HAL Id: tel-01940544
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01940544
Submitted on 30 Nov 2018
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
Marqueurs d’athérothrombose carotidienne chez le diabétique de type 2 : rôle du stress oxydant dans la
vulnérabilité de la plaque
Aurélie Catan
To cite this version:
Aurélie Catan. Marqueurs d’athérothrombose carotidienne chez le diabétique de type 2 : rôle du stress oxydant dans la vulnérabilité de la plaque. Biochimie [q-bio.BM]. Université de la Réunion, 2018. Français. �NNT : 2018LARE0022�. �tel-01940544�
Université de La Réunion Thèse
Pour l’obtention du titre de Docteur en Sciences de L’Université de La Réunion
Spécialité : Biologie Médicale, Santé
Présentée par :
Aurélie CATAN
Marqueurs d’athérothrombose carotidienne chez le diabétique de type 2 : rôle du stress oxydant dans la vulnérabilité de la plaque.
Soutenance publique le 27 septembre 2018
Université Pierre et Marie Curie, Paris Rapporteur Composition du Jury :
Pr Isabelle LIMON
Dr François CANONNE-HERGAUX INSERM, Toulouse Rapporteur
Dr Adèle RICHART Université de Melbourne, Australie Examinatrice
Pr Gilles LAMBERT Université de La Réunion Examinateur
Dr Olivier MEILHAC INSERM, La Réunion Directeur
2
3
Remerciements
Cette thèse a été accomplie au sein du Laboratoire UMR 1188 DéTROI, Diabète athérothrombose Thérapie Réunion Océan Indien, dirigé par le Dr Olivier Meilhac. Ce travail a été réalisé grâce au soutien financier de l’ANRT, de la Clinique Sainte Clotilde et du groupe de santé Clinifutur.
Cette thèse a été dirigée par le Dr Olivier Meilhac, avec un co-encadrement assuré par le Dr Philippe Rondeau et le Dr Reuben Veerapen.
Olivier et Reuben,
Je tiens à vous remercier de m’avoir accordé votre confiance et de m’avoir permis de travailler en autonomie sur bien des aspects pour mener à bien ce projet de thèse avec les aléas que nous avons dû affronter.
Philippe,
Simplement merci d’avoir été présent au cours de ces trois années mais aussi depuis mon entrée au laboratoire il y a quelques années déjà.
A vous trois, je vous suis profondément reconnaissante.
Je remercie l’ensemble des personnalités scientifiques qui ont accepté d’évaluer mon travail de thèse : le Pr Isabelle Limon (Université de Pierre et Marie Curie, Paris), le Dr Adèle Richart (Université de Merlbourne), le Dr François Canonne-Hergaux (Université de Toulouse) et le Pr Gilles Lambert (Université de La Réunion). Je vous remercie vivement de me faire l’honneur de consacrer une partie de votre temps précieux pour juger ce travail. Soyez assurés ici de l’expression de mon profond respect.
Je tiens à remercier les membres du laboratoire qui ont d’abord été mes enseignants puis sont devenus des collègues et amis, qui ont su affûter chez moi ce goût pour la rechercher et qui ont su répondre à mes questions même les plus futiles.
Manu et Philippe, merci de m’avoir permis de mettre le pied à l’étrier très tôt.
4 A tous les doctorants, les anciens comme les nouveaux, nous sommes tous dans la même galère et nous en sortons tous grandi.
Aux techniciens, aux ingénieurs, aux gestionnaires merci pour votre aide, votre soutien et votre écoute.
A vous tous, merci pour ces moments passés à échanger non seulement sur les sujets scientifiques mais aussi sur des sujets plus désinvoltes. Merci aussi de m’avoir aidée à faire cette fameuse liste que je ne voulais plus faire et qui a été réduite de moitié au moins ;)
Merci à ma famille qui a su se montrer compréhensive et patiente ces derniers temps. Merci de nous avoir nourris durant cette période de dur labeur.
A mon compagnon de galère, merci pour ces moments à décompresser, pour ton soutien, pour avoir pris le relais quand il le fallait. Il ne nous reste plus qu’à passer à l’étape supérieure maintenant.
Merci à vous, ceux que j’ai cité et ceux que j’oublie pour avoir contribué de loin ou de près à l’accomplissement de ces travaux.
5
Sommaire
Liste des figures ... 8
Liste des tableaux ... 10
Liste des abréviations ... 11
Introduction générale... 13
Contexte bibliographique ... 19
1 Le diabète ... 21
1.1 Les différents types de diabète ... 21
1.2 La prévalence du diabète de type 2 dans le monde, en France et à La Réunion. ... 22
1.3 Les conséquences moléculaires du diabète ... 22
1.3.1 Le déséquilibre de la balance redox – stress oxydatif ... 22
1.3.2 La glycation des protéines ... 24
1.3.3 L’inflammation de bas grade ... 26
1.4 Les pathologies associées au diabète de type 2 ... 27
1.4.1 Les néphropathies – insuffisance rénale terminales ... 29
1.4.2 Neuropathies des membres inférieurs – syndrome du pied diabétique et risque d’amputation des membres inférieurs ... 29
1.4.3 Les rétinopathies ... 30
1.4.4 Les maladies cardio-vasculaires ... 30
2 L’athérosclérose ... 33
2.1 La paroi vasculaire ... 33
2.2 L’endothélium ... 35
2.3 Les zones de formation des plaques d’athérosclérose ... 37
2.4 Formation de la plaque d’athérosclérose ... 38
2.4.1 Les stries lipidiques ... 39
2.4.2 L’athérome ... 41
6
2.4.3 La plaque d’athérosclérose ... 42
2.4.3.1 La formation des néo vaisseaux dans la plaque ... 43
2.4.4 La complication de la plaque, la thrombose et la rupture de la plaque ... 44
2.4.4.1 L’hémorragie intraplaque (HIP) dans les plaques compliquées ... 46
3 L’impact du diabète de type 2 sur la plaque d’athérosclérose ... 61
3.1 Diabète et l’endothélium vasculaire. ... 61
3.1.1 La dysfonction endothéliale. ... 62
3.1.1.1 Les effets de l’hyperglycémie sur la dysfonction endothéliale... 62
3.1.1.2 L’insuline et les acides gras libres impactent l’endothélium du diabétique. 63 3.1.2 L’état prothrombotique de l’endothélium ... 65
3.2 Diabète, néo vascularisation, hémorragie intraplaque (HIP) ... 66
3.2.1 La néo vascularisation de la plaque d’athérosclérose ... 66
3.2.2 L’hémorragie intraplaque (HIP). ... 68
3.2.2.1 L’implication des érythrocytes de patients diabétiques dans l’HIP. ... 68
3.2.2.2 La clairance des globules rouges : rôle de l’haptoglobine dans la plaque du diabétique. ... 69
3.2.2.3 La NETose chez le diabétique et l’HIP. ... 70
Objectifs de travail ... 73
Démarche expérimentale, Résultats et Discussion ... 77
4 Etude clinique : Marqueurs d’Athérothrombose carotidienne Chez le Diabétique – MADi 79 4.1 Objectifs de l’étude ... 80
4.2 Inclusion des patients ... 82
4.3 Déroulé de la recherche ... 83
4.4 Réalisation des dosages des biomarqueurs cibles de l’étude ... 87
7
4.5 Résultats et discussion ... 93
5 Etude in vitro : Impact de la glycation des érythrocytes sur l’endothélium de la plaque 99 5.1 Caractérisation du modèle de glycation des globules rouges et de la phagocytose des globules rouges par les cellules endothéliales humaines. ... 100
5.1.1 Principaux résultats ... 100
5.2 Conséquences de la phagocytose des érythrocytes sur la fonctionnalité de l’endothélium. ... 104
