Rôle de l’angiogénèse dans l’athérogenèse

Pendant de nombreuses années, les études sur l’athérogenèse se sont focalisées sur le métabolisme lipidique et la réponse inflammatoire représentée par l’extravasation leucocytaire observée au niveau des plaques compliquées. Des études plus récentes montrent en plus un rôle important de la néoangiogenèse sous intimale dans l’épaississement et la déstabilisation de la plaque d’athérome. Dans la paroi des artères de moyen et gros calibre, au niveau desquelles se développent les plaques d’athérome, on observe un réseau microvasculaire localisé dans l’adventice, les 'vasa vasorum', qui a pour rôle d’apporter oxygène et nutriments aux couches les plus externes de la paroi artérielle. Alors que ces microcapillaires n'existent pas au niveau de la media et de l’intima des artères normales, il se produit une neovascularisation en regard de l’hyperplasie intimale des artères athéroscléreuses (Tanaka, Nagata et al. 2011), souvent associée à des hémorragies intra-plaques (Moreno, Purushothaman et al. 2006).

En effet il a été rapporté un lien entre la densité des microvaisseaux et la fréquence des hémorragies au sein de la plaque (Fryer, Myers et al. 1987; McCarthy, Loftus et al. 1999). Il a été retrouvé, à l’intérieur de la plaque d’athérome, la présence de fer, de fibrine et d’érythrocytes suggérant l’existence de saignements hémorragiques intra-plaques. Ces hémorragies visualisées sur des coupes de carotides humaines athéromateuses, sont souvent associées à une présence importante Figure 28. Etapes de la formation de la plaque d’athérome. Les LDL natives passent dans le sous- endothélium où elles sont piégées et oxydées. Cette oxydation provoque l’arrivée des monocytes sur la lésion qui vont phagocyter les LDL oxydées et se transformer en cellules spumeuses. Ces dernières s’accumulent, forment le coeur lipidique et induisent également la migration et la prolifération des CML. Les CML recouvrent le coeur lipidique pour former la chape fibreuse. (Sanz and Fayad 2008)

de macrophages (CD68+) impliqués dans la phagocytose des hématies et du fer. On retrouve également une quantité importante de plaquettes (immunomarquage C41) et de fibrine au niveau du cœur nécrotico-lipidique ainsi qu’au niveau de l’épaulement de la plaque à proximité des néovaisseaux, suggérant un phénomène de coagulation associé à l’hémorragie (Michel, Virmani et al. 2011).

Ces hémorragies joueraient un rôle dans la déstabilisation de la plaque, puisqu’il a été rapporté un lien étroit entre la présence d’hémorragies intra-plaques et les évènements cliniques thromboemboliques tels que les accidents ischémiques transitoires, les amauroses fugaces (perte transitoire de la vision) et les accidents vasculaires constitués, ou (Gao, Chen et al. 2007),

3.2.3.1. Facteurs influençant l’angiogénèse dans la plaque d’athérome

Ces hémorragies sont essentiellement liées à l’angiogénèse centripète des vasa vasorum depuis l’adventice jusqu’à la plaque (Michel, Thaunat et al. 2007). Cette angiogénèse apparait assez précocement dans l’évolution de la maladie athéromateuse et est en rapport, entre autre, avec l’accumulation de médiateurs lipidiques liés à la surcharge lipidique à l’intérieur de la plaque. Les LDL oxydées, notamment par leur effet pro-angiogénique, peuvent conduire à cette néovascularisation des plaques, qui favorise l'expansion de la plaque par apport de nutriments et de lipides (Kolodgie, Gold et al. 2003; Moreno, Purushothaman et al. 2006). Cette néovascularisation augmente aussi le risque d’hémorragies intraplaques car ces microcapillaires sont fragilisés localement par la présence de lipides oxydés, toxiques. Ces hémorragies intraplaques accroissent le risque de rupture de plaque et d'accident d'athérothrombose (Khurana, Simons et al. 2005; Moreno, Purushothaman et al. 2006; Michel, Virmani et al. 2011).

