INTRODUCTION
INTRODUCTION
Les maladies chroniques comme les maladies cardiovasculaires, les cancers, les maladies respiratoires, les diabètes, les maladies digestives et les affections cutanées constituent de plus en plus un problème mondial de santé publique. On parle d’ailleurs d’épidémie dans le cas du diabète. Ces pathologies chroniques peuvent s’accompagner de processus inflammatoire qui est souvent un des signes d’alerte vers les complications.
Qu’elles soient d’origine inflammatoire ou autre, les maladies chroniques sont responsables de 60% des décès dans le monde selon l’organisation mondiale de la santé (OMS, 2007) et représentent de ce fait la première cause de mortalité. Toujours selon les données de l’OMS, 80% des décès par maladie chronique surviennent dans les pays à revenu faible ou intermédiaire.
L’inflammation est un processus homéostatique dont le but est de limiter les destructions tissulaires, détruire l’agent causal et activer le processus de réparation tissulaire.
La réaction inflammatoire peut se manifester de manière aiguë ou chronique. Cette dernière, caractérisée notamment par sa grande durée peut toutefois survenir spontanément (Parke et Parke, 1997 ; Russo-Marie et coll., 1998 ; Ferguson, 2010). De nombreuses pathologies peuvent être liées à une inflammation chronique; notamment, l’asthme, la maladie d’Alzheimer, le diabète de type 2, les maladies cardiovasculaires et le cancer peuvent être liées à une inflammation chronique (Parke et Parke, 1997 ; Ferguson, 2010 ; Roifman et coll., 2011). L’asthme est une maladie inflammatoire chronique des bronches caractérisée par une hyperréactivité bronchique. Cliniquement, l’asthme se caractérise par un essoufflement, une respiration sifflante et une obstruction bronchique variable (Murdoch et Lloyd, 2010).
Le cancer est une maladie chronique qui résulte d’une prolifération cellulaire anormale au sein d’un tissu normal de l’organisme (Rakoff-Nahoum, 2006). Cette prolifération est due à des altérations au niveau des proto-oncogènes et/ou des gènes suppresseurs de tumeurs (Rakoff-Nahoum, 2006 ; Shu et coll., 2010). Ce processus, caractérisé par des étapes d’initiation, de promotion et de progression, est responsable de 13% de la mortalité mondiale selon les données de l’OMS (OMS, 2009). Les principaux cancers diagnostiqués dans le monde comprennent les cancers du poumon (12.7%), du sein (10.9%) et le cancer colorectal (9.7%) (Ferlay et coll., 2010a).
Il est de plus en plus trivial que l’inflammation chronique peut conduire au développement du cancer (Schottenfeld et Beebe-Dimmer, 2006 ; Rakoff-Nahoum, 2006). Selon Rakoff-
Nahoum (2006), l’inflammation chronique et le cancer peuvent être liés par l’épidémiologie, l’histopathologie et par l’efficacité des anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) dans la prophylaxie. Notamment, des études épidémiologiques montrent qu’environ 15% de cancers dans le monde sont associés à une infection microbienne ; ainsi, une infection chronique secondaire au virus du papillome humain peut entraîner le développement du cancer du col de l’utérus (Schottenfeld et Beebe-Dimmer, 2006 ; Rakoff-Nahoum, 2006). Par ailleurs, d’autres études rapportent un risque élevé de survenue d’un cancer de poumon parmi les adultes souffrant d’asthme, de tuberculose et de fibrose pulmonaire interstitielle (Schottenfeld et Beebe-Dimmer, 2006). Plusieurs mécanismes peuvent être à l’origine de la survenue du cancer suite à une inflammation chronique ; ainsi, les virus comme celui du papillome humain peuvent coder des gènes capables de susciter une transformation cellulaire (Rakoff-Nahoum, 2006). De nombreux médiateurs inflammatoires, tels que les prostaglandines, les cytokines, les chimiokines et les espèces réactives oxygénées ou azotées, impliqués dans le processus de réparation tissulaire peuvent contribuer notamment à l’activation d’oncogènes, une prolifération cellulaire accrue, une mutagénèse et à l’angiogenèse (Shacter et Weitzman, 2002 ; Rakoff-Nahoum, 2006).
La prise en charge des maladies chroniques est longue, non sans effets nocifs pour l’organisme, coûteuse et inaccessible à la plupart des populations pauvres. La recherche ou l’identification de molécules d’origine naturelle ainsi que de nouvelles cibles thérapeutiques constitue une orientation d’intérêt pour le traitement des maladies chroniques. Face aux difficultés liées à l’accessibilité aux médicaments modernes, la médecine traditionnelle représente une composante de système de santé pour les populations indigentes. Du reste, selon l’OMS, 80% des populations en Afrique ont recours à la médecine traditionnelle pour assurer l’essentiel de leurs besoins en santé (OMS, 2002). Les plantes médicinales constituent une importante composante de la médecine traditionnelle largement utilisées depuis des milliers d’années à travers le monde. Leurs utilisations sont telles qu’il est nécessaire de valider scientifiquement leurs activités biologiques. C’est dans cette voie que s’inscrit le présent travail qui fait suite aux travaux antérieurs menés au sein de l’Institut de Recherche en Sciences de la Santé à Ouagadougou, Burkina Faso (Traoré, 2000 ; Ouédraogo et coll., 2005a ; Ouédraogo et coll., 2005b). Ces travaux ont permis de démontrer, in vivo, les propriétés anti-inflammatoires, broncho-relaxantes et vasodilatatrices de Agelanthus dodoneifolius (Loranthaceae), plante hémiparasite utilisée en médecine traditionnelle africaine pour le traitement de nombreuses pathologies incluant l’asthme, l’hypertension artérielle, les gastroentérites et le cancer.
L’usage généralisé d’une plante par les populations pour le traitement d’une maladie donnée et la mise en œuvre des tests in vitro qui nécessitent parfois des réactifs coûteux et un appareillage très performant ont peut être initialement orienté vers des techniques in vivo, lesquels ont permis de démontrer les différents effets de la plante Agelanthus dodoneifolius.
Dans le présent travail, nous avons voulu, par des tests in vitro, apporter une contribution quant à la compréhension de certaines activités biologiques de Agelanthus dodoneifolius. Il a eu pour objectifs principaux :
de déterminer le (s) mécanisme (s) qui pourraient expliquer en partie l’effet anti- inflammatoire
de déterminer le potentiel anticancéreux de la plante
d’identifier les composés polyphénoliques
Le présent mémoire de thèse de doctorat unique comprend quatre parties. La première partie du document est consacrée d’une part à l’inflammation chronique et les maladies liées à cette dernière et d’autre part au cancer ainsi que la relation inflammation chronique-cancer.
En outre, elle permet une description de la plante Agelanthus dodoneifolius : nous exposons ses utilisations ainsi que les données scientifiques disponibles.
La deuxième partie de notre thèse concerne le volet expérimental de notre étude avec une description des techniques d’extraction, d’identification et de quantification des composés polyphénoliques. Nous présentons également les protocoles utilisés au cours des tests
biologiques concernant l’inflammation et le cancer.
La troisième partie porte sur la présentation des résultats obtenus accompagnés de commentaires.
La quatrième partie du document sera consacrée à la discussion des résultats expérimentaux suivie de conclusions et de perspectives.
Enfin, les références bibliographiques et les annexes closent le document.
PREMIERE PARTIE : REVUE
BIBLIOGRAPHIQUE
PREMIERE PARTIE : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
1 Les maladies liées à une inflammation chronique
1.1 Généralités
L’inflammation est un mécanisme de défense utilisé par les organismes vivants en réponse à une agression étrangère. Ce mécanisme de défense à pour but de maintenir l’intégrité des tissus agressés (Russo-Marie et coll., 1998). La réponse inflammatoire fut décrite au début de notre ère par Cornelius Celsius par l’aphorisme « Rubor et tumor cum calore et dolor » qui résume les signes cardinaux de l’inflammation à savoir une rougeur, une tuméfaction accompagnée de chaleur et la douleur. Plusieurs causes dont les lésions tissulaires et l’exposition à des agents pathogènes peuvent entraîner le déclenchement d’une réaction inflammatoire aboutissant à la migration des leucocytes vers le site inflammatoire (Ferguson, 2010). La réaction inflammatoire est dite aiguë ou non spécifique lorsque la réponse de l’organisme à une agression est immédiate, locale et de courte durée. Elle permet d’éliminer l’agent étranger grâce à de nombreux médiateurs cellulaires (Ryan et Majno, 1977 ; Russo- Marie et coll., 1998 ; Ferguson, 2010). Toutefois, si la réaction inflammatoire n’est pas contrôlée, elle peut évoluer en s’aggravant pendant plusieurs mois ou des années.