5.2.1 Activation de l’endothélium ... 104
5.2.2 Modulation de la perméabilité de l’endothélium ... 108
5.3 Conséquence de la phagocytose des érythrocytes sur la production de stress oxydant par l’endothélium ... 112
5.3.1 Production de ROS par l’endothélium ... 112
5.3.2 Les défenses antioxydantes de l’endothélium ... 114
5.4 Discussion de l’étude in vitro : Impact de la glycation des érythrocytes sur l’endothélium. ... 120
Conclusion et perspectives ... 127
Références ... 133
Annexes ... 149
8
Liste des figures
Figure 1 : La formation des AGE. ... 24
Figure 2: Stimulation du facteur de transcription NF-κB par la liaison entre les AGE et RAGE. ... 26
Figure 3 : Principales complications du diabète... 28
Figure 4 : Organisation de la structure d’une artère. ... 34
Figure 5: Production d’oxyde nitrique par la cellule endothéliale. ... 37
Figure 6: Illustration des différents types de flux sanguins (A) et des types de forces de cisaillement (B) qui surviennent dans les vaisseaux sanguins. ... 38
Figure 7: Illustration d’une strie lipidique. ... 41
Figure 8 : Illustration de la plaque instable ou compliquée. ... 43
Figure 9 : Illustration d’une plaque instable. ... 46
Figure 10 : Mise en évidence de l’extravasation du contenu sanguin à partir des néo vaisseaux dans des plaques d’athérome. ... 48
Figure 11 : Modèle proposé du devenir des érythrocytes en contact avec les lipides oxydés du cœur nécrotico-lipidique de la plaque d’athérosclérose. ... 50
Figure 12 : Exemples de complexes Hp-Hb (complexe Hp1-1/Hb et Hp2-2/Hb). ... 53
Figure 13 : Quelques exemples de structures des différents génotypes d’haptoglobine possibles. ... 54
Figure 14 : Localisation de neutrophiles dans une plaque de carotide humaine. ... 57
Figure 15 : Les voies de signalisation de l’insuline. ... 63
Figure 16 : Exemple des 3 types de morphologies spécifiques des néo vaisseaux des plaques d’athérosclérose des patients diabétiques. ... 67
Figure 17 : Schéma général de l’étude clinique. ... 81
Figure 18 : Plan de distribution des échantillons de plasma de l’étude MADI. ... 87
Figure 19 : Plan de distribution des échantillons de milieux conditionnés des CP de l’étude MADI. ... 88
Figure 20 : Plan de distribution des échantillons de milieux conditionnés des NPs de l’étude MADI. ... 88
Figure 21 : ELISA MPO/ADN – mesure des complexes NETs. ... 91
9 Figure 22 : Caractérisation des érythrocytes glyqués in vitro avec des concentrations croissantes en glucose. ... 101 Figure 23 : Liaison et phagocytose des érythrocytes par les cellules endothéliales. ... 101 Figure 24 : La glycation des érythrocytes altère la capacité de réparation de l’endothélium après une lésion. ... 102 Figure 25 : Le stress induit par les érythrocytes glyqués n’active pas l’endothélium. ... 107 Figure 26 : Schéma du déroulement du test de perméabilité. ... 109 Figure 27 : Le stress induit par les érythrocytes glyqués ne modifie pas la perméabilité de l’endothélium. ... 110 Figure 28 : Le stress induit par les érythrocytes glyqués engendre la production de ROS par les cellules endothéliales. ... 113 Figure 29 : Schéma du principe du la mesure de l’activité de la SOD totale. ... 115 Figure 30 : Influence des érythrocytes glyqués sur le système de défenses antioxydantes des cellules endothéliales. ... 118
10
Liste des tableaux
Tableau 1 : Descriptif de la population avec les comparaisons statistiques entre les groupes des patients diabétiques (DT2) et des patients non diabétiques (NDT2). ... 93 Tableau 2: Effets du traitement des cellules et du DFO sur la production de ROS. ... 113
11
Liste des abréviations
AGE : produits avancés de glycation ARC : attaché de recherche clinique AVC: Accident Vasculaire Cérébrale
CP : partie coupable (partie responsable de la sténose) CRB : Centre de Resources Biologiques
CRF : case report form DFO : deferoxamine
eNOS : NO synthase endothéliale Fe 2+ : fer férreux
Fe 3+ : fer ferrique Hb : hémoglobine
HbA1c : hémoglobine glyquée HDL : Lipoprotéine de haute densité Hp : Haptoglobine
Hx : Hémopexine
ICAM-1 : Intercellular Adhesion Molecu1e 1 IL : Interleukine
IM : Infarctus du myocarde
LDL : Lipoprotéine de basse densité
MADI : marqueur d'athérothrombose carotidienne chez le diabétique MEC : matrice extracellulaire
MLC : milieu liquide conditionné MMP : métalloprotéinase matricielle MPO : myéloperoxydase
NADPH : nicotinamide adénine dinucléotide phosphate
NCP ou NP : partie non coupable (non responsable de la sténose) NET : neutrophil extracellular traps
NFkB : nuclear factor k B
NGAL : neutrophil gelatinase-associated lipocalin
12 OMS: Organisation Mondiale de la Santé
P. gingivalis : Porphiromonas gingivalis
PECAM -1 : Platelet Endothelial Adhesion Molecule 1 PS: phosphatidylsérine
PSR : récepteur des phosphatidylsérines RAGE : récepteur aux AGE
RBC : red blood cell
ROS : espèce réactive de l'oxygène TCFA : Thin Cap Fibro Atheroma TNF a : Tumor Necrosis Factor alpha
VCAM-1 : Vascular Cell Adhesion Molecule 1 Ve Cadhérine : Vascular Endothelial Cadherine
13
Introduction générale
14
15 Le diabète touche 422 millions de personnes à travers le monde. Il s’agit d’une maladie chronique évolutive devenue pandémique (OMS) [1]. Le diabète est caractérisé soit par un défaut d’action, soit par un défaut de production de l’insuline qui entraîne une hyperglycémie chronique chez les patients. Il existe différents types de diabètes, mais le diabète de type 2 est la forme la plus répandue car elle concerne 90% des sujets diabétiques. Sur l’île de La Réunion le diabète de type 2 souvent diagnostiqué aux alentours de 45 ans a une prévalence 3 à 4 fois supérieure à celle de la France hexagonale [2]. D’ailleurs la surmortalité des patients diabétiques à La Réunion est 3,5 fois supérieure à celle de la métropole avec une incidence plus prononcée chez les femmes [3]. Parmi les complications possibles chez le diabétique, 60%
des patients ont un risque élevé de maladies cardiovasculaires se manifestant par des atteintes coronaires ou cérébrales. Il a été montré que 80% des patients diabétiques de type 2 développent des lésions athérosclérotiques dans les zones privilégiées que sont les artères coronaires, fémorales et carotides. Par ailleurs, plusieurs études de populations ont mis en évidence l’augmentation de la prévalence des accidents vasculaires cérébraux (AVC) chez les diabétiques de type 2 [4]. Sur l’île de La Réunion, les maladies cardiovasculaires représentent le premier motif d’affections longues durées. De surcroît, ces maladies y constituent aussi la première cause de mortalité contrairement à la France hexagonale où la première cause de mortalité est représentée par le cancer. D’ailleurs, la survenue plus fréquente des AVC ainsi que l’augmentation de leur prévalence à La Réunion en font un problème de santé publique majeur [5].
