Le Manuel Du Résident 2017 Hépatologie

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I - Anatomie Et Physiologie

¶ 7-001-A-10

Anatomie du foie et des voies biliaires D. Castaing, L.-A. Veilhan L’anatomie morphologique « classique » du foie individualise deux lobes principaux (droit et gauche) et deux lobes accessoires (carré et caudé ou de Spieghel). L’anatomie fonctionnelle est basée sur la distribution à l’intérieur du foie des pédicules portaux et des veines sus-hépatiques. Le foie est divisé en deux parties (foies droit et gauche). Chaque foie se divise en deux secteurs (antérieur et postérieur). Chaque secteur se divise en deux segments, sauf la partie postérieure gauche où il n’y a qu’un seul segment. Un segment supplémentaire entoure la veine cave. Il y a donc huit segments indépendants dans le foie. Viscère plein, le foie a été considéré pendant longtemps comme une masse de parenchyme unique dont on ne pouvait réséquer une partie sans compromettre son fonctionnement. L’anatomie fonctionnelle vasculaire hépatique permet la dissociation du foie en territoires distincts, indépendants les uns des autres, pouvant être traités séparément. © 2008 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots clés : Anatomie du foie ; Segment ; Voies biliaires

Plan ¶ Introduction

1

¶ Anatomie descriptive Situation Morphologie externe Moyens de fixité du foie

1 1 2 2

¶ Anatomie fonctionnelle vasculaire Systématisation des pédicules glissoniens Systématisation des veines hépatiques Scissures sus-hépatiques

3 3 4 4

¶ Divisions glissoniennes Segmentation hépatique Correspondance avec les autres systématisations

5 5 5

¶ Éléments du pédicule hépatique Veine porte et ses branches Artères hépatiques Voies biliaires Réseaux lymphatiques Nerfs

6 6 7 8 10 10

¶ Anatomie réelle

10

¶ Moyens d’exploration

11

¶ Définition des hépatectomies

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■ Introduction Le foie est la plus volumineuse des glandes annexes du tube digestif. Il a des fonctions métaboliques complexes, indispensables à la vie. Il est situé à la partie supérieure et droite de la cavité abdominale, à l’étage sus-mésocolique, sous la coupole diaphragmatique droite [1]. La chirurgie hépatique moderne est basée sur le concept de division anatomique vasculaire du foie de Couinaud [2]. La parfaite connaissance des différentes liaisons entre l’aspect extérieur du foie (anatomie morphologique) et les plans vasculaires (anatomie fonctionnelle) est indispensable aux Hépatologie

chirurgiens, tant pour les techniques d’exérèse hépatique que pour toute la chirurgie biliaire intrahépatique. Les nouvelles techniques d’imagerie (échographie, scanner, imagerie par résonance magnétique [IRM], artériographie, bili-IRM) permettent cette étude anatomique in vivo et apportent un progrès indiscutable en hépatologie et en chirurgie hépatique.

■ Anatomie descriptive Le foie est lisse, de consistance souple, de couleur brune, constitué d’un parenchyme friable entouré d’une mince capsule fibreuse, la capsule de Glisson (tunica fibrosa), qui se prolonge à l’intérieur du foie par des gaines fibreuses entourant les vaisseaux portaux ou gaines périportales [1]. Le poids moyen du foie, de 1 400 à 1 500 g chez le cadavre (environ 2 % du poids corporel), est en fait plus élevé, de l’ordre de 2 300 à 2 500 g en moyenne, chez le sujet vivant chez qui il est gorgé de sang [1]. Ses dimensions moyennes chez l’adulte sont d’environ 28 cm de long sur 15 cm dans le sens antéropostérieur, et 8 cm d’épaisseur au niveau de la partie droite. Mais le poids, le volume et les dimensions du foie sont très variables d’un sujet à l’autre. Il existe des formules permettant de calculer le volume du foie en fonction de la surface corporelle du sujet [3, 4].

Situation Le foie est situé à l’étage sus-mésocolique de l’abdomen où il occupe la presque totalité de l’hypocondre droit. Il se moule sur la face inférieure de la coupole diaphragmatique droite, se plaque en arrière au plan postérieur et à la veine cave inférieure et surplombe ainsi la région antropylorique, le premier duodénum et la tête du pancréas, l’angle colique droit et la partie droite du côlon transverse. Son extrémité gauche, plus ou moins effilée, déborde la ligne médiane et croise la face antérieure de l’œsophage, allant parfois jusqu’à la rate. Le foie est un organe abdominothoracique, son bord supérieur se projette en regard du cinquième espace intercostal droit sur la ligne mamelonnaire. En bas, le bord antérieur du foie longe le rebord costal

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7-001-A-10 ¶ Anatomie du foie et des voies biliaires

Figure 1. Projection antérieure du foie. 1. Lobe droit ; 2. lobe gauche ; 3. pôle supérieur du foie droit.

• un sillon antéropostérieur gauche (fissura ligamenti teretis) qui contient dans sa moitié antérieure le reliquat fibreux de la veine ombilicale (ligament rond), et dans sa moitié postérieure le reliquat fibreux du canal veineux d’Arantius (ou ligament d’Arantius). Chez le fœtus, le retour veineux placentaire s’effectue par la veine ombilicale, puis par un segment de la branche porte gauche, puis par le canal d’Arantius qui se jette dans la veine cardinale postérieure droite (future veine cave inférieure) [5]. Le canal d’Arantius et la veine ombilicale s’obstruent dans les premiers jours de la vie par une thrombose due à la disparition de la circulation ombilicale. Cette disposition explique (lorsque la thrombose s’étend à la branche porte gauche et au territoire portal) la survenue des cavernomes portaux chez l’enfant. Ces trois sillons divisent la face inférieure du foie en quatre zones distinctes également appelées lobes : • une partie droite correspondant au lobe droit, située à droite de la vésicule biliaire ; • une partie centrale antérieure, le lobe carré (lobus quadratus), limitée par le sillon ombilical à gauche, le lit vésiculaire à droite et le hile en arrière, appartenant au segment 4 de Couinaud ; • une partie gauche correspondant au lobe gauche précédemment décrit ; • une partie centrale postérieure, le lobe de Spieghel ou lobe caudé (lobus caudatus), qui est située à la partie postérieure du foie entre la veine cave inférieure en arrière, le hile en avant et le sillon du ligament d’Arantius sur la gauche.

Face postérieure Elle est pratiquement verticale et se moule sur la face antérieure de la veine cave (mais le foie n’entoure jamais complètement la veine cave) et sur la convexité de la colonne vertébrale.

Moyens de fixité du foie

Figure 2. Morphologie hépatique : vues antérieure et inférieure. 1. Lobe gauche ; 2. ligament rond ; 3. lit vésiculaire ; 4. lobe carré ; 5. hile ; 6. lobe de Spieghel ; 7. lobe droit.

qu’il ne déborde pas normalement et sous lequel il n’est perceptible à la palpation qu’en inspiration profonde (Fig. 1).

Morphologie externe Il est classique de décrire trois faces au foie : supérieure, inférieure et postérieure (Fig. 2).

Face supérieure ou diaphragmatique Elle est moulée sur le diaphragme. Large dans sa partie droite, progressivement effilée vers la gauche, elle présente, à l’union de ses deux tiers droits et de son tiers gauche, l’insertion du ligament suspenseur ou falciforme, repli péritonéal sagittal qui relie le foie au diaphragme. Ce ligament sépare le foie en deux lobes droit et gauche.

Face inférieure ou viscérale Elle est parcourue par trois sillons qui dessinent grossièrement la lettre H : • un sillon transversal correspondant au hile hépatique (porta hepatis), point de pénétration ou d’émergence des éléments du pédicule hépatique ; • un sillon antéropostérieur droit (fossa vesicae felleae) correspondant au lit de la vésicule biliaire ou fossette cystique ;

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Ils sont représentés d’une part par l’amarrage du foie à la veine cave inférieure et à son pédicule, et d’autre part par les différentes formations péritonéales qui le relient à la paroi : • l’adhérence à la veine cave inférieure à laquelle le foie est uni par les courtes veines sus-hépatiques représente le moyen de fixité principal ; • le ligament phrénohépatique, zone d’adhérence très lâche de la face postérieure du foie à la partie verticale du diaphragme ; • les ligaments péritonéaux représentés par : C le ligament falciforme (en forme de faux) ou ligament suspenseur, triangulaire, constitué par deux feuillets péritonéaux qui proviennent de la réflexion du péritoine viscéral hépatique sur le péritoine diaphragmatique. Au niveau du bord antérieur du foie, le ligament falciforme se prolonge vers la paroi antérieure de l’abdomen jusqu’à l’ombilic et contient le ligament rond, reliquat de la veine ombilicale ; C le ligament coronaire, comprenant un feuillet antérosupérieur, réflexion du péritoine viscéral de la face supérieure du foie sur le diaphragme (à sa partie moyenne autour de la veine cave, il se poursuit par le ligament falciforme vers l’avant), et un feuillet inférieur, réflexion du péritoine viscéral de la face inférieure du foie sur le péritoine pariétal postérieur. Les deux extrémités latérales du ligament coronaire constituent les ligaments triangulaires droit et gauche, formés par la rencontre des feuillets antérosupérieur et inférieur du ligament coronaire ; C le petit épiploon (Fig. 3), reliant le foie gauche à la petite courbure de l’estomac et au premier duodénum. Le petit épiploon est constitué de trois parties : la pars condensa, partie supérieure proche de l’œsophage contenant des structures vasculaires et nerveuses à destination hépatique ; la pars flaccida, partie moyenne et transparente ; la pars vasculosa, partie inférieure droite contenant le pédicule hépatique. Certains points doivent être soulignés lors de cette description anatomique « classique ». Hépatologie

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Figure 3. Petit épiploon. 1. Triangle de Calot ; 2. voie biliaire principale ; 3. pars vasculosa du petit épiploon (gris clair) ; 4. branche droite de l’artère hépatique moyenne ; 5. veine porte ; 6. pars flaccida (grisé) ; 7. pars condensa (gris foncé) ; 8. ligament d’Arantius.

• Sur la face supérieure, le foie paraît divisé en deux portions inégales par le ligament falciforme : le lobe gauche et le lobe droit beaucoup plus volumineux. • Sur la face inférieure : C le lobe gauche est isolé du reste du foie par la fissure du ligament rond (ou fissure ombilicale) en avant et le sillon du ligament d’Arantius à gauche et en arrière ; C le lobe droit est divisé en deux parties séparées par l’insertion de la vésicule biliaire, le foie droit à droite et le lobe carré à gauche ; C le lobe de Spieghel (ou lobe caudé) est en arrière du hile, à gauche de la veine cave, en arrière et à droite du ligament d’Arantius. Ainsi le foie est constitué de deux lobes principaux (droit et gauche) et de deux lobes accessoires (carré et caudé).



Points forts

• Le foie est constitué de deux lobes principaux (droit et gauche) et de deux lobes accessoires (carré et caudé). • La limite entre le lobe droit et le lobe gauche correspond au plan du ligament rond et du ligament falciforme.

■ Anatomie fonctionnelle vasculaire En fait, à cette anatomie classique « morphologique » extérieure se substitue actuellement une anatomie « fonctionnelle » fondée sur la vascularisation à l’intérieur du parenchyme. Cette description a été initialisée par Cantlie en 1898 [6], complétée par les travaux de McIndoe et Counseller en 1927, Tung en 1939 [7] et Hjörstjö en 1931 [8]. En 1957 ont été décrites deux systématisations du foie : l’une anglo-saxonne de Goldsmith et Woodburn [9], l’autre française de Couinaud [2]. C’est la systématisation de Couinaud qui est actuellement la plus employée et que nous utilisons ici. Cette systématisation fonctionnelle est fondée sur l’organisation de la plus petite unité fonctionnelle du parenchyme hépatique : l’acinus selon Rappaport [10]. Il s’agit d’une structure parenchymateuse hépatique dont le centre est un espace porte et la périphérie une veine centrolobulaire (en fait, à cheval sur deux lobules). Chaque espace porte contient une branche de la veine porte, une branche de l’artère hépatique et un canal Hépatologie

Figure 4. Modification de l’inclinaison des scissures portales sur l’horizontale selon que l’on considère l’anatomie sur table « ex vivo » ou « in vivo ». A. « Ex vivo ». 1. Antéromédian ; 2. postérolatéral. B. « In vivo ». 1. Antérieur ; 2. postérieur.

biliaire. Les hépatocytes sont disposés en lame d’une cellule d’épaisseur qui forme un capillaire, le sinusoïde. Ces sinusoïdes convergent vers la veine centrolobulaire. Ainsi, un lobule hépatique a son propre apport sanguin artériel et porte, son propre drainage biliaire, et un drainage veineux par la veine centrolobulaire. Les veines centrolobulaires, en convergeant, forment les veines hépatiques. Les branches de la veine porte et de l’artère hépatique, avec leur canal biliaire correspondant, se divisent ensemble au fur et à mesure de leur cheminement dans le parenchyme hépatique jusqu’au lobule. L’ensemble est entouré à l’intérieur du parenchyme hépatique par une enveloppe fibreuse correspondant à un prolongement à l’intérieur du foie de la capsule de Glisson, d’où le nom de « pédicule glissonien ». Les portions de foie, ainsi vascularisées, sont indépendantes les unes des autres, et sont séparées par les veines hépatiques. Elles peuvent être traitées (enlevées) sans compromettre le fonctionnement du reste du parenchyme hépatique. Toutefois, telle qu’elle a été décrite, la systématisation de Couinaud a l’inconvénient de ne pas tenir compte du foie en position anatomique dans la cavité abdominale, c’est-à-dire s’enroulant autour du rachis, occupant l’hypocondre droit. Les termes utilisés par Couinaud de paramédian et de latéral correspondent à une description « ex vivo » d’un foie cadavérique posé sur une table ; dans une position « in vivo », il convient mieux de parler d’antérieur et de postérieur [11], termes que nous utilisons dans la description suivante (Fig. 4).

Systématisation des pédicules glissoniens Au niveau du hile, le pédicule se divise en deux (division de 1 er ordre), juste avant la pénétration dans le parenchyme hépatique, déterminant deux parties de foie, une droite et une gauche. Elles sont séparées par la scissure principale. Chacune de ces branches se divise elle-même en deux branches, une paramédiane et une latérale (division de 2e ordre), déterminant ainsi quatre portions de foie, deux à droite et deux à gauche, que l’on appelle des secteurs. Chacune de ces branches se divise à son tour en deux (division de 3e ordre) irriguant des portions de foie plus petites que l’on appelle segments. Entre les secteurs cheminent les veines sus-hépatiques qui drainent le sang des deux parties du foie contiguës vers la veine cave. On peut ainsi déterminer des portions de foie plus au

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7-001-A-10 ¶ Anatomie du foie et des voies biliaires

1 1

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4

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2

6 5 A

2

B

C

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Figure 7. Représentation des pédicules glissoniens. En pointillé sont représentées les trois scissures portales droite, médiane ou sagittale et gauche.

Figure 5. Représentation schématique de l’anatomie fonctionnelle du foie. Les trois veines sus-hépatiques principales situées chacune dans une scissure porte divisent le foie en quatre secteurs recevant chacun un pédicule portal. Les veines sus-hépatiques et les pédicules portaux sont intercalés comme les doigts des deux mains. A. Scissure porte droite ; B. scissure porte médiane ; C. scissure porte gauche ; 1. veine cave inférieure et les trois veines sus-hépatiques ; 2. branche porte droite ; 3. branche porte gauche.

Figure 6. Représentation des veines sus-hépatiques. 1. Veine sushépatique droite ; 2. veine sus-hépatique médiane ; 3. veine sushépatique gauche. En pointillé, sont représentées les scissures hépatiques dans lesquelles cheminent les branches portes, entre chaque territoire drainé.

moins importantes, indépendantes dans leur fonctionnement, et qui peuvent être enlevées sans compromettre le fonctionnement du parenchyme restant (Fig. 5). Ceci est la base de la chirurgie hépatique moderne. Les veines sus-hépatiques et les pédicules glissoniens sont donc imbriqués entre eux (Fig. 6 à 9).

Systématisation des veines hépatiques Il existe trois veines hépatiques principales (Fig. 6) qui s’abouchent dans la veine cave inférieure [12] : la veine sushépatique droite, la veine sus-hépatique médiane et la veine sushépatique gauche. Ces trois veines sus-hépatiques divisent le foie en quatre secteurs (correspondant aux divisions de 2e ordre des pédicules glissoniens) dont les frontières (scissures) ne sont pas apparentes à la surface du foie. La veine sus-hépatique droite est un gros tronc veineux qui se jette au bord droit de la veine cave. Elle draine les secteurs antérieur et postérieur du foie droit. En fait, il peut exister plusieurs veines hépatiques droites dont l’abouchement est séparé au niveau de la veine cave inférieure. Ainsi, une veine hépatique droite inférieure est décrite dans 10 % des cas environ et draine la partie inférieure du foie droit [13] . Elle peut être retrouvée facilement par échographie. La veine sus-hépatique gauche est située entre les deux secteurs paramédian et latéral du foie gauche qu’elle draine. Elle adhère, en arrière, au ligament d’Arantius. Elle rejoint la terminaison de la veine sus-hépatique médiane pour former un court tronc commun (80 % des cas). Ce tronc

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Figure 8. Anatomie éclatée du foie et numérotation des différents segments hépatiques. Noter les modifications de l’axe de la veine sushépatique droite selon que le foie est disposé à plat (travaux d’anatomie) « ex vivo » ou figuré en position réelle « in vivo ». Les segments 6 et 7 deviennent alors réellement postérieurs et non pas postérolatéraux. 1. Veine porte ; 2. veine cave inférieure. A. Foie « ex vivo ». B. Foie « in vivo ».

commun peut recevoir une veine diaphragmatique inférieure gauche. La veine sus-hépatique médiane est formée par la jonction de deux branches droite et gauche à la partie moyenne du foie, dans le plan du hile. Elle chemine dans la scissure principale du foie qui sépare le foie droit du foie gauche dont elle reçoit une partie du sang. Le lobe caudé (lobe de Spieghel) a des veines hépatiques indépendantes (les veines spiegheliennes, très courtes) qui se jettent directement dans la veine cave rétrohépatique, expliquant ainsi l’hypertrophie du lobe de Spieghel dans le syndrome de Budd-Chiari lorsque les trois veines sus-hépatiques principales sont bouchées.

Scissures sus-hépatiques Les scissures sont les frontières entre les différents secteurs. Elles peuvent être portes ou sus-hépatiques. Pour la chirurgie hépatique, on utilise surtout les scissures portes, délimitées par les veines sus-hépatiques, et qui correspondent à des portions de foie irriguées par un pédicule glissonien et donc une branche porte (Fig. 7). En fait, la plupart du temps, ces scissures portes sont appelées simplement « scissures ». On en distingue trois, correspondant aux trois veines sus-hépatiques : Hépatologie

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Le sillon ombilical ne constitue pas une scissure porte mais une scissure sus-hépatique car il ne correspond pas à un trajet d’une veine sus-hépatique mais à celui d’un pédicule portal.



Points forts

• Le foie est divisé en deux parties (foies droit et gauche). • Chaque foie se divise en deux secteurs (antérieur et postérieur). • La séparation entre les quatre secteurs correspond au plan des trois veines sus-hépatiques. • Chaque secteur se divise en deux segments, sauf le secteur postérieur gauche qui ne contient qu’un segment. • Un segment supplémentaire entoure la veine cave. Il y a donc huit segments indépendants dans le foie. • Chaque segment reçoit un pédicule glissonien indépendant (contenant une branche de la veine porte, une branche artérielle et un canal biliaire).

Figure 9. Emplacement respectif des huit segments hépatiques, à la surface du foie. Les flèches marquent les trois scissures à la surface du foie. a. Scissure porte droite ; b. scissure porte principale ; c. scissure porte gauche.

Segmentation hépatique • la scissure sagittale ou médiane, correspondant au plan passant par la veine sus-hépatique médiane (ou sagittale). C’est un véritable plan séparant les éléments vasculaires et biliaires des deux pédicules glissoniens principaux droit et gauche, c’est-à-dire que c’est le plan de séparation entre les foies droit et gauche (ligne de passage des hépatectomies droite ou gauche). On peut la représenter en traçant un trait à la surface du foie entre le bord gauche de la veine cave inférieure et le milieu du lit vésiculaire. Cette ligne de séparation entre les foies droit et gauche est aussi appelée ligne de Cantlie [6] ; • la scissure droite, correspondant au plan passant par la veine sus-hépatique droite. Elle divise le foie droit en deux secteurs : le secteur antérieur (ou paramédian) et le secteur postérieur (ou postérolatéral). Sur un foie posé sur une table, ce plan passe entre le bord droit de la veine cave et un point situé à mi-distance du lit vésiculaire et du bord droit du foie [2]. En situation « in vivo », cette scissure est située dans un plan frontal ; • la scissure gauche qui correspond au trajet de la veine sushépatique gauche et sépare le foie gauche en deux secteurs : le secteur paramédian gauche à sa partie droite, et le secteur latéral gauche à sa gauche. La scissure gauche est située dans un plan de direction presque frontal, tendu du bord gauche de la veine cave inférieure à la pointe du lobe gauche.

■ Divisions glissoniennes À droite, il existe deux pédicules glissoniens, un pour chaque secteur (un antérieur et l’autre postérieur). Chacun se divise en deux branches, une supérieure et une inférieure. Chaque division, au-delà, individualise des portions encore plus petites, appelées sous-segments. Ceci peut être très utile dans la chirurgie d’exérèse du cirrhotique, en particulier au niveau du segment 8 où on a pu individualiser un 8a (antérieur), un 8b (moyen), et un 8c (postérieur). À gauche, la division est un peu plus complexe. Le pédicule gauche se divise en deux branches au niveau du coude qui se forme entre sa portion hilaire et la partie antéropostérieure qui se termine par le récessus de Rex. Une branche irrigue le secteur latéral gauche (en fait limité à un seul territoire en l’absence de division significative de cette branche) et une branche correspond à la partie intrahépatique du pédicule gauche. Il se divise en deux branches, une droite, une gauche. La zone où chemine ce pédicule paramédian gauche s’appelle le sillon ombilical, bien marqué sur la surface inférieure du foie. Hépatologie

.

Ce mode de division du parenchyme hépatique permet un véritable « éclatement » du foie en huit portions indépendantes appelées segments. La classification la plus utilisée est celle de Couinaud. La numérotation des segments se fait en tournant dans le sens des aiguilles d’une montre, du centre vers la périphérie (Fig. 8) • le segment 1 est le segment le plus profond, en position centrale. Il correspond au lobe de Spieghel ; • le segment 2 correspond au secteur latéral gauche ; • les segments 3 et 4 constituent le secteur paramédian gauche et siègent l’un à gauche (segment 3) et l’autre à droite (segment 4) du sillon ombilical et du ligament rond ; • le segment 5 inférieur et le segment 8 supérieur constituent le secteur antérieur droit ; • le segment 6 inférieur et le segment 7 supérieur constituent le secteur postérieur droit. Le foie gauche est constitué des segments 2, 3 et 4 et le foie droit des segments 5, 6, 7 et 8. Le lobe droit est constitué de cinq segments (4, 5, 6, 7, 8), c’est-à-dire du foie droit plus le segment 4 qui appartient au foie gauche. Le lobe gauche est constitué de deux segments (2, 3) et n’est qu’une partie du foie gauche. Le segment 1 est très profond, en position centrale. Il a des pédicules vasculaires glissoniens provenant du foie droit et du foie gauche. Il est drainé directement dans la veine cave inférieure par plusieurs petites veines hépatiques (veines spiegheliennes). On a coutume de considérer le segment 1 à part, indépendant des foies droit et gauche. Le lobe carré (ou segment 4 antérieur ou segment 4b) ne correspond qu’à la partie antérieure et inférieure du segment 4. Il est classique de diviser le segment 4 en deux sous-segments : le sous-segment 4b correspond au lobe carré et le sous-segment 4a, qui correspond à la partie haute du segment 4, au-dessus du lobe carré (Fig. 9).

Correspondance avec les autres systématisations La description fonctionnelle de l’anatomie hépatique a donné lieu à plusieurs interprétations différentes. L’utilisation d’un terme commun (lobe, secteur, segment) pour identifier des entités anatomiques différentes a engendré une certaine confusion qui se trouve répercutée dans la littérature anglo-saxonne portant sur la chirurgie hépatobiliaire. La littérature scientifique anglo-saxonne est restée longtemps fidèle à la division du foie décrite par Healey et Schroy [14] et par Goldsmith et Woodburn [9, 15], pour qui le foie est divisé en deux lobes séparés par

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7-001-A-10 ¶ Anatomie du foie et des voies biliaires

bisegmentectomie 7-6 sectoriectomie postérolatérale posterior segmentectomy

segmentectomie subsegmentectomy

hépatectomie droite right lobectomy

hépatectomie gauche left lobectomy

hépatectomie droite élargie (lobectomie droite) right extended lobectomy (right trisegmentectomy) Couinaud Goldsmith & Woodburn

lobectomie gauche left lateral lobectomy

hépatectomie gauche élargie left extended lobectomy (left trisegmentectomy)

Figure 10. Correspondance entre les différentes dénominations françaises (Couinaud) et anglo-saxonnes (Goldsmith et Woodburn).



Points forts

• Le foie droit contient les segments 5, 6, 7, 8. • Le foie gauche contient les segments 2, 3, 4. • Le lobe droit contient les segments 4, 5, 6, 7, 8 (c’est-àdire le foie droit plus le segment 4). • Le lobe gauche contient les segments 2 et 3 (et n’est donc pas équivalent au foie gauche). • Le lobe carré correspond à la partie inférieure (et antérieure) du segment 4. • Le lobe caudé correspond à la partie latérale gauche du segment 1.

la scissure sagittale, correspondant aux deux foies de Couinaud [2]. Chaque lobe est divisé en deux segments correspondant à deux secteurs de Couinaud. Le segment est divisé en deux sous-segments correspondant à deux segments de Couinaud (Fig. 10).

■ Éléments du pédicule hépatique Le pédicule hépatique (Fig. 11) est contenu dans la partie inférieure et droite du petit épiploon ou pars vasculosa. Il groupe les structures vasculaires qui apportent le sang au foie : la veine porte, la (ou les) artère (s) hépatique (s) et les voies biliaires extrahépatiques. À ces trois éléments principaux il faut ajouter des éléments « accessoires » : les nerfs et les vaisseaux lymphatiques hépatiques.

Veine porte et ses branches La veine porte (Fig. 12) amène au foie le sang veineux de la partie sous-diaphragmatique du tube digestif, du pancréas et de

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Figure 11. Pédicule hépatique. La veine porte (11) est située en arrière du pédicule hépatique. Elle est formée par la réunion de la veine mésentérique supérieure (5) et du tronc splénomésaraïque (6) et reçoit la veine gastrique gauche (ancienne coronaire stomachique) (9). L’artère hépatique commune (8) se termine en donnant l’artère gastroduodénale (7) et l’artère hépatique propre. Les collatérales de l’artère hépatique propre sont l’artère gastrique droite (ancienne artère pylorique) et l’artère cystique (2) (qui peut naître de la branche droite comme sur le schéma). L’artère hépatique propre (10) se divise en une branche droite et une branche gauche à distance du hile. La branche droite chemine entre la veine porte et le canal biliaire (12). La voie biliaire est l’élément le plus superficiel. La convergence des canaux droit (1) et gauche (13) se fait à droite, en regard de l’origine de la branche porte droite. 3. Vésicule biliaire ; 4. canal cholédoque.

la rate. C’est une veine volumineuse de 8 à 10 cm de long et d’un diamètre de 15 à 20 mm. La veine porte naît de la confluence (à angle droit), à la face postérieure de l’isthme pancréatique, de deux troncs veineux : la veine mésentérique Hépatologie

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3 7

4

6

Figure 12. Constitution de la veine porte. 1. Tronc porte ; 2. veine gastrique gauche (ancienne coronaire stomachique) ; 3. veine gastrique droite (ancienne veine pylorique) ; 4. veine splénique ; 5. tronc splénomésaraïque ; 6. veine mésentérique inférieure ; 7. veine mésentérique supérieure ; 8. veine pancréaticoduodénale inférieure ; 9. tronc gastrocolique de Henle ; 10. veine gastroépiploïque droite ; 11. veine pancréaticoduodénale supérieure.

segment 4

67 %

4%

1%

segment 4

25 %

1%

1%

segment 5

91 %

5%

4%

segment 6

86 %

10 %

2%

80 %

20 %

segment 8

supérieure et le tronc splénomésaraïque, constitué lui-même par la réunion de la veine mésentérique inférieure et de la veine splénique. La veine porte se dirige obliquement en haut, à droite et en avant. Elle est l’élément le plus postérieur du pédicule hépatique. Entre le pédicule hépatique en avant et la veine cave inférieure en arrière, se situe l’hiatus de Winslow qui donne accès à l’arrière-cavité des épiploons. Au niveau du hile hépatique, la veine porte se divise en deux branches qui pénètrent à l’intérieur du parenchyme hépatique et s’y ramifient : • une branche droite courte dont la direction continue celle du tronc principal. Cette disposition explique peut-être la plus grande fréquence de métastases hépatiques d’origine colorectale dans le foie droit (la diffusion se faisant par voie hématogène) ; • une branche gauche longue qui s’en écarte presque à angle droit et chemine dans le hile avant de pénétrer dans le foie gauche, en se recourbant vers l’avant pour se terminer par le récessus de Rex. Au cours de son trajet, la veine porte reçoit des collatérales : sur sa gauche la veine gastrique gauche (ancienne veine coronaire stomachique) et la veine gastrique droite (ancienne veine pylorique), sur sa droite la veine pancréaticoduodénale supérieure droite et les veines cystiques. Il n’y a pas une veine cystique (drainant le sang veineux de la vésicule biliaire), mais plusieurs veines, mal systématisées. Certaines se jettent directement dans le tronc porte, d’autres dans la branche droite. Certaines veines traversent le lit vésiculaire, le parenchyme hépatique et se jettent dans les branches portes ou sushépatiques adjacentes. Ceci explique la diffusion particulière des cancers de la vésicule et la nécessité, pour faire un curage complet, d’enlever le parenchyme hépatique correspondant à ce territoire (segments 4 et 5). Les anomalies portales intrahépatiques ne sont pas très fréquentes [16] (Fig. 13), mais elles soulignent l’importance de la technique de Tung lors des hépatectomies [7], c’est-à-dire la nécessité de ne pas sectionner a priori les pédicules à l’extérieur Hépatologie

Figure 13.

1%

2%

Variations d’origine des branches portales segmentaires.

du parenchyme hépatique, mais au contraire de sectionner les branches portales, dans la tranche de section, afin d’être sûr d’enlever tout le territoire dévascularisé et de ne laisser que du parenchyme hépatique viable.

Artères hépatiques

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La vascularisation artérielle hépatique (Fig. 14) est caractérisée par une extrême variabilité [17]. Les variations anatomiques sont de deux ordres : • d’une part, la triple vascularisation du foie primitif [5] : artère hépatique gauche naissant de l’artère gastrique gauche (ancienne artère coronaire stomachique), artère hépatique moyenne née de l’artère hépatique commune (branche du tronc cœliaque) et artère hépatique droite née de l’artère mésentérique supérieure ; • d’autre part, les possibles modifications d’origine de l’artère gastrique gauche, de l’hépatique moyenne (naissant le plus souvent du tronc cœliaque, mais parfois directement de l’aorte) et de l’artère mésentérique supérieure (naissant le plus souvent isolément de l’aorte). Ces variations sont très importantes à connaître en raison de leurs implications lors de l’étude de tous les examens morphologiques, en particulier d’une artériographie.

Disposition habituelle La disposition habituelle (76 % des cas) est caractérisée par l’absence (ou atrophie) des artères hépatiques droite et gauche, et par une artère hépatique commune née du tronc cœliaque qui se termine en se divisant en artère gastroduodénale et artère hépatique propre (ou mieux artère hépatique moyenne) au pied du pédicule hépatique. L’artère hépatique moyenne qui chemine dans le pédicule hépatique se termine en se divisant en deux branches droite et gauche qui pénètrent à l’intérieur du

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7-001-A-10 ¶ Anatomie du foie et des voies biliaires

1 6 2 7

3 4

8

68 %

5

0,5 % 8%

11 %

9%

1%

18 %

8%

0,5 %

0,5 %

6%

3%

2%

0,4 %

0,4 %

0,1 %

0,5 %

0,3 %

0,1 %

Figure 14. Variations des artères hépatiques. La disposition modale, hépatique moyenne, vascularisant la totalité du foie (hépatique moyenne/foie total), représentée sur la figure supérieure, est rencontrée dans 76 % des cas. 1. Branche gauche de l’artère hépatique moyenne ; 2. artère gastrique gauche (ancienne artère coronaire stomachique) ; 3. tronc cœliaque ; 4. artère splénique ; 5. artère mésentérique supérieure ; 6. branche droite de l’artère hépatique moyenne ; 7. artère hépatique moyenne ; 8. artère gastroduodénale.

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parenchyme hépatique. L’artère hépatique moyenne donne deux collatérales : l’artère gastrique droite (ancienne artère pylorique) et l’artère cystique.

Disposition non modale

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Dans ce cas l’artère hépatique moyenne ne vascularise qu’une partie du foie (droit ou gauche), l’artérialisation du foie restant étant faite soit par une artère hépatique gauche (8 %), soit par une artère hépatique droite (11 %), soit par les trois artères (3 %). Dans 12 % des cas, l’artère hépatique moyenne a régressé totalement. Les deux artères hépatiques, droite et gauche, se partagent la vascularisation (2 %), ou la droite en assure la totalité (9 %). Dans 6 % des cas, l’artère hépatique moyenne se divise précocement, avant la naissance de l’artère gastroduodénale. Pour ne pas prêter à confusion, il est important d’appeler les branches de division de l’artère hépatique propre branche droite et branche gauche de l’artère hépatique, et non pas artères hépatiques droite et gauche.

Voies biliaires Les deux canaux hépatiques, droit et gauche, forment la voie biliaire principale ou hépatocholédoque. La voie biliaire accessoire, vésicule et canal cystique, est un diverticule de la voie biliaire principale. Leurs variations sont très fréquentes et sont résumées dans la Figure 15.

Confluent biliaire supérieur ou convergence biliaire Il est toujours extraparenchymateux. La réunion des deux canaux biliaires hépatiques droit et gauche se fait dans le hile

8

Figure 15. Variations anatomiques des canaux biliaires.



Points forts

• L’artère hépatique moyenne (ou hépatique propre) naît de l’artère hépatique commune (qui se divise en artère gastroduodénale et en artère hépatique moyenne). • L’artère hépatique gauche, lorsqu’elle existe, naît de l’artère gastrique gauche (ancienne artère coronaire stomachique). • L’artère hépatique droite, lorsqu’elle existe, naît de l’artère mésentérique supérieure et passe en arrière du tronc porte. • Toutes les combinaisons sont possibles entre ces trois artères, cependant la disposition modale est une artère hépatique moyenne, seule, vascularisant la totalité du foie (76 % des cas). du foie et définit la convergence biliaire supérieure. Cette disposition habituelle se trouve dans 68 % des cas [15, 18]. • Le canal hépatique gauche est constitué par la réunion des canaux segmentaires des segments 3 et 4 au niveau du récessus de Rex, puis il reçoit en arrière le canal du segment 2. Il se dirige ensuite transversalement dans le hile, de gauche à droite. D’abord au bord supérieur de la branche portale gauche, il s’infléchit pour croiser son bord antérieur et s’unir Hépatologie

Anatomie du foie et des voies biliaires ¶ 7-001-A-10

Figure 16. Rapports anatomiques des éléments de la triade du pédicule hépatique. Le canal biliaire est inclus dans la plaque hilaire, alors que les branches portes y sont amarrées par un feutrage peu dense. 1. Plaque hilaire ; 2. péritoine du pédicule hépatique ; 3. ligament rond ; 4. artère hépatique moyenne ; 5. tronc porte.

Figure 17. Anatomie de l’ampoule de Vater. 1. Repli sus-caronculaire ; 2. grande caroncule ; 3. muqueuse duodénale ; 4. frein de la grande caroncule ; 5. orifice de l’ampoule de Vater ; 6. paroi de l’ampoule de Vater ; 7. ampoule de Vater ; 8. sphincter propre du canal de Wirsung ; 9. canal de Wirsung ; 10. sphincter propre du cholédoque ; 11. cholédoque ; 12. sphincter commun ; 13. fibres musculaires longitudinales.

au canal droit. Durant ce trajet, il reçoit des canaux provenant des segments 4 et 1. Il est assez long : 1,5 à 3,5 cm. • Le canal hépatique droit est formé par la réunion des deux canaux principaux (droits antérieur et postérieur). Le canal droit est court et vertical : 0,5 à 2,5 cm. Le confluent de ces deux canaux est en règle au-dessus et en avant de la branche droite de la veine porte, en position extrahépatique. Cette position explique le risque de lésion du canal gauche au cours d’une hépatectomie droite lors de la ligature du pédicule droit. L’angle que forme la convergence est variable, mais le canal gauche est toujours horizontal au niveau du hile. La convergence est entourée par la capsule de Glisson, dont l’épaississement au niveau du hile forme la plaque hilaire (Fig. 16). Cette particularité permet l’abord plus facile (extrahépatique) des canaux biliaires lors des réparations biliaires.

Terminaison de la voie biliaire principale La voie biliaire principale (Fig. 17) traverse plus ou moins obliquement la paroi duodénale à la partie moyenne du deuxième duodénum. Dans son segment terminal, la voie biliaire principale est en rapport avec le canal de Wirsung, qui lui est parallèle, sous-jacent, et dans un plan antérieur. Les deux canaux se rejoignent au niveau de l’ampoule de Vater, petite cavité conoïde creusée dans l’épaisseur de la paroi duodénale. L’ampoule de Vater communique avec la lumière duodénale par un orifice : la papille. La papille est entourée par une couronne de fibres musculaires lisses, distincte de celle de la paroi duodénale, qui constitue le sphincter d’Oddi. Un peu en amont, un autre système sphinctérien entoure les canaux biliaires et pancréatiques. Il n’est bien individualisé qu’autour du cholédoque (sphincter proprius). La papille peut se situer à un niveau variable sur toute la hauteur du deuxième duodénum : la papille est en position haute dans 16 % des cas, en position moyenne dans 61 % des cas, en position basse dans 22 % des cas.

Voie biliaire principale Sous la convergence débute le canal hépatique (commun) qui descend au bord droit du pédicule hépatique en avant de la veine porte. La bifurcation de l’artère hépatique moyenne est située plus à gauche. Le canal hépatique reçoit le canal cystique et devient, à partir de cette réunion, le canal cholédoque. Cette distinction est très arbitraire, car l’abouchement du canal cystique a lieu à une hauteur variable. Il vaut mieux considérer la voie biliaire principale dans son ensemble et la dénommer indifféremment canal hépatocholédoque ou voie biliaire principale. La voie biliaire principale est longue de 8 à 10 cm, son calibre est variable de 4 à 10 mm. La voie biliaire principale descend au bord droit du pédicule, à sa partie antérieure, en avant de la veine porte dont elle rejoint progressivement le bord droit. L’artère hépatique est à gauche de la voie biliaire sur le même plan. La bifurcation en branches artérielles droite et gauche a lieu au-dessous de la convergence biliaire, à une hauteur variable, et la branche droite croise la voie biliaire principale en passant habituellement en arrière d’elle (mais, dans 13 % des cas, en avant). Dans son segment rétropancréatique, la voie biliaire principale est en rapport avec la face postérieure de la tête du pancréas, soit dans une gouttière, soit dans un véritable tunnel. Son trajet est croisé par les arcades artérielles et veineuses pancréatiques postérieures. En arrière, par l’intermédiaire du fascia de Treitz, dans le clivage du décollement duodénopancréatique, la voie biliaire principale répond à la veine cave inférieure. Hépatologie

Variations des canaux biliaires [15, 18]

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Elles sont très fréquentes au niveau des canaux biliaires droit et gauche (Fig. 15) : • le canal droit peut être inexistant, les deux canaux antérieur et postérieur se jetant ensemble dans le canal gauche (18 %) ; • le canal droit postérieur, pour rejoindre le hile, passe normalement au-dessus et en arrière de la branche porte droite sectorielle antérieure ; il est dit en position épiportale. Dans 7 % des cas, il passe au-dessous et en avant de la branche porte (position hypoportale) ; • le canal sectoriel droit postérieur (6 %) ou droit antérieur (8 %) rejoint directement la convergence biliaire. Parfois, ce canal sectoriel rejoint le canal hépatique au-dessous de la convergence qui reste en position anatomique. On parle alors de convergence étagée ; • les anomalies du canal gauche sont plus rares : il peut être court, voire inexistant. Le canal droit peut se jeter plus ou moins loin en amont sur le canal gauche ; la convergence est décalée vers la gauche ; • les anomalies existent également au niveau de l’abouchement du canal cystique dans la voie biliaire, pouvant se faire plus ou moins haut sur le canal droit.

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7-001-A-10 ¶ Anatomie du foie et des voies biliaires

Voie biliaire accessoire Elle comprend la vésicule biliaire et le canal cystique. Vésicule biliaire Piriforme, longue de 8 à 10 cm, large de 3 à 4 cm, elle se situe à la face inférieure du foie, dans la fosse cystique, entre le lobe carré à gauche, le foie droit à droite, le sillon transverse en arrière et le bord antérieur du foie en avant. Le fond est situé à la partie antérieure du foie au niveau de l’échancrure cystique. Le corps, de forme cylindrique, diminuant progressivement de calibre d’avant en arrière, est en rapport avec la face inférieure du foie. Le milieu de la fossette cystique sert de repère, avec le bord gauche de la veine cave sus-hépatique, pour déterminer l’emplacement de la scissure médiane du foie. La face inférieure du corps de la vésicule est recouverte de péritoine et entre en rapport avec le côlon droit et le duodénum (un rapport important expliquant les fistules cholé-cysto-digestives). Le collet correspond à un entonnoir centré par le canal cystique. Il est situé à la partie la plus profonde de la fossette cystique, là où elle rejoint le hile du foie. Il est ainsi en rapport étroit avec le pédicule du foie droit dont l’élément le plus antérieur et inférieur est la branche droite de l’artère hépatique. Canal cystique Le canal cystique, qui prolonge le collet vésiculaire, forme un angle ouvert en arrière et décrit un trajet oblique en bas, à gauche et en arrière pour aller rejoindre la voie biliaire principale. L’abouchement du canal cystique dans la voie biliaire principale ou confluent biliaire inférieur, situé habituellement en regard du bord supérieur du premier duodénum, peut en effet avoir lieu à n’importe quel niveau entre le hile du foie et l’ampoule de Vater. La zone anatomique comprise entre le canal cystique à droite, la voie biliaire principale à gauche, le foie en haut, définit le triangle de Calot. Dans l’aire de ce triangle naît le plus souvent l’artère cystique. La longueur du canal cystique est extrêmement variable : dans 20 % des cas inférieure à 2 cm ; dans 25 % des cas supérieure à 5 cm. Sa muqueuse porte une valve en spirale (valve de Heister). Sa paroi comporte un sphincter (sphincter de Lutkens). Il a souvent un trajet assez long, intrapéritonéal.

Vascularisation des voies biliaires Les artères de la voie biliaire principale proviennent essentiellement de l’artère pancréaticoduodénale supérieure droite, qui naît de la gastroduodénale et passe à la face antérieure de la voie biliaire. Elle donne à ce niveau plusieurs artérioles qui s’anastomosent entre elles en un riche réseau épicholédocien. Les deux artérioles principales ont un trajet parallèle, l’une à droite et l’autre à gauche de la voie biliaire principale [19]. Ce réseau est doublé par deux autres réseaux intramuraux : l’un dans l’épaisseur de la paroi canalaire, l’autre sous-muqueux. La voie biliaire principale est donc richement vascularisée. La vésicule biliaire reçoit sa vascularisation de l’artère cystique qui se divise, au niveau du collet, en deux branches superficielle et profonde. Nombreuses sont les variations de nombre et d’origine de l’artère cystique. Il n’existe pas de veine cystique ; le retour veineux se fait par de multiples petites veines qui pénètrent dans le foie par le lit vésiculaire. Cette particularité explique (en partie) la survenue des cholécystites aiguës : l’obstruction du canal cystique entraîne un gonflement de la vésicule biliaire, une distension de la paroi qui gêne le retour de toutes ces veines pariétales et amène une congestion veineuse, premier temps de la nécrose pariétale.

Relations anatomiques dans le pédicule hépatique [20] La veine porte est l’élément le plus postérieur du pédicule hépatique. La voie biliaire principale, située en avant le long du bord droit de la veine porte, s’en écarte à sa partie inférieure pour dessiner avec elle le triangle inter-porto-cholédocien, croisé par l’artère pancréaticoduodénale droite. L’artère hépatique commune se divise en donnant naissance, au pied du pédicule

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hépatique, à l’artère gastroduodénale et à l’artère hépatique moyenne qui chemine sur le bord gauche de la veine porte en avant de celle-ci. Le trajet d’une éventuelle artère hépatique droite, naissant de l’artère mésentérique supérieure, se situe en général au bord droit du pédicule hépatique, en arrière de la voie biliaire principale et à droite du tronc porte. Les voies biliaires, surtout dans la partie haute du pédicule hépatique, sont totalement incluses dans le réseau lymphatique et souvent difficiles à dissocier. À l’inverse, le tronc porte et ses branches de division ont des attaches extrêmement lâches et faciles à disséquer.

Réseaux lymphatiques On doit distinguer deux réseaux lymphatiques hépatiques, un superficiel et un profond.

Réseau lymphatique superficiel Il est sous-capsulaire, provenant des espaces interlobulaires superficiels. Les canaux se drainent essentiellement vers le pédicule hépatique sauf : • ceux provenant de la face supérieure au voisinage du ligament suspenseur qui gagnent les ganglions rétroxiphoïdiens sus-diaphragmatiques ; • ceux provenant des régions postérieure et inférieure qui se drainent vers les ganglions rétrocaves et inter-aorto-caves ; • ceux provenant de la face supérieure au voisinage du ligament coronaire gauche qui gagnent les ganglions cœliaques.

Réseau lymphatique profond Il se draine soit vers le pédicule hépatique en suivant le pédicule porte à l’intérieur de la capsule de Glisson, soit vers les ganglions latérocaves sus-diaphragmatiques en suivant le trajet des veines sus-hépatiques. Dans le pédicule hépatique, il existe deux chaînes lymphatiques parallèles à la veine porte : • l’une, droite, est satellite de la voie biliaire, formant successivement la chaîne cystique puis la chaîne cholédocienne. À partir du ganglion cystique, elle passe par l’inconstant ganglion de Quénu inter-cystico-hépatique, puis par les ganglions rétro-duodéno-pancréatiques supérieurs, avant de se drainer dans les ganglions périaortiques ; • l’autre, gauche, est satellite de l’artère hépatique. Deux à trois ganglions jalonnent son trajet latéroartériel jusqu’aux ganglions cœliaques.

Nerfs Le plexus cœliaque pour la plus grande part, mais aussi les ganglions semi-lunaires et le tronc du pneumogastrique forment le plexus hépatique. Il peut être divisé en deux parties distinctes : le plexus antérieur et le plexus postérieur.

■ Anatomie réelle L’anatomie artérielle et portale est terminale au niveau du foie. Si un pédicule est interrompu, le parenchyme hépatique correspondant est dévascularisé. Les limites du foie dévascularisé sont alors bien visibles à la surface du foie sous forme d’une zone de décoloration. La segmentation portale est totalement indépendante de l’anatomie morphologique. Si l’on passe par les scissures portales, on respecte les vaisseaux portaux, artériels et les canaux biliaires, mais on risque d’ouvrir une veine sushépatique (Fig. 7). La connaissance de l’anatomie réelle et non de l’anatomie théorique est fondamentale, surtout si une intervention antérieure ou un processus pathologique a désorganisé les repères habituels. Un progrès important dans ce domaine a été apporté par l’utilisation de l’échographie peropératoire [21]. Elle permet de repérer les différents vaisseaux dans le foie, de les suivre au cours de leur division et ainsi d’avoir une localisation précise des scissures portes et de leur projection au niveau de la surface du foie. Elle permet en outre d’étudier les rapports d’une tumeur avec les éléments vasculaires. Hépatologie

Anatomie du foie et des voies biliaires ¶ 7-001-A-10

■ Moyens d’exploration Les nouveaux moyens d’exploration morphologique ont permis le développement de la chirurgie hépatique. Ces examens permettent une étude complète de l’anatomie vasculaire hépatique en préopératoire. L’utilisation en peropératoire de l’échographie va permettre des interventions chirurgicales à la demande, entièrement fondées sur une étude in vivo de l’anatomie vasculaire propre de chaque malade. L’échographie (Fig. 18) permet des examens de routine, faciles à réaliser sans être agressifs, et est donc souvent le premier examen d’exploration des patients. Qu’elle soit utilisée à abdomen fermé ou en peropératoire, l’échographie permet d’identifier avec précision les différentes structures vasculaires et biliaires à l’intérieur du parenchyme hépatique et, par conséquent, de délimiter in vivo la segmentation hépatique. Les veines sus-hépatiques, qui sont le premier repère de la segmentation hépatique, ne sont pas entourées par la capsule de Glisson. Elles apparaissent dans le parenchyme hépatique comme un trajet linéaire, vide d’écho, dont la paroi n’est pas visible, ou seulement sous la forme d’une fine ligne échogène. Souvent, le flux sanguin est visible à leur niveau sous la forme d’échos filants et les battements cardiaques sont transmis aux parois, aidant ainsi à leur reconnaissance. L’abouchement des trois veines sus-hépatiques dans la veine cave permet d’identifier à la face supérieure du parenchyme hépatique les différents segments : à droite de la veine sus-hépatique droite, le segment 7, partie supérieure du secteur postérieur droit ; entre la veine sus-hépatique droite et la veine sus-hépatique sagittale, le segment 8, partie supérieure du secteur antérieur droit ; entre la veine sus-hépatique sagittale et la gauche, les segments 4 et 3 et à gauche de la veine sus-hépatique gauche, le segment 2. Suivant la veine sus-hépatique sagittale de son origine à l’abouchement de la veine cave, on identifie la scissure portale

principale du foie (scissure médiane), qui sépare le foie droit du foie gauche. L’échographie peut permettre d’identifier une éventuelle veine hépatique accessoire inférieure, existant dans 10 % des cas, se jetant directement dans la veine cave inférieure et drainant la partie inférieure du foie droit (segments 5 et 6). Son existence permet la réalisation d’une bisegmentectomie 7 et 8, avec résection de la veine sus-hépatique droite. Les pédicules glissoniens sont identifiables par la gaine fibreuse qui les entoure, donnant à l’échographie une ligne échogène épaisse (nettement plus importante que ce qui peut être observé au niveau des veines sus-hépatiques). La veine porte constitue l’élément le plus important. Les branches artérielles sont repérées par leurs battements visibles à l’intérieur du foie. Les voies biliaires peuvent être également vues loin dans le parenchyme hépatique (en particulier à l’échographie peropératoire).

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La tomodensitométrie (TDM) ou scanner est actuellement un examen morphologique essentiel. Le scanner réalisé avec une injection de produit de contraste permet de mettre en évidence les structures vasculaires intrahépatiques. Le sillon ombilical de l’insertion du ligament rond au canal d’Arantius est habituellement bien visible du fait de son contenu graisseux. Il permet d’identifier sur les coupes TDM le lobe gauche et le lobe droit. Le lobe de Spieghel (lobe caudé) est bien visible en TDM. Il est limité en avant par les structures hilaires (porta hepatis) et en arrière et en dehors par la veine cave inférieure. À hauteur du hile hépatique, il est relié au lobe droit par une languette de parenchyme, processus caudé, situé entre le tronc porte et la veine cave inférieure, en arrière du hile. Sur le scanner également on repère les différents segments par rapport à la position des veines sus-hépatiques. La branche porte droite marque la jonction entre les segments supérieurs (segments 7 et 8) et inférieurs (segments 5 et 6) du foie droit. L’IRM complète le scanner et permet une meilleure analyse du parenchyme hépatique.

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L’artériographie cœliomésentérique permet l’étude de la vascularisation artérielle et portale du foie, déterminant leurs variétés. La cholangio-IRM est un examen non invasif qui ne nécessite pas d’injection de produit de contraste. Elle permet l’étude des voies biliaires intrahépatiques et extrahépatiques, surtout dans les ictères avec obstacle sans risque d’angiocholite.

■ Définition des hépatectomies

Figure 18. Échographie-Doppler hépatique peropératoire. A. Branche porte gauche avec enregistrement de la branche artérielle du segment 3. B. Veines sus-hépatiques avec enregistrement de la veine sus-hépatique gauche. Hépatologie

Selon les données anatomiques, les hépatectomies typiques ou anatomiques sont les exérèses de parenchyme hépatique réalisées le long des scissures anatomiques. À l’inverse, les hépatectomies atypiques ou non anatomiques sont des résections d’une partie du parenchyme hépatique non délimitées par la scissure anatomique. Le terme d’hépatectomie réglée signifie que le contrôle vasculaire des pédicules hépatiques a été le premier temps de l’hépatectomie. Suivant l’anatomie de Couinaud [2, 18, 22] , il existe cinq hépatectomies majeures principales (Fig. 19) : • l’hépatectomie droite qui enlève les segments 5, 8, 6 et 7 ; • l’hépatectomie gauche qui enlève les segments 4, 2 et 3, et où la ligne de section passe le long de la scissure hépatique médiane ou sagittale ; • les trisegmentectomies 4-5-6, 8-5-4 et 5-4-1 qui sont en fait des hépatectomies centrales ; • les hépatectomies élargies (Fig. 20) qui correspondent à des hépatectomies majeures plus un segment : hépatectomie droite élargie au segment 4 ou 1, et hépatectomie gauche élargie au segment 1 ; • les hépatectomies superélargies (Fig. 21) qui correspondent à une hépatectomie majeure plus deux ou trois segments : ce

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7-001-A-10 ¶ Anatomie du foie et des voies biliaires

Figure 19. Hépatectomies majeures comportant l’exérèse d’au moins trois segments hépatiques. A. Quatre segments : hépatectomie droite (segments 5, 6, 7 et 8). B. Trois segments. 1. Hépatectomie gauche (segments 2, 3 et 4) ; 2. trisegmentectomie 4, 5 et 6 ; 3. trisegmentectomie 4, 5 et 8 ; 4. trisegmentectomie 1, 4 et 5.

Figure 20. Hépatectomies élargies. A. Exérèse de cinq segments. 1. Hépatectomie droite élargie au segment 4 ; 2. hépactectomie droite élargie au segment 1. B. Exérèse de quatre segments : hépatectomie gauche élargie au segment 1.

sont les hépatectomies droites élargies aux segments 4 et 1, ou les hépatectomies gauches élargies aux segments 8, 5 et 1, ou aux segments 8 et 5. Enfin, les autres résections hépatiques anatomiques sont des exérèses limitées (Fig. 22) correspondant à l’ablation d’un ou de plusieurs segments en accord avec la segmentation de

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Couinaud : il s’agit des segmentectomies et des bi- ou trisegmentectomies. La lobectomie gauche (bisegmentectomie 2 et 3) est un terme consacré par l’habitude. Surtout chez le cirrhotique, ou au cours des réhépatectomies, l’exérèse peut être limitée à une partie (anatomique) d’un segment ; on parle alors de sous-segmentectomie. Hépatologie

Anatomie du foie et des voies biliaires ¶ 7-001-A-10

Figure 21. Hépatectomies superélargies. A. Exérèse de six segments. 1. Hépatectomie droite élargie aux segments 4 et 1 ; 2. hépatectomie gauche élargie aux segments 8, 5 et 1. B. Exérèse de cinq segments : hépatectomie gauche élargie aux segments 8 et 5.

Figure 22. Hépatectomies limitées. A. Exérèse au minimum de deux segments hépatiques. 1. Lobectomie gauche ; 2. bisegmentectomie 6 et 7 ; 3. bisegmentectomie 5 et 8 ; 4. bisegmentectomie 4 et 5. B. Exérèse au minimum d’un segment hépatique. 1. Segmentectomie 5 ; 2. segmentectomie 6 ; 3. segmentectomie 4. C. Exérèse au minimum d’un sous-segment hépatique. 1. Soussegmentectomie 8 antérieure ; 2. sous-segmentectomie 4 antérieure.

Hépatologie

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■ Références [1]

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D. Castaing, Professeur des Universités, praticien hospitalier ([email protected]). L.-A. Veilhan, Praticien attaché. Centre hépatobiliaire, Hôpital Paul Brousse, 12-14, avenue Paul-Vaillant-Couturier, 94804 Villejuif cedex, France. Toute référence à cet article doit porter la mention : Castaing D., Veilhan L.-A. Anatomie du foie et des voies biliaires. EMC (Elsevier Masson SAS, Paris), Hépatologie, 7-001-A-10, 2008.

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Hépatologie

Encyclopédie Médico-Chirurgicale 7-005-A-10

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Histophysiologie hépatique JF Blanc S Lepreux C Balabaud P Bioulac-Sage

Résumé. – À travers la phylogenèse et l’ontogenèse, on peut suivre l’adaptation morphologique du foie. Interposé entre le système digestif et le reste de l’organisme, le foie présente une organisation structurale de son parenchyme et de sa vascularisation parfaitement adaptée au métabolisme des aliments et des xénobiotiques, à la phagocytose et à l’endocytose de corps étrangers, et à la sécrétion biliaire. © 2002 Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : hépatocyte, histophysiologie du foie, histologie hépatique, sinusoïdes, cellules de Kupffer, espace de Disse, lobules hépatiques, canalicules biliaires.

Introduction Les grands principes de l’organisation qui gouvernent la structure et les fonctions du foie peuvent être schématisés ainsi : – la double vascularisation veineuse et artérielle (apports nutritifs, hormones, oxygénation etc) ; – la disposition en travées unicellulaires des hépatocytes le long des sinusoïdes : capillaires particuliers fenestrés, dépourvus de membrane basale (richesse et facilitation des échanges, hétérogénéité cellulaire) ; – la séparation du compartiment biliaire hépatocytaire de la circulation sanguine (cycle entérohépatique) ; – l’organisation hépatocytaire intracellulaire spécifique (expression exocrine et métabolique) ; – l’exposition des cellules de Kupffer et des cellules endothéliales sinusoïdales aux différentes particules étrangères et substances immunogènes (fonctions immunologiques) ; – la présence de matrice extracellulaire dans l’espace de Disse, entre les cellules sinusoïdales et les hépatocytes (régulation de l’homéostasie cellulaire, communications intercellulaires et cellules-matrice). Après la mise en place de la vascularisation et de l’innervation hépatique, nous envisagerons l’organisation histologique générale du foie, puis nous décrirons les différents éléments structuraux du lobule hépatique : les hépatocytes, les sinusoïdes et les cellules sinusoïdales, le système biliaire, la matrice extracellulaire, en insistant, pour chaque élément, sur les relations structure/fonction.

Jean-Frédéric Blanc : Chef de clinique-assistant. Charles Balabaud : Professeur d’hépato-gastro-entérologie. Service d’hépatologie-gastroentérologie, hôpital Saint-André, CHU Bordeaux, Gref-Inserm E9917, université Victor Segalen Bordeaux 2, 1, rue Jean-Burguet, 33075 Bordeaux cedex, France. Sébastien Lepreux : Assistant hospitalo-universitaire. Paulette Bioulac-Sage : Professeur d’anatomie pathologique. Service d’anatomie pathologique, hôpital Pellegrin, CHU Bordeaux, Gref-Inserm E9917, université Victor Segalen Bordeaux 2, place Amélie-Raba-Léon, 33076 Bordeaux cedex, France.

Vascularisation. Innervation VASCULARISATION SANGUINE

[9, 10]

¶ Disposition générale Le foie peut être considéré comme un carrefour vasculaire, formé par la confluence des courants porte (75 %) et artériel (25 %). Rappelons brièvement que l’artère hépatique est une branche du tronc cœliaque (sa disposition est susceptible de variations) et que la veine porte, formée par la réunion des veines splénique, mésentériques inférieure et supérieure, apporte au foie les produits de l’absorption intestinale. Ces deux vaisseaux (artère hépatique et veine porte) abordent le foie au sein du pédicule hépatique et forment, au niveau du hile, deux branches, droite et gauche, divisant le foie en deux lobes, puis en segments. Parallèles l’une à l’autre sur tout leur trajet, elles sont associées d’une part aux canaux biliaires, d’autre part à des structures lymphatiques et nerveuses. Elles cheminent dans des espaces portes, au sein d’un tissu conjonctif, émanation de la capsule de Glisson, contenant également des cellules mésenchymateuses (fibroblastes et myofibroblastes). La vascularisation artérielle intrahépatique, composée de deux réseaux distincts, est illustrée sur la figure 1. La vascularisation veineuse porte peut être divisée, en fonction de son mode de distribution, en portion conductrice et portion parenchymateuse. La portion conductrice est très variable dans sa longueur, son diamètre et le nombre de ses branches. La portion parenchymateuse se ramifie en branches de premier, deuxième et troisième ordre (les branches de deuxième ordre correspondent aux veines vues dans les espaces portes du lobule en microscopie optique ; les branches de troisième ordre correspondent aux branches septales [cf infra]). À cette arborisation terminale par divisions successives s’ajoute une autre arborisation terminale qui naît directement des troncs vasculaires. Les veines septales donnent naissance aux sinusoïdes, via une veinule d’apport. Le sang sinusoïdal se draine dans les veines sushépatiques terminales (veine centrolobulaire), puis les veines

Toute référence à cet article doit porter la mention : Blanc JF, Lepreux S, Balabaud C et Bioulac-Sage P. Histophysiologie hépatique. Encycl Méd Chir (Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS, Paris, tous droits réservés), Hépatologie, 7-005-A-10, 2002, 13 p.

Histophysiologie hépatique

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Hépatologie INNERVATION

Le foie reçoit une innervation à la fois ortho- et parasympathique. Cette innervation est constituée :

H 2

– de fibres efférentes sympathiques (fibres préganglionnaires splanchniques et postganglionnaires, après synapse dans le ganglion cœliaque) et parasympathiques (fibres préganglionnaires du vague) jouant un rôle dans le métabolisme de la cellule hépatique (glucidique surtout, peut-être lipidique), dans la régulation hémodynamique et la motricité biliaire ;

C S

APS

– de fibres afférentes végétatives qui interviendraient dans les phénomènes d’osmo- et chémoréception.

B

1 C

N

HMS

A

P

*

G

*

1

Représentation schématique de la vascularisation artérielle du foie. Cette vascularisation est de deux types. Celle située dans l’espace porte : l’artère (A) vascularise l’arbre biliaire (B), les nerfs (N), la paroi de la veine porte (P) ; le drainage veineux s’effectue via le système APS (hepatic arteries-derived portal system) dans la veine porte (1), dans l’espace porte ou dans la veinule d’entrée dans le sinusoïde. Celle située en dehors de l’espace porte (*) : l’artère vascularise la capsule de Glisson (G) qui se draine dans les lobules sous-capsulaires et les parois des veines de drainage incluant les veines centrolobulaires (C), sublobulaires (S) et sus-hépatiques (H). Ce système artériel courtcircuite le parenchyme hépatique (2). Le schéma illustre aussi la vascularisation du lobule par la branche terminale de la veine porte qui, via les veinules d’entrée, vascularise les sous-unités hépatiques microcirculatoires (HMS) (hepatic microcirculatory subunit).

sublobulaires et enfin les veines sus-hépatiques (au nombre de trois : droite, gauche et médiane) qui sont des affluents de la veine cave inférieure.

¶ Régulation de la microcirculation

[6, 20]

L’écoulement du sang veineux dans le système porte est à basse pression (2 à 4 mmHg). Le flux artériel et le flux sanguin porte varient en sens inverse. La perfusion du foie par la veine porte est probablement aidée par les pressions pariétales ambiantes (pression négative de la cavité pleurale, mouvements respiratoires, motilité gastro-intestinale, pression intra-abdominale). De plus, la paroi des veines portes, aussi bien dans le foie que dans la portion extrahépatique, présente dans la média des cellules musculaires lisses ayant vraisemblablement des propriétés de dépolarisation et de contraction spontanées (péristaltisme spontané) assurant un tonus actif. Celles-ci sont soumises à une innervation adrénergique dense et présentent une sensibilité à certains agents vasoactifs (endothéline-1…). Ceci est plus marqué encore pour le réseau veineux sus-hépatique. Dans le foie, des veines centrolobulaires aux veines sus-hépatiques, les parois vasculaires sont comparativement plus épaisses que dans le réseau veineux porte. Ces parois sont formées d’une trame conjonctive organisée, mêlée à de nombreuses cellules musculaires lisses, assurant un tonus et une résistance pariétale. CIRCULATION LYMPHATIQUE

[19]

Il existe trois secteurs anatomiques lymphatiques dans le foie : – le réseau lymphatique portal, représentant 80 % du transit lymphatique hépatique ; la lymphe naît à partir de l’espace de Disse entre les cellules endothéliales sinusoïdales et les hépatocytes, puis atteint l’espace de Mall au niveau des branches terminales de la veine porte et enfin gagne l’espace porte pour former les vaisseaux lymphatiques initiaux ; les lymphatiques descendent le long du système veineux porte via le hile hépatique ; – le réseau lymphatique pariétal, drainant la capsule et les ligaments accessoires vers le diaphragme et la paroi abdominale ; – le réseau lymphatique central, suivant le système veineux sus-hépatique. 2

[2, 3]

Au niveau du hile, les fibres nerveuses amyéliniques sont réparties en deux plexus, antérieur et postérieur, communiquant largement entre eux ; elles pénètrent dans le foie essentiellement autour de l’artère hépatique. Leur distribution intrahépatique est variable. Chez l’homme, les deux types de fibres nerveuses (ortho- et parasympathique) sont retrouvés dans le tissu conjonctif des espaces portes, en contact étroit avec l’artère hépatique, la veine porte et les canaux biliaires. Quelques fibres, uniquement orthosympathiques, pénètrent dans le lobule, formant un réseau autour des hépatocytes et dans la paroi sinusoïdale, s’étendant parfois jusqu’à la veine centrolobulaire. L’histochimie de fluorescence et l’immunohistochimie ont permis d’identifier, dans les fibres nerveuses intrahépatiques, différents types de substances aminergiques, cholinergiques et peptidergiques (neuropeptide Y, substance P, vasoactive intestinal polypeptide, calcitonine gene-related peptide, galanine…). Des terminaisons nerveuses contenant différents neuropeptides sont situées près des fibroblastes, des myofibroblastes, des cellules étoilées du foie et des cellules endothéliales vasculaires et sinusoïdales, suggérant la participation de ces neurotransmetteurs dans la régulation hémodynamique du flux sanguin, notamment sinusoïdal.

Organisation histologique : lobule hépatique [3, 9, 10, 27]

De façon schématique, le lobule hépatique est un polyèdre (pentagonal ou hexagonal). Sur les arêtes du lobule, courent les vaisseaux, artère hépatique et veine porte (deuxième ordre), et le canal biliaire (interlobulaire). L’ensemble constitue, avec le tissu conjonctif environnant, l’espace porte (terminal) avec sa triade. Chaque veine porte terminale donne à intervalles réguliers, de part et d’autre des faces latérales du polyèdre, les veines septales. Des veines septales et des branches de la veine porte partent, en direction du parenchyme, les veinules d’apport qui donnent naissance au réseau sinusoïdal. Les veines septales, dépourvues d’enveloppe conjonctive, ne sont pas visibles en microscopie optique. La biopsie hépatique doit être interprétée en fonction de cette organisation spatiale [7, 24]. Il faut imaginer le réseau sinusoïdal dans les trois dimensions de l’espace. À la zone portale et septale, en forme de faucille, dans laquelle les sinusoïdes sont interconnectés, fait suite une zone radiaire vers le centre du lobule. Les représentations du lobule, en deux ou trois dimensions, diffèrent selon qu’il s’agit d’une représentation simplifiée de la réalité (fig 2, 3, 4, 5) ou d’un schéma illustrant une idée (fig 6, 7). Ces représentations sont parfois, au moins en partie, erronées. Ainsi, l’artère hépatique ne vascularise pas directement les sinusoïdes ; il n’y a pas à proprement parler d’équivalent artériel à la veinule d’apport. Aujourd’hui, on individualise au sein du lobule classique (dit lobule secondaire) le lobule primaire (fig 2, 3, 7) (zone triangulaire de parenchyme comprise entre la base de la veine porte

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2 3

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8

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Lobule secondaire (limité par des pointillés). Un ensemble de flèches représente un lobule primaire. VP : veine porte ; V : veine sus-hépatique.

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3

Lobules primaires et secondaires. Les grandes flèches indiquent les branches portes septales prolongées par la zone septale (en pointillé). La zone en « faucille » (hachurée) représente les zones septale et portale. Un ensemble de petites flèches représente un lobule primaire.L’ensemble des lobules primaires constitue un lobule secondaire. P : espace porte ; V : veine sus-hépatique.

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Reconstruction d’un lobule de foie de porc. Une partie du lobule a été découpée pour voir les sinusoïdes, les canalicules biliaires et la veine centrolobulaire (d’après Braus). 1. Canal biliaire ; 2. branche de la veine porte ; 3. branche de l’artère hépatique ; 4. triade portale : artère, veines, canal biliaire ; 5. veines centrolobulaires ; 6. veine sublobulaire ; 7. septa interlobulaires ; 8. veine septale.

endocrine (veine d’apport, sinusoïdes, hépatocytes) et d’autre part l’élément exocrine (drainage biliaire via les canalicules, le canal de Hering et les ductules [cf infra]).

Éléments structuraux du lobule hépatique HÉPATOCYTES

4

Sinusoïdes dans la zone en « faucille » (F). Au-delà de cette zone, les sinusoïdes radiaires se dirigent vers la veine sus-hépatique (V). I, II, III : branches portes septales.

et ses deux branches septales, et au sommet la veine sus-hépatique [centrolobulaire ou terminale]) et la sous-unité microcirculatoire (fig 7). Cette sous-unité représenterait la plus petite unité fonctionnelle de parenchyme hépatique avec d’une part l’élément

[3, 15, 16, 21, 27]

Ce sont des cellules polyédriques de 20 µm de long sur 30 µm de large environ, représentant 80 % de la population cellulaire du foie humain. Elles comportent un noyau rond ou ovalaire central, parfois deux (environ 25 % des hépatocytes sont binucléés). Les mitoses sont rares dans le foie adulte normal (une pour 10 000 à 20 000 hépatocytes) et la durée de vie moyenne minimale d’un hépatocyte est de l’ordre de 150 jours. Les hépatocytes sont agencés en travées unicellulaires. Ils sont en contact avec les hépatocytes adjacents de la même travée par leurs membranes latérales, avec le canalicule biliaire par leur membrane canaliculaire, et avec l’espace de Disse par leur membrane sinusoïdale. L’intégrité des trois domaines très spécialisés de la membrane hépatocytaire nécessite la présence de la matrice extracellulaire et de l’environnement microcirculatoire. 3

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Veine porte terminale Veinule d'apport

Veine septale SUM

VCL Région midseptale Région périportale

Lobule primaire * A

Veine septale

Veinule d'apport

VCL

* B

6

Structure bidimensionnelle d’un lobule hépatique en microscopie électronique à balayage. bVP : branche de la veine porte ; bAH : branche de l’artère hépatique ; DB : ductule biliaire ; VSH : veinule sus-hépatique ; S : sinusoïde avec les fenestrations endothéliales ; E : cellule endothéliale ; K : cellule de Kupffer ; CEF : cellule étoilée du foie ; CB : canalicule biliaire.

¶ Les trois domaines de la membrane hépatocytaire (fig 8, 9, 10, 11) L’aspect ultrastructural de la membrane est identique à celui de toutes les membranes plasmiques. Cependant, l’équipement enzymatique, la nature biochimique et la réactivité immunologique de la membrane diffèrent d’un domaine à l’autre. La membrane sinusoïdale est très riche en microvillosités, ce qui augmente considérablement la surface d’échange avec le plasma (entrées et sorties) ; de plus, de très nombreuses vésicules de pinocytose sont la preuve d’une intense activité fonctionnelle. La membrane latérale est parallèle à celle de l’hépatocyte adjacent ; à son niveau, on note quatre types de jonctions intercellulaires : – le desmosome (ou macula adherens), qui est une zone arrondie, servant d’ancrage aux filaments intermédiaires du cytosquelette de l’hépatocyte, renforçant l’adhésion entre les cellules ; – le nexus (ou gap junction, ou macula communicans), qui autorise une communication étroite entre les cellules et notamment des échanges électriques, électrolytiques et de protéines de bas poids moléculaire, par l’intermédiaire d’une structure protéique appelée « connexon » ; – la tight junction (ou zonula occludens), péribilaire (cf infra) ; – les interdigitations, au niveau desquelles l’espace intercellulaire contient la liver cellular adhesion molecule qui renforce l’adhésion entre les cellules tout en permettant le passage d’eau et d’électrolytes. La membrane canaliculaire est également très riche en microvillosités (cf infra).

¶ Cytosquelette Il est constitué de trois types de structure (fig 12) : les microfilaments (actine), les microtubules (tubuline polymérisée) et les filaments intermédiaires (cytokératines). 4

7 Lobule hépatique (A) et sous-unité microcirculatoire (B) selon Ekataksin et Wake. Vue en deux dimensions du lobule pentagonal (avec la permission de Ekataksin, schéma modifié). A. Les veines portes (dans les espaces portes) donnent naissance aux veines septales. Ces dernières cheminent perpendiculairement à la veine porte dans les septa entre les pentagones. Chaque septum reçoit les veines en provenance des deux veines portes d’angle. Les veines septales et les veines portes donnent naissance aux veinules d’apport. La région midseptale correspond à la jonction de deux sousunités microcirculatoires (SUM) alimentées par deux veines septales en vis-à-vis. VCL : veine centrolobulaire. B. Le lobule est divisé en SUM de forme conique dont la base est à la périphérie du lobule et la pointe en zone centrolobulaire. Chaque sous-unité est alimentée par une seule veinule d’apport qui se divise en de nombreux sinusoïdes, très interconnectés dans la zone portale, plus rectilignes dans la zone centrolobulaire avec perte des anastomoses dans la région centrale (tête de flèche). Les filaments intermédiaires et les microtubules sont répartis dans tout le cytoplasme, en périphérie de la cellule et autour du noyau, alors que les microfilaments sont situés surtout à la périphérie, où ils sont reliés aux structures membranaires. Les filaments intermédiaires sont connectés entre eux, avec les microtubules, les microfilaments, et ont aussi des liens étroits avec le noyau et les ribosomes. Ce cytosquelette a un rôle de charpente, certainement un rôle fonctionnel dans le transport des substances et un rôle dynamique au niveau des canalicules biliaires.

¶ Organelles De nombreuses organelles témoignent des multiples fonctions des hépatocytes. Leur volume et leur surface sont précisés sur la figure 13. – Les mitochondries, très nombreuses (environ 800 par hépatocyte), sont réparties dans tout le cytoplasme ; leurs nombre, taille, forme et propriétés enzymatiques varient selon la zone du lobule. Elles présentent des granules contenant du calcium et du magnésium, dont le nombre et la densité aux électrons varient en fonction de l’activité cellulaire. Elles participent à la phosphorylation oxydative et à l’oxydation des acides gras. – Le réticulum endoplasmique comporte deux types de structures : le réticulum endoplasmique granuleux (REG) et le réticulum endoplasmique lisse (REL), dont l’agencement varie d’une cellule à l’autre et en fonction des conditions physiologiques ou pathologiques. – L’ergatoplasme ou REG est formé de sacs aplatis ou citernes, disposés par groupes de trois à dix, distribués dans tout l’hépatocyte. Les citernes communiquent avec l’enveloppe nucléaire et avec les tubules du REL. Les profils de REG entourent

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des éléments lysosomiaux. Les extrémités renflées des citernes et des vésicules contiennent souvent des particules denses correspondant à des very low density lipoproteins (VLDL), riches en triglycérides et jouant un rôle important dans le transport des lipides vers le plasma. Certaines de ces vésicules ont une activité phosphatasique acide positive, suggérant un rôle catabolique. L’appareil de Golgi est impliqué dans la production des glycoprotéines et l’adjonction du composant carbohydrate aux lipoprotéines. – Les lysosomes sont nombreux, essentiellement situés près des canalicules biliaires et de l’appareil de Golgi. Leur nombre et leur aspect sont très variables : entouré d’une membrane simple, leur contenu peut être dense, hétérogène ou granuleux ; on peut y voir des pigments, des débris d’organelles ou des inclusions. Ils ont une activité phosphatasique acide et au moins 30 enzymes hydrolytiques y ont été identifiées. Ils catabolisent les corps étrangers, les organelles vieillies et participent au stockage du fer. – Les peroxysomes sont des particules de taille variable, limitées par une membrane simple entourant une matrice granuleuse (où l’on trouve les catalases) et parfois un centre plus dense, de structure souvent cristalline (qui contiendrait l’uricase). Chaque hépatocyte en contient environ 200 (un pour quatre mitochondries). Les peroxysomes interviennent vraisemblablement dans le devenir du peroxyde d’hydrogène, le métabolisme des purines, des lipides, des alcools et la gluconéogenèse. Ils sont spécialisés dans la bêtaoxydation des acides gras à longue chaîne. SINUSOÏDES ET CELLULES SINUSOÏDALES

[3, 29]

Les sinusoïdes diffèrent des capillaires habituels : ils sont fenestrés et ne sont pas entourés de membrane basale ; ils sont aussi plus larges et de calibre irrégulier. Tortueux en zone périportale, ils sont plus rectilignes avec un diamètre plus large (de 30 à 40 %) en zone centrolobulaire.

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Représentation schématique du parenchyme hépatique-hépatocyte et sinusoïde. H : hépatocyte (ms : membrane sinusoïdale ; ml : membrane latérale ; mc : membrane canaliculaire ; mv : microvillosités) ; K : cellule de Kupffer ; CEF : cellule étoilée du foie ; E : cellule endothéliale sinusoïdale ; LAF : lymphocyte associé du foie ; ED : espace de Disse (contient la matrice extracellulaire avec les collagènes, les glycoprotéines de structure et les protéoglycanes) ; R : récessus de l’espace de Disse ; S : sinusoïde ; 1. réticulum endoplasmique granuleux (REG) ; 2. réticulum endoplasmique lisse ; 3. mitochondries ; 4. appareil de Golgi ; 5. lysosomes ; 6. peroxysomes ; 7. glycogène ; 8. vésicules de pinocytose ; 9. desmosome ; 10. lipides (contenant de la vitamine A) ; 11. filaments dans la CEF ; 12. prolongements de la CEF ; 13. fenestrations endothéliales ; 14. jonctions serrées péricanaliculaires ; 15. gap junctions ; 16. collagène dans l’espace de Disse.

fréquemment les mitochondries. Les ribosomes peuvent également être libres ou en amas de trois à dix, formant les polyribosomes. Le REG a des fonctions importantes dans la synthèse de l’albumine, du fibrinogène et des autres protéines de l’inflammation, de la coagulation etc. – Le REL est constitué de citernes sans ribosomes et de vésicules. Ce système communique fréquemment avec le REG et l’appareil de Golgi, mais jamais avec la membrane nucléaire. Il est associé à des dépôts de glycogène. Il intervient dans la conjugaison de la bilirubine, l’estérification des acides gras, la glycogénolyse, la désiodation de la thyroxine, la synthèse du cholestérol et des acides biliaires. Il est le siège principal du système microsomal oxydatif qui intervient dans le métabolisme des lipides, des substances liposolubles (médicaments et xénobiotiques) et des stéroïdes. L’induction de ce système par certains médicaments (par exemple le phénobarbital), l’alcool, le tabac, etc, entraîne une hypertrophie considérable du REL, et par là un métabolisme plus rapide de la substance intéressée, mais aussi de toutes les autres (induction enzymatique par stimulation des cytochromes P450). – L’appareil de Golgi est composé de trois à cinq citernes parallèles de REL associées à des vésicules plus ou moins larges et parfois à

Leur paroi est constituée de quatre types de cellules : cellules endothéliales sinusoïdales (CES), cellules de Kupffer, cellules étoilées du foie (CEF) et lymphocytes associés du foie (fig 8, 10, 11, 14). Ces cellules sinusoïdales occupent seulement 6 % du tissu hépatique, mais elles représentent plus du quart des membranes plasmiques totales. Ceci est essentiellement en rapport avec les longs prolongements des CES et des CEF et, à moindre degré, avec les microvillosités des cellules de Kupffer. Cette particularité morphologique est corrélée à un rôle fonctionnel majeur de ces cellules. Les données morphométriques sont présentées dans la figure 13. Les sinusoïdes sont séparés des hépatocytes et plus particulièrement de leur membrane sinusoïdale par l’espace de Disse, contenant quelques fibres et faisceaux de collagène et autres composants matriciels. La microscopie électronique (transmission, balayage), les techniques de fixation-perfusion, d’immunohistochimie ont permis de préciser les caractéristiques structurales de ces cellules ; les techniques d’isolement, de culture et de biologie cellulaire et moléculaire ont fait avancer les connaissances sur leur rôle fonctionnel, permettant de mieux appréhender la physiologie du sinusoïde.