L’inflammation chronique peut survenir suite à une exposition prolongée à des agents chimiques et/ou physiques, lorsque le stimulus inflammatoire persiste dans les tissus ou lorsqu’un même organe ou tissu est sujet à une inflammation aiguë récidive de façon répétée.
La chronicité peut toutefois apparaître spontanément (Parke et Parke, 1997 ; Russo-Marie et coll., 1998 ; Ferguson, 2010). Plusieurs maladies peuvent être liées à une inflammation chronique. L’asthme, la maladie d’Alzheimer, le diabète de type 2, les maladies cardiovasculaires et le cancer sont quelques exemples de maladies liées à une inflammation chronique (Parke et Parke, 1997 ; Ferguson, 2010 ; Roifman et coll., 2011). L’asthme est une maladie chronique des bronches caractérisée par une infiltration des voies aériennes par des cellules inflammatoires, par une hyperréactivité bronchique à divers stimulus et qui se manifeste sur le plan clinique par des épisodes de toux, dyspnée et/ou sifflement respiratoire (Michel, 1996). L’asthme devient chronique suite à une réponse exagérée du système immunitaire à des stimuli non pathogènes. Toutefois, il faut noter que la chronicité peut
accompagner les réactions inflammatoires aiguës même à l’absence d’une exposition continue à des allergènes (Murdoch et Lloyd, 2010). L’athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique résultant de l’interaction entre les lipoprotéines, les macrophages, les lymphocytes T et les éléments cellulaires normaux de la paroi artérielle. Ce processus inflammatoire peut conduire à terme à la formation de lésions complexes ou plaques (Glass et Witztum, 2001). Le rôle de la myéloperoxydase (MPO), enzyme libérée par les neutrophiles au cours de certains processus inflammatoires aiguë et chronique, dans l’initiation et le développement de l’athérosclérose est de plus en plus évident (Anthonsen et coll., 2000 ; Malle et coll., 2007 ; Schindhelm et coll., 2009).
1.2 Données épidémiologiques
L’inflammation se déroule normalement dans les tissus vascularisés et plusieurs organes peuvent être sujets à une inflammation. Comme nous l’avons écrit dans le paragraphe précédent, plusieurs maladies peuvent être liées à une inflammation chronique. Dans la suite de ce paragraphe, nous rapporterons les données épidémiologiques relatives aux maladies chroniques liées à une inflammation en général et en particulier celles concernant la maladie asthmatique du fait de son traitement en médecine traditionnelle burkinabè. Le cancer sera traité plus en détail dans la troisième partie de ce travail. Selon l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), la plupart de ces maladies chroniques, encore appelées maladies non transmissibles, telles que le cancer, les maladies cardiovasculaires, le diabète et les affections respiratoires chroniques provoquent 35 millions de décès par année dans le monde avec 80%
dans les pays à faible revenu. Le rapport 2010 de l’OMS sur la santé dans le monde montre que le taux de mortalité (pour 100 000 habitants) pour les maladies non transmissibles est de 408 pour les pays riches et de 794 pour les pays à faible revenu (OMS, 2010). Selon les projections de l’OMS, les décès dus aux maladies non transmissibles augmenteront dans l’ensemble du monde avec un accroissement plus marqué dans les régions africaine et méditerranée orientale (OMS, 2008).
L’asthme est un cas de maladie inflammatoire chronique qui affecte près de 300 millions de personnes dans le monde et la plupart des décès liés à cette maladie survient dans les pays à revenu faible ou intermédiaire (OMS, 2008). Le traitement de l’asthme est long et onéreux.
Malgré les progrès constatés au niveau de la thérapie, les dépenses liées au contrôle de la maladie et à la morbidité ne cessent d’augmenter (Murdoch et Lloyd, 2010). Au Burkina Faso, les infections respiratoires aiguës constituent le second motif de consultation (Ministère
de la santé du Burkina Faso, 2010). En 2002, le taux de prévalence de l’asthme était de 9.6%
dans la ville de Bobo-Dioulasso (Burkina Faso) (Minougou et coll., 2002).
1.3 Les médiateurs cellulaire et moléculaire impliqués dans l’inflammation chronique
L’inflammation chronique est un processus dont les causes sont tellement nombreuses qu’il est difficile de toutes les lister (Van Arman, 1976 ; Russo-Marie et coll., 1998). Elles peuvent être physiques (rayons UV, traumatismes), chimiques (médicaments, allergènes), infectieuses (virus, levures) ou d’origine génétique (Van Arman, 1976 ; Ferguson, 2010).
D’une manière générale, l’inflammation comprend une longue chaîne de réactions et d’activités cellulaires dont le but est la résolution de l’inflammation par la réparation tissulaire. Elle se traduit au niveau vasculaire et cellulaire par une séquence d’évènements qui comprend : une vasodilatation, une augmentation de la perméabilité vasculaire et de la circulation sanguine entraînant généralement une stase et une thrombose, l’infiltration des leucocytes vers le siège de la lésion, le passage du plasma dans les tissus, une dégradation tissulaire due à une activité protéolytique et à la formation des espèces réactives de l’oxygène (ERO), la nécrose et l’apoptose, l’élimination des débris cellulaires par les cellules phagocytaires, la synthèse de nouveaux facteurs pour la croissance cellulaire et la réparation des tissus (Schmid-Schöbein, 2006) (Figure 1).
Figure 1: Schéma présentant quelques étapes intervenant dans la réponse inflammatoire (D’après Schmid-Schöbein, 2006).
La réponse inflammatoire peut se déclencher sous l’action de stimuli immunologiques ou biomécaniques. Elle entraîne, au fil des heures, diverses réponses cellulaires comme l’entrée de calcium, la formation d’espèces radicalaires, la libération de médiateurs inflammatoires et l’activation de la phagocytose. Au niveau micro-vasculaire cette réponse peut se traduire notamment par une activation de la perméabilité endothéliale, la migration des leucocytes dans les tissus et une thrombose. Au bout de quelques jours, la réaction inflammatoire aboutit soit à la résolution à travers la réparation finale de la lésion initiale, soit elle progresse vers la chronicité sous l'influence continue de la stimulation.
Sur le plan qualitatif, les médiateurs de l’inflammation chronique sont quasi identiques à ceux qui interviennent dans l’inflammation aiguë. Ils diffèrent d’un type à l’autre sur les aspects quantitatifs, combinatoires et évolutifs. De plus, l’inflammation chronique se caractérise par la prédominance de la fibrose qui est une lésion du tissu conjonctif caractérisée par des interactions complexes impliquant de nombreuses cellules (cellules épithéliales, fibroblastes) (Russo-Marie et coll., 1998 ; Sivakumar et Das, 2008). Dans l’inflammation chronique on
peut voir une coexistence des phases vasculaire et cellulaire. La phase vasculaire se caractérise par une augmentation du nombre de vaisseaux (hyperplasie), un épaississement de leur paroi avec une hypertrophie des cellules endothéliales et une hyperplasie fibromusculaire (Russo-Marie et coll., 1998). Dans la suite de ce paragraphe, nous discuterons des effecteurs cellulaire et chimique impliqués dans l’inflammation chronique.
1.3.1 Les cellules de l’inflammation chronique
1.3.1.1 Les macrophages
Le macrophage est la principale cellule de l’inflammation chronique (Allison et coll., 1978 ; Parke et Parke, 1995 ; Russo-Marie et coll., 1998 ; Macarthur et coll., 2004). C’est une cellule qui provient de la différentiation des monocytes. Ces derniers, formés à partir de la moelle osseuse ont une demi vie de 24-100 heures et ne constituent que 2-3% des leucocytes circulants (Tanner et coll., 1984 ; Russo-Marie et coll., 1998). C’est au niveau du site inflammatoire que les monocytes se différentient en macrophages. Le macrophage est impliqué dans la défense de l’organisme contre les microorganismes, intervient dans l’élimination des cellules mortes ou endommagées et des débris inorganiques ainsi que dans la régulation de l’hématopoïèse. Ils interviennent également dans la modulation de la réponse immunitaire et la synthèse des molécules biologiquement actives comme les composants du complément, les prostaglandines, les espèces réactives oxygénées, des cytokines (interféron) et des protéases neutres comme l’élastase (Tanner et coll., 1984).