Quel que soit le type de diabète, cette maladie entraîne de lourdes complications chez les patients. Ces dernières affectent notamment le système circulatoire soit à un niveau micro- vasculaire soit à un niveau macro-vasculaire [1]. Ainsi, l’expression clinique de ces atteintes a des retentissements sur divers organes. Les atteintes micro-vasculaires des petits vaisseaux sanguins de la rétine peuvent entraîner la cécité des patients. Les atteintes des glomérules des reins peuvent aboutir à une insuffisance rénale terminale. L’association des atteintes micro- et macro-vasculaires engendre également la maladie du « pied diabétique » et peut amener à l’amputation des membres inférieurs. Enfin, les atteintes macro-vasculaires de 60
% des patients diabétiques se manifestent par des maladies cardio-vasculaires susceptibles de provoquer des accidents cardiaques ou cérébraux. Ces conséquences sont gravissimes car elles sont responsables d’une forte mortalité [1]. En effets, ces accidents peuvent tuer la moitié des patients atteints suite à un infarctus du myocarde (IM) ou suite à AVC. D’ailleurs,
16 la prévalence des AVC chez les patients diabétiques de type 2 est deux fois supérieure à celle des patients non diabétiques [5-7]. Les AVC ischémiques résultent de l’occlusion d’une artère cérébrale par un thrombus généré localement ou bien qui s’est détaché d’une plaque d’athérothrombose généralement localisée au niveau des bifurcations des artères carotidiennes. Les plaques d’athérosclérose se forment préférentiellement à certains endroits particuliers du système artériel. En effet, les sites qui subissent de fortes contraintes de cisaillement au niveau de l’intima des artères à cause du flux sanguin sont des zones privilégiées de formation de plaque d’athérosclérose. Ces zones se situent en général au niveau des branches et des bifurcations du système circulatoire telles que les bifurcations de l’aorte abdominale, les artères coronaires ou ilio-fémorales, ou encore les bifurcations carotidiennes. L’intima de ces zones étant fragilisée, les lipoprotéines comme des LDL (lipoprotéine de basse densité), pourvoyeurs de lipides et en particuliers de cholestérol peuvent s’y déposer et initier la formation de la plaque d’athérome. La plaque d’athérosclérose se forme en différentes étapes caractérisées par la présence d’acteurs spécifiques tels que les lipides (estérifiés ou non), les cellules immunitaires (intactes actives ou transformées en cellules spumeuses), d’une matrice extracellulaire remodelée notamment riche en collagène qui constitue la chape fibreuse et qui recouvre le cœur nécrotico-lipidique, ou encore de néo vaisseaux émanant de l’adventice des artères (tunique externe) à l’origine d’hémorragies intraplaques. Dans un premier temps, les plaques stables se compliquent à cause de l’afflux des néo vaisseaux au sein de cette dernière. Les néo vaisseaux qui sont immatures, fragiles et perméables permettent la survenue des hémorragies intraplaques à l’origine de l’invasion de la plaque par les cellules sanguines (érythrocytes, cellules immunitaires, plaquettes…).
Les plaques d’athérothrombose peuvent devenir instables et engendrer un AVC ischémique ou un infarctus du myocarde à cause du détachement d’un morceau de plaque ou bien de la formation d’un thrombus in situ. Différents marqueurs moléculaires, protéiques et physiques peuvent refléter ces processus et renseigner le médecin sur l’instabilité de la plaque présentée par le patient. Il est donc important d’étudier les marqueurs de rupture de plaque d’athérothrombose carotidienne des patients diabétiques, en particulier à La Réunion, afin d’en prévenir les complications et la mortalité associée.
Dans une première partie bibliographique divisée en trois grands chapitres, nous définirons brièvement le diabète et l’athérosclérose. Nous nous attacherons ensuite à montrer l’impact
17 du diabète sur l’athérosclérose et l’athérothrombose au niveau cellulaire et moléculaire.
Enfin, nous exposerons les différents objectifs et travaux accomplis au cours de cette thèse à travers une partie expérimentale scindée en deux. La première partie décrira une étude clinique portant sur des patients opérés pour une chirurgie carotidienne, diabétiques ou non et une seconde partie portera sur une étude in vitro sur des cellules endothéliales exposées à des globules rouges glyqués. Enfin, pour ces deux parties, les résultats obtenus seront également discutés en proposant différentes perspectives intéressantes que ces travaux permettent d’envisager
18
19
Contexte bibliographique
20
21
1 Le diabète
Le diabète est une maladie métabolique chronique évolutive qui se caractérise par un relevé de glycémie anormalement élevé chez un individu. Cette hyperglycémie induite par la défaillance de la captation du glucose sanguin par les cellules cibles résulte d’un défaut de production et/ou d’action de l’insuline, hormone responsable de l’absorption du glucose sanguin par les organes cibles (muscles, foie et tissus adipeux)[8]. Le diagnostic du diabète est établi lorsque, de façon répétée, l’hyperglycémie mesurée à jeun est supérieure ou égale à 1,26 g/L de glucose dans le sang ou supérieur à 2 g/L de glucose dans le sang au cours de la journée [8].
1.1 Les différents types de diabète
Avant 1997, les différents types de diabètes étaient classés en fonction du type de traitement médicamenteux prescrit aux patients [9, 10]. Puis, les diabètes ont été classé en diabètes insulino-dépendants et non insulino-dépendants, jusqu’à aujourd’hui, où il est question de diabète de types 1 et de diabète de type 2. Il existe également d’autres types de diabètes qui sont plus rares et spécifiques comme le diabète gestationnel ou encore le diabète de type MODY (Maturity Onset Diabetes in the Young). Il existe aussi un état transitoire qui n’est pas un diabète mais qui peut évoluer vers un diabète de type 2 chez des patients intolérants au glucose ou ayant une hyperglycémie à jeun modérée.