¶ Cellules sinusoïdales Cellules endothéliales sinusoïdales [1, 3, 29] Les CES forment la bordure continue mais fenestrée des sinusoïdes hépatiques. Les fenestrations regroupées en tamis (sieve plates) ont un diamètre de 105 à 110 nm et occupent 6 à 8 % de la surface endothéliale, favorisant ainsi les échanges entre la lumière sinusoïdale et les hépatocytes. Leur diamètre et leur nombre sont variables et peuvent être modulés par divers agents chimiques (nicotine, cytochalasine B…), par la composition de la matrice extracellulaire sous-jacente ou par la pression de perfusion. Ces 5

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Hépatologie

9 Hépatocytes (H) limités par leur membrane sinusoïdale avec ses microvillosités (flèche courbe), leur membrane latérale (tête de flèche) et leur membrane canaliculaire (flèche oblique) et contenant, à côté des organelles habituelles, des lipofuscines (lf). S : sinusoïdes limités par leur endothélium fenestré (flèche fine) (micrographie de microscopie électronique à transmission de biopsie hépatique de foie humain fixé par perfusion, × 4 750).

10

Sinusoïde (S) entouré de plusieurs hépatocytes (H). La cellule de Kupffer (K) contenant de nombreux lysosomes bombe dans la lumière et participe par endroits (étoile) à la formation de la barrière sinusoïdale. Celle-ci est formée par l’endothélium (E) fenestré (petite flèche) doublé par des prolongements (astérisque) de la cellule étoilée du foie (CEF). L’espace de Disse (ED) entre l’endothélium et la membrane sinusoïdale de l’hépatocyte (flèche courbe) contient quelques faisceaux de collagène (Co) et se prolonge par des recessi (R), entre deux hépatocytes limités par leurs membranes latérales (tête de flèche) ; CB : canalicule biliaire (micrographie de microscopie électronique à transmission de biopsie hépatique de foie humain fixé par perfusion, × 4 750).

variations modulent le passage de molécules volumineuses telles que les lipoprotéines. La porosité de la barrière endothéliale diffère entre la région périportale et la région centrolobulaire (fenêtres plus petites mais plus nombreuses en zone périportale). La défenestration des cellules endothéliales, accompagnée du dépôt d’une membrane basale continue (capillarisation du sinusoïde), se voit lors du développement de la fibrose hépatique, quelle qu’en soit la cause (agents toxiques comme l’éthanol notamment). 6

• Identification La distinction des cellules endothéliales des autres cellules sinusoïdales repose essentiellement sur des données d’ultrastructure et d’immunohistochimie (fig 8, 10, 11, 14). Les cellules endothéliales sont des cellules aplaties dont seul le noyau bombe dans la lumière sinusoïdale. Leur cytoplasme est divisé en deux parties :

Hépatologie

Histophysiologie hépatique

7-005-A-10

Parenchyme hépatique 100

90

80

Espace extrahépatocytaire (1 + 2 + 3) 20,4 Canalicules 0,4

Hépatocyte 100 % Cytoplasme

Noyau

7,3

70

Granuleux

12,1

13

60

RE lisse

7,2

7,7

Mitochondries

17,6

19

50

100 %

Lysosomes Graisses Peroxysomes

40

30

20

Cytosol

50,9

54,9

10

11

Le corps cellulaire de la cellule étoilée du foie (CEF) contient une vacuole lipidique, du réticulum endoplasmique granuleux, des vésicules de pinocytose (flèche fine) le long de la membrane plasmique. Des prolongements (astérisque) de la CEF s’interposent entre l’endothélium (petite flèche) et le corps cellulaire. Une petite terminaison nerveuse (N) est en contact avec la CEF. Des fragments de matériel basal-like (flèche blanche) et quelques faisceaux de collagène (Co) sont identifiés dans l’espace de Disse limité par la membrane sinusoïdale de l’hépatocyte (flèche courbe) (micrographie de microscopie électronique à transmission de biopsie hépatique de foie humain fixé par perfusion, × 4 200).

0

13

Données morphométriques. Densités volumiques (exprimées en pourcentage) des différents compartiments cellulaire et extracellulaire rapportées au parenchyme hépatique (colonne de gauche), à l’hépatocyte moyen (colonne du milieu) et au cytoplasme hépatocytaire (colonne de droite). Dans le cytoplasme, la densité volumique des lysosomes, des graisses et des peroxysomes représente respectivement 2 %, 2,1 % et 1,3 %. 1. Cellules sinusoïdales (6,3 % du parenchyme hépatique avec 2,1 % pour les cellules de Kupffer, 2,8 % pour les cellules endothéliales sinusoïdales et 1,4 % pour les cellules étoilées du foie) ; les cellules sinusoïdales représentent 26,5 % des membranes plasmiques du parenchyme ; 2. lumière sinusoïdale (9,7 % du parenchyme hépatique) ; 3. espace de Disse (4,4 % du parenchyme hépatique). RE : réticulum endoplasmique.

liposaccharide-binding-protein, les récepteurs II et III du fragment Fc des immunoglobulines G ; elles expriment également un répertoire limité d’intégrines et de molécules intervenant dans l’adhésion des leucocytes à l’endothélium (P-sélectine, E-sélectine, VCAM-1 [vascular cell adhesion molecule]) ; elles n’expriment pas les molécules d’adhésion intercellulaire PECAM-1 [platelet endothelial cell adhesion molecule] et CD 34. De plus, il existe une hétérogénéité zonale d’expression de ces marqueurs dans le lobule hépatique, en faveur de l’existence de sous-populations de CES.

• Propriétés physiologiques

12

Schéma du cytosquelette de l’hépatocyte. F : microfilaments ; flèches courtes : filaments intermédiaires ; flèches longues : microtubules ; CB : canalicule biliaire ; N : noyau ; G : Golgi ; C : centriole ; R : réticulum endoplasmique granuleux ; M : mitochondries ; V : vésicules.

– le corps cellulaire, épais et non fenestré, contenant le noyau, les mitochondries, des vésicules de pinocytose et un REG en faible quantité ; – de fins et longs prolongements fenestrés. Les marqueurs immunohistochimiques habituels des cellules endothéliales vasculaires (facteur von Willebrand, CD 31, CD 34, Ulex, BNH9…) sont négatifs au niveau des CES dans le foie humain normal, mais ils peuvent être détectés en situation pathologique lors du processus de capillarisation. Par ailleurs, les CES expriment les récepteurs CD 4, CD 13, CD 14, CD 16, le récepteur pour la

Les propriétés d’endocytose sont reflétées par la présence de nombreuses vésicules d’endocytose dans le cytoplasme des CES. Ces cellules jouent un rôle important de scavenger pour différentes macromolécules, souvent par le biais d’une endocytose médiée par récepteur. Les CES interviennent dans la synthèse de matrice extracellulaire (production de collagène IV, fibronectine et collagène III), dans la production de médiateurs de l’inflammation (interleukines 1 et 6, eicosanoïdes dont les prostacyclines et la prostaglandine E2) et de vasorégulateurs tels que le monoxyde d’azote (NO), grâce à la présence d’une NO-synthase dont la fonction est altérée dans le foie fibreux, ce qui pourrait contribuer à l’hypertension portale.

• Interactions cellulaires Interaction avec les cellules sanguines lors de l’inflammation : le recrutement de leucocytes lors de phénomènes inflammatoires comporte une phase d’adhésion aux cellules endothéliales, puis une phase d’extravasation. Les CES participent à ce phénomène en 7

7-005-A-10

Histophysiologie hépatique

Hépatologie

et de cellules tumorales. Elles participent aussi à la réponse inflammatoire par la synthèse de cytokines, d’eicosanoïdes et de dérivés réactifs de l’oxygène. Il existe vraisemblablement différentes populations de cellules de Kupffer : celles de la région périportale, plus grosses, sont plus actives dans les processus de la phagocytose et celles de la région centrolobulaire, plus petites, interviendraient plus dans la production de cytokines et les processus de cytotoxicité. – Endocytose : les cellules de Kupffer sont les premiers macrophages entrant en contact avec les substances étrangères potentiellement nocives provenant du tube digestif. Leur fonction de phagocytose s’exerce sur les virus, les bactéries, les protozoaires et leurs constituants. Ces cellules jouent un rôle primordial dans l’immunité, en présentant les antigènes aux lymphocytes. – Sécrétion de cytokines : le tumor necrosis factor (TNF) a, les interleukines 1 et 6, l’interféron a et d sont produits par les cellules de Kupffer, qui interviennent ainsi dans les processus inflammatoires. Par la production de transforming growth factor (TGF) b, elles participent au développement de la fibrose hépatique. – Sécrétion d’eicosanoïdes et de dérivés réactifs de l’oxygène : après stimulation par un corps étranger, les cellules de Kupffer produisent des dérivés réactifs de l’oxygène (ion superoxyde), diverses prostaglandines et du thromboxane.

14

Biopsie de foie humain. Microscopie électronique à balayage. La cellule de Kupffer (K) hérissée de nombreux filipodes (flèche) bombe dans la lumière du sinusoïde dont le fond est tapissé par l’endothélium (E) fenestré. Sous l’endothélium, on voit une portion de cellule étoilée du foie (CEF) en contact avec les microvillosités de l’hépatocyte (H) (× 7 500) (cliché fourni par le docteur JL Gendrault, Strasbourg).

sécrétant des cytokines activant les leucocytes, et en exprimant des protéines membranaires favorisant l’adhésion des cellules circulantes, parmi lesquelles CD 2, neural cell adhesion molecule, VCAM-1, ICAM-1, ICAM-2 et ICAM-3 (intercellular adhesion molecule). Interaction avec les cellules tumorales : la fréquence des métastases tumorales dans le foie pourrait être favorisée par l’expression, par les CES, de molécules d’adhésion reconnues par les cellules tumorales telles que VCAM-1 ou la E-sélectine. Cellules de Kupffer [1, 3, 22, 29] Ce sont des cellules macrophagiques mobiles, attachées à la cellule endothéliale ou participant parfois, en partie, à la formation de la barrière sinusoïdale. Elles représentent de 80 à 90 % de la population macrophagique fixe de l’organisme. En microscopie électronique, leur surface est irrégulière, avec de nombreux prolongements cytoplasmiques recouverts d’une couche feutrée (fuzzy coat), que l’on peut retrouver invaginés dans le cytoplasme (fig 8, 10, 14). Leur cytoplasme contient de nombreux lysosomes et phagosomes, un réticulum endoplasmique développé, un appareil de Golgi complexe et des vésicules de sécrétion. Les cellules de Kupffer ont une demivie longue et leur nombre augmente au cours des phénomènes inflammatoires. Il semble qu’elles soient capables de se multiplier sur place dans le foie. Cependant, dans certaines conditions, elles pourraient être recrutées à partir de progéniteurs médullaires.

• Marqueurs immunohistochimiques Les cellules de Kupffer chez le rat sont identifiées à l’aide des anticorps monoclonaux ED1 et ED2 ; des études in vivo et in vitro ont permis de caractériser deux sous-populations : une population ED1+ et ED2+, de grande taille, et une population ED1+ et ED2-, de petite taille. Dans le foie humain, elles sont facilement mises en évidence, comme tous les macrophages, sur coupe tissulaire, par l’anticorps anti-CD 68 (KP1).

• Principales fonctions Les cellules de Kupffer interviennent dans les fonctions immunitaires par leur propriété de phagocytose d’agents infectieux 8

– Interaction des cellules de Kupffer avec les cellules tumorales : les cellules de Kupffer auraient une action tumoricide in vitro sur des cellules d’adénocarcinome colique. In vivo, chez le rat, le traitement par des inhibiteurs des fonctions des cellules de Kupffer (gadolinium) favorise la croissance tumorale de métastases, alors que les stimulateurs de leur activité réduisent la croissance des tumeurs. Ces cellules renforcent donc l’activité antitumorale. Cellules étoilées du foie [3, 5, 11, 12, 14, 18, 23, 29] Initialement découvertes par von Kupffer en 1876, ces cellules ont été définitivement décrites par Ito en 1968 (cellules de Ito). Situées dans l’espace de Disse (cellules périsinusoïdales), elles ont un rôle dans le stockage des graisses et de la vitamine A (lipocytes, fatstoring cell), dans la synthèse de la matrice extracellulaire et dans la régulation du flux sanguin sinusoïdal (péricytes). Ces variations dans la nomenclature prêtent à confusion et actuellement l’unanimité se fait autour de la dénomination « cellule étoilée du foie » (hepatic stellate cell), terme descriptif ne préjugeant pas des propriétés de ces cellules.

• Morphologie et identification des cellules étoilées du foie Les CEF (cinq CEF pour 100 hépatocytes) sont situées sous la barrière endothéliale. Elles sont caractérisées par l’existence de longs et fins prolongements cytoplasmiques assurant une fonction de soutien et de communication entre cellules épithéliales (hépatocytes) et mésenchymateuses (cellules sinusoïdales). Si la technique d’identification de référence reste la microscopie électronique, il est également possible de mettre les CEF en évidence sur des coupes semi-fines par leur situation sous-endothéliale et leur contenu en lipides. Leur identification en microscopie optique dans le foie humain normal est difficile : mise en évidence de la vitamine A (coloration à l’or, autofluorescence). Les CEF se modifient après activation : elles perdent leur contenu lipidique et prennent un phénotype myofibroblastique, caractérisé notamment par la néoexpression de l’isoforme de type musculaire lisse de l’a-actine. D’autres marqueurs ont été proposés, mais sont encore controversés, comme la glial fibrillary acidic protein et la NCAM exprimées par les CEF activées, ou l’épimorphine, qui pourrait intervenir dans le processus de régénération hépatique.

• Principales fonctions – Rôle dans le métabolisme de la vitamine A : les CEF sont le site majeur de stockage de la vitamine A dans l’organisme. Elles sont capables d’internaliser le complexe retinol-retinol binding protein par

Histophysiologie hépatique

Hépatologie

7-005-A-10

Tableau I. – Expression des composants matriciels par les cellules hépatiques. Composants matriciels

CEF quiescentes

CEF activées

Hépatocytes

Cellules endothéliales

Cellules biliaires

Collagènes type I type III type IV type VI

0 + + +

+++ ++ + ++

+ + 0 0

+ + + 0

0 0 + 0

Glycoprotéines Fibronectine Laminine Unduline Ténascine SPARC

+ + + + +

++ + + + ++

++ + 0 0 0

+ + + + 0

0 + 0 0 0

Protéoglycanes Syndecan Glycipan Héparan sulfate

+

++

+

+

+

+ + +

++ ++ ++

+

+ + +

CEF : cellule étoilée du foie ; SPARC : ostéomectine.

Tableau II. – Expression des protéases et de leurs inhibiteurs. Nom

Substrats

CEF quiescentes

CEF activées

Autre source cellulaire

Collagénase interstitielle (MMP-1)

Collagènes I, III, X, ténascine

+

0

Cellules de Kupffer (?)

Gélatinase A (MMP-2)

Collagènes IV, V, fibronectine, élastine, vitronectine, laminine, protéoglycanes

±

++

Cellules de Kupffer ±

Gélatinase B (MMP-9)

Collagènes IV, V, élastine, vitronectine, protéoglycanes

0

±

Cellules de Kupffer +

Stromélysine 1 (MMP-3)

Collagènes IV, V, vitronectine, protéoglycanes, fibronectine, laminine, ténascine, élastine

0

+

MT1-MMP (MMP-14)

Progélatinase A, collagène I, III, protéoglycanes, vitronectine, laminine, fibronectine

±

+

TIMP-1

Inhibe toutes les MMP. Liaison à la proMMP-9

±

+

TIMP-2

Inhibe toutes les MMP. Liaison à la proMMP-2

0

++

Hépatocytes (?)

CEF : cellule étoilée du foie ; MMP : matrix metalloproteinase ; TIMP : tissue inhibitors of metalloproteinases.

un mécanisme d’endocytose médiée par un récepteur. Le rétinol peut être libéré par les CEF et capté par les hépatocytes avant d’être remis en circulation. Au cours de leur activation, les CEF sont déplétées en vitamine A par un mécanisme encore inconnu. – Rôle dans la vasomotricité : les CEF contribuent au contrôle du tonus vasomoteur, par leur localisation et leur capacité contractile en réponse à divers agents (thromboxane A2, prostaglandine F2, substance P, endothéline-1). L’endothéline-1 est surexprimée dans les foies fibreux où elle est produite essentiellement par les CEF, qui augmentent ainsi de façon autocrine leur contraction et pourraient participer à la constitution de l’hypertension portale. Les CEF synthétisent cependant aussi du NO, vasodilatateur, à demi-vie courte (de 5 à 30 secondes). La synthèse de vasodilatateurs et de vasoconstricteurs laisse supposer que les CEF sont capables de réguler précisément la vasomotricité sinusoïdale. – Rôle dans le dépôt de matrice extracellulaire : les CEF jouent un rôle central dans le dépôt matriciel, en sécrétant les composants et en modulant la dégradation de la matrice. À l’état quiescent, ces cellules sont impliquées dans la synthèse de la matrice normale ; sous leur forme activée, elles modifient leur synthèse de protéines et participent activement à la constitution de la fibrose. – Synthèse des composants matriciels. Les CEF quiescentes synthétisent les constituants normaux de la matrice extracellulaire périsinusoïdale (tableaux I, II). Après activation, elles modifient leur répertoire de synthèse et expriment en grande quantité les collagènes fibrillaires de type I et III, ainsi que le collagène de type VI, la production de collagène de type IV et de laminine

restant stable, voire diminuée. Outre les collagènes fibrillaires, les CEF activées augmentent leur synthèse de la plupart des autres composants matriciels. – Intervention dans la dégradation matricielle. La dégradation matricielle est la résultante d’un équilibre complexe entre l’expression des enzymes dégradant la matrice (matrix metalloproteinases [MMP]) et de leurs inhibiteurs (tissue inhibitors of metalloproteinases [TIMP]). À la phase initiale d’une lésion hépatique, la surexpression de métalloprotéases (MMP-1, MMP-2) par les CEF permet la dégradation de la matrice sinusoïdale normale, avec pour conséquence une rupture des interactions cellule-matrice normales, préalable nécessaire à la constitution d’une fibrose hépatique. À un stade plus avancé de fibrose, la dégradation de la matrice est inhibée par la production de TIMP-1 et TIMP-2, alors que la production de MMP par les CEF diminue (tableau II). – Recrutement, prolifération et activation des cellules étoilées du foie au cours des processus de fibrose. Ces phénomènes ont été particulièrement bien étudiés dans les modèles expérimentaux tels que l’administration de tétrachlorure de carbone chez le rat. Les foyers d’inflammation sont infiltrés par les cellules de Kupffer, les macrophages et les plaquettes. Ces cellules synthétisent des facteurs solubles conduisant au recrutement des CEF, à leur prolifération (platelet derived growth factor [PDGF], endothéline-1) et à leur transformation en myofibroblastes synthétisant par le biais de cytokines (TGFb, TNFa) des protéines matricielles en excès. Le stress oxydatif dans les foyers inflammatoires stimule aussi la prolifération et l’activation des CEF par le biais de radicaux libres. Les CEF 9

Histophysiologie hépatique

7-005-A-10

activées expriment le système apoptotique majeur Fas/Fas-ligand. Les CEF activées qui interviennent dans la réparation des lésions hépatiques pourraient ainsi entrer en apoptose dès la fin du processus de cicatrisation. Un déséquilibre entre recrutement des CEF et apoptose pourrait intervenir dans la fibrogenèse hépatique.

2

¶ Physiologie du sinusoïde

[20]

Le sinusoïde (dont le diamètre moyen est de 4 µm dans la zone portale, de 5 à 6 µm dans la zone centrolobulaire) est le lieu d’échange entre le sang circulant et les hépatocytes. Ces échanges dépendent en grande partie de la taille et du nombre des fenestrations endothéliales, dont la surface représente de 6 à 8 % de la surface endothéliale. Les microvillosités de la membrane sinusoïdale des hépatocytes augmentent considérablement les échanges (par un facteur de 100). Le transport à travers les fenêtres serait un transport actif. En effet, les éléments circulants du sang, en fonction de leur taille et de leur possibilité à se déformer dans les sinusoïdes, vont être responsables : – d’une filtration forcée (c’est le fait des globules rouges, déformables qui, en déprimant la paroi sinusoïdale, facilitent le passage des molécules vers l’espace de Disse) ; – d’un « massage endothélial » (c’est le fait des globules blancs, peu déformables : reflux de l’espace de Disse vers la lumière sinusoïdale en aval et aspiration, en sens inverse, en amont). Les éléments figurés du sang sont plus gros que les sinusoïdes de la zone périportale. Par ailleurs, dans cette zone, les sinusoïdes sont tortueux et la circulation y est irrégulière ; cette anatomie particulière faciliterait les échanges. Dans la zone centrolobulaire, les sinusoïdes sont plus larges et plus rectilignes, mais les échanges seraient favorisés par la plus grande taille des fenêtres.

3

1 5

Lymphocytes associés du foie (LAF) [3, 29, 30] Ce sont des cellules d’origine circulante, en contact dans la lumière du sinusoïde, via des molécules d’adhésion, avec les CES et/ou avec les cellules de Kupffer. Par rapport aux lymphocytes du sang périphérique, les LAF présentent un rapport CD 4/CD 8 plus bas et un pourcentage très élevé de cellules natural killers (CD 56+) (30 %). En microscopie électronique, parmi les LAF on distingue les grands lymphocytes granulaires et d’autres cellules contenant des granules qui pourraient être des cellules CD 8 + cytotoxiques. La reconnaissance des granules a entraîné la dénomination, encore utilisée, de cellules à granules (pit cells). Les LAF ont une très forte activité cytotoxique et jouent probablement un rôle important dans la défense antitumorale et antivirale.

Hépatologie

4

15

Schéma du canal de Hering (modifié d’après [24]). 1. Canal biliaire interlobulaire dans l’espace porte ; 2. ductule biliaire : conduit situé entre le canal biliaire interlobulaire et le canal de Hering ; 3. canal de Hering : conduit formé des cholangiocytes d’une part et des cellules hépatocytaires d’autre part (non représentées). Ce canal est un collecteur de la bile hépatocytaire drainée par les canalicules (4). Il est situé à la périphérie des espaces portes (5) et s’enfonce dans le parenchyme lobulaire périportal.

Ces microfilaments sont constitués d’actine, identique à celle des cellules musculaires, expliquant les propriétés contractiles des canalicules, et jouant certainement un rôle dans la sécrétion biliaire. Plusieurs activités enzymatiques peuvent être mises en évidence (adénosine triphosphatase [ATPase], phosphatase alcaline), dessinant sur des préparations histochimiques le réseau canaliculaire. L’activité ATPasique suggère que la sécrétion biliaire requiert un processus énergétique. La bile s’écoule dans les canalicules vers les espaces portes terminaux, à la périphérie desquels elle traverse une structure intermédiaire : le canal de Hering (canalicular-ductular junction). CANAL DE HERING

[24]

Sa paroi est constituée, d’une part par des hépatocytes, et d’autre part par des cellules biliaires fusiformes, entourées d’une membrane basale (fig 15). Ces cellules biliaires du canal de Hering sont des cellules particulières, ayant des caractéristiques de cellules progénitrices ou cellules souches pluripotentes du foie, capables de se différencier et de proliférer soit en hépatocytes, soit en cellules biliaires. Le canal de Hering pourrait être le premier site lésionnel dans divers processus pathologiques. Les canaux de Hering sont colocalisés avec les veinules d’apport ; ils s’ouvrent dans les ductules ou cholangioles. DUCTULES

Ils ont un diamètre inférieur à 15 µm et sont bordés d’une couche de deux à quatre cellules biliaires, cuboïdes, reposant sur une membrane basale et présentant des microvillosités et parfois des cils à leur pôle luminal. Les ductules sont entourés de fibres de collagène. CANAUX BILIAIRES INTERLOBULAIRES

Système biliaire

[8]

CANALICULES BILIAIRES

Ils constituent la plus petite unité de l’arbre biliaire, le premier segment excréteur de la bile sécrétée par les hépatocytes. Leur diamètre, de 0,5 à 1,5 µm, augmente de la zone centrolobulaire à la zone périportale du lobule. Ils sont situés entre les parois latérales de deux ou plus rarement plusieurs hépatocytes et présentent des microvillosités membranaires faisant saillie dans leur lumière ; ils n’ont pas de paroi propre. Cette zone, appelée membrane canaliculaire ou pôle biliaire de l’hépatocyte, délimite l’espace canaliculaire. Les tight junctions (ou zonula occludens) limitent les canalicules ; les techniques de cryofracture ont montré qu’elles sont constituées de plusieurs rangées de membranes adjacentes fusionnées. Cette jonction est perméable à l’eau et aux petites molécules. Le cytoplasme hépatocytaire péricanaliculaire est densifié par des microfilaments qui pénètrent dans les microvillosités et s’insèrent sur les desmosomes des membranes latérales, près du canalicule. 10

Les ductules se drainent dans les canaux biliaires interlobulaires des espaces portes. Leur diamètre, inférieur à 100 µm, augmente avec la taille de l’espace porte (de 15 à 20 µm pour les plus petits) ; ce diamètre est voisin de celui de l’artériole qui l’accompagne. Leur paroi est constituée d’une couche de cellules épithéliales étroitement accolées les unes aux autres par des desmosomes. Ils sont entourés d’une membrane basale et leur paroi est renforcée par un tissu fibreux contenant des fibres élastiques. Les canaux biliaires septaux sont formés par la confluence des canaux biliaires interlobulaires ; leur diamètre est supérieur à 100 µm et leur revêtement devient cylindrique. Les canaux segmentaires ont un diamètre compris entre 400 et 800 µm ; ils sont entourés d’un tissu fibreux élastique et leur confluence donne les canaux hépatiques droit et gauche. Les ductules et les canaux biliaires représentent un réseau de plus de 2 km de long dans le foie adulte. En dehors de son rôle de voie excrétrice, l’arbre biliaire a d’importantes fonctions de sécrétion et d’absorption. Les cellules biliaires jouent un rôle dans la composition de la bile en modifiant le contenu en eau et en bicarbonates. Elles sont

Histophysiologie hépatique

Hépatologie

perméables à certains solutés hydrophiles, et il a été récemment proposé l’existence d’un shunt biliohépatique pour des sels biliaires mono- et déhydroxylés. Par ailleurs, des protéines passent de la circulation sanguine ou lymphatique dans la bile à travers l’épithélium biliaire. Cette circulation de la bile vers le sang ou du sang vers la bile est facilitée par des dispositions anatomiques particulières : – un plexus de capillaires sanguins et lymphatiques entoure une grande partie de la surface basale des ductules ; – ces capillaires ont souvent un endothélium fenestré (avec un diaphragme) ; – de nombreuses vésicules sont observées le long de la membrane plasmique au pôle basal des cellules endothéliales vasculaires. L’arbre biliaire intrahépatique est très richement vascularisé par un plexus uniquement artériel issu de l’artère hépatique ; ceci explique les conséquences graves pour l’arbre biliaire d’une lésion de l’artère hépatique. Les glandes péribiliaires, localisées autour des grosses voies biliaires intrahépatiques, sont des structures intra- et extramurales, sécrétant des mucines neutres et acides déversées dans la lumière de la voie biliaire ; ces glandes pourraient intervenir dans la fonction biliaire normale et être impliquées dans divers processus pathologiques. CANAUX BILIAIRES EXTRAHÉPATIQUES

Les canaux hépatiques droit et gauche, situés dans la plaque hilaire, leur convergence, le canal hépatique commun, et le cholédoque forment la voie biliaire principale sur laquelle est branchée en dérivation la voie biliaire accessoire (vésicule biliaire et canal cystique). Les canaux ont un calibre inférieur à 15 mm ; leur paroi est mince (de 0,5 à 1 mm), constituée d’une muqueuse faite de cellules cylindriques, reposant sur un tissu conjonctif lâche riche en fibres élastiques et contenant quelques petites glandes séromuqueuses, d’une musculeuse et d’une adventice. Quel que soit le niveau de l’arbre biliaire, les cellules biliaires ont un cytosquelette abondant, différent de celui des hépatocytes ; elles expriment notamment les cytokératines 7 et 19.

Matrice extracellulaire

[25]

Elle est située dans les espaces portes, en continuité avec le tissu conjonctif de la capsule de Glisson, dans l’espace de Disse périsinusoïdal et, en faible quantité, autour des veines centrolobulaires. L’espace de Disse, qui représente de 2 à 4 % du parenchyme hépatique, est compris entre la membrane sinusoïdale de l’hépatocyte et la barrière CES/CEF. Les différents constituants de la matrice extracellulaire forment un réseau complexe, qui joue non seulement un rôle structural, mais surtout un rôle physiologique majeur dans le maintien de l’homéostasie des cellules hépatiques. COMPOSANTS DE LA MATRICE EXTRACELLULAIRE

Collagènes, protéoglycanes et glycoprotéines sont les grandes familles de constituants de la matrice extracellulaire (fig 16), dont la répartition varie selon le site (espace porte, veine centrolobulaire, espace de Disse).

¶ Collagènes Ils sont constitués par trois chaînes a reliées en triple hélice (il est décrit plus de 16 types en fonction de la structure primaire des chaînes a et de leur association en homo- ou hétérotrimère). Les chaînes sont formées par la répétition Gly-x-y (x et y étant des acides aminés variables, souvent proline et lysine).

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Collagènes interstitiels : les collagènes de types I et III sont abondants et de structure fibrillaire ; ils représentent 80 % du collagène hépatique. Ils sont situés essentiellement dans la capsule de Glisson et dans les espaces portes, et présents en faible quantité dans l’espace de Disse. Le collagène de type V est également un collagène fibrillaire situé près des membranes basales, dans l’intima artérielle, mais est absent le long des sinusoïdes. En faible quantité dans le foie normal, il pourrait former la partie centrale des fibres de collagène interstitiel de types I et III. Le collagène de type VI est un composant non fibrillaire, ubiquitaire, servant d’ancrage aux différents éléments de la matrice. Il forme un réseau avec les collagènes de type I et de type III. Le collagène de type IV, non fibrillaire, forme de fins dépôts discontinus dans l’espace de Disse. Il est un des composants de la membrane basale des vaisseaux, des capillaires et des canaux biliaires.

¶ Protéoglycanes Ils sont formés par un squelette protéique et des chaînes de glycosaminoglycanes. Ils sont organisés en agrégats macromoléculaires reliés par des molécules d’acide hyaluronique. Présents dans la matrice interstitielle, ils jouent un rôle dans l’adhésion, la migration, la prolifération et la différenciation cellulaire. Ils peuvent en effet interagir avec les cellules, facteurs de croissance, collagènes et glycoprotéines, par l’intermédiaire de leur squelette axial. Les protéoglycanes de la matrice extracellulaire hépatique sont en majorité le biglycan, la décorine et le perlecan ; on trouve d’autres glycoaminoglycanes (héparan, dermatan et chondroïtine sulfates).

¶ Glycoprotéines Elles jouent un rôle à la fois structural et fonctionnel. Elles sont essentiellement réprésentées par deux molécules : la laminine (capable de se lier avec le collagène de type IV, les héparan sulfates, l’entactine et des récepteurs des cellules endothéliales et épithéliales) et la fibronectine qui intervient dans l’adhésion cellulaire aux collagènes, à la fibrine et à l’héparine. Localisées dans l’espace de Disse, elles jouent un rôle essentiel dans l’organisation de la matrice extracellulaire et dans l’adhésion des cellules à la matrice. Les autres glycoprotéines matricielles sont : – l’entactine (nidogène), polypeptide formant un complexe avec la laminine, qui module la liaison cellulaire à la laminine ; – la vitronectine, molécule d’adhésion codistribuée avec la fibronectine ; – l’élastine, située dans la paroi des vaisseaux portes et centrolobulaires, qui est formée de molécules superenroulées permettant la constitution d’un réseau tridimensionnel ; – la ténascine qui, détectée dans les tissus jeunes ou en cicatrisation, intervient dans la migration des cellules et dans l’organisation de la matrice ; elle possède des propriétés antiadhésives ; – la thrombospondine, qui facilite prolifération, migration et adhésion cellulaire ; elle interagit avec les collagènes, la fibronectine, la laminine, le plasminogène et des cytokines telles que le TGFb1. – l’ostéonectine, qui est une glycoprotéine essentiellement retrouvée dans les tissus en remodelage ; elle est capable de bloquer le cycle cellulaire des cellules endothéliales et d’interagir avec diverses cytokines dont le PDGF, bFGF (Fibroblast Growth Factor) et le TGFb1. ORIGINE CELLULAIRE DES COMPOSANTS DE LA MATRICE EXTRACELLULAIRE (tableau I)

Toutes les cellules du foie interviennent à différents degrés dans la synthèse de la matrice. Néanmoins, les CEF sont les principales cellules impliquées, capables de produire l’ensemble des composants matriciels ainsi que les enzymes modulant leur turnover : MPP et TIMPS (cf supra) (tableau II). 11

Histophysiologie hépatique

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Hépatologie

16

Principaux constituants de la matrice extracellulaire du foie. SPARC : ostéomectine.

Élastine Protéines Collagènes

Glycoprotéines

Fibrillaires :

Types I, III, V

Non fibrillaires :

Types IV, VI

Collagènes facit :

Types IX, XII, XIV

Fribronectine, laminine, vitronectine Entactine, ténascine, SPARC Biglycan, décorine

Glycoconjugués Protéines-core

Glycipan, syndecan Perlecan

Protéoglycanes Héparan-sulfate Glycosaminoglycanes

Chondroïtine-sulfate Dermatan-sulfate

Glycoconjugués

Acide hyaluronique

INTERACTIONS CELLULES-MATRICE EXTRACELLULAIRE

Les interactions entre cellules et matrice sont essentielles au maintien de l’homéostasie cellulaire. En effet, chaque composant matriciel possède la capacité de moduler la croissance cellulaire, la migration cellulaire et l’expression de gènes directement (par le biais de plaques d’adhésion focale et des intégrines) ou indirectement, en liant des facteurs de croissance et des cytokines sous forme active ou inactive. – Il est actuellement bien établi que toute modification de la composition de la matrice intervient dans l’activation des CEF. – Les composants matriciels peuvent agir en modulant l’activité de facteurs de croissance : en les stockant, en les protégeant ou en modulant leur accès aux récepteurs cellulaires. L’interaction du TGF b1 avec la décorine, protéoglycane synthétisé par les CEF, est un bon exemple d’interaction. La fixation du TGF b1 sur son récepteur cellulaire est favorisée par sa liaison préalable au bétaglycan, un protéoglycane transmembranaire. La décorine, par inhibition compétitive de la liaison bétaglycan-TGF b1, limite l’activité du peptide. Le TGF b1 stimule la production de décorine par les myofibroblastes, rétrocontrôlant ainsi négativement son activité. – Les cellules entrent en contact avec les composants matriciels par des récepteurs de la famille des intégrines, molécules dimériques formées de deux chaînes a et b. L’interaction entre le ligand et l’intégrine module l’organisation du cytosquelette, et génère la production de signaux vers le milieu intracellulaire. Les interactions entre composants matriciels et intégrines sont modifiées au cours de la fibrose, ainsi que le répertoire des intégrines exprimées par les différentes cellules hépatiques. L’expression des intégrines a été étudiée sur des CEF humaines en culture. Les chaînes a1, b1 et a5 sont exprimées dans les cellules quiescentes et activées. L’association a1b1 est un récepteur pour le collagène et la laminine, et le complexe a5b1 est le récepteur classique de la fibronectine. Les CEF expriment aussi a6b4, un hétérodimère médiant l’adhésion des cellules épithéliales à la laminine. Les chaînes a2 (liaison avec collagène et laminine) n’apparaissent qu’après activation des CEF, tandis que l’expression des chaînes a4 (fibronectine et VCAM-1) et av (vitronectine) est majorée. Ces modifications de l’expression des intégrines pourraient jouer un rôle crucial dans l’activation des CEF, en modulant les interactions entre la matrice et les cellules.

12

Il apparaît donc que les interactions entre cellules et matrice constituent un édifice extrêmement complexe et fragile, où chaque constituant joue un rôle capital. La bonne connaissance de ces interactions devrait ouvrir des perspectives thérapeutiques dans des pathologies telles que la fibrose hépatique ou l’oncogenèse.

Cellules souches. Renouvellement cellulaire [4, 26]

Le renouvellement cellulaire hépatocytaire et biliaire dans le foie normal ou dans des conditions pathologiques est réalisé à partir de trois compartiments : – les hépatocytes et les cellules biliaires peuvent se diviser et donner respectivement des cellules filles de même différenciation ; – les cellules bordant les canaux de Hering ou cellules souches peuvent entrer en division asymétrique et donner, outre une cellule fille souche identique à la cellule mère, une cellule fille qui entrera en processus de différenciation hépatocytaire ou biliaire ; – des cellules souches d’origine médullaire peuvent coloniser le foie par voie sanguine ; dans le foie, ces cellules peuvent se différencier en hépatocytes ou en cellules biliaires.

Conclusion Le foie est un organe volumineux qui assure de nombreuses fonctions essentielles pour l’organisme : sécrétion biliaire, synthèse et métabolismes de très nombreuses substances, fonctions immunologiques [17, 28] etc. Macroscopiquement homogène, il présente à l’échelon microscopique une organisation cellulaire et matricielle complexe. Son architecture vasculaire et biliaire rend compte de son hétérogénéité fonctionnelle [13]. À ces caractéristiques histophysiologiques, il faut ajouter des caractéristiques physiopathologiques liées aux premières : le foie maintient une masse fonctionnelle constante par des mécanismes d’adaptation fonctionnelle et de régénération ; toutes les lésions chroniques du foie aboutissent à une cirrhose, caractérisée par une distorsion de l’architecture vasculaire qui se moule dans un tissu fibrotique épais, entourant des nodules parenchymateux.

Hépatologie

Histophysiologie hépatique

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Encyclopédie Médico-Chirurgicale 7-005-A-12

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Physiologie du lobule hépatique JY Scoazec

Résumé. – Le lobule hépatique est l’unité anatomique du parenchyme hépatique. Il est centré par la veine centrolobulaire et limité en périphérie par des cloisons, réelles ou imaginaires selon les espèces, réunissant les espaces portes adjacents. Cependant, l’organisation fonctionnelle du parenchyme hépatique n’est pas calquée sur la structure anatomique représentée par le lobule hépatique. C’est ainsi qu’est né le concept d’acinus hépatique. L’acinus hépatique est basé sur les caractères fonctionnels de l’architecture vasculaire du foie ; son axe central est formé par les cloisons, réelles ou virtuelles, délimitant la périphérie du lobule. L’acinus hépatique est caractérisé par une zonation métabolique due aux différences d’activités métaboliques exercées par les hépatocytes en fonction de leur position. La zone centrale de l’acinus est spécialisée dans le métabolisme oxydatif et la néoglucogenèse ; la zone périphérique assure préférentiellement la glycolyse, la biotransformation des xénobiotiques et le métabolisme de l’alcool. Les mécanismes expliquant la mise en place et le maintien de la zonation métabolique, ainsi que son adaptation aux variations physiologiques, sont complexes. Les facteurs microenvironnementaux, notamment les caractéristiques de la vascularisation hépatique, jouent un rôle essentiel. La zonation métabolique du lobule hépatique explique la topographie préférentielle de certaines lésions hépatiques. Ses altérations contribuent à aggraver les désordres métaboliques accompagnant la cirrhose hépatique. © 2003 Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : foie, physiologie, lobule hépatique, acinus hépatique, métabolisme hépatique, régulation hormonale, cirrhose.

Introduction

Lobule et acinus hépatiques

Le parenchyme hépatique comporte deux niveaux d’organisation :

Le lobule hépatique est l’unité anatomique du parenchyme hépatique. Il se présente comme une structure hexagonale, centrée par une veine centrolobulaire et limitée en périphérie par une ligne imaginaire joignant plusieurs espaces portes voisins [33]. Le lobule hépatique est facile à visualiser chez certaines espèces animales, comme le porc, où les frontières entre les lobules adjacents sont bien marquées par des cloisons fibreuses (fig 1). Chez l’homme, les limites entre les lobules hépatiques ne sont pas visibles par les techniques histologiques habituelles, mais peuvent être devinées dans certaines situations pathologiques. Le lobule hépatique est une entité microanatomique incontestable. Cependant, il ne reflète pas l’organisation fonctionnelle du tissu hépatique qui, elle, est calquée sur l’architecture de la microcirculation hépatique. Les lobules hépatiques sont en effet vascularisés par des capillaires spécialisés, les sinusoïdes, qui circulent entre les travées hépatocytaires et confluent dans la veine centrolobulaire. Contrairement à une idée répandue, les sinusoïdes ne naissent pas à la périphérie des espaces portes, mais à la périphérie des lobules hépatiques, à partir de vaisseaux issus des veines portes, les branches terminales, qui forment l’axe des cloisons interlobulaires, qu’elles soient réelles, comme chez le porc, ou virtuelles, comme chez l’homme [33] (fig 2). C’est en se basant sur ces données hémodynamiques que Rappaport a proposé une conception de l’organisation fonctionnelle du tissu hépatique à laquelle son nom est resté attaché, celle de l’acinus [31]. Dans le modèle de Rappaport, l’acinus est organisé le long d’un axe correspondant aux branches terminales des veines portes. Autour de cet axe, trois zones successives se disposent en pelure d’oignon

– un niveau anatomique, dont l’unité de base est le lobule hépatique ; – un niveau fonctionnel, dont l’élément de base est l’acinus hépatique. En fonction de leur position dans le parenchyme hépatique, les hépatocytes diffèrent par leurs activités métaboliques et certains détails de leur morphologie. Ces différences déterminent ce qu’il est convenu d’appeler l’hétérogénéité intralobulaire des hépatocytes [5, 9] . L’hétérogénéité intralobulaire des hépatocytes est une notion fondamentale pour la compréhension de l’organisation métabolique du tissu hépatique. Dans cette mise au point, après avoir rappelé les bases de l’organisation microanatomique et fonctionnelle du parenchyme hépatique, nous illustrerons les différences existant entre les hépatocytes en fonction de leur position anatomique, et nous résumerons les connaissances actuelles concernant les mécanismes responsables de l’acquisition et du maintien de l’hétérogénéité métabolique du foie. Enfin, nous évoquerons les anomalies de l’hétérogénéité lobulaire décrites en pathologie hépatique et leurs éventuelles conséquences.

Jean-Yves Scoazec : Professeur des Universités, praticien hospitalier. Laboratoire central d’anatomie et de cytologie pathologiques, hôpital Édouard Herriot, place d’Arsonval, 69437 Lyon cedex 03, France.

Toute référence à cet article doit porter la mention : Scoazec JY. Physiologie du lobule hépatique. Encycl Méd Chir (Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS, Paris, tous droits réservés), Hépatologie, 7-005-A-12, 2003, 6 p.

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4

Aspect histologique du lobule hépatique chez le porc (EP : espace porte ; VCL : veine centrolobulaire ; flèches : cloisons interlobulaires).

Représentation schématique des zones lobulaires chez l’homme : le losange centré par l’espace porte (EP) indique schématiquement la région périportale, tandis que le cercle centré par la veine centrolobulaire (VCL) représente schématiquement la région périveineuse.

2 Architecture vasculaire du foie (VP : veine porte ; VCL : veine centrolobulaire ; flèches : branches terminales des veines portes).

VP

Hépatologie

zone périportale correspond approximativement à la zone centrale de l’acinus (zone 1), tandis que la zone périveineuse correspond approximativement à la zone périphérique de l’acinus (zone 3). Ce sont ces deux repères anatomiques, imparfaits mais simples, qui nous serviront de guides pour décrire les différences morphologiques et fonctionnelles des hépatocytes en fonction de leur position dans le parenchyme hépatique.

VP VCL VP

Hétérogénéité intralobulaire des hépatocytes VP TECHNIQUES D’ÉTUDE

Plusieurs techniques complémentaires ont été utilisées pour mettre en évidence et étudier la zonation métabolique du lobule hépatique. Les méthodes biochimiques consistent à détruire ou à perméabiliser sélectivement les hépatocytes d’une des zones du lobule (l’une des techniques les plus utilisées est basée sur un toxique solubilisant les membranes cellulaires, la digitonine [29]), à recueillir l’effluent ainsi obtenu, et à y doser les activités enzymatiques et/ou les concentrations des différents constituants cellulaires (protéines, acides ribonucléiques [ARN] messagers). Les méthodes physiologiques sont fondées sur l’utilisation du foie isolé perfusé, permettant de mesurer à l’aide de microcapteurs les variations de la consommation d’oxygène ou de substrats dans les différentes zones du lobule afin d’en évaluer indirectement l’activité métabolique [38]. Les méthodes morphologiques permettent d’obtenir une image précise de la distribution intracellulaire des principaux constituants

(fig 3). Chacune d’elles a une forme vaguement elliptique et s’appuie par l’une de ses extrémités sur la périphérie d’un espace porte. Des études plus précises de la microcirculation hépatique [16, 24, 28, 40] et la prise en compte de la structure tridimensionnelle du parenchyme hépatique, suggérant notamment que les lobules peuvent être considérés comme des cylindres orientés au hasard [15], ont permis d’affiner, voire de corriger sur certains points, le modèle de Rappaport, qui reste cependant valable dans ses grandes lignes. Au plan pratique, sur des coupes tissulaires traitées selon les techniques histologiques habituelles, seules deux zones fonctionnelles peuvent être facilement définies grâce à des repères anatomiques : la zone périportale, centrée par l’espace porte, et la zone périveineuse, centrée par la veine centrolobulaire (fig 4). La

3

Représentation schématique du lobule hépatique (A) et de l’acinus de Rappaport (B) (EP : espace porte ; VCL : veine centrolobulaire).

EP

2 3

VCL 3 2

1 EP

* A 2

VCL

2

* B

Physiologie du lobule hépatique

Hépatologie

Tableau I. – Différences structurales des hépatocytes de rat selon leur position dans le lobule hépatique (d’après [19]). Hépatocytes périportaux Volume (µm3) Cytoplasme Mitochondries Peroxysomes Lysosomes Surface membranaire (µm2) REL REG Crêtes mitochondriales Nombre Mitochondries Peroxysomes

Hépatocytes médiolobulaires

Hépatocytes périveineux

5 100 1 010 71 15

5 100 974 71 15

5 100 658 107 20

15 700 24 900 32 400

16 900 25 400 35 500

21 600 26 700 23 900

1 060 440

1 300 620

1 600 810

REL : réticulum endoplasmique libre ; REG : réticulum endoplasmique granuleux.

cellulaires, mais leur interprétation est compliquée par les nombreuses possibilités d’artefacts et la très grande difficulté de quantifier les résultats obtenus. Plusieurs techniques ont été employées : l’histoenzymologie, pour révéler la distribution intralobulaire des activités enzymatiques, l’immunohistochimie, pour révéler la distribution intralobulaire des protéines cellulaires, et l’hybridation in situ, pour révéler la distribution intralobulaire des ARN messagers correspondants. Des techniques d’étude in vitro ont également été développées. Les méthodes actuellement employées sont basées sur l’isolement sélectif de populations zonales d’hépatocytes maintenues ensuite en culture primaire. La technique la plus courante consiste à détruire sélectivement l’une des zones du lobule par la digitonine, puis à isoler les cellules de la zone épargnée à l’aide d’une perfusion de collagénase [18]. L’intérêt majeur des approches in vitro est de permettre l’étude expérimentale des facteurs impliqués dans la régulation de la zonation métabolique du lobule hépatique. HÉTÉROGÉNÉITÉ MORPHOLOGIQUE ET FONCTIONNELLE DES HÉPATOCYTES

Les hépatocytes situés dans les différentes régions du lobule hépatique diffèrent par certains détails structuraux, mais surtout par leurs activités métaboliques. Les différences morphologiques des hépatocytes en fonction de leur position anatomique sont minimes (tableau I), mais incontestables [19]. Elles concernent essentiellement les mitochondries, moins nombreuses mais plus volumineuses, avec une surface active plus importante, dans la zone périportale que dans la zone périveineuse. La plupart des fonctions métaboliques assurées par les hépatocytes sont distribuées de façon hétérogène à l’intérieur du lobule hépatique (tableau II) [4, 5, 7, 8, 11] . Les activités enzymatiques correspondantes sont habituellement distribuées selon des gradients lobulaires : elles sont présentes dans tous les hépatocytes mais prédominent du côté périportal ou du côté périveineux. Certaines activités enzymatiques ne sont cependant détectables que dans une proportion d’hépatocytes localisés dans une des zones du lobule hépatique ou une partie de l’une de ces zones. Ce type de distribution, beaucoup plus rare que le précédent, est connu sous le nom de distribution en compartiments. L’un des exemples les mieux connus est la distribution de la glutamine synthétase : cette enzyme, qui assure la synthèse de glutamine à partir d’ammoniac (NH3) et d’acide glutamique, n’est exprimée que dans deux ou trois couronnes d’hépatocytes entourant la veine centrolobulaire [3]. L’existence de gradients et de compartiments enzymatiques le long de l’axe porto-centro-lobulaire détermine la zonation métabolique du lobule hépatique (tableau II) [4, 5, 19]. La zone périportale est spécialisée dans le métabolisme oxydatif, la néoglucogenèse, le

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Tableau II. – Zonation des activités enzymatiques dans le lobule hépatique du foie humain adulte. Prédominance périportale

Prédominance périveineuse

Oxydation malate déshydrogénase cytochrome oxydases succinate déshydrogénase Libération du glucose (glycogénolyse, néoglucogenèse) glucose-6-phosphatase fructose-1,6-biphospatase phosphoénolpyruvate-carboxykinase lactate-déshydrogénase

Absorption du glucose (glycogénosynthèse, glycolyse) glucokinase pyruvate kinase L pyruvate kinase M2

Bêta-oxydation des acides gras bêta-hydroxybutyryl-CoA-déshydrogénase carnitine palmitoyltransférase

Lipogenèse acétyl-coenzyme A carboxylase glucose-6-phosphate déshydrogénase isocitrate déshydrogénase

Synthèse de cholestérol hydroxyméthylglutaryl-CoA-réductase

Cétogoenèse bêta-hydroxybutyrate déshydrogénase

Catabolisme des acides aminés alanine aminotransférase aspartate aminotransférase tyrosine aminotransférase arginase Uréogenèse carbamoylphosphate synthétase ornithine carbamoyltransférase arginosuccinate transférase

Synthèse de glutamine glutamate déshydrogénase glutamine synthétase

Biotransformation NADPH-réductase cytochromes P450 aryl-hydrocarbone hydroxylase époxyde hydrolase glutathion-S-transférases Protection contre l’oxydation glutathion peroxydase

Protection contre l’oxydation xanthine oxydase Métabolisme de l’alcool alcool-déshydrogénase acétaldéhyde déshydrogénase

NADPH : nicotinamide-adénosine-dinucléotide phosphate.

catabolisme des acides gras et des acides aminés, la synthèse de cholestérol, la synthèse d’urée à partir de NH3. La zone périveineuse assure préférentiellement la glycolyse, la synthèse des acides gras et la cétogenèse. Elle est responsable de la synthèse de glutamine à partir de NH3. Elle assure également l’essentiel des fonctions de biotransformation des xénobiotiques : c’est là notamment que prédominent les activités de la plupart des cytochromes et des enzymes de détoxification. C’est également la région périveineuse qui contient les plus fortes activités des enzymes impliquées dans le métabolisme de l’alcool, comme l’alcool-déshydrogénase et l’acétaldéhyde-déshydrogénase [21]. Une autre activité métabolique fondamentale des hépatocytes est également distribuée de façon hétérogène dans le lobule hépatique : c’est la capacité de synthèse des protéines plasmatiques [2]. Tous les hépatocytes sont capables de synthétiser et de sécréter l’ensemble des protéines plasmatiques. Toutefois, l’activité de synthèse des protéines plasmatiques est distribuée en gradients. Pour la plupart d’entre elles, la synthèse prédomine en région périportale : c’est le cas notamment de l’albumine, du fibrinogène ou de l’haptoglobine. Pour quelques autres, comme l’alpha-fœtoprotéine et l’alpha-1antitrypsine, la synthèse prédomine en région périveineuse. ZONATION MÉTABOLIQUE DU LOBULE HÉPATIQUE

La zonation métabolique du lobule hépatique est capable de se modifier de manière extrêmement rapide en réponse à des variations physiologiques. Elle est une propriété dynamique. 3

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Physiologie du lobule hépatique

Un exemple particulièrement étudié est celui des modifications de la zonation métabolique induites par le jeûne et la réalimentation chez l’animal [11]. À l’état normal, l’enzyme clé de la néoglucogenèse, la phosphoénolpyruvate carboxykinase, est exprimée préférentiellement dans la zone périportale. Au cours d’un jeûne prolongé, l’activité de cette enzyme augmente fortement dans le lobule hépatique. Cette augmentation de l’activité enzymatique est le résultat d’une augmentation de la synthèse de la protéine correspondante dans les hépatocytes périportaux, qui l’expriment déjà à l’état normal, et d’une induction de sa synthèse dans les hépatocytes médiolobulaires et périveineux, qui l’expriment peu ou pas à l’état normal. Dans cet exemple, une activité enzymatique fortement hétérogène à l’état normal tend à devenir homogène en situation d’induction, grâce à un recrutement de nouveaux hépatocytes. La capacité d’adaptation rapide de la zonation métabolique du lobule hépatique peut être démontrée expérimentalement en utilisant des techniques de foie isolé perfusé. Gardons le même exemple, celui du métabolisme glucidique [11]. À l’état normal, la néoglucogenèse prédomine en région périportale et la glycolyse prédomine en région périveineuse (cf supra). C’est ce qu’il est possible de reproduire dans un foie de rat isolé, perfusé par des solutions de glucose injectées par la veine porte. Si le sens de perfusion est inversé, c’est-à-dire si le glucose est injecté par la veine cave, la zonation métabolique s’inverse : en quelques secondes, la glycolyse devient prédominante en région périportale et la néoglucogenèse en région périveineuse. La zonation métabolique observée en situation normale dans le lobule hépatique reflète donc un état d’équilibre, traduisant l’adaptation des hépatocytes à leur environnement physiologique et aux besoins métaboliques de l’organisme, et susceptible de se modifier de façon quasi instantanée en réponse à des variations physiologiques ou pathologiques du milieu intérieur.

Facteurs responsables du maintien de la zonation métabolique du lobule hépatique Deux hypothèses sont possibles pour expliquer l’existence d’une zonation métabolique dans le lobule hépatique : – la zonation est due à l’action de facteurs extrinsèques à l’hépatocyte, traduisant les modifications du microenvironnement cellulaire en fonction de la position de la cellule dans le lobule ; – la zonation est due à une spécialisation des hépatocytes et reflète un état de différenciation variant selon la position de la cellule dans le lobule. Ces deux hypothèses ne sont pas mutuellement exclusives et sont sans doute complémentaires. Nous les examinerons successivement. FACTEURS ENVIRONNEMENTAUX

De nombreux arguments suggèrent que la zonation métabolique dépend essentiellement de facteurs extrinsèques. Les plus significatifs viennent des études in vitro utilisant des cultures provenant de populations enrichies en hépatocytes périportaux ou en hépatocytes périveineux. En culture primaire, sans précaution particulière, les populations zonales ne conservent pas spontanément leurs caractéristiques métaboliques d’origine. Cependant, si les conditions de culture reproduisent les conditions physiologiques existant dans la zone d’origine, il est possible de maintenir une partie des activités métaboliques caractéristiques des cellules d’origine [26, 27]. De plus, si une population zonale est cultivée dans des conditions ressemblant à celles de la zone opposée du lobule, ses activités métaboliques se transforment : elle perd le phénotype de sa zone d’origine pour acquérir celui de la zone opposée. Expérimentalement, c’est donc l’environnement qui prime sur la cellule. Quels sont les facteurs impliqués ? Le plus important est sans aucun doute la perfusion sanguine, mais d’autres facteurs peuvent également intervenir. 4

Hépatologie

Zone périportale

Zone périveineuse Oxygène NH3

Corps cétoniques Acides biliaires Insuline Glucagon Cortisol T4 T3 Glucose Alanine Sérine

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Gradients intralobulaires en oxygène, en nutriments et en hormones.

¶ Rôle de la perfusion sanguine Le lobule hépatique est vascularisé par les capillaires sinusoïdes, qui transportent un mélange de sang d’origine portale et de sang d’origine artérielle. Les sinusoïdes naissent de la périphérie du lobule hépatique et convergent vers la veine centrolobulaire, où ils se drainent. La perfusion du lobule hépatique est donc unidirectionnelle et orientée de la zone périphérique vers la zone centrale. L’orientation de la perfusion sanguine du lobule hépatique explique que les zones les plus périphériques du lobule hépatique sont celles qui reçoivent le sang le plus riche en oxygène, en substrats et en hormones. Les concentrations de ces différents facteurs décroissent progressivement le long des sinusoïdes pour atteindre habituellement leurs valeurs minimales dans la région centrolobulaire (fig 5). Les gradients sanguins en oxygène, en nutriments et en hormones jouent un rôle essentiel dans l’organisation métabolique du lobule hépatique. L’oxygène joue à la fois le rôle d’un substrat nécessaire aux métabolismes oxydatifs, prédominant dans la région périphérique du lobule hépatique [23], et d’un facteur régulateur susceptible de moduler directement l’activité de certaines enzymes clés [10, 12]. La disponibilité des substrats, dont la concentration diminue habituellement le long des sinusoïdes, conditionne le fonctionnement de nombreuses activités métaboliques. Enfin, les différences de concentrations sanguines en hormones contribuent à la régulation des activités métaboliques spécifiques de chaque zone du lobule hépatique. C’est ainsi que les variations du rapport entre les concentrations de glucagon et d’insuline le long du sinusoïde hépatique contribuent à déterminer les localisations respectives de la néoglucogenèse dans la zone périportale du lobule hépatique et de la glycolyse dans la zone périveineuse [11]. L’effet des gradients sanguins intrasinusoïdaux peut cependant être modulé par des facteurs cellulaires. Plusieurs exemples de variations zonales dans le niveau d’expression ou l’affinité de transporteurs membranaires [37], voire de récepteurs hormonaux [13, 22], ont été décrits. Ces variations permettent de compenser, au moins partiellement, certaines variations des concentrations sanguines.

¶ Microenvironnement hépatocytaire Il existe des variations intralobulaires dans le microenvironnement hépatocytaire. Un certain degré d’hétérogénéité intralobulaire a été décrit pour la majorité des cellules sinusoïdales [1]. Ainsi, les cellules

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endothéliales sinusoïdales de la région périportale sont structuralement et fonctionnellement différentes de celles de la région périveineuse. Les cellules de Kupffer sont plus nombreuses en région périportale et présentent des différences fonctionnelles selon leur position dans le lobule. Enfin, les cellules étoilées présentent certaines différences phénotypiques et fonctionnelles selon leur position dans le lobule. De même, au moins chez l’homme, l’innervation intralobulaire est restreinte à la seule zone périportale [ 3 4 ] . En revanche, il n’existe pas de différences significatives dans la matrice extracellulaire selon les zones du lobule [20]. Les différences observées dans l’environnement tissulaire des hépatocytes selon la zone du lobule hépatique montrent que le concept de l’hétérogénéité structurale et fonctionnelle du lobule hépatique concerne aussi bien les hépatocytes que leur environnement.

¶ Architecture trabéculaire L’architecture trabéculaire est une caractéristique fondamentale du lobule hépatique normal. Les hépatocytes se disposent en travées régulières s’étendant de la région périportale à la région périveineuse, séparées les unes des autres par les sinusoïdes. Le rôle potentiellement important, mais encore mal exploré, de l’architecture trabéculaire dans le maintien de la zonation métabolique est bien mis en évidence lors de l’organogenèse hépatique. Chez la plupart des espèces animales, l’acquisition de l’architecture trabéculaire définitive du foie coïncide avec la naissance. Lorsque les deux phénomènes sont dissociés, comme c’est le cas chez certaines espèces [17], la mise en place de l’organisation fonctionnelle définitive du lobule hépatique coïncide chronologiquement non pas avec la naissance, mais avec l’acquisition de l’architecture trabéculaire définitive. Il semble donc que la formation de la travée hépatocytaire soit un déterminant plus important pour la mise en place de la zonation métabolique du foie que les modifications considérables de la composition sanguine et de l’imprégnation hormonale coïncidant avec la naissance. Chaque travée constitue en effet une unité fonctionnelle [6]. Les hépatocytes appartenant à la même travée communiquent directement grâce à l’existence de jonctions de communication, qui permettent le passage direct de petits messagers chimiques, et donc d’informations, d’une cellule à l’autre. Ainsi, des ondes calciques se déplacent le long des travées hépatocytaires en réponse à des stimulations initialement localisées à l’une de leurs extrémités [32]. La propagation de ces stimuli pourrait contribuer à la régulation et à la coordination de certaines activités cellulaires. FACTEURS INTRINSÈQUES

Même si le rôle des facteurs environnementaux dans l’acquisition et le maintien de l’hétérogénéité lobulaire des hépatocytes ne peut être contesté, certains auteurs pensent néanmoins que cette explication n’est pas applicable à toutes les activités métaboliques. L’exemple le plus fréquemment cité est celui de la glutamine synthétase, cette enzyme restreinte à quelques couronnes d’hépatocytes autour de la veine centrolobulaire, dont l’expression n’est pas modifiée in vivo par des modifications physiologiques ou expérimentales de l’environnement [3]. L’expression de la glutamine synthétase pourrait donc être le signe d’une différenciation particulière d’une souspopulation d’hépatocytes périveineux. Cette hypothèse a été récemment réactualisée dans le cadre de la théorie dite du flux hépatocytaire intralobulaire (streaming liver) [39]. Cette théorie postule que les travées hépatocytaires sont constamment renouvelées par des hépatocytes partant de la zone périportale, se déplaçant lentement vers la veine centrolobulaire et disparaissant finalement dans la région centrolobulaire, probablement par apoptose. En se basant sur ce postulat, certains auteurs [35] ont proposé que, au fur et à mesure de ce cheminement, les hépatocytes subissent un processus

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de différenciation progressif, permettant de reconnaître quatre compartiments successifs disposés de la région périportale à la région périveineuse : cellules souches, cellules transitionnelles, cellules en cours de maturation et cellules en différenciation terminale. Dans ce cadre, l’acquisition de certaines fonctions métaboliques serait corrélée avec le stade de différenciation. Ainsi, l’expression de la glutamine synthétase, spécifique de la région immédiatement périveineuse, serait-elle un marqueur des hépatocytes en différenciation terminale. La théorie du flux hépatocytaire est aujourd’hui abandonnée, au moins dans sa formulation initiale. Il est donc impossible pour l’instant d’exclure ou d’affirmer formellement l’existence d’un lien entre hétérogénéité intralobulaire et différenciation hépatocytaire. Cette hypothèse, si elle était vérifiée, apparaîtrait cependant plus complémentaire que contradictoire avec l’hypothèse d’un déterminisme « environnemental » de l’hétérogénéité lobulaire.

Implications physiopathologiques Une conséquence importante de la zonation métabolique du lobule hépatique est de rendre certaines zones du lobule hépatique plus sensibles à certains types d’agressions. Ce n’est pas un hasard si de nombreuses atteintes médicamenteuses touchent électivement la zone périveineuse : c’est là que se trouvent les plus fortes concentrations d’enzymes susceptibles de produire des métabolites réactifs à partir des xénobiotiques. De même, les fortes concentrations d’alcool-déshydrogénase dans la zone périveineuse expliquent probablement la topographie centrolobulaire préférentielle de certaines lésions hépatiques dues à l’alcool [21]. Enfin, il est habituel d’attribuer les effets prédominants de l’ischémie hépatique sur la région centrolobulaire à la tension d’oxygène plus basse existant normalement dans cette zone ; d’autres facteurs pourraient également y contribuer, comme la plus forte activité de la xanthine oxydase, l’une des principales sources intrahépatocytaires de radicaux libres au cours de la reperfusion qui suit une ischémie [25]. En retour, les modifications de l’architecture hépatique sont susceptibles de perturber la zonation métabolique du foie. Les études histoenzymologiques effectuées chez le rat et chez l’homme montrent une relative conservation de l’organisation fonctionnelle du tissu hépatique en cas de fibrose sans cirrhose [30, 36]. Ce n’est qu’au stade de cirrhose qu’apparaissent des remaniements majeurs de l’organisation fonctionnelle du parenchyme hépatique [14, 30, 36]. Les nodules cirrhotiques sont caractérisés par une diminution de la plupart des activités enzymatiques normales, une perte de l’organisation zonale de la plupart des fonctions métaboliques et une perte de la complémentarité métabolique des hépatocytes [30]. Le métabolisme de l’ammoniaque est particulièrement altéré, en raison notamment de la perte habituelle de l’expression de la glutamine synthétase. Chez le rat, cette perte d’expression a pu être corrélée avec l’augmentation de l’ammoniémie périphérique [4]. Il est donc vraisemblable que les anomalies de la zonation métabolique du foie contribuent à l’aggravation des troubles métaboliques associés au développement de la cirrhose.

Conclusion Le lobule hépatique est une entité structuralement et fonctionnellement hétérogène, perfusée de façon unidirectionnelle par le sang d’origine portale. Il présente une zonation métabolique très accentuée, capable de répondre de façon dynamique aux variations physiologiques du milieu intérieur et dont les altérations, secondaires aux remaniements de l’architecture hépatique, contribuent à aggraver les troubles métaboliques associés à la cirrhose.

Références ➤ 5

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Encyclopédie Médico-Chirurgicale 7-005-A-26

7-005-A-26

Physiologie et physiopathologie des vaisseaux hépatiques JY Scoazec

Résumé. – L’architecture vasculaire du foie est complexe. Deux vaisseaux afférents, la veine porte et l’artère hépatique, donnent naissance à plusieurs réseaux capillaires, largement indépendants les uns des autres. Dans les espaces portes, le réseau capillaire le plus important est le plexus péribiliaire qui assure la vascularisation de l’arbre biliaire intrahépatique ; le plexus péribiliaire est l’une des principales cibles du rejet d’organe. Dans les lobules hépatiques, les capillaires sont extrêmement spécialisés. Ce sont les sinusoïdes hépatiques, bordés par un endothélium fenêtré et discontinu, dépourvus de membrane basale et exprimant des marqueurs spécifiques. Les sinusoïdes transportent un sang d’origine mixte, portal et artériel, et assurent une perfusion unidirectionnelle des lobules hépatiques, de leur périphérie vers leur centre. Leur paroi régule les échanges entre les hépatocytes et le sang circulant et assure des fonctions spécifiques. Les sinusoïdes se drainent dans les veines centrolobulaires qui rejoignent, par l’intermédiaire de veines collectrices, les veines sus-hépatiques. Des lésions des sinusoïdes accompagnent de nombreuses pathologies, comme l’ischémiereperfusion ou la fibrose hépatique, et contribuent à aggraver leurs conséquences physiopathologiques. Les différents compartiments vasculaires du foie présentent en outre des pathologies spécifiques qui pourraient être la conséquence de la spécialisation, souvent très poussée, de leurs populations endothéliales respectives. © 2002 Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : foie, vaisseaux hépatiques, capillaires hépatiques, sinusoïdes, endothélium.

Introduction Le foie est caractérisé par une architecture vasculaire particulièrement complexe [16]. Il possède en effet deux types de vaisseaux afférents, la veine porte et l’artère hépatique, qui donnent naissance à plusieurs réseaux capillaires indépendants. Le principal de ces réseaux capillaires est celui qui irrigue les lobules hépatiques ; il est formé par des vaisseaux hautement spécialisés, connus sous le nom de sinusoïdes hépatiques. Les vaisseaux efférents se drainent dans les veines sus-hépatiques, qui rejoignent la veine cave. Les différents compartiments vasculaires du foie sont bordés par des cellules endothéliales morphologiquement et phénotypiquement diverses, dont certaines présentent un très haut degré de spécialisation, témoignant d’adaptations physiologiques très spécifiques [23]. Les objectifs de cette article sont de : – décrire l’architecture générale de la vascularisation hépatique et les différentes étapes de sa mise en place au cours de l’organogenèse ; – décrire les principaux réseaux capillaires de la microcirculation hépatique, leurs rôles physiologiques et leurs implications en physiopathologie ; – discuter les mécanismes physiopathogéniques des principales lésions spécifiques de chaque compartiment vasculaire du foie.

Jean-Yves Scoazec : Professeur des Universités, praticien hospitalier. Laboratoire central d’anatomie et cytologie pathologiques, hôpital Édouard Herriot, place d’Arsonval, 69437 Lyon cedex 03, France.

Organisation générale de la circulation hépatique L’organisation générale de la circulation sanguine hépatique est schématisée dans la figure 1. Le hile du foie reçoit deux vaisseaux afférents distincts : la veine porte, qui draine le sang des veines mésentériques, splénique et pancréaticoduodénale, et l’artère hépatique, branche du tronc cœliaque. Ces deux vaisseaux se divisent dans le parenchyme hépatique en de nombreuses ramifications successives qui parcourent les espaces portes et donnent naissance à plusieurs réseaux capillaires. Les réseaux capillaires des espaces portes dépendent entièrement de l’artère hépatique (fig 1). Ils comprennent : le réseau capillaire péribiliaire ou plexus péribiliaire, qui assure la vascularisation de l’arbre biliaire intrahépatique ; le réseau capillaire interstitiel des espaces portes ; les vaisseaux propres (vasa vasorum) des grosses branches intrahépatiques de la veine porte et des veines efférentes ; les capillaires de la capsule de Glisson. Ces réseaux capillaires sont largement indépendants mais restent interconnectés. Le réseau capillaire des lobules hépatiques est formé par les sinusoïdes hépatiques. Ces vaisseaux capillaires très spécialisés séparent les travées hépatocytaires et transportent un sang d’origine mixte, à la fois portal et artériel. C’est la contribution du sang portal qui, en situation physiologique, est de loin la plus importante. Les sinusoïdes assurent une perfusion unidirectionnelle des lobules hépatiques, de leur périphérie vers leur centre. Ils se jettent à leur extrémité dans les veines centrolobulaires. Les veines centrolobulaires forment le premier segment des vaisseaux efférents du foie (fig 2). Elles se jettent dans des veines collectrices de plus en plus volumineuses dont la réunion progressive forme les trois veines sus-hépatiques, droite, médiane et gauche, qui elles-mêmes rejoignent la veine cave inférieure.

Toute référence à cet article doit porter la mention : Scoazec JY. Physiologie et physiopathologie des vaisseaux hépatiques. Encycl Méd Chir (Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS, Paris, tous droits réservés), Hépatologie, 7-005-A-26, 2002, 6 p.

7-005-A-26

Capillaire de la capsule de Glisson

Physiologie et physiopathologie des vaisseaux hépatiques 1 Représentation schéVeine sus-hépatique matique de l’architecture vasculaire du foie.

Hépatologie

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Représentation schématique de l’architecture vasculaire du foie fœtal.

Vasa vasorum

Capillaires portaux interstitiels Sinusoïde Plexus péribiliaire Vasa vasorum Artère hépatique

Veine porte

espaces portes et induira la différenciation des cellules biliaires intrahépatiques à partir des hépatoblastes situés à son contact. Cependant, contrairement à ce qui est observé plus tard, après la naissance, la future veine porte n’est pas le principal vaisseau afférent du foie fœtal. Ce rôle est dévolu à un vaisseau provenant de la veine ombilicale gauche. Lorsque l’ébauche hépatique est suffisamment développée pour venir au contact de ce gros tronc veineux, celui-ci pénètre à l’intérieur du parenchyme hépatique et établit deux connexions :

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Aspect histologique du parenchyme hépatique montrant une section de veine porte (flèche) au sein d’un espace porte et une section de veine centrolobulaire (tête de flèche) (coloration par l’hématéine-éosine, agrandissement × 190).

Mise en place de l’architecture vasculaire au cours de l’organogenèse hépatique La mise en place de l’architecture vasculaire au cours de l’organogenèse hépatique est un phénomène particulièrement complexe, dont beaucoup d’aspects sont encore mal connus. Deux phénomènes complémentaires sont étroitement intriqués : – la mise en place d’une vascularisation adaptée aux fonctions spécifiques du foie fœtal, dont la principale est la fonction hématopoïétique, qui débute vers la dixième semaine de vie fœtale et atteint son maximum entre le troisième et le 7e mois de gestation ; – l’acquisition progressive des caractéristiques structurales et fonctionnelles nécessaires aux fonctions spécifiques du foie adulte. Chez l’homme, l’ébauche hépatique apparaît vers la quatrième semaine, dans le mésenchyme précardiaque (ou septum transversum), entre les deux veines vitellines, droite et gauche [8, 36]. L’architecture vasculaire du foie fœtal qui se met en place entre la cinquième et la dixième semaine de vie intra-utérine est très différente de celle du foie adulte (fig 3). La formation des sinusoïdes est le premier événement identifiable. Dès la cinquième semaine, les cordons d’hépatoblastes envahissant le septum transversum, dans la région située en avant de l’ébauche cardiaque, rencontrent des capillaires préexistants, probablement dérivés du réseau vitellin [8]. Ces capillaires, une fois entourés par les cordons d’hépatoblastes, donnent progressivement naissance aux sinusoïdes. Parallèlement, l’architecture veineuse se met en place [12]. Les deux veines vitellines s’anastomosent pour donner naissance à la future veine porte. Celle-ci progresse à l’intérieur de l’ébauche hépatique. Ses branches sont accompagnées par une couronne de mésenchyme qui joue un rôle organisateur fondamental. Ce mésenchyme servira de guide pour la mise en place des futurs 2

– l’une avec la veine cave inférieure par l’intermédiaire d’un canal intermédiaire, le ductus venosus, qui se forme au sein du réseau sinusoïdal ; – l’autre avec la branche gauche de la veine porte. L’architecture veineuse caractéristique du foie fœtal, avec son double système veineux, l’un dérivant des veines vitellines, l’autre de la veine ombilicale gauche, est ainsi en place dès la sixième semaine (fig 3). À 8 semaines, la première ébauche de l’artère hépatique devient reconnaissable dans le pédicule hépatique. Ce n’est cependant pas avant la dixième semaine que les premières branches intrahépatiques de l’artère hépatique sont visibles dans les futurs espaces portes. Les vaisseaux efférents du foie se forment à partir des veines cardinales et se hiérarchisent progressivement au cours de la croissance du parenchyme hépatique. Cependant, les détails de leur organisation et leur mode de connexion avec les réseaux capillaires, dont le réseau sinusoïdal, sont encore mal connus. Au moment de la naissance, de profonds remaniements de l’architecture vasculaire du foie ont lieu [8, 12]. Le ductus venosus, qui connectait la veine ombilicale gauche à la veine cave inférieure, se ferme. La veine ombilicale gauche régresse et se ferme à son tour : elle peut se reperméabiliser en cas d’hypertension portale sévère. La veine porte devient le principal vaisseau afférent. Elle assure la vascularisation du foie droit par des branches nées directement de son tronc principal lors des phases précoces de l’organogenèse. En revanche, la vascularisation du foie gauche se fait par l’intermédiaire de connexions indirectes établies entre la branche gauche de la veine porte et des troncs veineux issus originellement des branches intrahépatiques de la veine ombilicale gauche.

Microcirculation hépatique : physiologie et physiopathologie CAPILLAIRES SANGUINS DES ESPACES PORTES

Plusieurs réseaux capillaires coexistent à l’intérieur des espaces portes. Le plus important de ces réseaux assure la vascularisation des canaux biliaires intrahépatiques : c’est le plexus péribiliaire [11, 30]

Physiologie et physiopathologie des vaisseaux hépatiques

Hépatologie

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Mise en évidence des capillaires du plexus péribiliaire (flèches) par une technique immunohistochimique utilisant un marqueur des cellules endothéliales, le CD34. Tête de flèche : canal biliaire.

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Représentation schématique de l’organisation des sinusoïdes hépatiques.

Branches terminales des veines portes

Veine porte

Veine porte Sinusoïdes

Sinusoïdes

Veine centrolobulaire

(fig 4). Les études microanatomiques ont montré que le plexus péribiliaire forme un lacis vasculaire à la surface externe des principales voies biliaires intrahépatiques. Les premiers segments des voies biliaires intrahépatiques, les cholangioles, sont dépourvus de vascularisation propre. Le plexus péribiliaire n’apparaît qu’en regard des canaux biliaires interlobulaires. Il se densifie peu à peu, au fur et à mesure que le diamètre de la voie biliaire augmente. Au niveau des canaux biliaires intrahépatiques les plus volumineux, le plexus péribiliaire adopte une disposition en deux couches : une couche externe constituée par de petites artérioles et veinules, et une couche interne formée uniquement de capillaires [30, 31]. Les capillaires constituant le plexus péribiliaire ont des caractères structuraux non spécialisés. Ils appartiennent à la catégorie des capillaires continus, la plus répandue dans l’organisme : ils sont bordés par une couche continue de cellules endothéliales reposant sur une lame basale bien individualisée, entourée par des péricytes, cellules contractiles contribuant à la régulation du flux sanguin intracapillaire. Le plexus péribiliaire se forme tardivement et progressivement au cours de l’organogenèse hépatique. Selon l’hypothèse actuelle [31], les capillaires du plexus péribiliaire ne dérivent pas de vaisseaux préexistants mais se forment directement à partir de précurseurs (ou angioblastes) présents dans le mésenchyme portal. La différenciation de ces précurseurs coïnciderait avec la formation de la plaque ductale, c’est-à-dire le début de la différenciation des cellules biliaires intrahépatiques. Les premiers vaisseaux capillaires sont identifiables à partir de 10 semaines de gestation dans les espaces portes de la région centrale du foie et de 15 semaines dans les régions périphériques. Ces vaisseaux, d’abord isolés, donnent naissance au plexus péribiliaire, qui se densifie au fur et à mesure de la croissance des canaux biliaires. Il est bien identifiable à partir de 15 semaines de vie intra-utérine dans la région centrale du foie et de 25 semaines en périphérie. La naissance ne marque pas la fin de la croissance et de l’organisation du plexus péribiliaire dont l’architecture définitive n’est atteinte que vers l’âge de 15 ans. Le plexus péribiliaire joue un rôle physiologique très important en assurant la vascularisation de l’ensemble de l’arbre biliaire intrahépatique. Son rôle en physiopathologie reste mal connu, essentiellement en raison des difficultés rencontrées pour sa mise en évidence et l’analyse de ses lésions. Les atteintes du plexus péribiliaire ont été décrites dans deux exemples de situations pathologiques. Lors de la transplantation hépatique, la destruction des capillaires péribiliaires par les lymphocytes de l’hôte est en effet un des premiers événements du rejet cellulaire aigu [14, 28]. Les lésions du plexus péribiliaire favorisent le développement ultérieur de lésions secondaires, d’origine ischémique, des canaux biliaires interlobulaires. Des lésions du plexus capillaire péribiliaire existent dans d’autres pathologies hépatiques [30] . Une raréfaction des capillaires péribiliaires est ainsi observée au cours de la cholangite sclérosante primitive et de la cirrhose biliaire primitive [33], sans que la nature primitive ou secondaire des lésions vasculaires puisse être actuellement établie avec certitude. RÉSEAU CAPILLAIRE DES LOBULES HÉPATIQUES : SINUSOÏDES

Les sinusoïdes sont des vaisseaux capillaires hautement spécialisés qui assurent la vascularisation du lobule hépatique [16, 19].

