La Lettre du Pneumologue • Vol. XIX - n° 5 - septembre-octobre 2016 | 205
MISE AU POINT
Les inhibiteurs calciques,
une nouvelle option thérapeutique dans l’asthme sévère ?
Calcium channel blocker:
a new therapeutic option in severe asthma?
P.O. Girodet1, 2, 3, T. Trian1, 2, P. Berger1, 2, 3
1 Centre de recherche cardio- thoracique de Bordeaux, Inserm UMR 1045 ; département de phar- macologie, CIC1401, université de Bordeaux.
2 Centre de recherche cardio- thoracique de Bordeaux, Inserm UMR 1045 ; CIC1401, Bordeaux.
3 Service d’exploration fonctionnelle respiratoire, CHU ; Pessac ; CIC1401, Bordeaux.
L’
asthme sévère est une cause de morbidité chronique, de mortalité et est associé à la majorité des coûts de la santé dans l’asthme.La physiopathologie de l’asthme implique des fac- teurs génétiques et environnementaux qui favorisent une inflammation chronique des voies aériennes et une hyperréactivité bronchique (HRB). De nom- breuses cellules, comme les cellules dendritiques, épithéliales, lymphocytes T et B, mastocytes, éosino- philes, cellules musculaires lisses bronchiques (CMLB) sont impliquées dans l’inflammation de l’asthme.
Les médiateurs produits par ces cellules associent anticorps (immunoglobuline E [IgE]), cytokines (IL-4, IL-5, IL-13, IL-9, thymic stromal lymphopoietin [TSLP]), chimiokines et protéases. L’analyse histologique des biopsies bronchiques de sujets asthmatiques démontre que l’infiltration cellulaire inflammatoire est associée à un remodelage bronchique (1, 2). Ce processus de remodelage bronchique, fréquemment présent chez les patients atteints d’asthme sévère, est associé à une augmentation du risque d’exacerba- tions et à une diminution de la fonction ventilatoire.
Qu’est-ce que le remodelage bronchique dans l’asthme ?
Le remodelage bronchique dans l’asthme est défini classiquement par une augmentation de l’épaisseur de la paroi bronchique due à plusieurs modifications structurales incluant : lésions épithéliales, fibrose sous-épithéliale, majoration du dépôt des protéines de la matrice extracellulaire, angio genèse, hyper- trophie des glandes muqueuses et des cellules cali- ciformes et augmentation de la masse du muscle lisse bronchique. Parmi les modifications architec- turales des voies aériennes typiques du remodelage bronchique, l’augmentation de la masse musculaire
lisse bronchique représente une caractéristique majeure car elle contribue à la survenue d’un trouble ventilatoire obstructif observé dans les formes sévères d’asthme. Des indices évocateurs d’hyperplasie (aug- mentation du nombre de cellules) et d’hypertrophie (augmentation de la taille des cellules) ont été observés au niveau du muscle lisse bronchique (3).
Effet des traitements antiasthmatiques actuels sur le remodelage bronchique
La prise en charge médicamenteuse de l’asthme est basée sur une approche par paliers dépendante du contrôle des symptômes de la maladie (4). En cas de traitement bien conduit et d’éviction du taba- gisme, la majorité des patients asthmatiques mène une vie normale grâce à des traitements dont le rapport bénéfice/risque est très favorable. L’utili- sation régulière de corticostéroïdes inhalés (CSI) est la stratégie la plus efficace pour améliorer le contrôle de l’asthme. Cependant, une proportion significative de patients avec un asthme persistant peut bénéficier d’un traitement additionnel par bêta-2 agoniste de longue durée d’action (B2LDA) ou par antagoniste des récepteurs aux leucotriènes et antagoniste muscarinique de longue durée d’action (AMLA). Même si les CSI ont une activité anti-inflammatoire puissante, ils s’avèrent relati- vement inefficaces dans le traitement de l’asthme persistant sévère (5). En effet, l’asthme sévère de nombreux patients demeure non contrôlé malgré plusieurs traitements incluant CSI à forte dose et/ ou corticostéroïde oral (CSO) au long cours. Dans cette situation, l’anticorps monoclonal humanisé anti-IgE humaine (omalizumab) est une option thérapeutique à envisager, mais ses indications
Calcium Exacerbation
Summary
Increased bronchial smooth muscle (BSM) mass, a key feature of airway remodeling in severe asthma, is asso
ciated with an increased risk of asthma exacerbations and lung function decrease. BSM remodeling is insensitive to antiinflammatory drugs (corti
costeroids, antileucotrienes).
