1 Introduction
L’HyperTension Artérielle Pulmonaire idiopathique (HTAPi), autrefois appelée hypertension artérielle pulmonaire primitive (HTAPP), est un syndrome, associant dyspnée, fatigue, douleur thoracique et syncope, provoqué par une augmentation des pressions et résistances artérielles pulmonaires de cause inconnue (Farber, 2004).
Chez une majorité des patients, la maladie évolue de façon asymptomatique pendant des années, développant, néanmoins, à bas bruit, une augmentation de la réactivité artériolaire associée à une transformation structurelle des artères pulmonaires appelée « remodelage vasculaire ou artériolaire ». Les signes et les symptômes apparaissent quand la pression artérielle pulmonaire moyenne (Pap) atteint 30 à 40 mmHg au repos (la norme étant inférieure à 20 mmHg). Il y a, alors, une détérioration clinique progressive associée à une augmentation des pressions pulmonaires jusqu’à stabilisation aux environs de 60 à 70 mmHg. C’est lorsque ce plateau de pression est atteint que le ventricule droit va montrer ses premiers signes de faiblesse. Le débit cardiaque commence, alors, à diminuer.
Le diagnostic d’hypertension artérielle pulmonaire impose la démonstration d’une Pap supérieure à 25 mmHg au repos ou de plus de 30 mmHg à l’exercice, en l’absence d’une cause cardiaque ou pulmonaire (Farber, 2004).
Les hypertensions pulmonaires associées à une série d’évènements ou de maladies telles que la prise d’anorexigènes à base de fenfluramine, le syndrome d’immunodéficience acquise (SIDA), l’hypertension portale, les connectivites, et les maladies cardiaques congénitales à shunt gauche-droit sont similaires à l’HTAPP au point de vue clinique et histologique mais, elles présentent aussi une réponse identique aux traitements. En conséquence, les conférences d’Evian, en 1998, et de Venise, en 2003 (figure 1), ont proposé une extension du concept de l’HTAPP en y incluant les conditions associées précitées. L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) était née (Simonneau, 2004).
Une étude récente du registre national français nous permet d’appréhender les chiffres épidémiologiques relatifs à l’HTAP (Humbert, 2006). L’âge moyen des patients au moment du diagnostic est de 50 ± 15 ans (moyenne ± déviation standard). La population des malades atteints d’HTAP est repartie comme suit : 39,2% d’HTAP idiopathique, 3,9 % d’HTAP familiale, 9,5 % d’HTAP associée à la prise d’anorexigène, 15,3 % d’HTAP associée aux connectivites, 11,3 % d’HTAP associée aux cardiopathies congénitales, 10,4 % d’HTAP associée à l’hypertension portale, et 6,2 % d’HTAP associée au SIDA. La prévalence en France est de 15 cas/million d’habitants. A titre de comparaison, la prévalence belge est de 15 cas/million d’habitants alors que la prévalence de la maladie en Ecosse est de 26 cas/million d’habitants (Chiffres personnels ; Peacock, 2007). L’incidence française de la maladie est de 2,4 cas/million d’habitants/an, 5 cas/million d’habitants/an en Belgique et 7,6 cas/million d’habitants/an en Ecosse(Humbert, 2006 ; Chiffres personnels ; Peacock, 2007). Notons aussi que l’HTAP touche préférentiellement la femme - 65,3 % des patients sont féminins (Humbert, 2006) – et que cette observation est encore plus importante pour l’HTAPi où l’incidence présente un rapport Femme/Homme de 3/1 (Newman, 2008).
Cette dernière décennie a connu des avancées considérables dans le traitement pharmacologique de l’HTAP. L’emploi des thérapies conventionnelles comprenant anticoagulants, diurétiques, inotropes et anti-calciques a été standardisé (Naeije, 2001).
L’utilisation chronique des prostacyclines a amélioré la qualité de vie, l’état fonctionnel, la capacité à l’exercice et la survie des patients atteints d’HTAP (Barst, 1996 ; Rubin, 1997 ; Barst, 2006). Plus récemment, les traitements par antagonistes non-sélectifs des récepteurs de l’endothéline-1 (bosentan) ou par inhibiteur de la phosphodiestérase-5 (sildénafil) ont montré des améliorations des paramètres hémodynamiques, de la capacité fonctionnelle au repos et à l’effort chez des patients atteints d’HTAP (Rubin, 2002 ; Galie, 2005). Néanmoins, l’HTAP reste une maladie incurable associée à des survies médianes de 5 à 6 ans (McLaughlin, 2004).
HyperTension Artérielle Pulmonaire (HTAP) Idiopathique
Familiale Associée à…
Connectivites
Cardiopathies congénitales à shunt gauche droit Hypertension portale
Virus d’immunodéficience acquise Drogues et toxines
Associée à une atteinte du compartiment veineux Maladie veino-occlusive
Hémangiomatose capillaire pulmonaire
Hypertension Pulmonaire (HTP) sur maladie du cœur gauche Maladie de l’oreillette ou du ventricule gauche
Valvulopathie du cœur gauche
HTP sur maladie pulmonaire et/ou hypoxémiante Bronchopathie obstructive chronique
Maladie pulmonaire interstitielle Syndrome des apnées du sommeil Désordre ventilatoire alvéolaire Exposition chronique à la haute altitude Anomalies développementales
HTP sur maladie thrombotique et/ou embolique chronique Obstruction thrombo-embolique des artères proximales Obstruction thrombo-embolique des artères distales
Embole non-thombotique (tumeur, corps étranger, parasite,…) HTP diverses
Sarcoïdose
Lymphangiomyomatose Histiocytose X
Compression des vaisseaux pulmonaires (adénopathie(s), tumeur,…)
Classification de Venise 2003
Figure 1. Classification des hypertensions pulmonaires telle que définie par la conférence de Venise en 2003.
L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) représente une entité pathologique définie sur base de la clinique et de l’histologie mais aussi sur base d’une réponse identique aux traitements.
La pathogénie de l’HTAP demeure encore largement incomprise. Des perturbations biologiques ont été décrites dans les trois couches de l’artère pulmonaire des patients atteints d’HTAP grave. Parmi celles-ci, on trouve des anomalies du contrôle de la production endothéliale des médiateurs vasoconstricteurs et vasodilatateurs, une diminution médiale de l’expression des canaux potassiques et du transporteur de la sérotonine, ainsi qu’une surexpression de la ténascine-C par l’adventice et une surexpression de médiateurs contrôlant l’inflammation et l’angiogenèse (Farber, 2004 ; Perros, 2007 ; Humbert, 2004). Des mutations du gène codant pour le récepteur-2 de la protéine de morphogenèse osseuse (BMPR-2) ont été identifiées chez environ 60 % de patients présentant une forme d’HTAP familiale et dans une
minorité de patients atteints d’HTAP de présentation sporadique (Deng, 2000 ; Newman, 2008). Les protéines de morphogenèse osseuse sont des membres de la superfamille des TGF-β, protéines circulantes qui règlent la croissance et la réparation des tissus dans tous les organes (Loscalzo, 2004 ; Newman, 2008).
Le lien entre l'hypertension pulmonaire acquise et familiale pourrait résider dans des perturbations de la signalisation de l’angiopoïétine-1. Cette protéine, impliquée dans le recrutement des cellules musculaires lisses des vaisseaux sanguins, est fortement surexprimée dans les poumons de patients présentant diverses formes d’HTAP graves (Du, 2003).
Cependant, nous ignorons encore la manière dont la signalisation angiopoïétine-1/BMPR-2 est liée aux autres changements biologiques identifiés dans les parois artériolaires des patients atteints d’HTAP et si cette voie de signalisation participe à l’initiation de la maladie.
Une manière de répondre à cette question est d'étudier l'hémodynamique et la biologie pulmonaire dans des modèles d’hypertension pulmonaire développés chez l’animal. Deux modèles sont généralement employés dans les laboratoires de recherche: le rongeur exposé à l’hypoxie chronique et le rongeur intoxiqué par la monocrotaline. Cependant, ces modèles ne sont pas satisfaisants. En effet, l'hypertension pulmonaire hypoxique chez le rongeur est associée à une augmentation modérée des pressions pulmonaires (Vieillard-Baron, 2000) et sa présentation clinique, son histologie ainsi que sa réponse aux traitements diffèrent de celles de l’HTAP clinique (Simonneau, 2004). L'injection de monocrotaline induit une hypertension pulmonaire grave (Cowan, 2000), mais elle est précédée d’un œdème pulmonaire lésionnel (Plestina, 1972), qui n'est pas une caractéristique de l’HTAP.