¶ Organisation du réseau sinusoïdal L’origine anatomique des sinusoïdes est complexe. Contrairement à une idée reçue, ils ne naissent pas directement de la périphérie des espaces portes à la manière des rayons d’une roue. La plupart d’entre eux naissent en fait de la périphérie des lobules hépatiques, à partir de rameaux spécialisés de la veine porte, connus sous le nom de branches terminales [15] (fig 5). Les branches terminales des veines portes sont localisées en plein parenchyme hépatique et forment en quelque sorte la frontière anatomique des lobules hépatiques. Dans la première partie de leur trajet, les sinusoïdes ont un trajet tortueux et sont fortement interconnectés. Rapidement, ils adoptent un parcours plus rectiligne au contact des travées hépatocytaires qu’ils séparent les unes des autres. Ils se jettent finalement à l’intérieur des veines centrolobulaires (fig 5). Les sinusoïdes transportent un sang dérivé presque exclusivement de la veine porte. La contribution du sang d’origine artérielle est faible. Le mélange entre sang portal et sang artériel nécessaire à la vascularisation des lobules hépatiques implique l’existence d’interconnexions anatomiques entre capillaires d’origine portale et sinusoïdes. La nature exacte et la localisation précise de ces connexions restent cependant très discutées. Au fur et à mesure de son parcours, le sang sinusoïdal s’appauvrit progressivement en certains constituants, comme les substrats, l’oxygène et les hormones « consommés » par les hépatocytes, mais s’enrichit en produits libérés par les hépatocytes, comme le glucose ou les protéines plasmatiques. Le sinusoïde est donc un lieu d’échanges massifs entre le sang et les hépatocytes. Sa paroi est dotée de caractéristiques structurales très particulières, habituellement interprétées comme des adaptations à ces fonctions d’échanges très développées [3, 34]. Contrairement à la plupart des autres capillaires de l’organisme, dont ceux des espaces portes, les sinusoïdes sont des capillaires fenêtrés et discontinus. En d’autres termes, ils sont bordés par des cellules endothéliales pourvues de pores intracytoplasmiques et séparées par des solutions de continuité intercellulaires. De plus, les sinusoïdes sont, chez l’homme, dépourvus de lame basale identifiable. Ils sont séparés des hépatocytes adjacents par l’espace périsinusoïdal (fig 6) qui contient une matrice extracellulaire de composition très particulière, dépourvue de laminine (ce qui explique l’absence d’organisation en lame basale), mais riche en fibronectine et en ténascine [6, 21]. Des études récentes ont également montré la richesse de cette matrice en collagène XVIII, un précurseur de l’endostatine [17], dont la forme soluble est un puissant facteur antiangiogénique : il a été proposé que la production d’endostatine par le foie et sa libération dans la circulation générale pourrait contribuer à la régulation des phénomènes d’angiogenèse physiologique dans l’organisme [4]. La paroi des sinusoïdes hépatiques contient trois autres populations de cellules résidentes (fig 6) : – les cellules de Kupffer, macrophages intravasculaires adhérant à la face luminale des cellules endothéliales ; – des lymphocytes résidents, également adhérents aux cellules endothéliales ; – les cellules stellaires (ou cellules d’Ito) situées du côté abluminal [3]. 3

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caractéristiques des cellules endothéliales sinusoïdales traduisent l’existence d’adaptations fonctionnelles particulières. Ainsi, l’expression de récepteurs pour les immunoglobulines traduit-elle la capacité des cellules endothéliales sinusoïdales de contribuer, avec les cellules de Kupffer, à la clairance des complexes immuns circulant dans le sang portal [2]. D’autres marqueurs traduisent l’adaptation à un microenvironnement particulier : ainsi, l’expression de CD14, récepteur pour la protéine de liaison du lipopolysaccharide, est probablement à mettre en parallèle avec l’enrichissement du sang portal en lipopolysaccharide provenant des bactéries intestinales.

¶ Différenciation des sinusoïdes au cours de l’organogenèse hépatique

6 Mise en évidence de l’expression de la protéine CD4 par une technique d’immunoperoxydase appliquée en microscopie électronique ; la protéine est détectée sur les cellules endothéliales (flèches) et les cellules de Kupffer (K). Noter la présence d’une cellule stellaire ou cellule d’Ito (I). H : hépatocyte ; L : lumière sinusoïdale ; * : espace périsinusoïdal. Les cellules stellaires sont des péricytes très spécialisés, assurant plusieurs fonctions importantes : la régulation du flux sanguin sinusoïdal grâce à leurs propriétés contractiles, la synthèse des constituants de la matrice extracellulaire occupant l’espace périsinusoïdal et le stockage des rétinoïdes dérivés de la vitamine A [1, 3].

¶ Cellules endothéliales sinusoïdales et leurs fonctions physiologiques Les cellules endothéliales sinusoïdales présentent des caractéristiques morphologiques très spécifiques : – leur cytoplasme est fenêtré par des pores intracytoplasmiques regroupés dans la zone périnucléaire du corps cellulaire ; – elles forment un revêtement habituellement décrit comme discontinu, c’est-à-dire interrompu par des solutions de continuité intercellulaires ; – elles ne reposent pas sur une membrane basale organisée. Le caractère réellement « discontinu » de l’endothélium sinusoïdal a été cependant contesté. Certains auteurs considèrent en effet que le caractère apparemment discontinu de l’endothélium sinusoïdal est d’origine artefactuelle et qu’il est provoqué par des altérations secondaires aux procédures de fixation tissulaire [34]. Les particularités structurales de l’endothélium sinusoïdal traduisent l’intensité des échanges entre le sang et les hépatocytes. Les hépatocytes importent à partir du sang sinusoïdal des petites molécules, comme des glucides, des lipides et des acides aminés, et exportent dans la circulation de nombreux produits de leur métabolisme, comme les protéines plasmatiques. Les cellules endothéliales sinusoïdales, fenêtrées et discontinues, servent de filtre et de tamis pour ces échanges bidirectionnels [34]. Elles contribuent également de façon active à certaines fonctions hépatocytaires. Ainsi, ce sont les cellules endothéliales sinusoïdales qui assurent la désialylation de nombreuses protéines circulantes, comme la transferrine, préalable indispensable à leur captation par l’hépatocyte [2]. Les cellules endothéliales sinusoïdales exercent également de nombreuses fonctions spécialisées [2], dont certaines se traduisent par l’expression d’un ensemble très caractéristique de marqueurs spécifiques [27, 29]. Le plus spécifique de ces marqueurs est la protéine CD4 [26] (fig 6). L’expression de cette protéine, décrite à la surface de certaines sous-populations de lymphocytes T et de macrophages, distingue les cellules endothéliales sinusoïdales hépatiques des autres cellules endothéliales de l’organisme. D’autres marqueurs 4

Les sinusoïdes se forment entre la cinquième et la dixième semaine de vie fœtale à partir des capillaires du septum transversum, d’origine probablement vitelline, une fois entourés par les cordons d’hépatoblastes envahissant le mésenchyme [8] . Ces capillaires subissent un processus de différenciation progressive au cours duquel ils perdent leurs caractéristiques initiales, comme l’organisation continue et la présence d’une membrane basale, et acquièrent les caractéristiques spécifiques de l’endothélium sinusoïdal hépatique, comme la structure discontinue, la présence de fenestrations cytoplasmiques et la disparition de la membrane basale [9, 35]. Les premières cellules résidentes non endothéliales, cellules de Kupffer et cellules stellaires, sont reconnaissables à partir de 8 à 10 semaines de vie intra-utérine [8]. Ce n’est cependant pas avant la 17 e semaine que la paroi des vaisseaux capillaires intrahépatiques acquiert des caractéristiques générales comparables à celles des sinusoïdes adultes [35]. Les mécanismes de la différenciation des sinusoïdes hépatiques sont encore imparfaitement connus. Des études récentes [5] suggèrent l’existence de deux processus coordonnés, complémentaires et successifs. La première phase du processus correspond à un processus de différenciation structurale, de la cinquième à la 12e semaine de la vie intra-utérine. Cette étape est caractérisée par la perte progressive des marqueurs caractéristiques des endothéliums continus et l’existence de remaniements importants de la matrice périsinusoïdale, incluant la disparition de la laminine et l’apparition de la ténascine. Cette étape est contemporaine de la mise en place de l’hématopoïèse intrahépatique (rappelons que le foie est en effet le principal organe hématopoïétique du fœtus). Certaines des modifications structurales observées permettent donc probablement aux sinusoïdes fœtaux de s’adapter à cette importante fonction physiologique. La seconde phase du processus débute à la 10 e semaine. Elle est caractérisée par l’apparition progressive et dissociée des marqueurs caractéristiques des cellules endothéliales sinusoïdales hépatiques adultes (CD4, récepteurs pour le fragment Fc des immunoglobulines, protéine CD14...) ; ce processus contribue vraisemblablement à préparer les cellules endothéliales intrahépatiques à exercer leurs fonctions spécifiques dans le foie adulte.

¶ Rôle des sinusoïdes hépatiques en physiopathologie Des lésions, parfois sévères, des sinusoïdes hépatiques, accompagnent de nombreuses pathologies hépatiques et contribuent à aggraver leurs conséquences physiopathologiques. Nous en citons deux exemples : les lésions dues à l’ischémie-reperfusion et les lésions de capillarisation accompagnant la fibrose hépatique. L’endothélium sinusoïdal est une des cibles privilégiées des lésions dues à l’ischémie-reperfusion, telles qu’elles peuvent s’observer en transplantation hépatique [ 3 2 ] . Le déterminisme des lésions endothéliales secondaires à l’ischémie-reperfusion est multifactoriel : libération de radicaux libres toxiques par les cellules de Kupffer et les polynucléaires accumulés dans la lumière sinusoïdale, production excessive de cytokines par les cellules de Kupffer activées, rôle toxique de la séquestration plaquettaire favorisée par la stase intrasinusoïdale. Des facteurs structuraux de fragilité (absence de certains types de jonctions intercellulaires, absence de

Hépatologie

Physiologie et physiopathologie des vaisseaux hépatiques

lame basale) sont probablement responsables de la très grande sensibilité du revêtement endothélial sinusoïdal à ces différentes agressions. Des facteurs fonctionnels s’ajoutent à ces facteurs structuraux. Ainsi, les cellules endothéliales sinusoïdales sont-elles parmi les seules cellules endothéliales de l’organisme à être dépourvues de la protéine CD55 (decay accelerating factor) [25] qui contribue à protéger les cellules somatiques contre le complément activé, produit localement en grande quantité lors de l’ischémiereperfusion [24]. Les lésions endothéliales induites par l’ischémiereperfusion jouent un rôle important dans les tableaux de dysfonctionnement primaire des greffons hépatiques. Le développement d’une fibrose hépatique s’accompagne d’un phénomène de capillarisation des sinusoïdes [20]. Au cours de ce processus, les sinusoïdes perdent leurs caractéristiques distinctives et se transforment progressivement en capillaires continus, non fenêtrés et limités par une membrane basale organisée contenant de la laminine [6]. Ces modifications structurales ont d’importantes conséquences physiopathologiques. La transformation des sinusoïdes en capillaires continus diminue les capacités d’échange entre les hépatocytes et le sang. De plus, les modifications de la matrice périsinusoïdale facilitent l’accumulation locale de peptides régulateurs et de facteurs de croissance, comme les interférons, le transforming growth factor (TGF)-bêta ou l’hepatocyte growth factor (HGF), susceptibles de modifier à long terme l’homéostasie tissulaire. Des modifications structurales importantes de la microcirculation hépatique sont observées dans les lésions régénératives du foie, comme l’hyperplasie nodulaire régénérative, et lors des phases initiales de la carcinogenèse hépatique [10, 18]. Dans ces situations, les sinusoïdes normaux sont remplacés par des néovaisseaux présentant les caractères structuraux et fonctionnels des vaisseaux capillaires continus. Ces néovaisseaux expriment en particulier de nombreux marqueurs des capillaires continus, absents des sinusoïdes normaux. Le plus caractéristique est la protéine CD34, indétectable aussi bien sur les sinusoïdes normaux que sur les sinusoïdes capillarisés associés à la fibrose hépatique [10]. La présence de ces néovaisseaux, faciles à mettre en évidence par des techniques immunohistochimiques, peut constituer une aide diagnostique pour l’identification des lésions prénéoplasiques et néoplasiques du foie.

Pathologie des différents compartiments vasculaires du foie Les principaux compartiments vasculaires du foie sont susceptibles de présenter des lésions spécifiques. Les compartiments veineux sont le siège de thromboses, différant par leur contexte de survenue ou leurs étiologies les plus fréquentes. Les thromboses portes

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Aspect histologique d’une péliose hépatique.

s’observent essentiellement dans un contexte de stase veineuse locale. Les thromboses des grosses veines sus-hépatiques, responsables du syndrome de Budd-Chiari, révèlent souvent des états d’hypercoagulabilité ou des syndromes myéloprolifératifs latents [7]. Enfin, les thromboses des veines centrolobulaires et des petites veines collectrices, responsables de la maladie veinoocclusive, sont essentiellement d’origine toxique (alcaloïdes d’origine végétale, radiations ionisantes, administration d’azathioprine). Les différences dans l’étiologie des thromboses veineuses hépatiques en fonction de leur siège reflètent évidemment des différences architecturales et hémodynamiques, mais pourraient également être dues, au moins en partie, à des réponses différentes des cellules endothéliales vis-à-vis d’agressions spécifiques. Les lésions vasculaires les plus caractéristiques du foie sont celles du sinusoïde hépatique. La péliose (fig 7), pathologie spécifique du sinusoïde hépatique, est une lésion histologique définie par la dilatation pseudokystique des sinusoïdes, la destruction de la paroi sinusoïdale, la dissociation de la matrice périsinusoïdale et l’atrophie des travées hépatocytaires de voisinage [22]. La péliose n’est que le stade extrême d’une gamme de lésions, dont la forme la moins sévère est la dilatation sinusoïdale. Les étiologies de la péliose sont nombreuses et variées et ont a priori peu de points communs. La pathogénie des lésions endothéliales est donc probablement variable mais l’évolution vers un tableau morphologique identique est sans doute facilitée par l’accumulation de facteurs de fragilité par l’endothélium sinusoïdal : absence de lame basale organisée, absence de certains types de jonctions intercellulaires, gamme réduite de récepteurs pour la matrice extracellulaire [22].

Références ➤

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Apoptose hépatique G. Feldmann L’apoptose ou mort cellulaire programmée existe dans le foie comme dans les autres organes. À l’état normal, il ne s’agit pas d’un processus fréquent de destruction des cellules hépatiques. Néanmoins, rien ne distingue, tant sous l’angle morphologique que biochimique, l’apoptose des cellules hépatiques de celle survenant dans les autres cellules. Parmi les voies d’induction de l’apoptose hépatique prédomine la voie du récepteur Fas qui est souvent mobilisée et dont le signal intracellulaire est amplifié par les mitochondries. Bien qu’on décrive d’autres modes d’induction de l’apoptose des cellules hépatiques, Fas, qu’on trouve en abondance sur la membrane plasmique des hépatocytes et des cellules biliaires, apparaît fréquemment impliqué dans le mécanisme de destruction de ces cellules au cours des hépatites virales B ou C, quelle que soit leur forme clinique, des hépatites alcooliques, des cirrhoses biliaires primitives, des cholestases secondaires à l’accumulation intrahépatique de sels biliaires et de certaines hépatites médicamenteuses. À l’opposé, c’est une altération du récepteur Fas qui pourrait être une des causes de la résistance à l’apoptose des cellules cancéreuses hépatiques. C’est la raison pour laquelle beaucoup d’efforts sont actuellement faits pour tenter expérimentalement d’inhiber la voie de Fas, soit au niveau de ses acides ribonucléiques messagers, soit au niveau des caspases, des enzymes protéolytiques, que son induction mobilise. © 2005 Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Mots clés : Apoptose ; Foie ; Cellules hépatiques ; Maladies hépatiques

Plan ¶ Introduction

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¶ Principales caractéristiques de l’apoptose hépatique et principales voies d’induction de l’apoptose dans le foie Histologie Biochimie

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¶ Apoptose dans les maladies hépatiques Apoptose et hépatite virale Apoptose et alcool Apoptose et cholestase Apoptose, médicaments et toxiques Apoptose et transplantation hépatique Apoptose et cancer du foie Apoptose et fibrose hépatique

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¶ Premières tentatives de traitement de l’apoptose hépatique

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■ Introduction Comme dans les autres organes, l’apoptose ou mort cellulaire programmée (MCP) existe dans le foie. Historiquement, on peut même dire qu’elle a été reconnue dans cet organe avant même que le mot apoptose (un mot grec signifiant la chute des feuilles d’un arbre ou des pétales d’une fleur) n’ait été introduit dans la Hépatologie

littérature biomédicale en 1972. [1] Bien avant, en effet, que Kerr et ses collègues [1] ne détaillent les principaux aspects morphologiques de cette forme de mort cellulaire dans diverses atteintes hépatiques, les anatomopathologistes décrivaient la présence dans le foie, en plus de la nécrose, d’une autre forme de mort cellulaire, plus rare que la précédente et qu’ils avaient appelée corps de Councilman ou corps acidophiles et bien individualisée grâce à la microscopie électronique. [2] Assez longtemps ignorée cependant en hépatologie, l’apoptose n’a pris sa place dans cette discipline qu’au début des années 1990 et a suscité depuis une quinzaine d’années une abondante littérature et plusieurs revues générales. [3-6] Il faut remarquer toutefois que si l’apoptose s’observe dans toutes les cellules hépatiques - aussi bien dans la principale d’entre elles, l’hépatocyte, que dans les cellules biliaires (CB) et sinusoïdales - ce n’est pas chez l’homme adulte normal un phénomène fréquent puisqu’on ne compte qu’un hépatocyte apoptotique pour deux à 3 000 cellules [7] avec une localisation lobulaire préférentielle dans la zone péricentrolobulaire [8] et que le rôle physiologique de l’apoptose hépatique reste mal connu, alors que d’une façon générale, la MCP est considérée comme l’un des agents responsables de l’homéostasie cellulaire, [9] c’est-à-dire de l’équilibre qui, à l’état adulte, existe dans un organe entre prolifération et mort cellulaire. Cette revue est divisée en trois parties, l’une consacrée à la description des principales caractéristiques de l’apoptose hépatique ainsi que des voies d’induction de la MCP dans le foie, la deuxième à l’apoptose dans les maladies hépatiques

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humaines et la troisième aux premières tentatives de traitement de l’apoptose hépatique. L’accent est mis ici sur la survenue de l’apoptose chez l’homme, en pathologie hépatique, les aspects expérimentaux et in vitro n’étant évoqués que quand nécessaire.

■ Principales caractéristiques de l’apoptose hépatique et principales voies d’induction de l’apoptose dans le foie Que l’apoptose se manifeste dans l’hépatocyte ou les autres cellules hépatiques, elle n’est pas différente de celle qu’on observe dans d’autres cellules.

Histologie Morphologiquement, un hépatocyte en voie d’apoptose diminue progressivement de taille et se condense tandis que son cytoplasme devient hyperéosinophile. Cette diminution de volume l’oppose à la nécrose où la cellule augmente de volume (ballonnisation). Progressivement, l’hépatocyte apoptotique perd contact avec les hépatocytes voisins tandis qu’apparaît, au niveau du noyau, un des signes cardinaux de l’apoptose, la condensation de la chromatine qui prend la forme d’un croissant de lune plus ou moins large situé sur la face interne de la membrane nucléaire et qu’on met en évidence in situ par une banale coloration histologique du noyau (hématoxyline), ou mieux par microscopie électronique, [3] ou dans les hépatocytes en culture ou les lignées d’hépatome par des colorants spécifiques de l’acide désoxyribonucléique (ADN), comme le diamidino- phényl-indol (DAPI). [10] Très rapidement, l’apoptose hépatocytaire ne dure in vivo que quelques heures : [11] la cellule se fragmente en corps apoptotiques (les corps de Councilman) contenant des fragments de noyau et/ou de cytoplasme qui sont phagocytés et digérés par les macrophages kupffériens ou quelquefois par les hépatocytes voisins sans que, contrairement à la nécrose, ne se déclenche une réaction inflammatoire au voisinage. On a pensé pendant longtemps que ces importantes modifications morphologiques n’altéraient pas les organites subcellulaires : on sait maintenant que la membrane plasmique est déformée par des boursouflures (ou bulles) où se logent des membranes du réticulum endoplasmique granulaire déplacées de leur localisation périnucléaire [3] et surtout que les mitochondries présentent, dans plusieurs conditions d’induction d’apoptose hépatocytaire, [12-14] des altérations ultrastructurales particulières (herniation de la matrice mitochondriale, remaniement des crêtes et rupture de la membrane externe). Trois autres caractéristiques morphologiques sont également à signaler. Comme dans les autres organes, l’apoptose hépatique n’affecte qu’un petit nombre de cellules, d’où la nécessité d’utiliser des techniques d’analyse d’image pour quantifier le phénomène in situ. Par ailleurs, la difficulté à reconnaître les corps apoptotiques amène à sous-estimer l’importance du phénomène en l’absence de techniques signalétiques adaptées (cf. infra). La rapidité du processus explique enfin pourquoi l’anatomopathologiste peut mésestimer l’apoptose.

Biochimie Sous l’angle biochimique, les principales caractéristiques de l’apoptose se retrouvent également dans l’apoptose hépatique. Le principal mécanisme de la destruction des protéines qui explique les intenses remaniements morphologiques cytoplasmiques et nucléaires est représenté par l’activation d’un groupe

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de protéases cytosoliques, les caspases (acronyme anglais signifiant qu’il s’agit de protéases à cystéine coupant leurs substrats après un acide aspartique). Les caspases se présentent dans le cytoplasme sous la forme de proenzymes inactives et leur activation résulte du clivage de la proenzyme, soit par un inducteur d’apoptose, soit par une autre caspase. [15] On connaît actuellement 14 caspases différentes dont dix dans l’espèce humaine. [15] Toutes n’ont pas été individualisées dans le foie, les plus connues étant deux caspases initiatrices du processus apoptotique, les caspases 8 et 9, trois caspases effectrices, c’està-dire responsables de la destruction protéique, les caspases 3, 6 et 7 et une caspase intervenant dans la réaction inflammatoire, la caspase 1. La caspase 3 mérite une mention spéciale car elle permet l’activation d’une ADNase responsable de la fragmentation de l’ADN. [16] Comme dans d’autres organes, l’activation des caspases peut être mise en évidence dans le foie par immunoblot et quantifiée par spectrofluorimétrie en utilisant respectivement des anticorps ou des substrats spécifiques de chaque enzyme. [17, 18] De plus, l’immunohistochimie permet de repérer, au niveau des hépatocytes, l’enzyme clivée. [17] Deux autres familles d’enzymes jouent également un rôle dans l’apoptose hépatique, les transglutaminases qui sont considérées comme responsables de la condensation cytoplasmique du fait de leur capacité de lier les fragments peptidiques, [19] et certaines cathepsines qui pourraient être activées par les sels biliaires. [20] Toutefois, bien que les caspases ne soient pas les seules enzymes à intervenir dans le foie, elles occupent une place prépondérante. L’activation des caspases précède la fragmentation de l’ADN (base moléculaire de la condensation de la chromatine) qui est une étape tardive de l’apoptose. Elle est amplifiée dans les hépatocytes par les mitochondries qui jouent, comme dans les autres cellules, [21, 22] un rôle essentiel dans l’apoptose hépatique. Que l’induction de l’apoptose dépende ou non d’un récepteur de mort cellulaire (cf. infra), la MCP fait en effet appel à la mitochondrie. Dans cet organite se trouve en effet une hémoprotéine, le cytochrome c, localisé entre les deux membranes et dans les crêtes mitochondriales et qui, à l’état physiologique, sert de transporteur d’électrons pour la chaîne respiratoire. Sous l’influence d’un stimulus apoptotique, le cytochrome c quitte la mitochondrie et constitue dans le cytosol, avec l’apoptosis protease-activating factor 1 (Apaf-1), un complexe macromoléculaire qui active la procaspase 9. Celle-ci active à son tour la caspase 3 qui déclenche l’étape ultime de l’apoptose. Le mécanisme de la sortie du cytochrome c fait l’objet d’intenses discussions qui débordent très largement le cadre des cellules hépatiques. [23] Schématiquement, on s’accorde à penser qu’elle résulte d’un trouble transitoire de la perméabilité membranaire mitochondriale. [21-23] Effectivement, on observe au cours de l’apoptose hépatocytaire une chute du potentiel membranaire mitochondrial [12, 13] qui est la traduction électrophysiologique de ce trouble. Mais le point de discussion porte sur la nature moléculaire de ce trouble. [23] Pour certains [21, 24] en effet, c’est la modification transitoire de la perméabilité d’un des pores de la double membrane mitochondriale, le pore voltage dependent anion chanel/adenine nucleotide translocator (VDAC/ANT), qui sert aux échanges adénosine triphosphate/adénosine diphosphate (ATP/ADP) entre la mitochondrie et le cytosol, qui expliquerait la sortie du cytochrome c. La modification de la perméabilité de ce pore fait appel aux protéines de famille bcl-2. Cette famille constitue un large groupe d’au moins 20 molécules [25, 26] qui se subdivisent en protéines antiapoptotiques, dont le chef de file est la protéine bcl-2, et en protéines proapoptotiques avec comme protéines principales les protéines bax et bak. Ce sont les gènes contrôlant l’expression de ces protéines dans les cellules qui sont à l’origine de la programmation de la mort cellulaire ainsi qu’Horvitz et ses collaborateurs l’ont initialement montré chez le nématode Caenorhabditis elegans. [27] Toutes, en particulier la protéine proapoptotique bid, dont on reparlera pour la voie Hépatologie

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d’induction de l’apoptose par le récepteur Fas, ont un domaine structural commun, le domaine BH3. La protéine bcl-2, qui a été mise en évidence en pathologie humaine chez les malades présentant un lymphome avec translocation chromosomique, [14-18] est l’équivalent chez les mammifères [28] de la protéine antiapoptotique exprimée par le gène ced-9 du nématode. Pour induire l’ouverture du pore VDAC/ANT, les protéines bax ou bak se lieraient à ce pore, le rendant transitoirement perméable, permettant ainsi l’entrée d’eau et d’électrolytes dans la matrice mitochondriale, d’où le gonflement de l’organite et la rupture de la membrane externe. [21-23] Cependant, il vient d’être démontré chez la souris que les hépatocytes pouvaient devenir apoptotiques avec relargage du cytochrome c, même quand une des molécules du pore VDAC/ANT, la molécule ANT, était invalidée. [29] Alternativement, les protéines bax et bak pourraient s’oligomériser à la surface mitochondriale pour induire la formation transitoire d’un canal membranaire permettant ainsi la sortie du cytochrome c. [23] En tout état de cause, si les protéines proapoptotiques jouent un rôle déterminant dans la sortie du cytochrome c, on ne doit pas pour autant négliger le rôle des protéines antiapoptotiques bcl-2, en particulier de la protéine bcl-xL (bcl-2 n’existe pas dans le foie) [30] qui inhibe, au niveau du canal ou du pore, la sortie de l’hémoprotéine. On estime que l’effet régulateur (ouverture ou fermeture d’un pore ou d’un canal) des deux groupes de protéines proapoptotiques et antiapoptotiques provient de leur rapport dans les dimères qu’ils constituent à la surface des mitochondries. [9, 25] Enfin, comme dans les autres cellules, les altérations mitochondriales qu’on observe dans l’apoptose hépatocytaire ne s’observent que dans une fraction des mitochondries (20 % environ dans le modèle d’apoptose provoquée chez la souris par administration d’anticorps anti-Fas) (résultat personnel). Ceci explique que, contrairement à la nécrose, la production d’ATP persiste au cours de l’apoptose qu’on appelle aussi pour cette raison mort cellulaire active. La condensation de la chromatine correspond à une fragmentation régulière du filament d’ADN en nucléosomes d’environ 200 paires de bases ou en multiples de nucléosomes (oligonucléosomes). Observée pour la première fois dans des thymocytes apoptotiques il y a près de 25 ans, [31] elle est retrouvée dans les cellules hépatiques apoptotiques chaque fois que recherchée, aussi bien in vivo [3-6] qu’in vitro. [12-14] La méthode la plus simple pour la mettre en évidence consiste en une électrophorèse de l’ADN. [12, 13, 31] In situ, sur les coupes histologiques de foie on fait appel à la technique TUNEL, une technique de biologie moléculaire qui consiste à localiser dans les noyaux les extrémités hydroxylées de l’ADN fragmenté par de la désoxyuridine préalablement marquée par la peroxydase [32] ou par un fluorochrome. Cette technique très couramment utilisée [12] souffre néanmoins d’un manque de spécificité car elle peut mettre en évidence également des fragments d’ADN coupés de façon irrégulière, comme cela survient au cours de la nécrose. [33] Les bulles observées au niveau de la membrane plasmique s’accompagnent d’une modification biochimique particulière : l’un des phospholipides qui constituent la membrane, la phosphatidylsérine, qui à l’état normal est située du côté cytoplasmique, se retrouve à la surface de la cellule au cours de l’apoptose. [34] Grâce à un récepteur spécifique de ce phospholipide, les macrophages peuvent phagocyter les corps apoptotiques. Les modifications du réticulum endoplasmique sont possiblement la traduction morphologique d’un mécanisme d’apoptose nouvellement mis en évidence, le « stress du réticulum endoplasmique » où à la suite d’une synthèse de protéines structuralement anormales par cet organite et par l’intermédiaire de l’activation de la caspase 12 et/ou de la sortie du calcium dans le cytosol, une MCP se produit. [35] Toutefois, ce mécanisme a encore peu été étudié dans le foie. [36]

Causes de l’apoptose Comme il a été dit plus haut, il y a très peu de cellules en apoptose dans le foie à l’état normal. Cette constatation n’est Hépatologie

pas surprenante car on sait aussi qu’il y a très peu de mitoses. [37] On ignore ce qui, à l’état normal, déclenche l’apoptose d’un hépatocyte ou d’une autre cellule hépatique mais on sait que l’hépatocyte présente sur sa membrane plasmique plusieurs récepteurs de mort cellulaire qui appartiennent à la famille du tumor necrosis factor (TNF)$ et dont l’un des plus importants est le récepteur Fas ou Apo-1 ou CD95. Fas est une glycoprotéine transmembranaire localisée sur le domaine basolatéral de la membrane plasmique de l’hépatocyte et de la cellule biliaire [38] qui présente un long domaine cytoplasmique ou domaine de mort. Sous l’influence spécifique de son ligand ou expérimentalement d’un anticorps agoniste anti-Fas, Fas se trimérise à la surface membranaire et grâce à une molécule d’adaptation présente dans le cytoplasme, la protéine Fas-associated death domain (FADD), provoque l’activation de la procaspase 8 en une forme active. La caspase 8 protéolyse en partie la protéine proapoptotique bid dont la forme tronquée modifie, avec l’aide de bax ou de bak, la perméabilité de la membrane mitochondriale externe, entraînant ainsi la sortie du cytochrome c. Comme on l’a expliqué, cette sortie active la caspase 3 et déclenche l’apoptose. [39] Le rôle de bid semble essentiel puisque si, chez la souris, on inactive son gène, on inhibe l’apoptose médiée par Fas. [40] Différentes molécules inhibitrices modulent la voie de Fas à des niveaux variés. Parmi elles, il faut citer les protéines flice-inhibitory proteins (FLIP) qui interviennent précocement au niveau de FADD et les inhibiting-apoptosis proteins (IAP) qui interviennent après l’étape mitochondriale au niveau des caspases. [41] Parmi ces dernières, on doit signaler la survivine qui, en favorisant la prolifération cellulaire [42] et en diminuant l’apoptose, [43] pourrait constituer un facteur de mauvais pronostic dans le cancer du foie. Par ailleurs, la concentration du foie en glutathion conditionne le comportement de Fas : l’apoptose est en effet favorisée en cas de déplétion en glutathion. [44, 45] Le récepteur du TNF$ (TNFR1) constitue la deuxième catégorie de récepteur de mort cellulaire présent à la surface des hépatocytes. [46] Toutefois, le rôle du TNF$ dans l’apoptose des cellules hépatiques est plus complexe que celui de Fas. En effet, expérimentalement, le TNF$ n’induit d’abord une nécrose et éventuellement une apoptose que dans la mesure où l’on a ajouté à la cytokine des inhibiteurs de la synthèse protéique ou de la transcription. [18, 46] De plus, cette cytokine a une double voie signalétique intracellulaire : selon les circonstances, elle peut en effet provoquer une apoptose par l’intermédiaire de la mitochondrie comme Fas ou induire la survie de la cellule en activant la voie d’un facteur de transcription, le NF-jB. [47] Une troisième catégorie de récepteur de mort a été plus récemment individualisée dans le foie : ce sont les récepteurs DR5/DR4 dont le ligand est tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) et qui peuvent provoquer une apoptose hépatique [48, 49] quand ils sont stimulés par leur ligand, la voie signalétique passant également par la mitochondrie. Il faut noter enfin que l’apoptose hépatique ne survient pas nécessairement qu’après la stimulation d’un récepteur de mort cellulaire. De nombreuses molécules cytotoxiques, en particulier beaucoup de celles employées en chimiothérapie anticancéreuse, peuvent provoquer, à côté d’une nécrose, une apoptose hépatocytaire. [50, 51] Ces molécules induisent directement des lésions de l’ADN nucléaire sans passer par le relais d’un récepteur membranaire. Elles entraînent ainsi une augmentation de l’expression du gène p53, appelé aussi le gardien du génome car en attendant la réparation des lésions de l’ADN, il bloque la cellule en phase G1 du cycle cellulaire pour éviter la transmission des mutations aux cellules-filles. Si la réparation ne s’effectue pas, la protéine p53 déclenche une apoptose dont le mécanisme, très étudié actuellement, [52, 53] est complexe : cette protéine peut en effet, soit agir sur la mitochondrie par l’intermédiaire de protéines proapoptotiques, comme bax, noxa ou puma, soit sur le récepteur Fas, soit même, selon certains, pénétrer dans la mitochondrie et provoquer directement la sortie du cytochrome c. Le gène p53 joue donc un rôle très important dans l’apoptose

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hépatique comme les gènes de la famille bcl-2. Un autre gène intervient parfois dans le foie, le gène c-myc qui, à côté de sa capacité prolifératrice, peut aussi dans certaines circonstances provoquer une apoptose [54] parfois hépatique. [55] Son mécanisme d’action est également complexe. [56]

■ Apoptose dans les maladies hépatiques Dès son individualisation par rapport à la nécrose, l’apoptose a été très étudiée dans les maladies hépatiques.

Apoptose et hépatite virale Depuis l’observation initiale du groupe de Nagata démontrant, chez la souris, que la stimulation du récepteur Fas provoquait la mort rapide de l’animal par une apoptose hépatique massive avec des lésions hépatocytaires ressemblant à une hépatite fulminante, [57] un grand nombre d’études a tenté de montrer que l’apoptose jouait un rôle significatif dans la pathogénie des hépatites virales. Une première difficulté est venue de la mise en évidence de l’apoptose au cours des hépatites virales. S’il est bien établi qu’au cours de ces maladies on peut voir, dans le foie, des corps de Councilman, [2, 58] le pourcentage d’hépatocytes apoptotiques analysé par la technique TUNEL est très faible puisque pour ne citer qu’un exemple dans une série de 61 cas d’hépatite chronique C, l’index apoptotique ne dépassait pas 0,5 %. [59] On possède peu de documents chiffrés sur le pourcentage d’hépatocytes apoptotiques dans les hépatites aiguës ou fulminantes, un travail l’estimant abondant dans trois cas d’hépatite fulminante due au virus B. [60] Une deuxième difficulté provient du fait qu’on discute encore de la façon dont deux des principaux virus des hépatites, les virus B et C, pourraient provoquer directement (et non par le relais de cellules immunocompétentes) une apoptose. Par exemple, plusieurs travaux récents [61, 62] estiment que la nucléocapside du virus de l’hépatite C inhibe l’apoptose alors que d’autres un peu plus anciens avancent le contraire. [63, 64] Il en est de même pour la protéine X du virus B qui, pour certains, serait apoptotique [65, 66] alors que pour d’autres, elle aurait un rôle antiapoptotique. [67] Toutefois, le fait que les hépatocytes soient détruits par l’apoptose en plus de la nécrose semble établi par les constatations suivantes. • Le récepteur Fas est surexprimé dans de nombreux hépatocytes, quels que soient la forme clinique de l’hépatite (fulminante, aiguë ou chronique) et le virus en cause (B ou C). [60, 68-72] Il n’est pas non plus exclu que du fait de sa surexpression, Fas intervienne dans l’apoptose observée après transplantation hépatique chez des patients porteurs du virus de l’hépatite C. [73, 74] Il est connu par ailleurs que la co-infection par les virus de l’hépatite C et de l’immunodéficience humaine aggrave l’évolution de la maladie hépatique : dans ce contexte, on vient de montrer que deux des protéines de l’enveloppe de chaque virus, respectivement la protéine E2 et la protéine gp120 qui isolément ne provoquent pas d’apoptose hépatocytaire, le font en augmentant l’expression du ligand de Fas quand elles sont mises ensemble au contact de cellules hépatiques en culture. [75] • Il y a très souvent, autour des hépatocytes, des cellules immunocompétentes porteuses du ligand de Fas et dont l’interaction avec Fas aboutit à la destruction apoptotique des hépatocytes. [5, 76, 77] De plus, la sécrétion par ces cellules de la perforine et des granzymes susceptibles d’activer les caspases concourent à la mort hépatocytaire. [5] • L’activité des caspases est augmentée, en particulier celle de la caspase 3, au cours de l’hépatite chronique C. [17, 72]

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Apoptose et alcool Alors qu’il est bien connu que l’intoxication alcoolique provoque chez l’homme une stéatose hépatique et la mort des hépatocytes par nécrose, ce n’est que relativement récemment et à la suite de plusieurs travaux expérimentaux réalisés chez le rat, [78-80] la souris [81] ou le cobaye [82] qu’on a pu montrer que l’apoptose survenait aussi dans certaines formes cliniques de la maladie hépatique alcoolique où elle pourrait jouer un rôle non négligeable dans la pathogénie de cette maladie. [5] Un pourcentage de 5 % à 12 % d’hépatocytes apoptotiques selon le degré de gravité des lésions hépatiques a d’abord été rapporté par Zhao et al. [83] au cours de l’intoxication alcoolique chronique puis deux études plus récentes ont montré que dans l’hépatite alcoolique, ce pourcentage allait de 0,3 à 28 % selon les cas [84] avec en moyenne, dans cette forme clinique d’intoxication alcoolique, 6 fois plus d’hépatocytes apoptotiques qu’à l’état normal. [85] De plus, dans ces deux études, plus la concentration plasmatique de la bilirubine était élevée, plus les lésions histologiques du foie étaient importantes et plus le pourcentage d’hépatocytes apoptotiques augmentait. [84, 85] Par ailleurs, une des études [84] signalait que dans les cirrhoses alcooliques inactives, il n’y avait pas plus d’apoptose que dans le foie normal tandis que l’autre [85] rapportait que le récepteur Fas était surexprimé dans les hépatocytes dans 24 des 25 cas d’hépatite alcoolique. Cette dernière observation est à la base d’une des hypothèses expliquant le mécanisme de l’apoptose provoquée par l’alcool. En effet, l’induction de Fas par l’alcool, bien démontrée expérimentalement, [86] pourrait être à l’origine de la destruction hépatocytaire par l’intermédiaire d’un trouble de la perméabilité mitochondriale accompagné du relargage du cytochrome c dans le cytosol ; en faveur de cette hypothèse est l’observation d’une augmentation du ligand de Fas dans le plasma des patients avec hépatite alcoolique. [87] Une autre hypothèse fait appel au stress oxydant induit par l’alcool qui, par le relais du cytochrome P 450 2E1, augmente la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO), ce qui entraîne un dysfonctionnement mitochondrial avec passage du cytochrome c dans le cytosol et activation des caspases. [85] Ces deux mécanismes n’excluent pas d’autres possibilités comme par exemple le rôle d’un autre récepteur de mort cellulaire, celui du TNF$, car on sait que cette cytokine est aussi élevée dans le plasma des patients alcooliques [88] et que chez le rat, l’alcool sensibilise les hépatocytes à l’effet proapoptotique du TNF$. [89] La constatation d’une augmentation de l’expression du ligand de Fas dans le foie de quelques patients avec une hépatite alcoolique, [90] et chez le rat soumis à une intoxication alcoolique chronique, [91] alors qu’on ne peut pas le mettre en évidence dans le foie normal, a conduit à proposer un autre mécanisme pour expliquer le rôle de l’alcool dans l’apoptose hépatique : c’est par paracrinie ou autocrinie que ce toxique détruirait les hépatocytes puisqu’en même temps, il induit une surexpression du récepteur Fas dans les hépatocytes voisins ou les mêmes hépatocytes. [5] Par ailleurs, dans les stéatohépatites non alcooliques qu’on observe au cours de l’obésité ou du diabète insulinorésistant, on vient récemment de montrer qu’il existait aussi une importante apoptose hépatocytaire dont le mécanisme pourrait dépendre d’une surexpression de Fas dont le signal de mort emprunterait la voie mitochondriale. [92]

Apoptose et cholestase La cirrhose biliaire primitive (CBP) a été la maladie cholestatique du foie où l’apoptose des cellules biliaires a été rapportée en microscopie électronique pour la première fois, [93] observation confirmée par la suite par plusieurs groupes par l’utilisation de la technique TUNEL. [94-96] Cependant, deux études analysant des patients à différents stades de la CBP avec cette même technique ont estimé que l’apoptose des cholangiocytes était exceptionnelle [97, 98] en regard de la nécrose de ces cellules, Hépatologie

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principale cause pour ces auteurs de la disparition des canaux biliaires. Le mécanisme de l’apoptose des cellules biliaires, si tant est que son importance soit grande, demeure mal connu. Certains, ayant constaté une surexpression du récepteur Fas et/ou du granzyme B dans les cellules biliaires ainsi que du ligand de Fas dans les monocytes infiltrant les canaux biliaires, [94] ont suggéré que leur destruction était secondaire à l’interaction Fas/ligand de Fas ou à l’action du système perforine-granzyme à l’exemple de ce que l’on a avancé pour la destruction des hépatocytes dans les hépatites virales chroniques. D’autres, ayant observé une chute de l’expression des protéines antiapoptotiques comme bcl-2, [99] qui contrairement aux hépatocytes est exprimée à l’état normal dans les cellules biliaires, [30] ont avancé que l’apoptose de ces cellules provenait de la disparition de ce moyen de protection, les exposant ainsi à un stimulus apoptogène sans toutefois expliquer la raison de la chute de bcl-2. Peu d’études sont consacrées aux autres maladies cholestatiques : un travail signale qu’il n’y aurait pas ou peu d’apoptose biliaire dans la cholangite sclérosante primitive, [95] alors que la MCP a été observée dans les cellules biliaires de quelques cas de maladie du greffon contre l’hôte. [93, 100]

Le rôle des sels biliaires, qui s’accumulent dans le foie au cours des cholestases et qui pourraient être inducteurs, en plus de la nécrose, d’une apoptose des hépatocytes, a suscité beaucoup de travaux expérimentaux. Il est bien établi maintenant que certains sels biliaires, comme le glycochénodésoxycholate [101] (ou à un moindre degré le désoxycholate ou le chénodésoxycholate) sont au moins, in vitro, responsables d’une apoptose hépatocytaire, peut-être par l’intermédiaire d’une surexpression du récepteur Fas, [102] d’un trouble de la perméabilité membranaire mitochondriale avec production d’ERO, sortie cytosolique du cytochrome c et activation des caspases. [103] À l’opposé, l’acide ursodésoxycholique, comme son conjugué le plus hydrophile l’acide tauro-ursodésoxycholique, inhibe l’apoptose induite par le glycochénodésoxycholate, [103, 104] peut-être par un effet antioxydant, [103] de même d’ailleurs que certains autres antioxydants comme l’alphatocophérol. [105] C’est cette propriété antioxydante de l’acide ursodésoxycholique qui vient récemment d’être démontrée pour expliquer l’effet de ce sel biliaire dans les cirrhoses biliaires secondaires. [106] C’est également la propriété antioxydante de la bilirubine qui pourrait rendre compte de son rôle protecteur. [107] Signalons enfin que la ligature expérimentale de la voie biliaire principale provoque une induction de Fas dans les hépatocytes. [108]

Apoptose, médicaments et toxiques Ce n’est pas l’objet de cette revue de dresser la liste des molécules qui, au moins in vitro, provoquent une apoptose des hépatocytes, des cellules biliaires ou ses cellules sinusoïdales étoilées. Le lecteur trouvera les informations nécessaires dans plusieurs revues récentes. [3, 4, 50, 51, 109, 110] En effet, on ne trouve pas une bonne correspondance avec ce qui est observé chez l’homme, les hépatites médicamenteuses ou toxiques se caractérisant habituellement par une nécrose hépatique. On explique généralement cette discordance en avançant que les biopsies hépatiques faites habituellement après la phase clinique de l’hépatite médicamenteuse sous-estiment l’apoptose car celle-ci a disparu du fait de sa fugacité. Néanmoins, pour ne donner qu’un seul exemple, celui de la tacrine qui est utilisée chez l’homme dans le traitement de la maladie d’Alzheimer et qui provoque parfois des hépatites nécrotiques, une étude récente a montré chez le rat qu’à côté de la nécrose, l’administration de tacrine entraînait une véritable apoptose hépatocytaire, tant sous l’angle morphologique que biochimique. [14] Les deux points suivants doivent aussi être soulignés : les mitochondries jouent un rôle déterminant dans l’apoptose d’origine toxique ; [111-113] le récepteur Fas est souvent activé par les molécules utilisées en chimiothérapie anticancéreuse. [114] Hépatologie

Au cours de l’hémochromatose, il y a plus d’hépatocytes apoptotiques, particulièrement dans la zone péricentrolobulaire, que dans le foie normal, et la surcharge en fer pourrait en être la responsable. [115] Il en est de même pour le cuivre qui s’accumule dans le foie dans la maladie de Wilson. [116]

Apoptose et transplantation hépatique Le rejet de greffe hépatique peut, en plus des lésions hépatiques caractéristiques du rejet, s’accompagner d’une apoptose qui atteint séparément les cellules biliaires [117] ou les hépatocytes, particulièrement ceux situés dans la zone péricentrolobulaire [118] ou parfois ensemble les deux cellules [118], l’atteinte étant d’une façon générale plus importante dans les formes sévères ou chroniques du rejet. [117-119] Quoique non négligeable, l’apoptose hépatocytaire reste modérée (1,2 % des hépatocytes en moyenne dans les formes sévères), [118] ce pourcentage augmentant nettement en cas de thrombose artérielle (plus de 7 %). [118-120] Comme on l’a vu plus haut, l’apoptose pourrait être Fas-dépendante puisque la forme soluble de Fas dans le plasma est significativement augmentée au cours du rejet et que le récepteur est surexprimé dans les hépatocytes. [73] En réalité, l’apparition d’une apoptose hépatique au cours du rejet de greffe est liée aux conditions de conservation du foie avant la transplantation. L’analyse histologique de biopsies hépatiques humaines, prélevées immédiatement après la reperfusion du greffon et à la suite d’une période d’ischémie de 5 à 20 heures pendant laquelle le greffon était conservé au froid dans la solution de Wisconsin, a montré que l’apoptose atteignait toutes catégories de cellules hépatiques, surtout cependant les hépatocytes et les cellules sinusoïdales endothéliales, les cellules biliaires étant beaucoup moins souvent apoptotiques. [121] L’atteinte apoptotique des cellules endothéliales au cours de l’ischémie-reperfusion a été soulignée dans plusieurs travaux réalisés chez le rat par l’équipe de Clavien [122-124] qui en fait un élément déterminant du succès de la greffe hépatique. Elle ne fait pas cependant l’unanimité, d’autres auteurs estimant que les cellules endothéliales meurent par nécrose et que l’apoptose est rare au cours de l’ischémie-reperfusion. [125]

Apoptose et cancer du foie Toutes les maladies hépatiques mentionnées plus haut ont un aspect commun : l’apoptose est augmentée par rapport au foie normal. Dans l’hépatocarcinome, le principal cancer du foie, l’apoptose au contraire tend à diminuer comme le montrent plusieurs publications, [126-130] bien que d’autres études soulignent que la MCP est augmentée au cours du cancer du foie [131, 132] comme on l’observe également dans l’’hépatocarcinogenèse expérimentale. [133] Plusieurs autres éléments viennent encore compliquer l’interprétation des discordances entre les observations cliniques et expérimentales : par exemple, alors que certains trouvent que les protéines antiapoptotiques, comme bcl-2 ou bcl-xL, sont peu [134] ou pas, [135] voire même sous-exprimées [136] dans l’hépatocarcinome, ce qui ne peut que favoriser l’apoptose, d’autres au contraire observent une surexpression de bcl-2 [137] qui bloque ainsi l’apoptose et favorise la prolifération. Il faut remarquer à ce sujet que dans les lignées d’hépatome humain, bcl-2 et bcl-xL sont surexprimées, [138, 139] ce qui protège ces lignées d’une apoptose médiée par Fas alors que la transfection d’oligonucléotides antisens anti-bcl-2 ou anti-bcl-xL réactive leur apoptose. [138, 139] La résistance des lignées d’hépatome à l’apoptose pourrait être mise sur le compte d’une diminution ou d’une perte de l’expression de Fas dans les cellules cancéreuses [140-142] avec, selon les études, l’absence de toute mutation du gène Fas [142] ou au contraire l’existence de mutations au niveau des exons codant pour la partie intracytoplasmique du récepteur Fas. [143] Là où la situation se complique encore, c’est que le ligand de Fas est retrouvé à des niveaux variables dans les cellules cancéreuses et

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à un niveau particulièrement élevé dans les hépatocytes immédiatement adjacents des cellules cancéreuses, [144] ce qui a fait proposer par certains [144] un mécanisme d’autocrinie ou de paracrinie pour expliquer l’apoptose survenant au cours des cancers du foie. Cependant, dire que la diminution de l’expression de Fas suffit à expliquer la possible diminution de l’apoptose dans les cancers du foie est probablement trop simple : on sait que des protéines intervenant dans la voie de Fas, comme Fas-associated phosphatase (FAP)-1, [142] FLIP, [145] bid [146] ou la caspase 3, [147] sont également altérées. Enfin, l’analyse moléculaire des gènes dans les nodules cancéreux a montré récemment que l’expression du gène de la protéine HSP70, une autre protéine antiapoptotique, était élevée dans le cancer du foie. [148]

Apoptose et fibrose hépatique La fibrose hépatique est la lésion hépatique la plus communément observée dans les maladies chroniques du foie, quelle qu’en soit l’origine. Depuis ces dernières années, on s’accorde à penser que l’apoptose des cellules sinusoïdales étoilées pourrait jouer un rôle important dans la régression de la fibrose hépatique. [113] En effet, alors qu’on sait que ces cellules ont un rôle essentiel dans la fibrogenèse quand elles sont activées, plusieurs travaux ont montré chez le rat que la régression de la fibrose après ligature du cholédoque s’accompagnait d’une augmentation significative de l’apoptose des cellules étoilées. [149, 150] Ces cellules expriment, en plus du récepteur Fas, [151] les récepteurs pour TRAIL, [152] ce qui ouvre une possible perspective thérapeutique. Dans ce contexte, on vient de proposer d’utiliser une toxine fongique, la gliotoxine, capable in vitro de provoquer une apoptose des cellules étoilées, tant humaines que de rat. [153]

■ Premières tentatives de traitement de l’apoptose hépatique Il n’y a pas, à l’heure actuelle, de traitement de l’apoptose hépatique chez l’homme. Deux possibilités existent cependant qui ont donné lieu, surtout pour la première, à de nombreux travaux expérimentaux : on peut en effet diminuer ou inhiber l’apoptose qui survient dans les hépatites fulminantes, aiguës ou chroniques ou au contraire chercher à l’augmenter dans les hépatocarcinomes pour contrecarrer la prolifération cancéreuse et rétablir l’homéostasie cellulaire. Deux voies de recherche différentes sont poursuivies pour inhiber l’apoptose, l’une au niveau des gènes contrôlant l’apoptose, l’autre au niveau des caspases. Il y a maintenant 8 ans que l’équipe d’Axel Khan a montré qu’on pouvait complètement éviter, chez la souris, l’hépatite fulminante induite par administration d’un anticorps agoniste anti-Fas ainsi que la mort de l’animal si, au préalable, on avait surexprimé par transgenèse chez cet animal le gène antiapoptotique bcl-2. [154] Cette première observation a permis à la même équipe de développer une voie de recherche originale dans le cadre de la transplantation des hépatocytes comme alternative à la transplantation hépatique : Khan et ses collaborateurs ont en effet montré qu’il était possible expérimentalement de transplanter dans le foie des hépatocytes dérivant de cellules de la moelle osseuse surexprimant la protéine bcl-2 après transgenèse et de protéger ainsi l’organe en cours de destruction grâce à la multiplication de ces cellules dans le foie. [155, 156] D’autres équipes se sont intéressées non pas aux gènes de l’apoptose mais aux voies signalétiques de la mort cellulaire : par exemple, on a montré qu’en utilisant des oligonucléotides antisens réprimant l’expression de bid, on pouvait diminuer de façon

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significative la mortalité provoquée par l’anticorps antiFas ; [157] de la même façon, l’équipe de Gores a montré avec les mêmes oligonucléotides qu’on pouvait réduire l’apoptose induite par le glycochénodésoxycholate, confirmant ainsi le rôle du récepteur Fas pour expliquer l’action proapoptotique de ce sel biliaire. [158] Plus récemment, grâce à la technique des small interference ribonucleic acid (siRNA), on a réussi à inhiber les acides ribonucléiques messagers (ARNm) de Fas ou de la caspase 8 et à empêcher l’hépatite fulminante provoquée chez la souris par administration d’anticorps anti-Fas. [159, 160] En ce qui concerne les caspases, une étude a rapporté qu’il était possible d’inhiber les lésions apoptotiques provoquées par l’ischémie-reperfusion en administrant à l’animal des tripeptides de synthèse, comme le ZVAD-fmk, qui bloquent l’activité des caspases. [161] Un laboratoire pharmaceutique californien propose, depuis plusieurs années, des inhibiteurs non protéiques de caspases, de première [162] ou de deuxième génération (l’IDN6556), [163] qui ont fait preuve de leur efficacité dans le modèle d’hépatite fulminante provoquée chez la souris par administration d’anticorps anti-Fas, que l’inhibiteur soit administré avant l’anticorps ou après la constitution de l’hépatite. [162] L’inhibiteur IDN-6556 qui se concentre spécifiquement dans le foie et ne semble pas toxique est également efficace dans le traitement des lésions d’ischémie-reperfusion. [163] Des essais cliniques avec cet inhibiteur sont en cours : par exemple, on vient de rapporter que pris oralement pendant 14 jours, l’IDN-6556 était bien toléré et diminuait de façon significative le taux sérique des transaminases hépatiques chez les patients présentant une hépatite virale chronique C. [164] À l’opposé, augmenter l’apoptose dans le but de contrebalancer la prolifération excessive qui survient dans le cancer du foie rentre pour l’instant dans le cadre plus général de la chimiothérapie anticancéreuse dont l’hépatocarcinome n’est qu’un cas particulier. Si, comme il a été dit plus haut, de très nombreuses molécules employées en chimiothérapie sont capables de provoquer in vitro une apoptose des lignées d’hépatome humain, aucune d’entre elles n’a été encore utilisée pour le traitement du cancer du foie chez l’homme. Il est vrai qu’on se heurte là au problème des effets collatéraux de la chimiothérapie anticancéreuse, les molécules efficaces sur les lignées d’hépatome l’étant aussi sur les hépatocytes normaux. Parmi les tentatives qui visent à contourner cette importante difficulté, on peut citer trois travaux récents, deux qui privilégient par technique de génie génétique l’action du ligand de TRAIL car ses récepteurs spécifiques ne sont exprimés pour certains que dans les cellules cancéreuses hépatiques, [165, 166] et un qui montre qu’en transfectant les siRNA de la cycline E, surexprimée dans certaines lignées d’hépatome humain, on peut bloquer la prolifération de ces cellules et en provoquer l’apoptose. [167]

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G. Feldmann, Professeur ([email protected]). Inserm U 481, Faculté de médecine Xavier-Bichat, 16, rue Henri-Huchard, 75018 Paris, France.

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Hépatologie



7-005-A-35

Fibrose hépatique S. Lemoinne, A. Cadoret, N. Bosselut, C. Housset, D. Wendum, D. Thabut La sévérité des maladies chroniques du foie, véritable enjeu de santé publique, est liée à leur caractère fibrosant. Les travaux de recherche effectués ces dernières années ont permis de mieux caractériser les acteurs cellulaires et moléculaires de la fibrose. Ce sont les myofibroblastes hépatiques qui, sous l’influence de facteurs profibrosants tels que le transforming growth factor ␤ ou le platelet-derived growth factor, s’accumulent et synthétisent en excès les composants de la matrice extracellulaire responsables de la fibrose. En pratique clinique, l’évaluation de la fibrose a été améliorée par le développement de méthodes non invasives : les algorithmes de paramètres sériques et l’élastométrie impulsionnelle. La prise en charge thérapeutique de la fibrose comprend le traitement de la cause, le traitement des comorbidités et le traitement antifibrosant. À ce jour, les traitements antifibrosants ne sont administrés qu’au cours d’essais cliniques, mais la richesse des études en cours sur de nouvelles pistes thérapeutiques fait apparaître des traitements ciblés prometteurs pour l’avenir. © 2012 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : Fibrose hépatique ; Myofibroblastes ; Cirrhose ; Traitement antifibrosant

Plan ■

Introduction

1



Physiopathologie de la fibrose : mécanismes cellulaires et moléculaires Composition et localisation de la fibrose Cellules fibrogéniques Mécanismes d’activation des cellules fibrogéniques Médiateurs moléculaires

1 1 2 2 3



Diagnostic de la fibrose Intérêt clinique de l’évaluation de la fibrose Méthode invasive d’évaluation de la fibrose : ponction biopsie hépatique Méthodes non invasives d’évaluation de la fibrose

3 3 3 4



Traitement spécifique de la fibrose Traitement de la cause Traitement des comorbidités et mesures hygiénodiététiques Traitements spécifiques antifibrosants

5 5 6 6



Conclusion

6

 Introduction La fibrose est une lésion élémentaire commune à toutes les maladies chroniques du foie, quelle que soit leur cause. Jusqu’à un stade avancé, la fibrose est asymptomatique et n’est donc diagnostiquée que si elle est expressément recherchée. Son histoire naturelle est la progression lente jusqu’à la cirrhose où vont apparaître les complications qui vont rendre la maladie symptomatique : insuffisance hépatocellulaire, hypertension portale ou carcinome hépatocellulaire. Aujourd’hui, les maladies chroniques du foie constituent un véritable enjeu de santé publique. EMC - Hépatologie Volume 7 > n◦ 4 > octobre 2012 http://dx.doi.org/10.1016/S1155-1976(12)59788-3

Elles sont de plus en plus fréquentes d’une part dans les pays occidentaux en raison d’une prévalence élevée de l’hépatite C (environ 1 % de la population) et du syndrome métabolique avec le risque de non alcoholic steato-hepatitis (NASH) qui lui est associé, mais également dans les pays en voie de développement dans lesquels la prévalence de l’hépatite B est importante [1] . Pour donner un exemple chiffré de la prévalence de la fibrose, nous pouvons citer une étude franc¸aise qui a permis d’estimer la prévalence d’une fibrose avancée (supérieure ou égale à F2) à 2,8 % dans la population générale à partir de FibroTest® réalisés dans une population de 7 482 sujets bien portants, âgés de plus de 40 ans. Dans cette étude, les causes de fibrose avancée les plus fréquentes étaient la NASH et la maladie alcoolique du foie [2] . Par ailleurs, à l’ère de la médecine préventive, il est nécessaire que l’intervention thérapeutique se fasse avant l’installation de la cirrhose. En effet, le seul traitement proposé aujourd’hui pour la cirrhose est la transplantation hépatique ; or ce traitement est grevé d’une importante morbidité et son accès est limité du fait de la pénurie d’organes. Mieux comprendre la fibrose hépatique pour développer de nouveaux moyens thérapeutiques est donc indispensable.

 Physiopathologie de la fibrose : mécanismes cellulaires et moléculaires Composition et localisation de la fibrose La matrice extracellulaire (MEC) est un réseau moléculaire très organisé, composé de collagènes, glycosaminoglycanes, protéoglycanes et glycoprotéines, qui permet l’intégrité fonctionnelle et structurale du parenchyme hépatique. Dans le foie sain, la MEC représente moins de 3 % de la superficie d’une section de foie et

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est localisée principalement dans les espaces portes, autour des veines centrolobulaires et en très faible quantité dans les espaces périsinusoïdaux. La fibrose résulte de modifications surtout quantitatives mais aussi qualitatives de la MEC. La distribution initiale des dépôts fibreux dépend de l’étiologie de la maladie. Au cours des hépatites virales chroniques, une hépatite d’interface et des ponts de nécrose apparaissent, la fibrose se localise initialement dans les espaces portes avant de former des septa entre les espaces portes et les veines centrolobulaires. Dans les maladies biliaires, la réaction ductulaire est associée à un dépôt de fibrose périportal qui s’étend pour former des ponts fibreux entre les espaces portes. Dans la maladie alcoolique ou la NASH, la fibrose est périsinusoïdale et se développe autour des hépatocytes. Dans tous les cas, plus la maladie fibrosante avance, plus les dépôts de collagène évoluent vers des ponts fibreux délimitant les nodules de régénération caractéristiques de la cirrhose.

Cellules fibrogéniques Quelle que soit l’étiologie, la fibrose hépatique est produite par une population hétérogène de myofibroblastes, caractérisés par l’expression d’une protéine particulière du cytosquelette, l’actine alpha de type musculaire lisse. Les myofibroblastes sont des cellules prolifératives et contractiles qui contribuent activement à la progression des maladies chroniques du foie par la synthèse accrue de MEC et celle de nombreux médiateurs moléculaires. Absentes du foie sain, ces cellules peuvent avoir différentes origines puisqu’elles peuvent dériver de la transdifférenciation (« activation ») de différents précurseurs cellulaires. Les cellules étoilées du foie (CEF) ont été les premiers de ces précurseurs à être identifiés et ont fait l’objet d’un grand nombre d’études au cours de ces 20 dernières années. Ces cellules mésenchymateuses représentent environ 5 % des cellules hépatiques et sont localisées dans l’espace de Disse entre les cellules endothéliales sinusoïdales et les hépatocytes [3] . Dans le foie sain, les CEF sont à l’état quiescent et jouent un rôle dans le stockage de la vitamine A, présente sous forme de gouttelettes lipidiques dans leur cytoplasme. Ces cellules présentent une morphologie caractéristique avec de longs prolongements cytoplasmiques qui sont en contact avec les cellules environnantes. Ce contact étroit avec les cellules endothéliales sinusoïdales, ainsi que leur sécrétion d’endothéline et de vascular endothelial growth factor (VEGF), a conduit à considérer ces cellules comme les péricytes du foie, régulant notamment le débit sanguin et l’angiogenèse. Lors des atteintes hépatiques chroniques, les CEF subissent des modifications morphologiques et phénotypiques. Elles perdent leurs gouttelettes de vitamine A, acquièrent des propriétés prolifératives, contractiles et migratoires, synthétisent la MEC et libèrent des cytokines pro-inflammatoires, profibrogéniques et promitogéniques. Il est aujourd’hui établi que la fibrogenèse hépatique s’accompagne d’un processus d’angiogenèse qui consiste en la formation de nouveaux vaisseaux à partir de vaisseaux préexistants. Plusieurs éléments attestent de cette angiogenèse qui évolue parallèlement à la fibrogenèse : d’abord l’analyse histologique des foies fibrotiques montre le développement d’un réseau vasculaire abondant et anarchique ; deuxièmement, l’analyse en biologie moléculaire montre que le foie fibrotique surexprime des marqueurs proangiogéniques tels que le VEGF. Deux mécanismes justifient le développement de cette angiogenèse : • l’angiogenèse fait partie de la réponse à l’inflammation et du processus de cicatrisation qui est déclenché en cas de lésion chronique du foie ; • l’angiogenèse est stimulée par l’hypoxie associée la fibrose. Cette angiogenèse a deux conséquences : l’aggravation de la fibrose et la genèse de l’hypertension portale [4] . Les CEF activées jouent également un rôle dans cette angiogenèse pathologique. En condition hypoxique ou lors de la fibrose, ces cellules secrètent des facteurs proangiogéniques [5, 6] et une étude a récemment montré que l’inhibition de la fibrose par le sorafénib dans un modèle animal est associée à une diminution de l’angiogenèse et de la sécrétion d’angiopoïétine 1 par les CEF activées [7] .

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Plus récemment, les fibroblastes portaux ont été impliqués dans la fibrose hépatique et différents arguments plaident en faveur d’un rôle important de ces cellules [8] . Tout comme les CEF, en condition de pathologie chronique du foie, les fibroblastes portaux sont capables de s’activer en myofibroblastes. La localisation de ces cellules dans l’espace porte en fait des candidats particulièrement pertinents pour le développement des fibroses biliaires. Dans le cas de la cirrhose biliaire primitive, on observe ainsi une colocalisation de l’expression de collagène 1 avec les fibroblastes portaux [9] . Par ailleurs, ces cellules sécrètent de nombreux facteurs contribuant à la fibrose (facteurs de croissance, cytokines) [10] . Cependant, les données acquises sur les myofibroblastes portaux sont loin d’égaler celles qui concernent les CEF et l’étude de la contribution relative de ces deux populations de myofibroblastes est rendue difficile par l’absence de marqueurs fiables. En effet, les marqueurs proposés pour les CEF (desmine, glial fibrillary acidic protein) ou pour les myofibroblastes portaux (fibuline 2, élastine) chez le rat ne sont pas toujours utilisables chez l’homme (desmine) ou font l’objet de résultats discordants d’une étude à l’autre [11, 12] . Une étude comparative de ces deux populations myofibroblastiques a récemment permis de proposer la cytoglobine comme un nouveau marqueur discriminant des CEF activées par rapport aux myofibroblates portaux [13] . En fait, les études immunohistochimiques réalisées chez l’homme et les modèles animaux identifient trois populations de myofibroblastes : les myofibroblastes localisés dans les sinusoïdes dérivant clairement des CEF, les myofibroblastes septaux pour lesquels une origine portale est suggérée et les myofibroblastes d’interface dont l’origine est moins certaine [14] . Ainsi, d’autres sources ont été proposées pour les cellules fibrogéniques, mais leur contribution à la fibrose paraît limitée (cellules dérivant de la moelle osseuse, fibrocytes) ou reste controversée (cellules épithéliales biliaires ou hépatocytes subissant une transition épithéliomésenchymateuse).

Mécanismes d’activation des cellules fibrogéniques Bien que la plupart des facteurs étiologiques de la fibrose agissent par des mécanismes différents, les lésions initiales des hépatocytes ou des cellules épithéliales biliaires restent le dénominateur commun de toutes ces pathologies conduisant à l’activation des cellules fibrogéniques. Le développement d’un stress oxydatif est fortement associé à la fibrose alcoolique. Le métabolisme de l’éthanol dans les hépatocytes conduit à la production d’acétaldéhyde et de radicaux libres oxygénés qui vont activer les cellules fibrogéniques indirectement via la stimulation des cellules de Kupffer et la libération de cytokines pro-inflammatoires et profibrogéniques par ces cellules, mais également de manière directe en agissant sur l’expression de gènes critiques (collagène 1, monocyte chemotactic protein 1 [MCP1], etc.). Par ailleurs, l’alcool altère la population bactérienne et la perméabilité de l’intestin, conduisant à une augmentation d’endotoxines bactériennes dans le foie qui activent les cellules de Kupffer et leur production de radicaux libres oxygénés. Ces endotoxines bactériennes vont également se lier aux Toll-like receptors (TLR) exprimés à la surface des CEF. Dans le cas de la NASH, les mécanismes sont moins bien connus, mais un modèle en deux temps est généralement proposé avec, dans un premier temps, le développement de la stéatose, lié à un régime riche en graisse. L’accumulation d’acides gras libres aboutit dans un deuxième temps à la formation de radicaux libres oxygénés, à l’origine d’un stress oxydatif, et à la synthèse de cytokines pro-inflammatoires. Les hépatocytes sont les cellules cibles des virus des hépatites B et C (VHB et VHC), et ce sont certainement ces lésions hépatocytaires qui sont à l’origine de l’activation des cellules fibrogéniques. Les mécanismes de cette activation restent peu connus, car il n’existe pas de modèles animaux présentant une infection virale persistante. Néanmoins, des travaux récents ont montré que le virus de l’hépatite C (VHC) entraînait un stress oxydatif [15] dont EMC - Hépatologie

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l’effet profibrogénique a été discuté (cf. supra). De plus, il semble que plusieurs protéines virales du VHC soient capables de stimuler directement les CEF en culture [16] . Les maladies cholestatiques sont caractérisées par une réaction ductulaire, c’est-à-dire une prolifération accrue des cellules épithéliales biliaires. Ces cellules synthétisent de nombreux facteurs de croissance et cytokines qui agissent sur l’activation des fibroblastes portaux, leur prolifération et leur migration [10, 17] . Si le rôle des acides biliaires semble plutôt indirect via l’atteinte des hépatocytes, ils seraient toutefois capables d’induire directement la prolifération des CEF activées [18] .

Médiateurs moléculaires Comme dans la plupart des autres tissus, le transforming growth factor β1 (TGF-␤1) est la molécule fibrogénique majeure dans le foie. Ce facteur est synthétisé principalement par les cellules de Kupffer et les myofibroblastes eux-mêmes. Il stimule l’activation des CEF et la synthèse des protéines de la MEC. Les stratégies visant à inhiber le TGF-␤1 ou à moduler ses voies de signalisation diminuent la fibrose dans des modèles animaux [19] . Le platelet-derived growth factor (PDGF) est un puissant mitogène pour les myofibroblastes. L’isoforme la plus impliquée est le PDGFBB. Son expression augmente lors de l’activation des CEF et est corrélée au degré de fibrose [20] . Parmi les autres cytokines dont le rôle-clé dans la fibrose est clairement démontré par les études in vitro et in vivo, citons la MCP1, la leptine et l’angiotensine II qui sont profibrosantes, tandis que l’interleukine 10, l’interféron ␥ ou encore l’adiponectine ont un effet antifibrosant. Le rôle critique de certaines de ces molécules en fait des cibles de choix pour la mise en place de traitements antifibrosants (cf. infra).

Figure 1. Coupe de biopsie hépatique colorée par le rouge Sirius avec présence d’une cirrhose (score Métavir F4 ; score d’Ishak F6).

Tableau 1. Score histologique d’Ishak de fibrose hépatique. Score d’Ishak

Correspondance Métavir

0

Absence de fibrose

F0

1

Fibrose périportale intéressant une minorité des espaces portes sans septa

F1

2

Fibrose périportale intéressant une majorité des espaces portes sans septa

F1

3

Fibrose périportale avec quelques septa

F2

4

F3

 Diagnostic de la fibrose

Fibrose septale (nombreux septa) sans cirrhose

5

F4

Intérêt clinique de l’évaluation de la fibrose

Fibrose septale (nombreux septa) avec quelques nodules (cirrhose incomplète)

6

Cirrhose

F4

Plusieurs motivations justifient l’évaluation du degré de fibrose des patients atteints d’une hépatopathie chronique. Premièrement, le degré de fibrose représente une indication thérapeutique dans le cas des hépatites virales chroniques B et C. En effet, le traitement antiviral n’est indiqué qu’à partir d’un stade de fibrose F2. De plus, la réévaluation de la fibrose au cours du traitement permet de mesurer l’efficacité de celui-ci. Deuxièmement, l’évaluation de la fibrose permet de rechercher la cirrhose. Cette information est primordiale car s’il y a cirrhose la surveillance est différente, nécessitant en particulier le dépistage des varices œsophagiennes et du carcinome hépatocellulaire, et ce de fac¸on bien codifiée. Enfin, le degré de fibrose en lui-même représente un critère pronostique de la maladie hépatique. En effet, les marqueurs non invasifs de fibrose sont capables de prédire la mortalité et les complications de l’hépatite chronique C [21] .

Méthode invasive d’évaluation de la fibrose : ponction biopsie hépatique La biopsie hépatique est encore souvent considérée comme la méthode de référence pour l’évaluation de la fibrose hépatique. En effet, la biopsie à l’aiguille développée depuis 1958, simple, rapide, efficace, a constitué à l’époque une véritable révolution en hépatologie. Néanmoins, cette technique est loin d’être parfaite et souffre de certains inconvénients.

Évaluation de la fibrose hépatique sur prélèvements biopsiques L’évaluation de la fibrose sur des coupes tissulaires d’une biopsie hépatique nécessite la réalisation, en plus des colorations histologiques standards, de colorations de la MEC (colorations de la fibrose : trichrome de Masson, Van Gieson, rouge Sirius, etc.). EMC - Hépatologie

Tableau 2. Score histologique Métavir de fibrose hépatique. 0

Absence de fibrose

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Fibrose portale sans septa

2

Fibrose portale avec quelques septa

3

Fibrose septale (nombreux septa) sans cirrhose

4

Cirrhose

Parmi elles, le rouge Sirius est la méthode le plus couramment utilisée. Cette coloration est facile à réaliser et donne un très bon contraste (rouge sur fond jaune) (Fig. 1). L’évaluation de la fibrose sur une coupe ne prend pas seulement en compte la quantité de dépôts, mais également la topographie et la distribution, l’étendue des dépôts, ainsi que les modifications éventuelles de l’architecture du parenchyme. Il ne s’agit donc pas d’une mesure, mais bien d’une lecture, d’une interprétation prenant en compte des paramètres quantitatifs et qualitatifs. L’évaluation histopathologique de la fibrose est exprimée à l’aide de scores définissant différents stades de la maladie hépatique. Ces scores sont différents en fonction de l’étiologie. Ils permettent une certaine standardisation dans la manière d’évaluer la fibrose et dans l’expression du résultat. Pour les hépatites chroniques virales, les scores Métavir et d’Ishak sont les plus répandus (Tableaux 1, 2) [22, 23] . Ces scores ont une bonne reproductibilité inter- et intraobservateurs. Ils sont semi-quantitatifs. Le chiffre assigné au score définit une catégorie de patients et non une quantité de fibrose : F4 ne correspond pas au double d’une fibrose F2. Il est possible également d’évaluer la fibrose par une quantification morphométrique qui consiste à calculer par l’analyse d’image

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à l’aide d’outils informatiques l’aire de fibrose présente sur la coupe examinée. Cette méthode a l’avantage d’être moins subjective que les scores de fibrose puisqu’elle est semi-automatisée. Bien qu’il existe une corrélation statistique entre le score de fibrose et la quantité de fibrose évaluée par morphométrie, cette relation n’est pas linéaire et il existe un chevauchement entre les mesures de surface de la fibrose dans les différents stades, surtout dans les stades débutants [24, 25] . Cette quantification morphométrique n’est pas réalisée en routine mais est réservée pour l’instant aux études cliniques.

Principaux inconvénients de la biopsie hépatique Inconvénients liés au geste La biopsie hépatique transpariétale est un geste invasif avec des risques de complications. La complication mineure la plus fréquente est la douleur. Des complications graves, le plus souvent hémorragiques (hématome, hémopéritoine, etc.), surviennent dans 0,3 % à 0,5 % des cas. La mortalité est rare mais existe ; le chiffre habituellement indiqué dans la littérature est de moins de 0,01 % (1/10 000) [26] . Inconvénients liés à l’échantillonnage L’évaluation de la fibrose sur une biopsie hépatique repose sur le concept de « sondage » : un échantillon de foie est prélevé et analysé, le résultat sur cet échantillon étant le reflet de la totalité de l’organe. Il est estimé qu’une biopsie hépatique à l’aiguille représente environ 1/50 000 du foie. Quand peut-on dire qu’une biopsie est représentative (prélèvement adéquat) ? La réponse n’est pas univoque. Cela dépend, entre autres, de l’hépatopathie sous-jacente, car certaines pathologies hépatiques, en particulier les maladies biliaires, sont connues pour s’accompagner d’une répartition particulièrement hétérogène de la fibrose dans le foie [27] . Quelle est la longueur suffisante d’une biopsie ? Là encore, il n’y a pas de réponse unique. La longueur minimale acceptable est souvent estimée à 15 mm, ou 11 espaces portes complets, ou 1 cm avec au moins six espaces portes complets [26, 28] . De très petites biopsies peuvent apporter des éléments diagnostiques positifs importants. En particulier, un diagnostic de cirrhose, même s’il est fait sur de très petits fragments, est très spécifique. Cependant, le principal défaut des petits prélèvements est le risque de faux-négatifs et de sous-évaluation des lésions [29] . De manière générale, il est montré que 20 à 25 mm est une longueur assurant une bonne fiabilité de l’évaluation de la fibrose, en particulier pour les hépatites chroniques C [25, 26] . La largeur de la biopsie est également importante à prendre en compte car il a été montré que l’analyse des biopsies de longueur ou largeur insuffisante conduisait à une sous-estimation de la fibrose [29] . L’idéal est donc d’obtenir des biopsies larges et longues : les aiguilles de 16 G sont recommandées pour l’évaluation des hépatopathies chroniques [26] . Les biopsies transjugulaires sont habituellement de fin calibre et fragmentées. L’interprétation de ces prélèvements est donc plus difficile [30] . Inconvénients liés à l’interprétation L’évaluation de la fibrose sur coupe tissulaire prend en compte des éléments quantitatifs et qualitatifs évalués par un pathologiste. Elle est donc sujette à interprétation et variabilité. L’utilisation de scores de fibrose standardise l’évaluation des lésions et tous les scores utilisés actuellement ont été conc¸us pour assurer une bonne reproductibilité inter- et intraobservateurs. L’expérience et la spécialisation dans la lecture des biopsies est également un facteur important de reproductibilité et de fiabilité de l’évaluation histopathologique [31] .

Avantages de la biopsie hépatique Les principaux avantages tiennent à l’évaluation concomitante d’autres lésions que la fibrose. Ce sont toutes les lésions tissulaires qui sont évaluées sur le prélèvement. En effet, la pathologie hépatique ne se limite pas uniquement à la fibrose. La biopsie apporte donc d’autres informations qui sont souvent essentielles pour le pronostic de la pathologie et/ou la prise en charge du patient : par exemple, présence de lésions de stéatohépatite associées à une

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hépatite C aggravant le pronostic, présence de lésions d’hépatite d’interface diffuse dans les cirrhoses biliaires primitives associées à un moins bon pronostic, etc. [32, 33] .