The Ca2+channel blocker gallopamil decreased the proliferation of BSM cells from patients with severe asthma in vitro. Compared with placebo, gallopamil administered for 12 months as an addon treat
ment significantly reduced BSM thickness and prevent exacer
bations in patients with severe asthma. Ca2+channel blocker may represent a new thera
peutic strategy targeted against BSM cells that may provide a beneficial approach to BSM remodeling consequences in severe asthma.
Keywords
Asthma Remodeling Smooth muscle Calcium Exacerbation
de gallopamil en tant que traitement additionnel pendant 12 mois versus placebo diminue l’épaisseur du muscle lisse bronchique et prévient la survenue d’exacerbations chez des patients atteints d’asthme sévère. Les inhibiteurs calciques pourraient représenter une stratégie thérapeutique alternative destinée à cibler le muscle lisse bronchique et atténuer le remodelage bronchique et ses conséquences cliniques.
sont actuellement limitées aux patients souffrant d’asthme allergique sévère avec une fonction ven- tilatoire altérée et un taux d’IgE sanguin compris dans l’inter valle 30-1 500 UI/ ml. Cependant, ce trai- tement peut être inefficace pour contrôler certains patients atteints d’asthme sévère, ce qui motive le développement de nouvelles molécules dans cette indication, comme les anti-IL-5.
Il existe peu de données disponibles concernant les effets potentiels des bronchodilatateurs inhalés sur les modifications structurales du remodelage bronchique. De même, le rôle potentiel des antago- nistes des récepteurs aux leucotriènes n’a été étudié que dans des modèles animaux et des expérimenta- tions in vitro. Malgré l’administration de fortes doses de corticostéroïdes, l’asthme sévère de nombreux patients demeure non contrôlé au niveau des symp- tômes et ces patients présentent fréquemment un trouble ventilatoire obstructif fixé (volume expira- toire maximal à la première seconde [VEMS] < 80 % théorique). Cela est sans doute dû, au moins par- tiellement, à l’inefficacité des anti-inflammatoires actuels vis-à-vis de ce processus de remodelage bronchique. L’absence d’effet antiprolifératif des corticostéroïdes a été confirmé sur des CMLB de patients asthmatiques (6). Dans cette étude, le rôle clé d’un facteur de transcription antiprolifé- ratif (CCAAT-enhancer binding proteins [c/ EBP]) a été mis en évidence. En effet, la prolifération de CMLB de patients avec un asthme modéré à sévère et l’absence d’inhibition de cette prolifération par les corticostéroïdes résultent d’une absence ou d’une diminution d’expression de c/EBP-alpha (6, 7). Enfin, l’effet de l’omalizumab et des autres biothérapies en cours de développement sur le remodelage bronchique n’est pas connu à l’heure actuelle.
Homéostasie calcique, biogenèse mitochondriale et prolifération des cellules musculaires lisses bronchiques
L’homéostasie calcique joue un rôle central dans la régulation de la fonction de prolifération des CMLB.
Par conséquent, des modifications des concentrations
de Ca2+ libre cytosolique ([Ca2+]i) seraient suscep- tibles d’influencer le taux de prolifération des CMLB.