Les diabètes de type 1 et de type 2 représentent plus de 95% de l’ensemble des types de diabètes et la majorité des cas de diabètes déclarés sont de type 2.
Le diabète de type 1 ou anciennement le diabète insulino-dépendant est caractérisé par une production insuffisante voire inexistante d’insuline par les cellules β des ilots de Langerhans.
Les enfants et les adolescents sont les patients les plus touchés et doivent impérativement recevoir des injections d’insuline au quotidien pour réguler leur glycémie. Ces patients ont le plus souvent un poids normal. Bien que les causes du diabète de type I ne soient pas clairement identifiées, une origine auto-immune conduisant à la destruction des cellules β des îlots de Langerhans du pancréas est clairement admise.
Le diabète de type 2 ou anciennement diabète non insulino-dépendant est caractérisé par un défaut partiel de l’action de l’insuline qui entraîne une insulinorésistance des cellules cibles pour cette hormone. L’insuline ne parvient pas à stimuler la captation du glucose par les organes cibles. Le foie va donc produire du glucose de façon continue. Ce phénomène est à
22 l’origine de l’hyperglycémie à jeun. De plus, l’organisme pour tenter de compenser ce défaut d’insuline va stimuler sa production par les cellules β des îlots de Langerhans du pancréas qui vont à terme s’épuiser. Toutes les causes du diabète de type 2 ne sont pas connues mais sont néanmoins liées à l’obésité, à des facteurs environnementaux et au mode de vie. Cette forme de diabète touche principalement les adultes à partir de 40 ans et les personnes âgées en surpoids ou atteints d’obésité.
L’hyperglycémie modérée à jeun ou l’intolérance au glucose se caractérise par une glycémie supérieure à la normale pour le patient mais en dessous des valeurs seuils pour être déclaré diabétique (entre 1,05 et 1,26 g/L à jeun). Cet état appelé prédiabète, correspond à la transition d’un état intermédiaire entre la normoglycémie et l’hyperglycémie vers un diabète de type 2.
1.2 La prévalence du diabète de type 2 dans le monde, en France et à La Réunion.
En 2014, le diabète qui est une épidémie mondiale, a touché environ 422 millions de personnes dans le monde selon l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) [11]. Actuellement, la prévalence du diabète est en augmentation constante, ce qui en fait un problème de santé publique majeur au niveau mondial. Sur l’île de La Réunion, environ 10% de la population est atteinte de diabète de type 2 [2]. D’ailleurs, 7,1% de ces patients utilisent des traitements médicamenteux, avec une proportion de 7 patients sur 10 sous antidiabétiques oraux et 3 patients sur 10 sous insuline avec ou sans antidiabétiques oraux [12]. Enfin, selon l’OMS la prévalence du diabète de type 2 devrait doubler d’ici à 2030 et deviendrait la 7èmecause de décès des patients à travers le monde. D’ailleurs, les maladies qui découlent du diabète participent aux nombreux décès que cette maladie provoque [1].
1.3 Les conséquences moléculaires du diabète
L’hyperglycémie chronique chez les patients diabétiques entraîne une multitude de modifications moléculaires. Ces dernières engendrent et participent à la déstabilisation de l’équilibre oxydatif, la formation d’AGE (produits avancé de glycation) et à l’installation d’une inflammation de bas grade.
1.3.1 Le déséquilibre de la balance redox – stress oxydatif
Le stress oxydatif résulte du déséquilibre entre la production d’espèces pro-oxydantes parmi lesquelles on compte les espèces radicalaires et les espèces non radicalaires, et leur neutralisation par le système de défenses antioxydantes de l’organisme. Les espèces
23 radicalaires sont des molécules contenants un ou plusieurs électrons non appariés, cette spécificité les rend hyperréaactives. Ces molécules fortement pro-oxydantes peuvent appartenir soit aux espèces réactives de l’oxygène (ROS-reactive oxygen species) parmi lesquelles on retrouve l’anion superoxyde (O2°-) et le radical hydroxyle (OH°), soit aux espèces réactives de l’azote (RNS-reactive nitrogen species) comme l’oxyde nitreux (NO°). Les mitochondries et la NADPH oxydase sont les producteurs majeurs de ROS intracellulaires [13].
Les espèces radicalaires peuvent être neutralisées soit par des enzymes endogènes comme la catalase, la superoxyde dismutase (SOD), la glutathion peroxydase (GPx) ou par le glutathion, les vitamines C et E ou encore par les polyphénols. Dans les conditions physiologiques, les cellules synthétisent les ROS ou RNS en réponses aux stimuli qu’elles perçoivent. Cependant, lorsqu’elles synthétisent plus de molécules pro-oxydantes qu’elles ne peuvent en détoxifier des dommages au niveau lipidique, protéique ou encore au niveau de l’ADN cellulaires sont observés [13].
L’hyperglycémie chronique est connue pour être à l’origine de l’augmentation du stress oxydatif chez les patients diabétiques. Ainsi, on note une corrélation entre le taux élevé de glucose circulant et le taux élevé de marqueurs de peroxydation des lipides membranaires (comme la phosphatidylsérine, la sphingomyéline, la phosphatidyléthanolamine ou encore la phosphatidylcholine) et de l’oxydation de l’hémoglobine (hémoglobine glyquée ou HbA1c) des globules rouges [14, 15]. Le stress oxydant induit par l’hyperglycémie est augmenté via différents mécanismes parmi lesquels on retrouve la voie des polyols davantage sollicitée ou encore la surproduction de l’anion superoxyde par la mitochondrie. La voie des polyols permet la réduction de sucres dont le glucose en sorbitol via l’action de l’aldose réductase grâce au cofacteur NADPH (nicotinamide adénine dinucléotide). Dans les conditions physiologiques, l’affinité de l’aldose réductase pour le glucose est faible mais dans une situation d’hyperglycémie, cette affinité devient forte et entraîne l’augmentation de la conversion du glucose en sorbitol. Il en résulte une diminution du cofacteur NADPH qui est nécessaire à la régénération du glutathion réduit, un puissant antioxydant [16]. La balance entre espèces pro- oxydantes et défenses antioxydantes est alors déséquilibrée en faveur des espèces pro- oxydantes. De plus, l’auto-oxydation du glucose induit une surproduction de NADPH et de flavine qui participent à la production de l’ATP (adénosine triphosphate) par la chaîne de transport des électrons de la mitochondrie [17]. Cette augmentation des cofacteurs NADPH
24 et flavine entraîne une surproduction du radical O2°- qui entre en jeu dans diverses situations pour favoriser le stress oxydatif.