La synovite rhumatoïde, l’athérosclérose, l’asthme, la broncho-pneumopathie chronique obstructive et certaines maladies gastro-intestinales peuvent être associés à une activation de macrophages (Allison et coll., 1978 ; Sutherland et Martin, 2003 ; Boyle, 2005 ; Holtzman et coll., 2005). Plusieurs agents peuvent activer les macrophages : les lymphokines, des polyanions comme l’ARN double brin de certains virus à ARN, des produits de clivage du complément (en particulier le composant C3b), les complexes immuns et l’interféron (Figure 2) (Allison et coll., 1978 ; Tanner et coll., 1984).
Figure 2: Mécanismes d’activation des macrophages (D’après Allison et coll., 1978).
Le macrophage (M1) peut être activé par les produits de clivage du complément (C3b), les produits libérés par les lymphocytes T (facteur chimiotactique des macrophages) et B (complexes immuns). Le macrophage M1 produit le fragment C3b capable d’activer d’autres macrophages (M2). Il peut aussi secréter des protéinases capables d’agir sur le composent C3 du complément.
L’activation entraîne chez le macrophage des modifications (Tanner et coll., 1984) comme par exemple celles de type morphologique (augmentation de la taille et de l’adhérence), biochimique (augmentation de l’oxydation du glucose et de la synthèse de protéases neutres) et fonctionnelle (augmentation de la capacité à éliminer les microorganismes intracellulaires).
Une activation des macrophages peut entraîner la libération de plusieurs médiateurs capable d’exacerber la réaction inflammatoire ; ainsi, la libération des protéases neutres peut, par exemple, contribuer à la dégradation du collagène, des protéoglycanes et de la membrane basale (Tanner et coll., 1984).
1.3.1.2 Les lymphocytes
Les lymphocytes sont également des cellules caractéristiques des inflammations chroniques. Ces cellules participent à la réponse immunitaire et coopèrent avec les macrophages lors des processus inflammatoires (Figure 2) (Allison et coll., 1978 ; Tanner et coll., 1984 ; Russo-Marie et coll., 1998). Il existe deux types de lymphocytes impliqués dans l’inflammation chronique : les lymphocytes T (T pour thymus) qui se différentient dans le
thymus et les lymphocytes B (B pour Bone marrow) acquièrent leur maturation dans la moelle osseuse. Les lymphocytes T peuvent être de type CD4+ ou auxiliaires et CD8+ ou cytotoxiques/suppressives. Les cellules T CD4+ contrôlent la production des anticorps par les lymphocytes B et produisent des facteurs agissant sur de nombreuses cellules dont les macrophages. Les cellules T CD8+ permettent d’éliminer les cellules infectées en produisant des cytokines telles que l’interféron et le TNF ou facteur de nécrose tumoral. La broncho- pneumopathie chronique obstructive est caractérisée par une prédominance des cellules T CD8+ tandis que les cellules T CD4+ prédominent dans l’asthme (Sutherland et Martin, 2003 ; Molfino et Jeffery, 2007).
1.3.1.3 Les neutrophiles
Les neutrophiles sont des cellules caractérisées par un noyau multilobé et la présence de nombreux granules dans leur cytoplasme. Les neutrophiles proviennent des cellules souches pluripotentes localisées dans la moelle osseuse. Ces cellules contiennent quatre types de granules qui diffèrent selon leur contenu luminal : les granules primaires ou azurophiles qui contiennent notamment de la myéloperoxydase et des protéases comme l’élastase, des granules spécifiques ou secondaires contenant le lysozyme, les granules tertiaires riches en gélatinase et les vésicules sécrétoires qui portent le cytochrome b558 à leur surface membranaire (Burg et Pilliger, 2001 ; Wright et coll., 2010). Les neutrophiles constituent la première ligne de défense contre les microorganismes lors d’une infection ou une inflammation aigüe (Russo-Marie et coll., 1998). Toutefois, ils sont aussi présents lors de l’inflammation chronique malgré une demi-vie courte (quelques heures). Les neutrophiles peuvent s’activer en présence des produits bactériens ou de cytokines ; une fois activés, ils peuvent exercer certaines fonctions des macrophages comme celle de présentation d’antigène (Wright et coll., 2010). Au niveau du site inflammatoire, les neutrophiles libèrent de nombreux médiateurs inflammatoires et le contenu enzymatique de leurs granules, contribuant ainsi à une exacerbation des dommages tissulaires (Russo-Marie et coll., 1998 ; Louis et Djukanovic, 2006) (Figure 3).
Figure 3: Aperçu des différents rôles du neutrophile dans les processus inflammatoires (D’après Wright et coll., 2010).
Les neutrophiles sont présents dans la synovite rhumatoïde, la broncho-pneumopathie chronique obstructive et l’asthme (Russo-Marie et coll., 1998 ; Sun et coll., 2005 ; Louis et Djukanovic, 2006 ; Wright et coll., 2010).
1.3.1.4 Les éosinophiles
Les éosinophiles proviennent des précurseurs médullaires de la lignée granulocytaire. Ils interviennent essentiellement dans les inflammations chroniques allergiques et parasitaires (Russo-Marie et coll., 1998 ; Sun et coll., 2005 ; Holtzman et coll., 2005). La migration des éosinophiles vers les sites inflammatoires est liée à la présence de facteurs chimiotactiques libérés par les mastocytes, les basophiles et probablement les lymphocytes T. L’activation des éosinophiles contribue à la libération importante d’éicosanoïdes (prostaglandines et leucotriènes) et de PAF ou facteur d’activation plaquettaire (Russo-Marie et coll., 1998).
1.3.1.5 Les fibroblastes et les autres cellules
La présence des fibroblastes dans l’inflammation chronique est précoce et durable (Russo-Marie et coll., 1998). Les fibroblastes sont des cellules ubiquitaires et principales du
tissu conjonctif ; elles interviennent dans la production de la matrice extracellulaire qui offre une résistance mécanique aux cellules (Flavell et coll., 2008). L’activation des fibroblastes, par des facteurs libérés par les cellules déjà présentes dans le site inflammatoire, conduit à la formation de cytokines, chimiokines et des prostaglandines (Flavell et coll., 2008). Les fibroblastes activés contribuent à la réparation tissulaire en produisant des éléments nécessaires comme le collagène ou des protéoglycanes. Ces cellules permettent également d’arrêter la réaction inflammatoire en supprimant par exemple les signaux initiateurs et en équilibrant les gradients de chimiokines (Flavell et coll., 2008).
D’autres types cellulaires sont également susceptibles de participer à la réaction inflammatoire chronique. Sous l’effet de certaines cytokines (IL-1, TNFα), les cellules endothéliales peuvent s’activer et participer à une exacerbation de la réaction inflammatoire (par exemple par l’altération de la perméabilité et la synthèse des leucotriènes). Les plaquettes sont des cellules impliquées dans l’hémostase et les processus de réparation tissulaire. Une fois activées, ces cellules peuvent libérer de nombreux médiateurs pro-inflammatoires comme les éicosanoïdes et interagir avec d’autres cellules inflammatoires pour amplifier la réponse inflammatoire (Russo-Marie et coll., 1998).
1.3.2 Les médiateurs chimiques impliqués dans l’inflammation chronique Les cellules présentes au niveau du site inflammatoire libèrent de nombreux médiateurs qui, de part leur activité, peuvent être anti- ou pro- inflammatoires. Ainsi, les cellules impliquées dans l’inflammation libèrent des enzymes (élastase, MPO…), des cytokines (IL-1, TNFα…), des facteurs du complément (C1, C3…), des espèces réactives de l’oxygène et des éicosanoïdes. La MPO et l’élastase sont des enzymes contenues dans les granules primaires des neutrophiles et elles interviennent dans la phagocytose (Russo-Marie et coll., 1998) ; ces deux enzymes sont aussi présentes dans les macrophages (Tanner et coll., 1984). Une grande libération de ces enzymes peut exacerber la réaction inflammatoire (Döring, 1994 ; Russo- Marie et coll., 1998). La MPO est une enzyme hémique présente chez les mammifères, les plantes, les bactéries et les champignons. Elle est présente dans les granules primaires des neutrophiles mais on la retrouve aussi chez les monocytes en faible concentration (Serteyn et coll., 2003). La MPO est dotée d’une activité peroxydasique et de chloration. Elle permet de détoxifier la cellule en utilisant le peroxyde d’hydrogène comme substrat (Figure 4).