Méthodes non invasives d’évaluation de la fibrose Tests sériques L’évaluation non invasive de la fibrose hépatique par le calcul de scores sériques s’est beaucoup développée ces dernières années, essentiellement en Europe. L’intérêt de ces scores repose sur le fait qu’aucun marqueur isolé de fibrose hépatique n’est capable de prédire le stade de fibrose de manière suffisamment sensible et spécifique, mais que, en revanche, leur association et leur pondération au sein d’un algorithme permet d’atteindre des performances diagnostiques suffisantes et d’éviter un certain nombre de biopsies hépatiques. Le plus connu et le plus utilisé d’entre eux est le FibroTest® . Ce test, développé en 2001 par une équipe franc¸aise, est un algorithme utilisant cinq marqueurs sériques qui sont ajustés sur le genre et l’âge : alpha-2-macroglobuline, apolipoprotéine A1, haptoglobine, gamma-glutamyl transférase (GGT), et bilirubine totale [34] . Le calcul du score en ligne fournit le résultat du score compris entre 0 et 1 (il a été fixé un seuil de 0,48 pour le diagnostic de fibrose avancée F2 et de 0,74 pour le diagnostic de cirrhose), l’interprétation du résultat en équivalent Métavir (F0-F4) et la validation par un système expert qui permet de détecter les fauxpositifs et les faux-négatifs liés à une variation importante de l’un des paramètres du score. En effet, la diminution de l’haptoglobine en cas d’hémolyse ou l’élévation de la bilirubine en cas de maladie de Gilbert, de cholestase extrahépatique, d’hépatite aiguë ou de prise médicamenteuse peuvent faussement augmenter le résultat du FibroTest® . Au contraire, l’élévation de l’haptoglobine dans un contexte inflammatoire peut diminuer le résultat du test et donc sous-estimer la fibrose. La plupart du temps, on prescrit, en plus du FibroTest® , un deuxième examen non invasif évaluant la fibrose hépatique (par exemple : Fibroscan® ). Si les deux tests non invasifs vont dans le même sens, on peut ainsi conclure sur le degré de fibrose, en se passant de l’histologie. En revanche, si les deux tests non invasifs sont discordants, on discute d’abord de l’interprétabilité de ces résultats et ensuite en fonction de chaque situation clinique on apprécie l’intérêt de réaliser une ponction biopsie hépatique [35] . Le FibroTest® a initialement été mis au point dans une population de malades atteints d’hépatite chronique C [34, 36, 37] , et a ensuite été évalué dans les autres pathologies hépatiques chroniques : l’hépatite chronique B, la co-infection VHB–virus de l’immnuodéficience humaine (VIH), la co-infection VHC-VIH, la maladie alcoolique du foie, la NASH et la cirrhose biliaire primitive [38–44] . À l’image du FibroTest® , d’autres tests ont été élaborés et peuvent être réalisés de fac¸on conjointe pour mieux caractériser l’hépatopathie : ActiTest® , SteatoTest® , NASHTest® , ASHTest® . Le Fibromètre® est un autre score sérique de fibrose hépatique. Il combine l’alpha-2-macroglobuline, l’acide hyaluronique, l’aspartate aminotransférase, l’urée, la bilirubine totale, la GGT, la numération plaquettaire, et le taux de prothrombine avec un ajustement sur le genre et l’âge. Comme pour le FibroTest® , le Fibromètre® doit être interprété en prenant en compte la possible variation de l’un de ses paramètres par une affection intercurrente ou la prise de médicaments. Le calcul du Fibromètre® effectué en ligne fournit le résultat entre 0 et 1, son interprétation en équivalent Métavir, ainsi que sa validation par un système expert comparable à celui du FibroTest® . Initialement développé et validé dans le cadre de l’hépatite chronique C [36, 37] , ce score propose désormais une formule adaptée à chaque étiologie d’hépatopathie chronique : le Fibromètre® V pour les hépatites virales, le Fibromètre® A pour la maladie alcoolique du foie, le Fibromètre® S pour la NASH. Enfin, l’Hépascore® est un algorithme calculé avec la pondération de l’alpha-2-macroglobuline, l’acide hyaluronique, la bilirubine totale, la GGT avec ajustement sur l’âge et le sexe. Sa formule est publiée et est libre d’utilisation : Hépascore = y/1 + y, EMC - Hépatologie

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avec y = exp [-4,185818 - 0,0249 âge (années) + 0,7464 sexe (M = 1, F = 0) + 1,0039 alpha2-macroglobuline (g/l) + 0,0302 acide hyaluronique (␮g/l) + 0,0691 bilirubine (␮mol/l) - 0,0012 GGT (UI/l)], mais son interprétation et sa validation restent à l’appréciation du biologiste et du clinicien car il n’existe pas pour ce score de système expert permettant d’alerter sur les risques de faux-positifs ou de faux-négatifs. La mesure des paramètres peut être effectuée à partir d’un seul tube de prélèvement sur un seul automate multiparamétrique, ce qui facilite son utilisation [45] . Comme pour les scores précédents, l’Hépascore® a été mis au point dans une population de malades atteints d’hépatite C chronique [46] , puis évalué et validé dans d’autres pathologies : co-infection VIH-VHC [39] ou VIH-VHB [41] .

Élastométrie impulsionnelle Le Fibroscan® est un appareil qui permet de mesurer l’élasticité du foie en envoyant une onde mécanique indolore dont la propagation dans le tissu hépatique est suivie par ultrasons. Plus le foie est fibreux donc dur, plus l’onde mécanique se déplace rapidement. Le résultat est exprimé en kPa. Pour l’hépatite chronique C, une valeur au-dessus de 7 kPa est associée à un score de fibrose supérieur ou égal à F2, une valeur supérieure à 14 kPa est associée à un score de fibrose F4. Les valeurs des seuils diagnostiques varient en fonction de l’étiologie de l’hépatopathie sous-jacente, ce qui constitue un inconvénient pour l’interprétation de cet examen. Pour que le test soit jugé valide, il faut qu’il remplisse plusieurs conditions : taux de réussite supérieur à 60 %, au moins dix mesures valides, inter quartile range inférieur à 30 % de la médiane du chiffre d’élasticité [47] . Le Fibroscan® a été validé pour l’évaluation de la fibrose dans l’hépatite C [48] , l’hépatite B [49] , les hépatopathies biliaires [50, 51] , la maladie alcoolique du foie [52] et la NASH [53] . Le Fibroscan® possède néanmoins quelques limites. La première est son manque d’accessibilité car pour l’instant très peu de centres en sont équipés. La deuxième limite est sa faisabilité : en effet, cet examen n’est parfois pas réalisable, en particulier chez les patients en surpoids ou obèses. Ce dernier inconvénient serait contourné par la mise au point d’une sonde « XL probe » pour permettre de réaliser une élastométrie chez les patients obèses [54] , mais les résultats de cette technique ne sont pas validés [55] . La troisième et dernière limite est son interprétabilité. En effet, pour être validé le Fibroscan® a toujours été comparé à l’histologie qui était considérée comme le gold standard pour l’évaluation de la fibrose ; or, la sensibilité et la spécificité de l’histologie ne sont pas de 100 %. De plus, les seuils diagnostiques du résultat du Fibroscan® ont été établis dans une population de malades et non dans la population générale, et une étude a montré que le 95e percentile de l’élastométrie hépatique mesurée chez des sujets sains était autour de 8 kPa, se situant donc au-dessus des seuils initialement établis [56] . De nombreuses études ont comparé les performances diagnostiques du FibroTest® et du Fibroscan® , concluant plutôt à un avantage pour le Fibroscan® (notamment pour le diagnostic de fibrose avancée et de cirrhose) ; cependant, ces études ne prenaient pas en compte deux facteurs importants qui influent sur l’interprétabilité des tests : la faisabilité du test et l’effet du spectre de répartition de la fibrose. En effet, le Fibroscan® n’était pas toujours faisable (cf. supra) ; or les études mesurant ses performances diagnostiques excluaient souvent les résultats des tests non faisables ou non valides, surestimant ainsi artificiellement les capacités du Fibroscan® . Idéalement, il faut raisonner en « intention de diagnostiquer » par analogie à en « intention de traiter ». Deuxièmement, la supériorité de performance du Fibroscan® pour le diagnostic de la cirrhose par rapport à celle du FibroTest® disparaît lorsque l’on tient compte de l’effet du spectre de répartition de la fibrose dans chaque groupe de malades [57] . Par ailleurs, récemment, a été développé un procédé qui, de fac¸on couplée au Fibroscan® , permet de détecter et de quantifier la stéatose hépatique : controlled attenuation parameter. Son principe repose sur le fait que la stéatose modifie l’atténuation des ultrasons [58, 59] . Cette technique nécessite encore d’être validée. En 2009, la Haute Autorité de santé (HAS) a reconnu l’utilité du FibroTest® , de l’Hépascore® , du Fibromètre® et du Fibroscan® pour l’évaluation du stade de fibrose chez les patients adultes EMC - Hépatologie

atteints d’hépatite chronique C non traitée, sans comorbidité. En juin 2011, ces quatre tests ont été inscrits à la Nomenclature des actes de biologie médicale et sont désormais pris en charge par l’assurance-maladie dans le cadre de l’indication recommandée par l’HAS et dans la limite d’une fois par an.

Autres méthodes non invasives d’évaluation de la fibrose Récemment, les progrès de l’imagerie ont permis de développer de nombreuses techniques non invasives d’évaluation de la fibrose hépatique. Acoustic radiation force impulse elastography Grâce à un module d’échographe standard, la sonde d’ultrasons produit automatiquement une onde de pouls qui génère des shear waves ou ondes de stress qui vont se propager dans le foie. La vitesse de propagation de ces ondes, mesurée en m/s, augmente avec la fibrose. Contrairement au Fibroscan® , on peut choisir le site et la profondeur de la mesure sur l’image échographique 2D du foie. Une vitesse supérieure à 1,2 m/s correspond à un stade F2 et une vitesse supérieure à 1,8 m/s correspond à un stade F4. Cette technique pourrait à l’avenir remplacer le Fibroscan® car elle donne des résultats comparables avec une faisabilité supérieure (moins d’échec de mesure que le Fibroscan® ) et un accès plus facile (en effet, il suffit de disposer d’un module d’échographie standard) [60–62] . Élastographie par résonance magnétique Cette technique, couplée à l’IRM standard, a l’avantage de réaliser, en même temps que la mesure de la fibrose, une analyse morphologique précise du foie, participant ainsi au bilan étiologique de l’hépatopathie et à la recherche de carcinome hépatocellulaire [63] . Supersonic shear imaging Cette méthode, initialement développée pour l’analyse des tumeurs du sein, va permettre d’établir une carte d’élasticité du foie en mesurant la vitesse de propagation d’ondes générées, non pas à l’extérieur du corps comme pour les méthodes évoquées précédemment, mais cette fois à l’intérieur du tissu hépatique [64, 65] . Cette technique récente nécessite encore d’être évaluée. Il existe beaucoup d’autres techniques basées sur l’élastométrie : élastographie statique ultrasonore 2D, 1D, shear wave dispersion ultrasound vibrometry, spatially modulated ultrasound radiation force.

 Traitement spécifique de la fibrose Le but du traitement antifibrosant est de stopper la progression de la fibrose pour prévenir la constitution d’une cirrhose, mais ce traitement serait aussi indiqué en cas de cirrhose afin d’en empêcher la décompensation. Le traitement de la fibrose peut s’envisager sous trois aspects : traitement de la cause ; traitement des comorbidités ; traitement spécifique antifibrosant.

Traitement de la cause Plusieurs modèles animaux ont pu montrer une réversibilité de la fibrose après avoir supprimé la cause de celle-ci (ligature de la voie biliaire principale [66] ou intoxication par le tétrachlorure de carbone [67] ). Chez l’homme également, des données sont en faveur de la régression de la fibrose en cas de traitement de la cause de l’hépatopathie : traitement de l’hépatite C [68] , de l’hépatite B [69] , de l’hépatite auto-immune [70] , de la NASH [71] . En effet, lorsque l’on supprime la source de l’inflammation chronique, on redresse le déséquilibre qui existait entre fibrinolyse et fibrogenèse, et l’activation spontanée de la fibrinolyse permet une régression de la fibrose. Ainsi, le dogme longtemps enseigné d’irréversibilité de la cirrhose est à présent remis en question [72–74] .

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7-005-A-35  Fibrose hépatique

Traitement des comorbidités et mesures hygiénodiététiques Il est important de traiter les comorbidités pouvant aggraver la fibrose hépatique : il s’agit en particulier de corriger un syndrome métabolique, de cesser une intoxication par l’alcool ou le cannabis [75] . L’existence d’un syndrome métabolique favorise non seulement la progression de la fibrose vers la cirrhose, mais est aussi capable d’entraîner la décompensation d’une cirrhose [76] . À l’inverse, la consommation de café a démontré un effet protecteur vis-à-vis de la fibrose et du carcinome hépatocellulaire [77] : la caféine pourrait ainsi constituer un des composants du traitement antifibrosant du futur.

Traitements spécifiques antifibrosants Il existe plusieurs molécules dont on connaît aujourd’hui le pouvoir antifibrosant. En plus de son action antivirale sur les virus des hépatites B et C, l’interféron possède également une capacité antifibrosante en diminuant l’activation des CEF. Plusieurs études cliniques ont montré la diminution de la fibrose chez des patients porteurs d’une hépatite C traitée par interféron [78] . Par ailleurs, une étude franc¸aise récente a montré que le traitement par acide ursodésoxycholique à haute dose pouvait réduire le score du FibroTest® chez les patients ayant une NASH [79] . La meilleure compréhension récente des mécanismes impliqués dans la fibrose hépatique a permis de découvrir de nouvelles cibles cellulaires et moléculaires pour le traitement antifibrosant.

Inhibition du transforming growth factor ␤ Chez l’animal, le traitement par inhibiteur du TGF-␤ permet de diminuer efficacement la fibrose hépatique [80] . Mais ce traitement ne peut pas être administré au long cours car le TGF-␤ exerce une action systémique indispensable, notamment pour le processus de réparation tissulaire, qu’il serait dangereux de bloquer ; c’est la raison pour laquelle il n’a pas été réalisé d’étude évaluant l’efficacité de ce traitement chez l’homme. Il faudrait pouvoir inhiber spécifiquement l’action du TGB-␤ sur les cellules fibrogéniques du foie.

Inhibition du système rénine-angiotensine Le système rénine-angiotensine exerce un rôle profibrosant en stimulant la prolifération des CEF, leur production de MEC et leur sécrétion d’espèces réactives de l’oxygène. Des expériences réalisées dans des modèles animaux ont montré que le blocage de ce système provoquait une diminution de la fibrose hépatique [81] . Chez l’homme, des études le plus souvent non contrôlées, rétrospectives ou de faible effectif, ont également montré que le traitement par inhibiteurs du système rénine-angiotensine était associé à une diminution de la fibrose hépatique [82–85] . Des essais contrôlés randomisés sont en cours pour confirmer ces résultats encourageants : une étude de phase III évalue actuellement l’efficacité de l’irbésartan chez des patients atteints d’hépatite C au stade F2-F3 ne recevant pas de traitement antiviral C. Une autre étude en cours étudie l’effet du candesartan dans la maladie alcoolique du foie en comparant deux bras de patients : un bras recevant le candesartan seul et un bras recevant candesartan plus acide ursodésoxycholique. Enfin, un troisième essai clinique en cours évalue l’efficacité du losartan dans le traitement antifibrosant de la NASH. On notera que, dans ces trois essais cliniques actuels, l’évaluation de la fibrose (qui sert au critère principal de jugement) est faite par l’histologie.

PRR : c’est le récepteur du lipopolysaccharide. Des travaux ont montré que l’inhibition de TLR4 par un antagoniste permettait d’empêcher la fibrose hépatique dans des modèles animaux [87] . De plus, TLR4 posséderait une action régulatrice sur l’angiogenèse des cellules endothéliales hépatiques, qui est elle-même liée à la fibrogenèse [88] . Ces travaux vont dans le même sens que les études cliniques qui montrent un effet positif d’une antibioprophylaxie au long cours chez le cirrhotique non seulement pour diminuer le risque d’infection du liquide d’ascite, mais également pour diminuer la survenue de complications et la mortalité globale du cirrhotique [89] . Ainsi, l’antibiothérapie pourrait contribuer à freiner la progression de la fibrose qui ferait passer la cirrhose d’un état compensé à un état décompensé. Dans le même champ de recherche, plusieurs équipes s’intéressent désormais à l’interaction entre la flore fécale et la fibrose hépatique. Une étude récente a caractérisé le microbiote des patients cirrhotiques, et a montré une corrélation entre la composition qualitative du microbiote et la gravité de la maladie hépatique représentée par le score de Child [90] .

Inhibition de l’angiogenèse Dans toutes les maladies chroniques du foie, l’angiogenèse évolue de fac¸on parallèle à la fibrogenèse et contribue à son aggravation. La plupart des études ont montré que le blocage de l’angiogenèse soit par l’action d’anticorps neutralisant antirécepteur du VEGF soit par le traitement par des molécules antiangiogéniques, inhibitrices de tyrosine kinase, permettait de diminuer la fibrose dans des modèles animaux [7, 91–93] . Ainsi, le traitement par sorafénib (inhibiteur multikinase inhibant les récepteurs du VEGF et du PDGF) a permis de diminuer la pression portale dans des modèles animaux [93, 94] et aussi récemment chez l’homme [95] . De plus, les traitements antiangiogéniques pourraient avoir un rôle préventif vis-à-vis du carcinome hépatocellulaire, l’autre complication majeure de la cirrhose.

Traitement anticoagulant Il est désormais reconnu que la cirrhose constitue un état prothrombotique en raison d’un déséquilibre entre facteurs anticoagulants diminués (protéine C) et facteurs procoagulants augmentés (facteur VIII) [96, 97] . Ce déséquilibre de la coagulation pourrait participer à la progression de la fibrose et ceci par plusieurs mécanismes : premièrement par la survenue de microthrombi dans le tissu hépatique qui, en entraînant ischémie et inflammation, favoriseraient la fibrogenèse, et deuxièmement par l’action directe de la thrombine elle-même sur les cellules fibrogéniques [97] . Ainsi, des travaux ont montré l’effet antifibrosant de l’administration d’un traitement anticoagulant dans des modèles animaux de fibrose hépatique : l’anticoagulation par warfarine diminue la progression de la fibrose induite par intoxication au tétrachlorure de carbone chez la souris [98] ; dans le modèle de rat traité par tétrachlorure de carbone, le traitement par daltéparine (héparine de bas poids moléculaire) favorise la régénération hépatocytaire et diminue la fibrose [99] . Un essai contrôlé randomisé est actuellement en cours pour évaluer le bénéfice d’un traitement par enoxaparine chez des patients atteints de cirrhose. Les mécanismes d’action de ces traitements antifibrosants sont résumés dans la Figure 2. Cette liste n’est pas exhaustive. Il existe actuellement de nombreuses autres pistes de recherche sur les stratégies antifibrosantes. Citons notamment la potentielle réversibilité de l’activation des myofibroblastes qui ramènerait ces cellules à un état quiescent non fibrogénique.

Inhibition des peptides microbiens

 Conclusion

Les pathogen recognition receptors (PRR) sont les récepteurs des pathogen associated moleculars patterns ou peptides microbiens qui sont présents en excès dans la circulation systémique des cirrhotiques, probablement du fait d’une hyperperméabilité intestinale et de l’existence des shunts portocaves. Ces PRR présents à la surface des fibroblastes et des péricytes sont capables d’entraîner l’activation de ces cellules en myofibroblastes [86] . Le TLR4 est un

La fibrose hépatique constitue un domaine de recherche qui continue de connaître de grandes avancées, à la fois sur le plan clinique et sur le plan fondamental. Les cliniciens disposent désormais de nouveaux outils diagnostiques permettant de mieux évaluer la fibrose hépatique et de mesurer sa réponse au traitement antifibrosant. La meilleure compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires de la fibrose a permis d’identifier de

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EMC - Hépatologie

Fibrose hépatique  7-005-A-35

Angiogenèse 4

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Cellule endothéliale

Coagulation

Angiogenèse

Agression chronique du foie : virus, alcool, autoanticorps

Inflammation

TGF-β

Fibrose

Myofibroblaste

1 2 Bactéries

Cellule de Kupffer

Système rénine-angiotensine

3 Figure 2. Schéma résumant les possibles voies d’action du traitement antifibrosant. 1. Inhibition du transforming growth factor (TGF-␤) ; 2. inhibition du système rénine-angiotensine ; 3. antibiothérapie/blocage des récepteurs des peptides microbiens ; 4. antiangiogéniques ; 5. anticoagulants.

nouvelles cibles thérapeutiques prometteuses. Ainsi, se dessinent pour le futur les perspectives de nouveaux traitements antifibrosants qui pourraient être, à l’image des nouveaux traitements anticancéreux, mieux ciblés et combinés de fac¸on personnalisée selon le type de fibrose à traiter.

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Fibrose hépatique  7-005-A-35

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Pour en savoir plus Société BioLiveScale : www.biols.fr. Société BioPredictive : www.biopredictive.com.

S. Lemoinne (sara [email protected]). A. Cadoret. UPMC, INSERM UMR S 938, CDR Saint-Antoine, 75012 Paris, France. N. Bosselut. Service de biochimie, Hôpital Paul Brousse, AP-HP, 94800 Villejuif, France. C. Housset. UPMC, INSERM UMR S 938, CDR Saint-Antoine, 75012 Paris, France. D. Wendum. UPMC, INSERM UMR S 938, CDR Saint-Antoine, 75012 Paris, France. Service d’anatomie et de cytologie pathologiques, Hôpital Saint-Antoine, AP-HP, 75012 Paris, France. D. Thabut. UPMC, INSERM UMR S 938, CDR Saint-Antoine, 75012 Paris, France. UPMC, Service d’hépato-gastro-entérologie, Hôpital Pitié-Salpêtrière, AP-HP, 75013 Paris, France. Toute référence à cet article doit porter la mention : Lemoinne S, Cadoret A, Bosselut N, Housset C, Wendum D, Thabut D. Fibrose hépatique. EMC - Hépatologie 2012;7(4):1-9 [Article 7-005-A-35].

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9

¶ 7-005-A-50

Carcinome hépatocellulaire et hépatocarcinogenèse virale S. Pol, V. Mallet, A. Vallet-Pichard, H. Fontaine, P. Sogni, C. Perret, B. Terris, C. Cavard Le carcinome hépatocellulaire (CHC) représente, en fréquence, la cinquième cause de cancer dans le monde et la troisième cause de décès par cancer. L’incidence du CHC est supposée augmenter au cours des 20 prochaines années, ce qui coïncide avec le ressenti des médecins, notamment ceux en charge des patients infectés par le virus de l’hépatite C (VHC). Le VHC est en effet un des rares virus humains, avec le virus de l’hépatite B (VHB), les papillomavirus (HPV), le virus lymphocytotropique humain (HTLV) et certains virus de la famille Herpes, liés à l’oncogenèse chez l’homme. Un certain nombre de facteurs carcinogènes ont été identifiés, pour lesquels il est difficile de distinguer les facteurs initiateurs des facteurs promoteurs. Les infections virales chroniques hépatotropes, la cirrhose elle-même et les carcinogènes chimiques s’intriquent pour favoriser l’incidence annuelle de 2 % à 5 % de CHC survenant sur cirrhose. Les mécanismes de l’hépatocarcinogenèse virale B sont complexes. Ils associent, du fait de l’intégration du génome viral (autorisée par une étape de reverse transcription dans la multiplication du VHB), des réarrangements chromosomiques, des mécanismes de cisactivation d’une part et de transactivation d’autre part. Les mécanismes de cisactivation sont représentés par la mutagenèse insertionnelle (cisactivation d’un proto-oncogène cellulaire). Des phénomènes de transactivation sont probables : ainsi, la protéine X du VHB mais aussi les protéines virales du VHC pourraient jouer un rôle de transactivation sur de nombreux promoteurs hétérologues ou homologues. © 2010 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots clés : Cirrhose ; Carcinome hépatocellulaire ; Hépatocarcinogenèse virale

Plan ¶ Introduction

1

¶ Hépatocarcinogenèse : données actuelles

2

¶ Infections par le virus de l’hépatite B Évidence épidémiologique Mécanismes de l’hépatocarcinogenèse virale B

2 2 2

¶ Infections par le virus de l’hépatite C Données épidémiologiques Hépatocarcinogenèse liée au VHC, données nouvelles Virus de l’hépatite C, stress réticulaire et stress oxydant Modèles transgéniques d’étude du VHC

3 3 4 5 5

¶ Autres carcinogènes Carcinogènes chimiques Alcool

5 5 5

¶ Conclusion

5

■ Introduction Les cancers primitifs du foie sont des tumeurs développées à partir des différentes cellules hépatiques. Le carcinome hépatocellulaire (CHC), développé à partir des hépatocytes, représente environ 80 % à 90 % des cancers primitifs du foie. L’hépatoblastome est une tumeur spécifique de l’enfant, le cholangiocarcinome intrahépatique ou extrahépatique est développé à Hépatologie

partir des cellules biliaires et l’angiosarcome ou l’hémangioendothéliome épithélioïde à partir de la cellule endothéliale. Le CHC représente, en fréquence, la cinquième cause de cancer dans le monde [1] et la troisième cause de décès par cancer. Son incidence est faible en Europe du Nord, mais fréquente en Afrique noire ou en Extrême-Orient où non seulement les virus hépatotropes mais aussi les expositions aux mycotoxines sont d’incidence élevée. Il complique une cirrhose dans plus de 90 % des cas, avec une nette prédominance masculine (80 %). La prévalence du CHC est en hausse en raison d’une augmentation de son incidence dans le monde [2], d’une amélioration des techniques et des critères diagnostiques et des conséquences de l’infection par le virus de l’hépatite C (VHC). L’incidence du CHC est supposée augmenter au cours des 20 prochaines années, ce qui coïncide avec le ressenti des médecins, notamment ceux en charge des patients infectés par le VHC [2, 3]. Le VHC est en effet un des rares virus humains, avec le virus de l’hépatite B (VHB), les papillomavirus (HPV), le virus lymphocytotropique humain (HTLV) et certains virus de la famille Herpes, liés à l’oncogenèse chez l’homme. Le VHC devrait donc être classé dans la famille des Oncovirus. Les mécanismes de l’hépatocarcinogenèse restent imprécis. Un certain nombre de facteurs carcinogènes ont été identifiés, pour lesquels il est difficile de distinguer les facteurs initiateurs des facteurs promoteurs. Les infections virales chroniques hépatotropes, la cirrhose elle-même et les carcinogènes chimiques s’intriquent pour favoriser l’incidence annuelle de 2 % à 5 % de CHC survenant sur cirrhose.

1

7-005-A-50 ¶ Carcinome hépatocellulaire et hépatocarcinogenèse virale

Le cancer est une maladie de l’acide désoxyribonucléique (ADN). La transformation maligne d’une cellule est secondaire à des altérations génétiques et/ou épigénétiques de gènes contrôlant le cycle, la prolifération cellulaire et la survie des cellules. L’apparition de mutations « donnant l’avantage » favorise l’émergence de clones hépatocytaires dont la prolifération accrue favorise les nouvelles mutations. On peut schématiquement classer les mécanismes de transformation hépatocytaire en deux groupes en fonction de leur émergence sur foie cirrhotique ou non cirrhotique. Le premier groupe, de loin le plus fréquent, survient dans un contexte nécrotico-inflammatoire chronique, de stress génotoxique et de régénération. La réponse normale d’une cellule aux altérations de son ADN est un arrêt du cycle. À l’échelon d’un organe, la conséquence de l’arrêt en cycle des hépatocytes est un défaut de régénération. Parfois, les barrières naturelles sont franchies, favorisant l’émergence de clones hépatocytaires plus ou moins dysplasiques. Les altérations génétiques observées à ce stade sont des pertes ou des gains de chromosomes entraînant des altérations de l’expression de p53, des mutations de bêtacaténine et d’axin responsables d’une activation de la voie Wnt/bêtacaténine, des inactivations de pRb1, IGF2R et de p16. L’apparition du CHC chez les patients ayant une cirrhose dépend de l’activité, de la durée et de l’étiologie de la maladie hépatique initiale et les nodules dysplasiques et les macronodules de régénération doivent être considérés comme des lésions précancéreuses [4, 5] : • l’émergence de CHC au sein de nodules cirrhotiques est classique (aspect de « nodule dans le nodule ») ; • 50 % à 60 % des macronodules cirrhotiques ont une composante monoclonale si l’on étudie le profil de méthylation du chromosome X ; • des aberrations chromosomiques et des pertes d’allèles sont trouvées dans la moitié des nodules cirrhotiques et dans les nodules dysplasiques. Le deuxième groupe explique les rares cas de CHC sur foie sain et est spécifique de certains mécanismes et de certains pathogènes : mutagenèse insertionnelle et VHB, mutation R249S de p53 et exposition à l’aflatoxine B1, mutation kRAS et exposition au chlorure de vinyle, mutation du facteur de transcription HNF1a et adénomes hépatocytaires, mutations germinales du gène APC et hépatoblastomes. On peut également classer les mécanismes transformants selon la présence ou l’absence d’instabilité chromosomique. Les CHC secondaires au VHB sont souvent peu différenciés et liés à une instabilité chromosomique et à une mutation fréquente de p53. Les CHC non liés au VHB sont souvent bien différenciés, dénués d’instabilité chromosomique, et souvent associés à des mutations de la voie Wnt/bêtacaténine.

■ Infections par le virus de l’hépatite B Évidence épidémiologique L’association entre les infections par le VHB et le CHC est suggérée par l’augmentation d’incidence de ce cancer dans les zones d’endémie virale, par les études cas-contrôles montrant que les sujets porteurs de l’antigène HBs ou des anticorps antiHBc présentent plus fréquemment un CHC que les patients sans marqueur viral, avec un risque relatif (RR) de 10 à 100 dans les zones d’endémie [6, 7]. Enfin, les études prospectives, notamment à Taïwan, et les modèles animaux d’infections par les Hepadnavirus (particulièrement le virus de la marmotte), affirment l’association entre les infections par le VHB et le CHC. Un argument épidémiologique fort est la diminution significative de l’incidence de la maladie virale B (réduction de 85 % du portage chronique chez les nouveau-nés de mères infectées et de 50 % de la prévalence du portage chronique de l’antigène

2

(n = 3,582) Incidence cumulée de cirrhose

■ Hépatocarcinogenèse : données actuelles

.4 ADN VHB initial (copies/ml)

36,2 %

.3 23,5 % .2 9,8 % 5,9 % 4,5 %

.1 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13

Années de suivi ≥ 106 105 – < 106 104 – < 105

300 – < 104 < 300

Figure 1. Étude Reveal (d’après [9]) indiquant le lien étroit entre le niveau de réplication virale B et le risque de carcinome hépatocellulaire. VHB : virus de l’hépatite B. ADN : acide désoxyribonucléique.

HBs en Europe et aux États-Unis), de la morbidité et de la mortalité rapportées à l’infection, et ces dix dernières années, de la fréquence du CHC dans les zones de haute endémie (Hong Kong, Singapour, Taïwan) par les politiques de vaccination systématique des nouveau-nés et des adolescents [8]. À titre d’exemple, à Singapour, où la vaccination a été débutée de manière extensive dès 1987, l’incidence du CHC parmi les hommes a diminué significativement de 27,8 entre 1978 et 1982 à 19 pour 100 000 habitants par an entre 1988 et 1992. À Taïwan, où la vaccination a débuté en 1984, l’incidence annuelle du CHC chez les enfants de 6 à 14 ans a diminué significativement de 0,7 entre 1981 et 1986, à 0,57 entre 1986 et 1990 puis à 0,36 pour 100 000 enfants entre 1990 et 1994. Cette tendance est encore plus nette dans la tranche des 6-9 ans où cette même incidence passe de 0,52 chez les enfants nés entre 1974 et 1984 à 0,13 pour 100 000 enfants nés entre 1984 et 1986 [8]. Ceci est la première démonstration d’une prévention du cancer par un vaccin. Parallèlement, le lien causal entre niveau de multiplication virale et CHC a été clairement établi par l’étude taïwanaise « Reveal » (Fig. 1) [9, 10] et par l’efficacité de la virosuppression par les analogues nucléosidiques, par la réduction de l’incidence du CHC d’autre part (Fig. 2) [11, 12].

Mécanismes de l’hépatocarcinogenèse virale B Les mécanismes de l’hépatocarcinogenèse virale B sont complexes [13]. Ils associent, du fait de l’intégration du génome viral (autorisée par une étape de reverse transcription dans la multiplication du VHB), des réarrangements chromosomiques, des mécanismes de cisactivation d’une part et de transactivation d’autre part (Fig. 3). Les mécanismes de cisactivation sont représentés par la mutagenèse insertionnelle (cisactivation d’un proto-oncogène cellulaire) décrite pour l’insertion dans le gène de la cycline A, le gène du récepteur b de l’acide rétinoïque et le gène codant la mévalonate kinase humaine. Des phénomènes de transactivation sont probables : ainsi, la protéine X du VHB pourrait jouer un rôle de transactivation sur de nombreux promoteurs hétérologues ou homologues. Bien que les mécanimes d’hépatocarcinogenèse virale B soient acquis, il est probable qu’ils interagissent avec d’autres facteurs étiologiques : l’alcool, des cocarcinogènes chimiques, des hormones notamment sexuelles (le CHC est plus fréquent chez l’homme que chez la femme), le VHC ou la cirrhose elle-même (Fig. 4). Hépatologie

% Progression de la maladie en intention de traiter

Carcinome hépatocellulaire et hépatocarcinogenèse virale

21 % Placebo p = 0,001

9% Lamivudine

% Carcinome hépatocellulaire

1 an

2 ans

3 ans

p = 0,047

10 %

Placebo

5% Lamivudine

1 an

2 ans

3 ans

Figure 2. Efficacité de la lamivudine dans une étude randomisée contre placebo indiquant le bénéfice de la virosuppression B sur les risques de progression de la maladie hépatique et sur le risque de survenue du carcinome hépatocellulaire (réduction de 50 %) chez des patients ayant une fibrose extensive F3-4. D’après [11]. Placebo : n = 215 ; YMDD (mutants de la lamivudine) : n = 209 ; wild type (virus sauvage ou VHB sauvage) : n = 221.

¶ 7-005-A-50

du VHB dans un nombre non négligeable de cas souligne l’origine virale B de certains CHC survenant en l’absence d’antigène HBs [13] . Différents arguments, principalement épidémiologiques, suggèrent que le VHC pourrait favoriser l’émergence de CHC par des mécanismes différents du VHB du fait de l’absence d’intégration dans le génome de l’hôte. En effet, des anticorps dirigés contre le VHC sont présents plus fréquemment dans la population de patients ayant un CHC (30 % à 70 %) que dans la population générale (1 %), en l’absence d’antigène HBs détectable. Les mécanismes de l’hépatocarcinogenèse virale C restent inconnus et sont probablement multifactoriels. Cependant, le VHC est maintenant clairement considéré comme un facteur étiologique majeur de la carcinogenèse hépatique. La forte prévalence de l’infection VHC explique, dans ce contexte, l’augmentation d’incidence du CHC et son accroissement prévisible dans les 20 prochaines années [2, 3]. Les mécanismes de la carcinogenèse hépatique associés à l’infection à VHC sont mal connus : l’inflammation chronique associée à l’infection virale, la fibrose hépatique qui en est la conséquence et dont le stade final est la cirrhose jouent un rôle majeur. Elles entraînent une prolifération des cellules hépatiques, la synthèse de différentes cytokines et la perte des interactions cellules-cellules et cellules-matrice extracellulaire. L’importance de ces facteurs est illustrée par le développement, dans environ 90 % des cas, du CHC sur des lésions d’hépatite chronique et de cirrhose. Cependant, un rôle direct du VHC est suggéré par les observations suivantes : in vivo, des séquences d’acide ribonucléique (ARN) VHC (brins positifs et négatifs) sont clairement détectées, à la fois en polymerase chain reaction (PCR) et en hybridation in situ, dans les cellules tumorales, et l’expression de la capside dans le foie de souris transgéniques induit le développement de CHC ; in vitro, l’expression stable de la protéine non structurale NS3 transforme des cellules NIH 3T3. L’expression de la capside VHC, associée à l’oncogène Ha-ras, pourrait transformer des fibroblastes embryonnaires de rat en culture primaire (mais ces résultats sont discutés).

■ Infections par le virus de l’hépatite C

Données épidémiologiques

Certains CHC étaient observés chez des patients n’ayant pas d’antigène HBs détectable, suggérant l’intervention d’autres virus que le VHB, même si la mise en évidence de séquences intégrées

L’histoire naturelle de l’infection par le VHC comprend une longue période d’infection persistante durant laquelle la majorité des individus infectés sont asymptomatiques et ont

Hépatite chronique Cirrhose

Facteurs de croissance (IGF-II) Oncogènes Réarrangements chromosomiques

VHB CHC

Action directe

1. Mutagenèse par insertion ADN cellulaire

2. Réarrangements chromosomiques au site d’intégration

PréS2/S délétés Protéine X du VHB

3. Transactivation

Protéine X ADN cellulaire

Figure 3. Mécanismes de l’hépatocarcinogenèse liés à l’inflammation chronique d’une part et aux mécanismes viraux de cisactivation (mutagenèse insertionnelle) ou de transactivation. CHC : carcinome hépatocellulaire ; VHB : virus de l’hépatite B ; ADN : acide désoxyribonucléique ; IGF : insulin-like growth factor.

Hépatologie

3

7-005-A-50 ¶ Carcinome hépatocellulaire et hépatocarcinogenèse virale

VHB

Alcool

VHC

Hépatite chronique ? Cirrhose

Carcinome hépatocellulaire

Prédisposition génétique ?

Carcinogènes chimiques

Facteurs hormonaux

Aflatoxine B1, nitrosamines Figure 4. Virus des hépatites, cirrhose et cofacteurs responsables de la survenue du carcinome hépatocellulaire. VHB : virus de l’hépatite B ; VHC : virus de l’hépatite C.

une maladie minime progressant pas ou peu [14]. Chez certains individus, le plus souvent en raison de cofacteurs aggravants (alcool, immunodépression, surcharge en fer, syndrome métabolique), la maladie progresse vite, l’inflammation et la nécrose conduisant à l’accumulation anormale d’une matrice cicatricielle fibreuse, correspondant, au stade ultime, à la cirrhose. La cirrhose coïncide avec l’apparition des complications, notamment carcinomateuses. La période depuis l’infection initiale jusqu’à la cirrhose dépasse le plus souvent 20 ans et l’émergence du CHC prend encore 10 ans [15]. Le processus oncogénique de l’infection par le VHC est typiquement lent et insidieux et requiert probablement de nombreuses étapes d’altérations génétiques associées à des interactions complexes entre le virus, l’hôte et son environnement. La liaison entre infection par le VHC et CHC a été démontrée aux États-Unis, en Europe, en Australie et au Japon [16, 17]. Aux États-Unis, 27 % des patients ayant un CHC ont des marqueurs sérologiques pour le VHC [18] . Des résultats similaires sont trouvés au Japon [19] où l’incidence du CHC lié au VHC a triplé sur les 40 dernières années : aujourd’hui, 90 % des CHC au Japon sont imputables à une infection par le VHC. L’odds ratio (OR) de développer un CHC en cas d’infection par le VHC est de l’ordre de 11,5 et la co-infection VHC-VHB augmente le risque de transformation carcinomateuse [20]. La plupart des CHC surviennent quasi exclusivement sur foie cirrhotique et l’incidence annuelle du CHC est de l’ordre de 1 % à 4 % [21]. Le lien entre éradication virale par le traitement et réduction du risque de CHC chez le cirrhotique est suggéré par une métaanalyse [22] sans qu’on puisse faire la part de ce qui revient aux mécanismes contrôlés par l’éradication sur l’inflammation et la régénération d’une part et à la réduction de l’expression de protéines virales potentiellement transformantes d’autre part.

Hépatocarcinogenèse liée au VHC, données nouvelles Le décryptage de la carcinogenèse liée au VHC, dont le cycle est entièrement cytoplasmique, a ébranlé les théories conventionnelles d’oncogenèse virale. Le CHC se développant le plus souvent après de longues années d’infection chronique par le VHC et souvent sur foie cirrhotique, il a longtemps été considéré que seule l’activité nécrotico-inflammatoire, responsable d’une régénération continue puis d’une cirrhose, était le principal facteur du processus de transformation. De nombreuses données expérimentales soulignent aujourd’hui l’implication

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du VHC dans des voies plus directes d’oncogenèse hépatocytaire. Plusieurs protéines virales, notamment la protéine du core du virus [23, 24] , NS3 [25] et NS5A [26] ont été directement incriminées dans la transformation et dans le développement du CHC.

Protéine du core du VHC La protéine du core du VHC lie l’ARN viral pour réguler la traduction des protéines virales, l’encapsidation et l’assemblage du virus. La protéine du core du VHC est également impliquée dans la signalisation, l’activation transcriptionnelle, l’apoptose, le métabolisme lipidique et la transformation de la cellule hôte. La protéine du core lie p53, p73 [27] et pRb ; les conséquences de ces interactions ne sont pas encore parfaitement comprises. La liaison core-p73 lève l’inhibition du cycle p53-dépendant en partie par une modulation de l’expression de p21 waf , une protéine inhibitrice du complexe régulateur du cycle cellulaire cycline/cycline-dependent kinase (CDK). Le core du VHC a également été impliquée in vitro dans l’activation de la voie Raf1/mitogen-activated protein kinase (MAPK), et dans la levée de l’inhibition de la prolifération cellulaire en milieu sans sérum. Récemment, le core du VHC a également été impliqué dans l’activation de la voie Wnt/bêtacaténine. L’expression de la seule protéine du core du VHC induit la prolifération, la synthèse d’ADN et la progression dans le cycle, en partie par une activation des gènes de la voie Wnt-1 et de ses cibles, notamment Wisp2 [28]. Le blocage de l’expression de Wnt-1 par de l’ARN interférant bloque la prolifération induite par le core du VHC. Enfin, des variants de la protéine du core du VHC isolés à partir de tumeurs de patients, non retrouvés dans le tissu hépatique adjacent à la tumeur, peuvent interagir avec Smad3, inhibant la voie transforming growth factor (TGF)-b. Ces données suggèrent qu’au cours de l’infection chronique par le VHC, des variants viraux pouvant promouvoir la transformation cellulaire sont sélectionnés de manière clonale lorsqu’ils deviennent résistants à l’effet antiprolifératif du TGF-b. La protéine de core du VHC se lie aux membranes cellulaires, aux vésicules lipidiques, à l’apolipoprotéine II et réduit l’activité de la microsomal triglyceride transfer protein (MTP), induisant un défaut d’assemblage et de sécrétion des lipoprotéines de type very low density lipoprotein (VLDL), conduisant à une stéatose [23]. La signification in vivo de ces données in vitro est soutenue par le développement d’une stéatose et de CHC [23, 27] chez les animaux transgéniques exprimant la protéine du core du VHC dans leurs hépatocytes. Hépatologie

Carcinome hépatocellulaire et hépatocarcinogenèse virale

Protéine structurale E2 L’implication des autres protéines structurales du VHC dans les voies de l’oncogenèse hépatocytaire est moins directe que ne l’est la protéine de core. La glycoprotéine E2 interfère avec les éléments de réponse aux interférons in vitro en inhibant notamment la protéine kinase R (PKR), un intermédiaire important dans la réponse de la cellule aux interférons. L’interaction d’une forme soluble de E2 avec CD81 et le récepteur aux low density lipoproteins (LDL) à la surface des cellules active la voie MAPK/extracellular signal-regulated kinase (ERK), facilitant la prolifération cellulaire et la survie de la cellule.

Protéine non structurale NS3 La sérine protéase NS3 est également douée d’un pouvoir transformant sur les cellules de mammifères in vitro. Ces données ne sont pas, pour l’instant, confirmées in vivo [25]. Les propriétés transformantes de NS3 pourraient être secondaires à son interaction avec p53 [29]. Ces interactions seraient responsables d’une répression dose-dépendante de la transcription du gène p21Waf1.

Protéine non structurale NS5A NS5A a été impliquée dans la modulation de diverses fonctions cellulaires comme l’apoptose, la transduction du signal, l’activation transcriptionnelle et la transformation. NS5A bloque les éléments de réponse aux interférons. In vitro, NS5A est un inhibiteur puissant de l’activité PKR [30]. Cette liaison NS5APKR, rapportée initialement dans des modèles de levures et de lignées de mammifères, a également été trouvée dans des modèles de réplicons. On ne sait pas si la liaison NS5A-PKR est impliquée in vivo dans la résistance aux interférons. De plus, NS5A lie et active la voie PI3 phospho-inositide 3-kinase (PI3K), résultant dans l’activation de la voie Akt-protein kinase B (PKB) et les voies de survie cellulaire dépendantes de Akt. Récemment, il a été rapporté que l’expression de NS5A conduit à une inhibition de la transcription de facteurs de type Forkhead, à la phosphorylation et à l’inactivation de la glycogène synthase kinase-3-b (GSK-3-b), responsables d’une accumulation de bêtacaténine et d’une activation de ses cibles transcriptionnelles. Il est remarquable que la protéine codée par le VHB HBx active également la voie bêtacaténine à travers une inactivation de la GSK-3-b par le biais de ERK. Cette voie ERKGSK-3-b est activée par IGF-1, TGF-b et le récepteur tyrosine kinase HER-2, responsable d’une activation de la voie bêtacaténine non seulement dans le CHC mais également dans les cancers du rein, de l’estomac et du sein. La voie Wnt/ bêtacaténine semble être une cible commune des protéines du VHC et du VHB au cours de l’hépatocarcinogenèse.

Virus de l’hépatite C, stress réticulaire et stress oxydant Le VHC et les autres Flaviviridae induisent un stress réticulaire endoplasmique [27, 31]. Le stress réticulaire est un mécanisme homéostatique qui régule le métabolisme cellulaire et la synthèse des protéines en réponse à des perturbations dans la biosynthèse et la maturation des protéines. Un stress réticulaire modéré module la synthèse des protéines induisant une baisse de la croissance cellulaire ; un stress réticulaire prolongé et soutenu conduit à l’apoptose par le biais d’une activation de la caspase-12. Bien que les conséquences à long terme du stress réticulaire modéré dans la pathogénie du VHC ne soient pas parfaitement comprises, il est suggéré qu’un stress réticulaire persistant puisse conduire à une accumulation intra- et extracellulaire d’éléments mutagènes pouvant induire des lésions de l’ADN de la cellule hôte. Les marqueurs du stress cellulaire oxydant sont élevés chez les patients infectés par le VHC. Des souris transgéniques exprimant la protéine de core du VHC ont une accumulation excessive de radicaux libres, qui corrèle avec le développement du CHC [23, 27]. L’expression transitoire de NS5A altère la concentration intracellulaire de calcium, induit Hépatologie

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du stress oxydant et active les voies STAT-3 et nuclear factorkappa B (NF-kB). Le stress cellulaire active des voies de signalisation cellulaire comme les voies MAPK qui facilitent la prolifération cellulaire et favorisent la transformation.

Modèles transgéniques d’étude du VHC De nombreux animaux transgéniques ont été générés pour étudier le potentiel carcinogène des protéines du VHC. Les protéines du VHC ont été exprimées seules ou en combinaison dans le foie d’animaux transgéniques en utilisant différents promoteurs tissu-spécifiques. Trois lignées transgéniques exprimant la protéine de core développent une stéatose et un CHC [23, 27] ; d’autres animaux ne montrent qu’une stéatose ou d’autres phénotypes [31] en fonction du promoteur utilisé, du contexte d’expression et de la souche murine. Les animaux transgéniques exprimant NS5A dans le foie n’ont pas de phénotype. À ce jour, tous les animaux transgéniques ont exprimé des protéines du VHC de façon constitutive et donc ne peuvent répondre comme au cours d’une infection classique. Il y a probablement là un biais majeur puisque les protéines du VHC ne sont pas accessibles à une régulation postnatale et peuvent être soumises à des modifications épigénétiques pouvant modifier le phénotype de l’animal au final.

■ Autres carcinogènes Carcinogènes chimiques Des carcinogènes chimiques ont été identifiés comme favorisant la survenue de la tumeur primitive du foie. La mycotoxine aflatoxine B1 est la plus fréquemment décrite ; les zones à haute exposition aux aflatoxines sont superposées à celles de haute endémie pour le VHB. Il existe une probable interaction entre les carcinogènes chimiques et les virus hépatotropes. Ainsi, chez les sujets antigène HBs positif, exposés à l’aflatoxine, il a été montré que l’aflatoxine B1 pouvait provoquer l’apparition d’une mutation ponctuelle au niveau d’un gène suppresseur de tumeurs ou « antioncogène » : la P53. D’autres carcinogènes chimiques tels que les nitrosamines (dans les modèles animaux), le chlorure de vinyle (angiosarcomes) ou les agents permettant la prolifération des peroxysomes (dans les modèles animaux) pouvaient favoriser l’apparition de tumeurs primitives du foie.

Alcool La cirrhose alcoolique est associée à un risque de l’ordre de 10 % de développement de cancer primitif du foie. Le risque relatif chez les buveurs excessifs est de l’ordre de 1,2 à 4,2. Comme cocarcinogène, du fait de la dénutrition, de la fréquente exposition aux virus hépatotropes liées à l’alcoolisation chronique, la consommation chronique d’alcool expose à un risque accru de CHC.

■ Conclusion En résumé, les infections par le VHB et probablement par le VHC sont directement impliquées dans la carcinogenèse hépatique. Plusieurs mécanismes, qui ne sont pas exclusifs, sont probablement intriqués chez un même malade : la cirrhose, secondaire à une hépatite chronique active ou à une intoxication alcoolique chronique, est un facteur de risque majeur et associé dans plus de 90 % des cas à la tumeur ; le VHB peut avoir un effet direct du fait de l’intégration avec réarrangement chromosomique ou mutagenèse insertionnelle ou par la transactivation de protéines virales générées à partir d’ADN du VHB libre en cours de multiplication ou intégré dans l’ADN cellulaire. Le VHC peut aussi directement intervenir par le biais de protéines virales transformantes. La transformation maligne des hépatocytes survient en général dans un contexte de lyse et de régénération hépatique

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7-005-A-50 ¶ Carcinome hépatocellulaire et hépatocarcinogenèse virale

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chronique et le plus souvent sur foie cirrhotique. La prolifération cellulaire, l’inflammation et le stress génotoxique facilitent l’accumulation d’anomalies génétiques et épigénétiques pouvant : • « allumer » des oncogènes ou « éteindre » des antioncogènes ; • modifier l’expression de protéines régulatrices du cycle cellulaire ; • réactiver la télomérase dans des hépatocytes sénescents. Les travaux sur le CHC des deux dernières décennies ont cherché à définir si le VHC et le VHB, qui sont responsables de la majorité des CHC dans le monde, ont un rôle direct dans l’hépatocarcinogenèse, en dehors de leur capacité à induire une nécro-inflammation hépatique chronique. De nombreuses informations sont aujourd’hui disponibles soulignant des propriétés inattendues de différentes protéines codées par le VHB (protéine HBx) ou du VHC (protéines core, E2, NS3 et NS5A), pouvant participer à la transformation carcinomateuse des hépatocytes et à la croissance tumorale, en plus des mécanismes de mutagenèse insertionnelle liés à l’intégration de tout ou partie du génome du VHB. Il est cependant important de souligner que la plupart, si ce n’est toutes, ces fonctions transformantes putatives ont été caractérisées dans des systèmes artificiels, permettant le plus souvent une expression à haut niveau des protéines virales. Ces effets observés in vitro sont donc probablement moins applicables à l’infection in vivo où les protéines du VHC sont exprimées à des concentrations plus basses. Les données expérimentales sont cependant des arguments forts en faveur d’une attitude thérapeutique agressive visant à éradiquer le VHC et à réduire la réplication du VHB pour en diminuer les impacts ultimes, notamment carcinomateux.

Cet article a fait l’objet d’une prépublication en ligne ; l’année du copyright peut donc être antérieure à celle de la mise à jour à laquelle il est intégré.

■ Références [1] [2] [3]

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Points forts

• Le CHC est fréquent au cours des cirrhoses (incidence annuelle d’environ 3 %), et plus fréquent en cas d’infection chronique qu’en l’absence d’infection par les virus des hépatites. • Son incidence va augmenter au cours des 20 prochaines années. Ceci est majoritairement lié à la fréquence de la cirrhose, maladie précancéreuse (la régénération hépatique favorisant la sélection d’un clone tumoral, d’autant que persiste une activité nécroticoinflammatoire). Les infections virales chroniques rendent compte aussi de cette augmentation : le VHC est en effet un des rares virus humains, avec le VHB, les HPV, l’HTLV et certains virus de la famille Herpes, liés à l’oncogenèse chez l’homme. • Un certain nombre de facteurs carcinogènes ont été identifiés, pour lesquels il est difficile de distinguer les facteurs initiateurs des facteurs promoteurs. • Les mécanismes de l’hépatocarcinogenèse virale B sont complexes. Ils associent, du fait de l’intégration du génome viral (autorisée par une étape de reverse transcription dans la multiplication du VHB), des réarrangements chromosomiques, des mécanismes de cisactivation d’une part et de transactivation d’autre part. Les mécanismes de cisactivation sont représentés par la mutagenèse insertionnelle (cisactivation d’un protooncogène cellulaire). Des phénomènes de transactivation sont probables : ainsi, la protéine X du VHB mais aussi les protéines virales du VHC pourraient jouer un rôle de transactivation sur de nombreux promoteurs hétérologues ou homologues.

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S. Pol ([email protected]). V. Mallet. A. Vallet-Pichard. H. Fontaine. P. Sogni. C. Perret. B. Terris. C. Cavard. Université Paris-Descartes, Paris, France. Inserm U 567, Institut Cochin, 22, rue Méchain, 75014 Paris, France. Service d’hépatologie, Hôpital Cochin, 27, rue du Faubourg-Saint-Jacques, 75014 Paris, France. Toute référence à cet article doit porter la mention : Pol S., Mallet V., Vallet-Pichard A., Fontaine H., Sogni P., Perret C., Terris B., Cavard C. Carcinome hépatocellulaire et hépatocarcinogenèse virale. EMC (Elsevier Masson SAS, Paris), Hépatologie, 7-005-A-50, 2010.

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Cas clinique

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Métabolismes hépatiques M. Maitre, C. Klein Le foie, organe annexe à l’intestin grêle, est un des tissus les plus importants de l’organisme car il assure de nombreuses fonctions métaboliques et régulatrices. C’est l’organe solide le plus important de l’organisme (environ 1500 g) qui draine environ 75 % du sang venant de la sphère digestive via la veine porte. Sa seule fonction exocrine se situe dans le tube digestif pour la production de bile. Il assure la transformation et l’assimilation des nutriments et des xénobiotiques absorbés par le tractus digestif. Son rôle est central dans les métabolismes glucidiques, lipidiques et des aminoacides, dans les synthèses et la dégradation des protéines plasmatiques, dans le stockage des vitamines et des oligoéléments. © 2015 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : Foie ; Métabolisme énergétique ; Médicaments ; Alcool ; Maladies métaboliques ; Cholestérol

Plan

Le foie possède divers types de cellules : les hépatocytes (70 % des cellules) qui sont des cellules parenchymateuses et les cellules épithéliales des canaux biliaires (30 % des cellules). Les cellules de Kupffer sont les macrophages du foie, ils jouent un rôle dans l’immunité non spécifique. Il existe également des cellules nerveuses et des cellules vasculaires en plus petit nombre.



Introduction

1



Rôle du foie dans le métabolisme glucidique et énergétique Métabolisme hépatique du glucose Métabolisme hépatique des acides gras Cétogenèse en période de jeûne alimentaire

1 1 3 5



Synthèse et renouvellement des protéines plasmatiques. Dégradation des aminoacides via le cycle de l’urée Renouvellement des protéines plasmatiques d’origine hépatique Cycle de l’urée pour l’élimination de l’azote des aminoacides

6 6 7



Synthèse de l’hème et dégradation en bilirubine

7

Métabolisme hépatique du glucose



Biosynthèse du cholestérol et des acides biliaires

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Détoxification des médicaments et des xénobiotiques. Rôle de la pharmacogénomique

11



Métabolisme de l’éthanol

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Tests biochimiques des fonctions hépatiques

12



Maladies métaboliques et dysfonctionnements hépatiques Défaillances hépatocellulaires Ictère : accumulation de bilirubine conjuguée ou non conjuguée Anomalies métaboliques associées à une hépatomégalie Hypoglycémies : rôles du foie

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Le glucose sanguin entre dans les hépatocytes via le transporteur de la membrane plasmique GLUT-2 [1] . Ce glucose est phosphorylé en glucose-6-phosphate (G6P) par la glucokinase des hépatocytes et n’est plus transportable à l’extérieur par les GLUT ; la capture du glucose sanguin est alors favorisée. Si l’alimentation est disponible, le G6P est le précurseur du glycogène [2] d’une part et du pyruvate d’autre part au travers de la glycolyse [3] . Ce pyruvate, dans les conditions d’anaérobie, est ensuite oxydé dans le cycle de Krebs pour produire l’adénosine triphosphate (ATP) via les chaînes d’oxydoréduction respiratoire de la mitochondrie [4] . Le G6P est aussi utilisé par le cycle des pentoses phosphates pour générer le ribose et le nicotinamide adénine dinucléotide phosphate hydrogéné (NADPH) nécessaire à des activités biosynthétiques, dont la lipogenèse [5] . Celle-ci a également comme précurseur le pyruvate et son dérivé, l’acétylcoenzyme A (acétylCoA). Dans les cas de jeûne alimentaire, le G6P est déphosphorylé par la glucose-6-phosphatase en glucose.

 Introduction Le lobule hépatique est l’unité anatomique du foie, dans lequel les cellules sont organisées en travées radiaires autour de la veine centrale. Entre les travées se trouvent les capillaires sinusoïdes. Le foie rec¸oit du sang oxygéné par l’artère hépatique (branche de l’aorte descendante) et du sang de la veine porte contenant des substances d’origine digestive et pancréatique (insuline). Le retour du sang se fait via les capillaires sinusoïdes, puis vers les veines centrales, hépatiques et la veine cave inférieure vers le cœur droit (Fig. 1). EMC - Hépatologie Volume 11 > n◦ 1 > janvier 2016 http://dx.doi.org/10.1016/S1155-1976(15)71495-6

 Rôle du foie dans le métabolisme glucidique et énergétique

Métabolisme du glycogène Pendant la phase de satiété alimentaire, la plupart du glucose6-phosphate (G6P) synthétisé à partir du glucose est utilisée pour fabriquer du glycogène via l’action de la glycogène synthétase [6] . Le G6P est à la fois le précurseur du glycogène, mais aussi l’inhibiteur allostérique de la glycogène phosphorylase (qui dégrade le glycogène) et l’activateur allostérique de la glycogène

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7-005-B-10  Métabolismes hépatiques

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Figure 1. Le foie est organisé en lobules autour de ramifications de la veine hépatique. Entre les lobules se situent les aires d’irrigation de la veine porte, constituées par un ensemble drainé par les conduits biliaires et des ramifications de la veine porte et de l’artère hépatique. 1. Veine porte ; 2. sinusoïdes ; 3. veine centrale ; 4. conduit biliaire ; 5. artère hépatique ; 6. canalicules biliaires.

synthétase (qui le fabrique). Des phosphorylations régulatrices modifient également les activités de la phosphorylase et de la synthétase (Fig. 2). En période de satiété alimentaire, l’insuline pancréatique est sécrétée en réponse à une augmentation des taux sanguins de glucose, d’aminoacides ou d’acides gras [7] . Cette hormone favorise la synthèse de glycogène et supprime la glycogénolyse. À distance des repas, la sécrétion d’insuline diminue, et la dégradation du glycogène augmente via l’activation de la glycogène phosphorylase. Des hormones hyperglycémiantes (glucagon et catécholamines) sont sécrétées à partir des cellules pancréatiques ␣ et des cellules de la médullosurrénale, respectivement. L’activation de leurs récepteurs à protéines G correspondants induit la stimulation de l’adénylate cyclase, de l’adénosine monophosphate cyclique (cAMP) et de la protéine kinase A, qui active le glycogène phosphorylase [8] . Maladies métaboliques de stockage du glycogène [9] Le glycogène est un polysaccharide composé d’unités ␣-Dglucose liées par des liaisons 1,4 et 1,6 qui lui donnent un aspect arborescent. Les glycogénoses sont des anomalies de la dégradation du glycogène caractérisées par la déficience d’une seule enzyme de son catabolisme. La glycogénose de type I (von Gierke) est due à une mutation de la glucose-6-phosphatase qui s’exprime surtout par une hépatomégalie et une hypoglycémie. Huit autres types distincts de glycogénose sont connus, n’affectant pas toujours le foie de fac¸on prédominante. Le type III rassemble une hépatomégalie, une hypoglycémie avec une myopathie et une accumulation de glycogène dans le foie et les muscles. Les transaminases sont élevées avec une activité limitée de l’enzyme débranchante du glycogène (amylo-1-6-glucosidase). Le type IV est la cause d’une cirrhose hépatique. Enfin, le type VI est dû à une déficience en phosphorylase hépatique et s’exprime par des troubles légers d’hyperstockage du glycogène hépatique.

Néoglucogenèse Pendant les périodes de jeûne de courtes durées, le maintien de la glycémie dans l’organisme s’effectue essentiellement par la glycogénolyse. Lorsque le glycogène a disparu après une période de jeûne prolongée, la néoglucogenèse est mise en route

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au sein de l’hépatocyte en utilisant comme précurseurs le lactate, le pyruvate, de nombreux aminoacides ou le glycérol [10] . Ces substrats peuvent également provenir du sang circulant. Les étapes enzymatiques entre ces divers substrats et un intermédiaire pouvant remonter jusqu’au glucose sont décrites dans la Figure 3. La déphosphorylation du G6P par la glucose-6-phosphatase est l’étape limitante de la glycogénolyse et de la néoglucogenèse. Le déficit en glucose-6-phosphatase est à la base d’une maladie métabolique, dite glycogénose de type I. La vitesse de la néoglucogenèse dépend à la fois de la biodisponibilité de ses substrats et de l’expression de ses enzymes clés : glucose-6-phosphatase et phoshoénolpyruvate carboxylase (PEP carboxylase). Le pyruvate produit par la glycolyse ou la glycogénolyse possède deux destins : la réduction en acide lactique par la lacticodéshydrogénase (LDH) dans des conditions d’anaérobiose, ou la décarboxylation oxydative par le complexe mitochondrial pyruvate déshydrogénase (PDH) qui conduit à l’acétyl-CoA et l’entrée dans le cycle de Krebs (Fig. 3). L’activité PDH est réglée par des phosphorylations/déphosphorylations induites par des kinases spécifiques. Les enzymes de la néoglucogenèse sont des enzymes allostériques ou sont régulées par des modifications posttraductionnelles comprenant surtout des acétylations induites par les nutriments alimentaires. De plus, l’expression de nombre de ces enzymes est régulée par des facteurs de transcription, dont le principal est CREB (cAMP response element-binding protein). L’inhibition de CREB par transgenèse réduit l’expression de nombreuses enzymes de la néoglucogenèse hépatique avec hypoglycémie et développement de diabètes de type II. Plusieurs membres de la famille des sirtuines (SIRT) et des AMP kinases (AMPK) sont des facteurs moléculaires importants de la régulation du métabolisme énergétique. L’élimination de SIRT-1 dans le foie par transgenèse chez l’animal diminue la néoglucogenèse hépatique avec apparition d’une obésité. L’insuline supprime le néoglucogenèse et la disparition des récepteurs hépatiques à l’insuline augmente la néoglucogenèse hépatique chez la souris, induisant une hyperglycémie et une intolérance au glucose. La résistance à l’insuline est un facteur déterminant pour le développement de diabète de type II et contribue à la stéatose hépatique non alcoolique. La sécrétion du glucagon par les cellules ␣ du pancréas est augmentée pendant EMC - Hépatologie

Métabolismes hépatiques  7-005-B-10

Glycogène Enzyme branchante

Pi

(n+1)glucose 1,4

particulièrement à la régulation de la glycolyse hépatique : glucokinase, 1,6-diphosphofructokinase, pyruvate kinase et pyruvate déshydrogénase kinase. Les activités de ces enzymes augmentent pendant les phases postprandiales. Le fructose-2,6-diphosphate (F-2,6-D) est un activateur allostérique de la phosphofructokinase qui stimule la glycolyse et inhibe la néoglucogenèse. Les taux de F-2,6-D sont sous le contrôle du couple insuline/glucagon (Fig. 3) [11–13] .

UDP

Dégradation du fructose et du galactose Glycogénine(glucose)

Glycogène synthétase Phosphorylase + enzyme débranchante

UDP glucose UDP glucose pyrophosphorylase PPi UTP

Glucose 1 P Phosphoglucomutase Glucose 6 P H2O

ADP

Glucose-6phosphatase

Glucokinase ATP

Pi Glucose

Figure 2. Synthèse (glycogénogenèse) et dégradation (glycogénolyse) du glycogène hépatique. La molécule de glycogène est un polymère branché fait de 10 000 à 40 000 résidus glucose réunis entre eux par des liaisons ␣-1,4 ou ␣-1,6 glucosidiques (poids moléculaires entre 1 et 10 millions de daltons). Pour la synthèse, le glucose de l’alimentation doit être activé sous forme d’uridine diphosphate (UDP) glucose, riche en énergie. La glycogène synthétase crée la liaison ␣-1,4 glycosidique entre une nouvelle unité glucose et le glycogène en formation, allongeant la molécule d’une unité successivement. Les branchements en ␣-1,6 requièrent une enzyme branchante qui transfère environ sept unités glucose sur un carbone C6 du polymère en formation. La dégradation du glycogène est assurée par une glycogène phosphorylase qui produit du glucose-1-phosphate en présence de phosphate inorganique. Les branchements ␣-1,6 sont hydrolysés par une enzyme débranchante. Le foie synthétise le glycogène après un apport alimentaire de carbohydrates et le dégrade durant les périodes de jeûne (maintien de la glycémie entre les repas pour le cerveau en particulier). UTP : uridine triphosphate ; ADP : adénosine diphosphate ; ATP : adénosine triphosphate.

l’exercice physique ou les périodes de jeûne alimentaire. La délétion chez l’animal des récepteurs au glucagon diminue les taux de glucose circulants, augmente la tolérance au glucose, et réduit l’incidence de la stéatose hépatique. Les récepteurs au glucagon sont des G protein coupled-receptor (GPCR) qui activent la cascade adénylate cyclase-cAMP-protéine kinase A qui phosphoryle CREB et stimule la néoglucogenèse hépatique. Cette néoglucogenèse est également régulée par l’hormone de croissance (GH) et les récepteurs nucléaires des glucocorticoïdes. La GH agit via des récepteurs à tyrosine kinases (JAK2/STAT5), tandis que les glucocorticoïdes stimulent des récepteurs cytoplasmiques. Ceux-ci sont alors transloqués dans le noyau où ils participent à l’activation de plusieurs gènes codant pour des enzymes de la néoglucogenèse.

Glycolyse hépatique et sa régulation La glycolyse est active dans le foie en période de satiété alimentaire, et les intermédiaires de cette glycolyse et leurs produits sont des substances de base importantes pour la synthèse de lipides, d’aminoacides et d’ATP. En période de jeûne ou à distance des repas, la glycolyse se ralentit beaucoup au profit de la ␤-oxydation des acides gras qui est alors la source préférentielle du métabolisme énergétique. Quatre kinases participent EMC - Hépatologie

Le fructose et le galactose sont habituellement présents dans l’alimentation sous forme de disaccharides : saccharose pour la combinaison glucose et fructose ; lactose pour la combinaison glucose et galactose. Après hydrolyse par des disaccharidases dans le tractus digestif, le fructose et le galactose peuvent alimenter le métabolisme énergétique. Le galactose entre de plus dans la composition des membranes cellulaires. Fructose L’apport alimentaire du fructose se fait essentiellement sous forme de saccharose ou sous forme libre dans des jus de fruits, légumes et via la consommation de miel. Ce fructose représente de 10 à 20 % de l’apport quotidien de calories dans les régimes alimentaires des pays occidentaux. Contrairement au glucose, le transport intracellulaire du fructose ne dépend pas de l’insuline, et le fructose ne déclenche pas la sécrétion de l’hormone. La dégradation du fructose s’effectue après phosphorylation (surtout dans le foie) par un clivage catalysé par l’aldolase II (fructose-1-phosphate aldolase) en phospho-dihydroxyacétone et 3-phospho-glycéraldéhyde (Fig. 4) [14] . Les anomalies héritées dans cette séquence métabolique (qui doivent limiter les apports de saccharose) peuvent concerner la phosphofructokinase, ce qui provoque l’élimination de fructose dans les urines (fructosurie). L’aldolase II peut être aussi concernée, ce qui induit l’augmentation de fructose-1-phosphate dans le foie avec possible hypoglycémie, vomissement, troubles de la coagulation sanguine et hyperbilirubinémie [15] . Galactose Le galactose forme avec le glucose un disaccharide appelé lactose car présent dans le lait et ses dérivés. Le lactose est hydrolysé en galactose et glucose par une ␤-galactosidase présente dans le tractus intestinal. Le galactose peut également trouver son origine dans la dégradation de glycoprotéines ou de glycolipides qui font partie du renouvellement des constituants des membranes cellulaires. Le transport intracellulaire du galactose est indépendant des concentrations d’insuline. Comme pour le fructose, le galactose est phosphorylé d’abord par une galactokinase qui conduit au galactose-1-phosphate en présence d’ATP. Par la suite, le galactose phosphorylé est épimérisé en glucose après activation par l’uridine diphosphate (UDP) apporté par l’UDP-glucose. L’enzyme clé de cette réaction est l’UDP-glucose galactose-1-phosphate uridyltransférase (Fig. 5). L’UDP-glucose est régénéré par l’UDP galactose épimérase. Globalement, le galactose-1-phosphate est transformé en glucose-1-phosphate. L’UDP galactose est une forme activée du galactose qui permet son incorporation dans certains glycolipides, glycoprotéines ou polysaccharides (glycosaminoglycanes), constituants des membranes ou du tissu de soutien [16] . Les déficiences dans une des enzymes du métabolisme du galactose sont connues sous le terme de galactosémies congénitales [17, 18] . Elles s’expriment le plus souvent par une galactosémie, une galactosurie avec accumulation de galactitol à l’origine de troubles hépatiques, d’un retard mental irréversible et d’une cataracte. Le traitement principal est la suppression du lactose de l’alimentation, néanmoins il persiste une synthèse endogène de galactose.

Métabolisme hépatique des acides gras La synthèse des acides gras dans le foie s’effectue lorsque l’apport des glucides (principalement du glucose) est important. Les acides gras hépatiques proviennent également de la sphère digestive. Ils se lient au glycérol-phosphate (triglycérides)

3

7-005-B-10  Métabolismes hépatiques

Fructose-1,6biphosphatase Dihydroxyocétone phosphate

Glycéraldéhyde-3-phosphate

Glycérol-3-phosphate

Acide-1,3-diphosphoglycérique

Fructose-1,6biphosphate

Fructose-6phosphate

Glucose-6phosphate Glucose-6phosphatase Glucose

Glycérol

3-phosphoglycérate

Triglycérides

2-phosphoglycérate

Phosphoénolpyruvate

Acide lactique

PEP carboxykinase Oxaloacétate

Pyruvate carboxylase

Alanine

Pyruvate Pyruvate déshydrogénase

+ Malate

Acétyl-CoA

Oxaloacétate

Succinate Isoleucine Valine Acides gras impairs

Cycle de Krebs

Membrane mitochondriale interne

Citrate

Acide propionique

Figure 3. Glycolyse/néoglucogenèse dans le tissu hépatique. Néoglucogenèse à partir des précurseurs les plus fréquents (en vert sur la figure). Pour reconstituer du glucose pendant les périodes de jeûne prolongé (le glycogène étant épuisé), le foie, mais aussi les reins, utilisent les réactions de la glycolyse, mais en sens inverse. Néanmoins, trois réactions de la glycolyse ne sont pas réversibles (catalysées par l’hexokinase, la phosphofructokinase I et la pyruvate kinase). Les enzymes en rouge sur la figure sont des enzymes spécifiques de la néoglucogenèse qui court-circuitent les étapes non réversibles de la glycolyse. Le contrôle de la néoglucogenèse s’exerce au niveau des étapes spécifiques (en rouge). L’insuline stimule la glycolyse et inhibe la néoglucogenèse, faisant chuter le taux de glucose circulant. À l’inverse, le glucagon (une autre hormone peptidique d’origine pancréatique) stimule la néoglucogenèse et diminue la glycolyse. L’adrénaline produite pendant le stress et les glucocorticoïdes stimulent également la néoglucogenèse.

ou au cholestérol pour former des esters qui sont stockés dans l’hépatocyte ou sont libérés dans la circulation sous forme de very low density lipoprotein (VLDL). Incorporés dans les phospholipides, les acides gras participent à la formation de nombreuses membranes, dont celles des cellules. En période de jeûne alimentaire, l’énergie cellulaire provient essentiellement de l’oxydation des acides gras et des corps cétoniques dans la mitochondrie. Néanmoins, les acides gras ne participent pas à la fourniture de l’énergie cérébrale lors du jeûne, remplacée par la dégradation des corps cétoniques et de la gluconéogenèse via principalement l’acide lactique. Le catabolisme des acides gras consiste en leur oxydation dans les peroxysomes et les mitochondries par une cascade métabolique appelée ␤-oxydation (Fig. 6). Cette chaîne libère les carbones des acides gras deux par deux à partir de l’extrémité carboxyle pour produire à chaque fois une molécule d’acétyl-CoA et des nucléotides réduits FADH2 et NADH (nicotinamide adénine dinucléotide hydrogéné). L’acétyl-CoA peut être le précurseur d’ATP dans le cycle tricarboxylique de Krebs mais est surtout dans le foie à la base de la synthèse des corps cétoniques, un cycle métabolique spécifique du foie. Ce cycle exporte des substances solubles dans l’eau pour les besoins énergétiques d’autres organes lors du jeûne alimentaire. L’intensité de la dégradation des triglycérides du tissu adipeux est contrôlée par des mécanismes hormonaux impliquant le glucagon, l’adrénaline et le cortisol. Les acides gras libérés, liés à l’albumine plasmatique, sont d’abord activés dans le cytosol cellulaire par liaison avec le coenzyme A (CoA) en présence d’ATP sous l’action d’une fatty acid thiokinase formant un acyl-CoA par une liaison thioester (Fig. 6). Cette réaction s’effectue par

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diffusion passive dans la mitochondrie pour les acides gras à courte ou moyenne chaîne. Les acides gras à chaîne longue (la majorité) sont liés au CoA dans le cytosol et transportés dans la mitochondrie par la navette carnitine (Fig. 7). Cette navette permet de lever l’imperméabilité de la membrane mitochondriale pour les longs acyl-CoA. Les acides gras activés par le coenzyme A (acyl-CoA) sont oxydés dans un cycle nommé ␤-oxydation car impliquant l’oxydation du carbone ␤ de la chaîne en une cétone. Puis une thiolase coupe la chaîne entre les carbones ␣ et ␤ et une molécule d’acétyl-CoA, de FADH2 et de NADH est formée à chaque étape de ce cycle, jusqu’à ce que la totalité de l’acide gras soit transformée en acétyl-CoA [19] .

Maladies de la bêta-oxydation des acides gras [20] Les désordres de l’oxydation des acides gras se présentent souvent sous la forme de myopathies ou de cardiomyopathies. Ils peuvent aussi s’exprimer par la mort soudaine du nouveauné ou par une hypoglycémie avec cétose, augmentation des transaminases, de l’acide urique et de la créatinine kinase. La concentration d’acides gras dans le sang circulant est généralement élevée et le défaut de ␤-oxydation entraîne la présence d’acides dicarboxyliques. Les altérations moléculaires peuvent toucher le transporteur de carnitine avec excrétion de carnitine libre dans les urines. Toutes les déshydrogénases impliquées dans le métabolisme des acyl-CoA peuvent être également atteintes : SCAD pour « short chain acyl-CoA dehydrogenase » ; MCAD pour « medium chain acyl-CoA dehydrogenase » ou LCAD et VLAD pour « long or very long chain acyl-CoA dehydrogenase ». Dans ces derniers cas, on observe souvent chez la mère porteuse d’un EMC - Hépatologie

Métabolismes hépatiques  7-005-B-10

Glucose 6-phosphatase

Glucose

Glucose 6-P

GLYCOGÈNE Phosphoglucose isomérase

Saccharose

Fructose Fructose 6-P

(1)

ATP

Fructose 1,6bisphosphatase

Fructokinase

ADP

Fructose 1-P

Fructose 1,6-bisP

(2)

Figure 4. Métabolisme du fructose. Le saccharose est le principal précurseur du fructose dans l’organisme. La voie principale de la métabolisation du fructose est sa phosphorylation par la fructokinase ou phosphofructokinase. Le fructose est ensuite dégradé en un intermédiaire de la glycolyse et rejoint la formation de pyruvate (et la formation d’acide lactique ou d’acétyl-CoA) ou de glycérol comme précurseur des triglycérides. Outre les déficits en fructokinase, les enzymopathies hépatiques les plus fréquemment rencontrées dans ce métabolisme sont le déficit en fructose-1,6-biphosphatase (anomalie de la néoglucogenèse avec hépatomégalie, hypoglycémie et acidose lactique) ou en aldolase-2 (fructose-1-phosphate aldolase). Ce dernier déficit, ou intolérance héréditaire au fructose, se manifeste chez l’enfant par une hypoglycémie et une acidose lactique après ingestion de saccharose.

Aldolase 2

Aldolase 1

Glycéraldéhyde

Dihydroxyacétone 3-P

NADH, H+ Glycéraldéhyde kinase

Alcool déshydrogénase

Triose-Pisomérase

ATP

NAD+

ADP

Glycéraldéhyde 3-P

Glycérol Phosphotriose isomérase

ATP

Dihydroxyacétone 3-P

Glycérol kinase

PYRUVATE

ADP Glycérol 3-P déshydrogénase

Glycérol 3-P

TRIACYLGLYCÉROLS PHOSPHOGLYCÉRIDES

Figure 5. Dégradation du galactose. Cet ose fait partie avec le glucose du disaccharide contenu dans le lait (lactose).

Galactokinase

Galactose

Galactose 1-P ATP

UDP-Glucose

ADP

UDP-Hexose 4' épimérase

Uridylyltranférase

Glucose 1-P

UDP-Galactose

Phosphoglucomutase

Glucose 6-P

GLYCOLYSE

embryon malade, une infiltration hépatique par des acides gras. Les thérapeutiques comportent le plus souvent un apport de carnitine avec une surveillance attentive de possibles hypoglycémies.

Cétogenèse en période de jeûne alimentaire Durant le jeûne alimentaire prolongé, les triglycérides sont dégradés prioritairement par le foie pour produire les substrats nécessaires au fonctionnement du cycle de Krebs et à la chaîne EMC - Hépatologie

d’oxydoréduction respiratoire mitochondriale. L’accumulation de l’acétyl-CoA limite la dégradation des acides gras, mais la régénération de coenzyme A libre est nécessaire. Elle s’effectue principalement par le mécanisme de la cétogenèse dans laquelle le coenzyme A est régénéré et les groupes acétates sont libérés sous forme soluble dans le sang (acéto-acétate ; ␤-hydroxybutyrate et acétone). La condensation de deux molécules d’acétyl-CoA s’effectue via l’hydroxy-méthyl-glutaryl-CoA (HMG-CoA) synthase et lyase, spécifiques du tissu hépatique (Fig. 8) [21] .

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7-005-B-10  Métabolismes hépatiques

(AMP; PPi) + CoA

(ATP; CoA-SH) +

Acyl-CoA

Acide gras

Membrane mitochondriale externe

Cytosol

Carnitine palmitoyl transférase I CPT 1

Thiokinase

Cycle de Krebs CoA

Carnitine

Acyl-CoA + Carnitine

Membrane mitochondriale interne

Carnitine palmitoyl transférase II CPT 2

+ CoA-SH Acyl-carnitine R-CH2-CO-S-CoA + CH2-CO-S-CoA Acide gras n-2 Acétyl-CoA

Carnitine Acyl-carnitine translocase + CoA-SH

Acyl-CoA

Carnitine CoA

+

Corps cétoniques

CoA-SH

Thiolase

R-CH2-CO-CH2-CO-S-CoA

Acyl-carnitine

Carnitine

R-CH2-CH2-CO-S-CoA Acyl-CoA Béta-oxydation déshydrogénase

NADH

Hydroxyacyl-CoA déshydrogénase

FAD NAD+ FADH2

H2O OH

R-CH=CH-CO-S-CoA

R-CH2-CH-CH2-CO-S-CoA Enoyl-CoA hydrotase Figure 6. Transport des acides gras dans la mitochondrie hépatique et ␤-oxydation. Mis à part pour le cerveau et les érythrocytes, l’oxydation des acides gras par la ␤-oxydation mitochondriale est une source d’énergie importante. Ces acides gras, sous forme de CoA-thioesters, doivent entrer dans la mitochondrie. Le passage de la membrane externe ne pose pas de problème mais le transport au travers de la membrane interne requiert la carnitine. L’acide gras passe la barrière sous forme d’acylcarnitine, en échange de carnitine libre. L’acylcarnitine est transformée en acyl-CoA ; les transformations en acylcarnitine sont catalysées par deux carnitine palmitoyl transférases. Ensuite, la ␤-oxydation peut s’effectuer et produit à chaque cycle du nicotinamide adénine dinucléotide hydrogéné (NADH), flavine adénine dinucléotide hydrogéné (FADH2) et une molécule d’acétyl-CoA dans la matrice mitochondriale de la plupart des cellules. L’activité du système est surtout dépendante de la disponibilité en acides gras, c’est-à-dire dépend des taux de lipase hormonosensible du tissu adipeux. Le foie possède une forte capacité pour la ␤-oxydation. Si l’activité du cycle de Krebs est déficiente (diabète en situation d’insulinopénie, jeûne), l’acétyl-CoA formé peut donner lieu à la formation de quantités importantes de corps cétoniques.