Nous nous sommes intéressés à un modèle d’HTAP induit par un shunt cardiaque gauche-droit. En 1979, Rendas a rapporté qu'un shunt aorto-pulmonaire confectionné, au moyen de matériel synthétique, implanté chez des porcelets en croissance, induisait, en une courte période expérimentale (8 à 12 semaines), une hypertension pulmonaire grave accompagnée d’une hypertrophie médiale résumant des années d’évolution de la maladie chez l’homme (Rendas, 1979). Dans cette étude, les pressions pulmonaires ont été mesurées sans correction par rapport au débit, avec le shunt ouvert, surestimant, de ce fait, la sévérité de l'hypertension pulmonaire. Nous avons reproduit le modèle original rapporté par Rendas en utilisant le même shunt de GoretexMD implanté entre l'aorte et le tronc pulmonaire, et avons prouvé que ce shunt n’induit, après normalisation pour le débit, que des augmentations modérées des pressions pulmonaires (De Cannière, 1994). Une raison expliquant ce résultat relativement décevant est le diamètre nécessairement limité du shunt aorto-pulmonaire, puisque des tentatives visant à implanter des shunts de plus grand diamètre ont eu comme conséquence la mort rapide des animaux par œdème pulmonaire aigu. L'hypertension pulmonaire sur shunt chronique gauche-droit est connue pour être plus rapidement grave lorsque le lit vasculaire pulmonaire est exposé à un débit élevé ou à un shunt à haute pression.
L'hypertension pulmonaire peut ainsi compliquer les communications inter-ventriculaires en quelques mois, alors qu'elle peut prendre des décennies pour compliquer les communications inter-auriculaires (Hoffman, 1981). Nous avons donc amélioré ce modèle en anastomosant l'artère innominée gauche sur le tronc artériel pulmonaire en détournant de son indication initiale l’opération de Blalock-Taussig (Wauthy, 2003). Ce shunt se développe avec l'animal, exposant la circulation pulmonaire à un débit et à une pression progressivement plus élevés, et donc plus susceptible de développer de l'hypertension pulmonaire grave. Nous avons prouvé que c'est, en effet, le cas. Après 3 mois d’exposition à ce shunt, la pression pulmonaire moyenne s’est élevée à environ 35 mmHg et une hypertrophie médiale significative, typique d’HTAP débutante, s’est installée.
Dans ce travail, nous chercherons à déterminer si ce modèle d’HTAP précoce est associé à des changements d’expression des protagonistes impliqués à des stades plus avancés de la maladie. Nous étudierons le rôle respectif des systèmes angiopoïétine-1, endotheline-1, angiotensine-II, synthases de l’oxyde nitrique, facteur de croissance vasculaire endothélial (VEGF), phosphodiestérase- 5 (PDE-5), sérotonine, et BMPR-2 et leurs interactions dans les stades initiaux de la maladie.
Nous avons rééquilibré la balance endothéliale «vasoconstriction/vasodilatation» par pré-traitements pharmacologiques et nous avons étudié les répercussions de ces traitements sur le développement de la maladie, l'augmentation des résistances vasculaires pulmonaires, le remodelage artériolaire et les perturbations biologiques qui lui sont associés.
Dans quatre études successives, nous avons pré-traité des porcelets exposés à un shunt systémo-pulmonaire avec un antagoniste non-sélectif des récepteurs de l’endothéline-1 (bosentan), avec un inhibiteur de la PDE-5 (sildénafil), un antagoniste sélectif des récepteurs AT-1 de l’angiotensine-II (losartan), avec un antagoniste sélectif des récepteurs ET-A de l’endothéline-1 (sitaxsentan).
2 Physiopathologie de l’HyperTension Artérielle Pulmonaire
2.1 Aspects physiologiques
La circulation pulmonaire normale est un système à haut débit et basse pression. Chez le jeune adulte, au repos, la pression artérielle pulmonaire (Pap) est de l’ordre de 12-14 mmHg, et jamais au-dessus de 20 mmHg, le débit cardiaque (Q) est compris entre 4,5 et 8,5 L/min et la pression dans l’oreillette gauche, estimée par la pression de l’artère pulmonaire occlue (Papo), entre 5 et 14 mmHg (Naeije, 1996). Comme l’indique l’équation des résistances vasculaires pulmonaires (RVP), RVP = (Pap-Papo) / Q, réécrite sous la forme Pap
= RVP x Q + Papo, la pression d’entrée dans la circulation pulmonaire (Pap) est dépendante de la résistance au flux pulmonaire (RVP), du débit cardiaque (Q) et de la pression de sortie (Papo). Tous ces déterminants de la Pap sont affectés par l’exercice physique, l’augmentation de débit, la diminution de RVP par des effets combinés de recrutement et de distension vasculaire pulmonaire. Néanmoins l’exercice physique modéré à modérément sévère, caractérisé par une augmentation de débit de l’ordre de 20 L/min et une Papo restant en dessous de 15 mmHg, n’augmente pas la Pap au-dessus de 30 mmHg (Naeije, 1996). C’est en accord avec cette observation, que le National Institute of Health PPH Registry a recommandé, pour le diagnostic d’HTAPi, la démonstration, par cathétérisme, d’une Pap supérieure à 25 mmHg au repos ou supérieure à 30 mmHg lors d’un exercice, avec une Papo normale, c’est-à-dire sous 15 mmHg (Rich, 1987 ; Naeije, 2004).
HTAP Post-charge VD Pré-charge VD
VFD VD
VFD VG Altération fonction
diastolique Contractilité VD
VO2VD
Ischémie VD Perfusion
VD
SV
Q
TA
Interactions diastoliques
Interactions systoliques
Figure 2. Physiopathologie de la décompensation cardiaque droite liée à l’hypertension pulmonaire. Les interactions systoliques et diastoliques contribuent, ensemble, à diminuer le débit systémique et la tension artérielle dans la décompensation cardiaque sur augmentation de la post-charge. Abréviations : VD = ventricule droit ; VFD = volume en fin de diastole ; VG = ventricule gauche ; VO2 = consommation en oxygène ; SV = stroke volume ; Q = débit cardiaque ; TA = pression artérielle systémique.
Le ventricule droit possède normalement une paroi fine et se présente sous la forme d’un croissant. Il s’adapte aux augmentations chroniques de post-charge par un épaississement de la paroi et déformation ovoïde en « ballon de rugby ». Des augmentations
brusques sont, alors, mal tolérées parce que la dilatation du ventricule droit (mécanisme de Starling) impose une interaction négative avec le ventricule gauche par compétition pour l’espace dans le péricarde en premier lieu, et deuxièmement, des interactions systoliques négatives par chute du débit cardiaque et de la tension artérielle (Naeije, 2001). Ces mécanismes sont résumés dans la figure 2. Le ventricule droit distendu et hypertrophié peut, alors, devenir ischémique à l’exercice en conséquence d’une diminution excessive du gradient de perfusion dans la coronaire droite (pression systémique moyenne moins pression auriculaire droite < 50-60 mmHg). Les réponses intégrées des ventricules droit et gauche aux augmentations aigues de la post-charge expliquent les dyspnées à l’effort, la fatigue, les syncopes et les angines de poitrine présentes dans l’HTAP. Nous comprenons dès lors mieux pourquoi les signes, symptômes et la capacité à l’effort sont mieux corrélés au débit cardiaque qu’aux pressions vasculaires pulmonaires (Barst, 1996 ; Miyamoto, 2000).
2.2 Aspects anatomo-pathologiques
La définition morphologique proposée initialement pour l’HTAPi par l'OMS (Hatano, 1975) se base sur la reconnaissance de trois types histologiques distincts (Pietra, 1994 ; Wagenvoort, 1970) qui peuvent se retrouver, chez un même individu, en combinaison dans des proportions variables.