Figure 4: Résumé des différentes activités enzymatiques de la MPO (D’après Deby-Dupont et coll., 1999).
Le groupement prosthétique de la protéine native est le fer ferrique (P-Fe (III)). En présence de H2O2, il est oxydé en composé I ou cation oxy-ferryl (P‾•-Fe (IV)=0), un composé radicalaire avec le radical centré sur un acide aminé de la protéine. En présence d’anion chlorure, le composé I forme le HOCl et régénère la forme native de la MPO. Le composé I peut être réduit par un autre composé réducteur, (acide ascorbique par exemple), notamment en présence d’une faible concentration en anions chlorure ou une forte concentration de H2O2, et former le composé II (P-Fe (IV)=0). Le composé II peut régénérer la forme native de la MPO en présence de l’anion superoxyde. Le composé III (P-Fe (II)) résulte de la réduction de la forme active de la MPO par l’anion superoxyde ; ce composé est inactif et est produit dans le phagolysosome lorsque le pH est neutre ou alcalin.
Au cours de ce travail, nous avons utilisé la MPO isolée à partir de neutrophiles équins ; elle présente le même comportement enzymatique et une similitude de structure avec la MPO humaine (Mathy-Hartert et coll., 1998 ; Serteyn et coll., 2003). L’élastase, une sérine protéinase, pourrait participer dans la pathogénie de l’emphysème pulmonaire caractérisée par la destruction des alvéoles pulmonaires (Döring, 1994 ; Russo-Marie et coll., 1998). Nous discuterons dans la suite du paragraphe des effets des espèces réactives oxygénées, du complément, des cytokines et des éicosanoïdes dans l’inflammation chronique.
1.3.2.1 Inflammation et production des espèces réactives oxygénées (ERO)
L’oxygène moléculaire (O2) est un gaz indispensable à la vie des espèces aérobies. A l’état fondamental, l’O2 est un biradical avec deux électrons non appariés (situées sur deux orbitales différentes) ayant des spins parallèles (on dit qu’il est à l’état triplet). C’est l’accepteur final des électrons au cours de la respiration cellulaire, processus énergétique qui permet de produire 38 molécules d’adénosine tri phosphate (ATP). Au cours de ce processus, particulièrement au niveau de la chaîne respiratoire mitochondriale, 1 à 2% de l’oxygène moléculaire peut devenir toxique, notamment par la production des espèces réactives oxygénées (ERO) (Latha et Babu, 2001).
Un ERO est un atome ou une molécule, neutre ou ionisé(e) comportant au moins un électron non apparié dans une orbitale externe. Les ERO sont instables et caractérisés par une grande réactivité chimique et une courte durée de vie (Martinez-Cayuela, 1995).
Le terme ERO regroupe l’ensemble des espèces activées non radicalaires et radicalaires de l’oxygène. Les principales espèces réactives produites dans les systèmes biologiques dérivent généralement de l’oxygène (Figure 5).
Figure 5: Formation des différentes formes radicalaires de l’oxygène par des réductions monovalentes successives (D’après Martinez-Cayuela, 1995).
A partir de l’oxygène moléculaire, les principales espèces radicalaires formées concernent l’oxygène singulet (1O2), l’anion superoxyde (O2•-
), le peroxyde d’hydrogène (H2O2) et le radical hydroxyle (OH•).
Toutefois, on trouve également des espèces réactives mixtes (azotées et oxygénées) comme le monoxyde d’azote (NO·), le NO2· et le peroxynitrite (ONOO-). Au cours de la phagocytose, la consommation accrue de l’oxygène ou flambée respiratoire par les cellules impliquées dans le processus inflammatoire, aboutit à la réduction de l’oxygène en anion superoxyde (O2-•), première étape de la cascade de production des ERO, grâce à une NADPH (Nicotinamide Adénine Dinucléotide Phosphate réduit) oxydase membranaire.
La NADPH oxydase permet, une fois activée, le transfert d’électrons du NADPH vers l’oxygène, via le cytochrome b558, pour former l’anion superoxyde (Figure 6) (Burg et Pilliger, 2001 ; Wright et coll., 2010) :
2O2 + NADPH 2O2-•
+ NADP+ + H+
Figure 6: Assemblage et activation de la NADPH oxydase (D’après Burg et Pilliger, 2001).
Lorsque les cellules sont au repos, les unités gp91 phox (phox pour phagocytic oxydase) et p22 phox sont associées à la membrane et sont des éléments du cytochrome b558; les protéines cytosoliques (p67 phox, p47 phox et p40 phox) forment un hétérotrimère dans le cytosol. En présence d’un stimulus, la protéine Rac est activée par sa liaison au GTP (Guanosine-Tri- Phosphate). Les protéines p67 phox, p47 phox et p40 phox sont phosphorylées, ce qui permet un changement de conformation et une interaction avec le cytochrome b558. Le complexe enzymatique, ainsi activé, catalyse à partir d’une molécule de NADPH, le transfert de deux électrons, (l’un après l’autre), vers l’oxygène moléculaire en produisant les anions superoxyde.
L’anion superoxyde est à l’origine de la formation d’autres espèces réactives, radicalaires et non radicalaires, impliquées dans l’oxydation de nombreuses molécules biologiques (lipides, protéines, ADN) (Figure 7).
Figure 7: Mécanisme de formation des espèces radicalaires oxygénées lors du métabolisme oxydant (D’après Martinez-Cayuela, 1995).
En présence d’ions chlorure ou d’iode, la myéloperoxydase forme l’acide hypochloreux (HOCl) ou l’acide hypoiodeux (HIO).
Les ERO peuvent initier et amplifier les processus inflammatoires (Parke et Parke, 1995). Ils sont capables d’activer le facteur nucléaire NFКB présent notamment dans le cytoplasme des lymphocytes T et B, les monocytes et les macrophages (Russo-Marie et coll., 1998). Le facteur nucléaire NFКB est impliqué dans la production de diverses molécules pro- inflammatoires telle la cytokine TNFα qui induit la production de l’anion superoxyde dans les mitochondries (Russo-Marie et coll., 1998).
1.3.2.2 Le système du complément
Le complément est un constitué de plus d’une trentaine de protéines solubles et membranaires (Revillard, 2001). L’activation en cascade du complément est associée à plusieurs fonctions biologiques comme la réaction inflammatoire, la phagocytose et la régulation de la réponse immunitaire (Parke et Parke, 1995 ; Revillard, 2001). Le complément peut être activé par des bactéries, des endotoxines ou des stimuli inflammatoires (Allison et coll., 1978 ; Parke et Parke, 1995). Son activation entraîne le clivage de certains de ses composants, particulièrement les composants C4, C3 et C5, en fragments encore appelés anaphylatoxines. Parmi ces fragments, le C3b est une importante molécule impliquée dans l’activation des macrophages et d’autres types cellulaires au niveau des sites inflammatoires
(Figure 2) (Allison et coll., 1978 ; Tanner et coll., 1984 ; Parke et Parke, 1995 ; Russo-Marie et coll., 1998). Le système du complément est impliqué dans la production d’éicosanoïdes (Allison et coll., 1978 ; Parke et Parke, 1995).