D’autres éléments peuvent impacter cette angiogénèse comme l’épaississement de la paroi artérielle à l’origine d’une hypoxie locale, notamment au niveau du cœur lipidique où s’accumulent les Fig 29. Représentation schématique de la réponse angiogénique centripète depuis les vasa vasorum adventitielles localisées en regard de la lésion lipidique. (Ho-Tin-Noe and Michel 2011)

cellules spumeuses. Cette hypoxie, soit liée à un défaut d’apport en oxygène à cause de l’épaississement pariétal, soit liée à une augmentation des besoins métaboliques des cellules inflammatoires, est à l’origine d’une augmentation de l’expression du facteur de transcription HIF (Hypoxia Inducible Factor) lui-même à l’origine d’une augmentation de la transcription du VEGF par les cellules vasculaires de la plaque (monocytes/macrophages, cellules spumeuses, CML). Un marqueur d’hypoxie (pimonidazole) injecté en intrapéritonéal à des souris LDLR -/- peu de temps avant leur sacrifice a permis de montrer une co-localisation de ce marqueur avec des macrophages au niveau de plaques carotidiennes induites par un régime hypercholestérolémiant chez ces souris (Sluimer and Daemen 2009). La synthèse de VEGF qui fait suite à cette hypoxie stimule le développement des microcapillaires en regard de la plaque d’athérome.

Les cellules musculaires lisses peuvent aussi jouer un rôle « d’organisateur » de cette réponse angiogénique initiée par l’accumulation et la rétention de lipides au sein de la plaque. Les LDLox et les eicosanoïdes présents dans la plaque induisent un changement phénotypique des cellules musculaires lisses de la média qui secrètent alors du VEGF A capable à son tour de stimuler l’angiogénèse des vasa vasorum sous jacentes (de l’adventice) (Jozkowicz, Dulak et al. 2000; Yamakawa, Hosoi et al. 2000; Dulak, Jozkowicz et al. 2001). De plus il a été récemment montré que la fraction lipidique de la plaque d’athérome pouvait induire un changement phénotypique des cellules musculaires lisses vasculaires humaines et murines à l’origine d’une augmentation de la synthèse de VEGF par ces cellules se prolongeant pendant plusieurs jours après l’arrêt du stimulus. Des CML murines stimulées par la fraction lipidique de plaques d’athérome humaines peuvent également stimuler la vascularisation d’implants de Matrigel chez la souris, ce qui a permis de conclure à la régulation du phénotype angiogénique des CML par les lipides de la plaque (Ho-Tin- Noe and Michel 2011).

3.2.3.2. Conséquences de l’angiogénèse sur la plaque d’athérome

Les hémorragies intra-plaques sont impliquées à différents degrés dans la progression de l’athérothrombose, en potentialisant trois principaux mécanismes impliqués dans les complications de la plaque : la production et la rétention de cristaux de cholestérol, l’oxydation, et la protéolyse à l’intérieur de la plaque (Michel, Virmani et al. 2011).

- Formation de cristaux de cholestérol à l’intérieur de la plaque

Le cœur de la plaque déjà riche en cristaux de cholestérol va en être encore enrichi par l’afflux de cellules sanguines lors de l’hémorragie. Les membranes de ces cellules circulantes (plaquettes activées (Chandler and Hand 1961; Kruth 1985), leucocytes et surtout érythrocytes (Kolodgie, Burke et al. 2007) peuvent relarguer du cholestérol libre au sein de la plaque. Des études ont montré que le cholestérol non estérifié contenu dans les membranes des globules rouges est fortement associé aux instabilités cliniques chez les patients coronariens (Tziakas, Kaski et al. 2007; Tziakas, Chalikias et al. 2008).

