que l'IL-6 produite par les cellules du
Monocytes/Macrophages compartiment non cardiomyocytaire consécutivement à des lésions cardiaques agirait sur les cardiomyocytes environnants pour induire l'expression de l'hepcidine.
L’Ataxie de Friedreich (FA) b)
L'ataxie de Friedreich (FA) est une maladie génétique autosomique récessive qui est surtout connue pour son phénotype neurologique invalidant 331. La cause de décès la plus
fréquente, cependant, est la cardiomyopathie 332. Friedreich 333 a décrit à la fin du XIXème
siècle, l'hypertrophie et la coloration anormale du myocarde témoignant d’un excès myocardique en fer.
Dans la cardiopathie rythmique induite par la FA, l’inflammation myocardique et les perturbations du métabolisme local du fer qui en résultent semblent être impliquées. Russell 334 a établi que l’atteinte myocardique de la FA est une partie intégrante du trouble et a souligné que le processus destructeur était focalisé et progressait de manière fragmentaire. Le travail de Koeppen confirme une réduction sévère des taux de frataxine cardiaque et une
importante quantité de fer, des ferritines cytosoliques et mitochondriales 335-337. La
surcharge myocytaire en fer est beaucoup plus faible que dans l’hémochromatose au stade de l’insuffisance cardiaque 338. Cependant, la raison pour laquelle l’accumulation de fer cardiaque favorisant la FA est beaucoup plus dommageable que la surcharge totale de fer observée lors de l’hémochromatose n’est pas claire. Le tissu cardiaque impliqué répond à l'entrée du fer en synthétisant la ferritine cytosolique et la ferritine mitochondriale afin de se protéger de la cytotoxicité induite par l’excès de fer. L'ampleur relative de l'excès de fer cytosolique et mitochondrial dans les cœurs FA est inconnue. Le dosage de Zn a été inclus dans la mesure par rayon X fluorescent (XRF) comme référence, pour mettre en évidence l'augmentation sélective de fer. XRF ne distingue pas le fer dans les cardiomyocytes des infiltrats inflammatoires ou dans les fibres phagocytées. La rétention du fer dans les cellules inflammatoires peut être plus importante dans la pathogenèse de la cardiomyopathie FA que celle dans les cardiomyocytes eux-mêmes ou encore que la quantité totale de fer du cœur. L'expression de l'hepcidine dans la cardiopathie rythmique de FA et la fixation des monocytes contenant de l'hepcidine aux cardiomyocytes suggèrent que la protéine
régulatrice du fer provoque un excès de fer intracellulaire dû à l’interaction avec la FPN 320.
Monocytes/Macrophages ce dernier. À l'appui de ce mécanisme, Ramirez et al ont détecté une diminution de FPN dans les cardiomyocytes des patients FA, qui présentent, par conséquent, une accumulation de fer. Cependant, la présence des monocytes à la membrane de tous les cardiomyocytes avec des granules fer-positifs n’était pas systématiquement confirmée. L’absence d'exportation de fer à partir de fibres cardiaques en raison de la synthèse locale d’hepcidine peut expliquer de manière adéquate l'accumulation du métal. Une caractéristique principale de la cardiomyopathie rythmique induite par la FA est la myocardite chronique. La lésion cardiaque de la FA se produit sur un fond de niveaux de frataxine extrêmement faibles, et la restauration adéquate du taux de cette petite protéine mitochondriale, tout comme une thérapie anti-inflammatoire ciblée, pourraient restaurer l’homéostasie du métabolisme myocardique du fer et bénéficier aux patients atteints de FA. Surcharge en fer et maladies cardiovasculaires c) (1) Rôle du fer dans l’athérosclérose Il a été suggéré qu'un état d'appauvrissement en fer ou une insuffisance légère conférait une protection contre les maladies cardiovasculaires 339-344. Cette "hypothèse du fer" a été notamment proposée comme une explication de la différence entre les sexes dans l'incidence de la maladie coronarienne, en particulier de l'augmentation de l'incidence chez les femmes après la ménopause. La carence martiale pourrait avoir de multiples conséquences bénéfiques. En effet, la diminution de la biodisponibilité du fer diminue par exemple les réactions d’oxydo-réduction in vivo 340, 344 qui participent à la progression des plaques. En particulier, il a été démontré chez les animaux que l'élimination du fer stocké dans le corps peut diminuer la quantité de dépôt de fer dans les lésions athéromateuses. In vivo, la déplétion expérimentale de fer systémique par la phlébotomie, ou par un traitement chélatant le fer ou encore par restriction du fer alimentaire, diminue la taille de la lésion et
augmente la stabilité de la plaque 345-347. Certaines études récentes mettent également
l'accent sur les rôles délétères du fer localement dans la plaque d’athérosclérose. Le fer est présent dans la plaque d’athérome à des concentrations qui dépassent sensiblement celles observées dans le tissu sain artériel. Le fer n'est pas simplement un composant inerte de la plaque. Une partie du fer artériel est réutilisable, ainsi les protéines de stockage telles que la ferritine et l’hémosidérine restent un réservoir de fer potentiellement actif dans les lésions.