1.3.2.3 Les cytokines
Les cytokines sont des médiateurs qui interviennent dans la régulation du système immunitaire et la réponse inflammatoire (Feghali et Wright, 1997). Ces protéines peuvent être membranaires ou secrétées en réponse à un signal activateur par de nombreux types cellulaires comme les macrophages ou les cellules du système immunitaire (Parke et Parke, 1995 ; Revillard, 2001). Les chimiokines (petites protéines impliquées dans l’activation et la migration des cellules immunitaires), les interleukines (IL), les facteurs de nécrose des tumeurs (TNF) et les interférons (INF) appartiennent à la famille des cytokines. L’IL-1 (les formes α et β), produit par les phagocytes mononuclés (monocytes, macrophages, lymphocytes B), intervient dans l’inflammation aiguë et chronique. L’IL-1 provoque une accumulation et une activation des leucocytes ainsi que la synthèse de prostaglandine E2. Elle induit par ailleurs la fièvre, une augmentation de la production de thromboxanes (TXB2) par les macrophages et les neutrophiles (Parke et Parke, 1995 ; Feghali et Wright, 1997 ; Revillard, 2001). Certaines interleukines comme l’IL-10 sont anti-inflammatoires (Revillard, 2001). Le TNFα est une cytokine qui intervient dans la réaction inflammatoire en induisant notamment une augmentation dans la production d’éicosanoïdes. Tout comme l’IL-1, le TNFα peut induire la fièvre en provoquant la synthèse des prostaglandines ou la libération de L’IL-1. Le TNFα est impliquée aussi dans l’activation du facteur nucléaire NFКB (Parke et Parke, 1995 ; Russo-Marie et coll., 1998 ; Revillard, 2001). Le TNFα et l’IL-1 contribuent aux dommages dans les articulations au cours de la synovite rhumatoïde, notamment par l’activation de la production des prostaglandines (PGE2) et du collagène (Feghali et Wright, 1997).
1.3.2.4 Les eicosanoïdes
Ce sont des métabolites de l’acide arachidonique produits à partir des phospholipides membranaires sous l’action de la phospholipase A2. Les éicosanoïdes se répartissent en prostaglandines (PG), prostacyclines (PGI) et thromboxanes (TX) sous l’action enzymatique de la cyclooxygénase et en acides hydroxy-eicosatétraénoïque (HETE) et leucotriènes (LT) sous l’action enzymatique de la lipooxygénase (Tanner et coll., 1984 ; Parke et Parke, 1995) (Figure 8).
Figure 8: Synthèse des eicosanoïdes à partir de l’acide arachidonique (D’après Parke et Parke, 1995).
Sous l’action d’une phospholipase (A2), l’acide arachidonique est formé à partir des phospholipides membranaires. La voie de la cyclooxygénase conduit à la formation des prostaglandines (PGE2), prostacyclines (PGI2) et thromboxanes (TXA2, TXB2). La voie de la lipooxygénase conduit à la formation des acides hydroxy-eicosatétraénoïque (HETE) et des leucotriènes (LTB4).
La production des éicosanoïdes peut être influencée ou induite par de nombreuses cytokines.
Les éicosanoïdes peuvent être pro- ou anti- inflammatoires (Parke et Parke, 1995). Ainsi, les prostaglandines de la famille E et les prostacyclines (PGI2) sont des vasodilatateurs et suppriment les activités des cellules inflammatoires (macrophages, neutrophiles, lymphocytes) ; la thromboxane A2 est par contre un bronchoconstricteur et participe à l’activation des plaquettes. Les leucotriènes sont produits par les neutrophiles, les mastocytes
et les macrophages alvéolaires. Le taux des leucotriènes LTB4 augmente dans la synovite rhumatoïde ; ils ont un rôle chimiotactique pour les leucocytes et peuvent inhiber la prolifération de ces derniers (Parke et Parke, 1995 ; Revillard, 2001). Les leucotriènes peuvent contribuer à une exacerbation de la maladie asthmatique de part leur rôle bronchoconstricteur (Revillard, 2001).
1.4 Les traitements utilisés pour combattre les maladies liées à une inflammation chronique
Les traitements utilisés dans le cadre de l’inflammation chronique sont variés et dépendent de la maladie. Ces traitements agissent sur les effets initiateurs ou amplificateurs de l’inflammation (migration des cellules inflammatoires, bronchoconstriction, espèces réactives oxygénées…). En plus des traitements spécifiques utilisés dans chaque maladie chronique (asthme, athérosclérose, cancer…), des anti-inflammatoires seront utilisés pour soulager la douleur et diminuer l’inflammation.
Pour limiter l’inflammation, la thérapie employée en médecine moderne consiste en l’utilisation des anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) et stéroïdiens (AIS) ou glucocorticoïdes.
Plusieurs personnes utilisent quotidiennement un AINS pour soulager des poussées inflammatoires de la polyarthrite rhumatoïde, l’arthrose et l’asthme (Vane et Botting, 1987 ; Russo-Marie et coll., 1998). Les AINS sont nombreux et leur classification dépend de leur structure chimique. On les classe en dérivés acides carboxyliques (acide salicylique, Aspirine® ou acide acétylsalicylique, ibuprofène et acide flufénamique) et en dérivés énoliques (phénylbutazone, ténoxicam) (Russo-Marie et coll., 1998). L’Aspirine®, chef de file des AINS, figure dans la liste des médicaments essentiels de l’OMS (Russo-Marie et coll., 1998). Les AINS exercent leurs effets sur la cyclooxygénase (COX) (Figure 9), contribuant ainsi à inhiber la production des prostaglandines (Vane et Botting, 1987 ; Russo-Marie et coll., 1998).
Figure 9: Voies de catabolisme de l’acide arachidonique et sites d’action des AIS et de l’Aspirine® (D’après Vane et Botting, 1987).
La cyclooxygénase existe en fait sous deux isoformes : la COX-1 et la COX-2. Ces deux enzymes diffèrent essentiellement dans la régulation de leur activité enzymatique. COX-1 est constitutive et impliquée dans la régulation de la production des prostaglandines alors que l’isoforme COX-2 encore appelée COX inflammatoire est une enzyme inductible. Elle est essentiellement exprimée après une stimulation et permet une production accrue des prostaglandines en réponse au stimulus inflammatoire (Russo-Marie et coll., 1998). La COX-2 est stimulée par des cytokines pro-inflammatoires telles que l’IL-1α, l’IL-1β et le TNFα.
En plus d’être anti-inflammatoires, les AINS sont antipyrétiques, analgésiques et inhibent l’agrégation plaquettaire ; certains ont aussi un effet antioxydant (Russo-Marie et coll., 1998 ; Van Antwerpen et coll., 2007). L’Aspirine® est un antiagrégant plaquettaire à faible dose, antipyrétique et antalgique à dose moyenne et anti-inflammatoire à dose forte (Vane et Botting, 1987 ; Russo-Marie et coll., 1998). L’acide flufénamique est capable d’inhiber la MPO en interagissant avec la synthèse de l’HOCl, contribuant ainsi à améliorer l’état de patients souffrants de polyarthrite rhumatoïde ou d’athérosclérose (Van Antwerpen et coll., 2007).
Les AIS ou glucocorticoïdes (Prednisolone, dexaméthazone) exercent leurs effets sur la phospholipase A2 (Figure 9), inhibant ainsi la libération de l’acide arachidonique et par conséquent la biosynthèse des prostaglandines et des leucotriènes (Vane et Botting, 1987 ; Russo-
Marie et coll., 1998). Les glucocorticoïdes agissent sur l’œdème, la vasodilatation, la migration des leucocytes, la synthèse des médiateurs inflammatoires (cytokines…) et diminuent la production des espèces réactives oxygénées par les cellules inflammatoires (Russo-Marie et coll., 1998).
L’utilisation des anti-inflammatoires (AINS et AIS) n’est pas sans inconvénients pour l’organisme (Ng, 1992 ; Miner et coll., 2007). Ainsi, l’usage prolongé des AINS peut entraîner des troubles au niveau du tractus gastro-intestinal, des toxicités au niveau du rein et de la peau (Ng, 1992). Pour limiter ou éviter les effets nocifs de ces molécules, les populations des pays riches et pauvres utilisent respectivement la médecine complémentaire, alternative et non conventionnelle et la médecine traditionnelle pour leurs besoins en santé (OMS, 2002). L’usage de la médecine traditionnelle dans les pays pauvres est lié à son accessibilité et son abordabilité.
Selon l’OMS, environ 80% des populations en Afrique et 40% en Chine ont recours à la médecine traditionnelle pour satisfaire leurs besoins en soins de santé (OMS, 2002).