Notre équipe a décrit des altérations de l’homéo- stasie calcique au sein de CMLB en culture issues de sujets atteints d’asthme sévère (8). Plus précisément, nous avons détecté une entrée anormale de calcium par l’intermédiaire de canaux calciques sensibles pour le vérapamil (8). K. Mahn et al. (9) ont confirmé par la suite une homéo stasie calcique anormale chez des patients atteints d’asthme non sévère, via un mécanisme différent impliquant la pompe SERCA (sarco/ Endoplasmic Reticulum Calcium-Adenosine- triphosphatase), l’une des protéines majoritaires du réticulum sarco plasmique. Chez les patients souf- frant d’asthme sévère, les mécanismes d’aval de l’entrée cellulaire excessive de calcium impliquent l’enzyme CaMK-IV (calcium/calmodulin-dependent protein kinase IV) et l’activation des facteurs de trans- cription PGC-1α (peroxisome proliferator- activated receptor γ coactivator-1α), NRF-1 (nuclear respi- ratory factor-1) et TFAM (mitochondrial transcrip- tion factor A). Le facteur TFAM, qui joue un rôle clé pour réguler la réplication de l’ADN mitochondrial, était augmenté au niveau à la fois transcriptionnel et protéique dans les CMLB de patients atteints d’asthme sévère. Nous avons également montré une augmentation du nombre de mitochondries au sein des CMLB et une élévation de la consomma- tion d’oxygène, par rapport à des CMLB de sujets témoins et de patients avec bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO). En outre, les CMLB de patients atteints d’asthme sévère déficientes en mitochondries n’étaient pas capables de proliférer in vitro. Ces données démontrent qu’une altération de l’homéostasie calcique conduit à une proliféra- tion excessive de CMLB dans l’asthme sévère via une augmentation de la biogenèse mitochondriale (figure 1). Malgré le fait que la masse musculaire lisse bronchique soit augmentée à la fois chez les patients souffrant d’asthme sévère et ceux souffrant de BPCO, cette voie de signalisation dépendante des mitochondries est activée pour la prolifération des CMLB des patients atteints d’asthme sévère unique- ment (8). Ces 2 études réalisées à partir de tissus de patients atteints d’asthmes de sévérités différentes indiquent qu’une élévation de la [Ca2+]i contribue à l’hyperprolifération des CMLB dans l’asthme (8, 9).
La Lettre du Pneumologue • Vol. XIX - n° 5 - septembre-octobre 2016 | 207
MISE AU POINT
Ca2+
[Ca2+]i Ca2+
RS
Prolifération
BSM : bronchial smooth muscle ; CaMK-IV : calcium/calmodulin-dependent protein kinase IV ; G : G protein ; TFAM : mitochondrial transcription factor A ; NRF-1 : nuclear respiratory factor-1 ; PGC-1α : peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α ; PLC : phospholipase C. Ca2+ : concentration de Ca2+ libre cystolique.
G PLC
PGC-1α NRF-1
TFAM
Biogenèse mitochondriale
CML
Gallopamil
Figure 1. Mécanismes d’augmentation de la biogenèse mitochondriale déclenchée par une altération de l’homéostasie calcique dans des cellules musculaires lisses bronchiques prélevées chez des patients asthmatiques sévères (8).
Inhibiteurs calciques et
remodelage bronchique in vitro
Les mitochondries représentent une cible théra- peutique potentielle pour inhiber le remode- lage musculaire lisse bronchique (8). Les CMLB d’asthmatiques dépourvues de mitochondries fonc- tionnelles par l’ajout de bromure d’éthidium entrent en apoptose alors que les cellules de patients atteints de BPCO et de sujets témoins restent capables de proliférer (8). Sachant qu’un excès de calcium intracellulaire est un stimulus pour la biogenèse mitochondriale, nous avons évalué l’effet de pro- duits actifs sur l’homéostasie calcique. Le méthoxy- vérapamil, un antagoniste de canaux Ca2+, égale- ment nommé D600 ou gallopamil, abolit l’influx de Ca2+ dans les CMLB en culture issues de patients atteints d’asthme sévère et inhibe l’expression de facteurs de transcription impliqués dans la bioge- nèse mitochondriale, c’est-à-dire PGC-1α, NRF-1 et TFAM, ce qui provoque une réduction de la masse mitochondriale et la prolifération cellulaire qui en résulte (8) [figure 1].