Ce cholestérol libre va former des cristaux de cholestérol dont la pathogénicité est liée à leur capacité à rompre les membranes biologiques, à éroder la chape fibreuse (Abela and Aziz 2005; Abela and Aziz 2006) et à faire protrusion dans la lumière vasculaire où ils peuvent être à l’origine d’embolies ou de thromboses (Abela, Aziz et al. 2009). Ces cristaux de cholestérol peuvent également déclencher une réponse inflammatoire à l’intérieur de la paroi artérielle (Duewell, Kono et al. 2010; Rajamaki, Lappalainen et al. 2010) et éroder les microvaisseaux néoformés au sein de la

plaque (Ho-Tin-Noe and Michel 2011). La présence de cristaux de cholestérol dans la paroi artérielle est donc un facteur de thrombose pariétale aggravé par l’angiogenèse et les hémorragies intraplaques.

- Oxydation à l’intérieur de la plaque

A l’intérieur de la plaque il y a des hydroperoxydes (van den Berg, Op den Kamp et al. 1992), des lipoprotéines oxydées, et des lipides qui induisent une lyse des globules rouges apportés par les hémorragies et la libération de l’hémoglobine qu’ils contiennent (Nagy, Eaton et al. 2010). Le fer de l’hémoglobine s’oxyde alors en fer ferrique qui se dissocie plus facilement de la globine que le fer ferreux, libérant le complexe hème/fer hautement délétère par l’oxydation des lipides de la plaque qu’il induit, à l’origine d’une cytotoxicité endothéliale (Balla, Jacob et al. 1991; Abraham, Lavrovsky et al. 1995).

Il a été en effet retrouvé une co-localisation de CD163 (récepteur scavenger de l’hémoglobine), de 4-hydroxy-2-nonénal (produit de peroxydation lipidique) et de CD-31 (marqueur endothélial) plus importante au sein de plaques d’athérome instables issues de patients souffrant d’angor instable que chez ceux ayant un angor stable (sur pièces d’atherectomie réalisées sur des artères coronariennes de ces patients) (Yunoki, Naruko et al. 2009). Ceci suggère qu’il règne un stress oxydant plus important dans les plaques instables que dans les plaques stables. Il a été d’ailleurs créé un modèle de plaques instables chez la souris, au sein desquelles on retrouve une quantité importante de microvaisseaux (et marquage CD-31 en immunofluorescence) adjacents à un dépôt de fer témoin d’hémorragies anciennes (Chen, Bui et al. 2013) et suggèrant que ces dépôts hémorragiques sont issus de ces microcapillaires.

En plus de ces agents oxydants, les neutrophiles et les monocytes libérés par extravasation à partir de ces microcapillaires et associés aux hémorragies, ont également un pouvoir pro-oxydant par les enzymes qu’ils contiennent (NADPH oxydase, Myeloperoxydase) potentialisant encore l’oxydation au sein de la plaque (Sugiyama, Okada et al. 2001; van der Veen, de Winther et al. 2009).

Finalement, les lipides oxydés présents au cœur de la plaque favorisent le développement de cette angiogénèse ainsi que la fragilisation des microvaisseaux néoformés, et cette angiogénèse favorise à son tour le développement de la plaque et la libération d’agents pro-oxydants au sein de la plaque lors des hémorragies intra-plaques.

Des systèmes de protections existent toutefois au sein de la plaque, pour limiter le stress oxydant lié à la libération d’hémoglobine. Parmi ces mécanismes on retrouve i/la capture et l’endocytose des globules rouges libérés lors des hémorragies, par les cellules musculaires lisses ou les macrophages de la plaque. Ce processus implique un mécanisme de redistribution des phosphatidylsérines de la membrane plasmique des globules rouges (Kolb, Vranckx et al. 2007) ; ii/la liaison de l’hémoglobine libre avec l’haptoglobine et la phagocytose du complexe par les macrophages CD163+ (haemoglobin scavengers). Ce phénomène est plus particulièrement lié au phénotype homozygote Hp1-1 de l’haptoglobine qui favorise la clairance de l’hémoglobine libre par ces CD163, alors que les phénotypes homozygote Hp2-2 et hétérozygote Hp1-2 facilitant peu la clairance de l’hémoglobine, ne préviennent pas le potentiel oxydatif de l’hémoglobine libre (Kalet- Litman, Moreno et al. 2010; Levy, Asleh et al. 2010) ; iii/la liaison du fer et de l’hème libres avec l’hémopexine suivie de l’endocytose du complexe et transport du fer par la ferritine (Michel, Virmani et al. 2011).