A B
C D
Figure 3. Panel A : Hypertrophie médiale, c’est la première des modifications pathologiques observables dans l’HTAP ; Panel B : Fibrose intimale concentrique dite lésion en bulbe d’oignon, cette lésion peut montrer différents degrés de cellularité ou de fibrose. Ici on peut noter, en plus, une infiltration importante par des lymphocytes-T. ; Panel C : Nécrose fibrinoïde, cette nécrose murale accompagne les HTAP sévères ; Panel D : Lésion plexiforme consistant en un réseau complexe de canaux vasculaires dans lesquels on trouve des segments artériels anévrysmaux. Il y a typiquement perte des lames élastiques interne et externe.
L'artériopathie plexogénique (28 à 71 % des cas) : Ce type histologique associe, au niveau des artérioles, une hypertrophie de la média (figure 3A), une prolifération cellulaire et/ou une fibrose intimale concentrique (aspect en «bulbe d'oignon») (figure 3B) ou excentrique, des plages de nécrose fibrinoïde (figure 3C) et des lésions plexiformes (figure
3D) (Wagenvoort, 1970). Ces dernières traduisent un stade avancé de la maladie et correspondraient à une prolifération cicatricielle et une recanalisation partielle de lésions de nécrose fibrinoïde associées à des dilatations anévrismales. L'artériopathie plexogénique n'est pas spécifique de l'HTAPi (Pietra, 1997). Elle se retrouve notamment dans les hypertensions pulmonaires secondaires aux cardiopathies congénitales (Heath, 1958).
L'artériopathie micro-thrombotique (20 à 56 % des cas) : Dans ce type histologique, les lésions endothéliales sont prédominantes, sous la forme d'une fibrose intimale concentrique couplée à des micro-thromboses organisées et recanalisées. Une hypertrophie de la média peut s'y associer, mais les lésions plexiformes sont typiquement absentes.
La maladie veino-occlusive (< 10 % des cas) : Les lésions intéressent essentiellement les veines et les veinules, avec une prolifération et une fibrose intimale. Aux stades plus évolués s'y associe une hypertrophie médiale des artérioles d'amont.
2.3 Aspects cellulaires
Au sein des artères pulmonaires, chaque type cellulaire (cellule endothéliale, cellule musculaire lisse et fibroblastique, cellule inflammatoire, et cellules impliquées dans la coagulation) joue un rôle en réponse aux agressions du mur vasculaire pulmonaire (Jeffery, 2002).
2.3.1 Cellules musculaires lisses et fibroblastes
La néo-muscularisation des artérioles pulmonaires normalement dépourvues de muscle lisse est une caractéristique du remodelage associé à l'HTAP. Les mécanismes cellulaires responsables de cette transformation ne sont pas totalement élucidés. Une caractéristique majeure des hypertensions pulmonaires sévères est la formation d'une couche de myofibroblastes et de matrice extracellulaire entre l'endothélium et la lame élastique interne, appelée la néo-intima (Heath, 1958 ; Wagenvoort, 1970). Dans certains modèles expérimentaux, en particulier dans les modèles hypoxiques, les fibroblastes de l'adventice semblent être les premières cellules à proliférer et à synthétiser des protéines de matrice extra- cellulaire (Stenmark, 2002). Les mécanismes qui rendent effective la migration des fibroblastes de l’adventice vers la média (et à un stade plus évolué, vers l'intima) sont mal identifiés. On a suggéré que des anomalies endothéliales présentes, très tôt, dans le développement de la maladie, pourraient permettre une extravasation de facteurs qui stimulent les cellules musculaires lisses à produire une sérine-élastase (Cowan, 2000). Ceci aurait comme conséquence la libération, à partir des cellules musculaires lisses, de mitogènes pour la matrice extra-cellulaire et de facteurs de croissance pour les fibroblastes, et l’activation de métallo-protéases de la matrice (MPM) MMP-2 et MMP-9. Les métallo-protéases de la matrice stimulent la production de ténascine, un cofacteur mitogène qui enclenche la phosphorylation des récepteurs des facteurs de croissance et la prolifération des cellules musculaires lisses (Cowan, 2000). Dans ce sens, l'hypertension pulmonaire, induite par la monocrotaline chez le rat, peut, en effet, être complètement soignée par un inhibiteur de la sérine-élastase (Cowan, 2000). Cependant, l'inhibition des métallo-protéases par un transfert
pulmonaire de MMP-1 ou par l'administration de doxycycline aggrave l'hypertension pulmonaire induite par l’hypoxie chronique chez les rats (Vieillard-Baron, 2000). Il existe donc quelques controverses qui doivent encore être levées à propos de cette voie de régulation.
Par ailleurs, dans de nombreuses formes d’hypertension pulmonaire, l'épaississement de la paroi des artères est accompagné d'une néo-vascularisation des vasa vasorum. Elle se développe principalement au sein de l'adventice, mais peut s’étendre aux parties externes de la couche musculaire. La formation de ces vaisseaux adventitiels pourrait fournir une voie d'accès à la face externe de la paroi des vaisseaux pour les cellules progénitrices. On ignore si cette circulation de cellules progénitrices dérivées de la moelle osseuse contribue directement à l'épaississement de l'adventice et peut-être même de la média, ou si ces cellules ne font simplement qu'augmenter l'activité proliférative et migratoire des fibroblastes locaux (Davie, 2004). L'HTAP pourrait être associée à une altération de la balance entre prolifération et apoptose, avec comme conséquence, des artères pulmonaires épaissies et obstruées.
Les cellules musculaires lisses de l’artère pulmonaire des patients HTAP sont anormales parce qu’elles présentent une augmentation de l’expression du transporteur de la sérotonine (MacLean, 2000). Des souris, génétiquement modifiées pour ne pas exprimer le gène pour le transporteur de la sérotonine sont relativement protégées contre l’hypertension pulmonaire et le remodelage en conditions hypoxiques chroniques (Eddahibi, 2000). La capacité d'inhiber le transporteur de la sérotonine est partagée par les antidépresseurs sérotinergiques tels que le fluoxétine et le paroxétine, qui ne stimulent probablement pas l’expression du transporteur de la sérotonine car leur prise chronique semble être associée à une diminution plutôt qu’à une augmentation du risque de développer une HTAP (Abenhaim, 1996). Des études récentes lient la surexpression du transporteur de la sérotonine à l’hyperplasie de la média de l’artère pulmonaire dans l’HTAP (Eddahibi, 2001).
Mais les cellules musculaires lisses de l’artère pulmonaire des patients HTAP sont aussi anormales parce qu’elles présentent une dysfonction des canaux potassium voltages dépendants. Des études, réalisées sur des cellules musculaires lisses artérielles pulmonaires humaines isolées, ont montré que l’hypoxie inhibe un courant potassium entraînant une dépolarisation membranaire et une entrée secondaire de calcium, menant, in fine, à la vasoconstriction artérielle et initiant, probablement, la prolifération de cellules (Weir, 1995).
Les canaux potassiques inhibés par l'hypoxie appartiennent au type voltage dépendant (Kv), et ont été identifiés sur les cellules musculaires lisses de l’artère pulmonaire comme Kv 1,5 et Kv 2,1 (Archer, 1998). Les cellules musculaires lisses artérielles pulmonaires humaines isolées à partir de patients HTAP ont montré des dépolarisations partielles en relation avec un courant potassique diminué, d’une part, et un contenu en calcium et une réactivité accrus d’autre part en raison d’une dysfonction des canaux Kv (Yuan, 1998). Le canal Kv 2,1 est inhibé par les anorexigènes aminorex et dexfenfluramine (Weir, 1996). Ces observations soutiennent l'idée d’un mécanisme unique responsable de l’augmentation de la vasoréactivité pulmonaire et, peut-être, du remodelage associé dans l'hypertension pulmonaire hypoxique mais aussi dans les diverses sous-catégories d’HTAP. Cependant, des données supplémentaires semblent nécessaires pour définir exactement le rôle des canaux potassiques voltages dépendants dans la pathogénie de l’HTAP. On a aussi montré qu’une série d'humeurs sérotoninergiques et/ou de drogues diminuant l'appétit (aminorex, phentermine, dexfenfluramine, sibutramine, et fluoxetine) inhibent un Kv 1,5 exprimé de façon stable dans des lignées de cellules de mammifères (Perchenet, 2001). Dans cette étude, les inhibiteurs les plus efficaces du canal du Kv 1,5 sont la sibutramine et la fluoxétine, qui n’ont pas été
associées à une plus grande incidence d’HTAP. Davantage de recherches sont donc nécessaires pour répondre à la question de savoir si les canaux potassiques voltages dépendants anormaux peuvent être une cause ou une conséquence dans l’HTAP, et quel canal spécifique pourrait être impliqué.