Inhibiteurs calciques et hyperréactivité bronchique
Le D600 est un antagoniste de canaux Ca2+ de type phénylalkylamine utilisé dans le traitement de l’hyper tension artérielle et l’angor (10). Outre sa capacité à bloquer les canaux calciques de type L (11), les études in vitro montrent qu’il inhibe à la fois la libération de Ca2+, par l’intermédiaire d’un récepteur à la ryanodine du réticulum sarcoplasmique (12), et la recapture de Ca2+ par une interaction directe avec la pompe SERCA (13). Des études antérieures dans l’asthme léger à modéré ont démontré que l’inhala- tion de D600 atténue discrètement l’HRB induite par la métacholine, l’effort (14) et des antigènes d’am- broisie (15). Dans un essai croisé de courte durée, l’effet du gallopamil inhalé sur l’HRB à l’histamine mesurée 24 heures après un test de provocation allergénique n’est pas différent par rapport à un placebo (16). De manière similaire, des études plus anciennes ont révélé que d’autres antagonistes des canaux calciques, tels que la nifédipine et le vérapamil, exercent des effets modestes et hautement variables sur l’HRB non spécifique et spécifique (17-21). De plus, la nifédipine et le vérapamil préviennent l’asthme induit par l’effort (22), mais ont des propriétés broncho dilatatrices faibles (23-26). Ces études foca- lisées sur la bronchodilatation et l’HRB ont produit
des résultats globalement négatifs, ce qui explique l’absence de développement ultérieur des inhibiteurs calciques en tant que traitement antiasthmatique.
Inhibiteurs calciques
et remodelage musculaire lisse bronchique in vivo
Dans une démarche translationnelle, nous avons conçu un essai clinique dont l’objectif principal était d’évaluer l’effet d’un bloqueur de canaux calciques dépendant du potentiel (gallopamil) sur le remodelage du muscle lisse bronchique de patients asthmatiques sévères, selon un schéma en 2 groupes parallèles, en double aveugle, versus placebo. Trente et un sujets atteints d’asthme sévère ont été rando misés, avec, pour chacun d’entre eux :
A
C
B
E
D
IHC IHC/Quancoul®
TDM/Neko3D®/DacLoG WT Surface du MLB (%)
Épaisseur de la paroi bronchique (WT)
Épaisseur du MLB
TDM/Neko3D®
Figure 2. Calcul de l’épaisseur normalisée du muscle lisse bronchique.
Image de section de biopsie bronchique (4e génération) traitée par immunohistochimie (IHC), colorée en marron par un anticorps anti-actine (A).
Barres d’échelle : 50 µm. Le muscle lisse bronchique (MLB) apparaît en jaune suite à l’utilisation du logiciel de reconnaissance de couleur Quancoul® (B).
La surface du MLB est calculée et exprimée en pourcentage de la surface de la section biopsique. À partir d’images tomodensitométriques (TDM) centrées sur des bronches de la même génération, une reconstruction orthogonale par rapport à l’axe bronchique principal est effectuée avec le logiciel Neko3D® (C).
La paroi bronchique est automatiquement reconnue par un second logiciel, DacLoG (D).
L’épaisseur normalisée du MLB (E) est obtenue en multipliant la surface du MLB (%) par l’épaisseur de la paroi bronchique (wall thickness [WT]).
18 mois de participation à l’étude, 15 consultations, l’adminis tration quotidienne du traitement à l’étude (gallopamil ou placebo) pendant 12 mois et 2 éva- luations du remodelage bronchique (endoscopie bronchique avec biopsie, scanner thoracique), avant et après traitement. Les critères de jugement comprenaient l’épaisseur du muscle lisse bronchique, évalué au niveau de la 4e génération bronchique par des analyses combinées de biopsies bronchiques
en immuno histochimie et de reconstruction 3D de l’arbre bronchique (figure 2). L’analyse des résultats montre une diminution significative de l’épaisseur du muscle lisse bronchique dans le groupe gallo- pamil par rapport au groupe placebo ainsi qu’une diminution de la fréquence des exacerbations d’asthme à l’issue de la phase de traitement (27).