1.3.2 La glycation des protéines
L’hyperglycémie chronique entraîne aussi la modification des protéines par le biais de la réaction de Maillard qui correspond à une réaction non enzymatique entre un sucre, dans ce cas le glucose, et les groupements aminés des protéines [18]. La glycation des protéines se déroule en trois étapes (Figure 1). La première étape consiste en la formation rapide d’une base de Schiff suite à la réaction entre les amines libres des protéines et le glucose [18]. Dans une deuxième étape, les réarrangements moléculaires de cette base de Schiff donnent naissance à des produits d’Amadori ou fructosamines (des produits de glycation intermédiaires). Enfin, l’accumulation lente de ces derniers combinée à des réarrangements, à des réactions oxydatives et transfert d’oxygène, aboutissent à la formation irréversible des produits terminaux de glycation (AGE-advanced glycated end-products) par des réactions de glycoxydation. Les protéines devenues AGE voient alors leur propriétés fonctionnelles et leurs structures modifiées mais aussi leur durée de vie prolongée.
Figure 1 : La formation des AGE.
La formation des AGE par la réaction de Maillard se déroule en 3 phases : la première réaction est rapide, elle dure quelques heures et aboutit à la formation de base de Schiff, la deuxième réaction est une successions de réarrangements réversibles qui dure plusieurs jours et forme les produits d’Amadori et la troisième réaction est irréversible et conduit à la formation des AGE après glycoxydation [19].
25 La formation des AGE affecte le fonctionnement des protéines et cellulaire selon trois mécanismes. Premièrement, les protéines glyquées voient leurs fonctions altérées comme dans le cas de l’albumine où son activité antioxydante est diminuée [20]. Deuxièmement, les protéines de la matrice extracellulaire (MEC) transformées en AGE vont interagir de manière anormale avec les autres protéines de la MEC ou les protéines de surface d’autres types cellulaires comme dans le cas où la glycation des protéines de surface des globules rouges induit une adhérence accrue de ces derniers aux cellules endothéliales chez les diabétiques [21, 22]. Troisièmement, les protéines glyquées circulantes vont se lier à leur récepteur RAGE (Receptor for AGE) qui sont exprimés à la surface de divers type cellulaires tels que les cellules endothéliales, les cellules musculaires lisses ou encore les macrophages [23, 24]. De cette manière ils agissent soit en activant la NADPH oxydase amplifiant ainsi le stress oxydatif déjà présent, soit en activant le facteur de transcription NF-κB (nuclear factor κB) qui induit la transcription de cytokines inflammatoires (Figure 2) ou d’autres molécules particulièrement impliquées dans la fonction endothéliale comme par exemple l’endothéline 1 [25]. Cette action a une incidence sur diverses pathologies, en augmentant entre autre le risque de développer des maladies cardiovasculaires comme l’athérosclérose [17, 26].
26
Figure 2: Stimulation du facteur de transcription NF-κB par la liaison entre les AGE et RAGE.
L’interaction des AGE avec leurs récepteurs RAGE à la surface les cellules endothéliales induit l’activation du facteur de transcription NF-κB. Ainsi, l’augmentation de l’expression des gènes sous son contrôle rend l’endothélium prothrombotique et conduit à la production de cytokines pro-inflammatoires, à la vasoconstriction de l’endothélium et à l’augmentation de l’expression de molécules d’adhésions à leur surface [27].
1.3.3 L’inflammation de bas grade
On retrouve chez les patients diabétiques de type 2 une inflammation chronique, appelée inflammation de bas grade, caractérisée par une sécrétion faible mais prolongée de facteurs pro-inflammatoires comme les interleukines IL1, IL6 ou IL10, le TNF-α (tumor necrosis factor), mais aussi la leptine, ou encore la CRP (protéine C réactive) un marqueur d’inflammation circulant dépendant de l’activation du facteur de transcription NF-κB . La majeure partie de ces marqueurs de l’inflammation de bas grade provient du tissu adipeux des patients mais aussi des cellules immunitaires qui s’y infiltrent comme les macrophages ou les lymphocytes
27 B ou T. Parmi les facteurs qui entraînent l’inflammation de bas grade chez les diabétiques, on retrouve les éléments bactériens comme le LPS (lipopolysaccharide) provenant de différentes sources, notamment des parodontites causées par des bactéries anaérobie gram négatives [28, 29]. Cette inflammation a des conséquences sur divers organes, participe à la résistance à l’insuline et in fine a un rôle dans le développement des pathologies qui surviennent le plus chez ces patients [30, 31]. Ainsi, le TNF-α participe à l’expression des molécules d’adhésion notamment au niveau de l’endothélium, induit l’apoptose des cellules endothéliales et participe à la dysfonction endothéliale [32]. De plus, des travaux ont mis en évidence des liens entre l’inflammation causée par les bactéries parodontales et le développement de maladies cardiovasculaire [33, 34].
Toutes ces modifications au niveau moléculaire et cellulaire participent à l’installation des pathologies associées au diabète de type 2.
1.4 Les pathologies associées au diabète de type 2
Un diabète mal équilibré, c’est-à-dire une glycémie non contrôlée, peut entraîner des complications aiguës et des complications à long terme. En effet, le mauvais contrôle de la glycémie associé à la durée du diabète et à d’autres facteurs de risques tels que l’hypertension artérielle, les dyslipidémies (marquées soit par une hypertriglycéridémie soit par la diminution du HDL cholestérol), l’hyper agrégation des plaquettes, la surcharge pondérale ou encore le tabagisme favorisent l’apparition de ces complications et en modulent la sévérité. Ces complications affectent différents territoires du corps humain, quel que soit le type de diabète et se répartissent en micro- et en macro-angiopathies. Ainsi le cœur, les vaisseaux sanguins, les nerfs, les yeux et les reins sont les tissus les plus touchés (Figure 3).
28
Figure 3 : Principales complications du diabète.
Ces atteintes touchent différents tissus et organes comme les yeux, le cœur, les reins ou encore les membres inférieurs. Image Rapport mondial sur le diabète de l’OMS de 2016 [1].
L’apparition et/ou le cumul de ces pathologies chez le diabétique augmente le risque de décès prématurés des patients avant 70 ans. En effet, en 2012, l’hyperglycémie a été responsable de 3,7 millions de décès, parmi lesquels on distingue 1,5 millions de décès suite au diabète exclusivement et 2,2 millions de décès suite aux complications notamment vasculaires [35, 36].
L’hyperglycémie chronique entraîne donc des modifications structurales et fonctionnelles des protéines et organelles cellulaires notamment via la combinaison de la glycation et du stress oxydatif induit. Ainsi, les grandes fonctions métaboliques sont perturbées et on observe aussi un épaississement des membranes basales des cellules. De plus, on remarque une hyperviscosité du sang et la dysfonction des cellules endothéliales qui aboutit aux micro- et macro-angiopathies. Les micro-angiopathies concernent en particulier les petites artères des yeux, des reins ou encore des nerfs alors que les macro-angiopathies concernent les grosses artères du système circulatoire où des plaques d’athéroscléroses peuvent se former.