Monocytes/Macrophages Un certain nombre de questions quant au rôle local du fer reste sans réponse : la provenance du fer dans la plaque ? Cellules inflammatoires ou hémorragie intra plaque par rupture de vasa vasorum ? Cela affecte-t-il la stabilité de la plaque ? Existe-t-il des modalités qui peuvent diminuer la concentration de fer intra-plaque ? Une telle élimination de fer dans la plaque par une carence induite ou par un traitement ou par des chélateurs de fer réduirait-elle la vulnérabilité de la plaque ? Dans une étude de 1992, Smith et al ont démontré la présence de fer catalytique à partir des prélèvements sur des lésions athéromateuses humaines, fournissant un soutien indirect important à « l'hypothèse du fer » comme facteur de progression des plaques. Ceci a été confirmé par microscopie nucléaire et dans les lésions humaines par coloration histologique conventionnelle 348, 349. Matthews et al. 350 ont observé une diminution de la taille des plaques dans l'aorte après traitement par un chélateur de fer chez des lapins nourris par un régime enrichi en cholestérol et ont suggéré que cet effet athéroprotecteur de la deferiprone serait médié par une réduction du fer libre dans le sous-endothélium vasculaire. Cependant, ils n'ont pas évalué directement les effets de la chélation du fer par la deferiprone sur la concentration de fer vasculaire. Dans une série d'études, Watt, Halliwell et ses collègues 346, 347, 349, 351 ont rapporté en utilisant la microscopie nucléaire, une augmentation de 7 fois de la concentration ferrique dans les lésions athéromateuses nouvellement formées par rapport aux artères saines chez les lapins blancs néo-zélandais nourris par un régime contenant 1% de cholestérol. L'accumulation de fer a été observée principalement lors des phases d’initiation de la lésion. A l’inverse, la carence martiale provoquée par saignées répétées retarde la survenue de l’athérogenèse et réduit l’accumulation intimale de fer. Dans d'autres expériences, les traitements quotidiens avec le chélateur de fer (deferoxamine) pendant 9 semaines ont diminué le niveau moyen de fer de la lésion et ont également réduit de manière significative la superficie moyenne des lésions. Ces résultats ont fourni des preuves directes d'un rôle clé du fer dans l'initiation de l'athérosclérose et la déstabilisation des
plaques. Chau et ses collègues 352, à partir d’une banque d'ADNc d'aortes athérosclérotiques
humaines, ont découvert que les gènes liés au stockage du fer, la L-ferritine et la H-ferritine, sont fortement exprimés dans les plaques athéromateuses humaines. L'hybridation in situ a révélé que les ARNm de la L- et H-ferritine étaient induits tant dans les cellules endothéliales que dans les Mf des lésions humaines précoces. Dans les lésions humaines avancées, ces messagers ont également été détectés dans les CML. Dans les lésions des aortes
Monocytes/Macrophages athérosclérotiques provenant de lapins nourris par un régime riche en cholestérol, on retrouve une expression significativement élevée du gène de la ferritine. Il y a, de plus, une étroite association temporelle entre la formation des lésions et l'augmentation de l'expression du gène de la ferritine dans les aortes de lapin. L'induction du gène de la ferritine se produit au début du développement de la lésion, bien avant les stades d'hémorragie intra-lésionelle, observée dans les lésions avancées et complexes. Des dépôts de fer ont également été repérés dans des lésions athérosclérotiques chez des souris