Ces résultats constituent la première démonstration d’une réversibilité du remodelage musculaire lisse bronchique chez l’asthmatique par un traitement pharmacologique. Si ces résultats sont confirmés sur une étude de plus grande ampleur, cette molécule représenterait une alternative à la thermoplastie bronchique (28), technique invasive destinée égale- ment à diminuer la taille du muscle lisse bronchique.
Conclusion
Le muscle lisse bronchique est un acteur clé du remodelage bronchique et représente à ce titre une cible thérapeutique potentielle dans l’asthme sévère.
Des résultats préliminaires confèrent aux inhibiteurs calciques un espoir potentiel pour atténuer ce remo- delage, avec des conséquences cliniques bénéfiques pour les patients, en particulier en termes d’exacerba- tions de la maladie. Cependant, ces résultats néces- sitent d’être confirmés par des essais cliniques de plus grande ampleur. Enfin, les biopsies bronchiques fournissent les résultats les plus convaincants pour évaluer le remodelage du muscle lisse bronchique, mais la fibroscopie bronchique chez l’asthmatique est un acte requérant une expertise technique qui ne peut être conduit en routine. Des approches alterna- tives pour identifier des biomarqueurs sont néces- saires afin de mesurer le remodelage bronchique de
manière non invasive in vivo. ■
P.O. Girodet déclare les liens d’intérêts suivants : – investigateur d’essais cliniques : GlaxoSmithKline, Novartis, Janssen- Cilag, ALK-Abello, AB Science, Mpex, Almirall, AstraZeneca, Sanofi, Amgen ; – invité à des conférences, EPU :
AstraZeneca, Chiesi, Novartis, GlaxoSmithKline, Almirall, Mundipharma, Pierre Fabre.
T. Trian et P. Berger n’ont pas précisé leurs éventuels liens d’intérêts.
1. Berger P, Girodet PO, Begueret H et al. Tryptase-stimu- lated human airway smooth muscle cells induce cytokine synthesis and mast cell chemotaxis. FASEB J 2003;
17(14):2139-41.
2. Begueret H, Berger P, Vernejoux JM, Dubuisson L, Marthan R, Tunon de Lara JM. Inflammation of bronchial smooth muscle in allergic asthma. Thorax 2007;62(1):8-15.
3. Girodet PO, Ozier A, Bara I, Tunon de Lara JM, Marthan R, Berger P. Airway remodeling in asthma: new mechanisms and potential for pharmacological intervention. Pharmacol Ther 2011;130(3):325-37.
4. Global initiative for asthma (GINA). Global strategy for asthma management and prevention, 2016. www.ginasthma.org 5. Ito K, Chung KF, Adcock IM. Update on glucocorticoid action and resistance. J Allergy Clin Immunol 2006;117(3):522-43.
6. Roth M, Johnson PR, Borger P et al. Dysfunctional inter- action of C/EBPalpha and the glucocorticoid receptor in
7. Borger P, Miglino N, Baraket M, Black JL, Tamm M, Roth M.
Impaired translation of CCAAT/enhancer binding protein alpha mRNA in bronchial smooth muscle cells of asthmatic patients. J Allergy Clin Immunol 2009;123(3):639-45.
8. Trian T, Benard G, Begueret H et al. Bronchial smooth muscle remodeling involves calcium-dependent enhanced mitochondrial biogenesis in asthma. J Exp Med 2007;204(13):3173-81.
9. Mahn K, Hirst SJ, Ying S et al. Diminished sarco/
endoplasmic reticulum Ca2+ ATPase (SERCA) expression contributes to airway remodelling in bronchial asthma. Proc Natl Acad Sci USA 2009;106(26):10775-80.