2.3.2 Cellules endothéliales
Dans de nombreux cas d'HTAP humaines, une prolifération aberrante des cellules endothéliales pourrait conduire à la formation de lésions plexiformes (Cool, 1999). Le stimulus déclenchant cette prolifération anormale de cellules endothéliales est inconnu. Il pourrait s’agir d’un processus hypoxique et/ou inflammatoire; des contraintes de cisaillement (shear stress) ou l’exposition à des substances ou à des toxines sur un fond de susceptibilité génétique ont aussi été envisagées. Il est aussi surprenant qu’aucun modèle expérimental ne permette de reproduire des lésions plexiformes telles qu'on les observe dans la forme humaine de la maladie.
Les cellules endothéliales peuvent répondre aux agressions de différentes façons, ce qui pourrait modifier le mécanisme de remodelage vasculaire. Ces agressions peuvent altérer non seulement la prolifération cellulaire et l'apoptose mais aussi les fonctions hémostatiques et humorale de l'endothélium (incluant le contrôle de la coagulation et la production de facteurs de croissance ou de substances vasoactives).
Les lésions plexiformes sont constituées de cellules endothéliales soutenues par un stroma contenant des protéines de matrice, des myofibroblastes, et des cellules inflammatoires. Ces cellules endothéliales expriment des marqueurs de l'angiogenèse, tels que le VEGF (vascular endothelial growth factor - facteur de croissance vasculaire endothéliale) et ses récepteurs (Cool, 1999). De plus, les cellules qui composent les lésions plexiformes des HTAP idiopathiques (HTAPi) auraient une origine monoclonale (Lee, 1998). Bien que la genèse de ces lésions comporte probablement une composante hémodynamique, celles-ci pourraient représenter bien plus que la simple conséquence d'une élévation de la pression intravasculaire. La prolifération endothéliale dans les lésions plexiformes pourrait être le témoin d'une anomalie endothéliale plus fondamentale dans l’HTAPi qui pourrait jouer un rôle dans la pathogenèse des HTAP. Des défauts de gènes suppresseurs de croissance ont été découverts dans les lésions plexiformes de patients atteints d'HTAPi : défauts dans les récepteurs de type 2 du TGF-β (TGF-βR2) et dans le gène proapoptotique Bax (Yeager, 2001). Ainsi, dans approximativement 30 % des lésions plexiformes, il y a un décalage du cadre de lecture dans le gène codant pour le TGF-βR2 aboutissant à un codon stop prématuré.
En outre, dans 90 % des lésions plexiformes, le TGF-βR2 n'est pas exprimé alors qu'il l'est abondamment dans les cellules endothéliales extérieures à ces lésions. Des mutations somatiques dans des gènes suppresseurs de croissance pourraient permettre l'expansion clonale de cellules endothéliales, contribuant à la formation de lésions plexiformes et à l'oblitération vasculaire (Yeager, 2001). Dans l'HTAPi, l'infection par l'herpès virus humain de type 8 (HHV-8) pourrait aussi contribuer à la croissance monoclonale des cellules endothéliales dans les lésions plexiformes (Cool, 2003). Des facteurs déclenchants comme des virus à tropisme vasculaire pourraient promouvoir la croissance des cellules endothéliales.
Ces virus entraîneraient une dérégulation de la croissance cellulaire ou de la signalisation des facteurs de croissance. Même si l'implication formelle de l'HHV-8 ainsi que celle d'autres virus à tropisme vasculaire dans l'HTAP fait l'objet de nombreuses controverses (Cool, 2003 ;
Daibato, 2004 ; Galambos, 2006 ; Henke-Gendo, 2005, ; Henke-Gendo, 2004 ; Katano, 2005 ; Katano, 2005 ; Laney, 2005 ; Nicastri, 2005 ; Rimar, 2006), il n'en reste pas moins vrai que de nombreuses infections virales sont associées à des troubles prolifératifs mettant en lumière la pertinence de cette hypothèse dans l'HTAP.
Par ailleurs, la cellule endothéliale contrôle, au moins en partie, le tonus vasculaire. Le tonus vasculaire pulmonaire est un système en équilibre dynamique modulé par l’action balancée de vasodilatateurs produits par l’endothélium, principalement la prostacycline (PGI2) et l’oxyde nitrique (NO), et de vasoconstricteurs, principalement le thromboxane A2 (TxA2) et l’endothéline-1 (ET-1). Les patients souffrant d’hypertension artérielle pulmonaire présentent une augmentation de l’excrétion urinaire sur 24 heures du thromboxane B2, un métabolite stable du thromboxane A2, et une diminution de l’excrétion urinaire sur 24 heures du 6-keto-PGF1α, un métabolite stable de la protacycline (Christman, 1992). Les cellules endothéliales de patients atteints d’HTAP, présentent une augmentation de l’expression de la synthase de l’endothéline (Giaid, 1995), et une diminution de l’expression de la synthase endothéliale du NO (Giaid, 1993) et de la synthase de la prostacycline (Tuder, 1999).
L’expression de la phosphodiestérase-5, enzyme responsable de la dégradation, du réputé vasodilatateur, cGMP, est augmentée dans des modèles expérimentaux d’HTAP et dans les cellules musculaires lisses de patients souffrants de la maladie (Murray, 2002 ; Wharton, 2005). Dans le même ordre d’idée et plus récemment, Schermuly a montré une augmentation de l’expression de la phosphodiestérase-1 (PDE-1) dans la média des artérioles des poumons explantés chez des patients atteints d’HTAPi et chez des souris intoxiquées à la monocrotaline ou placées chroniquement en milieu hypoxique. L’inhibition de la PDE-1 par le 8- methoxymethyl 3-isobutyl-1-methylxanthine chez des souris présentant une hypertension pulmonaire sur monocrotaline ou sur hypoxie chronique a pu renverser les changements hémodynamiques et le remodelage associés à la maladie (Schermuly, 2007). L’administration chronique de dérivés de la prostacycline donnés par voie intraveineuse (20), sous-cutanée (Simonneau, 2002), inhalatoire (Olschewski, 2002), ou même oralement (Galie, 2002) améliore l’état clinique, la classe fonctionnelle, la capacité à l’effort et l’hémodynamique des patients hypertendus pulmonaires. Le bosentan, un antagoniste non-sélectif des récepteurs à l’endothéline, et le sildénafil, un inhibiteur de la phosphodiestérase-5 améliorent, aussi, l’état clinique, la classe fonctionnelle, la capacité à l’effort et la survie de patients souffrants d’HTAP (Rubin, 2002 ; Michelakis, 2003 ; Galie, 2005). Bien qu‘aucun de ces traitements n’ait un effet curatif, leur efficacité est à mettre en relation avec la notion que le déséquilibre de la balance « vasoconstriction/vasodilatation » dépendante de l’endothélium joue un rôle significatif dans la progression de la maladie.