29
1.4.1 Les néphropathies – insuffisance rénale terminales
L’association de l’hyperglycémie qui affecte la morphologie et la fonction des glomérules des reins aux autres facteurs de risques comme l’hypertension artérielle altère leur capacité de filtration. Ainsi la glomérulopathie se traduit d’abord par une albuminurie faible voire infime (présence d’albumine dans les urines), puis par une protéinurie élevée (présence de protéines dans les urines) et enfin par la diminution de la capacité de filtration des reins amenant les patients vers une insuffisance rénale terminale qui nécessite une dialyse et in fine une greffe de reins.
1.4.2 Neuropathies des membres inférieurs – syndrome du pied diabétique et risque d’amputation des membres inférieurs
L’expression clinique des neuropathies est multiple et touche les systèmes nerveux périphérique et autonome. Ces maladies résultent de l’atteinte ischémique du vasa nervorum.
Il s’agit de petits vaisseaux provenant des vaisseaux sanguins adjacents qui, en situation physiologique, assurent l’apport nutritionnel des nerfs périphériques. Leur fonction est altérée en situation d’hyperglycémie par les AGE et le stress oxydatif notamment.
Parmi les différentes neuropathies des membres inférieurs, les artérites des membres inférieurs (AMI) ou artériopathies oblitérantes des membres inférieurs (AOMI) sont celles les plus souvent développées par les malades.
Chez les patients diabétiques, cette maladie est caractérisée par la combinaison de l’atteinte des nerfs et celle des artères des membres inférieurs, à l’intérieur desquels se développent des plaques d’athérosclérose. Concrètement, le diamètre de la lumière des vaisseaux sanguins diminue suite à leur sténose progressive jusqu’à être totalement obstruée, plus souvent par la formation d’un caillot luminal, il s’agit de la thrombose du vaisseau sanguin. Il est alors observé une diminution du flux sanguin artériel qui irrigue les membres inférieurs entraînant une ischémie au niveau de ces derniers. Le développement de cette maladie se fait en différentes phases suivant l’échelle de Leriche et Fontaine, classées en 4 stades :
30
Stade 1 : asymptomatique.
Stade 2 : suite à la sténose et ou la thrombose des artères, lors de l’effort le patient aura des douleurs caractéristiques des crampes au niveau des mollets (ischémie d’effort). Ces douleurs vont affecter le périmètre de marche du patient.
Stade 3 : survenue de douleurs dans les membres inférieurs et des orteils du patient au repos notamment en seconde partie de nuit.
Stade 4 : présence de zones plus ou moins importantes de mortifications (noircissement des tissus) notamment au niveau du pied ou des orteils du patient (zone les plus éloignées du cœur). Ces zones correspondent aux zones de nécrose ou gangrène des tissus, sont douloureuses et ne guérissent pas. Les tissus ulcérés à ce stade voient leur risque d’amputation critique.
Chez les diabétiques, cette classification se fait avec plus de difficultés que chez les patients non diabétiques puisque l’atteinte des nerfs rend ces derniers moins sensibles à la douleur.
De ce fait, les patients perdent la sensation d’alerte à la douleur qui fragilise les téguments.
Le diabète augmente ainsi de 2 à 5 fois le risque d’ulcération des membres inférieurs (entre les genoux et les orteils) et dans 7% des cas l’amputation survient [37].
1.4.3 Les rétinopathies
Les rétinopathies dues au diabète sont des maladies qui se développent en plusieurs années et sont responsables de la cécité chez ces patients. Il est estimé que ces maladies prolifératives concernent environ 35% des diabétiques de type 2 [38]. L’accumulation des lésions sur les vaisseaux sanguins de la rétine induit des zones d’ischémies sur les vaisseaux pouvant mener à une cécité chez les patients.
1.4.4 Les maladies cardio-vasculaires
Contrairement aux sujets sains, les diabétiques ont 2 à 3 fois plus de risque de développer des maladies cardiovasculaires [39]. En 2012, ces maladies représentaient 17,5 millions de décès dans le monde selon l’OMS [1]. Ces décès survenant en majorité avant les 70 ans des patients se répartissent entre les cardiopathies coronariennes à raison de 7,4 millions de décès et les
31 AVC à raison de 6,7 millions de décès. Sur l’île de La Réunion la prévalence des maladies cardiovasculaires est deux fois plus élevée qu’en France hexagonale. Selon l’Agence Régionale de la Santé de l’Océan Indien (ARS OI), la prévalence des AVC à La Réunion rapportée à l’âge touche 1007 personnes sur 100 000 et place ce département en tête des départements français. Elles se caractérisent par la formation de plaques d’athéromes à l’intérieur des grosses artères menant à une réduction de leur lumière. Les artères les plus touchées se situent au niveau du cœur, du cou ou encore des jambes. L’occlusion partielle des artères coronaires dans le cœur induit un angor (angine de poitrine) et un risque accru de faire un infarctus du myocarde. Au niveau des jambes, la diminution de la lumière des artères iliaques induit l’AOMI qui s’ensuit possiblement d’une amputation des membres inférieurs. Au niveau du cou, la sténose des artères carotides peut provoquer un AVC ischémique. En fonction de l’atteinte cérébrale, les patients peuvent garder des séquelles importantes (hémiplégie, aphasie, etc…) ou décéder.
32
33
2 L’athérosclérose
Les maladies cardiovasculaires sont généralement provoquées par l’obstruction et le durcissement progressif des artères par les dépôts lipidiques sous la forme de plaques d’athéromes. Dans l’athérosclérose (du grec athêré : bouillie et sklêrosé : dur), ce dépôt de lipides dans les artères est un processus long et pernicieux. Ces plaques formées peuvent se déposer à différents niveaux du système artériel, bien que les grosses et moyennes artères soient des sites préférentiels. Par conséquent, les maladies engendrées comprennent entre autre des cardiopathies coronariennes (atteintes du cœur), des maladies cérébrovasculaires (atteintes du cerveau qui se manifestent par des AVC) ou encore des artériopathies périphériques (AOMI).
Le diagnostic et le suivi des patients cumulant un ou plusieurs facteurs de risques se fait grâce à différents examens qui peuvent être non invasifs (mesure de la pression artérielle, électrocardiogramme -ECG-, épreuves d’efforts, échographies ou écho-doppler, scanner, imagerie par résonnance magnétique –IRM– ou encore scintigraphie) ou invasifs (coronarographie, examens biologiques) [40]. Les praticiens évaluent ainsi le fonctionnement et l’état des vaisseaux sanguins et du muscle cardiaque des patients selon leur la technique utilisée. En effet, chaque patient développe des plaques qui présentent des caractéristiques individuelles propres (composition, taille). Ces plaques sont présentes chez l’individu depuis la naissance et ne donnent pas lieu à des manifestations cliniques jusqu’à leur transformation en plaques d’athérosclérose et leur rupture sous l’influence des différents facteurs de risques.