déficientes en apolipoprotéine E 353. Le fer augmentait avec l'âge dans les lésions
athérosclérotiques ainsi que dans le cœur et le foie. Chez les jeunes souris recevant un régime à faible teneur en fer pendant 3 mois, le stock de fer et le fer circulant étaient beaucoup moins élevés dans les tissus aortiques que chez les souris nourries avec un régime enrichi en fer. Une étude ultérieure chez la souris ApoE -/- a indiqué que la diminution de la teneur en fer artérielle était associée à une plus faible expression de MMP-9 et à une augmentation de la teneur en collagène lésionnel, que l’on considère comme associées à un phénotype plus stable de la plaque 353. Chez l’homme, en utilisant la spectroscopie par résonance magnétique électronique (EPR) et la spectroscopie de masse plasmatique par couplage inductif (ICPMS), Davies et ses collègues 354 ont quantifié le fer dans les lésions carotidiennes ex vivo et dans les artères saines. Ils ont trouvé des niveaux élevés de fer dans l'intima des artères athéromateuses par rapport aux artères de témoins indemnes de lésions athéromateuses. Le taux de cholestérol dans les lésions était positivement corrélé avec
l'accumulation du fer. Dans des travaux ultérieurs 355, il a été rapporté que les niveaux de fer
dans les plaques humaines sont corrélés positivement et fortement avec de multiples marqueurs d'oxydation des protéines, mais pas avec les marqueurs d'oxydation lipidique. Lapenna et al 356 ont étudié la relation entre la ferritine sérique et le fer de bas poids moléculaire (LMWI) dans les pièces opératoires d'endartériectomie carotidienne. Ils ont trouvé une corrélation significative entre les taux de LMWI dans ces échantillons et la ferritine sérique. Ils ont également signalé une association des taux de LMWI dans les
plaques avec des marqueurs de peroxydation lipidique. Yuan et ses collègues 355-358 ont
également étudié la présence du fer dans la plaque d’athérosclérose, ils ont suggéré l'érythrophagocytose comme une source importante de fer et ont considéré le rôle de ce fer dans l'augmentation de la concentration intralésionnelle du fer redox. Ils ont exploré les interactions du fer et des lipoprotéines au fur et à mesure que les Mφ de la plaque se
Monocytes/Macrophages transforment en cellules spumeuse apoptotiques. Dans une étude récente à partir de 52
échantillons de plaques carotidiennes humaines 344, ils ont constaté que l'expression du
récepteur de la transferrine 1 (TfR1) était positivement corrélée à l'infiltration des Mφ à la cathepsine lysosomale ectopique L et à l'expression de la ferritine. Dans ce travail une forte expression de TfR1 et de la ferritine dans les Mφ CD68 + était significativement associée à la taille des plaques et à la survenue et à la gravité des plaques carotidiennes. Les résultats suggèrent que la dérégulation du métabolisme du fer dans les Mφ peut contribuer à la vulnérabilité de l'athérome humain, en sus des facteurs de risque établis et de leurs symptômes cliniques. Il avait d’ailleurs été proposé que le fer intracellulaire des Mφ puisse
constituer un facteur de risque modifiable dans l’instabilité de la plaque d’athérosclérose 359,
une hypothèse développée en 1981 339 et encore actuellement discutée. Au cours de la
progression des lésions athéroscléreuses, l'environnement complexe dans la plaque se traduit par une hétérogénéité dans le phénotype des Mφ. Aussi, les Mφ classiquement activés (M1) et les Mφ (M2) activés alternativement coexistent dans les plaques