Les corps cétoniques passent dans le sang et sont capturés par les tissus extrahépatiques (tissus musculaires, cardiaques et cerveau) où ils sont transformés principalement en acétyl-CoA pour l’alimentation du cycle de Krebs. Ceci permet l’économie de la dégradation des protéines lors du jeûne. Ces corps cétoniques augmentent dans le sang durant le jeûne prolongé et sont une source d’énergie riche pour le cœur, les muscles squelettiques et surtout pour le cerveau dans des périodes d’anorexie. L’apparition de corps cétoniques dans les urines est le signe d’une dégradation importante des graisses et d’une néoglucogenèse. Elle peut être aussi l’indice d’une alimentation riche en graisses et pauvre en glucides. Durant les restrictions d’apports alimentaires, la néoglucogenèse hépatique est activée par le glucagon, nécessitant la dégradation des protéines musculaires et la libération d’aminoacides, ainsi que la dégradation des triglycérides et la libération des acides gras à partir du tissu adipeux. Cette dernière modification (lipolyse) est sous le contrôle d’une lipase hormonosensible activée par une kinase A sensible au glucagon. La lipolyse est inhibée par l’insuline. L’adrénaline est une autre hormone, augmentée durant le stress, qui active la glycogénolyse du foie et la lipolyse du tissu adipeux. Finalement, le défaut d’insuline observé dans le diabète de type I entraîne une cétogenèse excessive avec une possible acidocétose car la prédominance du glucagon

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stimule la glycogénolyse, la lipolyse, la cétogenèse et la néoglucogenèse. Dans ce cas, les taux de corps cétoniques dans le sang et les urines peuvent être importants [22] .

 Synthèse et renouvellement des protéines plasmatiques. Dégradation des aminoacides via le cycle de l’urée Les protéines plasmatiques constituent schématiquement deux groupes : celles synthétisées par le foie (dont l’albumine), et les immunoglobulines synthétisées dans la moelle osseuse.

Renouvellement des protéines plasmatiques d’origine hépatique La quantité et la qualité de ces protéines peuvent être modifiées par des maladies hépatiques. L’albumine est la protéine majeure du plasma (35–45 g/l). Elle fixe de fac¸on non spécifique de nombreux ligands présents dans le sang, en particulier de nombreux EMC - Hépatologie

Métabolismes hépatiques  7-005-B-10

β-cétothiolase

HCO2 CH3-CO-S-CoA Acétyl-CoA

HOOC-CH2-CO-S-CoA Malonyl-CoA ATP

Insuline

Carboxylase -biotine

-

PalmitoylCoA

Noradrénaline Glucagon

-CO-(CH2)14-CH3

Acétyl-CoA

CH3-(CH2)14-CO-CH2-CO-S-CoA S-CoA

ADP + Pi

CO2 + CoA-SH

NADPH + H+

β-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase

NADP+ CH3-(CH2)14-CHOH-CH2-CO-S-CoA

H2O

Enoyl-CoA déshydratase

CH3-(CH2)14-CH=CH-CO-S-CoA NADPH + H+ Enoyl-CoA réductase NADP

CH3-(CH2)15-CH2-CO-S-CoA Stéaroyl-CoA avec deux carbones en plus Figure 7. Biosynthèse des acides gras. Exemple de l’élongation de l’acide palmitique. L’organisme humain ne synthétise des acides gras que dans le foie, les reins, la glande mammaire en lactation et le tissu adipeux. Les acides gras fabriqués dans le foie sont estérifiés en triglycérides et sont libérés comme constituants des very low density lipoprotein (VLDL). Après un repas riche en carbohydrates et quand les taux d’insuline sont élevés, une grande partie des acides gras synthétisés dans le foie aboutit dans le tissu adipeux. La première étape de la synthèse des acides gras est une étape strictement contrôlée par la disponibilité en biotine, par la concentration en citrate et en palmitoyl-CoA, et par l’action de l’insuline, de la noradrénaline et du glucagon. Cette étape est activée s’il y a un fort apport de carbohydrates et un faible apport de graisse. Elle est inhibée dans le cas d’un apport alimentaire important en lipides. La synthèse du palmitate requiert huit molécules d’acétyl-CoA, sept ATP et 14 NADH. Le CoA est remplacé par l’acyl carrier protein (ACP, 77 acides aminés) qui fixe la chaîne d’acides gras en croissance. L’acide palmitique est ensuite un substrat pour la synthèse d’acide gras plus long, avec l’exception de certains acides gras essentiels. Ces réactions ont lieu dans le réticulum endoplasmique. Le tissu adipeux est un organe endocrine actif (adipokines, facteurs de croissance, certaines cytokines). La leptine régule avec l’insuline la masse de tissu adipeux. NADPH : nicotinamide adénine dinucléotide phosphate hydrogéné ; AA : acides aminés ; ATP : adénosine triphosphate.

acides gras, la bilirubine non conjuguée et de nombreux médicaments. Environ 14 g de cette protéine sont synthétisés chaque jour chez l’individu bien portant. D’autres protéines comme la transferrine et la ferritine transportent et stockent respectivement le fer dans le sang et le foie [23, 24] . La céruloplasmine est spécialisée dans le transport du cuivre, et ses variations de concentrations peuvent être l’indication de troubles hépatiques [25] . Le foie synthétise aussi la plupart des facteurs de la coagulation et les ␣ et ␤ globulines plasmatiques qui évoluent lors de la phase aiguë de l’inflammation [26] . Durant cette période, le foie renouvelle et synthétise une vaste gamme de protéines sous l’influence de plusieurs cytokines, en particulier la C reactive protein (CRP), des cofacteurs de la cascade du complément et des inhibiteurs de protéases. Le niveau de renouvellement des protéines hépatiques est également étroitement contrôlé par différents processus de dégradation. Il peut s’agir soit d’endocytose et de digestion par des lysosomes (autophagie), soit de marquage de protéines anciennes ou malformées par des poly-ubiquitines assurant leur adressage dans des structures protéolytiques (protéasomes) [27] . La dégradation de ces protéines produit une grande quantité d’aminoacides qui sont ensuite métabolisés dans le cycle de l’urée.

Cycle de l’urée pour l’élimination de l’azote des aminoacides L’azote provenant de la dégradation des aminoacides est utilisé pour amidifier des céto-acides (acide ␣-cétoglutarique ou acide oxaloacétique) pour donner des dérivés transaminés (acide glutamique, acide aspartique) via des transaminases mais aussi de la glutamine via une glutamine synthétase. Le coenzyme des transaminases (transaminase glutamo-oxaloacétique [TGO], EMC - Hépatologie

transaminase glutamopyruvique [TGP]) est un dérivé de la pyridoxine (vitamine B6 ) ou pyridoxal phosphate. L’aspartate se combine à la citrulline pour donner un complexe arginosuccinate qui est ensuite hydrolysé en fumarate et en arginine qui prend en charge l’azote de l’aspartate. Une autre voie d’entrée de l’azote (sous forme d’ammoniaque) provient du glutamate déshydrogéné (glutamate déshydrogénase/NAD+ dépendant). L’ammoniaque libérée se combine au bicarbonate via une carbamoyl-phosphate synthétase donnant du carbamoylphosphate qui se combine à l’ornithine pour donner la citrulline (Fig. 9). L’urée est la principale voie d’excrétion de l’azote de l’organisme. Les deux premières étapes du cycle de l’urée s’effectuent dans la mitochondrie. La citrulline formée passe ensuite dans le cytosol. La libération de l’urée se produit à partir de l’arginine et l’ornithine est régénérée pour repasser dans la mitochondrie. La régulation du cycle de l’urée dépend des concentrations de N-acétylglutamate, qui est un activateur allostérique de la carbamoyl-phosphate synthase. Les taux d’arginine circulantes possèdent aussi un rôle comme activateur allostérique de la N-acétylglutamate synthase et comme source d’ornithine. Un régime alimentaire riche en protéine induit les enzymes du cycle de l’uréogenèse [28, 29] .

 Synthèse de l’hème et dégradation en bilirubine L’hème est une porphyrine qui contient quatre cycles pyrroles liés par des ponts méthényl, avec un atome de fer ferreux au centre de la molécule. La 5-aminolévulinate synthétase catalyse la

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7-005-B-10  Métabolismes hépatiques

première étape de synthèse à partir du glycocolle et du succinylCoA. Cette réaction, localisée dans la mitochondrie, constitue l’étape limitante de la synthèse de l’hème, qui intéresse les cyto-

+

Acétyl-CoA

“ Point fort Hyperammoniémies et troubles de l’uréogenèse Mise à part l’hyperammoniémie transitoire du nouveauné due à l’immaturité hépatique, les troubles du cycle de l’urée peuvent affecter toutes les étapes de celuici. L’anomalie commune est l’augmentation des taux d’ammoniaque, accompagnée d’un coma brutal néonatal, de type léthargique avec des pauses respiratoires. L’hyperammoniémie avec acidose peut être liée à une acidémie organique ou un désordre dans l’oxydation des acides gras. L’absence d’acidose oriente vers une anomalie spécifique d’une enzyme du cycle de l’urée. Les traitements incluent l’élimination des protéines de l’alimentation remplacées par des perfusions de glucose. L’hémodialyse peut être envisagée. Les acides benzoïques ou phénylacétiques peuvent contribuer à l’élimination de l’azote de l’organisme.

Acétyl-CoA

Acétoacétyl-CoA Acétyl-CoA CoA

HMG-CoA Synthase

3-hydroxy 3-méthylglutaryl-CoA (HMG-CoA)

Acétyl-CoA Acétoacétate NADH CO2 Acétone CH3-CO-CH3

NAD β-hydroxybutyrate CH3-CHOH-CH2-COOH

β-hydroxybutyrate déshydrogénase

chromes, l’hémoglobine et la myoglobine. Deux molécules de 5-aminolévulinate se condensent dans le cytosol pour former le porphobilinogène qui se combine par quatre molécules pour donner un composé tétrapyrrolique. Celui-ci se cyclise ensuite en uroporphyrinogène III, puis coproporphyrinogène III. Le fer ferreux est additionné par la ferrochélatase pour obtenir la protoporphyrine IX de l’hémoglobine (Fig. 10) [30] . L’hème est dégradé en bilirubine. Tous les jours, environ 250 à 300 mg de bilirubine proviennent du renouvellement des globules rouges dans le foie, la rate et la moelle osseuse. La protoporphyrine de l’hémoglobine est clivée en biliverdine par l’hème oxygénase, ensuite réduite en bilirubine. Si la concentration dans le sang de cette dernière est plus élevée que 20 à 50 ␮moles/l, un subictère ou un ictère franc apparaît. Le caractère hydrophile de la bilirubine est accru par conjugaison des extrémités carboxyliques de

Figure 8. Formation des corps cétoniques. Les corps cétoniques ne sont formés que dans le foie et comprennent l’acétoacétate, le ␤hydroxybutyrate et l’acétone qui se forme de fac¸on non enzymatique. Les corps cétoniques sont envoyés par le foie aux autres organes (dont le cerveau) pour oxydation. La cétogenèse est associée à la dégradation des acides gras. Durant le jeûne, la stimulation hormonale du tissu adipeux libère de grandes quantités d’acides gras transformés en acétyl-CoA puis en corps cétoniques. Les deux enzymes (hydroxyméthylglutaryl [HMG]CoA synthase et lyase) sont spécifiques aux hépatocytes. L’acétone est excrétée dans l’urine et dans l’air expiré. NADH : nicotinamide adénine dinucléotide hydrogéné.

Acide α-cétoglutarique

Urée O H2N

Glutamine NH2

Ornithine

Transporteur de l'ornithine

Acide glutamique Transaminases

NH2 + CO2 + 2 ATP + H2O

Carbamylphosphate synthase

Arginase Ornithine Arginine OTC

NH2-CO-O-PO2H2 carbamylphosphate P1

Arginosuccinate lyase

Carbamylphosphate

Acide orotique

Citrulline UTP Mitochondrie ASS

Arginosuccinate

Citrulline Aspartate Figure 9. Synthèse de l’urée. Le cycle de l’urée est localisé partiellement dans le cytosol, partiellement dans la mitochondrie. L’ammoniaque provient de la désamination des aminoacides. Les enzymopathies touchant le cycle de l’urée (ornithine transcarbamylase [OTC] le plus souvent) entraînent souvent une hyperammoniémie et une accumulation d’acide orotique et d’uridine triphosphate (UTP) qui possède comme précurseur le carbamylphosphate. L’urée, très soluble dans l’eau, s’élimine dans les urines. ASS : arginosuccinate synthétase.

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EMC - Hépatologie

Métabolismes hépatiques  7-005-B-10

Cycle de Krebs Glycine

H2N N

HO P

O

O

O

N + H2N

N

HO O

O

P

OH

H2N

δ-aminolévulinate déshydratase H N H 2N OH O

δ-aminolévulinate O

HO

OH

OH O

4-porphobilinogène

O O

OH O

O

O

N

OH P

δ-aminolévulinate synthétase

H N

O

H N O

O

HO

O

S

OH Succinyl-CoA activé

Uroporphyrinogène III synthétase O

O

O OH

OH

OH

Décarboxylase Oxydases Coproporphyrinogène III HO O

N H NH HN H N

HO

OH O

O HO HO O O Uroporphyrinogène III

O HO

N HN NH N

O Protoporphyrine IX

HO

N Fe2+ N

N

Ferrochélatase HO

Fe N

O Hème

Figure 10. Synthèse de l’hème. La moelle osseuse est le site de 70 à 80 % de la synthèse de l’hème, mais le foie représente également un site de synthèse important parce qu’il contient de nombreuses enzymes ayant l’hème comme groupement prosthétique, y compris toute la famille des cytochromes P-450 qui jouent un rôle essentiel dans la détoxification des xénobiotiques, dont l’alcool. Ces enzymes ont de plus une demi-vie plus courte que celle de l’hémoglobine. Dans cette synthèse, la première étape est limitante et assure la régulation de l’activité de l’ensemble. La ␦-aminolévulinate synthétase (ALA synthétase) qui catalyse cette première étape possède une demi-vie de 1 à 3 heures dans le foie, et sa synthèse est fortement inhibée par l’hème libre.

ses chaînes latérales avec l’acide glucuronique ou d’autres sucres comme le xylose ou le ribose. Cette réaction est catalysée par l’UDP-glucuronyl-transférase. Le produit de la réaction, ou bilirubine conjuguée, est soluble dans l’eau et sécrété par les canalicules biliaires. Un obstacle sur l’excrétion de la bilirubine vers l’intestin peut également modifier ses concentrations sanguines et donner un aspect jaunâtre aux téguments [31] . Dans l’intestin, la bilirubine conjuguée forme du stercobilinogène incolore sous l’action des bactéries. Mais après oxydation, la stercobiline qui en résulte donne la couleur des fèces (Fig. 11). Une partie de cette stercobiline peut être réabsorbée et resécrétée par le foie ou les reins (Fig. 12).

 Biosynthèse du cholestérol et des acides biliaires Le cholestérol est un composant essentiel des membranes cellulaires et il est aussi le précurseur des acides biliaires, de la vitamine D et des hormones stéroïdes. L’alimentation normale dans nos pays occidentaux apporte environ 500 mg de cholestérol par jour, absorbé par le tractus intestinal et acheminé vers le foie EMC - Hépatologie

sous forme de chylomicrons. Il existe une synthèse endogène de cholestérol d’environ 1 g par jour. Le cholestérol est un composé important des membranes cellulaires dont il modifie la fluidité, ce qui change la perméabilité de la membrane qui contient également des phospholipides et des sphingolipides. Les régions membranaires riches en cholestérol sont moins perméables que les autres. Le cholestérol de l’alimentation est absorbé et sécrété dans l’intestin par des transporteurs spécifiques. Le cholestérol de synthèse est majoritairement fabriqué par le foie à partir d’acétyl-CoA produit par la dégradation des acides gras, la déshydrogénation du pyruvate ou la métabolisation de la leucine ou de l’isoleucine. Le NADPH nécessaire est produit par le cycle des pentoses phosphates et 36 molécules d’ATP sont hydrolysées par molécule de cholestérol synthétisée. Toutes les réactions se produisent dans le cytosol cellulaire. Trois molécules d’acétyl-CoA sont converties en acide mévalonique, ce qui constitue la première étape de synthèse (Fig. 12). L’étape catalysée par la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl-CoA réductase (HMG-CoA reductase) est l’étape limitante dans cette synthèse : elle se produit dans le réticulum endoplasmique et est contrôlée par rétrocontrôle inhibiteur et par les hormones insuline et tri-iodothyronine qui activent tandis que le glucagon et le

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7-005-B-10  Métabolismes hépatiques

NADP+ + CO

NADPH2

N Fe N

N

N

Hème oxygénase

N O

HO

OH

OH O

O

HN

N H

O

O

N H Biliverdine

Hème

NADPH2

Biliverdine réductase

NADP+ O

2 UDP Urobilinogène Sécrétion biliaire

O

HO

Cycle entérohépatique

OH

UDP glucuronate

Diglucuronide de bilirubine

NH HN UDP-glucuronyl transférase

NH HN

Urobilines

OO

Bilirubine Figure 11. Dégradation de l’hème et synthèse de la bilirubine. Le sang normal contient moins de 17 ␮mol/l de bilirubine, la majeure partie sous forme non conjuguée qui serait en transit de la rate vers le foie. Dans les hyperbilirubinémies (conjuguées et non conjuguées), les téguments deviennent jaunes (ictère). Les taux de bilirubine sérique s’élèvent au-dessus de 70 ␮mol/l. La sclérotique de l’œil retient la bilirubine parce qu’elle contient un fort pourcentage en élastine qui possède une forte affinité pour la bilirubine. L’hyperbilirubinémie conjuguée est observée quand le foie conjugue la bilirubine mais en plus le courant de la bile vers l’intestin est obstrué. Parfois, il existe une obstruction biliaire intrahépatique, par exemple dans le syndrome de Dubin-Johnson. NADPH : nicotinamide adénine dinucléotide phosphate hydrogéné ; UDP : uridine diphosphate.

Acétoacétyl-CoA thiolase

2 x acétyl-CoA

HMG-CoA synthase

Acétoacétyl-CoA Acétyl-CoA

3-hydroxy-3-méthylglutaryl-CoA HMG-CoA COA-SH + 2 NADP

Mévalonate-5Pyrophosphate

CO2

Mévalonate phosphate

ATP

Mévalonate kinase

HMG-CoA réductase

HOOC-CH2-CHOH-CH2 CH3 CH2OH Mévalonate

ATP

Pyrophosphomévalonate décarboxylase

Isopentényl pyrophosphate + 3, 3-diméthylallyl pyrophosphate

Géranyl pyrophosphate + lsopentényl pyrophosphate

PPi

PPi Oxidosqualène Lanostérol cyclase 7-NADPH +CO2

Zymostérol

Squalène (30 carbones)

Lanostérol NADP

2x

Farnésyl pyrophosphate (15 carbones)

NADPH

NADPH

Desmostérol

NADPH + O2

7-déhydrocholestérol réductase

7-déhydrocholestérol

CHOLESTÉROL

Figure 12. Synthèse du cholestérol. Trois molécules d’acétyl-CoA sont transformées en acide mévalonique. L’hydroxy-3-méthylglutaryl-CoA réductase (HMG-CoA réductase) est une étape enzymatique clé car c’est l’étape limitante de la synthèse. Elle est activée par le jeûne et inhibée par l’augmentation de la concentration intracellulaire de cholestérol. Son activité est régulée par phosphorylation réversible. Les statines sont des inhibiteurs synthétiques de l’activité HMG-CoA réductase qui permettent de réduire de 20 à 60 % le taux des low density lipoprotein (LDL) et du cholestérol plasmatique. NADPH : nicotinamide adénine dinucléotide phosphate hydrogéné ; ATP : adénosine triphosphate.

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EMC - Hépatologie

Métabolismes hépatiques  7-005-B-10

“ Point fort Les porphyries résultent de mutations héritées dans l’un des gènes codant pour l’expression d’une des sept enzymes du schéma de synthèse de l’hème. Une partie de ces maladies est d’origine hépatique, le reste ayant son origine dans la moelle osseuse. Les plus fréquentes des porphyries s’expriment après la puberté, ce sont toutes des maladies autosomales dominantes caractérisées par des pénétrances incomplètes et qui s’expriment cliniquement de fac¸on variable. Dans les porphyries aiguës, on observe de fac¸on alternée des phases symptomatiques et des phases de latence. La symptomatologie la plus commune est constituée par des douleurs abdominales, nausées, vomissements, tachycardie et hypertension. Les examens de laboratoire révèlent l’augmentation dans les urines de précurseurs des porphyrines (acide aminolévulinique et porphobilinogène le plus souvent) lors des attaques. Les xénobiotiques accroissent la demande d’hème pour la fabrication des cytochromes P-450 et déclenchent souvent des crises.

cortisol freinent la réaction. Après phosphorylation de trois molécules de mévalonate, on obtient par condensations successives le géranyl pyrophosphate, puis le farnésyl pyrophosphate et enfin le squalène qui comprend 30 atomes de carbone et six doubles liaisons. Le squalène se cyclise en lanostérol. Les dernières étapes s’effectuent après fixation des intermédiaires peu solubles à des protéines de transport des stérols. La régulation de la synthèse du cholestérol s’effectue surtout via une balance entre le cholestérol apporté par l’alimentation et le cholestérol de synthèse. Le cholestérol d’origine exogène est présenté à la cellule sous forme de complexes lipoprotéiques : chylomicrons, VLDL ou LDL qui sont endocytosés après interaction avec un complexe récepteur (ApoB/E)/lipoprotéines. Après hydrolyse lysosomiale, le cholestérol libre est libéré à la membrane cellulaire. Si le cholestérol cellulaire augmente, l’HMG-CoA réductase s’exprime moins ainsi que les récepteurs LDL, le cholestérol est capturé par les apoprotéines A (HDL), et la synthèse des acides biliaires est augmentée. La synthèse de cholestérol est également régulée par le niveau d’expression de facteurs (sterol regulatory element-binding proteins) qui participent à la modulation de l’activité des gènes codant pour cette synthèse [32] . En outre, le cholestérol régule l’enzyme HMG-CoA réductase en favorisant sa diffusion dans tout l’organisme et sa dégradation. Les statines sont des médicaments qui abaissent les taux de cholestérol circulant et intracellulaire en inhibant de fac¸on compétitive l’activité HMG-CoA réductase, ce qui favorise la disparition du cholestérol-LDL. Le foie élimine le cholestérol soit sous sa forme libre, soit sous la forme d’acides biliaires [33] . Ces derniers sont des acides saturés à 24 atomes de carbone, synthétisés dans le parenchyme hépatique sous la forme d’acides biliaires primaires : acides choliques et chénodéoxycholiques. Pour leur sécrétion, ces acides biliaires sont conjugués via leurs groupements carboxyliques avec soit la taurine (taurocholique et taurochénodéoxycholique), soit avec la glycine (glycocholique et glycochénodéoxycholique) (Fig. 13, 14). Ces acides sont présents dans la bile sous forme de sels (sodium ou potassium), sécrétés dans le duodénum ou la vésicule biliaire en combinaison avec des phospholipides, du cholestérol, de l’eau, de la bilirubine. Les formes secondaires des acides biliaires sont fabriquées dans l’intestin sous l’action de bactéries anaérobies à partir d’une proportion d’acides primaires (acides déoxycholiques et litocholiques). La sécrétion de bile dans sa totalité est contrôlée par les hormones gastro-intestinales hépatocrinine et cholecystokinine, son action est essentiellement détergente, tensio-active et émulsifiante vis-à-vis des lipides présents dans le tractus digestif. EMC - Hépatologie

Figure 13. Acide cholique.

O

OH

glyco-

NH COOH HO

OH

Figure 14. Acide taurocholique.

O

OH

NH SO3H HO

OH

Intestin

Foie Cholestérol

Environ 1 g/j excrété dans l'intestin

0,5 g incorporé dans les chylomicrons

0,5 g éliminé dans les fèces Acides biliaires

Environ 20 g/j excrétés dans l'intestin : 19,5 g sont réabsorbés 0,5 g éliminé dans les fèces

Figure 15. Cycle entérohépatique des acides biliaires. Environ 20 à 30 g d’acides biliaires sont excrétés par le foie chaque jour dans l’intestin. Environ 2 % sont éliminés dans les fèces. La plupart des acides biliaires sont réabsorbés passivement dans le jéjunum et le côlon et surtout activement dans l’iléon. Les acides biliaires réabsorbés sont transportés dans le sang via la veine porte, liés à l’albumine de fac¸on non covalente. Puis ils sont resécrétés dans la bile. Le retour au foie des acides biliaires exerce un rétrocontrôle négatif sur leur synthèse via l’inhibition de la 7␣-hydroxylase qui participe à la synthèse du cholestérol.

La plus grande proportion de la bile sécrétée dans l’intestin est déconjuguée et réabsorbée via la veine porte et resécrétée par le foie dans la bile. Cette recirculation est le cycle entérohépatique des acides biliaires (Fig. 15). Chaque jour, environ 1 g de cholestérol est éliminé via les fèces, sous forme d’acides biliaires ou de dérivés de dégradation par les bactéries.

 Détoxification des médicaments et des xénobiotiques. Rôle de la pharmacogénomique La plupart des médicaments sont métabolisés par le tissu hépatique, de fac¸on à accroître leur caractère hydrophile pour pouvoir

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7-005-B-10  Métabolismes hépatiques

 Métabolisme de l’éthanol

Médicament NADPH2

Médicament

P-450-Fe3+

NADPH cytochrome P-450 réductase P-450-Fe3+

NADP+ Médicament

Médicament-OH

P-450-Fe2+

Médicament-OH P-450-Fe3+

O2 Médicament-O2 P-450-Fe2+ 2 H+

H2O

Figure 16. Hydroxylation des xénobiotiques dans le foie par les cytochromes P-450. Ces réactions ont lieu dans le réticulum endoplasmique de l’hépatocyte. Le cytochrome est au préalable activé par deux électrons apportés par le nicotinamide adénine dinucléotide phosphate hydrogéné (NADPH) (NADPH cytochrome P-450 réductase). Comme dans l’hémoglobine, l’oxygène se fixe sur le cofacteur héminique de l’enzyme (forme Fe2+ ). La forme oxygénée du cytochrome est très réactive et peut former des époxydes à partir de certains constituants de la fumée du tabac par exemple. Ces époxydes peuvent ensuite causer des mutations ponctuelles sur l’acide désoxyribonucléique.

être excrétés sous forme de métabolites plus ou moins actifs dans les urines via les reins ou par les fèces via la bile. Le panel des médicaments ou des xénobiotiques que le foie doit éliminer est très vaste sur le plan moléculaire, et ces opérations sont donc réalisées via des familles d’enzymes qui possèdent une basse spécificité pour leurs substrats. La détoxification des médicaments commence par leur oxydation ou leur hydroxylation, opérations qui sont réalisées par la famille des cytochromes P-450, de localisation microsomale [34] . Ensuite intervient soit une conjugaison avec l’acide glucuronique, soit une sulfatation, une acétylation ou une méthylation. Les enzymes de la famille des cytochromes P-450 contiennent de l’hème et sont présentes dans le réticulum endoplasmique des cellules hépatiques, mais aussi dans les cellules épithéliales du petit intestin. Il existe 12 familles de ces cytochromes P-450, ces diverses familles possèdent un rôle fonctionnel inégal dans le métabolisme des médicaments, la famille CYP3A4 étant la plus importante. Ces enzymes sont inductibles par la prise chronique de xénobiotiques. Cette induction de ces enzymes CYP3A s’effectue souvent via des interactions avec des récepteurs nucléaires qui forment des complexes transcriptionnels avec des protéines additionnelles (Fig. 16). Les polymorphismes alléliques de la famille des cytochromes P450 sont responsables de la vaste hétérogénéité de leurs actions pharmacologiques [35, 36] . La capacité de métaboliser plus ou moins rapidement certains médicaments est souvent liée aux types de cytochrome P-450 exprimés par le malade sous traitement. L’exploration génotypique des polymorphismes de ces enzymes fait partie d’une approche thérapeutique médicamenteuse individualisée. Néanmoins, la réponse à un médicament particulier ne dépend pas exclusivement de l’aptitude de l’organisme receveur à le métaboliser. D’autres facteurs peuvent être en cause comme des polymorphismes au niveau de certains récepteurs ou de certains transporteurs qui reconnaissent le médicament utilisé. Par exemple, l’exploration du polymorphisme de CYP2D6 est importante pour déceler les personnes qui métabolisent de fac¸on différente (faibles, intermédiaires ou rapides) de nombreux médicaments. Plus de 75 allèles ont été identifiés pour cette enzyme, et son génotypage peut avoir des conséquences en clinique humaine pour ajuster les posologies et choisir les molécules médicamenteuses appropriées pour chaque patient.

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L’alcool est un produit naturel provenant de la dégradation par glycolyse du glucose et de la transformation de celui-ci et d’autres précurseurs qui aboutissent à la formation de pyruvate. La transformation du pyruvate en alcool s’effectue selon une suite réactionnelle catalysée par des micro-organismes (levures, bactéries) au cours de fermentations. La quantité d’alcool formée peut atteindre 15 % dans le milieu et peut être enrichie par distillation. L’alcool est surtout consommé pour ses propriétés psychotropes (anxiolyse, euphorie, sédation) partout dans le monde. Il est toxique à doses chroniques et/ou élevées et peut conduire au décès après un coma. Les cibles de l’alcool dans le système nerveux central sont multiples, mais les récepteurs gamma-aminobutyric acid A (GABA-A) ionotropiques sont particulièrement en cause [37, 38] . La consommation excessive d’alcool, surtout si elle est chronique, représente la cause la plus fréquente pour la genèse de maladies hépatiques dans de nombreux pays, en particulier occidentaux. Elle est à la base de la constitution d’une stéatose hépatique (dépôts de graisse), d’une réaction inflammatoire chronique (hépatite) avec installation progressive d’une fibrose accompagnée d’une défaillance fonctionnelle. Ceci constitue la maladie hépatique connue sous le nom de cirrhose alcoolique. Après ingestion, l’éthanol est oxydé dans le tractus digestif et surtout dans le foie par une famille d’enzymes appelée alcool déshydrogénase pour donner de l’acétaldéhyde qui est à son tour oxydé par un aldéhyde déshydrogénase pour conduire à l’acétate, substrat du cycle de Krebs (Fig. 17). Le cosubstrat de ces oxydases/déshydrogénases est le NAD. Ces enzymes sont sujettes à un grand polymorphisme qui se traduit par une grande disparité dans leurs niveaux d’activité dans les populations, ce qui donne une susceptibilité aux effets de l’alcool très hétérogène suivant les groupes humains considérés. Dans cette cascade enzymatique de dégradation, le produit le plus toxique est l’acétaldéhyde qui est très réactif et se lie à de nombreuses protéines pour les inactiver [39] . Les taux formés de cette substance varient suivant les individus et donnent une impression d’inconfort et une forte vasodilatation. Cet effet est renforcé par les inhibiteurs de l’aldéhyde déshydrogénase (disulfirame par exemple). Une voie d’inactivation mineure de l’éthanol passe par une oxydation au niveau des peroxysomes hépatiques. L’éthanol ne possède pas de valeur nutritionnelle mais sa dégradation produit une grande quantité d’énergie sous forme de NADH+ H+ . De ce fait, la quantité de NAD+ disponible dans la cellule devient très basse. La conversion du lactate en pyruvate via la lacticodéshydrogénase est donc inhibée, ce qui induit une acidose. La baisse de production du pyruvate entraîne une baisse de la néoglucogenèse avec tendance aux hypoglycémies. L’augmentation des taux de NADH, nécessaire à la biosynthèse des acides gras, provoque une augmentation de ceux-ci dans le plasma (VLDL surtout), ce qui est à l’origine des dépôts de graisse dans le foie et d’une hépatomégalie progressive. Celle-ci est renforcée par une diminution de la dégradation des protéines via une altération du protéasome. Une réaction inflammatoire accompagne ces phénomènes avec infiltration par des cellules immunocompétentes et augmentation de certaines cytokines (chémokines surtout) [40] . Le degré d’atteinte hépatique au cours de l’alcoolisme chronique est un marqueur essentiel de l’évolution de la maladie. Elle repose essentiellement sur la biopsie hépatique qui possède toutefois des indications limitées. Les marqueurs sériques classiquement utilisés sont essentiellement l’alpha-2macroglobuline, l’apolipoprotéine A1, l’haptoglobine, la gammaglutamyltransférase (␥-GT), et les taux de bilirubine totaux.

 Tests biochimiques des fonctions hépatiques Il existe un certain nombre de marqueurs biochimiques circulant dans le plasma ou le sérum qui sont généralement considérés comme des indicateurs de la fonction hépatique. EMC - Hépatologie

Métabolismes hépatiques  7-005-B-10

2 – 10 %

Éthanol

≥ 10 %

Élimination dose - dépendante

Enzyme microsomale

Élimination par voie respiratoire, dans la sueur et l’urine

Acétaldéhyde

Alcool déshydrogénase

80 %

Acétaldéhyde

Haut niveau d'acétaldéhyde

Disulfirame

Rougeurs Maux de tête Nausées Vomissements Hypotension

Figure 17. Oxydation de l’éthanol par le tissu hépatique. Ces réactions sont catalysées surtout par un alcool déshydrogénase pour former l’acétaldéhyde qui est ensuite lui-même oxydé par une aldéhyde déshydrogénase pour former de l’acétate dégradé dans le cycle de Krebs. Le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD)+ est le coenzyme de ces déshydrogénations et donne lieu à la formation d’une grande quantité de nicotinamide adénine dinucléotide hydrogéné (NADH) (également au niveau du cycle de Krebs). Ce NADH va inhiber la dégradation des triglycérides et favoriser leur biosynthèse. L’alcool peut aussi de fac¸on minoritaire être dégradé dans les peroxysomes.

Aldéhyde déshydrogénase

Acétyl-CoA

Acide acétique Cycle de l’acide citrique

Synthèse d’acides gras

Dégradation en Co2 + H2O

Certains reflètent en fait le niveau de cytolyse hépatique ou sont des marqueurs spécifiques de fonctions précises, sans rapport avec le niveau global de l’activité hépatique. Les transaminases sont des enzymes capables de transférer le groupement amine primaire de certains aminoacides vers des cétoacides accepteurs (généralement oxaloacétate ou ␣cétoglutarate). Elles possèdent comme cofacteur un dérivé de la vitamine B6 (pyridoxine) sous forme de phosphate de pyridoxal. Sous le terme de transaminases hépatiques, on évoque précisément l’aspartate aminotransférase (ASPT) et l’alanine aminotransférase (ALAT) qui sont de localisation mitochondriale. Cette dernière est réputée plus sensible. L’albumine est synthétisée par le foie et son taux reflète l’état nutritionnel général et le niveau de synthèse protéique et d’apport en aminoacides. Des changements rapides des taux d’albumine témoignent aussi du taux d’hydratation de l’organisme. Certaines protéines sont dévolues au transport des ions métalliques. Ainsi, la transferrine fixe le fer ferrique (Fe3+ ), tandis que la ferritine représente une réserve de fer dans le foie et la moelle osseuse. La céruloplasmine participe à l’exportation du cuivre à partir du foie et est augmentée dans les maladies aiguës du tissu hépatique. Le cuivre est un composant important de nombreuses enzymes. La maladie de Wilson résulte d’anomalies génétiques de la céruloplasmine. L’hyperbilirubinémie est la cause de la jaunisse lorsque son taux dépasse 50 ␮moles/l de plasma. On distingue des jaunisses préhépatiques (absence de capture de la bilirubine ou augmentation de production), des jaunisses intrahépatiques dues à des troubles du métabolisme ou de la sécrétion de bilirubine, des jaunisses posthépatiques qui sont la conséquence d’obstruction sur les voies d’excrétion de la bilirubine. La ␥-GT (gamma-glutamyl transférase ou transpeptidase) est une enzyme qui transfère les résidus gamma-glutamyl sur des acides aminés ou des peptides. La ␥-GT existe au niveau de nombreux organes (intestin, reins, poumons par exemple) mais constitue un marqueur important au niveau du foie et du tractus biliaire qui sont la source essentielle de la présence de l’enzyme dans le sang. La production des ␥-GT par l’organisme est augmentée par l’alcool et son dosage sérique peut être utile dans la détection de l’alcoolisme. La phosphatase alcaline (PAL) est présente sous forme de différents isoenzymes dans le tractus biliaire, dans les os, mais aussi dans le placenta dans les cas de grossesse. Une augmentation de PAL dans le sérum est observée au cours de nombreuses maladies osseuses mais aussi dans toutes les maladies du foie et, en particulier, les maladies cholostatiques intra- (cirrhose biliaire primitive, cholangites sclérosantes) ou extra- (calculs, tumeurs) hépatiques. Le foie est l’organe producteur d’un grand nombre de protéines intervenant dans la coagulation sanguine. Au même titre EMC - Hépatologie

qu’une diminution des taux d’albumine, une chute des protéines de la coagulation témoigne souvent d’une insuffisance hépatocellulaire. Une diminution du temps de prothrombine (temps de Quick) est une indication d’un déficit en facteurs du complexe prothrombinique [41] .

 Maladies métaboliques et dysfonctionnements hépatiques Les maladies du métabolisme hépatique qui ont été héritées se présentent généralement sous la forme de syndromes hépatiques, isolés ou multiples. Schématiquement, ces syndromes peuvent se classifier en quatre présentations classiques : un dysfonctionnement hépatocellulaire, une jaunisse, une hépatomégalie ou une hypoglycémie.

Défaillances hépatocellulaires Dans ce domaine, on observe souvent des ressemblances avec des infections virales ou des intoxications diverses. Chez le nouveau-né, il faut surtout penser à une galactosémie congénitale avec une intolérance au lactose. Mais souvent l’association d’une hyperbilirubinémie avec hépatomégalie et troubles du développement doit faire rechercher une déficience en ␣1antitrypsine [42] .

“ Point fort Déficiences en ␣1-antitrypsine : maladie génétique fréquente (1/2000 à 3000 naissances). La protéine déficiente est un inhibiteur de protéase à sérine, codée par le gène SERPINA1. La mutation est transmise de fac¸on autosomale dominante avec une pénétrance variable. Le diagnostic biochimique est réalisé par électrophorèse sur gel des différents variants de la protéine. L’absence d’␣1antitrypsine se traduit par des troubles hépatiques et pulmonaires (emphysème). On observe une augmentation des transaminases sériques et un syndrome de type hépatite chronique avec ou sans cholestase. L’évolution vers la cirrhose est une possibilité dans un nombre significatif de cas.

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7-005-B-10  Métabolismes hépatiques

D’autres dysfonctionnements hépatiques [43] , révélés par une hyperbilirubinémie avec fibrose et ascite peuvent avoir pour cause une anomalie dans une enzyme du catabolisme de la tyrosine. On observe une augmentation de la tyrosine plasmatique avec des troubles de la coagulation. Des troubles hépatiques peuvent apparaître à l’adolescence du fait d’un trouble génétique du métabolisme du cuivre (maladie de Wilson) [44] . La maladie est autosomale récessive (fréquence de 1/30 000 à 1/100 000) et est due à l’accumulation de cuivre, surtout dans le foie et le cerveau. Les troubles hépatiques sont plus précoces que les problèmes neuropsychiatriques. Le gène concerné est appelé ATP7B et est surtout exprimé dans le foie. Il existe des taux faibles de céruloplasmine et de cuivre plasmatique, avec un anneau de Kayser-Fleischer au niveau oculaire. Le traitement consiste à provoquer l’élimination du cuivre.

 Références [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

Ictère : accumulation de bilirubine conjuguée ou non conjuguée [45] L’hyperbilirubinémie non conjuguée lorsqu’elle est pure est généralement associée avec une hyperproduction de bilirubine causée par une hémolyse. Le plus souvent, il s’agit d’une déficience en glucose-6-phosphate déshydrogénase appartenant au cycle des hexoses monophosphates ou des pentoses phosphates. L’hémolyse est souvent précipitée par la prise de médicaments de type antipaludéens ou de sulfamides. La galactosémie congénitale est souvent accompagnée au début par une hyperbilirubinémie non conjuguée. L’association de la présence de bilirubine conjuguée et non conjuguée est souvent le signe d’une atteinte hépatocellulaire.

[8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15]

Anomalies métaboliques associées à une hépatomégalie Le plus souvent, il s’agit de maladies liées à des anomalies de dégradation du glycogène [46] , en dehors des affections conduisant à une cirrhose (tyrosinémie héréditaire de type I). La rate est parfois aussi concernée.

[16] [17] [18] [19]

Hypoglycémies : rôles du foie Les hypoglycémies d’origine hépatique peuvent provenir d’une anomalie dans la production de glucose, d’une erreur au niveau du métabolisme des acides gras ou des corps cétoniques [47] . Après 24 à 48 heures de jeûne, la totalité du glycogène hépatique est consommée. La glycogénolyse et la néoglucogenèse s’effectuent simultanément. La dégradation des acides gras par ␤-oxydation, stimulée par l’adrénaline et le glucagon pendant le jeûne via une lipase hormonosensible dans le tissu adipeux, épargne le glucose. L’oxydation mitochondriale des acides gras dépend de la biodisponibilité de la carnitine. Le tissu nerveux oxyde les corps cétoniques fabriqués à partir de l’acétyl-CoA synthétisé par la dégradation des acides gras. La glycogénose de type I est souvent associée chez l’enfant à une hypoglycémie avec acidose lactique, hyperuricémie et augmentation des triglycérides plasmatiques. Le plus souvent, il s’agit d’une déficience en glucose-6-phosphatase des microsomes, catabolisant le glucose-6-phosphate dans le foie et les reins. Les défauts affectant la néoglucogenèse concernent plus spécifiquement l’intolérance héréditaire au fructose ou une déficience en fructose-1,6-diphosphatase, en phosphoénolpyruvate carboxykinase [48] . Les anomalies héritées du catabolisme des acides gras sont souvent dues à une déficience en carnitine ou en acyl-CoA déshydrogénase de divers types. Dans ces cas, l’hypoglycémie et l’hyperammoniémie sont fréquentes [49] .

[20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32]

Déclaration d’intérêts : les auteurs déclarent ne pas avoir de liens d’intérêts en relation avec cet article.

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Métabolismes hépatiques  7-005-B-10

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M. Maitre, Professeur émérite de biochimie et de biologie moléculaire ([email protected]). C. Klein, Ingénieur de recherche, biochimie et biologie moléculaire. Unité Inserm U-1119, Faculté de médecine, Université de Strasbourg, 11, rue Humann, 67085 Strasbourg, France. Toute référence à cet article doit porter la mention : Maitre M, Klein C. Métabolismes hépatiques. EMC - Hépatologie 2016;11(1):1-15 [Article 7-005-B-10].

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7-005-B-15

Métabolisme hépatique des métaux : exemple du fer et du cuivre O Loréal F Lainé Y Deugnier P Brissot

Résumé. – Les métaux sont indispensables à la vie cellulaire. Des anomalies de leurs métabolismes peuvent conduire au développement de multiples pathologies, qu’elles s’inscrivent dans le cadre d’un excès ou bien d’une carence d’un métal. Ainsi les anomalies du métabolisme du fer et du cuivre sont particulièrement délétères. Le maintien de l’homéostasie de ces deux métaux nécessite un équilibre entre les entrées et les pertes, une distribution adéquate entre les différents organes, ainsi qu’une répartition parfaite entre les différents compartiments cellulaires de « transit », fonctionnel et de stockage. La découverte récente de plusieurs protéines qui interviennent dans les métabolismes du fer et du cuivre permet de mieux appréhender chacun d’entre eux et de mettre en évidence l’importance de leurs interrelations. © 2001 Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : métaux, foie, métabolisme, fer, cuivre, maladies hépatiques.

Introduction Chez l’homme, de nombreuses pathologies sont associées à la carence ou l’excès en un métal. Parmi les perturbations des métabolismes des métaux, celles concernant le fer et le cuivre sont les plus fréquentes et peuvent conduire, lors des situations de surcharge, à l’apparition de lésions hépatiques graves. C’est pourquoi nous nous focaliserons ici plus particulièrement sur les métabolismes du fer et du cuivre entre lesquels il existe des relations étroites.

Métabolisme du fer Le fer est indispensable à la vie cellulaire. Le foie joue un véritable rôle de plaque tournante du fait notamment de ses capacités de stockage du fer et de son rôle dans la synthèse de nombreuses protéines impliquées dans le métabolisme du fer. Il participe ainsi au maintien d’un stock en fer stable dans l’organisme (environ 4 g), conséquence d’un équilibre parfait entre les entrées et les sorties de fer, et d’une régulation fine des mécanismes de transport, de distribution et de stockage du fer qui permet aux différents types cellulaires d’assurer le maintien d’une quantité optimale de fer biodisponible pour leur fonctionnement. De nombreuses protéines impliquées dans le métabolisme du fer peuvent intervenir à différents niveaux : apports, pertes, transport plasmatique et gestion du fer cellulaire. C’est pourquoi il est important de resituer le rôle du foie dans le métabolisme du fer. APPORTS DE FER

Un à 2 mg de fer sont quotidiennement absorbés au niveau du duodénum, ce qui représente environ 10 % du fer contenu dans une alimentation normale [2, 9]. La captation de fer peut s’adapter, au moins en partie, aux besoins de l’organisme qui peuvent varier dans différentes situations physiologiques : augmentation lors de la croissance, la grossesse et l’allaitement. Le pourcentage de fer extrait

Olivier Loréal : Chercheur Inserm, unité Inserm-U522. Fabrice Lainé : Assistant-chef de clinique. Yves Deugnier : Professeur des Universités, praticien hospitalier. Pierre Brissot : Professeur des Universités, praticien hospitalier. Hôpital Pontchaillou, clinique des maladies du foie, 2, rue Henri-Le-Guilloux, 35033 Rennes cedex 9, France.

de l’alimentation par le tube digestif peut alors augmenter. Le fer alimentaire présent sous forme héminique a une biodisponibilité supérieure à celle du fer non héminique et se lie à un récepteur membranaire qui permet son internalisation. L’hème est alors dégradé sous l’action de l’hème-oxygénase libérant le fer dans l’entérocyte. L’absorption du fer non héminique nécessite une phase de solubilisation qui est facilitée par l’acidification se produisant au niveau de l’estomac. Outre la quantité de fer présente dans l’alimentation, la forme de fer et la présence d’autres nutriments peuvent moduler son absorption. La captation du fer non héminique par l’entérocyte implique une protéine qui présente toutes les caractéristiques d’un transporteur potentiel des cations divalents et qui a été identifiée par deux équipes indépendantes. Il s’agit de DCT1 (divalent cation transporter 1) encore appelée NRAMP 2 (natural resistance anti microbial protein 2, du fait de l’homologie avec NRAMP 1 qui avait été précédemment identifiée), et maintenant DMT1 (divalent metal transporter 1) [2, 24, 31]. Au niveau du tube digestif, ce transporteur est principalement exprimé au niveau duodénal, et plus particulièrement dans les cellules de l’apex villositaire. Il est capable de prendre en charge le Fe2+ (mais aussi Zn2+, Mn2+, Co2+, Cd2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+). Deux modèles animaux présentant une mutation (G185R) spontanée de cette protéine, la souris mk/mk et le rat belgrade [24, 25, 54] , développent une carence en fer et une anémie. Cette mutation affecterait la fonction de la protéine et non sa quantité. Il faut noter que la prise en charge par DMT1 du fer présent dans le bol alimentaire sous forme de fer ferrique, nécessite sa réduction préalable sous l’action d’une molécule qui est implantée dans la membrane des microvillosités et présente une activité ferriréductase : Dcytb1 [41]. Le transfert du fer au pôle basal pourrait faire intervenir la mobilferrine, un homologue de la calréticuline qui intervient dans le métabolisme du calcium [15, 16]. La sortie du fer au pôle basal de l’entérocyte et son relargage dans la circulation générale impliquent au moins deux protéines. La première, appelée ferroportine (ou encore IREG1) est une molécule transmembranaire assurant le transport des atomes de fer ferreux du cytosol vers le milieu extracellulaire [22, 42]. L’intervention d’une seconde protéine, l’héphaestine, est nécessaire pour la sortie entérocytaire du fer [59]. Il s’agit d’une protéine de type multicopper oxydase, homologue de la céruloplasmine, possédant un ancrage sur

Toute référence à cet article doit porter la mention : Loréal O, Lainé F, Deugnier Y et Brissot P. Métabolisme hépatique des métaux : exemple du fer et du cuivre. Encycl Méd Chir (Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS, Paris, tous droits réservés), Hépatologie, 7-005-B-15, 2001, 7 p.

Métabolisme hépatique des métaux : exemple du fer et du cuivre

7-005-B-15

Absorption digestive (1 à 2 mg/jour)

Sites d'utilisation

Sites de stockage

Plasma

Foie

Macrophages spléniques (érythrophagocytose)

Pertes (1 à 2 mg/jour)

1

Représentation schématique du cycle qui permet la réutilisation constante du stock en fer de l’organisme (Loréal et al). Les pertes incompressibles sont intégralement compensées par des apports quotidiens qui sont quantitativement très faibles par rapport au stock en fer de l’organisme (1 mg versus 4 g). Notez le rôle du foie dans le stockage d’un éventuel excès de fer dans l’organisme et dans la redistribution éventuelle.

la membrane plasmique. Elle joue probablement un rôle dans l’oxydation du fer ferreux en fer ferrique, permettant ainsi sa prise en charge par la transferrine plasmatique et donc sa distribution ultérieure aux différents organes. Une mutation de l’héphaestine est présente chez la souris Sla (sex linked anemia) qui développe une anémie par carence en fer. PERTES DE FER

Les pertes de fer sont inévitables. Elles sont essentiellement dues à des phénomènes de desquamation, digestive ou cutanée, mais aussi à des pertes urinaires, à l’excrétion biliaire et à la sudation. Elles représentent 1 à 2 mg de fer par jour. Ces pertes sont donc théoriquement parfaitement compensées lorsque l’absorption digestive est normale [2, 9]. TRANSPORT PLASMATIQUE DU FER

Le fer est principalement localisé dans l’hémoglobine (60 %). Les sites de stockage (foie, rate et moelle osseuse) et la myoglobine des muscles squelettiques représentent respectivement 25 % et 10 % du stock en fer [2, 9]. Pour parvenir à ces différents sites, le fer est transporté dans le sérum sous forme ferrique (Fe3+) lié à la transferrine, qui est la principale protéine de transport plasmatique du fer et est synthétisée par le foie. Deux atomes de Fe3+ peuvent se lier à l’apotransferrine. Le fer transporté dans le plasma par la transferrine provient bien sûr de l’absorption digestive, mais surtout des sites d’utilisation et de stockage, notamment des macrophages spléniques qui ont préalablement phagocyté les hématies sénescentes, et du foie. Ceci permet une redistribution constante du fer (fig 1) qui répond ainsi immédiatement aux besoins spécifiques d’un organe, alors que, nous l’avons vu, la quantité de fer absorbée quotidiennement est très faible. En situation normale, le fer-transferrine du plasma est capté à 70 % par les précurseurs érythroïdes de la moelle osseuse. Après liaison de la transferrine-diferrique au récepteur de la transferrine qui est exprimé, en particulier par les hépatocytes, sur la membrane cellulaire, le complexe fer-transferrine-récepteur à la transferrine est endocyté. L’abaissement du pH [5] permet la libération du fer à partir du complexe. Le complexe récepteur à la transferrineapotransferrine est alors recyclé et réexternalisé sur la membrane cellulaire, l’apotransferrine étant secondairement relarguée [48]. D’autres protéines plasmatiques, synthétisées au niveau hépatique, peuvent aussi lier le fer à l’état physiologique : l’haptoglobine et l’hémopexine, qui toutes deux peuvent prendre en charge une partie du fer provenant de la lyse érythrocytaire [2, 9]. De plus, la ferritine plasmatique, qui à l’état normal contient peu de fer, pourrait-elle aussi jouer un rôle dans la distribution du fer via des récepteurs de la ferritine qui sont incomplètement caractérisés [1]. 2

Hépatologie

Au cours des surcharges en fer, apparaît une forme particulière de fer qu’est le fer non lié à la transferrine (FNLT) [36]. Cette forme biochimique de fer est incomplètement caractérisée, mais le fer y est lié à des ligands de bas poids moléculaire comme le citrate, l’ADP et l’acétate [30]. Il a été montré que le FNLT, quasiment indétectable à l’état normal, est retrouvé en quantité non négligeable au cours des surcharges en fer d’origine génétique ou secondaire [3, 5]. Ainsi au cours de l’hémochromatose génétique, de 1 à 5 µmol/L de fer peuvent être retrouvées sous forme de fer circulant dans le sérum des patients dès que la saturation de la transferrine dépasse 45 à 50 % [39]. Le FNLT y joue un rôle pathogénique majeur car il est susceptible d’entraîner des phénomènes de peroxydation lipidique [33]. De plus, le foie capte très avidement (70 %) le FNLT et ce dès le premier passage hépatique [11, 17]. Il peut donc jouer un rôle important dans la majoration de la surcharge en fer, d’autant que son niveau d’excrétion biliaire est diminué lorsque le foie est surchargé en fer [12, 62]. Ceci impose donc, pour traiter au mieux les patients présentant une hémochromatose génétique, de réaliser un traitement déplétif bien conduit qui permet de maintenir une saturation de la transferrine basse et d’assurer ainsi la disparition du FNLT du sérum des patients. Du FNLT peut aussi être détecté dans le sérum au cours de diverses pathologies hépatiques avec hypotransferrinémie, secondaire à l’insuffisance hépatocellulaire, qui induit artificiellement une augmentation de la saturation de la transferrine, mais aussi dans d’autres situations pathologiques notamment lors de la réalisation de chimiothérapies [6], ou bien au cours de syndromes de détresse respiratoire aiguë [32]. FER CELLULAIRE

La sortie du fer de la vésicule d’endocytose impliquerait la prise en charge du fer par un transporteur du fer du type NRAMP2 [2]. Le fer se répartit alors entre les différents compartiments cellulaires que sont les « pools » de transit, fonctionnel et de stockage. Le passage du fer par le compartiment dit de « transit » est obligatoire. Sa nature chimique est mal connue. Sa quantification a toutefois pu être approchée récemment en utilisant in vitro la calcéine, molécule dont la fluorescence est diminuée en présence de fer. La concentration de fer dans le compartiment de transit serait de l’ordre de la micromole et les atomes de fer seraient liés à des molécules de très faible poids moléculaire. Ce compartiment joue un rôle capital puisqu’il représente le carrefour entre le fer fonctionnel et le fer de stockage [8]. De plus, son expansion anormale représente un danger potentiel majeur pour la cellule puisque du fer en excès devient alors susceptible d’entraîner l’apparition de lésions cellulaires. Le fer fonctionnel comprend le fer qui participe à la formation de l’hème qui va être intégré dans les protéines héminiques dont l’hémoglobine et les cytochromes, qu’il s’agisse de ceux participant à la chaîne respiratoire ou de ceux intervenant dans la biotransformation des xénobiotiques (cytochrome P450). Le fer participe aussi à de nombreuses réactions enzymatiques car il est indispensable à l’activité des enzymes ferrodépendantes comme la ribonucléotide-réductase, nécessaire à la synthèse des désoxyribonucléotides et donc à la synthèse de l’acide désoxyribonucléique (ADN), et la prolylhydroxylase qui intervient dans la synthèse des collagènes et donc de la matrice extracellulaire [2, 9, 50]. Le fer non utilisé immédiatement peut être stocké dans les cellules. Le foie joue un rôle majeur dans le stockage du fer au cours des pathologies de surcharge. C’est la ferritine qui est la principale protéine impliquée dans ce phénomène de stockage [2, 9]. Elle est constituée de 24 sous-unités, de deux types (H pour heavy ou heart, et L pour light ou liver) qui forment une coque protéique. Pour pénétrer dans cette coque, le fer ferreux est oxydé du fait d’une activité ferroxydase liée à la sous-unité H. L’atome de fer est alors importé dans la coque par des canaux situés entre les sous-unités. C’est la formation d’oxyhydroxyde ferrique durant le processus de nucléation qui permet le stockage du fer. Secondairement, si la situation l’exige, ce fer peut être mobilisé, ce phénomène étant favorisé par des agents réducteurs comme la vitamine C. En situation de surcharge en fer, une autre forme de stockage apparaît : l’hémosidérine. Sa caractérisation biochimique reste mystérieuse, mais il pourrait s’agir de produits de dégradation de la ferritine.

Hépatologie

Métabolisme hépatique des métaux : exemple du fer et du cuivre

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HOMÉOSTASIE DU MÉTABOLISME DU FER

Séquence IRE

Le maintien, d’une part d’un stock global en fer constant dans l’organisme, et d’autre part d’un fonctionnement cellulaire optimal, impose une grande finesse des mécanismes de régulation.

ARNm Contenu intracellulaire en fer élevé

¶ Maintien du stock en fer Les pertes de fer étant quasiment invariables, le stock en fer de l’organisme dépend de l’absorption digestive du fer. C’est dire l’importance de sa régulation. Cette régulation peut être analysée lors de situations physiologiques et/ou pathologiques. Une carence en fer peut apparaître au cours de situations physiologiques ou pathologiques. Au maximum peut apparaître une anémie microcytaire ferriprive responsable d’une hypoxie cellulaire relative. De plus, au cours de certaines anémies hémolytiques (thalassémies) qui sont associées au développement d’une surcharge en fer, il existe, de façon paradoxale et inadaptée, une hyperabsorption digestive de fer. L’hypoxie semble donc capable d’entraîner, hors de tout lien avec la charge en fer de l’organisme, une hyperabsorption de fer [2]. La nature précise du signal impliqué est inconnue. Cependant, dans le cadre des situations physiologiques, cette hyperabsorption est souvent insuffisante et une supplémentation martiale est alors nécessaire. La capacité d’adaptation de l’organisme à la carence en fer est donc relativement faible. Le mécanisme effecteur impliqué dans cette adaptation est lui aussi inconnu. Le rôle de NRAMP2 comme effecteur terminal peut bien sûr être évoqué. Cependant, à partir des données obtenues dans l’hémochromatose génétique, le rôle de la protéine HFE peut être discuté. En effet, au cours de l’hémochromatose génétique il existe une hyperabsorption digestive de fer [10] . Cette pathologie est associée à la mutation C282Y du gène HFE [23] qui est en particulier exprimé au niveau duodénal mais aussi dans d’autres types cellulaires. Actuellement, il est certain que le produit de ce gène intervient, directement ou indirectement, dans la régulation des phénomènes d’absorption. Il pourrait donc aussi intervenir dans l’adaptation aux phénomènes de carence en fer et/ou d’hypoxie. Cependant les mécanismes conduisant à l’hyperabsorption digestive de fer qui caractérise l’hémochromatose génétique restent incompris.

¶ Fer cellulaire Le fer présent en excès dans le compartiment cellulaire dit de transit représente un danger potentiel majeur. En effet, ce fer qui est sous une forme dite de bas poids moléculaire est capable de générer de grandes quantités de radicaux libres responsables des phénomènes de peroxydation des lipides, mais aussi de l’ADN [4, 57]. Cette peroxydation est à l’origine de l’apparition de lésions de la cellule qui peuvent conduire à sa mort ou à sa transformation. Le contrôle de la quantité de fer de bas poids moléculaire est donc très important et repose avant tout sur la maîtrise de l’entrée du fer dans la cellule et sur celle des capacités de stockage. Ces deux phénomènes sont sous le contrôle d’un seul et même mécanisme qui fait intervenir le couple IRE-IRP [51] (fig 2). L’IRE (iron responsive element) est une séquence nucléotidique qui peut être retrouvée sur des zones non traduites de certains acides ribonucléiques messagers (ARNm). Ainsi, elle est présente en un exemplaire en région 5’ non traduite de l’ARNm de la ferritine et en plusieurs exemplaires en région 3’ non traduite de l’ARNm du récepteur de la transferrine. L’IRP (iron regulatory protein) est une protéine à centre fer-soufre qui a capacité à interagir avec l’IRE en fonction de la quantité de fer. Lorsque le statut cellulaire en fer est trop bas, l’IRP en se liant à l’IRE permet la stabilisation de l’ARNm du récepteur à la transferrine qui n’est plus dégradé. Il en résulte un niveau de traduction potentiellement plus important du récepteur à la transferrine. Parallèlement, la liaison de l’IRE en 5’ de l’ARNm de la ferritine empêche sa traduction et donc la synthèse de ferritine. Ainsi, la cellule, en augmentant l’expression du récepteur de la transferrine pour accroître la captation de fer transferrine, et en diminuant la synthèse de ferritine qui n’est plus nécessaire, s’adapte à la carence cellulaire relative en fer. À l’inverse, lorsqu’il existe un excès de fer, l’IRP ne se lie plus à l’IRE. La cellule s’adapte donc en

IRP

Contenu intracellulaire en fer bas

IRP

ARNm récepteur transferrine

diminution de la quantité (dégradation de l'ARNm)

ARNm ferritine

augmentation traduction

augmentation de la quantité (stabilisation de l'ARNm) diminution traduction

Entrée cellulaire du fer

diminuée

augmentée

Stockage du fer

augmenté

diminué

2

Représentation schématique du système IRE/IRP et de son impact sur l’expression de certaines protéines du métabolisme du fer (Loréal et al). L’ARNm de la ferritine présente une séquence IRE en région 5’ non traduite alors que l’ARNm du récepteur de la transferrine en présente plusieurs en région 3’ non traduite. L’interaction de l’IRP avec l’IRE va se traduire directement par une modulation de la quantité de protéine traduite à partir de l’ARNm dans le cas de la ferritine. Dans le cas du récepteur de la transferrine, cette interaction va moduler la quantité d’ARNm, puisque de l’interaction de l’IRP avec l’IRE résulte une diminution de la dégradation de l’ARNm. Cette modulation de quantité d’ARNm entraîne une modification des possibilités de synthèse de la protéine. Ce système de régulation permet d’adapter le comportement cellulaire à son propre contenu en fer (IRE : iron responsive element ; IRP : iron regulatory protein).

réduisant la synthèse de récepteur de la transferrine (ARNm dégradé) pour limiter l’entrée du fer et en majorant la synthèse de la ferritine du fait d’une possibilité de traduction plus importante. Ces deux phénomènes permettent de limiter l’expansion du fer présent dans le pool de bas poids moléculaire. Il existe en fait deux types d’IRP susceptibles d’interagir avec l’IRE. L’IRP1 possède une activité aconitase cytosolique et a une affinité pour l’IRE très augmentée en l’absence de fer, comme précédemment décrit. L’IRP2 ne possède pas d’activité aconitase et est dégradée en présence de fer. D’autres gènes présentant des séquences IRE, et qui sont donc susceptibles d’être régulés de façon similaire, ont été décrits. Parmi eux il faut mentionner l’ARNm de DMT1 [31] qui possède un IRE en région 3’ non transcrite et celui de la ferroportine [41] qui présente un IRE en région 5’ non traduite. Cependant en situation de surcharge, nous avons vu que du FNLT apparaît dans le sérum. La captation cellulaire du FNLT, dont le mécanisme n’est pas connu, n’est pas régulée. Ainsi, même lorsque la cellule est surchargée en fer, le FNLT continue malgré tout à pénétrer dans les cellules. Il peut donc jouer un rôle très important dans la progression du niveau de surcharge en fer, et ce d’autant plus qu’il a été montré in vivo chez l’animal que l’excrétion biliaire du fer présenté aux hépatocytes sous forme de FNLT était diminuée en situation de surcharge en fer [12]. L’apparition du FNLT représente donc une étape déterminante au cours de toute pathologie de surcharge en fer. Un autre niveau capital de régulation du métabolisme du fer a clairement été mis en évidence au cours d’une situation pathologique : l’ataxie de Friedreich, une affection liée à des mutations dans le gène de la frataxine qui entraînent l’apparition d’une neurodégénérescence et d’une cardiomyopathie. Les mutations de la frataxine entraînent la survenue d’anomalies dans le transport du fer entre la mitochondrie et le cytosol responsable de l’apparition d’un stress oxydatif [29]. Il existe donc des protéines impliquées dans la répartition du fer au sein de la cellule. La mise en évidence d’autres protéines de cette nature devrait permettre de 3

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Métabolisme hépatique des métaux : exemple du fer et du cuivre

mieux préciser les phénomènes impliqués dans la gestion du pool de transit au sein des différents types cellulaires.

Métabolisme du cuivre Le cuivre est lui aussi nécessaire à la vie cellulaire et des anomalies de son métabolisme peuvent conduire à l’apparition de multiples manifestations cliniques qui traduisent des situations de carence ou bien de surcharge en cuivre. Des éléments récents ont permis d’une part de préciser le métabolisme de ce métal, et d’autre part de mettre en lumière des interactions fortes entre les métabolismes du cuivre et du fer. Le stock en cuivre de l’organisme est d’environ 80 à 100 mg [44]. Son maintien repose sur l’équilibre entre entrées et pertes de cuivre. APPORTS DE CUIVRE

Une alimentation normale apporte environ 4 mg de cuivre par jour dont 40 % sont absorbés par le tube digestif. L’acidification subie par le bol alimentaire dans l’estomac permet la libération du cuivre des complexes organiques naturels et sa solubilisation. Le cuivre peut alors être absorbé dans l’estomac et dans l’intestin grêle. Sa complexation avec des acides aminés, dont l’histidine, favorise son entrée dans l’entérocyte. Il semble que les proportions de ligand et de cuivre soient déterminantes sur l’effet de tel ou tel acide aminé ou peptide sur la captation du cuivre. Si aucun transporteur du cuivre n’a été clairement identifié, il faut : – rappeler que NRAMP2 (DMT1) est capable de lier le cuivre ; – et souligner que des gènes codant pour des protéines impliquées dans le métabolisme du cuivre ont été identifiés. Ces derniers possèdent des homologues humains (cf infra). Certains éléments sont susceptibles de moduler l’absorption du cuivre. Ainsi les phytates et l’acide ascorbique diminuent son absorption [60] . De même les autres cations divalents peuvent diminuer la captation digestive du cuivre. Tel est particulièrement le cas du zinc qui est administré aux patients présentant une surcharge en cuivre dans le cadre de la maladie de Wilson [40]. Cette diminution de l’absorption du cuivre sous l’effet du zinc peut aussi être liée à l’induction de métallothionéines, protéines riches en cystéines et de faible poids moléculaire, qui lient habituellement le zinc mais pourraient en liant le cuivre empêcher sa sortie au pôle basal et limiter de fait l’absorption puisque le cuivre est alors éliminé par desquamation cellulaire. Des prises excessives de zinc peuvent conduire à des situations de carence en cuivre [53]. La sortie du cuivre de l’entérocyte fait appel à un mécanisme actif impliquant un gène (ATPA7) qui code pour une protéine de la famille des ATPases de type P transporteuses de cations. Des mutations de ce gène ont été mises en évidence au cours de la maladie de Menkes, pathologie héréditaire liée à l’X, qui se caractérise par une carence en cuivre [14, 43, 58]. PERTES DE CUIVRE

Les pertes de cuivre sont avant tout digestives, qu’il s’agisse du cuivre non absorbé, ou du cuivre excrété au niveau biliaire, soit environ 1 mg par jour [44]. Les pertes urinaires sont beaucoup moins importantes (environ 0,03 mg /j). L’élimination biliaire du cuivre implique une protéine de même type que celle impliquée dans la maladie de Menkes et sur laquelle nous reviendrons. TRANSPORT PLASMATIQUE DU CUIVRE

Dans le sang portal, le cuivre absorbé est lié à l’albumine et à des acides aminés dont le principal est l’histidine [34]. Il est alors extrait du sang par le foie lors du premier passage hépatique. Les études de cinétique impliquent le foie dans la redistribution du cuivre vers les autres organes. Le cuivre plasmatique, présent au niveau du sang périphérique, est là encore lié à des acides aminés, dont l’histidine, et à l’albumine qui présente plusieurs sites de fixation potentiels du cuivre dont une histidine en position 3. La formation d’un complexe ternaire associant histidine et albumine Cu(II) permettrait son transfert sur l’histidine [37]. 4

Hépatologie

La céruloplasmine est une protéine plasmatique synthétisée par les hépatocytes sous forme d’apocéruloplasmine à laquelle six atomes de fer se lient avant qu’elle soit sécrétée dans le plasma sous forme d’holocéruloplasmine [45]. Quatre-vingt quinze pour cent du cuivre plasmatique sont liés à la céruloplasmine. Cette dernière possède alors une activité ferroxydase qui permet, nous l’avons vu, la prise en charge du fer par la transferrine. Elle a longtemps été considérée comme étant le principal transporteur plasmatique du cuivre. Cependant l’absence, au cours de l’acéruloplasminémie congénitale, d’anomalies de l’homéostasie du cuivre alors qu’une surcharge en fer y est retrouvée, illustre le rôle majeur de la céruloplasmine dans le cadre du métabolisme du fer [27]. Le rôle d’autres éléments protéiques a été évoqué dans le transport du cuivre. Il en est ainsi de la transcupréine dont la caractérisation est pourtant incomplète [38]. CUIVRE CELLULAIRE

La captation cellulaire du cuivre reste mal comprise. L’histidine est incapable de délivrer seule le cuivre à la cellule. Deux hypothèses, non exclusives, sont évoquées. La première impliquerait du cuivre ionique libéré à partir des molécules jouant un rôle dans le transport plasmatique, celui-ci étant alors pris en charge par un transporteur transmembranaire. L’autre hypothèse serait que des molécules membranaires pourraient interagir avec des molécules plasmatiques liant ou contenant du cuivre, permettant ainsi secondairement l’entrée du cuivre dans la cellule. Les expériences effectuées in vitro montrent que le cuivre peut être capté par les hépatocytes quelle que soit sa forme de présentation (complexes de cuivre, albumine, transcupréine, céruloplasmine) [38]. Des gènes codant pour des protéines qui jouent potentiellement un rôle dans la captation du cuivre par les cellules ont été identifiés [43, 47] . Il s’agit de gènes impliqués soit directement dans le transport du cuivre, soit dans la phase de réduction du Cu(II) qui est nécessaire pour la prise en charge du cuivre par le transporteur. Trois gènes, CTR1, CTR2 et CTR3 [19] qui sont impliqués dans la captation du cuivre ont été identifiés chez la levure (Saccharomyces cerevisiae). CTR1 et CTR3 sont impliqués dans la captation « haute affinité » du cuivre. Un gène humain (hCTR1) codant pour une protéine homologue de CTR1 a pu être identifié [63]. Un second gène (hCTR2) homologue à hCTR1 et qui pourrait coder pour un transporteur de faible affinité a été mis en évidence. Les ARNm de ces gènes sont retrouvés dans de nombreux tissus mais leur impact exact n’y est pas clairement défini ; hCTR1 est exprimé de façon préférentielle au niveau du foie, du cœur et du pancréas et, de façon faible, dans le cerveau et le muscle. Plusieurs transcrits ont pu être identifiés. À l’inverse, l’expression hépatique de hCTR2 est faible alors que le placenta exprime beaucoup cet ARNm. Ces transporteurs du cuivre ne prennent en charge que le Cu(I). Une phase de réduction du cuivre est donc nécessaire. Chez la levure, elle implique les protéines FRE (1 à 7) qui sont capables de réduire non seulement le Cu(II) mais aussi le Fer3+ [26, 35]. L’implication d’un tel système de réductases dans la captation du cuivre a été démontrée dans le modèle du foie de rat perfusé. La mise en évidence de ces gènes a permis de dégager de nouveaux éléments associant métabolisme du fer et métabolisme du cuivre. En effet, dans la levure déficiente en CTR1, la chute de la captation cellulaire du cuivre ainsi induite entraîne secondairement une baisse de l’activité de Fet3, enzyme de type multicopper oxydase, homologue de la céruloplasmine. Cette enzyme nécessite la présence de cuivre pour être active et ainsi transformer le Fe2+ en Fe3+, permettant la prise en charge de celui-ci par le transporteur transmembranaire du fer chez la levure [21]. Une anomalie d’une protéine du métabolisme du cuivre entraîne donc une carence en fer. À l’intérieur de la cellule, le cuivre peut s’incorporer [56] dans de nombreuses protéines et jouer ainsi un rôle majeur dans différentes voies métaboliques.

Hépatologie

Métabolisme hépatique des métaux : exemple du fer et du cuivre

Une phase intermédiaire permet l’acheminement correct du cuivre sur un site d’utilisation. Cet acheminement implique les protéines chaperones du cuivre sur lesquelles nous reviendrons. Le glutathion joue lui aussi un rôle très important [34]. En effet, présent en grande quantité dans la cellule, il peut lier le cuivre (Cu+ essentiellement) par l’intermédiaire de la cystéine, et ce de façon spontanée sans intervention enzymatique. Il peut ainsi jouer un rôle dans le transfert intracellulaire du cuivre vers les protéines contenant du cuivre, mais aussi dans la sécrétion biliaire. Parmi les protéines contenant du cuivre, il faut notamment citer, [47] outre la céruloplasmine et l’héphaestine, les superoxydes dismutases (Cu/Zn SOD), qui peuvent prendre en charge les radicaux libres et empêcher ainsi leur toxicité cellulaire, la cytochrome c-oxydase qui intervient dans la chaîne respiratoire mitochondriale et les facteurs de coagulation V et VIII. Le cuivre joue aussi un rôle dans l’activité des amines oxydases, de certaines mono-oxygénases, et dans celle de la lysyloxydase qui permet l’établissement de la réticulation de l’élastine et des collagènes, et intervient donc dans la synthèse de la matrice extracellulaire. La protéine prion qui possède des sites potentiels de liaison au cuivre pourrait jouer un rôle dans le métabolisme du cuivre en permettant l’entrée cellulaire de celui-ci. De plus, il a été montré que le cuivre pouvait stimuler l’endocytose de la protéine prion [46]. Cependant l’impact des relations cuivreprotéine prion reste à préciser. Présent en quantité excessive au niveau des hépatocytes, le cuivre peut se lier aux métallothionéines [ 7 , 2 0 ] . En effet, si les méthallothionéines hépatiques lient de façon prédominante le zinc, elles peuvent interagir avec d’autres métaux qui protègent ainsi la cellule d’effets toxiques potentiels en séquestrant le cuivre dans un complexe protéique. La métallothionéine chargée en cuivre peut par polymérisation devenir insoluble, et former ainsi de véritables granules denses contenant du cuivre. Il faut noter que, chez les mammifères, les métallothionéines sont capables de piéger d’autres métaux dont le cadmium [52]. HOMÉOSTASIE DU MÉTABOLISME DU CUIVRE

Les situations de carence et d’excès de cuivre étant délétères pour l’organisme, une stabilité du stock en cuivre et de sa répartition dans l’organisme est nécessaire. Deux organes sont particulièrement impliqués dans le maintien de l’homéostasie du cuivre : le tube digestif et le foie.

¶ Maintien du stock en cuivre Des situations de carence en cuivre sont décrites au cours des syndromes de malabsorption et chez l’enfant prématuré ou malnutri. Cependant, le rôle du tube digestif dans le maintien du stock en cuivre est particulièrement bien illustré au cours de la maladie de Menkes. Cette pathologie est caractérisée par des mutations dans le gène ATP7A qui code pour une des protéines impliquées dans la sortie entérocytaire du cuivre vers la circulation générale. Des mutations de cette protéine sont responsables de l’apparition d’une situation de carence en cuivre de l’organisme qui est létale. Cette protéine est aussi impliquée dans le transport du cuivre au travers du placenta et de la barrière hématoencéphalique. Le foie est particulièrement impliqué dans la gestion du stock en cuivre puisque les pertes de cuivre sont essentiellement biliaires. Ces pertes sont d’origine hépatocytaire et nécessitent l’intervention de la protéine codée par le gène ATP7B qui est muté au cours de la maladie de Wilson, pathologie de surcharge en cuivre. La protéine impliquée dans la maladie de Wilson est une ATPase de type P similaire à celle impliquée dans la maladie de Menkes, et est très exprimée au niveau du foie [55, 61]. La protéine synthétisée (165 kDa) est transmembranaire et est exprimée dans les hépatocytes. Elle peut être localisée au niveau du trans-Golgi ou bien dans les vésicules de sécrétion près du canalicule biliaire. Sa localisation précise est en fait régulée par la quantité de cuivre présente dans le cytosol. Si la

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Cu

Plasma Bile

Cu Protéine de la Molécule chaperone maladie de Wilson Céruloplasmine Vésicules de sécrétion Transporteur de cuivre Métallothionine (hCTR1 ?) Appareil de Golgi 3 Représentation schématique du métabolisme hépatocytaire du cuivre (Loréal et al). Après avoir pénétré dans la cellule grâce à un transporteur (hCTR1 ?), le cuivre est pris en charge par des molécules chaperones qui le lient et le dirigent chacune vers un site spécifique. La molécule Atox1 adresse le cuivre à la protéine de la maladie de Wilson (qui est exprimée dans la membrane du trans-Golgi). Si le contenu cellulaire en cuivre est normal, cette protéine transporte le cuivre dans le Golgi. Il est alors couplé à la céruloplasmine qui est dirigée vers la voie de sécrétion plasmatique. Si le contenu cellulaire en cuivre est trop élevé, la protéine de la maladie de Wilson est exprimée dans la membrane de vésicules qui vont ainsi concentrer le cuivre qui sera alors secondairement excrété dans la bile. Les métallothionéines peuvent éventuellement lier du cuivre cytosolique en excès.

quantité de cuivre est normale, la protéine est localisée dans le transGolgi où elle assure le transfert du cuivre dans le réseau golgien, ce qui permet sa liaison avec l’apocéruloplasmine, autorisant ainsi la formation d’holocéruloplasmine qui sera alors sécrétée. Si le cuivre présent dans le cytosol est en excès, la protéine est localisée dans le compartiment vésiculaire, ce qui permet alors de concentrer du cuivre dans les vésicules qui sont dirigées vers le canalicule biliaire pour excrétion dans la bile et donc élimination du trop plein de cuivre [40]. La maladie de Wilson est liée à l’existence de mutations dans ce gène. Plus d’une centaine de mutations différentes ont été rapportées. Elles peuvent conduire à l’absence de production de la protéine, à une maturation incomplète, à une incapacité à assurer le transport du cuivre, ou bien à des anomalies de localisation cellulaire. La fonction de cette protéine dans le métabolisme du cuivre est liée à des particularités de sa séquence protéique dont quelques-unes sont mentionnées ici. Elle possède huit domaines transmembranaires qui permettent son ancrage et assurent le tranfert du cuivre d’un côté à l’autre de la membrane. Le sixième domaine présente une séquence CPC qui peut lier le cuivre et est indispensable à la fonction. Elle présente aussi un site de liaison à l’ATP qui est nécessaire à son activité. Par ailleurs il existe au niveau de son extrémité N-terminale, six domaines homologues contenant chacun une séquence qui permet la liaison au cuivre. Ces domaines ont en fait la particularité de pouvoir interagir, chez l’homme, avec la protéine Atox1 qui est une protéine chaperone du cuivre. La perturbation de ces domaines aboutit à une impossibilité d’interaction entre la molécule chaperone et le transporteur, ce qui empêche le transport transmembranaire du cuivre.

¶ Cuivre cellulaire Comme pour le fer, afin d’éviter les phénomènes toxiques liés à un excès de cuivre, un équilibre parfait doit être maintenu entre le cuivre cytosolique, les formes de stockage et les sites d’utilisation (fig 3). Nous avons vu les rôles-clés de la protéine de la maladie de Wilson et de la molécule chaperone qui lui apporte le cuivre. Les molécules chaperones du cuivre ont été tout d’abord identifiées chez la levure [47] . Elles lient le cuivre dans le cytoplasme et permettent son adressage vers les protéines nécessitant la présence de cuivre et ce, apparemment, de manière 5

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spécifique. Ainsi chez la levure, à côté de Atx1,l’homologue de Atox1 qui dirige le cuivre vers la voie de secrétion, la protéine Cox17 a été identifiée [28]. Cette autre molécule chaperone joue un rôle dans l’adressage du cuivre vers la mitochondrie. Une troisième molécule chaperone a été identifiée chez la levure (CCS) [18]. Son homologue humain (hCCS) possède comme CCS la possibilité d’interagir avec la SOD1 permettant le transfert du cuivre indispensable au fonctionnement de la SOD [13]. Ces molécules chaperones, en délivrant le cuivre directement sur les protéines contenant du cuivre ou associées à ce métal empêchent la constitution d’un pool cytosolique d’ions cuivre « libres » [49]. D’autres molécules de ce type, dont le rôle dans le maintien de l’homéostasie du cuivre entre les différents compartiments cellulaires est déterminant, restent à identifier.

Hépatologie

Conclusion Il y a quelques années encore, les protéines impliquées dans les métabolismes du fer et du cuivre étaient peu connues. Aujourd’hui, un plus grand nombre d’entre elles ont été mises en évidence. Ceci a permis de mieux appréhender ces métabolismes en apportant des éléments de compréhension sur des étapes-clés comme l’absorption, les pertes et la gestion du stock de ces métaux. De nouveaux éléments intermédiaires, assurant notamment le contrôle du stock cellulaire et la répartition adéquate du métal dans la cellule, ont été ainsi mis en évidence : système IRE-IRP, molécules chaperones. Enfin des interactions très étroites entre ces deux métaux ont été établies. L’ensemble de ces données reflète la complexité des métabolismes du fer et du cuivre, caractéristique qui s’applique probablement à l’ensemble des métaux.