2.3.3 Cellules inflammatoires
Des mécanismes inflammatoires semblent jouer un rôle important dans certains types d'hypertension pulmonaire comme l'HTAP induite chez le rat par la monocrotaline et comme certaines HTAP humaines associées à des maladies auto-immunes ou à l'infection par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) (Rubin, 1997 ; Dorfmuller, 2003). Dans certaines HTAP sévères associées au lupus érythémateux, les paramètres hémodynamiques et cliniques des patients ont été améliorés grâce à un traitement immunosuppresseur, soulignant l'importance de la composante inflammatoire chez ces malades (Sanchez, 2006). Certaines HTAPi sont associées à des troubles immunologiques, ce qui plaide en faveur du rôle possible de l'inflammation dans cette maladie. En effet, 10 à 40 % des patients atteints d'HTAP ont des
autoanticorps circulants, dont des anticorps antinucléaires ainsi que des concentrations plasmatiques élevées en cytokines pro-inflammatoires IL-1 et IL-6 et en chimiokines fractalkines et MCP-1 (Humbert, 1995, Balabanian, 2002 ; Itoh, 2006). L'analyse histologique des poumons révèle aussi des aires de nécrose focale et la présence d'infiltrats inflammatoires (Heath, 1958; Wagenvoort, 1970) (macrophages, lymphocytes B et T, mastocytes et cellules dendritiques) (Nicolls, 2005 ; Perros, 2007) au niveau des lésions plexiformes dans les HTAP sévères, ainsi qu'une expression accrue des chimiokines rantes et fractalkine au niveau de l'endothélium vasculaire pulmonaire (Balabanian, 2002). Des cytokines chimiotactiques telles que les fractalkines (Balabanian, 2002) ou les rantes (Dorfmuller, 2002) pourraient être produites par les cellules endothéliales artérielles pulmonaires de patients étiquetés « HTAP » après stimuli mécaniques (par écoulement et/ou pression accrus). L'expression pulmonaire de la fractalkine est aussi accrue dans les poumons des rats exposés à la monocrotaline. En plus de son rôle chimiotactique pour les leucocytes circulants, la fractalkine pourrait également agir comme un facteur de croissance pour les cellules musculaires lisses d'artères pulmonaires, preuve que les médiateurs de l'inflammation pourraient intervenir directement dans le remodelage vasculaire pulmonaire (Perros, 2007). Des études portant sur le rôle des mécanismes inflammatoires sont nécessaires pour comprendre si cette composante de l'HTAP est pertinente pour sa physiopathologie. Des travaux allant dans ce sens ont montré qu'un polymorphisme du gène de l'IL-6 augmente le risque de développement d'une HTAP secondaire à une broncho-pneumopathie chronique obstructive (Eddahibi, 2006). Les patients qui ont développé une HTAP présentent des niveaux circulants élevés de fractalkine soluble et une plus grande expression de son récepteur sur des lymphocytes T, alors que ces changements ne sont pas évidents chez les patients souffrant d’hypertension pulmonaire sur maladie thrombo-embolique chronique, suggérant que la réponse exagérée en chémokine ne soit pas un effet secondaire pur des pressions pulmonaires accrues (Balabanian, 2002).
Récemment, il a été prouvé que les lymphocytes T ont un rôle protecteur contre le remodelage vasculaire et contribuent au maintien de l'architecture vasculaire pulmonaire en situation de stress. Dans cette étude, des rats athymiques soumis à un inhibiteur du vascular endothelial growth factor – facteur de croissance vasculaire endothélial (VEGF) développent une HTAP en normoxie alors que les rats euthymiques n'en développent pas. Lorsque ces rats sont soumis à l'hypoxie, l'HTAP et la mortalité sont augmentées chez les rats athymiques par rapport aux rats euthymiques (Taraseviciene-Stewart, 2005). L'injection de splénocytes (cellules T) protège contre le développement de l'HTAP chez les rats athymiques. Des résultats similaires ont été obtenus chez les rats athymiques soumis à la monocrotaline (Miyata, 2000). Il a également été montré que l'inflammation pulmonaire d'origine allergique augmente la sensibilité vasculaire pulmonaire à la sérotonine, au thromboxane, à l'angiotensine-II et à l'endothéline-1 (Witzenrath, 2006). L'inflammation pourrait donc favoriser l'HTAP chez des sujets prédisposés, en augmentant la réactivité du lit vasculaire pulmonaire; cependant, nous ne savons pas si l’inflammation perpétue une HTAP déjà installée ou si elle participe activement, à son initiation.
2.3.4 Plaquettes et coagulation
Les lésions thrombotiques et le dysfonctionnement plaquettaire sont potentiellement importants pour le développement de l'HTAP (Herve, 2001). La thrombose in situ peut être déclenchée ou aggravée par des anomalies de la cascade de la coagulation, des cellules endothéliales ou des plaquettes. Les patients atteints d’HTAP présentent une diminution de la numération et une augmentation d’activité plaquettaire, une augmentation des taux circulants
de D-dimères, de sérotonine, d’inhibiteur de l’activateur du plasminogène et du fibrinopeptide-A et -B, et une diminution des niveaux circulants de thrombomoduline (Welsh, 1996). La dysfonction endothéliale est reflétée par la mesure de concentrations plasmatiques élevées en facteur de Von Willebrand et en inhibiteur de l'activateur du plasminogène de type- 1. Des lésions thrombotiques sont identifiées dans environ un tiers des patients HTAP (Wagenvoort, 1970 ; Tuder, 1994). La thérapie par anticoagulant améliore la survie chez les patients HTAPi (Fuster, 1984). Il est ainsi probable que l’hypercoagulabilité et les micro- thromboses in situ contribuent à la progression de la maladie. Le rôle de la coagulation anormale dans les sous-catégories d’HTAP qui ne sont pas strictement idiopathiques est moins bien établi.
Depuis 2004, il est largement accepté que les contraintes de cisaillement ou de pression au niveau des vaisseaux pulmonaires génèrent une surface thrombogénique favorisant la thrombose in situ. Cette diathèse pro-thrombotique est partagée par de nombreuses formes d'hypertension pulmonaire et n'est pas spécifique de l'HTAPi. Les anomalies vasculaires rencontrées dans l'HTAP peuvent conduire à une libération par les plaquettes de différents facteurs pro-coagulants, vasoactifs ou mitogènes. En effet, la fonction des plaquettes n'est pas limitée à la coagulation. Les plaquettes stockent et libèrent d'importants médiateurs qui interviennent dans la vasoconstriction et le remodelage tels que le thromboxane A2 (TXA2), le platelet-derivated growth factor - facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF), la sérotonine (5-hydroxytryptamine, 5-HT), le transforming growth factor beta - facteur de transformation bêta (TGF-β), le VEGF. Cependant, dans la plupart des cas, on ignore si la thrombose et la dysfonction plaquettaire sont des causes ou des conséquences de la maladie (Herve, 2001).
2.4 Aspects moléculaires
Beaucoup d'auteurs considèrent que la vasoconstriction pulmonaire est un élément précoce du processus hypertensif pulmonaire. Une vasoconstriction excessive a été liée à un défaut dans la fonction ou l'expression de canaux potassiques et à un dysfonctionnement endothélial (Jeffery, 2002 ; Humbert, 2004). Un tel dysfonctionnement entraîne un manque chronique de production de vasodilatateurs tels que le monoxyde d'azote (NO) et la prostacycline, et dans le même temps, une production exagérée de vasoconstricteurs tels que l'endothéline-1. La plupart des stimuli qui augmentent fortement la vasoconstriction provoque également une prolifération cellulaire et joue donc un rôle probable dans le remodelage artériel pulmonaire. Ces médiateurs représentent donc des cibles pharmacologiques pertinentes.
2.4.1 La prostacycline et le monoxyde d'azote
La prostacycline (prostaglandine I2 - PGI2) est un vasodilatateur pulmonaire endogène important qui agit par le biais de l'activation de voies dépendantes de l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc). Elle inhibe aussi la prolifération des cellules musculaires lisses et diminue l'agrégation plaquettaire. Sa synthèse est diminuée dans les cellules endothéliales pulmonaires de patients atteints d'HTAP, comme le montre la réduction dans ces cellules, de l'expression de la prostacycline synthase (Tuder, 1999). Dans l'HTAPi,
l'analyse des métabolites urinaires de la prostacycline montre également une diminution de la quantité de 6-céto-prostaglandine F1α excrétée, un métabolite stable de la prostacycline (Christman, 1992). Les traitements fondés sur l'utilisation de la prostacycline ou de ses dérivés ont montré leur efficacité clinique et hémodynamique au cours de l'HTAP.
La diminution de la vasodilatation induite par l'endothélium au cours de l'HTAP a été mise en évidence par la réduction de l'expression de la NO-synthase dans les cellules endothéliales pulmonaires (eNOS) des malades (Giaid, 1995). Une nouvelle stratégie thérapeutique vise à augmenter la vasodilatation pulmonaire dépendante du NO et médiée par la guanosine monophosphate cyclique (GMPc), en inhibant la phosphodiestérase-5 (PDE-5) qui dégradent la GMPc. Chez les malades, un inhibiteur des PDE-5, le sildénafil, a montré son innocuité et son efficacité en traitement chronique (Michelakis, 2003 ; Galie, 2005).