2.1 La paroi vasculaire
Le système vasculaire humain se constitue de la façon suivante : des artères qui proviennent du cœur et vont vers les organes pour les approvisionner en oxygène et en nutriments, des veines qui assurent le retour d’un sang riche en dioxyde de carbone et pauvre en nutriments vers le cœur et également de petits capillaires qui assurent la circulation du sang dans les organes.
La paroi vasculaire est organisée en trois feuillets allant de la lumière du vaisseau vers l’extérieur (Figure 4) : l’intima (feuillet interne) qui est en contact avec la lumière du vaisseau
34 sanguin, la media (feuillet musculaire) composée en grande partie de cellules musculaires lisses responsables de la contractilité du vaisseau et l’adventice (feuillet externe) constituée de tissus conjonctif lâche et de différents types cellulaires (fibroblastes, cellules immunitaires, adipocytes, terminaisons nerveuses, cellules vasculaires des vasa vasorum). L’épaisseur et la proportion de ces trois feuillets dépendent du type de vaisseau et de leur distance par rapport au cœur [41, 42].
Figure 4 : Organisation de la structure d’une artère.
Elle est composé de trois feuillets, de la lumière vers l’extérieur du vaisseau : l’intima qui sert de barrière entre le tissu et la circulation sanguin, la média qui a un rôle contractile et participe à la contention, et l’adventice qui a un rôle de soutien. La composition de ces trois feuillets dépend de la fonction de l’artère (artères élastiques avec beaucoup de lames élastiques dans la média, artères musculaires avec beaucoup de cellules musculaires lisses et peu de lames élastiques par exemple). (Image provenant de medical servier modifiée)
La tunique interne, l’intima, est composée d’une couche de cellules endothéliales reposant sur une lame basale (matrice extra-cellulaire) ; elle est séparée de la média par la limitante élastique interne. L’endothélium qui borde la lumière du vaisseau est en contact direct avec la circulation. Les cellules endothéliales qui le composent sont en forme de losanges ; elles sont juxtaposées en mosaïque et allongées selon l’axe de l’écoulement du flux sanguin.
L’organisation de l’intima est la même quelque soit le type d’artère bien qu’il puisse contenir quelques cellules musculaires lisses également [41-43].
La tunique musculaire, la media, est la couche située entre l’intima et l’adventice. Elle est plus épaisse que l’intima et est composée de cellules musculaires lisses ainsi que de fibres élastiques. Elle est délimitée par les limitantes élastiques interne et externe. Elle est
35 responsable de l’adaptation du vaisseau aux contraintes de flux et de pression car les fibres de collagène assurent la solidité de la paroi et les fibres élastiques assurent son élasticité, alors que les cellules musculaires lisses assurent sa contractilité (via la vasodilatation ou la vasoconstriction). Cette couche joue donc un rôle essentiel dans la pression artérielle. La composition de la média varie selon la fonction de l’artère. Ainsi, l’artère élastique sera composée de plusieurs feuillets musculo-élastiques eux-mêmes constitués de groupements de cellules musculaires lisses enveloppées de lame basale et de fibres de collagènes entourées de fibres élastiques. L’artère musculaire est beaucoup plus riche en cellules musculaires lisses organisées de manière concentrique entre lesquelles s’intercalent quelques fibres élastiques [41, 42].
L’adventice, la tunique externe, est séparée de la média par la limitante élastique externe. Elle est constituée de tissu conjonctif (fibres élastiques et collagène peu organisées), de terminaisons nerveuses, de fibroblastes, d’adipocytes et cellules immunitaires (présence occasionnelle d’organe lymphoïdes tertiaires). Elle est aussi irriguée par des vasa vasora, des ensembles de petits vaisseaux, qui assurent l’acheminement de cellules immunitaires et de l’apport nutritionnel nécessaire aux cellules de la média (avasculaire), qui sont éloignées de la lumière de l’artère [41, 42].
2.2 L’endothélium
L’endothélium, monocouche de cellules endothéliales qui tapissent l’intérieur de l’intima, sépare la partie tissulaire des vaisseaux sanguins de la circulation sanguine [44]. Les cellules endothéliales qui le composent sont orientées dans le sens du flux sanguin et présentent à leur surface un glycocalyx qu’elles synthétisent. Il est constitué de polysaccharides, de glycosaminoglycanes, de glycolipides et de glycoprotéines. Au pôle basal, d’autres composés de la matrice extracellulaire son responsables de l’ancrage comme la fibronectine, le collagène de type IV ou V, la laminine, etc. Ces cellules possèdent des vésicules appelées cavéoles qui sont impliquées dans le transport des lipoprotéines et d’autres constituants spécifiques tels que le facteur de Von Willebrand impliqué dans l’adhésion des plaquettes aux vaisseaux sanguins [41, 42]. Ces facteurs sont contenus dans les corps de Weibel Palade. Les cellules endothéliales expriment à leur surface de multiples récepteurs tels que les récepteurs de
36 lipoprotéines natives ou modifiées par oxydation, les récepteurs de l’insuline, mais aussi des récepteurs « scavenger » de type CD36 [45]. Les cellules endothéliales possèdent un ensemble de protéines ayant un rôle dans leur fonction de barrière entre la circulation sanguine et les tissus. Ainsi des jonctions d’adhérences de type VE-Cadhérine (Vascular Endothelium Cadherin) ou des jonctions serrées composées d’occludine, de claudines et de JAM (Junction Adhesion Molecules) sont positionnées entre les cellules pour assurer la cohésion et contrôler la perméabilité endothéliale[46]. Ces dernières jouent un rôle dans le passage des protéines plasmatiques à travers l’endothélium. Ce transport est variable en fonction de leur concentration, de leur taille, de leur charge mais aussi en fonction de la localisation de l’endothélium (cérébrale, périphérique, pulmonaire, rénal…) et des caractéristiques individuelles du patient (c’est-à-dire l’âge, la pression sanguine et le tonus vasculaire).
L’endothélium est un acteur important de l’homéostasie vasculaire [47]. En conditions physiologiques, il synthétise et sécrète les facteurs nécessaires à la vasomotricité du vaisseau, à sa perméabilité, il stimule la croissance des cellules musculaires lisses et le renouvellement des cellules endothéliales. L’intégralité des activités de l’endothélium sont réalisées en fonction des stimuli physiques ou chimiques qu’il reçoit de l’environnement. De surcroît, il assure un rôle anti-inflammatoire, anticoagulant et anti-thrombotique en ne permettant pas l’adhésion de plaquettes ou la formation de thrombus à sa surface sans lésion préalable. La fonction vasomotrice de l’endothélium permet aux vaisseaux de moduler leur diamètre en fonction des besoins physiologiques. Ainsi, l’endothélium sécrète des facteurs vasodilatateurs tels que le monoxyde d’azote (NO) ou la prostacycline et des facteurs vasoconstricteurs comme l’endothéline-1 ou le thromboxane. Ces derniers vont ensuite activer la vasomotricité des vaisseaux sanguins auprès des cellules effectrices, les cellules musculaires lisses, en adaptant le diamètre des vaisseaux en fonction de la demande physiologique.