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Encyclopédie Médico-Chirurgicale 7-005-B-16 (2004)

7-005-B-16

Régulation de l’absorption du fer : données nouvelles D. Cattan

Résumé. – L’organisme ne peut se débarrasser d’un surplus martial. La régulation des entrées selon les besoins occupe une place centrale dans le métabolisme du fer. Dans la lumière du duodénum, le fer alimentaire non héminique se présente principalement sous forme ferrique. Avant d’être capté par la muqueuse, il est réduit à l’état ferreux grâce à l’acidité gastrique puis, en milieu progressivement alcalin, grâce à Dcytb, une ferroréductase de la bordure en brosse entérocytaire. Le fer est ensuite transporté à travers la bordure en brosse par le transporteur DMT1 avant d’entrer dans un pool martial intracellulaire mal caractérisé, ou d’être stocké sous forme de ferritine. Le mécanisme par lequel le fer est transféré vers la membrane basolatérale de l’entérocyte n’est pas connu ; il implique une ferroxydase intracellulaire, l’hephaestine. La ferroportine (IREG1) est ensuite proposée comme intermédiaire du transport du fer de la partie basolatérale de la cellule vers le plasma. Les expressions de DMT1, Dcytb et ferroportine sont régulées par la taille du pool intra-entérocytaire labile, grâce aux systèmes IRE/IRP. L’hepcidine synthétisée par l’hépatocyte diminue l’absorption et la libération du fer des macrophages. La diminution de l’hepcidine augmente l’absorption et augmente également la libération du fer des macrophages. La régulation de l’hepcidine dépend d’un jeu complexe impliquant dans l’hépatocyte TfR1, HFE, TfR2 et le taux de saturation de la transferrine probablement par les proportions de diFe-Tf et de monoFe-Tf qu’il implique. L’hepcidine agit, soit sur les cellules cryptiques au niveau d’un complexe TfR1-HFE-b2-microglobuline-Tf, pour programmer les transporteurs entérocytaires à leur naissance au fond des cryptes de Lieberkühn, soit plus vraisemblablement sur les entérocytes matures, la cible de l’hepcidine sur les cellules entérocytaires matures étant, vraisemblablement, la ferroportine. © 2004 Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : Fer ; Duodénum ; Absorption intestinale ; Villosités intestinales ; Entérocytes ; Macrophages ; HFE ; Hémochromatoses ; Hepcidine ; Ferroportine ; Hémojuveline

Introduction

Le fer dans la lumière duodénale

L’organisme, piège à fer, est incapable de se débarrasser de façon souple et efficace d’un surplus martial. La régulation des entrées occupe donc une place centrale. [63]

Le fer est apporté par l’alimentation sous deux formes, héminique et non héminique, quantitativement égales.

Le fer des hématies âgées phagocytées par les macrophages est fourni à la transferrine (Tf, sidérophiline) pour la synthèse de l’hémoglobine nouvelle. Le métabolisme du fer se fait en circuit fermé. Ce circuit compte 4 g de fer : 2,5 g dans l’hémoglobine (périphérique et médullaire), 1g dans les macrophages, 0,5 g dans le foie. Comme tout circuit fermé, celui-ci comporte des fuites (urines, sueur, desquamation cutanée, fuite insensible de globules rouges dans le tube digestif et dans les urines). Ces fuites, de 1 mg/24 h, sont mineures en regard du capital martial global. Elles varient très peu en fonction du capital martial de l’organisme. Il convient d’y ajouter les pertes de fer entraînées par le flux menstruel, les besoins de la croissance, de la grossesse. Les besoins quotidiens varient donc selon l’âge, le sexe. Ils sont de 1 mg chez l’homme, de 1,5 à 2 mg chez la femme réglée, de 2,5 mg au cours de la grossesse, de 1 mg chez l’enfant, de 1 à 2,5 mg chez la fille entre 12 et 15 ans. La quantité de fer apportée quotidiennement par une alimentation de type européen est de 12 à 18 mg.

D. Cattan (Professeur des Universités, praticien hospitalier) Adresse e-mail : [email protected] Service de gastroentérologie, Centre hospitalier, 94195 Villeneuve-Saint-Georges, France.

ABSORPTION DU FER HÉMINIQUE

Réputée efficace, elle a été peu étudiée ces dernières années. L’hème, sans doute transporté par endocytose dans les structures tubulovésiculaires du cytoplasme apical de l’entérocyte, est dégradé par l’hème-oxygénase. Le fer libéré rejoint le fer non héminique absorbé, dans un pool labile cytoplasmique mal défini, ou est stocké sous forme de ferritine, visible en histochimie et/ou au microscope électronique. L’hème pourrait également être transporté intact. On ne sait pas dans quelle mesure l’absorption du fer d’origine héminique est soumise à la même régulation selon les besoins que l’est le fer non héminique. [72]

ABSORPTION DU FER NON HÉMINIQUE

Elle a été étudiée de façon approfondie grâce au 59Fe. En présence d’une sécrétion acide normale, la quantité de fer ferreux utilisable diminue avec l’arrivée des sécrétions alcalines biliopancréatiques. Le fer ferrique, déjà extrait des aliments avec un bonheur variable, précipite volontiers sous formes de complexes ferriques insolubles.

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Régulation de l’absorption du fer : données nouvelles

Hépatologie

Figure 1 A, B. L’absorption du fer est augmentée dans les carences en fer par hémorragie occulte sans inflammation associée, dans l’hémochromatose idiopathique, dans les dysérythropoïèses ou érythropoïèses inefficaces (ici une anémie sidéroblastique) ; elle est diminuée dans l’inflammation, les surcharges martiales (ici polytransfusions pour anémie chronique d’origine centrale). Tf est augmentée dans les carences en fer, diminuée dans l’inflammation, les fuites protidiques, l’insuffisance hépatocellulaire.

Le fer sérique est diminué dans les carences en fer et dans l’inflammation, augmenté dans les autres circonstances représentées. La partie circulante de TfR1 est considérablement augmentée dans les carences en fer et les hyperérythropoïèses même inefficaces. Les macrophages sont vides dans les carences en fer, incontinents dans l’hémochromatose HFE, surchargés dans l’inflammation, chez les polytransfusés à moelle pauvre, et dans l’hémochromatose type 4 non représentée ici (cf. texte).

Le fer arrivant à la surface des cellules épithéliales est un mélange de fer ferreux, de fer ferrique et de fer lié à des protéines du mucus. Le microclimat acide de surface ainsi que la ferroréductase (cf. infra) maintiennent une quantité significative de fer ferreux apte à être absorbé. Au total, la quantité de fer disponible pour l’absorption au terme de la digestion est réduite à 4 à 6 mg. Un sujet atteint de carence martiale profonde absorbe rarement plus de 4 mg.

Régulation de l’absorption martiale

2

GÉNÉRALITÉS

Étant donné l’absence d’une régulation de l’excrétion martiale en fonction du capital en fer non héminique, la régulation de l’absorption occupe, malgré la minime quantité de fer en jeu, une place essentielle dans le maintien d’un capital martial normal.

Hépatologie

Régulation de l’absorption du fer : données nouvelles

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Figure 1

A, B. L’absorption du fer est augmentée dans les carences en fer par hémorragie occulte sans inflammation associée, dans l’hémochromatose idiopathique, dans les dysérythropoïèses ou érythropoïèses inefficaces (ici une anémie sidéroblastique) ; elle est diminuée dans l’inflammation, les surcharges martiales (ici polytransfusions pour anémie chronique d’origine centrale). Tf est augmentée dans les carences en fer, diminuée dans l’inflammation, les fuites protidiques, l’insuffisance hépatocellulaire.

Le fer sérique est diminué dans les carences en fer et dans l’inflammation, augmenté dans les autres circonstances représentées. La partie circulante de TfR1 est considérablement augmentée dans les carences en fer et les hyperérythropoïèses même inefficaces. Les macrophages sont vides dans les carences en fer, incontinents dans l’hémochromatose HFE, surchargés dans l’inflammation, chez les polytransfusés à moelle pauvre, et dans l’hémochromatose type 4 non représentée ici (cf. texte).

L’adaptation de l’absorption aux besoins est remarquable. Les études isotopiques ont montré que les variations de l’absorption se font dans le même sens que les variations de l’érythropoïèse (E) et en sens inverse des variations du stock martial total de l’organisme (SMT) et des variations du stock martial de la muqueuse intestinale (SMI). Ces trois principaux facteurs influent sur les deux étapes de l’absorption définies par les méthodes isotopiques : captation du fer par la muqueuse duodénale, transfert au plasma d’une partie du fer capté. Chez le sujet normal, le transfert au plasma est

particulièrement sensible à E et ne porte que sur le quart du fer capté. La quantité non transférée vient enrichir le SMI. L’absence pathologique de la régulation de l’absorption du fer en fait comprendre l’importance : malgré des stocks déjà excédentaires, une hématopoïèse normale et satisfaite, l’homme jeune atteint d’hémochromatose idiopathique (HFE) présente une égalisation du transfert et de la captation, [86] qui témoigne d’un défaut de stockage du fer dans la muqueuse ; il continue d’absorber 1,5 à 4 mg de fer, 3

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Régulation de l’absorption du fer : données nouvelles

Hépatologie

Figure 2

Macrophages villositaires duodénaux chargés de fer. A. Chez un sujet normal. B. Chez un sujet à moelle pauvre polytransfusé. C. Chez un sujet soumis à un apport martial oral prolongé accidentel. D. Chez un sujet atteint d’hémochromatose idiopathique (HFE type 1). Les petits grains de fer denses intramacrophagiques, répartis uniformément dans

ce qui entraîne, avec les années, des dégâts polyviscéraux difficilement réversibles. L’histoire des recherches dans le domaine de la régulation de l’absorption du fer commence dans les années 1940 et comprend un nombre considérable de travaux, mais aussi bon nombre de découvertes sans lendemain, en particulier dans le domaine des transporteurs, de théories hâtives et de revues générales rapidement obsolètes. L’histoire moderne commence véritablement avec la localisation par Simon et al. [ 9 3 ] du gène muté dans l’hemochromatose HFE et s’est poursuivie ces dix dernières années de façon brillante grâce à la génétique, aux manipulations génétiques [61] et à la biologie moléculaire. [10] On doit à la recherche clinique l’isolement des formes d’hémochromatoses non HFE (types 2 à 4) [25] et l’isolement de molécules comme TfR2, ferroportine, hepcidine et hémojuveline. La Figure 1A, B montre les variations de l’absorption martiale dans le contexte du métabolisme du fer propre à quelques situations pathologiques. On envisagera les acteurs de la régulation puis les théories. CELLULES VILLOSITAIRES IMPLIQUÉES DANS LE STOCKAGE DU FER

Ce sont les cellules épithéliales des villosités duodénales. Les macrophages chargés de fer de l’apex villositaire ont donné lieu à des travaux plus anciens et souvent oubliés.

¶ Cellules épithéliales des villosités duodénales Elles naissent au fond des cryptes de Lieberkühn et parviennent en 3 jours à l’apex villositaire avant de desquamer. Elles captent le fer 4

toute la muqueuse, villosités et région des glandes (« macrophages tatoués »), sont constatés dans les cas avancés; [5, 19, 23] les mêmes aspects ont été observés dans les monocytes circulants. [99] Chez les sujets atteints d’hémochromatose idiopathique HFE type 1, à un stade plus précoce on ne note pas de fer colorable, ni dans les entérocytes, ni dans les macrophages.

alimentaire et le transfèrent au plasma. Elles contiennent : DMT1, ferroxydase, un pool labile martial mal individualisé, ferroportine et hephaestine (cf. infra). Le fer stocké sous forme de ferritine peut être mis en évidence par histochimie dans la région sus-nucléaire des cellules de l’apex ; sa présence et sa distribution sont irrégulières selon les villosités ; ce fer sera perdu dans la lumière (et sans doute recapté en aval [95] avec la desquamation cellulaire). Les théories actuelles de la régulation de l’absorption du fer sont focalisées sur ces cellules.

¶ Macrophages (Fig. 2) Chargés de fer de l’apex du chorion villositaire duodénal, ils sont connus depuis plus de 100 ans. La raison en est que la coloration du fer (Perls ou Turnbull) est extrêmement sensible et qu’elle figure parmi les toutes premières colorations histochimiques connues. On doit à l’engouement qu’elle suscita, dès le début du siècle dernier, de nombreuses études du fer macrophagique villositaire duodénal. L’avènement des sondes à biopsies du grêle dans les années 1960 a permis la prolongation de l’étude du fer macrophagique apical villositaire chez l’homme, [20] étude que la rapide destruction de la muqueuse après la mort interdisait jusque-là . On trouve, dans deux revues déjà anciennes, la liste des travaux concernant ce sujet. [19, 76] La charge martiale macrophagique villositaire colorable (Fig. 3) est elle aussi irrégulière d’une villosité à l’autre, d’un sujet à l’autre, elle est plus importante quantitativement que la charge épithéliale. Sousépithéliaux et péricapillaires, les macrophages de l’apex villositaire duodénal ont une charge martiale qui varie dans la même direction que celle de tous les macrophages de l’organisme (dans les carences, les surcharges parentérales, l’inflammation, après transfusions

Régulation de l’absorption du fer : données nouvelles

Hépatologie

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Tf + Fe Cellule apicale

Tf + Fe DMT1

Hephaestine

Ferroréductase

Ferroportine

Fe

?

Fe

? HEPCIDINE Ferroportine cp

Cellule cryptique

?

GR Fer Ferritine

Fer (Hème) DMT1

β2M-HFE TfR1

(TfR2 ?) HEPCIDINE

Villosité duodénale

Tf + Fe

β2M-HFE TfR1

Macrophages

Tf + Fe

Figure 3

Les macrophages et les entérocytes sont les deux cibles de l’hepcidine, agent le plus puissant de la régulation de l’absorption du fer. Pour certains, l’hypothèse d’une action de l’hepcidine sur les transporteurs des cellules entérocytaires matures est la plus vraisemblable. Cette action s’exercerait surtout sur la ferroportine. La ferroportine est le transporteur de fer à la sortie de l’entérocyte et à la sortie du macrophage. Entérocytes et macrophages ont, par ailleurs, en commun HFE-b2-microglobuline, DMTI, TfR1 et TfR2. L’hephaestine et la céruloplasmine, de

structures analogues, sont les cofacteurs de la ferroportine respectivement à la sortie du fer de l’entérocyte et à celle des macrophages. D’autres restent fidèles à la théorie cryptique qui implique une programmation des cellules épithéliales au fond des cryptes de Lieberkühn par un jeu particulier de l’ensemble HFE-b2-microglobuline/TfR1/Tf-Fe. Le mécanisme de la modulation de l’expression de l’hepcidine par les hépatocytes est actuellement hypothétique (cf. texte).

répétées chez les sujets atteints d’aplasie médullaire). Ils sont enrichis en fer dans les surcharges orales expérimentales. Ils se renouvellent lentement par migration transépithéliale. Ils participent certainement à la destruction des hématies âgées, destruction dont la réalité dans l’intestin a été démontrée [97] et dont témoignent des images d’érythroclasie macrophagiques villositaires. [19] Ce stock martial villositaire est rarement pris en compte dans les théories actuelles de la régulation de l’absorption martiale. [5, 6, 13, 17, 18, 21, 22, 23, 29, 31, 88] Pourtant, les études isotopiques ont confirmé l’importance de ce stock martial macrophagique. En effet, la corrélation inverse qui existe entre le SMI biochimiquement mesuré et l’absorption n’est pas due à la fraction du SMI située dans les cellules épithéliales une fois isolées, mais bien à la fraction du SMI située dans le chorion villositaire restant après décollement épithélial, c’est-à-dire dans les macrophages. [7, 70] Ces macrophages sont intégrés dans le système réticuloendothélial au même titre que les cellules de Kupffer, les splénocytes ou les macrophages médullaires. [18] Il est donc vraisemblable qu’ils fonctionnent comme les autres macrophages impliqués dans la recirculation du fer provenant de l’érythroclasie, qu’ils contiennent comme eux [58] DMT1, ferroportine, céruloplasmine (analogue de l’hephaestine), HFE, et qu’ils sont comme les autres macrophages, la cible de l’hepcidine.

modification du rapport des deux en faveur de la monoFe-Tf. Le rapport de diFe-Tf/monoFe-Tf est de 1/2 pour une saturation à 30 %, de 1/5 pour une saturation à 15 %. La détection de la saturation de Tf (et des proportions des trois formes de Tf) par les récepteurs de Tf (TfR1 et TfR2), est probable et est considérée actuellement comme à la base de la régulation de l’absorption martiale (cf. infra). Cette proposition récente concernant le rôle de la saturation de la transferrine dans la régulation de l’absorption du fer rejoint des propositions plus anciennes. [24, 39, 54]

TRANSPORTEURS DE FER

¶ Transferrine (Tf) C’est une glycoprotéine portant deux sites de liaison pour le fer. Synthétisée exclusivement par l’hépatocyte, elle augmente dans les carences en fer, diminue dans l’inflammation, les fuites protidiques, l’insuffisance hépatocellulaire. C’est la protéine de transport du fer dans le plasma et les liquides extracellulaires. Elle est la seule source de fer pour la synthèse de l’hémoglobine. Elle existe sous trois formes : diferrique (diFe-Tf), monoferrique (monoFe-Tf) et apoTf. La distribution du fer entre diFe-Tf et monoFe-Tf dépend de la saturation de Tf. Une baisse de la saturation entraîne une

¶ DMT1 et Dcytb DMT1 (ou DCT1 [divalent cation ou metal transporter 1] ou NRAMP2 ou S1C1a 2) C’est le transporteur entérocytaire apical. Il s’agit d’une glycoprotéine avec domaine transmembranaire probable. Son acide ribonucléique messager (ARNm) contient en 3’ un élément IRE et son expression, donc modulée en fonction du pool martial labile intracellulaire, peut augmenter 10 fois quand ce pool est bas. DMT1 prédomine au duodénum ; la diminution distale de sa concentration est moins brutale que celle de la ferroportine. Sa localisation varie sans doute avec la teneur en fer : dans la membrane apicale au cours des carences, dans le cytoplasme au cours des surcharges. [72] Ce transporteur assure la captation du fer ferreux par l’entérocyte. Il intervient également dans d’autres cellules de l’organisme, par exemple dans l’érythroblaste (de l’endosome au cytoplasme) et dans les mouvements du fer dans les macrophages. [72] Il est exprimé par le foie. Les souris mk et la souris Belgrade (b), [40] toutes deux anémiques par carence martiale, présentent la même mutation du gène codant DMT1. DMT1 manque de spécificité : l’absorption du Mg est perturbée chez les rats Belgrade (b), DMT1 peut transporter Pb et Cd. Action de DMT1 dans la captation du fer Elle est couplée à celle d’une réductase ferrique : Dcytb (duodenal cytochrome B), la réductase ferrique apicale. [66] Elle a été décrite avant DMT1. Son importance tient au fait que DMT1 ne transporte 5

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Hépatologie

que le fer ferreux. Son activité est fortement accrue par l’hypoxie et la carence martiale, deux facteurs qui augmentent l’absorption du fer. L’expression de son ARNm augmente 10 fois dans la carence en fer. Pourtant son ARNm ne semble pas comporter de séquence IRE. Après surcharge en fer par voie orale, Dcytb (comme DMT1) diminue au point d’être indétectable, ce qui suggère que le bloc muqueux, s’il existe même de façon relative, fonctionne bien par l’intermédiaire des protéines de transport. La séquence de Dcytb est analogue à celle du cytochrome b 561 dont le rôle est de réduire le déhydroascorbate en ascorbate. Dcytb est plus élevé dans le duodénum que dans l’intestin distal.

Enfin, des études de pedigree avaient suggéré qu’à côté d’une surcharge en fer alimentaire, il y avait place pour un défaut génétique. [51] Ces constatations avaient été rapprochées de celles faites chez des Afro-Américains. [51] On ne sait si cette mutation de la ferroportine des Afro-Américains et des Africains recouvre toutes les hémochromatoses subsahariennes. La découverte d’une mutation de la ferroportine dans la surcharge martiale des Africains a cependant une importance certaine. La surcharge des hétérozygotes pour cette mutation n’apparaîtrait qu’en cas d’apport martial alimentaire excessif, mais cet apport ne serait pas nécessaire chez les homozygotes. [49]

¶ Ferroportine et hephaestine

L’ensemble de ces données souligne l’importance de la ferroportine des macrophages dans le recyclage du fer provenant de l’érythroclasie ; on a d’ailleurs pu noter une rapide et forte induction de l’expression de la ferroportine au cours de l’érythrophagocytose. Le fonctionnement de la ferroportine est mal connu, le mécanisme de son interaction avec les protéines de coopération (hephaestine dans l’entérocyte, céruloplasmine pour le macrophage) reste obscur. La protéine est décelable au niveau du côlon ; son rôle à ce niveau n’est pas connu. [67]

Ferroportine 1 (FPN1, MTP1, IREG, S1C1a3) [1, 4, 33, 65, 67] C’est une glycoprotéine transmembranaire. Son ARNm contient une séquence IRE fonctionnelle dont l’expression augmente 2 à 3 fois dans les carences martiales. La ferroportine est localisée dans le duodénum et sa concentration diminue brutalement en aval. L’expression de son ARNm est régulée avant tout par les besoins systémiques en fer, c’est-à-dire par ceux de l’érythropoïèse. [46, 47] Si bien que certains avancent que les modifications de la ferroportine modulent le pool de fer entérocytaire et modifient secondairement l’expression de DMT1 et de Dcytb. [46, 47] La ferroportine transporte le fer du pôle basolatéral de l’entérocyte au plasma selon un mécanisme inconnu. [65] Elle est exprimée dans les entérocytes matures et n’est pas exprimée dans les cellules cryptiques. [1, 33, 65] Des études récentes ont montré que la ferroportine est également localisée dans la bordure en brosse de cellules entérocytaires en culture et que, par ailleurs, un anticorps antiferroportine diminue la captation du fer ; ces faits nouveaux sont en faveur d’une modulation de DMT1 par la ferroportine. La ferroportine joue un rôle dans le transport du fer au niveau du placenta. Elle est présente dans le cytoplasme des macrophages (splénocytes, cellules de Kupffer) où elle joue un rôle important dans la libération au plasma du fer issu de l’érythroclasie. La ferroportine est présente dans les hépatocytes où elle est exprimée à un niveau 10 fois inférieur à celui de HFE. [109] L’expression de la ferroportine dans les hépatocytes est importante autour des ramifications portales, plus basse autour des veines centrolobulaires, ce qui l’oppose à TfR2 dont l’expression est uniforme. [109] On ne note pas de corrélation entre la protéine ferroportine ou l’expression de son ARNm avec la concentration en fer du foie ou le taux de la ferritine sérique. La protéine est augmentée dans le foie des sujets atteints d’hémochromatose idiopathique. [2] Comme DMT1, la ferroportine augmente à partir de la naissance. [60] Les mutations du gène de la ferroportine sont à la base de l’hémochromatose de type 4 (OMIM 606069), hémochromatose autosomique dominante dont le phénotype est différent de celui de l’hémochromatose HFE (type 1). En effet, les macrophages ne sont pas déplétés en fer mais montrent une surcharge importante, la ferritine est élevée, mais le coefficient de saturation de Tf l’est peu ; enfin, la tolérance hématologique aux saignées est mauvaise. [32, 56, 74, 90] De nombreuses mutations de la ferroportine ont été mises en évidence. Très récemment, il a été révélé qu’une mutation de la ferroportine, Q248H, inconnue jusque-là, était commune dans les populations africaines et afro-américaines et volontiers associée à une surcharge en fer et à une légère anémie. [8, 12, 52] La surcharge en fer observée dans les populations subsahariennes, décrite initialement chez les Bantous, a été longtemps attribuée à des habitudes alimentaires (bière fermentée dans des calebasses en fer non étamées). Cependant, deux observations avaient été faites : – les concentrations hépatiques en fer dépassaient celles observées dans les maladies alcooliques du foie et les modifications histologiques du foie généralement en rapport avec l’alcoolisme n’étaient pas observées ; – la distribution du fer dans le foie se faisait aussi bien dans les macrophages que dans les hépatocytes, contrairement à ce qui est observé dans l’hémochromatose HFE. 6

La ferroportine est considérée actuellement par certains comme la cible de l’hepcidine. [45, 48, 108] Fonctionnement de la ferroportine Il est couplé à celui d’une ferroxydase entérocytaire, l’hephaestine. [44, 98] L’hephaestine, un analogue de la céruloplasmine, est une ferroxydase de l’entérocyte. Les souris présentant une « anémie liée au sexe » (sex linked anemia) ont une accumulation de fer dans les cellules épithéliales villositaires due à un gène de l’hephaestine défectueux. Contrairement à la céruloplasmine qui est une ferroxydase sérique, l’hephaestine contient sans doute un domaine transmembranaire qui ancre la protéine dans la membrane ; pour certains cependant, elle serait surtout localisée dans la région périnucléaire. La protéine n’apparaît pas franchement régulée par les stocks en fer. Elle est exprimée tout au long de l’intestin, ce qui suggère qu’elle a d’autres fonctions. Elle est également exprimée dans le foie, au niveau des cellules de Kupffer, ce qui suggère qu’elle pourrait participer à la sortie du fer de ces cellules. [109] Les études de ces transporteurs dans l’hémochromatose (HFE) humaine et expérimentale ont donné lieu à des résultats contradictoires : augmentation de l’expression des ARNm de DMT1 et de la ferroportine et augmentation des deux protéines chez des patients atteints d’hémochromatose HFE ; absence de modification de l’expression des ARNm de DMT1, de ferroportine et de l’hephaestine, taux normaux des protéines DMT1 et ferroportine, mais augmentation de l’ARNm de Dcytb chez la souris HFE-/HFE-. [55] RÉCEPTEURS

¶ Récepteur 1 de la transferrine (TfR1) C’est une glycoprotéine transmembranaire qui comporte deux sites de liaison pour la transferrine. Ubiquitaire, il est exprimé par l’hépatocyte. L’expression de TfR1 est contrôlée par le pool cellulaire martial labile. La saturation de Tf détermine à chaque instant (cf. supra) le rapport diFe-Tf/monoFe-Tf. Toutes les formes de Tf peuvent se lier à TfR1 à la surface cellulaire, mais l’affinité pour diFe-Tf est 4 fois supérieure à celle de la monoFe-Tf et 24 fois celle de l’apoTf. La livraison du fer avec diFe-Tf est donc plus efficace qu’avec monoFe-Tf. Cependant, la proportion de fer livré par monoFe-Tf augmente avec la baisse de la saturation. TfR1 et HFE ont une affinité commune (cf. infra). En clinique, la partie circulante de TfR1 peut être dosée depuis quelques années ; elle est augmentée dans les carences en fer, même si elles sont associées à une inflammation, et dans les hyperérythropoïèses, même si elles sont inefficaces.

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¶ Récepteur 2 de la transferrine (TfR2)

[30, 41, 57, 96, 109]

Il est exclusivement d’origine hépatique. Il lie Tf, est un candidat détecteur de la saturation de Tf [57] et est sans doute impliqué aux côtés de HFE dans la synthèse de l’hepcidine. L’expression de TfR2 n’est pas contrôlée par la concentration cellulaire en fer. Contrairement à TfR1, TfR2 ne se lie pas à la molécule HFE, sauf peut-être au niveau des cryptes. [53] L’affinité de TfR2 pour Fe-Tf est 25 fois inférieure à celle de TfR1. [103] Contrairement à TfR1, l’expression de TfR2 n’est pas augmentée dans les carences martiales ; l’expression de TfR2 n’est pas abaissée dans les surcharges orales expérimentales ou dans l’hémochromatose expérimentale HFE-/HFE-. [41] Son rôle est incertain, mais son importance est sans doute grande dans le mécanisme de la régulation. En effet, TfR2 est muté dans une forme d’hémochromatose non HFE (type 3, OMIM 604250). [15, 89] Dans cette hémochromatose, l’expression de l’hepcidine est diminuée. [109]

Molécule HFE Elle ne fait partie ni des transporteurs ni des récepteurs. La molécule HFE est une glycoprotéine du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) classe 1-like liée à la b2-microglobuline avec laquelle elle forme un hétérodimère. [35] Elle est mutée dans l’hémochromatose idiopathique familiale classique (hémochromatose HFE, OMIM 235200). L’ARNm et la protéine ont été détectés initialement dans le cytoplasme des cellules cryptiques des villosités mais sont, en fait, ubiquitaires. Des travaux récents ont montré que l’expression de la molécule HFE est au plus haut niveau dans l’hépatocyte et que le taux d’ARNm est 10 fois plus important dans l’hépatocyte que dans les cellules de Kupffer. [109] D’une façon générale, la molécule HFE se lie à TfR1. [11, 59, 82, 99] Le site de liaison de HFE sur TfR1 recouvre celui de Tf. [104] Il existerait donc une compétition entre HFE et Tf pour la liaison à TfR1. [48] Cependant, Tf a une plus grande affinité pour TfR1 que HFE, [104] diFe-Tf l’emportant par ailleurs sur monoFe-Tf. [48] Le rôle du complexe HFE-TfR1 au niveau intestinal serait très différent. Il ne peut être étudié qu’en présence de b2microglobuline [ 4 3 ] . En présence de b2-microglobuline, HFE augmenterait, au niveau intestinal, la captation de Tf-Fe par TfR1. [94, 100] Chez la souris HFE knock-out, on note une diminution de la captation de Tf-Fe par le duodénum. Cet effet n’est pas constaté au niveau du foie et du rein. Les souris b2-microglobuline knock-out développent une surcharge en fer analogue à celle des souris HFE knock-out. En présence d’une protéine HFE mutée, la captation de Tf-Fe par les cellules cryptiques serait diminuée et, malgré l’existence d’une surcharge en fer déjà constituée dans l’organisme, les cellules villositaires matures se comporteraient comme celles d’une carence en fer. La protéine HFE est exprimée à la surface des macrophages et des monocytes [84] et est nécessaire, directement ou indirectement, à la continence martiale macrophagique, [34, 73, 75] ce qui explique les constatations histochimiques anciennes de la relative pauvreté en fer des macrophages dans l’hémochromatose HFE de l’homme. [64, 68, 92] Les études isotopiques de Fillet et al. [36, 37] avaient bien montré, chez les sujets atteints d’hémochromatose idiopathique, une incontinence des macrophages pour le fer provenant de l’érythroclasie ; incontinence totale à un stade précoce de la maladie, relative ensuite, suivie à un stade tardif d’une séquestration du fer, sans doute sous forme d’hémosidérine contenant un fer peu mobilisable et correspondant vraisemblablement à l’aspect des « macrophages tatoués » observé dans les villosités [18, 23] (Fig. 3) et dans les monocytes, [107] forme circulante des macrophages.

Hepcidine L’hepcidine, découverte en premier lieu chez l’homme, a été nommée « LEAP » pour liver expressed antimicrobial peptide. [42] Le gène HAMP (chromosome 19) code un peptide de 84 acides aminés

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qui subit un clivage enzymatique en peptides de 20, 22, 25 acides aminés. Le peptide de 25 acides aminés a été isolé du sang. L’urine contient également le peptide de 20 acides aminés. L’expression de l’ARNm de l’hepcidine est exclusivement hépatique. La relation entre l’hepcidine et la régulation de l’absorption du fer a été mise en évidence par Pigeon et al. [ 8 5 ] L’hepcidine est hyperexprimée chez la souris surchargée en fer ; par hybridation suppressive soustractive entre foie de souris surchargées en fer et souris normales, ces auteurs ont montré que l’expression de l’hepcidine est augmentée 9,8 fois plus chez les premières que chez les secondes. Par ailleurs, Nicolas et al., [77] étudiant au cours de recherches métaboliques des souris knock-out pour upstream regulator factor 2 (USF2), remarquèrent une surcharge martiale multiviscérale épargnant, fait capital, la rate et, d’une façon générale, les macrophages. Les auteurs montrèrent que cet effet n’était pas dû à la suppression de USF2 mais bien à celle de l’hepcidine entraînée dans l’expérimentation. Les mêmes auteurs montrèrent que des souris transgéniques hyperexprimant l’hepcidine mouraient en période périnatale d’une anémie par carence martiale sévère. [78] Enfin, des travaux récents ont montré que les biopsies hépatiques de sujets atteints d’hémochromatose idiopathique contiennent une quantité d’hepcidine diminuée, malgré l’augmentation de leur teneur en fer, [14] tout comme les souris HFE-/HFE- ont une expression anormalement basse de l’hepcidine, alors que les souris surchargées en fer par des moyens plus simples hyperexpriment l’hepcidine. Le croisement de ces souris HFE-/HFE- avec des souris transgéniques hyperexprimant l’hepcidine inhibe l’accumulation de fer propre aux souris HFE-/HFE-. [80] Il est donc clair que HFE est indispensable à l’expression de l’hepcidine. Ce peptide antimicrobien synthétisé par le foie a donc une importance considérable dans la régulation de l’absorption martiale et dans la continence martiale macrophagique. Dans toutes les situations étudiées, il existe une corrélation inverse entre l’expression de l’hepcidine et l’absorption du fer. L’hepcidine pourrait être le messager si longtemps recherché qui renseignerait le duodénum sur l’état des stocks (store regulator) et sur la quantité de fer à absorber. La corrélation inverse étroite entre l’expression de l’hepcidine et l’absorption du fer vaut aussi bien pour les stimuli rapides (acute phase response) que pour les stimuli à action retardée (érythropoïèse), mais la relation chronologique étroite entre les variations de l’expression de l’hepcidine et l’expression des transporteurs intestinaux suggère un effet direct de l’hepcidine sur les cellules épithéliales villositaires matures : en effet, l’expression de ces molécules de transport est modifiée simultanément dans tous les entérocytes matures et non progressivement, au fur et à mesure que ces cellules sortent des cryptes. [3, 45, 46] Ces faits importants constituent un argument contre le modèle cryptique de la régulation de l’absorption du fer (cf. infra). Il existe une corrélation positive significative entre l’expression de l’hepcidine et le taux de saturation de Tf, [50] mais l’expression de l’hepcidine peut être modifiée sans que soit modifiée la teneur en fer du foie, suggérant ainsi une régulation de l’expression hépatique de l’hepcidine par le taux de saturation de Tf. La recherche du mécanisme d’action de Tf devra prendre en compte la réalité des mutations de gènes à l’origine des hémochromatoses génétiques. La remarquable similitude des phénotypes de surcharge martiale par anomalies des gènes HFE, HAMP, TfR2 chez l’homme et chez la souris plaide en faveur de leur participation dans un même mécanisme, qui est sans doute la détection dans l’hépatocyte du taux de saturation de Tf. Des patients atteints de glycogénose de type 1a présentent des adénomes hépatiques qui sont le siège d’une synthèse excessive d’hepcidine ; ils développent une anémie réfractaire au traitement martial, avec absorption du fer diminuée, rétention du fer dans les macrophages. [101] La résection chirurgicale des adénomes a été suivie d’une disparition de l’élévation de l’hepcidine et des troubles du métabolisme du fer engendrés. [101] 7

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Lors de la description de l’hémochromatose juvénile, hémochromatose de type 2 (OMIM 602390), il avait été prédit que cette maladie génétique devait être due à des mutations d’un gène codant une protéine d’une importance cruciale dans la régulation de l’absorption du fer ; en effet, cette hémochromatose est responsable d’une accumulation massive et très précoce de fer et correspond au syndrome « endocrinomyocardique » décrit autrefois chez l’homme jeune. Le gène avait été localisé dans la région centromérique du chromosome 1. Cependant, quelques mutations du gène HAMP ont été découvertes dans quelques cas de ce type d’hémochromatose. [91] De plus, l’hémochromatose révélée à l’âge adulte pourrait résulter d’un double déficit génique avec une hétérozygotie composite HFE/HAMP, et des mutations du gène HAMP pourraient contribuer à la sévérité, voire à l’expression phénotypique d’une hémochromatose révélée à l’âge adulte. [71] L’hémochromatose associée à une inactivation de HAMP est le premier exemple d’un désordre génétique associé à un peptide antimicrobien, mais l’absence de susceptibilité aux infections chez les sujets atteints suggère que le rôle de HAMP n’est pas crucial dans la lutte anti-infectieuse. Au total, l’hepcidine (store regulator, Graal du métabolisme martial [62] ) représente l’élément majeur de la régulation de l’absorption martiale. La cible de l’hepcidine est très vraisemblablement la ferroportine.

Hémojuveline De nombreux cas d’hémochromatose juvénile avaient donc préalablement été rattachés à la région centromérique du chromosome 1. [16] Ce gène du chromosome 1 a été récemment cloné. [81] Il a été dénommé HFE2 ; son produit, l’hémojuveline, est sans doute aussi important que l’hepcidine dans la régulation de l’absorption du fer. Les mutations de HFE2 dans l’hémochromatose juvénile sont beaucoup plus fréquentes que celles de l’hepcidine. L’étude de 12 familles grecques, d’une famille française et d’une famille canadienne indique qu’une mutation (G320V) est observée dans neuf familles des trois populations et représente les deux tiers des mutations mises en évidence. L’expression du gène est hépatique. Les taux d’hepcidine urinaire dosés chez les patients sont très bas et beaucoup plus bas que ceux notés chez les patients atteints d’hémochromatose HFE classique, ce qui suggère que l’hémojuveline n’est sans doute pas la cible de l’hepcidine. Il est avancé que HFE2 modulerait l’expression de l’hepcidine. [81] De nombreux développements de cette découverte sont attendus.

Théories Les faits ayant été introduits, nous limitons l’exposé aux deux théories actuellement avancées. Elles sont toutes deux des théories épithéliales. Rappelons que les théories épithéliales attribuent au seul stock martial épithélial villositaire le rôle régulateur qui était attribué au stock martial intestinal dans son ensemble par des travaux isotopiques portant sur l’ensemble de la paroi intestinale ou sur la muqueuse entière. Le fer macrophagique, qui contient sans doute pour sa plus grande part du fer provenant de l’érythroclasie, pouvant ainsi concurrencer 24 heures sur 24 le fer alimentaire, [23] n’est pas pris en compte. THÉORIE CRYPTIQUE

La principale théorie épithéliale, proposée en 1963-1964, et qui a encore cours quoique enrichie des découvertes récentes, repose sur une étude autohistoradiographique. Après injection intraveineuse de 59 Fe, l’épithélium villositaire du rat normal et celui du rat préalablement surchargé en fer incorporent au niveau des cellules cryptiques la radioactivité plasmatique ; cette radioactivité monte en 8

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3 jours avec la montée des cellules à l’apex villositaire avant de desquamer. L’épithélium du rat préalablement surchargé ne l’incorpore pas. Il est postulé que la quantité de fer incorporée dans la cellule épithéliale à sa naissance au fond des cryptes de Lieberkühn dépend du turnover du fer plasmatique et module 3 jours plus tard, lorsque la cellule parvient au sommet de la villosité, là où ont lieu l’absorption, la captation du fer alimentaire. [27, 28, 29, 102, 105] Le fer stocké initialement à partir du plasma dans la cellule épithéliale naissante, éventuellement enrichi ultérieurement du fer oral capté et non transféré, modulerait le transfert au plasma par un phénomène de self inhibition décrit par Manis et Schachter [69] et mal élucidé. Le fer non utilisé serait perdu avec la desquamation cellulaire, laissant place à de nouvelles cellules porteuses de nouvelles informations. Ultérieurement, cette théorie cryptique s’est enrichie de la notion de la modulation de la synthèse des transporteurs épithéliaux (DMT1 et ferroportine) en fonction du fer cytosolique grâce aux système. IRE/IRP, puis de la mise en évidence par Parkkila et al. [83] d’une haute concentration de protéine HFE dans les cellules cryptiques, et non pas dans les cellules épithéliales plus âgées. Enfin (après qu’aient été abandonnées des expériences incertaines dues à l’utilisation de protéine HFE sans b2-microglobuline), il fut montré que l’ensemble TfR1-b2-microglobuline-HFE permettait et modulait, sans doute grâce au taux de saturation de Tf, l’entrée du fer plasmatique dans la cellule cryptique. En présence d’une protéine HFE mutée, le fer plasmatique n’entre pas dans la cellule cryptique ; la cellule épithéliale se comporte alors comme une cellule de carence martiale. Dans cette théorie, la place et la cible de l’hepcidine sont évoquées mais ne sont pas définies. Des critiques, les unes déjà anciennes, [9, 21] les autres plus récentes, [34, 38] ont été avancées contre cette théorie cryptique. Elles sont de deux ordres. Les premières ont trait au délai de quelques jours qui séparerait les manipulations du métabolisme martial et les modifications de l’absorption, délai rapproché des jours nécessaires aux cellules cryptiques porteuses de nouvelles informations pour parvenir à la zone d’absorption, l’apex villositaire. Dans les travaux initiaux de l’équipe de Crosby, [27, 28, 29] la possibilité d’une réponse rapide n’avait pas été recherchée. On sait depuis les années 1960 que le délai qui sépare les variations des stimuli exogènes des variations de l’absorption peut être de quelques heures, [9, 26, 38] ce qui est insuffisant pour assurer le renouvellement des entérocytes porteurs de nouvelles informations au sommet villositaire, là où a lieu l’absorption. Quant au délai qui sépare les modifications de l’érythropoïèse des modifications de l’absorption, il est plutôt dû à la baisse du fer sérique, aux modifications de la clairance du fer, à la diminution du SMI, bref aux conséquences retardées sur le métabolisme martial des manipulations, par exemple les saignées répétées, plutôt qu’au temps nécessaire aux cellules cryptiques pour monter à l’apex villositaire. Les secondes critiques proviennent des conséquences de la découverte de l’hepcidine. L’hepcidine a une action directe sur les entérocytes matures ; les modifications de l’expression de l’hepcidine sont suivies de près et sans délai par les modifications des transporteurs intestinaux. En particulier, l’expression de DMT1 et de Dcytb est d’emblée modifiée tout au long de la colonne des entérocytes et la modification n’apparaît pas en priorité au niveau des cryptes. [3, 45, 46] THÉORIE DES CELLULES ÉPITHÉLIALES MATURES, CENTRÉE SUR L’HEPCIDINE

Dans cette théorie récente, [48] l’hepcidine occupe la place centrale avec la cellule qui lui donne naissance : l’hépatocyte. L’hépatocyte est seul responsable de la synthèse de Tf, TfR2, hepcidine, et contient HFE et ferroportine. C’est l’hepcidine qui commande l’expression des transporteurs de l’entérocyte mature, et, en particulier, celle de la ferroportine. [45, 48, 108] La sécrétion d’hepcidine serait modulée par un jeu subtil faisant entrer HFE, TfR1, TfR2 et les différentes formes de Tf.

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Régulation de l’absorption du fer : données nouvelles

Nous proposons de nous étendre sur cette théorie, non pas tellement parce qu’elle est nouvelle (et elle ne sera vraisemblablement pas la dernière lors de la parution de cette revue), mais parce qu’elle montre bien la nouvelle orientation possible des conceptions de la régulation de l’absorption martiale depuis la découverte de l’hepcidine. De plus, elle a le mérite de proposer une explication cohérente à presque tous les troubles de l’absorption du fer rencontrés en clinique. Les besoins en fer de l’organisme seraient détectés par le foie par l’intermédiaire de modifications du rapport de Tf à TfR1. Il est proposé que Tf diferrique se fixe sur TfR1 préférentiellement à HFE, et que Tf diferrique se fixe préférentiellement sur TfR1 plutôt que sur TfR2. La stimulation de l’expression de l’hepcidine au niveau des hépatocytes se ferait en priorité par HFE libre à la surface cellulaire, mais aussi par la saturation en fer diferrique de TfR2. Dans la carence martiale, on note une diminution de Tf diferrique et une augmentation considérable de l’expression de TfR1 à la surface des cellules : TfR1 est désaturé. Ceci permettrait à HFE de se lier davantage à TfR1 et diminuerait d’autant HFE à la surface des cellules. La liaison préférentielle de Tf à TfR1 ne permettrait pas la saturation de TfR2 ; par voie de conséquence, les signaux émis par HFE et par TfR2 vers la production d’hepcidine seraient diminués. L’absorption augmente. Dans les surcharges martiales en dehors de l’hémochromatose, la quantité de Tf diferrique est augmentée. Par voie de conséquence, TfR1 est presque complètement saturé, la liaison de HFE à TfR1 est réduite, une plus grande quantité d’HFE serait libre à la surface des cellules ; d’autre part, TfR2 se trouverait complètement saturé par Tf diferrique. Ceci entraînerait une augmentation des signaux de HFE et de TfR2 saturé vers la production d’hepcidine. L’absorption diminue. Une situation analogue serait réalisée dans l’hémochromatose idiopathique : cependant, dans ce cas l’absence d’HFE fonctionnel à la surface cellulaire empêcherait la production appropriée d’hepcidine, malgré la saturation de TfR2 qui n’apporterait qu’un mécanisme compensatoire insuffisant. L’absorption n’est pas correctement freinée. Ainsi, des modifications du capital martial de l’organisme ou de la captation du fer par les érythroblastes affectent le contenu en fer de Tf. Le foie détecterait les modifications du taux de Tf diferrique par la liaison TfR1/HFE et par TfR2. Il en résulterait une modification de l’expression de l’hepcidine telle qu’une diminution du rapport Tf diferrique/TfR diminue la production d’hepcidine par le foie. L’inverse surviendrait lorsque le rapport favorise Tf diferrique. La quantité d’hepcidine circulante influencerait non pas les cellules cryptiques des villosités duodénales mais les entérocytes matures, sans doute en régulant l’expression des transporteurs intraentérocytaires, et en particulier celle de la ferroportine. [45, 48, 108] Ainsi comprendrait-on mieux diverses situations : – dans l’hémochromatose liée à des mutations du gène HFE (hémochromatose type 1), la stimulation de l’expression de

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l’hepcidine serait incomplète ; l’insuffisance de stimulation de l’hepcidine expliquerait l’hyperabsorption mais aussi l’incontinence macrophagique connue de longue date ; – dans l’hémochromatose par mutation du gène codant TfR2 (type 3), l’hepcidine perdrait un de ses stimulants : TfR2-Tf ; cette hémochromatose montre l’importance jusque-là méconnue de TfR2 ; – dans les dysérythropoïèses (érythropoïèses inefficaces), l’hyperplasie érythroblastique spectaculaire (30 fois la normale dans la thalassémie) entraîne une énorme augmentation de l’expression de TfR1 et un état de carence martiale relative, conséquence de la demande en fer de la moelle, insatisfaite malgré une saturation de Tf normale ou élevée. La liaison de HFE à TfR1, rendue possible par l’augmentation massive de TfR1, empêcherait HFE d’élever l’expression de l’hepcidine ; il en résulte une hyperabsorption du fer malgré l’augmentation de la saturation de Tf et l’augmentation des stocks ; au fur et à mesure d’une part de l’augmentation de la charge en fer, de la saturation de Tf et du fer hépatique, d’autre part de la baisse de TfR1, une augmentation de l’expression de TfR2 pourrait suppléer HFE lié à TfR1 pour augmenter l’expression de l’hepcidine et diminuer l’absorption ; ainsi serait expliquée l’hyperabsorption du fer alimentaire dans les dysérythropoïèses et la description, dans ces maladies de la moelle, de surcharges en fer importantes avant toute transfusion ; ainsi s’expliquerait que, dans la b-thalassémie de la souris, l’absorption du fer augmente mais chute graduellement avec l’âge et l’accumulation du fer ; – l’atransferrinémie est caractérisée par une absence ou une très grande diminution de Tf, une anémie due à l’impossibilité de livraison du fer aux érythroblastes et une surcharge en fer due à une augmentation de l’absorption [87] ; dans le modèle de Frazer et al., [48] cet ensemble serait expliqué : l’absence de Tf permettrait la libre liaison de HFE à TfR1 ; HFE serait alors incapable de stimuler l’expression de l’hepcidine ; de plus, TfR2 non chargé en fer par l’absence de Tf ne serait d’aucun secours ; une diminution de l’hepcidine a d’ailleurs été rapportée chez la souris hypotransferrinémique ; – l’hémochromatose due à des mutations de la ferroportine (type 4) reste cependant, dans ce modèle, mal expliquée ; on peut certes envisager l’hypothèse d’une rétention macrophagique due à la perte du transporteur, mais l’augmentation de l’absorption du fer fait appel à une hypothèse hasardeuse, celle de la responsabilité de la discrète anémie parfois notée précocement dans cette forme d’hémochromatose ; – l’inflammation aiguë avec anémie (due, rappelons-le, à une rétention du fer dans les macrophages et à une diminution de l’absorption martiale) (Fig. 1B) est associée à une augmentation de l’hepcidine urinaire, et l’hyposidérémie de cet état ne survient pas chez les animaux déficients en hepcidine. [79] Dans le cas de l’inflammation cependant, les modifications de l’expression de l’hepcidine pourraient emprunter une autre voie que HFE et/ou TfR2, celle de l’activation de NF-jB dans les macrophages. [85, 106]

Références ➤

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Régulation de l’absorption du fer : données nouvelles

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absorption.

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11



7-005-C-10

Métabolisme de l’alcool N. Dali-Youcef, J.-L. Schlienger L’alcool est en majeure partie métabolisé par une oxydation en acétaldéhyde puis en acétate sous l’effet de l’alcool déshydrogénase (ALD) et de l’aldéhyde déshydrogénase (ADH), enzymes dont le cofacteur est le nicotinamide adénine dinucléotide+ (NAD+). Ces enzymes codées par plusieurs gènes présentent un polymorphisme génétique et une variation ethnique qui ont des répercussions sur leurs propriétés fonctionnelles et sur l’alcoolémie. Le système microsomial d’oxydation de l’alcool (MEOS/cytochrome P4502E1 [CYP2E1]) et la catalase sont d’autres voies d’oxydation qui interviennent particulièrement en cas d’alcoolisation excessive. La voie non oxydative, mineure, produit des esters éthyliques d’acides gras dans les tissus dépourvus d’ALD. Le métabolisme de l’alcool peut interférer avec d’autres métabolismes du fait de l’augmentation du rapport NAD hydrogéné (NADH)/NAD+ lorsque l’alcool est ingéré en quantité excessive : synthèse et accumulation des triglycérides dans le foie, hypoglycémie, acidocétose, stress oxydatif. L’alcool et ses métabolites induisent une stéatose hépatique par divers mécanismes moléculaires de compréhension récente tels que l’augmentation de l’expression de sterol regulatory element-binding protein-1 (SREBP-1), la modulation de l’activité adenosine monophosphate activated protein kinase (AMPK) et la diminution de l’expression de facteurs transcriptionnels modulés par les sirtuines. L’effet mutagène et cancérogène de l’alcool et de ses métabolites est démontré. Il existe une corrélation entre l’expression de CYP2E1 et les adduits alcool-acide désoxyribonucléique (ADN) carcinogènes formés sous l’effet du stress oxydatif dans le foie des patients alcooliques. L’acétaldéhyde et les espèces réactives de l’oxygène induisent des lésions de l’ADN. Le polymorphisme de l’acétaldéhyde déshydrogénase (ALDH) pourrait expliquer un pouvoir cancérogène de l’alcool différent selon les individus. © 2015 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : Alcool ; Métabolisme ; Acétaldéhyde ; Alcool déshydrogénase ; Stéatose hépatique

Plan ■

Introduction

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Absorption digestive et impact énergétique

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Métabolisme de l’alcool Oxydation de l’alcool Métabolisme extrahépatique Métabolisme non oxydatif

2 2 3 3



Métabolisme de l’alcool et autres métabolismes

3



Métabolisme de l’alcool en cas d’alcoolisation chronique

4



Principaux mécanismes moléculaires de la stéatose hépatique induite par l’alcool Alcool et facteur de transcription « sterol regulatory element-binding protein-1 » Rôle des cytokines Cytokines pro-inflammatoires Sirtuine 1 et axe sirtuine 1/« adenosine monophosphate activated protein kinase » Systèmes endocannabinoïdes et du complément

4 4 4 5 5 6



Mutations somatiques de l’acide désoxyribonucléique et cancer hépatique induit par l’alcool

6



Conclusion

7

 Introduction Issu de la fermentation des glucides, l’alcool est un nutriment énergétique singulier contenu dans diverses boissons d’usage EMC - Hépatologie Volume 11 > n◦ 1 > janvier 2016 http://dx.doi.org/10.1016/S1155-1976(15)59727-1

courant. Consommé en excès sur un mode aigu, il entraîne une altération du jugement et de la conscience. Sur un mode chronique, il peut induire un état de dépendance et avoir des répercussions somatiques et neuropsychiatriques graves. Sa toxicité est liée davantage à l’un de ses métabolites, l’acétaldéhyde, qu’à l’alcool lui-même. Il s’agit d’une toxicité cellulaire et d’une neurotoxicité dont l’expression est dose-dépendante mais avec une grande susceptibilité individuelle. Cette variabilité est liée à un polymorphisme génétique portant tout à la fois sur le métabolisme de l’alcool et de l’acétaldéhyde et sur le niveau de sensibilité des tissus cibles [1] . Le métabolisme hépatique de l’alcool constitue l’essentiel de son métabolisme. Il comprend des processus oxydatifs principalement hépatiques et des processus non oxydatifs. Plus de trois quarts d’une dose ingérée est catabolisée dans le foie mais le rôle des tissus extrahépatiques n’en est pas pour autant négligeable, notamment en pathologie.

 Absorption digestive et impact énergétique L’absorption digestive s’effectue par un mécanisme de diffusion. Elle est rapide et totale. L’alcool passe dans la veine porte, par le foie, puis dans la circulation générale et diffuse dans l’ensemble des tissus. L’élimination de l’alcool absorbé est principalement de type catabolique, sans possibilité de stockage. L’élimination par les urines, la sueur et l’air expiré est faible (< 10 %) mais permet néanmoins la détection d’une consommation alcoolique récente (éthylomètre).

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7-005-C-10  Métabolisme de l’alcool

L’impact énergétique de l’alcool, nutriment apportant en théorie 7,1 kcal/g, est ambigu. Il dépend de la consommation. Modérée et intermittente, elle met en jeu de fac¸on prépondérante le catabolisme par l’alcool déshydrogénase (ALD) et l’aldéhyde déshydrogénase (ADH), enzymes ayant pour coenzyme le nicotinamide adénine dinucléotide+ (NAD+), qui produit du NAD hydrogéné (NADH) et, secondairement, par l’intermédiaire de la chaîne respiratoire, ce qui aboutit à la synthèse d’adénosine triphosphate (ATP). En revanche, une consommation importante met en jeu d’autres voies métaboliques telles la transformation de l’oxalo-acétate en malate et celle du pyruvate en lactate qui sont couplées à l’oxydation du NADH (produit en quantité en cas d’alcoolisation aiguë) en NAD+ n’entraînant pas de biosynthèse d’ATP. Dans ces conditions, l’alcool apporte des calories qualifiées de « vides », sans impact énergétique [2] . L’alcoolémie dépend de la quantité d’alcool absorbée, de la vitesse de consommation, de la présence d’aliments dans l’estomac, de l’espace de diffusion (70 % du poids corporel chez l’homme et 60 % chez la femme), et de l’efficience du métabolisme. Elle se calcule par la formule : volume ingéré (ml) × degré alcoolique × 0,8 (densité)/K × kg ; K représente le coefficient de diffusion (0,6 chez la femme et 0,7 chez l’homme). Le taux d’élimination de l’alcool est de l’ordre de 0,15 g/l par heure avec des variations individuelles notables. La teneur en alcool d’une boisson alcoolisée est exprimée par le degré alcoolique qui correspond au volume d’alcool par litre. Sa conversion quantitative tient compte de la densité (0,8). Ainsi, 1 litre de vin à 12 % apporte 96 g d’alcool. L’alcoolémie peut être estimée dans l’air expiré selon la correspondance : 1 g d’alcoolémie (22 mmoles/l) équivaut à 0,5 mg d’alcool par litre d’air expiré.

 Métabolisme de l’alcool Oxydation de l’alcool L’oxydation de l’alcool, voie catabolique largement prépondérante en cas de consommation, se fait principalement dans le foie mais est aussi possible dans d’autres organes comme l’estomac, le pancréas et le cerveau. Elle se fait en trois étapes : • transformation de l’alcool en acétaldéhyde ; • transformation de l’acétaldéhyde en acétate ; • incorporation de l’acétate dans le cycle de Krebs. Il existe trois voies métaboliques indépendantes situées dans trois secteurs cellulaires différents : l’ADH située dans le cytosol, le microsomal ethanol oxidizing system (MEOS) situé dans le réticulum endoplasmique et la catalase dans les peroxisomes. Ces trois systèmes conduisent à la production d’acétaldéhyde qui est le métabolite toxique de l’alcool (Fig. 1).

NAD+ Alcool (CH3–CH2–OH)

NADH + H+ Acétaldéhyde (CH3–CH = 0)

ADH NADP

NAD+

Transformation de l’alcool L’ADH est une métalloenzyme dimérique contenant du zinc, codée par huit gènes à l’origine de huit classes d’ADH. L’ADH de classe 1, prépondérante dans le foie humain, est inhibée par le pyrazole. Elle est l’enzyme clé du métabolisme hépatique de l’alcool in vivo. Il existe un polymorphisme génétique qui modifie la constante de Michaelis (Km) pour le substrat alcool et explique la sensibilité variable des sujets et des ethnies vis-à-vis de l’alcool et de ses répercussions somatiques [3] . Son coenzyme est le NAD+, coenzyme intervenant dans la plupart des oxydations cellulaires. La production de NAD+ étant limitée et le métabolisme du toxique alcool prioritaire, l’oxydation des lipides est limitée et retardée, ce qui accroît leur stockage et le poids corporel [4] . L’ADH de classe 3 a un Km pour l’alcool supérieur à celui de l’ADH1. Longtemps sous-estimée, cette enzyme représente 13 % de l’activité ADH du foie contre 62 % pour l’ADH1 et 2 % pour l’ADH2. L’activité de l’ADH3 augmente avec la concentration alcoolique alors que celle de l’ADH1 diminue. L’ADH3, située dans les cellules endothéliales sinusoïdales, jouerait un rôle plus important que celui de l’ADH1 lors du premier passage hépatique et protégerait ainsi l’hépatocyte de la toxicité aiguë liée aux fortes concentrations portales en alcool [5] . L’ADH3 joue un rôle d’autant plus important que la consommation d’alcool est forte et chronique. D’autres voies métaboliques ont été mises en évidence en raison de la persistance de la production d’acétaldéhyde en dépit de l’inhibition de l’ADH par les pyrazoles. Le système MEOS réalise une oxydation impliquant le NAD phosphate (NADP) et l’oxygène moléculaire. C’est le cytochrome P450 2E1 (CYP2E1) qui catalyse l’oxydation de l’alcool. L’oxydation du NADP hydrogéné (NADPH) génère des formes réactives à type de radicaux libres responsables d’une lipoperoxydation susceptible de majorer l’hépatotoxicité de l’alcool. L’oxydation par le biais du CYP2E1 produit un radical 1hydroxyéthyle qui, en réagissant avec diverses protéines, peut induire des anticorps contribuant à l’hépatotoxicité via des mécanismes auto-immuns. Chez l’homme, le CYP2E1 est induit transitoirement par l’alcool selon des modalités où interviennent des facteurs nutritionnels et hormonaux. Le jeûne et le régime hyperlipidique déterminent une induction considérable des CYP2E1, notamment dans les hépatocytes de la région centrolobulaire. Expérimentalement, un régime hyperlipidique enrichi en acide linoléique entraîne des lésions hépatiques sévères en cas d’alcoolisation massive. Le système est autoentretenu par l’absorption d’alcool et constitue un moyen complémentaire de catabolisme de l’alcool qui intervient lorsque l’alcoolémie dépasse 0,30 g/l. Le fait que le système MEOS soit impliqué dans le métabolisme des médicaments explique pour une part certaines interactions médicamentalcool [6] .

NADH + H+ ALDH

(mitochondrie)

Acétate (CH3–COO-)

Figure 1. Métabolisme de l’alcool. NAD : nicotinamide adénosine dinucléotide ; NADH : NAD hydrogéné ; ADH : aldéhyde déshydrogénase ; ALDH : acétaldéhyde déshydrogénase ; MEOS : microsomal ethanol oxidizing system ; NADP : NAD phosphate ; NADPH : NADP hydrogéné.

NADPH

MEOS (microsome) Catalase (peroxysome) H2O2

2

H 2O

EMC - Hépatologie

Métabolisme de l’alcool  7-005-C-10

La voie des catalases : ce système d’oxydation de l’alcool n’intervient guère dans les conditions physiologiques. Son action dépend de la disponibilité en peroxyde. Il est mis en jeu lors d’une alcoolisation à jeun ou associé à un régime hyperlipidique [7] .

Transformation de l’acétaldéhyde L’acétaldéhyde est un métabolite hautement toxique, notamment pour le foie qui est au cœur du métabolisme de l’alcool. Il est aussi carcinogène et pourrait être responsable d’effets neuropsychiatriques habituellement attribués à l’alcool [8] . L’acétaldéhyde déshydrogénase (ALDH) ayant pour coenzyme NAD transforme l’acétaldéhyde en acétate. Il existe plusieurs isoenzymes déterminées génétiquement se distinguant par leur affinité pour l’AAD et par leur localisation. L’ALDH située dans le cytosol et l’ALDH2 située dans les mitochondries contribuent toutes deux à l’oxydation de l’alcool, mais c’est l’ALDH2 qui est la plus active en cas de consommation excessive et chronique. Les personnes homozygotes ALDH2*2/2 ont une activité ALDH2 nulle et celles hétérozygotes une activité résiduelle de 6 %. L’allèle ALDH2*2 est fréquent dans la population asiatique (40 versus 5 % pour les Européens et Africains), ce qui se traduit par un effondrement de la clairance de l’acétaldéhyde [9] . La transformation en acétate est rapide et l’acétaldéhyde ne s’accumule pas chez les sujets ayant un équipement enzymatique suffisant. Dans le cas contraire, l’accumulation d’acétaldéhyde détermine un tableau clinique sévère comportant un érythème du visage, des céphalées, une tachycardie, des nausées, des vomissements et des vertiges. Ce tableau d’intolérance correspond à l’effet antabuse provoqué par le disulfirame, inhibiteur de la transformation de l’acétaldéhyde en acétate qui a été utilisé dans le maintien du sevrage alcoolique. Une telle intolérance est fréquente chez les Asiatiques qui sont déficitaires en ALDH2.

Catabolisme de l’acétate L’acétate peut être transformé en acétylcoenzyme A (CoA) par une thiokinase cytosolique nécessitant de l’ATP et du CoA et intégré dans le cycle tricarboxylique de Krebs puis dégradé en CO2 et H2 0. Cette réaction intrahépatique ne concerne cependant que 25 % de l’acétate produit. La proportion diminue avec l’importance de l’alcoolisation. L’essentiel de l’oxydation de l’acétate se fait dans les tissus extrahépatiques où le métabolisme de l’alcool est trop faible pour générer un excès d’équivalents réducteurs susceptibles d’inhiber cette réaction.

Métabolisme extrahépatique La voie métabolique extrahépatique la plus importante tient à la présence d’isoenzymes d’ADH dans la muqueuse gastrique. Leur action assure un métabolisme dès le premier passage qui disparaît ou est réduit en cas de gastrectomie ou en cas de vidange gastrique rapide. Elle est quasi absente chez les Asiatiques et plus faible chez la femme que chez l’homme [10] .

Métabolisme non oxydatif La condensation de l’alcool avec les acides gras libres grâce à une réaction catalysée par une synthétase est une voie mineure qui produit des éthylesters d’acides gras dans les tissus dépourvus d’ALD comme le myocarde, le pancréas et le tissu adipeux, en cas d’intoxication alcoolique aiguë. Ces composés toxiques pourraient contribuer à la pathogénie de la cardiomyopathie alcoolique.

 Métabolisme de l’alcool et autres métabolismes La métabolisation de l’alcool a des conséquences métaboliques diverses (Fig. 2). Ainsi, la réoxydation du NADH cytosolique en NAD+, nécessaire à l’intervention de l’ADH et de l’ALDH1 s’effectue pour une part grâce à la réduction du pyruvate en lactates par une modification du système redox. L’hyperproduction de lactates, produit terminal, est responsable d’une hyperlactacidémie qui entraîne une acidose et réduit l’excrétion urinaire de l’acide urique. L’acidocétose alcoolique survient exceptionnellement en cas d’alcoolisation massive dans un contexte d’éthylisme chronique. Elle survient après un jeûne ou des vomissements avec épuisement des réserves en glycogène. Les triglycérides du tissu adipeux sont hydrolysés en acides gras libres (AGL) dont l’oxydation est diminuée en présence d’excès de NADH, qui agit comme inhibiteur du cycle de Krebs. Il en résulte une cétogenèse à partir de l’acétoacétate provenant de l’alcool et des AGL, puis une acidose [11] . Les mitochondries participent à la réoxydation du NADH formé dans le cytosol par la chaîne respiratoire (oxydoréduction phosphorylative), ce qui implique un transfert des équivalents réducteurs (protons et électrons) à travers la membrane mitochondriale qui est imperméable à NAD+ et à NADH. Parmi d’autres, la navette malate-aspartate permet ce transfert.

Alcool

Consommation d’O2 Radicaux libres Stress oxydatif

Peroxydation lipidique

MEOS

ADH

NADH/NAD

Lactate Acidose Hyperuricémie Hypoglycémie Dyslipidémie Stéatose hépatique

Figure 2. Conséquences du métabolisme de l’alcool sur d’autres métabolismes. MEOS : microsomal ethanol oxidizing system ; ADH : aldéhyde déshydrogénase ; ALDH : acétaldéhyde déshydrogénase ; NAD : nicotinamide adénosine dinucléotide ; NADH : NAD hydrogéné.

Acétaldéhyde

ALDH

Acétate

Plasmatique

EMC - Hépatologie

Cycle de Krebs

3

7-005-C-10  Métabolisme de l’alcool

Le métabolisme de l’alcool a aussi pour conséquence une réduction du NAD+ mitochondrial indispensable au déroulement de la ␤-oxydation des acides gras et du cycle de Krebs. Il en résulte une inhibition du métabolisme de l’acétoacétate et de l’oxydation des acides gras dans le foie. L’augmentation du rapport NADH/NAD+ favorise la synthèse des acides gras hépatiques et l’accumulation des triglycérides associés à une consommation excessive de boissons alcooliques [12] . L’intoxication alcoolique peut être responsable d’une hypoglycémie sévère par une inhibition de la néoglucogenèse secondaire à l’élévation du rapport NADH/NAD+ [13] . Une étude récente montre chez des animaux que les souris femelles sont plus sujettes à l’hypoglycémie induite par l’alcool que les mâles par réduction de la capacité néoglucogénique du foie à partir du précurseur lactate [14] . La base moléculaire d’une telle différence sexe-dépendante reste inconnue, néanmoins, ce rapport suggère que les femmes seraient plus susceptibles de développer une hypoglycémie alcoolique que les hommes. L’acétaldéhyde produit dans le foie entraîne une peroxydation lipidique responsable d’un stress oxydatif. Il peut former un complexe avec les protéines membranaires à l’origine de l’apparition d’anticorps dont la présence semble corrélée avec les lésions hépatiques [15] . Enfin, l’acétaldéhyde diminue la capacité d’oxydation mitochondriale des AGL.

 Métabolisme de l’alcool en cas d’alcoolisation chronique La plus grande tolérance à l’alcool des consommateurs chroniques est due à une adaptation du système nerveux central et à une augmentation de la clairance plasmatique de l’alcool. Ce mécanisme n’est pas dû à une activité ADH plus marquée mais à une réoxydation mitochondriale accélérée du NADH, probablement secondaire à une induction de l’activité ATPase Na-K dépendante qui, outre une dégradation de l’ATP en adénosine diphosphate (ADP), stimule la réoxydation du NADH. L’essentiel de l’amélioration de la tolérance est liée à une augmentation de l’activité du système MEOS par induction du CYP2E1 responsable d’un excès de production et d’une accumulation intrahépatique d’acétaldéhyde et d’autres métabolites toxiques qui est d’autant plus marquée que la capacité d’oxyder l’acétaldéhyde diminue en cas d’alcoolisation chronique du fait même de la diminution de la réoxydation mitochondriale du NADH. L’alcoolisation chronique réduit considérablement le métabolisme gastrique de l’alcool, ce qui supprime une première étape du métabolisme de l’alcool considérée comme protectrice. Les études de familles ont montré que la dépendance à l’alcool a pour une part non négligeable un support génétique complexe. Les gènes impliqués dans le métabolisme de l’alcool sont en première ligne : ADH1B, ALDH2. Plusieurs autres gènes de susceptibilité ont été identifiés comme gamma-aminobutyric acid receptor α2 (GABRA2) et cholinergic muscarinic receptor 2 (CHRM2) [1] .

 Principaux mécanismes moléculaires de la stéatose hépatique induite par l’alcool Les mécanismes par lesquels la consommation d’alcool entraîne une stéatose alcoolique sont complexes et multifactoriels et encore partiellement inconnus. L’alcool a un impact négatif sur la fonction mitochondriale. L’alcool module l’acétylation des protéines mitochondriales et des sirtuines [16] . Le stress oxydatif et la ␤-oxydation peroxisomale des acides gras entraînent une accumulation des graisses dans le foie. La stéatose hépatique induite par l’alcool peut progresser vers la stéatohépatite, vers la fibrose et la cirrhose si l’imprégnation alcoolique est poursuivie. Les principaux acteurs moléculaires en cause sont l’augmentation du rapport NADH/NAD+, l’augmentation de l’activité de la sterol regulatory element-binding protein-1 (SREBP-1), la diminution de

4

l’activité du peroxisome proliferator activated receptor alpha (PPAR ␣) et l’augmentation du taux de complément C3 hépatique. Des données récentes sont en faveur d’un rôle délétère des endocannabinoïdes hépatiques [17] . L’alcool augmenterait l’activité de SREBP-1 en réduisant l’activité de la protéine kinase activée par l adenosine monophosphate (AMP) et la sirtuine 1. Le tumor necrosis factor α (TNF-␣), produit à la suite de l’exposition à l’alcool, induirait des lésions hépatiques par une surexpression de l’activité de SREBP-1, alors que la bétaïne et la pioglitazone protégeraient le foie en diminuant l’expression de SREBP-1. Les agonistes de PPAR␣ atténuent les lésions hépatiques induites par l’alcool. L’adiponectine et l’interleukine 6 (IL-6) ont également un effet protecteur en surexprimant PPAR␣ et la voie de signalisation de l’insuline.

Alcool et facteur de transcription « sterol regulatory element-binding protein-1 » La métabolisation de l’alcool en acétaldéhyde puis en acétate grâce à l’action successive des enzymes ADH cytosolique et ALDH2 mitochondriale, dont le cofacteur métabolique est le NAD+, produit l’équivalent réduit NADH à chaque étape. L’augmentation du ratio NADH/NAD+ inhibe les réactions du cycle de Krebs et perturbe aussi la ␤-oxydation des acides gras. Celle-ci, de concert avec l’élévation de la synthèse des acides gras à partir de l’acétate formé lors du métabolisme de l’alcool, provoque une accumulation d’acides gras avec pour conséquence une stéatose hépatique. La consommation chronique d’alcool perturbe divers facteurs de transcription hépatiques dont l’AMP-activated protein kinase (AMPK), la lipine-1, le coactivateur 1␣ du récepteur PPAR-␣, le facteur de transcription nucléaire NF-␬B et le SREBP1 [18] . Ces effets de l’alcool sont médiés en tout ou partie par l’inhibition des sirtuines (SIRT1), molécules pivot contrôlant les voies du métabolisme lipidique hépatique et l’augmentation de l’expression de facteur de transcription lipogénique SREBP-1 qui contribue au mécanisme moléculaire de la stéatose alcoolique (Fig. 3). Shimano et al. ont montré chez des souris modifiées génétiquement que la surexpression de la forme humaine de SREBP-1 chez les souris induisait une stéatose hépatique massive [19] . À l’inverse, l’inactivation de SREBP-1 chez les souris obèses déficientes en leptine Ob/Ob prévenait la stéatose hépatique [20] . L’augmentation de l’expression de SREBP-1 induite par l’alcool semble médiée par l’acétaldéhyde, puisque des expériences d’inactivation de l’ADH in vitro, sur des lignées cellulaires d’hépatome, bloquaient l’induction de l’expression de SREBP-1 ; alors que l’inhibition de l’ALDH2 par le cyanamide augmentait significativement SREBP-1. L’activation de SREBP-1 est due en partie à l’inhibition par l’acétaldéhyde de l’activité de l’enzyme AMPK [17, 21] . Ainsi, l’expression d’une forme constitutivement active d’AMPK, son activation par la metformine ou 5-amino-imidazole-4-carboxamide ribonucléoside (AICAR) bloque l’induction de l’activité transcriptionnelle de SREBP-1, alors que l’expression d’un dominant négatif d’AMPK augmente l’effet de l’alcool sur la transcription et l’action de SREBP-1. Par ailleurs, l’alcool administré de manière aiguë induit en plus de SREBP-1 l’expression d’un autre facteur de transcription lipogénique, le carbohydrate response element binding protein (ChREB) chez un modèle de souris qui développe une stéatose hépatique [22] .

Rôle des cytokines Il a été montré que la surexpression de l’adiponectine, une cytokine dont l’expression est diminuée dans l’obésité et les états d’insulinorésistance, également connue pour sa capacité de stimulation de l’AMPK [23] , réduisait significativement l’expression de SREBP-1 dans le foie [24] . L’administration chronique d’alcool à des animaux se traduit par une diminution significative de l’adiponectine plasmatique associée à une stéatose hépatique [25] . Le traitement de ces animaux par l’adiponectine atténue de manière significative la stéatose hépatique alcoolique en favorisant l’oxydation des acides gras, en diminuant leur synthèse et en réduisant les niveaux d’expression hépatiques de la cytokine EMC - Hépatologie

Ac Restriction calorique Resvératrol

Gènes β−oxydation

P

ADH NADH

AMP/ATP

SIRT1 LKB1

Acétaldéhyde

P PGC-1α Ac APPL1

AMPK NAD+/NADH

P PGC-1α Ac

NAD+ NAD+/NADH

ALDH

SIRT1

NADH

P

PPARα

PGC-1α

Acétate

Adiponectine AdipoR1/R2

PPRE

NAD+/NADH

X

PPRE

RXRα

NAD+/NADH

FoxO1

PPARγ

PGC-1α

NAD+

Restriction calorique Resvératrol

RXRα

RXRα

PPARα

Alcool

FoxO1

Métabolisme de l’alcool  7-005-C-10

Gènes β−oxydation

PPRE

Ac TNF-α

Alcool

SREBP-1

STAT3 IL-6

CB1

2-AG

(cellules stellaires)

Gènes lipogéniques

Exercice

SREBP-1

X Gènes lipogéniques

Jeûne

AMPK Agoniste PPARα Agoniste PPARγ

ACC

A

MCD

Metformine AICAR

SIRT1 SREBP-1

Synthèse d’acides gras Oxydation des acides gras

B

Figure 3. Mécanismes moléculaires de la stéatose hépatique induite par l’alcool. PPAR␥ et PPAR␣ : peroxisome proliferator activated receptor gamma et alpha ; PGC-1␣ : PPARγ coactivator 1 alpha ; Ac : groupement acétyl ; PPRE : PPAR response element ; RXR␣ : retinoic X receptor alpha ; FoxO1 : forkhead transcription factor box O1 ; AMP : adénosine monophosphate ; AMPK : AMP-activated kinase ; SIRT1 : sirtuine 1 désacétylase ; ATP : adénosine triphosphate ; NAD+ : nicotinamide adénine dinucléotide ; NADH : NAD réduit ; SREBP-1 : sterol response element-binding protein-1 ; TNF-␣ : tumor necrosis factor alpha ; IL-6 : interleukine 6 ; STAT3 : signal tranducer and activator of transcription-3 ; CB1 : cannabinoid receptor 1 ; 2-AG : 2-arachidonylglycérol ; ADH : aldéhyde déshydrogénase ; ALDH : acétaldéhyde déshydrogénase ; LKB1 : liver kinase B1 ; APPL1 : adaptor protein containing pleckstrin homology domain-1 ; AICAR : 5-amino-imidazole-4-carboxamide ribonucléoside ; ACC : acétyl coenzyme A carboxylase ; MCD : malonyl coenzyme A décarboxylase. A. La diminution du ratio NAD+/NADH induite par le métabolisme de l’alcool se traduit par une diminution de l’activité de l’enzyme désacétylase de classe III, sirtuine 1 (SIRT1) responsable d’une diminution de l’activité du coactivateur métabolique PGC-1-␣. Ce cofacteur est essentiel pour l’activité des PPAR-␣ et PPAR-␥. Le récepteur nucléaire de l’acide rétinoïque RXR-␣ ; hétérodimérise avec PPAR-␣ et PPAR-␥ pour activer la transcription de leurs gènes cibles. SIRT1 est connue pour être activée par le polyphénol, resvératrol et la restriction calorique, mais également indirectement par une augmentation de l’activité de l’AMPK dans les situations de déplétion énergétique (exercice physique ou jeûne) qui induisent une augmentation du ratio AMP/ATP. L’acétaldéhyde inhibe la dimérisation de PPAR-␣ avec RXR-␣ ; et sa liaison à son élément de réponse PPRE sur l’ADN et bloque ainsi la ␤-oxydation des acides gras. L’AMPK est un inhibiteur transcriptionnel de SREBP-1 et de la maturation de SREBP-1. L’alcool active SREBP-1 via le TNF␣ et le 2-arachidonylglycérol (2-AG), agoniste des récepteurs cannabinoïdes CB1 produit par les cellules stellaires hépatiques. L’IL-6, autre cytokine activée par l’alcool, protège contre la stéatose en inhibant SREBP-1 via une voie de signalisation STAT3-dépendante. B. Une déplétion énergétique due à l’exercice physique ou consécutive à un jeûne, de même que la metformine et le composé AICAR induisent une activation de l’AMPK qui de concert avec SIRT1 inhibent l’action du facteur lipogénique SREBP-1. AMPK et SIRT1 peuvent s’activer mutuellement alors que le métabolisme de l’alcool inhibe leur activité. L’AMPK inhibe l’enzyme acétyl CoA carboxylase, enzyme limitante de la synthèse des acides gras. L’AMPK stimule ainsi la dégradation des acides gras et inhibe leur synthèse protégeant le foie contre la stéatose hépatique.

pro-inflammatoire TNF-␣. Ces données suggèrent que l’AMPK joue un rôle central dans la prévention de la stéatose hépatique alcoolique. La modulation de son activité pourrait se révéler efficace dans le traitement de la stéatose chez la personne alcoolique. Une étude récente menée expérimentalement in vivo et chez des enfants présentant les signes précurseurs d’une stéatohépatite métabolique non alcoolique (NASH) souligne l’importance de la résistance à l’insuline en décrivant l’existence d’une relation inverse entre l’activité de l’ADH et l’insulinorésistance [26] . De fac¸on intéressante, l’administration de la pioglitazone, antidiabétique de type thiazolidinedione agoniste du récepteur PPAR␥, induit la diminution de l’expression hépatique de SREBP1 dans un modèle d’infusion d’alcool chez le rat, ainsi que dans des cultures primaires d’hépatocytes [27] . Cela se traduit par une diminution de la synthèse de triglycérides et une prévention de la stéatose hépatique chez le rat.

Cytokines pro-inflammatoires Le TNF-␣ adipokine sécrétée par les cellules adipeuses contribuant à l’installation d’une insulinorésistance semble également impliqué dans le développement de la stéatose hépatique alcoolique. En effet, l’inactivation du récepteur de type 1 du TNF-␣R ; (TNF-␣R1) prévient la stéatose alcoolique chez des modèles EMC - Hépatologie

animaux [28] . SREBP-1 explique en partie cet effet, puisque le TNF-␣ induit l’expression de SREBP-1 dans le foie des souris [29] . Une autre cytokine, l’IL-6, agirait comme une molécule protectrice contre la stéatose hépatique induite par l’alcool. Cet effet serait la résultante d’une action inhibitrice de CYP2E1, du stress oxydant et de la peroxydation des lipides. Le mécanisme moléculaire de l’action de l’IL-6 est dû principalement à une activation du facteur de transcription signal transducer and activator of transcription-3 (STAT3) qui se traduit par un effet antilipogénique par une inhibition de SREBP-1 [17] .