2.4.2 L'endothéline-1
En se fixant sur les récepteurs ET-A des cellules musculaires lisses des artères pulmonaires, l'endothéline-1 (ET-1) déclenche une augmentation rapide de la concentration calcique intracellulaire et une activation prolongée de la protéine-kinase C. Une activation précoce de l'isoforme p42/p44 de la MAP-kinase et l'induction d'une réponse précoce des gènes de prolifération c-fos et c-jun sont aussi observées (Jeffery, 2002). L'action mitogène de l'ET-1 sur les cellules musculaires lisses des artères musculaires est médiée via les deux sous- types du récepteur de l'ET-1, ET-A et ET-B, en fonction de la localisation anatomique des cellules. Par exemple, les récepteurs ET-A médient la mitose des cellules issues de l'artère pulmonaire proximale, alors que les deux sous-types ET-A et ET-B interviennent dans cette réponse dans les petites artères résistives. Il existe des arguments solides pour affirmer que l'ET-1 issue de l'endothélium est un acteur essentiel du déséquilibre entre vasodilatation et vasoconstriction caractéristique de l'HTAP. Les niveaux pulmonaires et circulants d'ET-1 sont augmentés en pathologie humaine et dans l'HTAP expérimentale chez l'animal (Giaid, 1993).
Ces observations indiquent que l'ET-1 contribue probablement à la composante vasoactive de l'HTAP, mais également au remodelage vasculaire pulmonaire anormal caractéristique de cette maladie. L'HTAP se caractérise donc par une augmentation de l'endothéline (ET-1), mais aussi par une augmentation du rapport ET-1/ET-3 et une diminution des concentrations plasmatiques d'ET-3. Toutes ces modifications sont corrélées avec les marqueurs hémodynamiques et cliniques de sévérité de la maladie. Ainsi, le rapport ET-1/ET-3 pourrait représenter un nouveau facteur pronostique de l'HTAP (Montani, 2007). Les résultats thérapeutiques obtenus avec l'utilisation chronique d'antagonistes des récepteurs de l'ET-1, tels que le bosentan, un antagoniste mixte des récepteurs ET-A et ET-B (Rubin, 2002), ou le sitaxsentan, un antagoniste hautement sélectif du récepteur ET-A (Barst, 2006), prouvent la pertinence de cette voie dans l'HTAP.
2.4.3 La sérotonine
Au cours de l'HTAP, les concentrations plasmatiques de sérotonine (5- hydroxytryptamine, 5-HT) sont élevées (Herve, 1995). La 5-HT est produite par les cellules entérochromaffines du tractus gastro-intestinal et par les corps neuroépithéliaux pulmonaires puis stockée dans les plaquettes.
HIF-1 HIF-1
PLC PLC
ββ ββ αα ααββββ γγγγ α α α α γγγγ
β β β α β α α αββββ γγγγ α α α α γγγγ
5-HT-T
5-HT-2A 5-HT-1B 5-HT
5-HT
+
5-HT-T
Gq Synergie Gi
Adénylate cyclase
AMPc Contraction
Anion superoxyde Phosphorylation tyrosine de la prot.
d’activation de la GTPase
Prolifération
Dexfenfluramine HTAP ? HTAPi ? Hypoxie Transcription de
l’ARNm de 5-HT-T
Cellule musculaire lisse
vasculaire pulmonaire
Figure 4. Cellule musculaire lisse pulmonaire humaine, avec les récepteurs 5-HT-2A et 5-HT-1B et le transporteur de sérotonine (5-HT-T). L'activation des récepteurs 5-HT-2A et 5-HT-1B mène à l’activation de la phospholipase C (PLC), l'inhibition de l'adénylate cyclase, et la diminution de l'AMP cyclique, favorisant la contraction. La sérotonine inhibe aussi directement l'adénylate cyclase, et en outre stimule la prolifération par une augmentation de la production des anions superoxydes et une augmentation de la phosphorylation des tyrosines d'une protéine d’activation de la GTPase.
La sérotonine a été incriminée dans la physiopathologie de l'HTAP. Initialement, on a observé des concentrations plasmatiques élevées en 5-HT associées à une HTAP sévère chez un patient présentant une thrombopathie congénitale liée à un défaut dans la capacité des plaquettes à stocker la 5-HT. Par la suite, des concentrations plasmatiques élevées en 5-HT ont été observées chez de nombreux patients souffrant d'HTAP (Herve, 1995). Ces élévations n'ont pas pu être normalisées après transplantation pulmonaire ou traitement par la prostacycline, ce qui indique que cette augmentation de la concentration plasmatique en 5-HT n'est pas la simple conséquence de l'élévation de la pression artérielle pulmonaire (Herve, 1995). Dans les années nonantes, une association entre HTAP et l'exposition aux anorexigènes, principalement la fenfluramine et la dexfenfluramine, a été clairement établie (Abenhaim, 1996 ; Delcroix, 1998). Cet anorexigène interagit avec le transporteur de la 5-HT (5-HT-T). Cette interaction conduit au relargage de la 5-HT par les plaquettes et inhibe sa recapture, ce qui augmente, de facto, la concentration en sérotonine libre circulante. De faibles doses de sérotonine délivrées par voie intraveineuse et titrées pour reproduire des niveaux plasmatiques mesurés chez des patients traités par fenfluramine, augmentent la vasoconstriction pulmonaire hypoxique et le remodelage vasculaire pulmonaire induit par l’hypoxie chez le rat (Eddahibi, 1997). De plus, les rats «fawn-hooded» qui présentent un défaut acquis de stockage plaquettaire en sérotonine développent de l'hypertension pulmonaire une fois installés dans un environnement modérément hypoxique, ou avec le vieillissement (Sato, 1992). Il est établi que l'exposition à des dérivés de la fenfluramine augmente les risques de développer une HTAP. Ainsi, chez le chien, la dexfenfluramine augmente la résistance vasculaire pulmonaire d’environ 25 % après prise orale chronique pendant 20 jours (Naeije, 1996). Le mécanisme par lequel la 5-HT affecte les vaisseaux est encore débattu.
La sérotonine agit sur la cellule musculaire lisse artérielle pulmonaire humaine via ses récepteurs 5-HT-2A et 5-HT-1B qui activent une série d'événements intracellulaires qui mène à une augmentation de calcium, une diminution de l’AMP cyclique et finalement à la contraction, mais le 5-HT-T entre aussi directement en jeu par le biais d’une augmentation de son expression (MacLean, 2000) (figure 4). La variabilité de l'expression du 5-HT-T ou de son activité ou des deux conjuguées sur les cellules musculaires lisses des artères pulmonaires contribue au remodelage vasculaire pulmonaire qui se développe dans les HTAP humaines et expérimentales (MacLean, 2000). Une fois dans la cellule, la sérotonine induit la prolifération par une stimulation des anions de superoxyde et une augmentation de la phosphorylation des tyrosines d'une protéine de d’activation de la GTPase. Le transporteur de la sérotonine est inhibé par les fenfluramines, mais une augmentation de l’ARNm du transporteur de la sérotonine a été observée chez des rats même après arrêt du traitement par fenfluramine (Eddahibi, 2001). Le 5-HT-T est codé par un seul gène sur le chromosome 17q11.2 et un variant dans la région promotrice de ce gène a été décrit. Ce polymorphisme avec une forme longue (long, L) et une forme courte (short, S) du gène affecte l'expression et la fonction du 5-HT-T. L'allèle L induit un taux de transcription du 5-HT-T plus important que l'allèle S. Le variant allèlique L est trouvé de façon homozygote chez 65 % des patients ayant une HTAPi, mais seulement chez 27 % des témoins (Eddahibi, 2001). De plus, ce polymorphisme contribue aux différences interindividuelles dans l'expression du 5-HT-T induites par l'hypoxie et affecte potentiellement la susceptibilité à l'hypertension pulmonaire hypoxique (Eddahibi, 2003). L'expression du 5-HT-T dans les cellules musculaires lisses d'artères pulmonaires, à un niveau proche de celui trouvé dans les HTAPi humaines, entraîne une hypertension pulmonaire chez la souris (Guignabert, 2006). Des études ont montré qu'un inhibiteur sélectif de la recapture de la 5-HT comme la fluoxétine prévient l'hypertension pulmonaire hypoxique chez la souris (Marcos, 2003). Dans les grosses artères pulmonaires humaines, le récepteur 5-HT-1B médie la contraction induite par la 5-HT. D'autres recherches ont montré que le récepteur 5-HT-1B médie cette contraction dans les petites artères pulmonaires musculaires humaines (Morecroft, 1999). La réponse contractile à la 5-HT dans la circulation pulmonaire du rat est médiée par le récepteur 5-HT-2A chez les rats témoins.