10. Brogden RN, Benfield P. Gallopamil. A review of its pharmacodynamic and pharmacokinetic properties, and therapeutic potential in ischaemic heart disease. Drugs 1994;47(1):93-115.
11. McDonald TF, Pelzer S, Trautwein W, Pelzer DJ. Regulation
12. Zucchi R. Effect of gallopamil on excitation-contraction coupling. Gen Pharmacol 1996;27(5):749-53.
13. Ortega A, Becker VM, Alvarez R, Lepock JR, Gonzalez- Serratos H. Interaction of D-600 with the transmembrane domain of the sarcoplasmic reticulum Ca(2+)-ATPase.
Am J Physiol Cell Physiol 2000;279(1):C166-72.
14. Massey KL, Hill M, Harman E, Rutledge DR, Ahrens R, Hendeles L. Dose response of inhaled gallopamil (D600), a calcium channel blocker, in attenuating airway reacti- vity to methacholine and exercise. J Allergy Clin Immunol 1988;81(5 Pt 1):912-8.
15. Ahmed T, Kim CS, Danta I. Inhibition of antigen-induced bronchoconstriction by a new calcium antagonist, gallo- pamil: comparison with cromolyn sodium. J Allergy Clin Immunol 1988;81(5 Pt 1):852-8.
Références bibliographiques
La Lettre du Pneumologue • Vol. XIX - n° 5 - septembre-octobre 2016 | 245
MISE AU POINT
16. Hoppe M, Harman E, Hendeles L. The effect of inhaled gallopamil, a potent calcium channel blocker, on the late- phase response in subjects with allergic asthma. J Allergy Clin Immunol 1992;89(3):688-95.
17. Henderson AF, Heaton RW, Dunlop LS, Costello JF. Effects of nifedipine on antigen-induced bronchoconstriction. Am Rev Respir Dis 1983;127(5):549-53.
18. Williams DO, Barnes PJ, Vickers HP, Rudolf M. Effect of nifedipine on bronchomotor tone and histamine reactivity in asthma. Br Med J (Clin Res Ed) 1981;283(6287):348.
19. Russi EW, Danta I, Ahmed T. Comparative modification of antigen-induced bronchoconstriction by the calcium anta- gonists, nifedipine and verapamil. Chest 1985;88(1):74-8.
20. So SY, Lam WK, Yu DY. Effect of calcium antagonists on allergen-induced asthma. Clin Allergy 1982;12(6):595-600.
21. Marthan R, Martin C, Amédée T, Mironneau J. Calcium channel currents in isolated smooth muscle cells from human bronchus. J Appl Physiol 1989;66(4):1706-14.
22. Ahmed T, D’Brot J, Abraham W. The role of calcium antagonists in bronchial reactivity. J Allergy Clin Immunol 1988;81(1):133-44.
23. Cerrina J, Denjean A, Alexandre G, Lockhart A, Duroux P.
Inhibition of exercise-induced asthma by a calcium anta- gonist, nifedipine. Am Rev Respir Dis 1981;123(2):156-60.
24. Patakas D, Vlachoianni E, Tsara V, Louridas G, Argiro- poulou P. Nifedipine in bronchial asthma. J Allergy Clin Immunol 1983;72(3):269-73.
25. Lever AM, Corris PA, Gibson GJ. Nifedipine enhances the bronchodilator effect of salbutamol. Thorax 1984;
39(8):576-8.
26. Patakas D, Maniki E, Tsara V, Dascalopoulou E. Nifedipine treatment of patients with bronchial asthma. J Allergy Clin Immunol 1987;79(6):959-63.
27. Girodet PO, Dournes G, Thumerel M et al. Calcium channel blocker reduces airway remodeling in severe asthma.
A proof-of-concept study. Am J Respir Crit Care Med 2015;
191(8):876-83.
28. Wechsler ME, Laviolette M, Rubin AS et al. Bronchial thermoplasty: Long-term safety and effectiveness in patients with severe persistent asthma. J Allergy Clin Immunol 2013;
132(6):1295-302.
Références bibliographiques