Au Burkina Faso, plusieurs plantes sont utilisées seules ou en association avec d’autres plantes pour le traitement de maladies inflammatoires (aigüe et chronique). Ainsi, Lompo et coll. (1998) ont démontré l’effet anti-inflammatoire de Khaya senegelensis (Meliaceae), plante utilisée pour traiter de nombreuses pathologies dont les douleurs abdominales et les rhumatismes. Les molécules dotées d’un effet anti-inflammatoire dans les plantes sont principalement les stérols, les terpènes et les flavonoïdes (Adedapo et coll., 2008). Les stérols et les terpènes sont des composés qui remplissent diverses activités chez les plantes et ont des effets bénéfiques chez l’homme et l’animal ; le β-sitostérol est un stérol dont la présence est ubiquitaire chez les plantes.
C’est un composé doté de propriétés immunomodulatrice et anti-inflammatoire ; ses effets pourraient être dus à une inhibition des cytokines pro-inflammatoires et la cyclooxygénase (Bouic et Lamprecht, 1999 ; Awad et coll., 2005). Les terpènes sont des composés naturels qui contribuent à l’arôme des plantes. Le lupéol est un terpène doté de propriétés anti-inflammatoires qui seraient dus à ses propriétés immunosuppressives, à l’inhibition de la migration des cellules inflammatoires et à une diminution de la libération de cytokines pro-inflammatoires (Patocka, 2003). L’effet anti-inflammatoire des flavonoïdes serait dû à une inhibition de la synthèse des prostaglandines et aussi à leur pouvoir antioxydant (Havsteen, 2000).
2 Le cancer et l’inflammation chronique
Il est de plus en plus évident qu’il existe une interaction entre le cancer et l’inflammation chronique (Tableau I).
Tableau I: Interactions entre maladies inflammatoires chroniques et cancers (modifié de Schottenfeld et Beebe-Dimmer, 2006).
Le risque de développer un cancer est d’autant plus grand que l’inflammation se prolonge (Shacter et Weitzman, 2002 ; Macarthur et coll., 2004). Cette notion avait déjà été introduite dans les années 1800 par Virchow qui a estimé que de nombreux « irritants » pourraient être impliqués dans les dommages tissulaires, l’inflammation et la prolifération cellulaire (Schottenfeld et Beebe-Dimmer, 2006). Selon Dvorak, un auteur cité par Schottenfeld et Beebe-Dimmer (2006), les tumeurs peuvent être considérées comme des « plaies qui ne guérissent pas ». Il a noté les différences et les similitudes entre la cicatrisation normale et la génération pathologique d’un tissu conjonctif qui sert de support à la prolifération et à l’invasion des cellules néoplasiques (Schottenfeld et Beebe-Dimmer, 2006). Comme le montre le tableau I, il existe plusieurs mécanismes et agents responsables de la cancérogénèse à partir d’une inflammation chronique. Ces mécanismes et agents incluent notamment les
Causes Types de cancer
Helicobacter pylori et gastrite chronique Adénocarcinome de l’estomac
Virus d’Eptein-Barr Lymphome de Hodgkin Carcinome nasopharyngé Lymphome non hodgkinien Virus de l’hépatite B ou C Carcinome hépatocellulaire Virus du papillome humain Carcinome anogénital Carcinome oropharyngé VIH/SIDA Sarcome de Kaposi
Lymphome non hodgkinien Reflux gastro-œsophagien Cancer de l’œsophage Infections chroniques du poumon Cancer du poumon Atrophie inflammatoire de la prostate Cancer de la prostate
microbes, le reflux gastro-œsophagien, les maladies inflammatoires de l’intestin et la cigarette (Shacter et Weitzman, 2002 ; Schottenfeld et Beebe-Dimmer, 2006). On estime que 20-25%
et 7-10% des décès par cancer respectivement dans les pays en voie de développement et les pays développés seraient dus à des agents microbiens (Kuper et coll., 2000 ; Schottenfeld et Beebe-Dimmer, 2006). Notamment, certains virus associés à l’inflammation chronique, comme les virus de l’hépatite B et C, peuvent entraîner une hépatite chronique active et le développement du carcinome hépatocellulaire (Shacter et Weitzman, 2002). Le développement du cancer suite à une inflammation chronique est liée à la libération, par les cellules inflammatoires (macrophages, neutrophiles, éosinophiles), de nombreux médiateurs capables d’induire une prolifération cellulaire accrue, une mutagenèse, l’activation d'un oncogène et l'angiogenèse (Shacter et Weitzman, 2002 ; Rakoff-Nahoum, 2006 ; Ferguson, 2010) (Figure 10).
Ces médiateurs comprennent notamment les éicosanoïdes, les cytokines, les chimiokines et les espèces réactives oxygénées (et/ou les espèces radicalaires dérivées du monoxyde d’azote). Les espèces radicalaires peuvent provoquer une altération de l’information génétique par des modifications au niveau des bases de l’ADN, entraînant par la suite des changements dans le comportement cellulaire comme une prolifération cellulaire incontrôlée (Rakoff- Nahoum, 2006 ; Ferguson, 2010). Le monoxyde d’azote et ses dérivés comme le peroxynitrite
Figure 10: Rôle de l’inflammation chronique dans la mutagénèse (D’après Ferguson, 2010).
peuvent promouvoir l’oncogenèse par des dommages sur l’ADN et les protéines ou par l’inhibition de l’apoptose (Macarthur et coll., 2004). L’isoforme COX-2 de la cyclooxygénase est impliquée dans le développement des cancers ; notamment, elle inhibe l’apoptose, promeut l’angiogenèse et supprime la réponse immunitaire (Macarthur et coll., 2004 ; Rakoff- Nahoum, 2006 ; Schottenfeld et Beebe-Dimmer, 2006). L’inhibition de cette enzyme permet d’améliorer la survie (plus de 50%) des patients souffrants de cancer colorectal (Macarthur et coll., 2004). Selon d’autres études, la myéloperoxydase est capable d’oxyder, in vivo, l’uracile en 5-chloro-uracile lequel, lorsqu’il est incorporé dans l’ADN, peut promouvoir la mutagénèse et par conséquent augmenter le risque de cancérogénèse (Ferguson, 2010).
3 Le cancer
3.1 Généralités
Dans les conditions normales, la prolifération et la mort cellulaires sont deux processus en équilibre qui permettent d’assurer l’homéostasie dans un tissu donné (Guo et Hay, 1999 ; Soussi, 2001). Le cancer est une maladie qui résulte d’une prolifération cellulaire anormale au sein d’un tissu normal de l’organisme. Ces cellules qui dérivent généralement d’un clone cellulaire sont dotées de capacités de migration et d’invasion (Guo et Hay, 1999 ; Soussi, 2001 ; Oppenheimer, 2006 ; Rakoff-Nahoum, 2006). La prolifération cellulaire est liée à des altérations au niveau des proto-oncogènes (gènes qui régulent la prolifération dans les cellules normales comme les gènes Ras ou c-abl) et des gènes suppresseurs de tumeurs (par exemple le gène p53) ainsi qu’à un dysfonctionnement de l’ADN face à la régulation du cycle cellulaire et au système de réparation du génome (Poehlmann et Roessner, 2010 ; Hanahan et Weiberg, 2011). La prolifération incontrôlée aboutit à la formation d’une tumeur. La tumeur est dite bénigne lorsqu’elle se caractérise par une délimitation précise sans envahissement du tissu normal alors que la tumeur maligne ou cancer se caractérise par une croissance invasive sur le plan loco-régional puis au niveau de la formation de métastases. Toutefois, certaines tumeurs bénignes peuvent devenir malignes. Il existe au moins 100 types de cancers qui peuvent se développer dans la plupart des tissus de l’organisme. La cancérogénèse comprend trois étapes : l’initiation, la promotion et la progression (Soussi, 2001 ; Rakoff-Nahoum, 2006). L’initiation se caractérise par des altérations génomiques (mutations, perte de gène, réarrangements chromosomiques…). Cette étape reste sous contrôle tant que les mécanismes de régulation de l’homéostasie cellulaire fonctionnent. La promotion est l’étape au cours de laquelle on peut constater la survie et l’expansion clonale des cellules « initiées ». Cette prolifération cellulaire intervient lorsque les cellules sont plus sensibles
aux signaux stimulateurs de la croissance. Au cours de la progression, la taille de la tumeur augmente substantiellement et, devenue autonome, la cellule cancéreuse peut envahir d’autres tissus et former des métastases.