Le monoxyde d’azote joue un rôle essentiel dans l’homéostasie de l’endothélium. En effet, il régule la dilatation des vaisseaux sanguins, inhibe l’adhésion et l’agrégation des plaquettes, l’adhésion et l’infiltration des leucocytes et aussi la prolifération des cellules musculaires lisses [48]. Sa synthèse se déroule dans les cavéoles des cellules endothéliales sous l’action d’eNOS (NO synthase endothéliale). Cette enzyme synthétise le NO à partir de la L-arginine grâce aux cofacteurs BH4 (tetrahydrobiopterine) et NADPH (Figure 5) [48, 49].
37
Figure 5: Production d’oxyde nitrique par la cellule endothéliale.
La production de NO se déroule dans les cavéoles des cellules endothéliales à partir de la L-arginine, du BH4 et du NADPH par l’enzyme NO synthase endothéliale (eNOS).
Du fait du rôle central du monoxyde d’azote, la diminution de sa biodisponibilité, qu’elle soit due à un défaut dans son action ou à la diminution de sa production, entraîne la dysfonction de l’endothélium [48]. En effet, les ROS et en particulier l’anion O2°- peuvent interagir avec NO le rendant indisponible pour assurer les divers rôles qu’il endosse. De plus, l’association entre les concentrations élevées de triglycérides circulants et du flux sanguin perturbé participe aussi à l’activation et la dysfonction de l’endothélium. De cette façon, la perturbation de la fonction endothéliale rend ce dernier sensible à la survenue de lésions qui initient la formation des plaques d’athérosclérose.
2.3 Les zones de formation des plaques d’athérosclérose
Dans les conditions de repos, le flux sanguin est un flux laminaire dont la vitesse est maximale au centre du vaisseau et minimale au niveau de sa paroi. Lorsque cette vitesse augmente, le flux sanguin est alors perturbé et adopte des mouvements de vortex (tourbillons) ou oscillatoires. Les paramètres qui décrivent le flux sanguin sont les suivants (Figure 6) [50] :
Le taux de cisaillement ou « shear rate » représente la différence de vitesse du flux sanguin entre le centre et la paroi du vaisseau.
La force de cisaillement ou « shear stress » (ESS) représente la force exercée par le sang sur la paroi vasculaire par unité de surface. Elle est le produit du taux de cisaillement par la viscosité du sang.
38
Figure 6: Illustration des différents types de flux sanguins (A) et des types de forces de cisaillement (B) qui surviennent dans les vaisseaux sanguins.
(d’après Wentzel et al. adapté de Chatzizisis et al. )[51].
Les conditions de flux déterminent ainsi la force de cisaillement appliquée aux parois vasculaires et donc à l’endothélium. Ces conditions peuvent influencer la sécrétion de NO ou d’autres facteurs vasomoteurs mais aussi l’agrégation plaquettaire au niveau des cellules endothéliales. Par conséquent, les zones où l’endothélium subit des forces de cisaillement trop faibles avec un flux sanguin perturbé par des mouvements oscillatoires et/ou tourbillonnaires sont des zones de prédilections pour l’initiation de la formation de plaques d’athérosclérose. Ces zones correspondent aux courbures ou aux bifurcations présentes dans l’arbre artériel. C’est pourquoi les plaques d’athérosclérose se forment préférentiellement au niveau de l’aorte abdominale, des artères coronaires, des artères ilio fémorales ou encore au niveau des bifurcations carotidiennes [51, 52].
2.4 Formation de la plaque d’athérosclérose
Avant les premiers dépôts de lipides dans les zones préférentielles de formation de plaques, la physiologie des cellules endothéliales est perturbée, suite aux mouvements du flux sanguin.
Des changements de l’épaisseur de l’intima qui s’adapte aux différentes conditions de flux sanguins sont observés. Il est ainsi question d’ « adaptative intimal thickening ». Le fonctionnement perturbé de l’endothélium ainsi que la variation de l’épaisseur de l’intima sont propices à l’initiation de la formation de la plaque d’athérosclérose qui se déroule en plusieurs étapes [53]. Dans un premier temps, les lipides provenant des lipoprotéines s’accumulent dans l’intima jusqu’à la formation de cellules spumeuses (phagocytes gorgées
39 de LDL –low density lipoprotein). Ces dernières évoluent en en stries lipidiques puis en plaque d’athérome composée de cellules spumeuses et de lipides extracellulaires provenant de cellules nécrosées. Ensuite, la paroi des artères se sclérose laissant la place à la plaque d’athérosclérose suite à la formation d’une chape fibreuse qui recouvre un cœur lipidique, pouvant présenter des calcifications. Enfin, la plaque d’athérosclérose peut se compliquer avec la survenue d’hémorragies intraplaque qui la déstabilisent. La présence d’un thrombus obstrue alors la lumière artérielle engendrant ainsi des accidents vasculaires ischémiques.
2.4.1 Les stries lipidiques
Le passage accru de lipoprotéines à travers l’endothélium est à l’origine de la formation des stries lipidiques (Figure 7). Les lipoprotéines les plus athérogènes sont les lipoprotéines de basse densité (LDL) riches en cholestérol. Les LDL vont pénétrer l’intima soit via les récepteurs membranaires des cellules endothéliales par transcytose, soit par un passage para-cellulaire.
L’entrée des LDL dans l’intima est proportionnelle à leur concentration plasmatique. Ainsi, plus leur concentration plasmatique élevée sera, plus importante sera leur endocytose par les cellules endothéliales. A partir de leur captation, les LDL vont rester piégées et s’agréger dans l’espace sous endothélial de l’intima notamment car elles ont une grande affinité pour les protéoglycanes de la matrice extracellulaire. De plus cette interaction entre les LDL et les protéoglycanes entraîne leur accumulation dans l’intima engendrant ainsi des modifications dans le milieu extracellulaire soit par oxydation, glycosylation ou encore par protéolyse enzymatique. L’oxydation est favorisée par certains facteurs de risques comme le tabagisme ou encore l’hypercholestérolémie (qui augmente leur temps de résidence dans l’intima).
L’oxydation des LDL va participer à la déstabilisation de l’équilibre redox de l’endothélium. Ce dernier déjà activé par des conditions de flux particulières, sera alors suractivé suite à la déstabilisation de cet équilibre redox. Cette situation entraîne au niveau de l’endothélium la sécrétion d’une cascade de molécules impliquées dans le recrutement de différents acteurs comme les cellules immunitaires de type monocytes ou cellules dendritiques qui participent à l’élimination de cet excès de LDL présentes dans l’intima. Les monocytes attirés sur le site des lésions via les molécules d’adhésion comme ICAM-1 (intercellular adhesion molecule 1), VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule 1) ou encore les sélectines [54], vont se différencier