Sirtuine 1 et axe sirtuine 1/« adenosine monophosphate activated protein kinase » Récemment, il a été démontré que le NAD+ était un cofacteur métabolique essentiel du fonctionnement d’enzymes appartenant à la famille des histones désacétylases de classe III, les sirtuines (SIRT1-7), qui agissent entre autres sur le statut d’acétylation de plusieurs facteurs de transcription et régulateurs métaboliques [30] . L’enzyme la mieux étudiée, la SIRT1, augmente l’activité du cofacteur métabolique peroxisome proliferator activated receptor αcoactivator 1α (PGC-1␣) [31] . En effet, PGC-1␣ active la transcription de nombreux gènes impliqués dans la ␤-oxydation des acides gras et la biogenèse des mitochondries.

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7-005-C-10  Métabolisme de l’alcool

SIRT1 a été décrit comme un facteur important dans la prévention de la stéatose hépatique induite par l’alcool. En effet, l’exposition de cellules d’hépatome de rat à l’alcool induit une acétylation sur résidu lysine de SREBP-1c dose-dépendante et une augmentation de son activité transcriptionnelle [32] . Cet effet a également été observé dans des extraits nucléaires de foie de souris soumises à une diète pauvre en graisses supplémentée en alcool par rapport à des souris ayant rec¸u la même diète sans alcool. Une augmentation significative concomitante de l’acétylation de PGC1␣ a également été observée sous l’effet de l’alcool. Le traitement des souris exposées à l’alcool avec le resvératrol, un polyphénol extrait de la peau des raisins noirs et activateur indirect de SIRT1, entraîne une augmentation de l’expression de SIRT1, de l’activité de PGC-1␣ et de l’AMPK. Le resvératrol induit aussi une augmentation des taux circulants d’adiponectine et l’expression de ses récepteurs dans le foie, ainsi qu’une désacétylation de SREBP1c qui inhibe son activité transcriptionnelle [32, 33] . L’atténuation des lésions hépatiques induites par l’alcool par le resvératrol tient également à ses propriétés antioxydantes [34] . Fischer et al. ont démontré que l’alcool diminuait l’expression du partenaire moléculaire de PPAR␣, retinoic X receptor alpha (RXR␣), et inhibait la liaison de l’hétérodimère RXR␣/PPAR␣, ce qui entraîne une baisse des niveaux d’expression des gènes régulés par PPAR␣ et une stéatose hépatique. L’administration concomitante d’un agoniste PPAR␣ (Wy14643) restaure la capacité de dégradation des acides gras par le foie [35] . Cet effet de l’alcool était dû à l’acétaldéhyde puisque la stéatose hépatique alcoolique est prévenue par un inhibiteur de l’ADH (4-méthylpyrazole), mais est augmentée par un inhibiteur de l’ALDH (cynamide) [36, 37] . Ces deux études suggèrent que l’acétaldéhyde entre en compétition avec le ligand de PPAR␣ et empêche l’hétérodimérisation de PPAR␣ à l’origine de son effet activateur de la transcription de gènes cibles. Par ailleurs, il a été démontré qu’un agoniste des récepteurs PPAR␣, la rosiglitazone, protège contre la stéatose hépatique alcoolique en stimulant l’axe SIRT1/AMPK via une augmentation des taux circulants d’adiponectine et de l’expression de ses récepteurs hépatiques AdipoR1/R2 [38] . Dans ce cas, c’est l’activité de SIRT1 qui module celle de l’AMPK. La modulation de l’activité de SREBP-1c par l’axe SIRT1/AMPK aurait un impact positif dans la prévention de la stéatose hépatique alcoolique comme démontré in vivo pour la stéatose non alcoolique induite par un régime riche en graisses [31] . La modification du régime alimentaire semble également jouer un rôle non négligeable dans la régulation du métabolisme alcoolo-énergétique. Une étude récente a montré que l’administration chronique d’alcool à des rats provoque une diminution de moitié de l’expression de SIRT1 et de 46 % de celle de PGC-1␣ dans le foie, ainsi qu’une réduction significative des protéines SIRT1 et PGC-1␣, responsable d’une dysfonction mitochondriale, alors que la transcription de PPAR␥ reste inchangée [39] . De manière intéressante, le remplacement dans la diète des acides gras à chaîne longue (AGCL) par des acides gras à chaîne moyenne (AGCM) restaure les niveaux d’expression de SIRT1 et PGC-1␣ à des valeurs quasi normales. Une des raisons de cet effet est la capacité des AGCM à être plus oxydés qu’estérifiés par rapport aux AGLC qui ont la tendance inverse. Le même groupe a montré qu’une diète riche en AGCM réduisait significativement l’expression de CYP2E1 mitochondriale et microsomale hépatiques par rapport à une diète avec un apport équivalent en AGMC et AGLC chez des rats exposés à l’alcool. Cet effet s’est traduit par une diminution parallèle et importante d’un marqueur du stress oxydant, le 4-hydroxynonenal (4-HNE), ainsi qu’une augmentation à des taux quasi normaux du glutathion réduit, protecteur contre les radicaux libres [40] . Cette diminution de CYP2E1 et du stress oxydant par les AGCM protège le foie contre la lipoperoxydation, la dysfonction mitochondriale et l’hépatotoxicité induites par une consommation chronique d’alcool. Cela suggère que le rétablissement de l’intégrité de l’axe impliquant SIRT1, AMPK, et PGC-1␣ conduit à la réduction de l’activité de SREBP1. Une intervention pharmacologique et/ou une modification du régime alimentaire pourraient prévenir la stéatose hépatique et l’hépatotoxicité induites par l’alcool en réduisant le CYP2E1 et le stress oxydant. Cette affirmation est corroborée par une étude

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ayant démontré le rôle protecteur des acides gras saturés dans la stéatose hépatique alcoolique par rapport aux acides gras polyinsaturés, via une régulation de l’axe SIRT1/SREBP-1/histone H3, supprimant ainsi l’expression des gènes codant pour des enzymes lipogéniques [32] .

Systèmes endocannabinoïdes et du complément Enfin, deux autres mécanismes semblent également contribuer à la stéatose hépatique induite par l’alcool. Le premier concerne le système endocannabinoïde. L’alcool induit la production du 2arachidonoyl-glycérol (2-AG) par les cellules stellaires (étoilées) hépatiques. Ce composé interagit avec les récepteurs cannabinoïdes CB1 induisant l’expression de gènes lipogéniques dont SREBP-1 et celui codant pour l’enzyme fatty acid synthase (FAS) [41] . L’inactivation spécifique des récepteurs CB1 hépatiques pourrait se révéler bénéfique dans le traitement de la stéatose hépatique alcoolique et non alcoolique. Le deuxième mécanisme implique le système du complément. Ainsi, des animaux déficients en fraction C3 du complément sont protégés contre la stéatose hépatique induite par l’alcool par réduction de l’expression des gènes codant pour des enzymes lipogéniques et une augmentation des taux sériques et hépatiques d’adiponectine [42] .

 Mutations somatiques de l’acide désoxyribonucléique et cancer hépatique induit par l’alcool Il existe une association linéaire entre la consommation journalière d’alcool et le risque de cancer des voies aérodigestives (cavité buccale, pharynx ou œsophage), du foie, du côlon, du rectum et du sein [43] . Le carcinome hépatocellulaire est une complication fréquente de la maladie hépatique alcoolique. Les mécanismes de la carcinogenèse médiée par l’alcool sont complexes : production d’acétaldéhyde, altération épigénétique de l’ADN, diminution de l’acide rétinoïque secondaire à l’activation du CYP2E1 qui favorise la prolifération cellulaire et diminue la différenciation cellulaire et modifications des voies de signalisation intracellulaires ainsi que l’immunosuppression qui facilite la dissémination tumorale. L’adduit d’alcool qui inhibe les phénomènes de réparation et de méthylation de l’ADN et induit des espèces réactives à l’oxygène générant des produits de peroxydation lipidique semble en première ligne. Le stress oxydant semble jouer un rôle prépondérant. Wang et al. ont démontré une corrélation robuste entre l’expression de CYP2E1 et des adduits alcool-ADN carcinogéniques formés par une réaction du produit majeur de lipoperoxydation (4-HNE) et des bases nucléiques dans le foie de patients atteints de maladie hépatique alcoolique [44] . L’augmentation de l’expression de CYP2E1 induite par l’alcool est à l’origine de la formation des adduits alcool-ADN carcinogéniques. Les lésions de l’ADN provoquées par les adduits alcool-ADN joueraient un rôle central dans la carcinogenèse hépatique en étant responsables de mutations de substitution de bases dans l’ADN à l’origine de l’initiation et de la progression du cancer du foie [45] . L’acétaldéhyde produit lors du métabolisme de l’alcool et l’accumulation des espèces réactives de l’oxygène, suite à l’induction de l’activité de CYP2E1 par une consommation élevée d’alcool, induisent également des lésions de l’ADN [46] . Ces lésions d’ADN, lorsqu’elles ne sont pas réparées, vont initier la carcinogenèse. Ainsi l’acétaldéhyde est considéré comme étant carcinogène chez les animaux et probablement chez l’homme. Il est intéressant de noter que des études de polymorphismes ont montré la présence de variants des gènes codant pour les enzymes ADH (ADH1B) et ALDH2 dans la population. Certains variants ont été associés au risque de développement de cancers des voies aériennes supérieures (VAS) chez les consommateurs d’alcool. Ce risque est élevé pour les personnes porteuses de l’allèle ADH1B*1, qui code pour une enzyme moins active, par rapport aux individus porteurs de l’allèle ADH1B*2 codant pour EMC - Hépatologie

Métabolisme de l’alcool  7-005-C-10

une enzyme plus active. Cela apparaît paradoxal au vu du potentiel carcinogène de l’acétaldéhyde. Néanmoins, la diminution du métabolisme de l’alcool se traduit par une diminution de la clairance de l’alcool et donc une exposition tissulaire plus longue à l’alcool et l’acétaldéhyde durant la vie [47] . Le risque de cancer des VAS est également élevé chez des individus porteurs de l’allèle ALDH2*2 par rapport à ceux qui portent l’allèle ALDH2*1 du fait de l’accumulation d’acétaldéhyde.

 Conclusion Le métabolisme de l’alcool, différent selon le niveau et le mode de consommation, entraîne une augmentation conséquente du ratio NADH/NAD+, responsable d’une altération du métabolisme intermédiaire. Son impact sur l’alcoolémie et diverses maladies induites par une consommation excessive d’alcool dépend pour une part du polymorphisme génétique. Des mécanismes moléculaires complexes expliquent la pathogénie de la stéatose hépatique et le pouvoir mutagène et cancérogène de l’alcool et de ses métabolites.

Déclaration d’intérêts : les auteurs déclarent ne pas avoir de liens d’intérêts en relation avec cet article.

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N. Dali-Youcef. Laboratoire de biochimie et de biologie moléculaire, Nouvel Hôpital Civil, Hôpitaux universitaires de Strasbourg, 1, place de l’Hôpital, 67091 Strasbourg cedex, France. Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (IGBMC), 1, rue Laurent-Fries, 67404 Illkirch, France. J.-L. Schlienger, Professeur émérite ([email protected]). 8, rue Véronèse, 67200 Strasbourg, France. Toute référence à cet article doit porter la mention : Dali-Youcef N, Schlienger JL. Métabolisme de l’alcool. EMC - Hépatologie 2016;11(1):1-8 [Article 7-005-C-10].

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7-006-A-10

Relations entre foie et immunité E. Ballot, E. Beleoken, M.Z. Mustafa, C. Johanet, J.-C. Duclos-Vallée La localisation anatomique du foie est particulière. Cet organe est vascularisé par le sang artériel où peuvent circuler des cellules métastatiques et par le sang portal digestif drainant de nombreux produits bactériens. Le mélange des sangs artériel et veineux passe lentement dans les capillaires sinusoïdaux limités par un endothélium largement fenêtré et ne reposant pas sur une membrane basale, où le contact entre hépatocytes et lymphocytes circulants est possible. Cette exposition continuelle du tissu hépatique à des « signaux du danger » a contribué à faire du foie un organe immunitaire original. L’immunité innée y est très développée, avec une abondance de lymphocytes NK, NKT et T␥␦, susceptibles d’être immédiatement efficaces à l’arrivée de cellules cancéreuses ou d’endotoxines bactériennes. Les cellules présentatrices d’antigène représentent une part importante des cellules résidentes, avec des cellules dendritiques et de Kupffer, mais aussi avec de nombreuses cellules non hématopoïétiques : cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques, cellules stellaires et même hépatocytes. L’exposition perpétuelle du foie à des produits bactériens, en particulier le lipopolysaccharide, a favorisé le développement de mécanismes d’échappement. Dans une ambiance de cytokines immunosuppressives, ces cellules présentent les peptides antigéniques avec des ligands inhibiteurs dans la même synapse immunologique, amenant à une réponse adaptative tolérogène. Les hépatocytes sont ainsi mis à l’abri d’une réaction inflammatoire chronique qui leur serait fatale. © 2012 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : Foie ; Organe lymphoïde ; Immunité innée ; Tolérance immunitaire

Plan ■

Introduction

1



Foie et lymphopoïèse

1



Description des différentes populations cellulaires hépatiques immunocompétentes

2



Déroulement de la réaction immunitaire dans le foie Composante innée de la réaction immunitaire dans le foie Réaction immunitaire adaptative dans le foie

2 2 7



Phénomène de tolérance hépatique Différentes cellules présentatrices déclenchent une réaction tolérogène Synthèse de cytokines immunosuppressives Génération de lymphocytes Treg intrahépatiques Séquestration possible des lymphocytes T circulants par le foie

9 9 11 11 12



Immunologie des cholangiocytes Immunité innée et cholangiocytes Immunité adaptative et cholangiocytes Régulation de la réponse innée par les cholangiocytes

12 12 12 12



Conclusion

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populations lymphocytaires reflétaient un état inflammatoire. Cependant, la position anatomique du foie le place dans une position stratégique d’un point de vue immunologique, au confluent d’un système artériel et veineux, avec l’entrée du sang artériel hépatique, mais surtout l’arrivée du sang portal digestif. Ce dernier assure entre autres le drainage de produits microbiens comme le lipopolysaccharide (LPS) de la paroi de bactéries à Gram négatif de l’intestin. En outre, on estime que 30 % du sang total d’un organisme traverse le foie chaque minute, ce qui représente le passage transhépatique de 108 lymphocytes périphériques par 24 heures [1] . La production de lymphe dans le foie représenterait 25 % à 50 % de la lymphe du canal thoracique. Le foie est donc continuellement exposé aux antigènes et aux cellules du système immunitaire. Il est maintenant considéré comme un organe immunitaire à part entière et original, avec en particulier la présence intrahépatique de populations lymphocytaires quantitativement inhabituelles. On rencontre également dans l’endothélium l’espace périendothélial et le parenchyme, des cellules non hématopoïétiques douées de la capacité de présenter des peptides antigéniques. Le foie est également capable d’induire fortement une tolérance périphérique et d’être un lieu préférentiel de l’apoptose des cellules T, mais c’est aussi l’organe où se localisent la plupart des infections virales ou parasitaires persistantes [2–4] .

 Introduction

 Foie et lymphopoïèse

Classiquement dévolu aux fonctions d’anabolisme et de catabolisme, le foie était jusqu’à récemment considéré comme un organe passif d’un point de vue immunologique, où les différentes

La genèse des cellules sanguines débute dès le 16e jour de grossesse dans le sac vitellin. Ces cellules colonisent le foie vers la 5e -6e semaine et celui-ci devient alors l’organe majeur

EMC - Hépatologie Volume 7 > n◦ 3 > juillet 2012 http://dx.doi.org/10.1016/S1155-1976(12)54243-9

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de l’hématopoïèse jusqu’à la naissance, après quoi son activité diminue au profit de la moelle osseuse. Cependant, le potentiel hématopoïétique reste intact dans le foie adulte et peut se réactiver comme observé dans les dysfonctionnements sévères de la moelle. La lymphopoïèse T nécessite le microenvironnement thymique. Cependant, une lymphopoïèse hépatique T est étayée chez la souris et semble possible chez l’homme, du moins pour certaines sous-populations, comme attesté par la mise en évidence des acides ribonucléiques (ARN) codant pour les recombinases RAG-1 et RAG-2 intervenant dans la genèse du récepteur T, ou du précurseur pré-TCR de la chaîne ␣ du récepteur T [5–7] . La production par le parenchyme hépatique normal d’interleukine 7 (IL-7), cytokine indispensable au développement T, est étayée chez la souris et possible chez l’homme [6] . Enfin, le thymus partage une origine embryologique commune avec l’épithélium des canalicules biliaires, d’où l’hypothèse que cet épithélium crée un environnement favorable pour une maturation lymphocytaire T extrathymique [8] . La lymphopoïèse B intrahépatique est également bien documentée. Les cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques constituent un microenvironnement où s’expriment les molécules nécessaires pour promouvoir tous les stades de maturation du lymphocyte B. Il n’est toutefois pas encore établi si ces cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques servent in vivo de niches à la lymphopoïèse B dans des conditions physiologiques ou pathologiques [9] . Enfin, il est rapporté que le foie murin adulte est capable d’assurer in situ la différenciation de lymphocytes dits « non conventionnels » largement représentés dans le foie et discutés plus loin. Il en va de même chez l’homme, où les lymphocytes naturel killer (NK) et natural killer T (NKT) peuvent se différencier dans le foie [6] .

 Description des différentes populations cellulaires hépatiques immunocompétentes Les hépatocytes représentent environ les deux tiers des cellules du foie. L’autre tiers est composé de cellules non parenchymateuses, avec des cellules biliaires, des cellules de Kupffer, des cellules stellaires, des cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques et des lymphocytes (Fig. 1 à 3).

 Déroulement de la réaction immunitaire dans le foie Le système immunitaire peut se définir comme un ensemble de cellules et de molécules capable de restituer l’intégrité tissulaire face à un signal de danger, qu’il provienne de l’extérieur comme une infection, ou de ses propres constituants par l’absence de soi ou l’apparition du soi modifié, comme les cellules tumorales. Pour cela, le système immunitaire, chez les vertébrés supérieurs s’appuie sur deux piliers, l’immunité innée ou naturelle et l’immunité adaptative ou acquise (Fig. 4). L’immunité innée est un mécanisme de défense non spécifique qui existe chez tous les organismes, mêmes inférieurs. Ses mécanismes de reconnaissance délivrent une réponse rapide en quelques heures, invariable, il n’y a pas de mémoire immunitaire. Les récepteurs sont en nombre limité, discriminent entre molécules du soi et du non-soi, car ils reconnaissent des motifs structuraux très conservés chez les micro-organismes et absents des cellules eucaryotes. Ils sont codés par des gènes restés en configuration germinale et présents dans de nombreuses cellules. Tous les éléments de la réponse préexistent avant l’activation. Au contraire, l’immunité adaptative est spécifiquement dirigée contre l’agent qui l’a mise en œuvre. Ses mécanismes de reconnaissance délivrent une réponse lente de quelques jours à semaines, qui est plus efficace en cas de réintroduction de

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l’antigène, car il y a eu développement d’une mémoire. Ses récepteurs sont les récepteurs T à l’antigène (TcR) et les anticorps de membrane. Leurs gènes subissent des réarrangements, générant un très grand nombre de combinaisons (1010 ) responsables d’une reconnaissance très fine et très précise. La mise en œuvre de l’immunité innée est nécessaire pour le développement de l’immunité acquise.

Composante innée de la réaction immunitaire dans le foie La réponse immunitaire innée fait participer (Fig. 4) : • des cellules phagocytaires ; • des cellules qui produisent des médiateurs de l’inflammation ; • des cellules à la frontière de l’immunité naturelle et de l’immunité acquise comme les lymphocytes NK, NKT, T-␥␦ ; • des molécules comme les protéines du complément, les protéines de la phase aiguë de l’inflammation, des cytokines pro-inflammatoires. Des récepteurs de l’immunité innée nommés pattern-recognition receptor (PRR) reconnaissent les pathogènes à travers des motifs moléculaires très conservés, appelés pathogen-associated molecular pattern (PAMP). Ces PAMP sont par exemple le LPS des bactéries à Gram négatif ou le peptidoglycanne des bactéries à Gram positif, le mannose, l’ARN viral double brin, les motifs hypométhylés Cp G des acides désoxyribonucléiques (ADN) bactériens, les ␤-glycanes des parois fongiques. Les PRR sont soit sécrétés, soit à la membrane plasmique, soit dans les vésicules d’endocytose. La composante innée du système immunitaire est très développée dans le foie qui synthétise de nombreux PRR solubles, et qui comprend une très forte proportion de cellules phagocytaires, de lymphocytes NKT, NK et T-␥␦ (Fig. 2).

Foie et « pattern-recognation receptor » sécrétés Les cytokines pro-inflammatoires comme l’IL-6, le tumor necrosis factor alpha (TNF-␣) et l’interféron gamma (IFN-␥) stimulent la synthèse hépatocytaire des protéines plasmatiques de la phase aiguë. Ces dernières contribuent à former une première ligne de défense en permettant la reconnaissance immédiate de substances étrangères. Ces protéines fonctionnent comme des PRR solubles. Le foie assure ainsi la synthèse de plus de 80 % des PRR sécrétés et de certaines fractions du complément. Activées, les molécules du complément sont opsonisantes, cytotoxiques, immunomodulatrices ou chémotactiques. Les molécules du complément sont aussi impliquées dans la pathogénie de nombreuses maladies hépatiques, hépatites virales, alcooliques, lésions d’ischémie-reperfusion [10] . Plus précisément, le foie est le lieu de production [10, 11] : • des composés C3 et B de la voie alterne qui se déclenche après reconnaissance par la molécule C3b de surfaces bactériennes chargées négativement ; • de la collectine MBL, des protéines MASP1, MASP2 qui initient la voie des lectines du complément. Cette voie est déclenchée après reconnaissance par la protéine MBL d’un sucre bactérien, le mannose ; • des composés C1r, C1 s, C2, C4 de la voie classique ainsi que des protéines du complexe lytique terminal C5, C6, C7, C8, C9 et de régulation I, H, C1-INH. Ces dernières sont aussi synthétisées dans de nombreux tissus. Le foie est aussi la source majeure de certaines PRR solubles à activité opsonisante et activatrice du complément. C’est le cas pour les pentraxines comme la C reactive protein (CRP), formée de cinq sous-unités groupées autour d’un site de fixation du calcium, et qui se colle aux phospholipides membranaires microbiens. Elle fonctionne comme une opsonine et active aussi la voie classique du complément. Le foie est également un site majeur pour la synthèse [11] : • des transférases lipidiques comme la lipid binding protein (LBP) qui fixe le LPS pour le transporter vers des récepteurs toll-like receptor (TLR) ; EMC - Hépatologie

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d’histocompatibilité. Elle doit aussi exprimer des molécules d’adhésion pour initier la formation de la synapse immunologique, ainsi que des molécules de costimulation. Le foie contient différents types de cellules, précédemment revues, susceptibles de présenter des peptides antigéniques. Mais toutes ces cellules ont-elles la même efficacité à recruter des lymphocytes T naïfs pour initier une réponse adaptative ? De plus, la présentation et l’initiation de la réponse se déroulent-t-elle dans le foie ou dans les ganglions locorégionaux ? Cellules capables d’assurer une présentation efficace aux lymphocytes T dans le foie Outre les cellules dendritiques, il est possible que les cellules de Kupffer, les cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques, les cellules stellaires attrapent des antigènes circulants et les présentent aux lymphocytes T naïfs circulants ou résidents dans les agrégats des espaces portes. Mais l’activation de ces cellules conduit à un état tolérogène. Cependant, l’activation des TLR-3,9 des cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques par du matériel génétique de micro-organisme entraîne des hépatites médiées par des lymphocytes T-CD8+ . Les cellules stellaires peuvent présenter des peptides sur les molécules du CMH de classes I et II, ainsi que des lipides sur des molécules CD1d [24] . Leur activation semble plutôt conduire là aussi à un état tolérogène. Cependant, en réponse à une infection bactérienne, elles initient une réponse T efficace [25] . Enfin, rappelons la possibilité des hépatocytes à agir comme de vraies cellules présentatrices. Les hépatocytes peuvent activer directement, en l’absence d’inflammation, des lymphocytes TCD8+ naïfs, ce qui suppose un contact direct entre les hépatocytes et ces lymphocytes [26] . Des images de microscopie électronique indiquent de possibles interactions à travers les pores des cellules endothéliales, entre les microvillosités des hépatocytes et des prolongements cytoplasmiques des lymphocytes T-CD8+ naïfs circulant dans les sinusoïdes [27, 28] . Mais le recrutement des lymphocytes T n’aboutit pas, là non plus, à une réaction efficace. Les mécanismes rendant compte de ces réactions tolérogènes sont envisagés par la suite. Au total, il semble que les cellules dendritiques soient les plus efficientes pour recruter les lymphocytes T. Se pose aussi le problème de la cross presentation, c’est-à-dire, pour une cellule présentatrice, de recruter des lymphocytes T-CD8+ à partir d’antigènes phagocytés. Si la cellule présentatrice n’est pas ellemême infectée, il lui est impossible de présenter et de déclencher la différenciation lymphocytaire, à moins d’un phénomène de cross presentation. Ainsi, un hépatocyte infecté, ou même une cellule de Kupffer infectée peuvent être phagocytés par une cellule dendritique qui apprête l’antigène internalisé et le dirige vers ses propres molécules de classe I d’histocompatibilité pour être présenté [1, 3] . La cellule phagocytant l’antigène n’est cependant pas qu’un simple donneur de protéines. Elle influe directement sur la nature et qualité du peptide qui est présenté par la cellule présentatrice. Les cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques sont aussi capables de cross presentation. Possibilité d’une présentation dans les ganglions locorégionaux Les cellules dendritiques présentes dans les espaces portes peuvent attraper un pathogène à tropisme hépatique et présenter in situ l’antigène processé afin d’activer les lymphocytes T naïfs, ou bien se rendre dans les ganglions lymphatiques locorégionaux pour recruter un clone lymphocytaire. Activés, ces lymphocytes pénètrent le tissu hépatique et exercent leurs fonctions. De nombreux arguments expérimentaux laissent supposer que le foie est un organe lymphoïde secondaire où peut se dérouler l’activation initiale des lymphocytes T [3] . Cependant, l’activation de T-CD8+ naïfs dans le foie ou dans les ganglions locorégionaux conduirait à des fonctions effectrices différentes. L’activation in situ apparaît tolérogène, au contraire de l’initiation intraganglionnaire de la réponse [29] . Des expériences de transferts adoptifs laissent cependant supposer que la prolifération de cellules T-CD8+ prend place dans le foie et non dans les ganglions lymphatiques [1] . EMC - Hépatologie

Réponse T Rappelons que le rapport hépatique CD4+ /CD8+ est l’inverse du rapport sanguin. Les lymphocytes T-CD8+ semblent préférentiellement retenus dans le foie, au contraire des cellules T-CD4+ [30] . Cette localisation passe par l’expression sur les cellules endothéliales des intégrines inter-cellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) et vascular cell adhesion molecule 1 (VCAM-1) [31] . Les mécanismes effecteurs des lymphocytes T-CD8+ sont donc prépondérants. Il s’agit de la production de cytokines comme l’IFN-␥ ou le TNF-␣, mais surtout de cytotoxicité. Cependant, c’est un état tolérogène qui s’installe, plus qu’une réaction immunitaire. Les cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques en situation infectieuse sont, elles, aptes à activer les cellules T-CD8+ et à permettre leur survie, même en l’absence de cellules T-CD4+ [32, 33] .

Réponse B Le petit nombre de lymphocytes B dans le foie rend difficile leur isolement et l’étude de leur clonalité. Il existe des follicules lymphoïdes dans les espaces portes avec une structure histologique ressemblant à un centre germinatif entouré par des cellules dendritiques folliculaires et, en périphérie, des lymphocytes T-CD4+ et CD8+ . La distribution des lymphocytes B avec IgM, IgD et IgG de membrane est celle rencontrée dans les ganglions lymphatiques. Enfin, l’étude du réarrangement des gènes codant pour la chaîne lourde des immunoglobulines démontre le plus souvent une monoclonalité ou une oligoclonalité des lymphocytes B stimulés. Il semble que ces follicules B intrahépatiques soient similaires histologiquement et fonctionnellement à ceux des ganglions lymphatiques [1, 34, 35] .

 Phénomène de tolérance hépatique Une expérience menée en 1969 montre qu’une greffe de rein allogénique entre deux porcs est rejetée, alors qu’une greffe de foie est généralement acceptée. En outre, une discordance entre antigènes human leucocyte antigen (HLA) du donneur et du receveur n’affecte pas significativement le devenir du greffon hépatique, contrairement au greffon rénal. Enfin, la greffe simultanée d’un rein et d’un foie du même donneur améliore la survie du greffon rénal comparée à la greffe d’un seul rein. Le foie aurait donc la possibilité d’atténuer la réponse immune. En outre, par la circulation porte, le foie est en permanence exposé aux antigènes alimentaires et microbiens du tube digestif, à des produits du « non-soi » qui devraient donc activer le système immunitaire. Or, l’administration orale d’antigènes entraîne une tolérance systémique à leur encontre. Ce processus est appelé tolérance orale. L’induction de la tolérance hépatique dépend d’un enchevêtrement de mécanismes complexes encore imparfaitement élucidés. Quatre dispositifs semblent essentiels : • les différents types de cellules présentatrices originales amenant à déclencher une réaction tolérogène, voire une apoptose ; • la position anatomique du foie et son exposition continue à des produits microbiens responsables d’une ambiance en cytokines immunosuppressives ; • la possibilité d’induire des lymphocytes Treg ; • la possibilité qu’ont les cellules endothéliales de séquestrer des lymphocytes T-CD8+ activés (Fig. 9) [3] .

Différentes cellules présentatrices déclenchent une réaction tolérogène Les cellules présentatrices résidentes dans le foie possèdent des propriétés remarquables. Elles peuvent exprimer sur leur membrane plasmique la molécule programmed cell death 1-ligand (PDL1), qui délivre un signal inhibiteur dans la synapse immunologique. Les molécules PD-L1 et PD-L2 sont exposées sur les cellules professionnelles de la présentation. PD-L1 est aussi inductible sur les cellules parenchymateuses par les infections virales, les IFN de type 1 et 2, ainsi que par l’IL-10, cytokine dominante du foie [36, 37] .

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Ainsi, l’activation des lymphocytes T-CD4+ par les cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques ne conduit pas à une différenciation vers le phénotype Th1, mais plutôt à un phénotype proche de Th0 avec production d’IFN-␥, d’IL4 et IL-10 [38] . Activées, les cellules endothéliales produisent aussi de l’IL-10. L’action de cette dernière se traduit entre autres par une diminution des capacités de présentation, avec diminution de l’expression des molécules d’histocompatibilité de classe II, CD80, CD86, avec, au final, une anergie des cellules T-CD4+ [3, 39] . Les cellules endothéliales peuvent aussi recruter des lymphocytes T-CD8+ par leurs molécules de classe I du CMH. Mais leur cytotoxicité se révèle faible [40] . Enfin, l’activation des lymphocytes T-CD8+ par cross presentation aboutit là aussi à une tolérance. Cette tolérance dépend de l’expression de la molécule PD-L1 que ces cellules endothéliales expriment de fac¸on constitutive [3] . Des cellules endothéliales murines des sinusoïdes hépatiques déficientes en PD-L1 ne peuvent entraîner une tolérance des lymphocytes TCD8+ [41] . Les cellules de Kupffer présentent aussi des propriétés particulières pour des cellules présentatrices. In vitro, leur capacité de présentation et d’activation de cellules T-CD4+ est moindre que celle des macrophages de la rate ou de la moelle osseuse [42] . Elles peuvent relarguer des cytokines pro-inflammatoires comme les IL-1, IL-6 et TNF-␣ qui contribuent à favoriser un infiltrat de polynucléaires, mais aussi peuvent entraîner l’apoptose dans certaines conditions. De faibles taux de TNF entraînent une résistance des hépatocytes à l’apoptose, probablement sous l’effet d’une stimulation continue par les endotoxines bactériennes. Mais la phase d’activation est suivie d’une production d’IL-10 qui diminue la production des autres cytokines et module la fonction des autres cellules immunocompétentes dans le foie [43, 44] . Enfin, l’activation des cellules de Kupffer inhibe l’activation des lymphocytes T par les cellules dendritiques [45] . Elles expriment aussi de fac¸on constitutive la molécule PD-L1 [44] . Les cellules stellaires, lieu de stockage de la vitamine A, répondent à un stimulus inflammatoire (en particulier le TGF-␤ des cellules de Kupffer) par la synthèse de TGF-␤ à effet antiinflammatoire et profibrosant [46] . Ce TGF-␤ et l’acide rétinoïque aident à la différenciation des lymphocytes T-CD4+ en Treg. Enfin, activées, les cellules stellaires expriment la molécule inhibitrice de la synapse, PD-L1 [47, 48] . La possibilité de ces cellules stellaires d’induire l’apoptose des cellules T activées est rapportée [49] . Les hépatocytes, comme déjà évoqué, expriment les molécules d’histocompatibilité de classe I, et en situation inflammatoire, les molécules de classe II et les molécules de costimulation. La stimulation des lymphocytes T-CD4+ par les hépatocytes, directement à travers les pores des cellules endothéliales, est cependant insuffisante pour aboutir à une hépatite dans un modèle expérimental de souris transgénique [50] . Quant au recrutement des cellules CD8+ , il aboutit à des cellules non cytotoxiques, l’activation n’est pas suivie d’une prolifération en l’absence d’IL-2 produite par les T-CD4+ . Là aussi, le rôle de la molécule PD-L1, exprimée en réponse à une stimulation, contribue à l’effet tolérogène [51] . Les résultats d’une étude sont cependant contradictoires ou les lymphocytes T-CD8+ générés sont parfaitement fonctionnels [52] . Enfin, en situation non inflammatoire, l’activation de lymphocytes T-CD8+ naïfs par les hépatocytes en l’absence de molécules de costimulation aboutit à l’expression des protéines proapoptotiques Bim et caspase 3 avec, pour conséquence, l’apoptose lymphocytaire [53] . Enfin, les cellules dendritiques apparaissent moins immunostimulantes dans le foie que dans la rate. Dans le foie normal, les cellules dendritiques sont immatures, avec des capacités de phagocytose maximales et des capacités de présentation réduites, les taux d’expression des molécules du CMH et des molécules de costimulation sont faibles [54] . Dans le tissu hépatique, elles stimulent faiblement les lymphocytes, et entraînent plutôt l’anergie ou la tolérance de cellules T alloréactives. Elles ont surtout une fonction tolérogène [51] . Les cellules dendritiques dans le foie sont surtout de type lymphoïde et sont une source majeure d’IFN␣. Mais elles peuvent aussi produire des IL-10 et IL-12. Les cellules dendritiques d’origine myéloïde produisent aussi de l’IL10 [3] . Au final, activées, plutôt que de produire des cytokines EMC - Hépatologie

de type Th1, elles produisent de l’IL-10 activant la voie Th2 où les lymphocytes différenciés synthétisent aussi de l’IL-10. Ces cellules dendritiques semblent aussi recruter des lymphocytes Treg [51] . Au final, il ressort un rôle majeur de l’IL-10 dans l’induction des mécanismes de tolérance hépatique, IL-10 produite en réponse à un stimulus normalement pro-inflammatoire.

Synthèse de cytokines immunosuppressives Les trois quarts du sang qui circule dans les sinusoïdes hépatiques proviennent du système porte digestif et véhiculent en permanence des produits de bactéries commensales du tube digestif, dont le LPS, qui est épuré de la circulation par des récepteurs scavenger. Normalement indétectable dans la circulation systémique, le LPS est présent à des concentrations atteignant 1,0 ng/ml dans le sang veineux portal [55] . Le LPS se lie aussi au récepteur TLR-4 des cellules présentatrices, active deux voies de signalisation cellulaire dont l’une converge vers l’activation du facteur de transcription NF-␬B (Fig. 5). La stimulation de cette voie aboutit, ailleurs que dans le foie, à la maturation des cellules présentatrices et à la synthèse de cytokines déclenchant l’inflammation. Cependant, dans le foie, il y a une activation continue du récepteur TLR-4 par le flot permanent du LPS qui arrive des bactéries commensales du tube digestif. Le foie se doit donc de répondre différemment des autres tissus à un événement qui est routinier et non exceptionnel, sinon le foie serait dans un état inflammatoire perpétuel. Le foie répond de plus aux antigènes administrés par voie orale par une tolérance systémique. Ces antigènes du « non-soi » n’initient pas de réponse immunitaire. Cette tolérance orale dépend de la connexion entre intestin et foie par la veine porte. Une dérivation du flux sanguin de la veine porte vers la veine cave abolit ce phénomène de tolérance orale [56] . Des données expérimentales suggèrent une implication forte des cellules de Kupffer dans l’induction de cette tolérance portale. La déplétion ou l’inactivation des cellules de Kupffer préviennent l’apparition de la tolérance. En fait, la réponse au LPS des cellules de Kupffer via TLR-4 est paradoxale : les cellules synthétisent d’abord des cytokines inflammatoires et, activées, elles produisent la cytokine immunosuppressive IL-10, comme conséquence de l’exposition continuelle au LPS. Le foie baigne en fait dans un bain de cette cytokine immunosuppressive, produite (comme déjà mentionné) par les cellules de Kupffer, les cellules dendritiques in situ, mais aussi par les cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques (Fig. 9). Au total, l’occupation en continu du récepteur TLR-4 et de son corécepteur CD14 n’aboutit pas dans le foie à une réponse inflammatoire, mais à la production d’IL-10. Crispe [3] propose que la balance des voies de signalisation cellulaires NF-kB/IRF3 soit perturbée par la stimulation continue des récepteurs TLR, NOD et par l’inactivation des récepteurs viraux comme TLR-3 et RIG-1 (Fig. 5). Il en découlerait une synthèse préférentielle d’IL-10.

Génération de lymphocytes Treg intrahépatiques Des lymphocytes Treg peuvent se différencier dans le foie à partir des lymphocytes naïfs CD4+ -Th0 et exercer un contrôle négatif sur la réponse T, essentiellement par la synthèse des molécules immuno-inhibitrices TGF-␤ et IL-10. L’IL-10 ainsi produite peut, en outre, venir renforcer l’ambiance immunosuppressive qui règne. Cette différenciation peut s’opérer sous l’effet du TGF-␤ et de l’acide rétinoïque produits par les cellules stellaires, mais aussi, après interaction des lymphocytes Th0, dans la synapse immunologique avec la molécule inhibitrice PD-L1 (Fig. 9). La participation de cellules Treg naturelles dans la conversion des lymphocytes T-CD4+ conventionnels en lymphocytes Treg induits est possible [51] .

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Séquestration possible des lymphocytes T circulants par le foie

Régulation de la réponse innée par les cholangiocytes

L’induction d’une tolérance hépatique peut aussi résulter d’une délétion périphérique des lymphocytes T activés. C’est ainsi que des lymphocytes T-CD8+ , spécifiquement dirigés contre le virus influenzae à tropisme uniquement pulmonaire, sont trouvés dans des foyers inflammatoires du foie avec des cellules de Kupffer [57] . La capture des lymphocytes T-CD8+ serait dépendante de molécules d’adhérence ICAM-1 et VCAM-1 sur les cellules endothéliales et exprimées par l’activation de TLR-4 sous l’effet du LPS (Fig. 9) [31, 58] . De plus, plusieurs données expérimentales suggèrent que l’activation intrahépatique des lymphocytes T conduit à leur apoptose [44] . La liaison de FAS sur les cellules de Kupffer à FAS-L sur les lymphocytes T-CD8+ activés pourrait entraîner la production de TNF-␣, impliqué dans l’apoptose des cellules T dans le foie. Mais les sources potentielles de cette cytokine sont nombreuses dans le tissu hépatique [59] .

La surface luminale des cellules biliaires est en permanence exposée aux PAMP, mais aucune réaction inflammatoire n’est engendrée. Cette absence de réponse, en particulier au LPS, est importante pour éviter toute activation intempestive du système immunitaire et ne pas entraîner de dommage tissulaire. Il existe en effet une régulation de l’expression des TLR qui permet de reconnaître des pathogènes invasifs, mais n’entraîne pas ou peu de réponse pour des ligands de micro-organismes commensaux. Une augmentation de la transcription de la kinase IL-1 receptorassociated kinase-M (IRAK-M), régulateur négatif de la voie de signalisation des TLR, est associée à une réponse faible ou à une non-réponse aux PAMP bactériens. En revanche, aucune tolérance aux ARN viraux ne semble exister, aucun virus n’étant normalement présent dans la bile [62] . Enfin, l’implication de micro-ARN (miRNA) dans la régulation de l’expression des TLR des cholangiocytes est rapportée [63] .

 Immunologie des cholangiocytes Les cellules biliaires comptent pour 1-2 % des cellules hépatiques (Fig. 2). La bile est un liquide normalement stérile, mais des molécules bactériennes comme le LPS, l’acide lipotéchoïque, des fragments d’ADN bactériens ou viraux sont détectables en l’absence de pathologie. La surface luminale des cellules biliaires est donc continuellement et physiologiquement, là aussi, en contact avec des composés bactériens. Les cholangiocytes se doivent donc de former une barrière épithéliale étanche pour éviter toute invasion bactérienne et pour pouvoir lutter par des mécanismes de l’immunité naturelle présents en permanence et immédiatement efficaces.

Immunité innée et cholangiocytes Au contraire de nombreux types de cellules épithéliales, les cholangiocytes possèdent l’ensemble des ARNm codant pour les dix TLR et expriment indiscutablement au moins les TLR-1, TLR-2, TLR-3, TLR-4 et TLR-5. Ils expriment aussi les récepteurs NOD et RIG-1. Leur stimulation par des PAMP conduit à la production de chémokines, cytokines pro-inflammatoires, peptides antibactériens ainsi qu’à l’activation de voies de signalisation impliquées dans la maintenance de l’intégrité de la barrière épithéliale [60] . En particulier, les cholangiocytes activés synthétisent de l’IL-8, facteur chémotactique des neutrophiles, basophiles, et de souspopulations lymphocytaires T, mais aussi facteur d’activation des neutrophiles pour la production de leukotriènes, de défensines et de dérivés actifs de l’oxygène [61] . Les cellules épithéliales biliaires produisent aussi des ␤défensines, petits peptides antimicrobiens s’insérant dans la membrane des micro-organismes pour la désorganiser. La défensine hBD-1 est exprimée de fac¸on constitutive par les cholangiocytes, et détectable dans la bile, alors que la synthèse de la protéine hBD-2 est produite en réponse à une infection. En situation inflammatoire, en particulier après stimulation des TLR-3, TLR-7, une protéine Mx de la famille des guanosines triphosphatases dynamin like est exprimée par les cellules épithéliales biliaires et reconnaît les nucléocapsides virales pour modifier leur localisation intracellulaire [60, 61] . Enfin, les cholangiocytes sont capables de transcytose, transport des IgA sécrétoires par voie intravésiculaire, du pôle antiluminal vers la lumière du canal biliaire. Ces IgA peuvent être des IgA naturelles qui forment une première ligne de défense. Elles sont non spécifiques d’un pathogène en particulier, mais polyspécifiques, capables de liaisons à de nombreuses bactéries intestinales si elles venaient à être présentes dans la bile [60] .

Immunité adaptative et cholangiocytes Les cellules épithéliales biliaires expriment les molécules d’histocompatibilité des classes I et II, expression considérablement accrue sous l’effet des IL-1, TNF-␣ et IFN-␥, pouvant provenir d’autres cellules du parenchyme hépatique.

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 Conclusion Le foie est un vaste organe métabolique, mais aussi un organe lymphoïde original, recevant du sang veineux portal du tube digestif et du sang artériel, avec un débit de 1,5 l/min. Parcouru 360 fois par jour par la totalité du volume sanguin d’un adulte, le foie est continuellement exposé à des signaux du danger : toxines et composants bactériens comme le LPS, cellules tumorales, cellules infectées par des virus. Il est très riche en lymphocytes NK, NKT, T␥␦, capables de reconnaître immédiatement et hors du contexte des molécules d’histocompatibilité, de nombreuses structures moléculaires bactériennes ou virales, ou d’être activés directement par des cellules transformées. Les produits du tube digestif sont épurés par des cellules aux capacités macrophagiques importantes, comme les cellules de Kupffer et les cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques. La composante innée de la réaction immunitaire y est donc très développée et de nombreuses cellules possèdent les propriétés des cellules présentatrices, dont les cellules stellaires, les cellules endothéliales des sinusoïdes hépatiques et les hépatocytes. Mais l’activation continue sur ces cellules de récepteurs de l’immunité naturelle, comme les TLR, conduit à la synthèse de cytokines immunosuppressives, en particulier l’IL-10, et à l’expression du ligand inhibiteur PD-L1 de la synapse immunologique. L’activation des lymphocytes T dans cet environnement conduit à développer une tolérance. En contrepartie, des pathogènes comme le virus de l’hépatite C et des parasites comme Plasmodium exploitent cet environnement tolérogène pour établir une infection chronique.

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E. Ballot ([email protected]sat.aphp.fr). Laboratoire d’immunologie, Hôpital Saint-Antoine, AP-HP, 184, rue du Faubourg-Saint-Antoine, 75012 Paris, France. Inserm U785, Hôpital Paul-Brousse, 12-14, avenue Paul-Vaillant-Couturier, 94804 Villejuif, France. E. Beleoken. Inserm U785, Hôpital Paul-Brousse, 12-14, avenue Paul-Vaillant-Couturier, 94804 Villejuif, France. Université Paris-Sud, Faculté de Médecine, 91400 Orsay, France. M.Z. Mustafa. Inserm U785, Hôpital Paul-Brousse, 12-14, avenue Paul-Vaillant-Couturier, 94804 Villejuif, France. Université Paris-Sud, Faculté de Médecine, 91400 Orsay, France. Center for Advanced Studies in Vaccinology and Biotechnology, University of Balochistan, Quetta, Pakistan. C. Johanet. Laboratoire d’immunologie, Hôpital Saint-Antoine, AP-HP, 184, rue du Faubourg-Saint-Antoine, 75012 Paris, France. Inserm U785, Hôpital Paul-Brousse, 12-14, avenue Paul-Vaillant-Couturier, 94804 Villejuif, France. UPMC Université Paris VI, 4, place Jussieu, 75005 Paris, France. J.-C. Duclos-Vallée. Inserm U785, Hôpital Paul-Brousse, 12-14, avenue Paul-Vaillant-Couturier, 94804 Villejuif, France. Université Paris-Sud, Faculté de Médecine, 91400 Orsay, France. Centre hépatobiliaire, Hôpital Paul-Brousse, 12-14, avenue Paul-Vaillant-Couturier, 94804 Villejuif, France. Toute référence à cet article doit porter la mention : Ballot E, Beleoken E, Mustafa MZ, Johanet C, Duclos-Vallée J-C. Relations entre foie et immunité. EMC - Hépatologie 2012;7(3):1-14 [Article 7-006-A-10].

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EMC - Hépatologie

¶ 7-006-B-10

Sécrétion biliaire N. Chignard, O. Chazouillères, C. Housset La sécrétion biliaire conditionne l’absorption intestinale des lipides alimentaires, assure l’homéostasie du cholestérol et constitue la voie d’élimination de différents produits de dégradation de l’organisme. La bile est élaborée initialement par les hépatocytes, puis modifiée par les activités de sécrétion et de réabsorption des cellules épithéliales biliaires. Le principal déterminant de la sécrétion biliaire est la filtration osmotique qui résulte du transport actif des acides biliaires, stéroïdes synthétisés dans l’hépatocyte à partir du cholestérol. L’expression des transporteurs membranaires assurant la formation de la bile est régulée par des mécanismes transcriptionnels sous le contrôle de récepteurs nucléaires activés par les acides biliaires. Les maladies biliaires monogéniques dénombrées au cours des dernières années illustrent le rôle crucial des transporteurs membranaires dans la fonction biliaire. Le traitement médical des maladies biliaires, que celles-ci soient héréditaires ou acquises, repose sur l’administration de l’acide ursodésoxycholique. Les progrès récents dans la compréhension des mécanismes de la sécrétion biliaire et de l’adaptation à la cholestase débouchent sur de nouvelles perspectives thérapeutiques ciblant en particulier les récepteurs nucléaires. © 2006 Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Mots clés : Cholestase ; Génétique ; Acides biliaires ; Cholestérol ; Récepteurs nucléaires

■ Introduction

Plan ¶ Introduction

1

¶ Anatomie des voies biliaires

1

¶ Synthèse et cycle entérohépatique des acides biliaires Synthèse des acides biliaires Cycle entérohépatique des acides biliaires Transport hépatocytaire des acides biliaires Absorption intestinale des acides biliaires

2 2 3 3 4

¶ Sécrétion biliaire et autres systèmes de transport canaliculaire

4

¶ Régulation des mécanismes de sécrétion biliaire par les acides biliaires 5 Régulation de la cytochrome 7a-hydroxylase (CYP7A) 5 Régulation des transporteurs d’acides biliaires 5 ¶ Contribution de l’épithélium biliaire à la formation de la bile Activités de transport hydroélectrolytique Sécrétion de mucines Transport et effet régulateur des acides biliaires

5 5 6 6

¶ Maladies cholestatiques dues aux altérations des transporteurs hépatobiliaires 6 Cholestases intrahépatiques familiales progressives 6 Cholestases intrahépatiques acquises 7 ¶ Effet thérapeutique de l’acide ursodésoxycholique Spectre d’action Mécanismes d’action

8 8 8

¶ Conclusions et perspectives

8

Hépatologie

Formée et sécrétée par le foie, la bile a pour principale fonction d’assurer l’absorption intestinale des lipides (triglycérides et cholestérol). Après digestion des lipides par la lipase pancréatique, les métabolites lipidiques sont intégrés avec les acides biliaires à des micelles mixtes. Les micelles mixtes fusionnent avec les microvillosités de la surface entérocytaire, et favorisent la diffusion des lipides dans l’entérocyte. [1] La solubilisation des graisses alimentaires par les micelles mixtes permet d’augmenter, par un facteur 100, leur absorption intestinale. [2] La sécrétion biliaire contribue ainsi à l’homéostasie du cholestérol mais constitue également la voie d’élimination d’un grand nombre de constituants endogènes et exogènes potentiellement toxiques pour l’organisme.

■ Anatomie des voies biliaires La bile est initialement formée dans les canalicules biliaires, qui sont délimités par la membrane plasmique de plusieurs hépatocytes voisins. La zone de jonction entre le dernier hépatocyte et les premières cellules épithéliales biliaires constitue le canal de Hering, auquel succèdent différents canaux dont le diamètre augmente le long des voies biliaires [3] (Fig. 1). Les ductules, auxquels aboutissent les canaux de Hering, sont constitués de cellules épithéliales biliaires cubiques et sont entourés d’une membrane basale. Situés en dehors de l’espace porte, et sans vaisseau d’accompagnement, les ductules drainent la bile vers les canaux biliaires interlobulaires des espaces portes. Issus de la confluence des canaux interlobulaires, les canaux septaux sont constitués de cellules épithéliales biliaires cylindriques et sont entourés d’une membrane basale et d’un tissu conjonctif contenant des fibres élastiques. Les canaux d’ordre supérieur sont les canaux segmentaires puis les canaux hépatiques droit et gauche. La voie biliaire principale porte le nom de

1

7-006-B-10 ¶ Sécrétion biliaire

Canalicules

Canaux

Bilirubine 0,2 g/l

Électrolytes 9 g/l

Acides biliaires 12 g/l

1 2 3 4 5

Protéines 2 g/l Cholestérol Phospholipides 1 g/l 5 g/l

6 LCA (1 %) 10 9 8 7

OH

DCA (25 %) OH

CA (35 %) OH

COOH

COOH OH

OH

Figure 1. Anatomie des voies biliaires. 1. Hering/ductules ; 2. interlobulaires ; 3. septaux ; 4. hépatiques segmentaires ; 5. hépatiques droit et gauche ; 6. hépatique commun ; 7. sphincter d’Oddi ; 8. cholédoque ; 9. canal cystique ; 10. vésicule biliaire.

COOH

Divers

OH

COOH OH OH

CDCA (35 %)

canal hépatique commun, au-dessus de l’abouchement du canal cystique et, au-dessous de celui-ci, celui de cholédoque. La voie biliaire principale est constituée d’une muqueuse dont les cellules épithéliales sont cylindriques, et d’un chorion sousjacent qui comporte quelques glandes séreuses et muqueuses, ainsi qu’une tunique conjonctivomusculaire. La voie biliaire accessoire est constituée du canal cystique et de la vésicule biliaire. Le canal cystique relie la lumière de la vésicule biliaire à celle de la voie biliaire principale. La vésicule biliaire stocke et concentre la bile entre les repas. Au moment des repas, elle se contracte sous l’action de la cholécystokinine (CCK), ce qui entraîne la chasse d’une bile concentrée dans l’intestin. Dans les canaux biliaires et la vésicule biliaire, le volume et la composition de la bile sont régulés par les activités d’absorption et de sécrétion de l’épithélium biliaire.

■ Synthèse et cycle entérohépatique des acides biliaires Synthèse des acides biliaires Stéroïdes endogènes synthétisés dans les hépatocytes à partir du cholestérol, les acides biliaires sont les principaux constituants de la bile (Fig. 2). Le catabolisme du cholestérol en acides biliaires a lieu chez l’homme par l’intermédiaire de deux voies de biosynthèse appelées voie classique ou neutre et voie alterne ou acide (Fig. 3). La première étape enzymatique de chacune de ces deux voies est catalysée de façon respective par la cholestérol 7a-hydroxylase (CYP7A) et par la stérol 27-hydroxylase (CYP27). Les acides biliaires synthétisés dans l’hépatocyte par l’une de ces deux voies sont les acides biliaires primaires, acide cholique et acide chénodésoxycholique. Dans l’intestin, les acides biliaires primaires sont transformés sous l’action d’une 7a-déhydroxylase bactérienne intestinale en acides biliaires secondaires, acide désoxycholique et acide lithocholique. Certains acides biliaires sont également transformés par modification de leur conformation. L’acide ursodésoxycholique, en particulier, qui est présent à l’état de trace dans l’organisme, n’est autre que l’épimère 7b de l’acide chénodésoxycholique, ce qui lui confère un caractère plus hydrophile. La CYP7A est l’enzyme limitante de la voie classique. Localisée dans le réticulum endoplasmique et active sous forme phosphorylée, elle catalyse la transformation du cholestérol en 7a-hydroxycholestérol. Le 7a-hydroxycholestérol est ensuite

2

Non conjugués (0,2 %) Tauroconjugués (24,8 %)

Glycoconjugués (75 %)

Figure 2.

Composition de la bile.

transformé dans le réticulum endoplasmique en 3oxo,7ahydroxy-4-cholestène par l’intermédiaire de la 3b-hydroxy-D5C27-stéroïde oxydoréductase (SO). Le produit de cette réaction est le substrat de deux enzymes différentes, la stérol 12ahydroxylase (CYP8B) ou la D4-3oxostéroïde-5b-réductase (OR), aboutissant de façon respective, après cascade enzymatique, à la synthèse d’acide cholique et d’acide chénodésoxycholique (Fig. 3). La CYP8B, qui est localisée dans le réticulum endoplasmique des hépatocytes, détermine la proportion d’acide cholique synthétisé par le foie. L’acide cholique est un acide biliaire trihydroxylé dont le caractère hydrophile permet de diminuer la charge hydrophobe du pool d’acides biliaires. Les étapes terminales de la voie classique aboutissent au raccourcissement de la chaîne latérale du cholestérol et donnent naissance à une molécule à 24 atomes de carbone. La CYP27 intervient dans ces étapes finales pour permettre l’oxydation de la chaîne latérale. Les acides biliaires ainsi synthétisés vont être conjugués à des acides aminés ou à leurs dérivés (glycine ou taurine) par l’action de l’aminoacide N-acétyltransférase, avant leur sécrétion dans le canalicule biliaire. La voie alterne assure environ 9 % de la synthèse totale d’acides biliaires chez l’homme adulte. [4] Elle est initiée par l’hydroxylation de la chaîne latérale du cholestérol par la CYP27. La CYP27 intervient à plusieurs reprises dans la voie alterne, d’abord en transformant le cholestérol en 27-hydroxycholestérol, puis dans des étapes intermédiaires. L’oxystérol 7a-hydroxylase (CYP7B) catalyse ensuite la formation d’intermédiaires qui seront les substrats de la CYP8B et de SO. Comme dans la voie classique, l’activité de la CYP8B détermine la proportion d’acide cholique et d’acide chénodésoxycholique produits par la voie alterne. La proportion des principaux acides biliaires endogènes et de leurs formes conjuguées est représentée sur la Figure 2. Hépatologie

Sécrétion biliaire ¶ 7-006-B-10

Figure 3. Synthèse des acides biliaires chez l’homme. CYP27 : cholestérol 27a-hydroxylase ; CYP7A : cholestérol 7a-hydroxylase ; CYP7B : oxystérol 7a-hydroxylase ; SO : 3bhydroxy-D5-C27-stéroïdeoxydoréductase ; CYP8B : stérol 12a-hydroxylase ; OR : D43oxostéroïde-5b-réductase.

Cycle entérohépatique des acides biliaires La biosynthèse des acides biliaires à partir du cholestérol est un phénomène continu, hautement régulé, mais qui ne participe que faiblement à la composition globale du pool des acides biliaires. En effet, la quantité d’acides biliaires sécrétée dans le duodénum au moment des repas est d’environ 5 mmol h–1, alors que la néosynthèse à partir du cholestérol ne représente qu’environ 0,02 mmol h–1. [2] Cette différence rend compte de l’existence d’une recirculation fréquente des acides biliaires (2 à 15 fois par 24 heures), ce qui réduit la néosynthèse d’acides biliaires (Fig. 4). Le métabolisme des acides biliaires est donc régi par un équilibre dynamique entre élimination fécale et réabsorption iléale.

Transport hépatocytaire des acides biliaires Les acides biliaires, qui transitent dans le système porte, sont en grande majorité liés à l’albumine plasmatique (pour 80 à 99 % d’entre eux). Les acides biliaires sont captés avec une affinité élevée par l’hépatocyte, puisque 60 à 90 % des acides biliaires disparaissent de la circulation portale au premier passage hépatique. La captation des acides biliaires par les hépatocytes est médiée par deux systèmes de transport. L’un Hépatologie

d’eux, saturable et électrogénique, résulte de l’activité du transporteur « Na+/taurocholate cotransporting polypeptide » (NTCP ou SLC10A1). NTCP transporte les acides biliaires avec une forte affinité par un mécanisme dépendant du sodium. [5] C’est un transporteur quasi exclusif des acides biliaires, que ceux-ci soient sous forme conjuguée ou non conjuguée. Son rôle dans la captation hépatocytaire des acides biliaires est prédominant. L’autre système de transport, indépendant du sodium, est constitué de protéines « organic anion transporting polypeptide » (OATP). Les protéines OATP transportent un large spectre de molécules, parmi lesquelles les acides biliaires, mais aussi de nombreux autres anions organiques, des cations organiques, ainsi que des molécules non chargées. [6] L’ensemble des membres de la famille OATP est exprimé dans le foie humain adulte, [7] et seule l’expression d’OATP-C est spécifique du foie. OATP-C ou « liver-specific organic anion transporter » (LST-1 ou SLCO1B1) est le principal transporteur de la famille OATP intervenant dans la captation sinusoïdale des acides biliaires indépendante du sodium. [8, 9] La diffusion des acides biliaires sous forme libre dans l’hépatocyte est difficilement compatible avec le caractère cytotoxique des acides biliaires. Le trafic intrahépatocytaire des acides biliaires est donc probablement pris en charge par des protéines

3

7-006-B-10 ¶ Sécrétion biliaire

C Hépatocyte patocyte Na+ NTCP

me porte Systè

AB

LST-1

AB

MRP3

MDR3 PL MRP2 Bilirubine AB BSEP 5 C G C AB G8 ABC C

AB AB C

AB

AB Absorption du cholestérol

Figure 4. Cycle entérohépatique des acides biliaires. ASBT : apical sodium bile acid cotransporter ; BSEP : bile salt export pump ; MRP2 : multidrug resistance protein de type 2 ; IBABP : ileal bile acid binding protein ; LST-1 : liverspecific organic anion transporter ; MDR3 : multidrug resistance type 3 ; MRP3 : multidrug resistance protein de type 3; NTCP : Na+/taurocholate cotransporting polypeptide ; OATP : organic anion transporting polypeptide ; t-ASBT : truncated-apical sodium bile acid cotransporter.

C

AB

Entérocyte rocyte Ent AB t-ASBT AB AB Acides biliaires

OATP MRP3

AB

ASBT

IBABT

AB Na+

AB

C Cholestérol PL Phospholipides

de liaison. Trois groupes de protéines de liaison ont été identifiés : les glutathion S-transférases (GST), les déshydrogénases et les protéines intracellulaires de liaison aux lipides. Les GST sont capables de lier les acides biliaires in vitro, mais leur contribution en physiologie est discutée. [10] L’inhibition de l’activité de certaines déshydrogénases diminue la sécrétion hépatique d’acides biliaires, ce qui suggère que leur activité est nécessaire au trafic intracellulaire des acides biliaires. [11] La protéine intracellulaire de liaison, qui pourrait médier le trafic intrahépatocytaire des acides biliaires, est la « liver fatty acid binding protein » (L-FABP). [10] Cette protéine est capable de lier les acides biliaires, avec une affinité croissante en fonction de leur caractère cytotoxique. [12] Les acides biliaires sont sécrétés au pôle canaliculaire des hépatocytes par une protéine « ATP binding cassette », la « bile salt export pump » (BSEP ou ABCB11). [13] Il existe une très bonne corrélation entre l’activité de transport d’acides biliaires de préparations de membranes plasmiques canaliculaires d’hépatocytes et celle de cellules transfectées avec BSEP, ce qui suggère que BSEP est le transporteur majeur d’acides biliaires au pôle canaliculaire des hépatocytes. BSEP transporte essentiellement les acides biliaires monoanioniques, mais il ne transporte pas les acides biliaires sulfonés ou glucuronidés. [14]

Absorption intestinale des acides biliaires La réabsorption des acides biliaires dans la lumière intestinale nécessite la présence d’un système de transport actif. En effet, plus de 90 % des acides biliaires de l’organisme sont conjugués à des acides aminés ou à leurs dérivés (glycine ou taurine), ce qui, pour des raisons d’encombrement, limite leur diffusion passive au travers des membranes biologiques. Dans le duodénum et le jéjunum, les acides biliaires sont réabsorbés avec une faible affinité. Le mécanisme de la réabsorption jéjunale des acides biliaires est assez mal connu. Il fait probablement appel à un système de symport avec le bicarbonate. [15] Les acides biliaires sont absorbés de façon majoritaire dans le tiers distal de l’iléon. La protéine « ileal Na+/bile acid cotransporter » (IBAT) ou « apical sodium bile acid cotransporter » (ASBT ou SLC10A2) responsable de la captation des acides biliaires par les entérocytes est une protéine apicale qui cotransporte les acides biliaires avec le sodium. [16] Une mutation d’ASBT a été mise en évidence chez des patients ayant un syndrome de malabsorption primaire des acides biliaires. [17] Cette maladie génétique récessive se manifeste par une diarrhée congénitale et une stéatorrhée dues à une interruption du cycle entérohépatique des acides biliaires.

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Après avoir été captés par ASBT dans les entérocytes de l’iléon, les acides biliaires conjugués sont pris en charge par une protéine qui s’associe à ASBT. [18] Cette protéine appelée « ileal bile acid binding protein » (IBABP) ou « ileal lipid binding protein » (ILBP ou FABP6) est la protéine majeure de liaison des acides biliaires dans le cytosol des entérocytes. La liaison des acides biliaires à IBABP assure de façon complémentaire (i) la protection de l’entérocyte vis-à-vis de la toxicité des acides biliaires, (ii) le transport transcellulaire des acides biliaires, avant qu’ils ne soient sécrétés dans la circulation portale. Les mécanismes de transport des acides biliaires au pôle basolatéral de l’entérocyte sont moins bien connus que les mécanismes de captation au pôle apical. L’implication de différents transporteurs, spécifiques ou non des acides biliaires, a été envisagée, comme celle d’un transporteur d’anions organiques indépendant du sodium. [19] L’expression des isoformes B, D et E d’OATP a été mise en évidence dans l’intestin humain. [7] Cependant, leur localisation subcellulaire et leur capacité à transporter des acides biliaires in vivo restent mal définies. La « multidrug resistance protein » de type 3 (MRP3 ou ABCC3) appartient à la famille des MRP, qui regroupe des protéines capables de limiter la cytotoxicité de diverses substances par leur activité de transport. MRP3 est un transporteur d’anions organiques exprimé dans l’intestin, [20] capable de transporter les acides biliaires sous forme libre ou sulfonée [21] et dont une localisation basolatérale a été rapportée dans l’intestin. [21] Une forme tronquée d’ASBT, t-ASBT, a été identifiée au pôle basolatéral des entérocytes. t-ASBT n’a pas la capacité de capter les acides biliaires, mais celle de les excréter. Son expression dans l’iléon est très supérieure à celle d’ASBT suggérant un rôle physiologique important. [22] L’implication de t-ASBT dans l’extrusion des acides biliaires au pôle basolatéral des entérocytes n’est cependant pas établie. Selon les derniers travaux, le transport basolatéral entérocytaire des acides biliaires pourrait être associé au transporteur héterodimérique de la famille des « organic solute transporters », Osta-Ostb. [23]

■ Sécrétion biliaire et autres systèmes de transport canaliculaire Outre le transporteur des acides biliaires BSEP, d’autres transporteurs de la famille ATP-binding cassette (ABC), assurent le transport des constituants biliaires au pôle canaliculaire des hépatocytes. La « multidrug resistance protein » de type 2 (MRP2), ABCC2, appelé initialement « canalicular multispecific organic Hépatologie

Sécrétion biliaire ¶ 7-006-B-10

anion transporter » (cMOAT), est un transporteur d’anions organiques, [24] également capable de transporter les acides biliaires sulfonés ou glucuronidés. [25] Le spectre des composés anioniques transportés par MRP2 est assez large puisqu’il comprend notamment la bilirubine, le glutathion et les conjugués au glutathion, la bromosulphophtaléine et les cystéinylleucotriènes. La « multi drug resistance protein » de type 3 (MDR3 ou ABCB4) assure le transport des phospholipides. Son rôle dans la sécrétion biliaire a été mis en évidence par l’étude de souris invalidées pour le gène Mdr2 (homologue murin de MDR3), dont la bile est totalement dépourvue de phospholipides. [26] Comme la sécrétion des acides biliaires n’est pas modifiée, leur cytotoxicité augmente car ils ne sont plus associés aux phospholipides sous forme de micelles mixtes. La suite de ces travaux a permis de montrer que MDR3/mdr2 est une translocase/flippase de phosphatidylcholine, dont l’activité est dépendante de l’ATP, et du Mg2+. [27] L’enrichissement du feuillet externe de la membrane plasmique en phospholipides favorise la formation de bourgeons, qui ensuite se détachent et forment des vésicules mixtes sous l’effet détergent des acides biliaires. [28] Le transport du cholestérol est assuré par le transporteur hétérodimérique ABCG5-ABCG8 (Fig. 4). Le transport des différents constituants biliaires au pôle canaliculaire des hépatocytes engendre un gradient osmotique responsable du flux biliaire. La fraction dépendant des acides biliaires résulte, par un processus de filtration osmotique, de la sécrétion des acides biliaires médiée de façon prédominante par BSEP. [29] Cette fraction rend compte de l’association linéaire qui existe entre le débit des acides biliaires et le flux biliaire. Le transport des composés anioniques engendre un gradient osmotique responsable de la fraction dite indépendante des acides biliaires.

■ Régulation des mécanismes de sécrétion biliaire par les acides biliaires Régulation de la cytochrome 7ahydroxylase (CYP7A) La transcription du gène de CYP7A est régulée négativement par les acides biliaires, qui contrôlent ainsi par l’intermédiaire d’un récepteur nucléaire spécifique leur propre synthèse. Différentes expériences in vitro ont montré que les acides biliaires à des concentrations physiologiques sont des ligands spécifiques du « farnesoid x-receptor » (FXR ou NR1H4). [30, 31] Une fois activé par les acides biliaires, FXR se lie à son partenaire hétérodimérique, le 9-cis retinoic receptor a (RXRa ou NR2B1), [32] puis se fixe sur des séquences géniques spécifiques. L’effet des acides biliaires sur la transcription du gène de CYP7A résulte, en fait, d’une action indirecte de FXR médiée par d’autres facteurs de transcription. FXR, lié aux acides biliaires et hétérodimérisé avec RXRa, se fixe sur des séquences spécifiques du promoteur du gène du « small heterodimer partner » (SHP ou NR0B2), ce qui active sa transcription. [33, 34] La répression du gène de CYP7A par SHP résulte ensuite d’un effet transrépresseur de SHP sur le facteur de transcription « liver receptor homolog-1 » (LRH-1 ou NR5A2). [34] LRH-1 est un facteur de transcription hépatospécifique, nécessaire à l’expression basale du gène de CYP7A. [35] Les acides biliaires par l’intermédiaire de FXR inhibent donc la transactivation du gène de CYP7A par LRH-1.

Régulation des transporteurs d’acides biliaires Dans différents modèles expérimentaux, on a pu montrer que lorsque la concentration plasmatique des acides biliaires augmentait, l’expression des transporteurs hépatocytaires basolatéraux (NTCP, OATP) diminuait. L’expression de BSEP et de MRP2 au pôle canaliculaire des hépatocytes est, quant à elle, maintenue, voire augmentée. [36] Ces modifications d’expression Hépatologie

ont pu être attribuées à une régulation transcriptionnelle par les acides biliaires via l’activation de FXR. Chez des souris soumises à un régime riche en acides biliaires, on observe une diminution de l’expression de NTCP et une augmentation de l’expression de BSEP, alors que chez des souris invalidées pour FXR soumises au même régime, l’expression des deux gènes n’est pas modifiée. [37] L’action des acides biliaires sur l’expression de NTCP a été attribuée à l’activation de SHP par FXR, [38] alors que le promoteur du gène de BSEP possède une séquence activatrice capable de lier directement FXR et son partenaire hétérodimérique RXRa. [39] La régulation inverse des transporteurs hépatocytaires permet de diminuer les effets cytotoxiques liés à l’accumulation intracellulaire des acides biliaires. Il a aussi été montré que chez des souris soumises à un régime riche en acides biliaires, les transcrits de Mdr2 étaient augmentés, ce qui se traduit par une augmentation de la sécrétion canaliculaire de phospholipides. [40] Les acides biliaires agissent sur la transcription du gène MDR3/mdr2 par un mécanisme indirect dépendant de la PKC. [41] L’expression de MDR3/mdr2 est aussi régulée de façon négative par le cholestérol et de façon positive par les inhibiteurs de la 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase (HMG-CoA). [42] D’autres mécanismes rendent compte de l’effet des acides biliaires sur leur transport. Le taurocholate, notamment via l’activation de la PI3K, augmente la quantité de BSEP, de mdr2, et de mrp2 à la membrane canaliculaire, en régulant le transport vésiculaire lié aux microtubules des transporteurs adénosine triphosphate (ATP)-dépendants. [43, 44] La régulation de MRP3 par les acides biliaires constitue un autre mécanisme de protection (Fig. 4). Dans le foie normal, alors que les transcrits de MRP3 sont abondants, la protéine, localisée au pôle basolatéral des hépatocytes, est peu abondante. Chez des patients atteints du syndrome Dubin-Johnson (dû à des mutations du gène codant MRP2) ou de syndrome cholestatique, la quantité de MRP3 membranaire est considérablement augmentée. [45] Chez le rat normal, l’expression de MRP3 est limitée aux hépatocytes de la région centrolobulaire, mais 14 jours après induction d’une cholestase par ligature de la voie biliaire principale, tous les hépatocytes du lobule expriment MRP3, tandis que l’expression de MRP2 est diminuée. [46, 47] Alors que l’hypothèse d’une régulation de l’absorption intestinale des acides biliaires par les acides biliaires a longtemps été débattue, il a été montré récemment que les acides biliaires par l’intermédiaire de FXR et de SHP inhibaient l’expression d’ASBT. [48] En revanche, une régulation positive d’IBABP par les acides biliaires a été mise en évidence in vitro. [49] Le promoteur du gène codant pour IBABP possède des séquences capables de lier l’hétérodimère FXR/RXRa. FXR, sous sa forme active, va ainsi augmenter la transcription du gène d’IBABP. [37, 50] L’augmentation de la transcription du gène d’IBABP par les acides biliaires permettrait de protéger les entérocytes contre la toxicité des acides biliaires libres.

■ Contribution de l’épithélium biliaire à la formation de la bile Une des fonctions de l’épithélium biliaire est de réguler le volume et la composition de la bile par des activités d’absorption et de sécrétion d’électrolytes et de protéines glycosylées de type mucine. La vésicule biliaire permet de concentrer la bile primaire, sécrétée par les hépatocytes, jusqu’à un facteur six en période interprandiale. [2] La bile, ainsi stockée et concentrée, sera chassée dans le duodénum au moment des repas pour faciliter l’absorption des graisses alimentaires.

Activités de transport hydroélectrolytique L’épithélium des canaux biliaires et de la vésicule biliaire est le siège d’un transport hydroélectrolytique bidirectionnel. En période interprandiale, la bile est concentrée par l’absorption d’eau et d’électrolytes. Au moment des repas, l’action d’hormones (sécrétine) ou de neuropeptides (vasoactive intestinal peptide) provoque une inversion du flux hydrique et l’absorption fait place à une sécrétion hydroélectrolytique. Il existe, au pôle

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7-006-B-10 ¶ Sécrétion biliaire

AQP1

AQP1

H2O

Cl-

AE2

HCO3-

Adénylate cyclase

K+ Na+

NHE3

Cl-

AMPc +

Na+

HCO3+

ATP

Hormone Neuropeptide

H+

Na+

PKA K+

AQP1 Apical A

AE2

+ +

Na+

H2O

CFTR ClNHE3

H+

AQP1 Apical B

Figure 5. Mécanismes d’absorption et de sécrétion hydroélectrolytiques par l’épithélium biliaire. A. L’absorption des ions Na+ et Cl– au pôle apical par les échangeurs Na+/H+ (NHE3) et HCO3–/Cl– (AE2) entraîne l’absorption d’eau par l’intermédiaire des aquaporines, en particulier l’aquaporine 1 (AQP1), ce qui permet de concentrer la bile. B. L’augmentation du taux d’AMPc intracellulaire, stimulée par les hormones et les neuropeptides gastro-intestinaux, inhibe l’échangeur Na+/H+ (NHE3) et active le canal Cl– CFTR. La sécrétion de Cl– constitue une force d’entraînement qui permet la sécrétion d’eau.

apical des cellules épithéliales biliaires, un échangeur Cl – / HCO3– électroneutre (AE2 ou SLC4A2) qui permet l’influx de Cl– et l’efflux d’HCO3–. [51] En période interprandiale, l’activité d’AE2 est couplée à celle de l’échangeur Na+/H+ (NHE3 ou SLC9A3). Ce transporteur apical facilite la sortie d’H + . [52] L’efflux électroneutre d’H + existe grâce au maintien d’un gradient électrochimique de Na+ par une pompe ATPase-Na+/K+ basolatérale. [53] L’entrée couplée de sodium et de chlore entraîne une absorption d’eau, selon le gradient osmotique local généré par le transport de NaCl (Fig. 5A). Au moment des repas, les cellules épithéliales biliaires sont soumises à l’action de peptides gastro-intestinaux (VIP) ou d’hormones (sécrétine) qui stimulent la production d’AMPc. [54, 55] Les récepteurs de la sécrétine sont exprimés dans le foie uniquement par les cellules épithéliales biliaires. [56] La sécrétine induit une augmentation du contenu cellulaire en AMPc qui entraîne l’activation de canaux chlore-dépendants de l’AMPc. [57] Le VIP est également capable d’augmenter la production d’AMPc, [54] et la sécrétion de fluide par les cellules épithéliales biliaires. [58] Les cellules épithéliales des canaux biliaires et de la vésicule biliaire expriment le canal chlore, activé par l’AMPc, « cystic fibrosis transmembrane conductance regulator » (CFTR). [59, 60] L’augmentation d’AMPc dans les cellules épithéliales biliaires a deux effets concomitants : • inhiber l’échangeur Na+/H+, [61, 62] ce qui abolit l’entrée de NaCl dans la cellule ; • activer l’efflux de chlore par CFTR, [62, 63] ce qui s’accompagne d’une activation de l’échangeur Cl–/HCO3– [64] et génère un gradient osmotique local entraînant la dilution de la bile (Fig. 5B). Les mouvements transépithéliaux d’eau régulés par les gradients osmotiques locaux peuvent avoir lieu par des voies transcellulaires ou paracellulaires. La présence de canaux à eau (aquaporines ou AQP), au pôle apical et basolatéral des cellules épithéliales biliaires, [65] suggère que les mouvements d’eau dans l’épithélium biliaire sont médiés au moins en partie par les aquaporines. Par l’intermédiaire de leur sécrétion hydroélectrolytique, les canaux biliaires participent à la sécrétion biliaire. Ils sont responsables de ce qu’on appelle la fraction ductulaire du flux biliaire.

Sécrétion de mucines Il existe dans les grands canaux biliaires (canaux septaux, segmentaires et hépatiques) et la vésicule biliaire, une sécrétion de mucines. Les mucines sont des glycoprotéines de haut poids moléculaire, [66] codées par plusieurs gènes (MUC1 à MUC17). Ce sont des glycoprotéines de type O, formées d’une partie peptidique appelée apomucine et d’une partie glycannique liées de façon covalente. La sécrétion de mucines est régulée par des facteurs extracellulaires, qui sont capables d’induire la fusion

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des vésicules de stockage intracellulaires avec la membrane plasmique. Les principales mucines biliaires sont à l’état physiologique, MUC3, MUC5B et MUC5AC. La fonction principale attribuée à ces mucines biliaires est une fonction de cytoprotection des cellules épithéliales biliaires qui sont exposées à de fortes concentrations d’acides biliaires potentiellement cytotoxiques.

Transport et effet régulateur des acides biliaires Le transporteur apical d’acides biliaires ASBT est exprimé dans les cellules épithéliales des canaux biliaires intrahépatiques [67] et de la vésicule biliaire [68]. En situation pathologique, l’expression d’ASBT au pôle apical des cellules biliaires pourrait permettre un cycle choléhépatique des acides biliaires dont la stagnation dans les voies biliaires serait ainsi diminuée. Par ailleurs, la captation des acides biliaires permet à ceux-ci d’exercer des effets régulateurs dans ces cellules. [68] Dans les cellules épithéliales biliaires, les acides biliaires stimulent en effet directement la sécrétion hydroélectrolytique par l’intermédiaire de canaux chlore-dépendants du calcium. Ils agissent également sur les canaux chlore-dépendants de l’AMPc stimulés par les hormones gastro-intestinales, en potentialisant l’activité des adényl cyclases (AC) par l’intermédiaire des PKCa et d [69] (Fig. 6A). Dans les cellules épithéliales de la vésicule biliaire, les acides biliaires sont également capables de stimuler la sécrétion de mucines par une voie calcique, liée à la « calcium calmoduline kinase II » (CaMKII) et aux PKC. [68, 70] (Fig. 6B).

■ Maladies cholestatiques dues aux altérations des transporteurs hépatobiliaires La cholestase est définie par un défaut de la sécrétion biliaire. Les maladies cholestatiques d’origine hépatocytaire sont dues à un défaut d’activité ou d’expression de transporteurs impliqués dans la formation de la bile canaliculaire que celui-ci soit génétique ou acquis.