Selon Hanahan et Weinberg (2011), plusieurs facteurs permettent de caractériser les cellules cancéreuses. Ces facteurs (Figure 11A et 11B), au nombre de dix, comprennent notamment:
une indépendance vis-à-vis des facteurs de croissance
une insensibilité aux signaux inhibiteurs de la prolifération cellulaire
une résistance à l’apoptose ou mort cellulaire programmée
une capacité illimitée de réplication
une stimulation et un maintien de l’angiogenèse c'est-à-dire la formation de nouveaux vaisseaux sanguins impliqués dans l’apport de l’oxygène à la tumeur
une capacité d’invasion et de formation de métastases
une grande instabilité génomique favorisée par des mutations aléatoires
un état inflammatoire dû à la présence des cellules du système immunitaire.
L’inflammation peut contribuer à la cancérogénèse en fournissant au microenvironnement tumoral des molécules bioactives telles que des facteurs de croissance ou des facteurs pro-angiogéniques ;
une capacité à déréguler le métabolisme énergétique afin de maintenir continue une croissance et une prolifération cellulaires. Pour ce faire, la cellule cancéreuse peut contrôler les gènes impliqués dans le transport du glucose, aboutissant ainsi à une augmentation du glucose dans la cellule ;
une capacité à échapper au système immunitaire. Les cellules du système immunitaire, notamment les natural killer (NK) ou « tueur naturel » et les lymphocytes T cytotoxiques, peuvent constituer une barrière efficace face à la progression de la tumeur ; la cellule cancéreuse échappe au contrôle exercé par le système immunitaire en sécrétant notamment des facteurs immunosuppresseurs ou en recrutant des cellules inflammatoires dotées d’une activité immunosuppressive comme les lymphocytes T suppresseurs.
Figure 11: Caractéristiques des cellules cancéreuses (adapté de Hanahan et Weiberg, 2011).
(A) : Initialement la cellule cancéreuse fut décrite par 6 propriétés.
(B) : Les nouvelles caractéristiques incluent la dérégulation du métabolisme énergétique et l’échappement au système immunitaire d’une part et d’autre part, l’instabilité génomique et l’inflammation due aux cellules immunitaires).
Capacité à déréguler le métabolisme énergétique
Susceptibilité importante aux dommages à l’ADN
Amplification du processus de cancérogénèse due à l’inflammation
Evasion du système immunitaire Capacité illimité de
réplication
Résistance aux signaux anti-croissance Résistance à
l’apoptose
Angiogenèse
Autosuffisance en signaux de croissance
Invasion et métastases
A
B
3.2 Données épidémiologiques
Comme nous l’avons écrit précédemment, le cancer résulte de la transformation d’une cellule normale en une cellule cancéreuse suite à des modifications au niveau des gènes. Les altérations génétiques peuvent être causées par (OMS, 2009) :
(a) des agents exogènes (physiques et chimiques) comme les rayonnements UV, les radiations ionisantes, le tabac, l’alcool, l’amiante…
(b) des agents exogènes biologiques comme les virus, les bactéries et les parasites.
(c) des agents endogènes comme les espèces réactives oxygénées et les espèces qui dérivent de l’azote lorsque la défense antioxydante est faible ou inefficace.
Le vieillissement est aussi un facteur important dans le développement du cancer. En effet, le risque de développer un cancer augmente avec l’âge (OMS, 2009).
Plusieurs théories ont été proposées pour expliquer la propagation du cancer au sein d’un tissu. Il ressort de ces études que la propagation de la tumeur résulte de mutations au sein de cellules ayant les mêmes caractéristiques que les cellules souches normales c'est-à-dire la capacité de se renouveler plusieurs fois et de donner des cellules ayant des caractères différenciés (Houghton et coll., 2007). Ainsi, l’incidence élevée des cancers chez des individus exposés à des niveaux élevés de radiations pourrait être attribuable à des mutations génétiques acquises sur une longue période par les cellules souches spécifiques des tissus au moment de l’exposition (Shackleton, 2010). Si les premières études consacrées aux cellules souches cancéreuses ont permis notamment d’identifier les cellules souches responsables des leucémies, de plus en plus de travaux rapportent le rôle des cellules souches dans le développement de plusieurs cancers solides comme les cancers du sein, du poumon, du colon, de la prostate et de l’ovaire (Houghton et coll., 2007 ; Kitamura et coll., 2009).
Selon les données de l’OMS, 13% de la mortalité mondiale est imputable au cancer. Au moins 70% des décès surviennent dans les pays pauvres et d’après les projections, le nombre de décès dans ces pays pourrait atteindre 12 millions en 2030 (OMS, 2009). Les principaux types de cancers diagnostiqués dans le monde concernent les cancers du poumon (12.7%), du sein (10.9%) et le cancer colorectal (9.7%) (Ferlay et coll., 2010a). Bien que le cancer soit une maladie universelle, il existe des différences frappantes entre la répartition des cancers d’une région ou d’un pays à l’autre. En effet, le risque de développer un cancer varie en fonction du sexe, de l’origine ethnique, de la race, de la culture, du milieu de vie (rural ou urbain) et des
caractéristiques socio-économiques (Schottenfeld et Beebe-Dimmer, 2005 ; OMS, 2010 ; Ferlay et coll., 2010a).
Selon le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC), les cancers les plus fréquemment rencontrés chez l’homme dans les pays développés sont : les cancers de la prostate, du poumon, colorectal, de la vessie et le cancer de l’estomac. Chez les femmes, le cancer du sein est le plus fréquent suivi des cancers colorectal, du poumon, du corps utérin ou de l’endomètre et le cancer de l’estomac. Dans les pays riches, le cancer du poumon est la première cause de mortalité (~ 22%) aussi bien chez les hommes que chez les femmes (Figure 12).
Figure 12: Taux de mortalité causé par différents cancers dans les pays développés aussi bien chez les hommes que chez les femmes (Ferlay et coll., 2010b : http://globocan.iarc.fr/).
Le développement de ce cancer est principalement lié à la fumée de cigarette ; en effet environ 83% des cancers du poumon chez les hommes et 69.2% chez les femmes sont dus au tabac (Leignel Argo et Giraud, 2010). Le risque de mourir du cancer avant l’âge de 75 ans dans les pays développés est plus élevé chez les hommes (15%) que chez les femmes (9%) (Ferlay et coll., 2010b).
Dans les pays en voie de développement, les populations sont plus susceptibles aux cancers liés à des agents infectieux (Schottenfeld et Beebe-Dimmer, 2005 ; Ferlay et coll., 2010a). Ainsi,
la proportion de décès par cancer attribuables aux microorganismes dans ces pays est de 20-25%
(Schottenfeld et coll., 2005). Les cancers les plus fréquemment rencontrés chez l’homme sont : les cancers du poumon, de l’estomac, du foie, colorectal et le cancer de l’œsophage. Chez les femmes, les plus fréquents sont les cancers du sein et du col de l’utérus suivis des cancers du poumon, de l’estomac et le cancer colorectal (Ferlay et coll., 2010). La consommation de l’alcool et les infections sont des causes principales du développement des cancers du foie. Selon les données de l’OMS (WHO, 2007), 1/3 des décès par le cancer du foie est imputable au virus de l’hépatite B. Le virus du papillome humain, dont la prévalence est de 15% dans les pays en voie de développement, est la principale cause dans le développement du cancer du col de l’utérus (Kuper et coll., 2000).
En particulier, selon les données du Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC), l’incidence des cancers du foie et de la prostate est plus forte chez les hommes ouest africains alors que chez les femmes ce sont les cancers du sein et du col de l’utérus qui sont fréquents. La probabilité de mourir d’un cancer avant 75 ans est de 8.7% chez les hommes et de 10% chez les femmes. Le cancer du foie semble être le plus meurtrier (~ 15% de décès) parmi les différents cancers constatés au niveau de la région ouest africaine (Figure 13).
Figure 13: Taux de mortalité causé par différents cancers dans la région ouest africaine aussi bien chez les hommes que chez les femmes (Ferlay et coll., 2010b : http://globocan.iarc.fr/).