Cependant, chez les rats qui développent une HTAP induite par l'hypoxie, la réponse à la 5- HT est augmentée et médiée par le récepteur 5-HT-1B et des études moléculaires ont révélé que la quantité d'ARNm du récepteur 5-HT-1B est augmentée au niveau des vaisseaux pulmonaires. Le récepteur 5-HT-1B pourrait être impliqué dans le développement de l'HTAP induite par l'hypoxie (études menées avec un antagoniste des récepteurs 5-HT-1B/1D et avec des souris invalidées pour le gène codant pour le récepteur 5-HT-1B) (Keegan, 2001). Après exposition chronique à l’hypoxie, ces souris ne développent pas d'hypertrophie du ventricule droit, à la différence des souris du type sauvage. De la même manière, le remodelage vasculaire et l'augmentation de la réponse à la stimulation par la 5-HT sont diminués chez les souris invalidées pour 5-HT-1B par rapport aux souris sauvages. Il est maintenant admis que la dexfenfluramine est un inhibiteur (faible) du 5HT-T. De ce fait, elle augmente la sérotonine circulante qui agit alors sur le 5HT-1B. D'autres récepteurs de la 5-HT pourraient aussi intervenir (par exemple, 5-HT-2B). En effet, le récepteur 5-HT-2B est activé par la nordexfenfluramine, le métabolite actif de la dexfenfluramine. De plus, les souris invalidées pour le gène codant pour le récepteur 5-HT-2B ne développent pas d'HTAP en hypoxie chronique et la quantité de transcrits du 5-HT-2B est augmentée dans l'HTAPi (Launay, 2002). Mais le rôle de ce récepteur dans l'HTAP reste controversé comme l'illustre un case- report de Blanpain et collègues rapportant l'association d'une mutation avec perte de fonction du récepteur 5-HT2B et du développement d'une HTAP sur consommation de fenfluramine (Blanpain, 2003).
Les rôles respectifs des canaux potassiques et de la 5-HT peuvent être reliés dans l'HTAP. D'une part, les inhibiteurs des canaux potassiques déclenchent le relargage de 5-HT et inhibent les courants potassiques dans les mégacaryocytes (Weir, 1998). D'autre part, les anorexigènes qui inhibent la recapture de 5-HT et déclenchent son relargage sont des bloqueurs des canaux potassiques. Ces constatations conduisent à l'hypothèse que la dépolarisation chronique des plaquettes et des cellules musculaires lisses des artères pulmonaires pourrait être à l'origine d'un état proprolifératif, avec une vasoconstriction pulmonaire et une hypersérotoninémie.
2.4.4 Superfamille du TGF-ββββ - Transforming Growth Factor-βββeta β
La superfamille du TGF-β est composée de médiateurs multifonctionnels incluant les isoformes du TGF-β (TGF-β1-3), les bone morphogenic proteins (BMP) (protéines de morphogénèse osseuse), l'activine, des facteurs de croissance et de différenciation (Shi, 2003 ; Massague, 2000). La superfamille du TGF-β joue divers rôles dans une grande variété de processus physiologiques dont la croissance et la réparation des tissus dans tous les organes (Massague, 2000). L’HTAPi est dans, au moins 6 % des cas, de forme familiale à transmission autosomale dominante et pénétrance réduite. Le gène responsable des formes familiales d’HTAPi a été appelé PPH-1 et localisé sur le chromosome 2q31-32. Aucun cas d’HTAPi familiale n’a été identifié, jusqu’à présent sur un autre gène que PPH-1. Dès 2000, deux équipes ont rapporté une mutation dans le gène PPH-1 qui code pour le récepteur 2 de la protéine de morphogenèse osseuse (BMPR-2) dans 9 des 19 familles (Deng, 2000) pour la première mutation et dans 7 des 8 familles pour la seconde (The International PPH Consortium, 2000) ; actuellement plusieurs dizaines de mutations de ce gène ont été rapportées (Humbert, 2002). Les mutations rapportées sont hétérogènes, et présentent comme conséquence l’haplo-insuffisance, c’est-à-dire une perte de fonction d'une copie du gène. La co-ascendance des mutations BMPR-2 a été démontrée dans plusieurs cas d’HTAPi apparemment sporadique, suggérant que l’HTAPi familiale puisse être plus fréquente que précédemment supposée (Newman, 2001). Cependant, les porteurs des mutations BMPR-2 n'ont pas plus de 10 à 20 % de probabilité de développer une HTAPi clinique (Newman, 2001), et tous les cas familiaux n’ont pas de mutation identifiable de BMPR-2 (Deng, 2000).
En plus, l'incidence des mutations de BMPR-2 ne semble pas excéder 26 % dans l’HTAPi sporadique (Thomson, 2000). Ces deux dernières observations indiquent qu'il pourrait y avoir d'autres gènes à identifier, possiblement liés à la voie BMP/TGF-β. Des mutations d'autres récepteurs de la superfamille du TGF-β, activin-like kinase 1 (ALK-1) ou endogline, ont été décrites dans des cas d'HTAP associés à une histoire personnelle ou familiale de maladie de Rendu-Osler ou télangiectasie hémorragique (Chaouat, 2004 ; Trembath, 2001). L'observation que des mutations dans deux récepteurs TGF-β différents puissent produire le même phénotype clinique suggère l’existence d’interactions dans la modulation de la croissance vasculaire bien que, les mécanismes cellulaires qui contrôlent ces interactions restent encore inconnus. Puisque les mutations de BMPR-2 et d’ALK-1 ne sont ni une cause nécessaire ni une cause suffisante pour développer une HTAP, on peut penser que des modificateurs de gènes, tels que des facteurs environnementaux, les oestrogènes, ou des mutations additionnelles sur des gènes de réparation, puissent être nécessaires à l’expression clinique de la maladie (Loscalzo, 2001).
P BMP
Récepteur type 1
Hétéromère Phosphorylation
R-Smad 1/5/8
R-Smad 1/5/8 P
Co-Smad 4 R-Smad 1/5/8
P
Co-Smad 4 I-Smad 6/7
Gène cible
-
?
Voie Smad Voie MAP kinase
MAPKK kinase(s)
Facteurs de transcriptions
TAK-1 TAB-1 TAK-1 TAB-1
MKK-4
MKK-3 MAPK
kinases
MAP
kinases JNK
p38
Co-Smad 4 R-Smad 1/5/8
P Co-Smad 4 R-Smad 1/5/8
P
Partenaire de liaison à l’ADN
Récepteur type 2
Noyau Noyau
Cytoplasme
Figure 5. Le récepteur-2 pour le BMP est un récepteur qui forme des hétérocomplexes avec un ou plusieurs récepteurs de type 1 lorsqu'il fixe un ligand. BMPR-2 phosphoryle un domaine riche en glycines et en sérines dans la partie proximale intracellulaire du récepteur de type 1 associé. L'activation du domaine kinase du récepteur de type 1 induit la phosphorylation de protéines de la famille Smad. La voie de signalisation des BMP débute par la phosphorylation des Smad 1, 5 et 8 appelées receptor activated Smads (R-Smads). Les R-Smads activés forment des complexes hétéromériques avec Smad 4 (common partner Smad, Co-Smad) qui transloquent au noyau. Ces complexes peuvent alors réguler la transcription des gènes.
BMPR-2 est un récepteur constitutivement actif à activité sérine–thréonine-kinase, qui forme des hétérocomplexes avec un ou plusieurs récepteurs de type 1 (ALK-3/BMPR-1A, ALK-6/BMPR-1B, ALK-2) lorsqu'il fixe un ligand. Les principaux ligands identifiés pour BMPR-2 sont BMP-2, BMP-4, BMP-7, GDF-5 et GDF-6. BMPR-2 phosphoryle un domaine riche en glycines et en sérines dans la partie proximale intracellulaire du récepteur de type 1 associé. L'activation du domaine kinase du récepteur de type 1 induit la phosphorylation de protéines de la famille Smad. La voie de signalisation des BMP débute par la phosphorylation des Smad 1, 5 et 8 appelés receptor activated Smads (R-Smads). Les R-Smads activés forment des complexes hétéromériques avec Smad 4 (common partner Smad, Co-Smad) qui transloquent au noyau. Ces complexes peuvent alors réguler la transcription des gènes cibles.