- Protéolyse à l’intérieur de la plaque

Les activités fibrinolytiques, tPA, uPA, plasmine, sont proportionnelles à la complexité de la plaque et sont principalement générées par le cœur des plaques instables (endartérectomie de carotides humaines). Ces activateurs du plasminogène (et la plasmine) peuvent à leur tour être responsables de l’augmentation de l’activité métalloprotéasique retrouvée également augmentée au niveau de ces plaques comparativement à des plaques non compliquées notamment par la libération accrue de MMP-2 et MMP-9 à ce niveau (Leclercq, Houard et al. 2007). Les neutrophiles libérés lors des hémorragies participent également à la fragilisation de la plaque par les protéases libérées qui sont responsables de la dégradation de la matrice extracellulaire et de l’amincissement de la chape fibreuse. Il a été retrouvé au niveau de plaques hémorragiques disséquées à partir de pièces d’endartérectomies de carotides humaines et traitées en immunohistochimie, une co-localisation des hémorragies (hémoglobine, plasminogène) avec des marqueurs de neutrophiles et des protéases (Pro-MMP-9 et MMP-9, complexe lipocaline/MMP-9 spécifique des neutrophiles) ainsi que des marqueurs de dégranulation leucocytaire (myéloperoxydase, élastase, alpha-1-antitrypsine) avec des niveaux plus élevés qu’au niveau des plaques non hémorragiques. Ce travail a également montré que les néovaisseaux observés à l’interface chape fibreuse/cœur lipidique avaient un endothélium activé (marquage P-selectine fortement positif) favorisant la diapédèse leucocytaire (Leclercq, Houard et al. 2007). La densité leucocytaire au sein de la plaque est d’ailleurs proportionnelle à la densité de micro-vaisseaux et aux hémorragies intra-plaques (Ionita, van den Borne et al. 2010). Cependant les plaquettes et les monocytes/macrophages amenés par ces néovaisseaux au sein de la plaque peuvent aussi amener des facteurs de résistance à la protéolyse comme PAI-1 et protéase nexin-1 (inhibiteurs de la thrombine, des activateurs du plasminogène et de la plasmine) qu’on retrouve localisés au niveau du cœur lipidique et de la chape fibreuse (Mansilla, Boulaftali et al. 2008). Le rôle des macrophages dans l’évolution de la plaque est finalement ambigu puisqu’ils sont à la fois impliqués d'une part dans les phénomènes d'épuration (scavenger) des résidus cellulaires, des matrices extracellulaire et de lipoprotéines de la plaque et, d'autre part, dans les phénomènes protéolytiques qui dégradent la chape fibreuse et aboutissent à la fissuration ou à la rupture de la plaque. La différenciation des monocytes de la plaque en différents types de macrophages (pro-athérogènes ou anti-inflammatoires) se fait sous l’influence de diverses cytokines inflammatoires ou sous l’influence du complexe hémoglobine/haptogobine présent dans les plaques hémorragiques et phagocyté par les scavengers CD163 qui secrètent alors l’interleukine 10 conduisant à une différenciation macrophagique vers un phénotype athéroprotecteur (Bouhlel, Derudas et al. 2007; Boyle, Harrington et al. 2009).

Finalement cette néovascularisation des plaques d’athérome est non seulement un marqueur de l’avancement de la plaque mais aussi un indicateur de l’évolution de la plaque vers la rupture et les complications thromboemboliques qui en découlent (Ho-Tin-Noe and Michel 2011).