3.3 Les médiateurs cellulaires et moléculaires impliqués dans la genèse et la progression du cancer
3.3.1 Les médiateurs rencontrés au niveau de la prolifération cellulaire
La division cellulaire est un processus au cours duquel une cellule (ou cellule mère) se développe, réplique son ADN et se divise pour donner deux cellules filles génétiquement identiques à la cellule mère. Le cycle cellulaire comporte deux principales phases: l’interphase et la mitose au cours de laquelle une cellule mère produit deux cellules filles (Collins et coll., 1997 ; Garrett, 2001). Ces deux phases sont séparées par différentes étapes secondaires comme la phase G0 (G pour gap (écart)) ou phase de quiescence au cours de laquelle les cellules peuvent arrêter leur division et la phase G1 au cours de laquelle la cellule croît et est active métaboliquement. La phase S (pour Synthèse) est l’étape au cours de laquelle le matériel chromosomique se réplique et c’est au cours de la phase G2 que la cellule se prépare à entrer en mitose (Figure 14).
Figure 14: Schéma représentant les différentes étapes du cycle cellulaire avec les points de contrôle ou checkpoint (D’après Garrett, 2001).
Au cours de la division cellulaire, les chromosomes se répliquent (phase S) et se séparent en donnant deux cellules filles génétiquement identiques (phase M). Ces deux phases sont séparées par les phases G1 et G2 au cours desquelles le matériel chromosomique croît et se réorganise. Les cellules peuvent arrêter le cycle cellulaire en entrant dans un état de quiescence (G0).
La cellule normale régule chaque étape de ce processus à travers des points de contrôle dont le principal rôle consiste à vérifier l’intégrité du génome durant le cycle cellulaire (Garrett, 2001).
Comme le montre la figure 14, il existe 4 points de contrôle qui permettent de vérifier s’il ya des dommages à l’ADN ou de contrôler la fidélité de la réplication de l'ADN et la formation du fuseau mitotique (Garrett, 2001 ; Poehlmann et Roessner, 2010). Le point de restriction R permet à la cellule de vérifier qu’elle a reçu tous les facteurs de croissance nécessaires avant de passer de la phase G1 à la phase de réplication « S » (Garrett, 2001). Le contrôle de la prolifération cellulaire est assuré par deux familles de protéines (Figure 15) (Collins et coll., 1997 ; Garrett, 2001 ; Poehlmann et Roessner, 2010) :
les protéines kinases cycline-dépendantes ou Cdk impliquées dans les phosphorylations de protéines d’une étape du cycle à l’autre assurant ainsi la transduction du signal dans la cellule. Ce sont des sérine-thréonine kinases qui transfèrent un groupement phosphate de l’ATP vers une sérine ou une thréonine de protéines spécifiques.
les cyclines qui sont des protéines nécessaires à l’activation des kinases. Pendant que les protéines kinases sont constamment produites, les cyclines sont produites à une période spécifique du cycle.
Figure 15: Régulation du cycle cellulaire par les cyclines (A, B, E, D) et les protéines kinases cycline-dépendante (cdk ou Cyclin-Dependant Kinase) (D’après Poehlmann et Roessner, 2010).
Au début de la phase G1, les complexes cdk4/6-cycline D sont activés. Ensuite, le début et la progression de la phase de réplication (S) est contrôlée respectivement par les complexes cdk2-cycline E et cdk2-cycline A. Le début de la mitose est sous le contrôle du complexe cdk1 (cdc)-cycline B.
L’activité des protéines kinases cycline-dépendantes peut être contrôlée via une série de synthèse/dégradation protéolytique des cyclines suivant un mécanisme dépendant de l’ubiquitine ou via la fixation de protéines inhibitrices des kinases cycline-dépendantes (Garrett, 2001).
La cellule cancéreuse échappe au contrôle, présent dans les cellules normales, grâce à des facteurs de croissance qui se lient à des récepteurs de surface comportant des domaines tyrosine kinase (Hanahan et Weiberg, 2011). Elle peut produire elle-même les facteurs de croissance ou stimuler les cellules normales au sein du stroma afin d’obtenir divers facteurs de croissance (Hanahan et Weiberg, 2011). Par ailleurs, la cellule cancéreuse échappe au contrôle exercé sur la prolifération cellulaire en altérant ou inactivant les gènes suppresseurs de tumeurs comme le gène TP53 (Tumor Protein 53). Ce dernier gouverne les voies de régulation de la prolifération cellulaire ; en fonction des conditions présentes dans la cellule (stress, dommages importants à l’ADN, niveau faible en glucose…), le gène TP53 peut, le temps que les conditions redeviennent optimales, arrêter la progression du cycle cellulaire ou déclencher le programme de mort cellulaire par apoptose lorsque les dommages sont irréversibles (Soussi, 2001 ; Hanahan et Weiberg, 2011).
3.3.2 Les médiateurs impliqués dans la mort cellulaire
En présence de signaux inhibiteurs de la croissance et lorsque les mécanismes de défense de la cellule fonctionnent, la cellule meurt. La mort cellulaire peut être définie comme une perte irréversible de l’intégrité de la membrane plasmique. On distingue particulièrement chez les mammifères trois types de mort cellulaire: l’apoptose, l’autophagie et la nécrose (Golstein et Kroemer, 2007). La figure 16 et le tableau II présentent les différentes caractéristiques morphologiques de ces trois types de mort (Galluzzi et coll., 2007).
Figure 16: Structures morphologiques de la mort cellulaire observée par la microscopie électronique en transmission (D’après Galluzzi et coll., 2007).
(a): cellule du cancer de poumon non à petites cellules (H1975) en apoptose (on note une condensation de la chromatine) ; (b) cellule épithéliale humaine en autophagie (on peut remarquer la formation des vacuoles caractérisées par une double membrane et contenant les fragments à digérer ; (c) cellule du cancer de côlon (HCT116) en nécrose (alors que le noyau (N) est encore intact et présente des nucléoles bien définis, la membrane plasmique et le cytoplasme sont largement détruits).
Tableau II: Caractéristiques morphologiques des différents types de mort cellulaire (Galluzzi et coll., 2007).
Type de mort cellulaire Caractéristiques morphologiques
Apoptose arrondissement de la cellule
réduction du volume cellulaire et nucléaire
fragmentation du noyau
bourgeonnement de la membrane plasmique
formation des corps apoptotiques
petites modifications des organites cellulaires Autophagie pas de condensation de la chromatine
importante vacuolisation dans le cytoplasme
Nécrose augmentation du volume cytoplasmique
rupture de la membrane plasmique
dilatation des organites cytoplasmiques
faible condensation de la chromatine
L’apoptose ou mort cellulaire programmée de type I
L’apoptose est le mécanisme utilisé par les plantes et les animaux au cours de leur développement normal pour le maintien de l’homéostasie tissulaire grâce à l’élimination des cellules indésirables, génétiquement endommagées ou sénescentes. Ce processus doit être en équilibre avec la prolifération cellulaire afin de maintenir l’homéostasie. Il s’agit d’une autodestruction ou suicide qui permet d’éliminer les cellules très rapidement sans provoquer de réaction inflammatoire (Igney et Krammer, 2002 ; Spurgers et coll., 2006 ; Sun et Peng, 2009). Sur le plan morphologique, l’apoptose se caractérise au niveau du noyau par la condensation de la chromatine et la fragmentation du noyau ; au niveau cellulaire on constate de petites modifications sur les organites cytoplasmiques, un bourgeonnement de la membrane plasmique et la formation de corps apoptotiques qui comprennent des fragments nucléaires ou cytoplasmiques (Figure 16) (Galluzzi et coll., 2007 ; Golstein et Kroemer, 2007 ; Elmore, 2007). Il faut préciser que la membrane plasmique garde son intégrité jusqu’à la fin des étapes précédentes. Sur le plan biochimique, l’apoptose se caractérise essentiellement par une activation de protéases à cystéines encore appelées caspases (Kroemer et coll., 2005 ; Sun et Peng, 2009). Les caspases sont des protéines dotées d’une activité protéolytique et qui s’expriment sous forme inactive (pro-caspase) dans la plupart des cellules. Une fois activée, la caspase peut activer d’autres pro-caspases entraînant ainsi une amplification de l’apoptose et donc une rapide mort cellulaire (Elmore, 2007). Les caspases