Cependant, les Smads se lient avec une faible affinité à l'ADN et requièrent la présence de coactivateurs ou de corépresseurs transcriptionnels. La voie de signalisation des BMP est régulée à plusieurs niveaux incluant premièrement la présence d'inhibiteurs endogènes de l'interaction BMP–récepteur, deuxièmement, la formation spécifique d'hétérocomplexes entre récepteurs de type 1 et de type 2, troisièmement, l'activation des Smads 6 et 7 appelés inhibitory Smads (I-Smads), et quatrièmement, l'expression cellulaire spécifique des facteurs de transcription. Ce concept est illustré dans les figures 5 et 6. Un tel degré de régulation pourrait être responsable de la spécificité cellulaire des effets des BMP et pourrait, par exemple, expliquer la spécificité pulmonaire de l'HTAP (Perros, 2007). Les cellules musculaires lisses des artères pulmonaires expriment une grande variété de récepteurs de la famille du TGF-β, dont BMPR-2 et BMPR-1B, et lient le 125I-TGF-β et le 125I-BMP-4.
L'activation de ces récepteurs entraîne la phosphorylation de Smad 1 et la production d'ARNm pour Smad 6 et Smad 7. Bien que la signalisation via les Smads soit bien caractérisée, il y a également de plus en plus d'arguments en faveur d'une activation des MAP- kinases, dont ERK, p38MAPK et JNK-kinases, par le TGF-β et les BMP dans des types cellulaires spécifiques. La voie de la p38MAPK pourrait même court-circuiter la voie Smad dans certains cas, et médier certains effets de la voie BMPR-2 sur la transcription et l'apoptose (Perros, 2007). Des découvertes récentes suggèrent que l'activation anormale de voies alternatives pourrait être décisive dans la pathogenèse de l'HTAP (Rudarakanchana, 2002).
Le rôle crucial de la voie BMP dans le développement vasculaire paraît évident grâce aux études menées sur les souris invalidées. Chez la souris, une mutation nulle du gène de BMPR-2 cause à l'état homozygote une létalité embryonnaire précoce (Beppu, 2004) et une déficience pour Smad 5, l'une des Smads restreinte à la voie BMP est également létale par défaut d'angiogenèse caractérisé par l'incapacité de recruter les cellules musculaires lisses dans les structures endothéliales. Chez le rat exposé à la monocrotaline, on trouve comme chez les sujets humains atteints d'HTAP, une diminution de la voie BMP/Smad. Dans les poumons de ces rats hypertendus pulmonaires, il y a une expression moindre de BMPR-1B et 2, ainsi que des Smads 4, 5, 6, et 8. La phosphorylation de Smad 1 et l'expression des gènes cibles de la voie BMP/Smad, Id1 et Id3 sont également réduites (Morty, 2007). Le résultat net de la signalisation du TGF-β sur la croissance et la structure vasculaire est complexe.
L'inhibition ou la stimulation de la prolifération cellulaire par la superfamille du TGF-β dépend fortement du contexte. Des travaux d'hybridation in situ et d'immunohistochimie sur biopsies pulmonaires ont établi que l'ARNm et la protéine BMPR-2 sont présents principalement dans l'endothélium vasculaire pulmonaire, les macrophages et, dans une moindre mesure, les cellules musculaires lisses de la média (Atkinson, 2002).
L'expression pulmonaire de la protéine BMPR-2 est fortement réduite chez les patients ayant une mutation sous-jacente dans le gène de BMPR-2 dont on peut prédire qu'elle conduit à une protéine tronquée (Atkinson, 2002). De plus, l'expression de BMPR-2 est clairement
diminuée au cours de l'HTAP y compris dans les cas d'HTAP où aucune mutation de BMPR-2 n'est identifiée (Atkinson, 2002 ; Beppu, 2004).Une diminution moins marquée mais significative de l'expression de BMPR-2 a été observée dans des cas d'HTAP associée à une maladie ou à un évènement. Cette diminution est spécifique de ce récepteur puisqu'aucun changement n'a été constaté dans le degré d'expression des autres marqueurs endothéliaux dont CD31. Ces données soulignent l'importance de comprendre comment d'autres facteurs environnementaux et génétiques peuvent réguler l'expression de BMPR-2 dans les cellules pulmonaires. Ainsi, la caractérisation à venir de la régulation de l'expression de BMPR-2 élargira nos connaissances sur la manière dont des facteurs exogènes peuvent influencer sa transcription. Cette caractérisation devrait également fournir des indices essentiels pour comprendre pourquoi cette anomalie vasculaire est restreinte aux vaisseaux pulmonaires alors que ce récepteur est largement exprimé dans les tissus adultes normaux. Une étude a apporté des éléments supplémentaires pour consolider l'hypothèse qu'une signalisation intacte de la voie BMP est nécessaire pour le maintien d'un réseau vasculaire pulmonaire normal. Cette étude a montré que le récepteur de type 1 BMPR-1A est sous-exprimé dans le tissu pulmonaire de patients atteints d'HTAP. Une relation réciproque entre l'expression du BMPR- 1A et celle de l'angiopoïétine-1 a été mise en évidence (voir plus loin). L'angiopoiétine-1 régule négativement l'expression de BMPR-1A dans les cellules endothéliales des artères pulmonaires humaines (Du, 2003). BMP-2, -4 et -7 inhibent la prolifération des cellules endothéliales issues d'artères pulmonaires normales ou de patients ayant une HTAP secondaire à une cardiopathie congénitale, mais sont sans effet sur la prolifération des cellules issues de patients qui ont une HTAP idiopathique ou familiale. Ces résultats mettent en avant une hypothèse séduisante. L'échec de l'effet inhibiteur des BMP sur les cellules vasculaires pulmonaires de sujets ayant une HTAP idiopathique ou familiale pourrait contribuer au remodelage et à l'oblitération vasculaire, caractéristiques de cette maladie. Ce défaut d'inhibition est observé indépendamment d'une mutation du gène de BMPR-2, ce qui suggère que le défaut de la signalisation médiée par les BMP est un facteur commun aux HTAP idiopathiques et familiales. Le mécanisme par lequel les mutations du gène BMPR-2 perturbent la signalisation de BMPR-2 commence à être élucidé (Rudarakanchana, 2002 ; Machado, 2001). La caractéristique commune à tous ces mutants est un gain de fonction impliquant l'activation de la voie p38MAPK. Dans les cellules musculaires lisses d'artères pulmonaires issues de patients qui ont une HTAPi, le TGF-β1 entraîne une augmentation de la prolifération cellulaire à l'opposé de l'effet inhibiteur observé dans les cellules normales. Cette modification n'est pas due à une altération dans le rapport des récepteurs du TGF-β1 (type 1/type 2) ou à une sous-expression du récepteur de type 2 (Morrell, 2001). Le TGF-β est également connu pour augmenter la production de matrice extracellulaire. Dans les fibroblastes pulmonaires humains, le TGF-β augmente l'expression d'élastine par stabilisation de ses ARNm. L'augmentation de l'expression d'élastine observée dans l'HTAP serait due à une altération de cette voie. Une étude conclut à l'absence du TGF-β1 évaluée par immunohistochimie dans les artères pulmonaires remodelées ou normales, mais suggère un rôle potentiel pour le TGF-β2 et le TGF-β3 dans le remodelage vasculaire dû à l'HTAP.
Cependant, il n'existe pas de corrélation évidente entre le marquage du procollagène et celui du TGF-β dans les poumons malades (Botney, 1994). La superfamille du TGF-β pourrait réguler l'activité d'autres facteurs impliqués dans le remodelage vasculaire. Le TGF- β1 augmente significativement la production d'ET-1, probablement via l'activation de la protéine kinase A (Markewitz, 2001). La production de facteurs de croissance du tissu conjonctif peut également être stimulée par le TGF-β dans les fibroblastes pulmonaires (Kucich, 2001).