Cholestases intrahépatiques familiales progressives La cholestase intrahépatique familiale progressive a été identifiée pour la première fois chez une famille Amish (la famille Byler). [71] Les enfants de cette famille avaient une diarrhée avec stéatorrhée, un ictère, une hépatosplénomegalie et Hépatologie

Sécrétion biliaire ¶ 7-006-B-10

PKCα/δ

Adénylate cyclase

ATP Ca2+ AMPc

Hormone Neuropeptide Na+

Na+ AB ASBT AB

Mucines CaMKII PKC

Cl

PKA K+

AQP1

CFTR

H2O

Ca2+

H+

AQP1 A

un retard de croissance. La maladie était généralement fatale au cours des dix premières années de vie. La maladie de Byler est une des formes de cholestase intrahépatique familiale progressive (PFIC). Parmi les patients atteints de PFIC, on distingue les patients chez lesquels l’activité sérique de la c-glutamyltransférase (GGT) est élevée, et ceux chez lesquels l’activité GGT est normale. [72, 73] À l’histologie, le foie des patients PFIC, ayant une activité GGT élevée, est caractérisé par une prolifération ductulaire importante et une cirrhose fréquente. Chez les patients PFIC ne présentant pas une activité GGT élevée, la prolifération ductulaire est limitée et la cirrhose est rare. Ces différences biochimiques et histologiques, ainsi que la mise en évidence des gènes impliqués dans ces pathologies, ont entraîné la classification des PFIC en trois types distincts. Les PFIC de type 1 et 2 regroupent les patients présentant une activité GGT normale, alors que les patients ayant une PFIC de type 3 ont une activité GGT élevée.

Cholestase intrahépatique familiale progressive de type 1 Chez les patients atteints de cholestase intrahépatique familiale progressive de type 1 (PFIC1), la concentration des acides biliaires est augmentée dans le sérum et diminuée dans la bile, ce qui suggère que la sécrétion canaliculaire des acides biliaires est altérée et, qu’en conséquence, les acides biliaires s’accumulent dans la circulation générale. L’analyse génétique des patients et de leur famille a permis de définir le locus 18q21-q22 comme étant associé à la maladie. [74] Le gène muté FIC1 (ATP8B1), ainsi que les mutations impliquées, ont également été identifiés. [75] Malgré une expression relativement faible de FIC1 dans le foie, [75] les manifestations des mutations de FIC1 sont essentiellement hépatiques. Des mutations de FIC1 ont également été identifiées chez des patients ayant une cholestase intrahépatique récurrente bénigne (BRIC). [75] La cholestase intrahépatique récurrente bénigne est caractérisée par des épisodes récurrents de cholestase intrahépatique, pouvant durer quelques jours ou quelques mois, puis disparaissant spontanément sans entraîner de lésions hépatiques majeures. La fonction, en particulier hépatobiliaire, de FIC1 est inconnue. La séquence de la protéine a une très grande homologie avec celle des ATPases de type P. Parmi les protéines appartenant à cette famille, on distingue des transporteurs d’ions, ainsi que des flippases de phospholipides. Selon l’hypothèse le plus souvent avancée, FIC1 serait une flippase qui assure la translocation des aminophospholipides de l’hémifeuillet externe à l’hémifeuillet interne de la membrane plasmique. L’asymétrie membranaire ainsi créée serait nécessaire au bon fonctionnement des transporteurs canaliculaires.

Cholestase intrahépatique familiale progressive de type 2 Le phénotype de cholestase intrahépatique familiale progressive de type 2 (PFIC2) est très proche de celui de PFIC1. Le locus morbide associé à la pathologie a été localisé sur le chromosome Hépatologie

Na+ AB ASBT AB

Figure 6. A. Effets des acides biliaires sur la sécrétion de chlore dépendante du calcium ou de l’AMPc. AQP1 : aquaporine-1 ; AE2 : anion exchanger-2 ; ASBT : apical sodium bile acid cotransporter ; PKC : protéine kinase C. B. Effets des acides biliaires sur la sécrétion de mucines. ASBT : apical sodium bile acid cotransporter ; PKC : protéine kinase C.

B

2q24 [76] et le gène muté est BSEP. [77] L’absence d’acides biliaires dans la bile des patients PFIC2 a participé à la mise en évidence du rôle majeur de BSEP dans le transport canaliculaire des acides biliaires. Des mutations non-sens, faux-sens et des délétions dans le gène de BSEP ont été observées chez les patients atteints de PFIC2 ainsi que chez des patients atteints de cholestase récurrente bénigne. [76] Il a également été montré que chez certains patients atteints de PFIC avec une activité GGT faible, le locus morbide n’était ni FIC1, ni BSEP. Cette observation suggère qu’un troisième gène est impliqué dans les PFIC avec activité GGT faible.

Cholestase intrahépatique familiale progressive de type 3 Le phénotype de la cholestase intrahépatique familiale progressive de type 3 (PFIC3) diffère de celui de PFIC1 et de PFIC2 par une activité GGT sérique élevée. Les manifestations de la pathologie apparaissent plus tardivement que dans les deux autres formes de PFIC mais les lésions histologiques, comprenant une prolifération ductulaire marquée, sont plus sévères et évoluent rapidement vers la cirrhose. Cliniquement, on observe généralement une hypertension portale, une hépatosplénomégalie, un ictère et un prurit. En l’absence de traitement, la maladie évolue rapidement vers une insuffisance hépatique. Le gène impliqué est MDR3. [78] Des mutations hétérozygotes ou homozygotes du gène MDR3 ont également été détectées chez des femmes ayant une cholestase gravidique [79] et chez de jeunes patients souffrant de lithiase biliaire symptomatique. [80]

Cholestases intrahépatiques acquises Cholestase gravidique La cholestase gravidique est une forme réversible de cholestase qui apparaît au 3e trimestre de la grossesse et disparaît rapidement après l’accouchement. L’incidence de la cholestase gravidique est de 10 à 100 cas pour 10 000 grossesses dans la population générale. Cependant, au sein de certaines ethnies comme dans la population chilienne, la pathologie peut être observée dans 16 % des cas de grossesse, et même jusqu’à 28 % des cas dans certaines tribus indiennes. [81] La principale manifestation clinique est le prurit. La concentration sérique des acides biliaires est élevée. [82] Une augmentation de l’incidence des détresses fœtales, des naissances prématurées et des mortnés y est associée. [83] La cholestase gravidique peut révéler des mutations silencieuses de gènes impliqués dans la sécrétion biliaire, notamment FIC1, MDR3 et MRP2. Ces observations suggèrent que, durant la grossesse, il y a vraisemblablement une diminution de la sécrétion biliaire qui, couplée à un défaut préexistant mais silencieux d’un système de transport, induit une cholestase. Le mécanisme conduisant à une diminution de la sécrétion biliaire durant la grossesse reste inconnu, mais les fortes concentrations hormonales au cours du dernier trimestre de la grossesse sont probablement en cause. Les hormones et métabolites hormonaux pourraient inhiber spécifiquement

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7-006-B-10 ¶ Sécrétion biliaire

l’activité des transporteurs, agir d’une manière plus générale sur la composition de la membrane canaliculaire, sur l’expression ou sur la dégradation des transporteurs. La nature des hormones et des métabolites hormonaux reste à élucider.

Cholestases associées aux syndromes infectieux sévères Les syndromes infectieux sévères peuvent être associés à un défaut de la sécrétion biliaire, une hyperbilirubinémie et une diminution d’expression des transporteurs NTCP, OATP, BSEP et MRP2. [84, 85]

■ Effet thérapeutique de l’acide ursodésoxycholique L’acide ursodésoxycholique est un acide biliaire hydrophile épimère 7b de l’acide chénodésoxycholique, présent à l’état de trace chez l’homme (< 3 % du pool total des acides biliaires). L’acide ursodésoxycholique a été initialement purifié à partir de la bile d’ours, utilisée depuis des siècles en Chine dans le traitement des maladies du foie. C’est l’administration d’acide ursodésoxycholique pour une lithiase biliaire chez des patients atteints d’hépatite chronique qui a initialement permis de constater que les signes biochimiques de cholestase s’amélioraient sous traitement par l’acide ursodésoxycholique. [86] En Europe, les premières observations rapportant l’effet bénéfique de l’acide ursodésoxycholique chez des patients atteints de cirrhose biliaire primitive ont été publiées dans les années 1980. [87]

Spectre d’action Le traitement par l’acide ursodésoxycholique est à présent le traitement de référence de la cirrhose biliaire primitive, maladie cholestatique inflammatoire caractérisée par une cholangite destructrice des petits canaux biliaires. [88] L’efficacité de l’acide ursodésoxycholique a également été rapportée dans le traitement des patients atteints de cholangite sclérosante primitive, de la maladie du greffon contre l’hôte, de cholangiopathies médicamenteuses, de formes cholestatiques de la mucoviscidose et de cholestase intrahépatique familiale progressive. [89] Chez les patients atteints de PFIC ayant ou non une activité sérique des GGT élevée, une normalisation des tests biochimiques, une amélioration des signes cliniques, voire une amélioration de l’histologie hépatique a pu être observée chez la moitié des patients. Il a été montré que les patients atteints de PFIC3, qui répondaient au traitement par l’acide ursodésoxycholique, étaient ceux qui avaient une mutation faux-sens de MDR3. [90] Dans le cas où la sécrétion de phospholipides est totalement interrompue, la diminution de la toxicité du pool des acides biliaires sous traitement par acide ursodésoxycholique n’est probablement pas suffisante pour entraîner une protection des cellules épithéliales biliaires. L’acide ursodésoxycholique a également été utilisé dans le traitement de la cholestase gravidique. Il permet d’améliorer les paramètres biochimiques et de diminuer le prurit. [91] La mucoviscidose est une maladie génétique autosomique récessive responsable de manifestations essentiellement pulmonaires. Chez environ 30 % des patients, on observe des anomalies hépatiques caractérisées par une cholestase due à la formation de bouchons muqueux dans les canaux biliaires. Chez des patients ayant des manifestations hépatiques de la mucoviscidose, le traitement par l’acide ursodésoxycholique permet d’améliorer les paramètres cliniques et biochimiques. [92, 93]

Mécanismes d’action Quand il est administré à la dose de 10 à 15 mg kg–1 j–1 chez des patients atteints de maladie cholestatique, l’AUDC inhibe la réabsorption intestinale des acides biliaires endogènes. Alors que

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la taille du pool des acides biliaires endogènes est peu modifiée, l’AUDC devient l’acide biliaire majoritaire dans la bile et le sérum. Chez la souris, l’administration d’acide ursodésoxycholique entraîne une augmentation de l’expression canaliculaire de BSEP et de MRP2, sans modifier l’expression basolatérale de NTCP. [94] Ces observations suggèrent que l’acide ursodésoxycholique favorise la sécrétion canaliculaire des acides biliaires, sans modifier leur captation basolatérale. Dans les hépatocytes de rat, l’acide ursodésoxycholique a, contrairement aux acides biliaires endogènes, la capacité de stimuler l’exocytose vésiculaire par l’intermédiaire d’une augmentation des concentrations de calcium intracellulaire. [95] Dans ces cellules, l’acide ursodésoxycholique entraîne aussi une activation de la voie PI3K/Ras/ Raf/MEK/Erk, ce qui favorise la sécrétion canaliculaire de l’acide taurocholique. [96, 97] L’acide ursodésoxycholique est capable d’activer la p38MAPK, qui induit une redistribution des vésicules sous-membranaires contenant BSEP à la membrane canaliculaire, ce qui contribue à une augmentation de la sécrétion biliaire dépendante des acides biliaires. [98] L’acide ursodésoxycholique est également capable de stimuler la sécrétion d’ATP par les hépatocytes, ce qui provoque une augmentation de la concentration d’ATP dans la bile. [99] Par l’intermédiaire de récepteurs purinergiques P2Y 2 présents au pôle apical des cellules épithéliales biliaires, l’ATP présent dans la bile stimule la sécrétion hydroélectrolytique de l’épithélium biliaire. [100] L’acide ursodésoxycholique pourrait également agir directement sur les cellules épithéliales biliaires pour augmenter la sécrétion biliaire ductulaire. Selon la théorie du cycle choléhépatique, l’acide ursodésoxycholique, sécrété par les hépatocytes sous forme libre non conjuguée, est protoné dans les canaux biliaires avant d’être réabsorbé par l’épithélium biliaire, ce qui entraîne une sécrétion accrue de bicarbonate. [101] Par ailleurs, l’effet de l’acide ursodésoxycholique sur la sécrétion de mucines est plus faible que celui des acides biliaires endogènes, ce qui pourrait, à sécrétion hydroélectrolytique égale, augmenter la fluidité de la bile. [68] Enfin l’acide ursodésoxycholique protège à la fois les hépatocytes et les cellules épithéliales biliaires des effets toxiques, en particulier proapoptotiques des acides biliaires endogènes et ses effets immunomodulateurs s’opposent également à ceux des acides biliaires endogènes. [9, 11-14]

■ Conclusions et perspectives Des progrès majeurs dans la compréhension des mécanismes de la sécrétion biliaire et d’adaptation à la cholestase ont été récemment apportés par des études génétiques et expérimentales. Ces données débouchent sur de nouvelles perspectives thérapeutiques ciblées en particulier sur les récepteurs nucléaires impliqués dans la sécrétion biliaire. Les agonistes pharmacologiques de ces récepteurs ont fait la preuve de leur effet protecteur dans différents modèles expérimentaux de maladies biliaires. [102, 103] Seuls ou associés à l’acide ursodésoxycholique, ces nouvelles molécules pourraient améliorer le pronostic des patients souffrant de maladies biliaires.



Points essentiels

Les acides biliaires sont les principaux constituants de la bile. Leur métabolisme est régi par un équilibre dynamique entre élimination fécale très faible et réabsorption iléale importante. Il existe plusieurs types décrits de cholestases intrahépatiques familiales acquises. L’acide ursodésoxycholique constitue le traitement d’urgence de la cirrhose biliaire primitive. Il agit sur plusieurs cibles : le canalicule biliaire, l’hépatocyte.

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Physiologie du pancréas exocrine M. Dufresne Le pancréas est une glande à la fois exocrine et endocrine. La fonction du pancréas exocrine est de sécréter les enzymes digestives, l’eau et les électrolytes dans le duodénum pour assurer la dégradation des aliments en oligopeptides, oligosaccharides et monoglycérides qui sont absorbés par l’intestin. Le pancréas, qui est l’organe qui synthétise le plus de protéines, a servi de modèle pour l’étude des mécanismes de synthèse, de transport, d’exocytose des protéines et celle des voies de signalisation régulant leur sécrétion. Les neurotransmetteurs et hormones stimulant la sécrétion, les médiateurs intracellulaires et les mécanismes moléculaires de la sécrétion les plus récemment identifiés sont présentés. Au cours du développement embryonnaire, l’induction séquentielle et l’action régulée de nombreux facteurs et signaux permettent la différenciation de tous les types cellulaires qui composent le pancréas. Le rôle de ces facteurs est maintenant connu grâce aux modèles murins transgéniques. On dispose cependant de données encore incomplètes sur la formation du pancréas exocrine. Une découverte majeure de la dernière décennie a été la démonstration qu’à l’âge adulte, les cellules pancréatiques différenciées sont en fait très plastiques. Cette propriété pourrait permettre de comprendre comment débute l’adénocarcinome pancréatique et ouvre également de nouvelles perspectives pour le traitement du diabète. © 2012 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots clés : Sécrétion ; Enzymes digestives ; Métaplasie ; Cholécystokinine ; Granule de zymogène ; Pancreas transcription factor 1

Plan ■

Introduction

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Développement du pancréas Morphogenèse du pancréas Développement embryonnaire du pancréas exocrine

1 1 2



Structure histologique du pancréas Différents types cellulaires du pancréas Structure des acini Cellules canalaires Plasticité des cellules pancréatiques

2 2 2 2 2



Composition du suc pancréatique Sécrétion hydroélectrolytique Sécrétion protéique Protection contre l’autodigestion du pancréas

3 3 4 5



Synthèse, transport et sécrétion des enzymes pancréatiques Contrôle de l’expression des gènes des enzymes du pancréas exocrine Synthèse des enzymes et transport Mécanismes d’exocytose Stimulation de la sécrétion acinaire

6 6 6 6 6

 Introduction Le pancréas est une glande mixte composée de plusieurs populations cellulaires de morphologie et de fonction différentes. Le tissu exocrine est formé d’acini qui sécrètent les enzymes digestives et EMC - Hépatologie Volume 7 > n◦ 3 > juillet 2012 http://dx.doi.org/10.1016/S1155-1976(12)59709-3

d’un système canalaire qui sécrète une solution hydroélectrolytique riche en ions HCO3– . Le pancréas exocrine joue un rôle essentiel dans le contrôle de la digestion. Le tissu endocrine est organisé en îlots de Langerhans constitués de quatre types cellulaires qui sécrètent le glucagon, l’insuline, la somatostatine et le polypeptide pancréatique. Il régule l’homéostasie glucidique. Chez l’homme, le pancréas mesure de 15 à 25 cm de long et pèse environ 80 g. Il est situé profondément dans la région épigastrique entre le duodénum et la rate, en arrière de l’estomac. Il est connecté au duodénum au niveau de l’ampoule de Vater, dans laquelle se déverse le suc pancréatique par deux canaux excréteurs : le canal principal, dit canal de Wirsung, et le canal accessoire ou canal de Santorini. Trois parties du pancréas sont généralement décrites de la région proximale vers la région distale : la tête au contact du duodénum, le corps et la queue.

 Développement du pancréas Morphogenèse du pancréas Le pancréas se développe à partir de deux bourgeons, l’un ventral, l’autre dorsal, issus de l’intestin primitif d’origine endodermique. Les signaux nécessaires à l’initiation de l’organogenèse et au développement correct du pancréas proviennent de la notochorde, des vaisseaux sanguins et finalement du mésenchyme pancréatique. Le bourgeon dorsal, qui se forme à partir du duodénum, apparaît entre la 4e et la 5e semaine de gestation. Le bourgeon ventral se développe plus tardivement au niveau de la jonction du canal biliaire hépatique et de la paroi intestinale. L’émergence

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des deux bourgeons pancréatiques n’est pas seulement distincte temporellement, mais semble également être régulée par des mécanismes de signalisation indépendants provenant des tissus environnants. Les deux bourgeons se développent séparément l’un de l’autre jusqu’à la 7e semaine de gestation pour former un réseau tubulaire autour de leur propre canal excréteur (canal de Wirsung et canal de Santorini). Puis, le futur duodénum subit une rotation amenant le bourgeon ventral en position caudale par rapport au bourgeon dorsal permettant ainsi la fusion des deux bourgeons. Des excroissances de l’endoderme pénètrent dans le mésoderme qui les entoure et forment des structures très ramifiées, qui s’organisent en canalicules et acini, constituant l’épithélium pancréatique.

Développement embryonnaire du pancréas exocrine Bien qu’ayant des phénotypes distincts et des fonctions différentes, toutes les cellules pancréatiques sont issues des mêmes cellules précurseurs multipotentes de l’endoderme de l’intestin primitif. Les facteurs de transcription essentiels au développement du pancréas, leur séquence d’induction et leur chronologie d’action ont été identifiés depuis une quinzaine d’années grâce aux techniques de biologie moléculaire, de transgenèse ou d’invalidation génique chez la souris. Ces données ont fait l’objet de revues bibliographiques récentes [1–4] . Nous nous limiterons ici aux facteurs indispensables au développement du pancréas exocrine. On dispose de peu d’informations sur la génétique du développement pancréatique humain, mais il semble que la mise en jeu spatiotemporelle des facteurs de transcription soit similaire à ce qui est décrit chez la souris. La différenciation acinaire commence vers E13.5 chez la souris (11e semaine de gestation chez l’Homme). Le facteur de transcription clé est le pancreas transcription factor 1a (PTF1a) appelé aussi p48. La perte de PTF1a est responsable d’une agénésie des acini chez la souris. Des mutations du gène PTF1a conduisant à l’expression d’une protéine non fonctionnelle ont été caractérisées dans l’espèce humaine [5] . Ces mutations génèrent une agénésie des acini et sont létales. Les facteurs de transcription Mist1, c-Myc, hepatic nuclear factor 1a (Hnf1a) sont également indispensables à la différenciation acinaire. L’invalidation génique de c-Myc cause une hypoplasie des acini sans affecter la différenciation du pancréas endocrine [6] . Mist1 permet l’acquisition d’une polarité acinaire apicobasale correcte et intervient aussi dans la différenciation des acini en bloquant le cycle cellulaire [7] . Les souris knock-out pour le facteur Hnf1a expriment PTF1a, mais à un niveau moindre [8] . Il existe peu de données sur les facteurs impliqués dans la différenciation des cellules canalaires.

 Structure histologique du pancréas Différents types cellulaires du pancréas Le compartiment exocrine représente plus de 90 % de l’organe. Il est organisé sous la forme de lobules regroupant plusieurs acini composés d’un groupe de cinq à huit cellules acinaires centrées autour d’un espace luminal commun formé par les cellules centroacinaires. Les acini synthétisent et sécrètent les enzymes digestives. La sécrétion acinaire est déversée par exocytose dans les canaux intercalaires ou centroacineux puis dans les canaux intralobulaires et les canaux interlobulaires qui convergent dans le canal de Wirsung. Les cellules canalaires, ou cellules ductales, qui forment les canaux excréteurs, représentent le type cellulaire exocrine mineur. Elles sécrètent l’eau et les électrolytes qui drainent le suc pancréatique au travers du tissu. Le compartiment endocrine est formé par les îlots de Langerhans, éparpillés au sein du parenchyme exocrine, qui représentent 1 % à 2 % du poids du pancréas humain adulte

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sain. Ils sont constitués de quatre types cellulaires principaux, les cellules ␣, ␤, ␦ et PP, synthétisant et sécrétant respectivement l’insuline, le glucagon, la somatostatine et le polypeptide pancréatique (PP). Les îlots sont richement irrigués par un réseau dense de capillaires sanguins qui drainent les sécrétions endocrines pancréatiques. Ils sont intimement liés au tissu exocrine et bien que celles-ci ne soient que partiellement connues, des relations étroites existent entre les deux compartiments du pancréas.

Structure des acini Les acini sont des cellules polarisées et compartimentées [9] . Les récepteurs des hormones et neurotransmetteurs régulant la sécrétion des enzymes sont localisés sur la membrane basolatérale. Le réticulum endoplasmique rugueux (RER) ou granuleux et le noyau se situent au pôle basal, le complexe de Golgi et les granules de zymogène sont au pôle apical et s’accumulent près de la membrane qui projette de nombreuses microvillosités dans la lumière centroacinaire. Plusieurs types de jonctions intercellulaires séparent le compartiment luminal du compartiment basolatéral et assurent la cohésion des cellules acineuses entre elles. Les jonctions communicantes permettent le couplage métabolique et électrique des cellules épithéliales au sein de l’acinus.

“ Point important Les acini pancréatiques • Les cellules acinaires synthétisent, stockent et sécrètent une quantité importante de protéines. • Ces protéines sont en majorité des enzymes digestives indispensables à la digestion des protéines, des glucides et des lipides. • Les enzymes sont stockées au pôle apical des cellules acinaires dans les granules de zymogène. • La fonction sécrétoire des acini est contrôlée par les variations de calcium intracellulaire. • La cholécystokinine est le stimulant majeur de la sécrétion enzymatique.

Cellules canalaires L’épithélium canalaire est formé de cellules cuboïdes ou pyramidales selon leur situation dans le réseau canalaire. Les cellules canalaires sont pourvues d’une quantité importante de mitochondries [10] . Elles se caractérisent par l’expression de cytokératine 19, de l’anhydrase carbonique II et des mucines MUC1 et MUC6. Les transporteurs et canaux ioniques impliqués dans la sécrétion des ions chlore et bicarbonate sont situés au pôle apical des cellules [11] .

Plasticité des cellules pancréatiques Un certain nombre de travaux récemment publiés mettent en lumière la capacité des cellules pancréatiques à changer de phénotype. Les arguments expérimentaux se sont accumulés avec le développement des modèles murins de pathologie du pancréas exocrine (cancer, pancréatite), des modèles expérimentaux de régénération pancréatique et les outils de lignage cellulaire permettant de tracer le devenir des cellules. On sait désormais que les cellules pancréatiques différenciées de fac¸on « irréversible » sont en fait étonnamment plastiques. Il est maintenant clairement démontré que les acini peuvent devenir des cellules canalaires. Le remplacement d’un type cellulaire par un autre est défini en histologie par la métaplasie. EMC - Hépatologie

Physiologie du pancréas exocrine  7-007-A-40

“ Point important Les cellules canalaires • Le réseau canalaire adulte comprend quatre compartiments : le canal principal, les canaux interlobulaires, les canaux intralobulaires et les canaux intercalaires ou centroacineux. • Les cellules canalaires sécrètent l’eau et les électrolytes indispensables au transport des enzymes jusqu’au duodénum. • La sécrétion canalaire est riche en HCO3 – . De nombreux transporteurs et échangeurs ioniques assurent la sécrétion du HCO3 – . • La sécrétine est le stimulant majeur de la sécrétion hydroélectrolytique. • On connaît peu les facteurs régulant la différenciation des cellules canalaires.

Dans le pancréas, la métaplasie acinocanalaire se produit en réponse à un stress cellulaire oxydatif, oncogénique ou inflammatoire. La métaplasie peut se produire par transdifférenciation, c’est-à-dire par changement direct de phénotype, par dédifférenciation avec perte des caractéristiques fonctionnelles d’un type cellulaire et réacquisition de caractères embryonnaires ou encore par élimination d’un type cellulaire et expansion d’un autre type de cellules. Il est cependant impossible de prouver directement in vivo que les acini pancréatiques du pancréas humain sont plastiques même si cette propriété est fortement suggérée sur les coupes de pancréas de patients présentant des lésions précancéreuses. La métaplasie acinocanalaire, caractérisée par l’expression de marqueurs canalaires et acinaires dans les mêmes structures cellulaires, y est en effet fréquente [12–14] . L’isolement des acini pancréatiques humains a toutefois permis de démontrer que ces cellules deviennent spontanément des cellules canalaires quand on les met en culture [15] et que le processus se fait par transdifférenciation [16] . Ces cultures peuvent aussi subir une transformation épithéliomésenchymateuse donnant origine à des cellules qui expriment à la fois des marqueurs de cellules souches mésenchymateuses et des marqueurs de cellules progénitrices pancréatiques [17] . De plus, les cellules acinaires peuvent aussi se transdifférencier en cellules sécrétrices d’insuline. Cela a été montré au cours de la régénération pancréatique expérimentale chez le rat [18, 19] et in vitro dans des primocultures de cellules acinaires de rongeurs [20, 21] ou de tissu acinaire adulte humain [22] . La transdifférenciation des acini, qui sont les cellules les plus abondantes du pancréas, en cellules productrices d’insuline est un concept séduisant pour le traitement du diabète à condition qu’elle soit maîtrisée. En effet, le rôle des acini dans l’adénocarcinome pancréatique de phénotype canalaire, via le processus de métaplasie acinocanalaire, est désormais reconnu et soutenu par de nombreux arguments expérimentaux. En particulier, l’activation de Kras dans les acini provoque la formation de lésions prénéoplasiques qui peuvent évoluer en tumeur en cas de pancréatite [23–25] . L’origine canalaire de l’adénocarcinome pancréatique de phénotype canalaire est ainsi de plus en plus remise en question. La mise en évidence d’une néogenèse d’îlots de Langerhans fonctionnels à partir de l’épithélium canalaire pancréatique suggère que des cellules précurseurs pluripotentes présentes dans les canaux prolifèrent et se différencient en récapitulant le développement embryonnaire [26] . Il est aussi envisagé que certaines cellules canalaires récupérent les capacités de cellules embryonnaires pour générer les différents lignages cellulaires du pancréas endocrine. Cette question n’est pas définitivement tranchée et ces propriétés ont été récemment également attribuées aux cellules centroacinaires qui sont des cellules canalaires particulières [27] . EMC - Hépatologie

 Composition du suc pancréatique La sécrétion pancréatique est constituée d’eau, d’électrolytes et de protéines. Le suc pancréatique est toujours isotonique au plasma. De pH alcalin, riche en bicarbonates, il va tamponner le suc gastrique acide entrant dans le duodénum. Le volume de sécrétion quotidien est en moyenne de 2,5 l.

Sécrétion hydroélectrolytique La sécrétion pancréatique est constituée à 98 % d’eau contenant des cations dont la concentration est relativement constante : sodium (Na+ ), 154 mM ; potassium (K+ ), 4,8 mM ; calcium (Ca2+ ), 1,7 mM ; magnésium (Mg2+ ), 0,3 mM et des anions qui sont essentiellement les ions Cl– et HCO3 – . Les concentrations des anions varient en fonction du débit sécrétoire alors que les concentrations respectives des cations restent constantes. Sous stimulation, lorsque le débit sécrétoire augmente, la concentration de bicarbonates augmente jusqu’à un maximum variable selon les espèces, pendant que celle du chlore diminue de fac¸on symétrique, de telle sorte que leur concentration totale reste stable. La concentration en HCO3 – est voisine de celle du plasma en conditions basales et atteint environ 140 mM quand le débit sécrétoire est élevé.

Fonction La sécrétion hydroélectrolytique du pancréas assure le transport des enzymes pancréatiques jusqu’à la lumière de l’intestin. Le suc alcalin neutralise l’acide gastrique déversé dans le duodénum et le maintien d’un pH neutre permet l’activité optimale des enzymes pancréatiques.

Régulation de la sécrétion hydroélectrolytique La sécrétine est le stimulant majeur de la sécrétion hydroélectrolytique dans l’espèce humaine. La sécrétine se lie sur son récepteur spécifique, un récepteur couplé aux protéines G (RCPG), présent sur les cellules canalaires. Les RCPG ont une séquence peptidique monomérique, possèdent une extrémité N-terminale extracellulaire, sept hélices transmembranaires et une extrémité C-terminale intracellulaire. Les RCPG se couplent aux protéines liant le guanosine triphosphate (GTP), protéines G, afin de transmettre le signal et de générer une réponse cellulaire. L’interaction de la sécrétine avec son récepteur active l’adénylate cyclase, ce qui augmente le taux d’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) intracellulaire et stimule la protéine kinase A dépendante de l’AMPc. C’est l’ion H+ du suc gastrique qui, en arrivant dans le duodénum au contact du pôle apical des cellules S intestinales, stimule la libération de sécrétine dans le sang [11] . Le pH optimum de sécrétion est de 4,5 et la quantité de sécrétine sécrétée est proportionnelle au titre d’acide [28] . Des facteurs régulant la libération de sécrétine, dont la phospholipase A2 , ont été décrits [29] . L’administration d’atropine inhibe la sécrétion de fluide et de bicarbonates stimulée par la sécrétine. Cela démontre le rôle du système nerveux dans les effets stimulants de la sécrétine.

Mécanismes cellulaires de sécrétion L’épithélium canalaire sécrète activement le HCO3 – à la concentration d’environ 140 mM. Le Na+ et le K+ diffusent passivement par les jonctions serrées, l’eau est transportée par osmose par les aquaporines. Ce sont les expériences de microfluorimétrie, de microperfusion, de vidéomicroscopie et les nouveaux outils issus de la biologie moléculaire qui ont permis de comprendre les mécanismes de la sécrétion du bicarbonate par les cellules canalaires et d’identifier les transporteurs et échangeurs ioniques de la cellule canalaire [11] . L’ensemble de ces transporteurs assure la sécrétion de HCO3 – et le maintien du pH intracellulaire (Fig. 1). Cependant, les données expérimentales sont encore fragmentaires et la contribution respective des différents transporteurs tout au long du système canalaire ainsi que le rôle des interactions protéines/protéines au sein des complexes récepteurs/molécules du signal/transporteurs restent à déterminer.

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7-007-A-40  Physiologie du pancréas exocrine

Lumière

Bestrophine

CFTR

SLC26A6 Cl-

Membrane apicale Cl- HCO3-

Cl- HCO3-

2HCO3-

H2O

H2CO3

AC

CO2 H+

HCO3-

Na+ Membrane basolatérale

AMPc CO2

Na+ K+

Na+ K+ 2Cl- ClNKCC1

AE2

Na+ 2HCO3-

Na+

pNBC1

NHE1

Sécrétine

Figure 1. Transporteurs ioniques de la cellule canalaire pancréatique. Les transporteurs et échangeurs ioniques mis en jeu au cours de la sécrétion de bicarbonate sont représentés. Les canaux, assurant l’efflux de K+ du côté basolatéral, activés par l’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) produite après liaison de la sécrétine sur son récepteur, sont omis pour davantage de clarté. AC : anhydrase carbonique ; CFTR : cystic transmembrane conductance regulator ; NKCC1 : sodium, potassium, 2Cl– ; AE2 : échangeur d’anions ; NHE1 : sodium proton exchanger.

Du côté basolatéral de la cellule canalaire Les bicarbonates proviennent de l’accumulation intracellulaire du CO2 qui diffuse passivement au travers de la membrane basolatérale. L’anhydrase carbonique intracellulaire effectue l’hydratation du CO2 en acide carbonique. L’acide carbonique se dissocie en H+ et HCO3 – . Un échangeur Na+ /H+ , appartenant à la famille des solute carrier 9 (SLC9), permet le transport actif des H+ vers le milieu extracellulaire [30] . L’isoforme NHE1 (sodium proton exchanger), présente sur la membrane basolatérale de la plupart des espèces, régule ainsi le pH intracellulaire des cellules canalaires. Un cotransporteur Na+ /HCO3 – (ou pNBC1) de la famille des SLC4 permet également l’entrée de 2 HCO3 – et d’un ion Na+ par la membrane basolatérale [31] . Ce transporteur est présent sur les canaux intercalaires, intralobulaires et interlobulaires. Il semble que NHE1 et pNBC1 contribuent de manière égale à la sécrétion basale tandis que pNBC1 assurerait 75 % de l’entrée de HCO3 – stimulée par la sécrétine [32] . Le rôle de pNBC1 dans la sécrétion pancréatique humaine a été indirectement démontré chez un patient porteur d’une mutation non-sens sur le gène du transporteur. En effet, chez ce patient, le niveau anormalement élevé d’amylase sérique suggérait fortement un dysfonctionnement de la fonction canalaire pancréatique [33] . Un échangeur d’anions (AE2) permettant l’échange HCO3 – /Cl– et un cotransporteur chlore/cation ou NKCC1 (sodium, potassium, 2Cl– ) sont aussi présents sur la membrane basolatérale. Enfin, l’adénosine triphosphatase (ATPase) Na+ /K+ maintient le potentiel de membrane et le gradient de Na+ qui permet l’accumulation de HCO3 – dans la cellule via NHE1, pNBC1 et NKCC1. Les canaux K+ assurent l’efflux de K+ . Ils sont activés par l’AMPc. Sur la membrane apicale de la cellule canalaire Les bicarbonates sont sécrétés dans le canal pancréatique au travers de la membrane apicale. Cette sécrétion fait intervenir l’action conjointe de plusieurs canaux et transporteurs. L’échangeur apical Cl– /HCO3 – est SLC26A6 (ou putative anion transporter 1 − PAT1). L’échangeur SLC26A3 (ou down-regulated in adenoma − DRA) peut également participer à la sécrétion de HCO3 – . Les stœchiométries de SLC26A6 et de SLC26A3 sont différentes chez la souris (respectivement 1 Cl– échangé contre 2 HCO3 – et 2 Cl– contre 1 HCO3 – ), mais ne sont pas déterminées dans le pancréas humain. Il est très probable que le cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR), connu pour sa perméabilité aux ions Cl– et

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activé par l’AMPc, intervienne aussi dans l’efflux de HCO3 – [34] . En outre, il est capable d’interagir avec d’autres transporteurs, en particulier SLC26A6. SLC26A6 et CFTR s’activent ou s’inactivent ainsi mutuellement [35, 36] . Les bestrophines sont des canaux Cl– activés par le calcium, exprimés au pôle apical des cellules canalaires humaines et qui sont perméables au HCO3 – [37] .

Sécrétion protéique Le pancréas est l’organe du corps humain qui synthétise le plus de protéines qui sont pour la plupart des enzymes sécrétées dans la lumière intestinale. Le pancréas humain délivre quotidiennement 6 à 20 g d’enzymes. Le Tableau 1 indique les principales enzymes digestives protéolytiques, lipolytiques, amylolytiques et les nucléases sécrétées par le pancréas. Les enzymes sont stockées et sécrétées en majorité en tant que proformes inactives ou zymogènes.

Protéases Les protéases sont classiquement divisées en deux groupes : les endopeptidases, ou protéases à sérine, clivant les protéines à l’intérieur de leur séquence et les exopeptidases qui attaquent l’extrémité carboxyterminale des protéines. Trypsine, chymotrypsine, élastase et kallikréine possèdent dans leur site actif un résidu sérine mis en jeu dans les processus d’hydrolyse. L’action combinée des protéases pancréatiques et de la pepsine gastrique génère des oligopeptides et des acides aminés dont l’absorption intestinale est réalisée grâce à des transporteurs spécifiques [38] . Trypsine La trypsine joue un rôle clé, car c’est elle qui va permettre l’activation en cascade de toutes les proformes d’enzymes. Elle clive les protéines au niveau des résidus d’acides aminés basiques lysine et arginine. Le trypsinogène est activé en trypsine par l’entérokinase, une peptidase de la bordure en brosse duodénale. Il existe plusieurs variants de trypsinogène caractérisés par leur migration électrophorétique : • le trypsinogène 3 ou cationique (protease serine 1 − PRSS1) est le plus abondant ; • le trypsinogène 1 ou anionique ou PRSS2 ; • le trypsinogène 2 ou mésotrypsinogène ou PRSS3, peu abondant, mais résistant à l’inhibiteur trypsique sécrétoire [39] . EMC - Hépatologie

Physiologie du pancréas exocrine  7-007-A-40

Tableau 1. Principales enzymes et zymogènes sécrétoires. Substrat

La carboxypeptidase B agit de manière concertée avec la trypsine puisqu’elle clive les protéines au niveau des acides aminés basiques.

Trypsine(ogène) (1, 2, 3)

Protéines, résidus Arg et Lys

Enzymes hydrolysant les lipides Les enzymes hydrolysant les lipides sont sécrétées principalement par le pancréas, les lipases linguales et gastriques ne contribuant que minoritairement à la digestion. Les principales enzymes pancréatiques qui hydrolysent les lipides sont la triglycéride lipase (ou lipase) et les phospholipases. Les phospholipases coupent les liaisons esters de phosphoglycérides et libèrent des acides gras libres, comme l’acide arachidonique, et des lysophospholipides. Seule la phospholipase A2 (PLA2) a été décrite dans la sécrétion pancréatique. C’est la première PLA2 sécrétée clonée chez les mammifères [44] . Elle appartient au groupe IB comme certaines PLA2 du venin de serpent. Elle nécessite, comme les autres PLA2 sécrétées, des concentrations de Ca2+ élevées de l’ordre du millimolaire et a peu de sélectivité visà-vis des acides constituant les phosphoglycérides. Le clonage de cette enzyme a révélé qu’elle est aussi présente dans le poumon, le rein, la rate et les ovaires et ses fonctions extradigestives ont été confirmées par le clonage d’un récepteur transmembranaire spécifique [45] . La PLA2 pancréatique exerce, via l’activation de son récepteur, plusieurs fonctions dont un rôle proprolifératif, promigratoire et régule aussi l’expression d’enzymes du métabolisme des phospho- et des sphingolipides [46] . La lipase pancréatique hydrolyse les triglycérides en acides gras en exerc¸ant son action à l’interface lipide-eau. Les acides biliaires qui favorisent les émulsions de triglycérides et la colipase sont nécessaires à l’action de la lipase. L’inhibition de la lipase pancréatique a des applications thérapeutiques dans le traitement de l’obésité.

Enzyme/zymogène Endopeptidases Chymotrypsine(ogène)

Protéines, résidus Phe, Tyr et Trp

(Pro)élastase 2

Élastine

(Pro)protéase E ou (pro)élastase 1

Résidus aliphatiques

Kallikréine(ogène)

Kininogène

Exopeptidases (Pro)carboxypeptidases A1 et A2

Résidus carboxyterminaux Phe, Tyr et Trp

(Pro)carboxypeptidases B1 et B2

Résidus carboxyterminaux Arg et Lys

Lipases Lipase pancréatique

Esters d’acides gras

(Pro)colipase

Cofacteur de la lipase

(Pro)phospholipase A2

Esters d’acides gras

Carboxylester hydrolase

Phospholipides, triglycérides

Autres enzymes Amylase

Amidon

Ribonucléase

ARN

Désoxyribonucléase

ADN

ARN : acide ribonucléique ; ADN : acide désoxyribonucléique.

Le trypsinogène a la capacité de s’autoactiver in vitro, mais chez le sujet sain, le suc pancréatique qui arrive dans le duodénum n’a pas d’activité catalytique. Des mutations de PRSS1 sont associées à la pancréatite chronique héréditaire et aux pancréatites idiopathiques [40] alors qu’un variant de PRSS2 serait protecteur [41] . Chymotrypsine Il existe deux formes moléculaires majoritaires de chymotrypsinogène dans le suc pancréatique humain. Le chymotrypsinogène A représente plus de 70 % de l’activité totale. La chymotrypsine clive les liaisons peptidiques au niveau des acides aminés aromatiques : phénylalanine, tyrosine et tryptophane ; elle est insensible aux inhibiteurs trypsiques. Élastase Deux variants, la protéase E et l’élastase 2 ont été isolés et caractérisés. Sécrétés sous forme de zymogènes, ils ont une grande variété de substrat. L’élastase 2 clive l’élastine, protéine du tissu conjonctif, alors que la protéase E a très peu d’activité hydrolytique sur ce substrat. Le pancréas n’est pas le site unique de synthèse de l’élastase et ce sont en particulier les élastases leucocytaires qui sont impliquées dans les désordres vasculaires de la pancréatite aiguë. Kallikréine La kallikréine est une endopeptidase qui libère la kinine à partir du kininogène plasmatique. Le pouvoir catalytique de cette enzyme ressemble à celui de la trypsine. Il existe deux types de kallikréine structurellement différentes, la kallikréine plasmatique et la kallikréine tissulaire exprimée dans différents tissus dont le pancréas. La famille des kallikréines tissulaires comprend 15 membres dans l’espèce humaine. C’est un composant mineur de la sécrétion pancréatique aux fonctions physiologiques diverses et qui semble également avoir un rôle potentiel de marqueur dans plusieurs cancers [42, 43] . Carboxypeptidases Contrairement aux endoprotéases, les carboxypeptidases sont des métalloprotéases qui contiennent un atome de zinc au niveau du site actif. La carboxypeptidase A préfère les acides aminés aromatiques et complète ainsi l’action de la chymotrypsine. EMC - Hépatologie

Amylase et nucléases L’amylase humaine existe dans la salive, le pancréas, le sang, l’urine, le foie, l’appareil génital et le poumon. L’amylase pancréatique et l’amylase salivaire contribuent chacune pour 50 % à l’hydrolyse du glycogène d’origine animale et de l’amidon, de l’amylose et de l’amylopectine d’origine végétale. Elles diffèrent par leurs propriétés physicochimiques, mais ont des activités enzymatiques identiques [47] . Leurs produits d’hydrolyse sont des dextrines, le maltose et le maltotriose. La maltase et l’isomaltase entérocytaires complètent l’hydrolyse de ces produits en glucose dont la réabsorption intestinale est assurée par un transport actif glucose-sodium [48] . Les fonctions physiologiques des désoxyribonucléases (DNase) et les ribonucléases (RNase) pancréatiques ne sont pas définies.

Protéines non enzymatiques Le suc pancréatique contient environ 10 % de protéines non enzymatiques. On trouve parmi celles-ci la colipase [49] , l’inhibiteur trypsique sécrétoire (PSTI), appelé aussi serine protease inhibitor Kazal (SPINK) de type 1 [50] et les protéines de la famille Reg dont le rôle dans le pancréas exocrine est encore controversé [51] .

Protection contre l’autodigestion du pancréas Il existe plusieurs mécanismes de protection contre la digestion enzymatique. Tout d’abord, les enzymes sont synthétisées sous forme de précurseurs inactifs, stockés dans les granules de zymogène à pH acide, pH auquel les enzymes sont inactives. Rappelons aussi que l’activation de la trypsine se fait dans le duodénum. Enfin les acini pancréatiques synthétisent et stockent un inhibiteur dans les granules de sécrétion. L’inhibiteur pancréatique trypsique sécrétoire PSTI/SPINK1 a pour fonction d’empêcher la cascade d’activation trypsique dans le pancréas. Les mutations de PSTI/SPINK1 sont associées aux pancréatites chroniques idiopathiques ou héréditaires [52–54] .

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7-007-A-40  Physiologie du pancréas exocrine

 Synthèse, transport et sécrétion des enzymes pancréatiques Contrôle de l’expression des gènes des enzymes du pancréas exocrine Le complexe transcriptionnel pancreas transcription factor 1-L (PTF1-L) est un régulateur essentiel de l’expression des gènes spécifiques du pancréas exocrine [55–57] . À l’âge adulte, PTF1-L est constitué de trois protéines qui sont chacune indispensables pour la fixation du complexe sur l’acide désoxyribonucléique (ADN) et l’activité transcriptionnelle du complexe. Ces protéines sont : PTF1a, recombination signal binding protein JL (RBPJL) et un facteur de transcription de type basic helix loop helix (bHLH) ubiquitaire. PTF1a est majoritairement exprimé dans les acini, mais également nécessaire au développement de la moelle épinière, du cervelet et de la rétine. RBPJL est un homologue de recombination signal binding protein J (RBPJ), le médiateur transcriptionnel de la voie Notch, mais contrairement à RBPJ, il n’intervient pas dans la signalisation Notch et n’est exprimé que dans le pancréas et le cortex cérébral [58] . Le complexe PTF1-L se fixe sur l’ADN, sur un élément de réponse bipartite composé d’une boîte E, dont la séquence est CACCTG, et d’une boîte TC (TTTCCCACG) présentes dans les promoteurs des gènes codant pour les enzymes digestives. PTF1a et le facteur bHLH ubiquitaire forment un hétérodimère qui lie la boîte E tandis que RBPJL interagit avec le domaine C-terminal de PTF1a et se fixe sur la boîte TC. Des travaux très récents montrent que le récepteur nucléaire liver receptor homolog-1 (LRH-1) (ou NR5A2) est un autre facteur important de la régulation des gènes de la synthèse et de la sécrétion pancréatique exocrine [59] . Chez l’adulte, cette protéine est fortement exprimée dans le pancréas exocrine, plus faiblement dans le foie et l’intestin, et joue un rôle crucial dans le métabolisme du cholestérol [60, 61] . La séquence consensus de fixation du LRH-1 est présente sur les promoteurs contenant les boîtes E et TC de fixation du complexe PTF1-L (Fig. 2). LRH-1 serait de plus impliqué dans la régulation de la sécrétion de fluide.

Synthèse des enzymes et transport

C

TTT C

C A CC

PTF1a

LRH-1

bHLH

La cellule acineuse a servi de modèle aux études des mécanismes de synthèse et de transport des protéines dans la cellule [62] . La cellule acineuse qui synthétise une grande quantité de protéines est équipée d’un nombre de ribosomes plus important que dans n’importe quel autre type cellulaire de l’organisme. Les mitochondries y sont présentes en abondance pour couvrir les besoins énergétiques. La synthèse protéique est initiée après fixation de l’acide ribonucléique (ARN) messager sur les ribosomes. Le peptide signal constituant l’extrémité aminoterminale de la protéine se fixe au réticulum endoplasmique rugueux (RER) et

T

G

RBPJL

T CC T T C A

C G

LRHRE Boîte E Boîte TC Figure 2. Contrôle de l’expression des gènes des enzymes pancréatiques. Les facteurs essentiels de l’expression des gènes acinaires sont le récepteur nucléaire liver receptor homolog-1 (LRH-1) et le complexe transcriptionnel pancreas transcription factor 1-L (PTF1-L) formé de recombination signal binding protein JL (RBPJL), pancreas transcription factor 1a (PTF1a), et d’un facteur basic helix loop helix (bHLH) ubiquitaire. Les séquences d’acide désoxyribonucléique liant spécifiquement ces facteurs sont indiquées. LRHRE : élément de réponse au LRH-1.

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la protéine naissante passe dans la lumière du RER. Le peptide signal est ensuite clivé. C’est dans le RER que s’effectuent les modifications cotraductionnelles (formation de ponts disulfures, phosphorylation, sulfatation, glycosylation), le repliement et le contrôle qualité des protéines. Celles-ci sont ensuite transportées vers l’appareil de Golgi où peuvent survenir des modifications post-traductionnelles des protéines (remaniement des ponts disulfures, de la glycosylation). Après maturation, les protéines sont soumises à un tri dans le réseau transgolgien et ainsi orientées vers leur site de destination : les enzymes lysosomales sont dirigées vers le lysosome, les enzymes digestives sont stockées dans les granules de zymogène en attendant l’exocytose, les protéines membranaires sont amenées à la membrane dans des vésicules de transport.

Mécanismes d’exocytose La sécrétion des enzymes se fait par exocytose. L’exocytose fait intervenir la fusion des grains de sécrétion (ou grains de zymogène) avec la membrane plasmique apicale pour libérer le contenu enzymatique. Le rôle de plusieurs protéines des grains de zymogène a récemment été élucidé. Des petites protéines à activité guanosine triphosphatase (GTPase), les petites protéines G, dont Rap1, Rab3D et Rab27B, ont été identifiées sur la surface externe des grains de sécrétion [63, 64] . Certaines de ces petites protéines G interviennent dans la fixation du granule sécrétoire à la membrane, d’autres jouent un rôle à d’autres étapes du processus de sécrétion. En particulier, les petites protéines G de la famille RhoA et Rac1 régulent la sécrétion en remodelant le cytosquelette d’actine. L’exocytose fait également intervenir les protéines soluble N-ethylmaleimide factor attachment protein receptor (SNARE). Celles-ci sont chargées de diriger les vésicules présentes dans la cellule vers un organite cible. Les SNARE vésiculaires (vSNAREs) vesicle associated membrane protein 8 (VAMP-8) et VAMP2/synaptobrevine sont associées aux grains de zymogène. Elles interagissent avec d’autres SNARE (comme les syntaxines ou Syn) présentes sur les membranes cibles pour former un complexe SNARE. Syn-2 a été localisée sur la membrane apicale, Syn-3, 7 et 8 sur les granules et Syn-4 sur la membrane basolatérale. Les granules de zymogène exprimant VAMP-2 seraient plus spécifiquement impliqués dans la voie de sécrétion constitutive tandis que la sous-population de granules exprimant VAMP-8 contribuerait plus particulièrement à la sécrétion stimulée [65, 66] . D’autres protéines identifiées sur les grains de sécrétion pourraient intervenir dans la sécrétion. Il s’agit de la cysteine string protein (CSPalpha), qui s’associerait avec VAMP-8 [67] , et de Sdmg1 [68] .

Stimulation de la sécrétion acinaire Récepteurs des neurohormones et rôle du calcium intracellulaire La sécrétion du pancréas exocrine est finement régulée par des hormones et des neurotransmetteurs qui possèdent des récepteurs membranaires sur la cellule acinaire. Les récepteurs de l’acétylcholine, de la cholécystokinine (CCK), de la sécrétine, du vasoactive intestinal peptide (VIP), du gastrin releasing peptide (GRP), de la somatostatine sont exprimés sur les acini. Ce sont des récepteurs couplés aux protéines G qui ont été identifiés et étudiés principalement in vitro à partir de préparations de cellules acinaires de rongeurs. C’est ainsi qu’ils ont été quantifiés sur les acini pancréatiques et qu’ont été déterminées leur affinité et spécificité de liaison vis-à-vis de différents ligands. Ces études in vitro ont aussi permis de connaître les cascades de signalisation qu’ils activent pour réguler la sécrétion enzymatique. Le VIP et la sécrétine activent l’adénylate cyclase. L’AMPc produit stimule la protéine kinase A dépendant de l’AMPc. Les autres neurohormones activent la phospholipase C qui, après hydrolyse du phosphatidyl-inositol-4,5-diphosphate, produit des inositol-triphosphate (IP3) et du diacylglycérol (DAG). L’IP3 permet d’augmenter la concentration cytoplasmique en calcium. Le calcium intracellulaire est le régulateur clé de la sécrétion acinaire. Il est stocké principalement dans le réticulum endoplasmique et EMC - Hépatologie

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libéré dans le cytoplasme après fixation de l’IP3 sur ses récepteurs qui sont des canaux calciques. L’acide nicotinique adénine dinucléotide (NAADP) et l’adénosine diphosphate (ADP) ribose cyclique (ADPRc) interviennent également dans l’augmentation du calcium intracellulaire en stimulant respectivement les récepteurs canaux de la ryanodine sensibles au calcium et les récepteurs du NAADP [69, 70] . De même, d’autres organites stockant le calcium comme les mitochondries et un stock identifié au pôle apical des acini semblent participer à cette réponse. La réponse calcique acinaire est complexe et se fait en oscillations, pics locaux ou vagues dans l’ensemble de la cellule [71] . L’existence de plusieurs messagers intracellaires et la répartition de leurs récepteurs dans la cellule pourraient expliquer le profil de la réponse [72] . En outre, il semblerait qu’une réponse locale stimule la sécrétion de fluide acinaire tandis qu’une réponse globale, initiée au pôle apical au voisinage des grains de zymogène et se propageant par vagues dans l’ensemble de la cellule, stimulerait la sécrétion d’enzymes et de fluide [71, 73] .

exerce ses effets directement en se liant sur le RCCK1 acinaire et indirectement par la voie cholinergique [76] . La question de la présence des récepteurs CCK sur les acini du pancréas humain a fait l’objet de controverses. Il semble finalement que les deux types de récepteurs soient vraisemblablement exprimés dans le pancréas exocrine humain [77, 78] . De plus, des travaux récents tranchent la question de la fonctionnalité des récepteurs CCK des acini du pancréas humain en démontrant in vitro une réponse directe à l’action de concentrations physiologiques de CCK qui stimulent une réponse calcique et l’exocytose des grains de zymogène au pôle apical des cellules [79] . Cependant, il existe peu de résultats en faveur d’une contribution des récepteurs CCK acinaires du pancréas humain à la sécrétion exocrine et la plupart des données suggèrent que la CCK agit majoritairement via l’activation de RCCK1 neuronaux [76] .

 Références [1]

“ Points essentiels • Le pancréas est une glande mixte composée de plusieurs populations cellulaires ayant des fonctions différentes, mais qui dérivent des mêmes cellules précurseurs de l’endoderme de l’intestin primitif. • Les cellules pancréatiques adultes ont la capacité de changer de phénotype. • La trypsine permet l’activation de toutes les enzymes pancréatiques. • PTF1a et LRH-1 sont les deux facteurs de transcription qui contrôlent l’expression des gènes acinaires. • La sécrétion des cellules acinaires et des cellules canalaires est régulée par des neurohormones qui agissent en se liant sur leurs récepteurs transmembranaires couplés aux protéines G situés sur la membrane basolatérale de ces cellules.

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Cholécystokinine La cholécystokinine (CCK) est le stimulant majeur de la sécrétion enzymatique. Elle est produite dans les cellules I de la muqueuse du duodénum et du jéjunum proximal. La sécrétion de CCK est stimulée par les produits de digestion des graisses et des protéines. Les acides gras à longue chaîne, le tryptophane et la phénylalanine sont de puissants stimuli. Ils sont reconnus par des récepteurs du goût amer présents sur la membrane apicale des cellules I au contact de la lumière intestinale. L’activation de ces RCPG conduit à la sécrétion de CCK au pôle basal de la cellule [74] . La CCK est alors captée par la microvascularisation environnante et circule jusqu’à ses tissus cibles. Elle interagit aussi avec des neurones sensitifs de la muqueuse intestinale et le signal transmis par les fibres nerveuses vagales afférentes stimule la sécrétion pancréatique exocrine par réflexe vagovagal. Les récepteurs CCK sont des RCPG et deux types pharmacologiques ont été clonés et caractérisés. Le récepteur CCK1 (RCCK1) lie la CCK et a peu d’affinité pour la gastrine. Le récepteur CCK2 (RCCK2) reconnaît CCK et gastrine avec des affinités similaires, on l’appelle également récepteur de la gastrine [75] . Il existe des différences interespèces importantes dans l’équipement acinaire en récepteurs CCK et le rôle des RCCK dans la sécrétion enzymatique. Les acini pancréatiques de rongeurs expriment majoritairement le RCCK1 tandis que le RCCK2 est présent sur les acini du pancréas de chien, du veau et du porc [75] . Alors que le RCCK2 contribue à la sécrétion pancréatique exocrine du veau, son rôle dans le pancréas du chien et celui du porc est plus incertain. Chez le rongeur, le rôle du RCCK1 acinaire dans la sécrétion exocrine a été démontré par de nombreuses études in vitro et il est admis que la CCK EMC - Hépatologie

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Physiologie du pancréas exocrine  7-007-A-40

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M. Dufresne, Docteur en sciences, directrice de recherche Inserm ([email protected]). Inserm UMR1037, Centre de recherche en cancérologie de Toulouse, Université Paul Sabatier, équipe Marqueurs et cibles pour les biothérapies des cancers digestifs, CHU Rangueil, bat L3, BP 84225, 31432 Toulouse cedex 4, France. Toute référence à cet article doit porter la mention : Dufresne M. Physiologie du pancréas exocrine. EMC - Hépatologie 2012;7(3):1-9 [Article 7-007-A-40].

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Cas clinique

9



7-007-A-45

Métabolisme des xénobiotiques A.J. Krol, P. Beaune, I. de Waziers, M.-A. Loriot L’homme est constamment exposé à des molécules présentes dans l’environnement désignées sous le terme général de xénobiotiques, regroupant contaminants alimentaires, composés synthétiques, polluants environnementaux et médicaments. L’accumulation de ces substances dans l’organisme est néfaste. Le métabolisme des xénobiotiques, par l’intermédiaire des enzymes du métabolisme et des transporteurs des xénobiotiques (EMTX), permet leur élimination, en convertissant ces composés lipophiles en composés hydrophiles, qui peuvent alors être excrétés dans les fluides biologiques. Les variations interindividuelles dans l’activité des EMTX sont très importantes et dépendent de plusieurs facteurs : génétiques, épigénétiques, environnementaux ou physiopathologiques (jeûne, diabète, hépatites, cirrhoses, cancers, etc.). L’expression des EMTX est notamment régulée par des xénosenseurs qui détectent la présence des xénobiotiques dans les cellules et coordonnent l’expression de gènes du métabolisme permettant de les inactiver et/ou de les éliminer. Cette variabilité a des conséquences pharmacotoxicologiques. D’une part, les variations du métabolisme peuvent entraîner des anomalies de réponse aux médicaments : la pharmacogénétique s’intéresse à l’influence des séquences de l’ADN sur l’efficacité et la toxicité des médicaments afin de développer des tests simples permettant de prédire la réponse des individus à certains traitements ; d’autre part, le métabolisme des xénobiotiques, et notamment des polluants environnementaux, peut entraîner la formation de métabolites très toxiques ou réactifs. Ainsi, les produits issus du métabolisme des pesticides peuvent conduire à la survenue de pathologies diverses comme des cancers, des maladies neurologiques et neurodégénératives, des troubles de la reproduction. © 2015 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : Xénobiotiques ; Transport et métabolisme ; Variabilité interindividuelle ; Cytochromes P450 ; Pharmacotoxicologie ; Médicament

Plan ■

Introduction

1



Principales étapes du transport et du métabolisme des xénobiotiques

2



Sources de variabilité du métabolisme des xénobiotiques Facteurs génétiques Facteurs épigénétiques Facteurs environnementaux

3 3 5 5



Conséquences thérapeutiques des variations du métabolisme : exemple des médicaments

6



Conséquences toxicologiques du métabolisme : exemple des pesticides

7

Conclusion

7



 Introduction L’homme est constamment exposé à de petites molécules, de faible poids moléculaire (< 1000 Da), appelés xénobiotiques, présents dans son environnement. Les xénobiotiques regroupent, EMC - Hépatologie Volume 10 > n◦ 2 > avril 2015 http://dx.doi.org/10.1016/S1155-1976(15)31590-4

entre autres, les contaminants alimentaires, les composés synthétiques, les polluants environnementaux et les médicaments. Ces molécules peuvent pénétrer passivement ou grâce à des transporteurs dans les cellules. Leur accumulation dans les cellules est néfaste pour l’organisme. Le métabolisme des xénobiotiques est indispensable car il permet leur élimination. Il convertit ces composés lipophiles en composés hydrophiles qui peuvent alors être excrétés dans les liquides biologiques hors de l’organisme (Fig. 1), ou neutralise les fonctions chimiques réactives, potentiellement toxiques. Après absorption par l’organisme, directement, ou via des transporteurs d’influx, les xénobiotiques sont métabolisés par un ensemble d’enzymes répartis schématiquement en deux groupes : enzymes de fonctionnalisation (phase I), enzymes de conjugaison (phase II). Les métabolites conjugués sont excrétés des cellules par des transporteurs d’efflux de phase III (adénosine triphosphate [ATP]- dépendant), puis éliminés dans la bile ou les urines [1] . Si la grande majorité des xénobiotiques est ainsi éliminée, des métabolites réactifs peuvent être formés. Du fait de leurs propriétés électrophiles, ils peuvent se lier de manière covalente aux macromolécules cellulaires nucléophiles et provoquer des réactions toxiques : leur liaison à l’acide désoxyribonucléique (ADN) peut entraîner des mutations qui, en l’absence de réparation

1

7-007-A-45  Métabolisme des xénobiotiques

Inhalation Tissu/organe (exemple : foie)

Ingestion

Phase I

Phase II

Phase III

SLC OH

Absorption

O

SLC

ABC O2

OH O

ABC

ABC Celllule (exemple : hépatocyte) Élimination

Figure 1. Devenir des xénobiotiques dans l’organisme. Les xénobiotiques sont ingérés (étoiles vertes), inhalés (étoiles jaunes) ou absorbés (étoiles bleues) par l’organisme. La pénétration dans l’organisme se fait directement ou via des transporteurs (solute-linked carrier [SLC] : influx ; ABC [ATP-binding cassette] [ATP : adenosine triphosphate] : efflux). Les xénobiotiques sont ensuite métabolisés (étoiles orange) par des enzymes schématiquement réparties en deux phases (phase I : fonctionnalisation ; phase II : conjugaison). L’élimination dans les liquides biologiques (urines, bile) se fait grâce à des transporteurs de phase III (expulsion du xénobiotique inchangé ou du métabolite). Le foie est le siège principal du métabolisme des xénobiotiques ; cependant, d’autres organes peuvent participer à ce métabolisme (reins, intestins, poumons, cerveau, etc.).

fidèle, peuvent initier un cancer. Leur liaison aux protéines peut entraîner l’apparition d’allergies, de maladies auto-immunes ou de nécroses [2] . Les enzymes du métabolisme et les transporteurs des xénobiotiques (EMTX) sont exprimés principalement dans le foie et les organes en contact direct avec les xénobiotiques (œsophage, intestin, peau, muqueuse nasale, poumons, etc.), mais on en trouve également dans presque tous les autres organes en quantités plus faibles et/ou avec expression d’isoformes spécifiques [3] . Cet article est essentiellement consacré au métabolisme hépatique des médicaments (concepts transposables à l’ensemble des xénobiotiques). Seront utilisés souvent l’exemple des cytochromes P450 (CYP) qui constituent une classe majeure d’enzymes dans ce processus et qui permettent d’illustrer les différents mécanismes de régulation de l’expression ou de l’activité de l’ensemble des enzymes du métabolisme des xénobiotiques (EMX).

 Principales étapes du transport et du métabolisme des xénobiotiques Les acteurs du métabolisme des xénobiotiques sont très nombreux et divers, avec un spectre d’activité très large permettant l’adaptation de l’organisme à un environnement contenant un grand nombre de xénobiotiques de structures très variées et imprévisibles. Les EMTX sont classés en superfamilles, familles et sous-familles, en fonction du degré d’homologie de leurs séquences protéiques. L’entrée des xénobiotiques dans la cellule peut être passive, les xénobiotiques, souvent lipophiles, étant capables de traverser la membrane plasmique, ou facilitée par des transporteurs [4] . Les principaux transporteurs d’influx sont les solute-linked carriers (SLC). Il y en a environ 300, répartis en 43 familles. Ils sont principalement présents dans les organes directement exposés aux xénobiotiques (intestins, poumons, etc.). Il faut noter que ces mêmes transporteurs sont capables de limiter la pénétration des xénobiotiques par leur localisation sur les barrières épithéliales (intestin, placenta, barrière hématoencéphalique) de l’organisme (Fig. 1). Les enzymes de phase I introduisent des groupements réactifs et polaires sur les xénobiotiques. Ce sont dans les deux tiers des cas des mono-oxygénases à cytochromes P450 qui transforment, par des réactions d’oxydation et de réduction, les xénobiotiques

2

en métabolites généralement plus hydrophiles et parfois réactifs. Il existe 23 isoformes de cytochromes P450 humains impliqués dans le métabolisme des xénobiotiques ; ils sont classés selon leur similitude de séquences en acides aminés en familles (1–3), en sous-familles représentées par une lettre capitale et en isoformes représentés par un chiffre (par exemple CYP3A4). Un même CYP peut métaboliser plusieurs xénobiotiques et un xénobiotique peut être métabolisé par plusieurs CYP ; leur spécificité est large, relative et chevauchante. Les CYP constituent une famille d’enzymes capables de catalyser la biotransformation oxydative de la plupart des médicaments et des xénobiotiques lipophiles (Fig. 2) et ont donc un rôle essentiel en pharmacologie et toxicologie [5] . Il existe aussi d’autres enzymes de phase I comme les mono-oxygénases à flavines (FMO) [6] ou les estérases [7] . Au cours de la phase II [9] , les métabolites formés par les enzymes de phase I sont conjugués à des composés hydrophiles comme les sulfates ou l’acide glucuronique. Les conjugaisons se font sur des sites carboxyl (-COOH), hydroxyl (-OH), sulfhydril (-SH) ou amino (-NH2). Ces réactions sont catalysées par des enzymes dites de phase II qui sont des transférases à large spectre (Tableau 1). Les principales familles impliquées sont celles des UDP-glucuronosyltransférases (UGT), des glutathion-S-transférases (GST), des méthyl-transférases, des méthyl-sulfotransférases ou encore des N-acétyl-transférases ; dans certains cas, le groupement ajouté est hydrophobe et sert à neutraliser des groupements réactifs existant initialement dans les xénobiotiques ou formés par les enzymes de phase I. Une fois conjugués, les métabolites produits sont expulsés par des transporteurs d’efflux [4] : les ABC transporteurs (ATP-binding cassette). Ce sont des transporteurs actifs utilisant l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP pour transporter les substrats à travers la membrane cellulaire. Il existe environ 50 transporteurs ABC différents chez l’homme répartis en sept familles. Ces transporteurs ont également un rôle très important dans la limitation de l’entrée ou la distribution dans l’organisme des xénobiotiques (protection des organes sensibles) ou encore sont responsables du transport de certains toxiques environnementaux comme les pesticides [10] . Les produits conjugués hydrophiles sont ensuite éliminés dans la bile, l’urine ou les fèces. Les EMTX possèdent des propriétés communes : • une grande variabilité interindividuelle dans leur expression ou leur activité ; • des polymorphismes génétiques fréquents, conduisant à l’existence d’allèles plus ou moins actifs et expliquant une partie des différences interindividuelles de vitesse de métabolisation des xénobiotiques ; EMC - Hépatologie

Métabolisme des xénobiotiques  7-007-A-45

Élimination directe CYP1A CYP2B6 CYP2C9

Élimination après biotransformation glutathion-S-transférases

CYP2C19 CYP2D6 CYP2E1 CYP3A

B

A

Figure 2. Élimination des 200 médicaments les plus prescrits. A. Voies d’élimination : les médicaments sont éliminés principalement par la bile ou les urines selon deux mécanismes : élimination directe (1) : excrétion sous forme inchangée pour environ un quart des médicaments ; élimination après biotransformation (2), sous forme de métabolites. B. Répartition de la métabolisation par les CYP. Dans le cas d’une métabolisation, plusieurs types d’enzymes peuvent intervenir. Il s’agit très majoritairement (environ 75 % des cas) des enzymes de la superfamille des cytochromes P450 (CYP). D’autres enzymes (UDP-glucuronosyl-tranférases, glutathion S-transférases, N-acétyl-transférases, estérases, amidases ou époxyde hydrolases, etc.) peuvent intervenir secondairement [8] . Tableau 1. Principales enzymes de phase II impliquées dans le métabolisme des xénobiotiques, ainsi que les cofacteurs associés, et leur localisation [9] . Enzyme

Type de réaction

Cofacteur

Localisation

UGT (UDP-glucuronosyltransférases)

Glucuronidation

UDP-glucuronique acide

Foie, reins, intestins, poumons, peau, prostate, cerveau

SULT (sulfotransférases)

Sulfatation

3 -phosphoadénosine-5 phophosulfates

Foie, reins, intestins

GST (glutathion S-transférases)

Conjugaison au glutathion

Glutathion

Foie, reins, testicule, surrénale, pancréas, cerveau, placenta, intestin grêle, rate, prostate, muscles squelettiques, moelle osseuse, plaquettes, leucocytes

NAT (N-acétyl-transférases)

Acétylation

Acétyl-coenzyme A

Foie, poumons, rate, estomac, globules rouges, lymphocytes

MT (métyltransférases)

Méthylation

Acide UDP-glucuronique

Foie, rein, poumon, cerveau

• les EMTX métabolisent des substrats endogènes (peptides, hormones, neurotransmetteurs, etc.) et exogènes (toxiques environnementaux, médicaments) ; • leur spécificité est relative et chevauchante, permettant la prise en charge d’un grand nombre de substrats, à l’origine de l’adaptation de l’organisme à l’extrême diversité des xénobiotiques auxquels ce dernier peut être exposé ; • leur expression est principalement régulée au niveau transcriptionnel via des facteurs transcriptionnels communs permettant une coordination des différents acteurs ; • l’induction ou l’inhibition des EMTX par des xénobiotiques peut expliquer certaines interactions métaboliques entre xénobiotiques.

 Sources de variabilité du métabolisme des xénobiotiques La grande variabilité interindividuelle dans le métabolisme des xénobiotiques s’explique par différents mécanismes : facteurs génétiques, épigénétiques, environnementaux et/ou physiopathologiques [11] (Fig. 3).

Facteurs génétiques Les variations génétiques héréditaires dans les gènes d’enzymes du métabolisme sont connues depuis plus de soixante ans et de nombreux exemples de l’influence génétique sur la biotransformation des xénobiotiques ont été rapportés [12] . EMC - Hépatologie

Les polymorphismes génétiques sont responsables de variations d’expression ou d’activité des enzymes. L’existence, dans la population générale, de différents allèles d’un même gène, et par conséquent de différents génotypes, définit un polymorphisme génétique. Dans la définition classique du polymorphisme génétique s’ajoute une notion de fréquence : l’allèle le moins fréquent présente une fréquence au moins égale à 1 %. Les pertes de fonction des variants alléliques résultent souvent de mutations faux sens, d’anomalies de l’épissage ou de diminution du niveau d’expression, alors que les gains de fonction correspondent généralement à des augmentations du nombre de copies du gène (copy number variations ou CNV) ou à des substitutions localisées dans le promoteur à l’origine d’une activation de la transcription. Ils s’expriment dans la population générale sous la forme de différents phénotypes métaboliques, définissant généralement deux groupes d’individus : métaboliseurs lents (ML) (déficit d’activité enzymatique) et métaboliseurs rapides (MR) (activité normale). Cependant, l’existence de métaboliseurs ultrarapides (MUR) (activité augmentée) ou intermédiaires (MI) (activité réduite) est connue pour certaines enzymes (Fig. 4). La fréquence des différents phénotypes est variable selon l’enzyme et, pour une même enzyme, peut dépendre de l’origine ethnique ou géographique des populations étudiées. Dans le cas des médicaments, la pharmacogénétique s’intéresse aux conséquences de ces polymorphismes génétiques en thérapeutique afin de développer des tests simples permettant l’identification des individus pouvant présenter des anomalies de réponse (inefficacité, toxicité) et l’optimisation des traitements (choix de la molécule, adaptation de doses) [13] .

3

7-007-A-45  Métabolisme des xénobiotiques

Médicaments

Polluants

Additifs/contaminants E111

Xénobiotiques 00 E3

Produits de synthèse

E19

2

E14

3

4 E12

Transporteurs influx/efflux Polymorphismes génétiques Enzymes de phase I Mécanismes de régulation

Facteurs épigénétiques Enzymes de phase II Induction/répression (xénosenseurs)

Adduits aux macromolécules cellulaires : cancers, allergies, nécroses, maladies autoimmunes

Figure 3. Principales étapes du métabolisme et du transport des xénobiotiques, mécanismes de régulation et conséquences pharmacotoxicologiques. Les xénobiotiques (médicaments, polluants, etc.) pénètrent dans l’organisme directement ou par des transporteurs membranaires qui peuvent faciliter ou limiter leur entrée. Ils subissent ensuite des réactions de biotransformation impliquant des systèmes enzymatiques multiples (regroupés en phases I et II). Les métabolites issus de ces réactions sont doués de propriétés pharmacologiques ou toxicologiques qui peuvent être à l’origine de réponses anormales aux médicaments ou induire des pathologies comme les cancers, les maladies auto-immunes, métaboliques ou neurologiques.

Transporteurs d’efflux Interactions avec le métabolisme endogène : (acides biliaires, hormones, lipides, vitamines, inflammation, etc.)

Métabolites

Actifs/inactifs

Non toxiques/toxiques

(

)n

Nombre de sujets

Génotype

Figure 4. Bases moléculaires de la variabilité génétique. L’existence de polymorphismes génétiques (définissant les génotypes des individus : homozygotes sauvages, hétérozygotes et homozygotes mutés) conduit à l’identification de sous-groupes d’individus avec des capacités métaboliques variables (phénotypes lents, rapides et ultrarapides). Noter que, selon les enzymes, les individus hétérozygotes peuvent correspondre soit à des métaboliseurs rapides, soit à des métaboliseurs intermédiaires. En outre, le phénotype ultrarapide n’est pas décrit pour toutes les enzymes.

Activité enzymatique Métaboliseurs lents

Phénotype

(

Métaboliseurs intermédiaires (ou rapides)

)n Amplification du gène actif

Métaboliseurs rapides

Métaboliseurs ultrarapides

Gène défectueux « non fonctionnel » (délétion, mutation inactivatrice)

Gène actif « normal »

Des méthodes de phénotypage et de génotypage permettent de déterminer ou de prédire le statut métabolique d’un individu et de savoir ainsi s’il présente un risque particulier d’inefficacité ou de toxicité vis-à-vis de certains médicaments. Les méthodes de phénotypage reposent sur une mesure de l’activité enzymatique, ou sur l’administration d’un substrat-test (en général un médicament), suivie d’une mesure des quantités résiduelles du substrat ou de ses métabolites à partir d’un échantillon biologique, urinaire ou sanguin. En pratique, le génotypage reposant sur des techniques de biologie moléculaire (de plus en plus rapides et peu coûteuses) est plus fréquemment utilisé que le phénotypage (Tableau 2).

4

Dans le cas d’un médicament, les conséquences pharmacotoxicologiques de ces polymorphismes génétiques dépendent de l’importance de la voie métabolique polymorphe dans la clairance globale du médicament, de la forme d’administration du médicament (active ou prodrogue [précurseur inactif]), de la formation de métabolites pharmacologiquement actifs ou non, de métabolites toxiques ou non et de l’index thérapeutique du médicament. Pour les toxiques environnementaux, la présence de certains polymorphismes génétiques peut constituer un facteur de risque vis-à-vis de certaines pathologies comme le cancer [14] ou les maladies neurodégénératives [15] . EMC - Hépatologie

Métabolisme des xénobiotiques  7-007-A-45

Tableau 2. Exemples de polymorphismes des enzymes du métabolisme des xénobiotiques ayant une pertinence clinique. Gène

Fréquence a des métaboliseurs intermédiaires/lents (%)

Fréquence a des métaboliseurs ultrarapides (%)

Médicaments

Conséquences métaboliseurs lents/ultrarapides

CYP2C9

14-20/3-5

NA

Anticoagulants oraux

Surdosage/doses à l’équilibre réduites

CYP2C19

11/1-3

20

Clopidogrel

Inefficacité/risque hémorragique

CYP2D6

10/5-7

2

Antidépresseurs, codéine, tramadol

Inefficacité/toxicité accrue

UGT1A1

NA/15

NA

Irinotécan

Toxicité hématologique

TPMT

11/0,5

10–15

Thiopurines (azathioprine, 6-mercaptopurine)

Toxicité hématologique/résistance

DPYD

5-10/1-3

NA

5-fluorouracile

Toxicité hématologique et digestive

CYP : mono-oxygénase à cytochrome P450 ; UGT : UDP-glucuronosyl-transférase ; TPMT : thiopurine méthyl-transférase ; DPYD : dihydro-pyrimidine déshydrogénase ; NA : non applicable. Fréquences observées dans les populations caucasiennes.

a

Tableau 3. Principaux récepteurs impliqués dans la régulation des enzymes du métabolisme et transporteurs des xénobiotiques avec leurs substrats a . Gène

Alias

AhR

Substrats

Inducteurs

Inhibiteurs

Gènes cibles

Dioxines, hydrocarbures polycycliques aromatiques (HPA), polychlorobiphényles (PCB)

Dioxines, HPA, PCB

Resvérastrol, flavones

CYP1A, 1B1, 2S1

NR1I2

PXR (SXR)

Hyperforine, cyclosporine, rifampicine

Phénobarbital, cyclophosphamide, tamoxifène, rifampicine, pesticides, antifongiques, insecticides

Sulforaphane, coumestrol

CYP2B6, 2C, 3A, transférases, ABCB1, ABCG2

NR1I3

CAR

Clotrimazole, progestérone

Phénobarbital, rifampicine, cyclophosphamide

Clotrimazole, androsténol, androstanol

CYP2B6, 2C, 3A4, transférases, ABCB1, ABCC1, ABCG2

NR : nuclear receptor ; PXR : pregnane X receptor ; CAR : constitutive androstane receptor ; CYP : mono-oxygénase à cytochrome P450 ; ABC : adenosin triphosphate (ATP) binding cassette. On peut noter que certains substrats sont également inducteurs ou inhibiteurs.

a

Facteurs épigénétiques

Facteurs environnementaux

Certains changements héréditaires dans la fonction des gènes ne sont pas fondés sur des variations de séquences d’ADN et sont regroupés sous le terme d’épigénétique. Deux mécanismes ont été initialement rapportés : la méthylation de l’ADN et la modification des histones. La méthylation de l’ADN est un processus cellulaire mis en jeu dans la régulation directe de l’expression du gène, alors que la modification des histones a des conséquences sur l’accessibilité et l’activité de la machinerie transcriptionnelle. L’épigénétique comprend en outre des mécanismes de régulation des gènes par les microARN. Ces régulations épigénétiques sont majoritairement réversibles, tissu-spécifiques et peuvent dépendre de facteurs physiologiques (sexe, âge) ou environnementaux. Les modifications épigénétiques sont cruciales dans la compréhension du développement des maladies, ainsi que dans celle de la régulation des EMTX [16] . La méthylation de multiples sites CpG situés dans le promoteur du gène CYP1B1 a été détectée et identifiée comme facteur prédictif de la réponse au tamoxifène [17] . À titre d’exemple de l’influence de l’environnement, une étude a montré que la méthylation du promoteur CYP1A1 dans le tissu pulmonaire humain est plus faible chez les individus à forte consommation tabagique comparativement aux non-fumeurs [18] . De plus, les miARN ont une influence directe sur l’expression des gènes impliqués dans le métabolisme des xénobiotiques. La régulation directe par les miARN a été observée pour CYP1B1 et CYP3A4 par miR-27b [19, 20] , CYP2E1 par miR-378 [21] et les xénorécepteurs PXR (pregnane X receptor) par miR-148a et CAR (constitutive androstane receptor) par miR-137.

L’expression de ces gènes est régulée, principalement au niveau transcriptionnel, par trois principaux facteurs transcriptionnels ou xénosenseurs : l’aryl hydrocarbon receptor ou récepteur Ah (AhR), le constitutive androstane receptor (CAR, NR1I3) (NR : nuclear receptor) et le pregnane X receptor (PXR, NR1I2) (Tableau 3). Le rôle de ces xénosenseurs est de détecter la présence de xénobiotiques dans les cellules et de coordonner l’expression des gènes du métabolisme des xénobiotiques permettant de les inactiver et/ou de les éliminer [22] . Ils ont pour modulateurs des substances exogènes ou endogènes qui peuvent avoir des effets agonistes ou antagonistes sur l’activité de ces récepteurs. La coadministration de médicaments, ligands agonistes ou antagonistes, peut donc conduire à des toxicités sévères, une perte de l’efficacité thérapeutique ou des perturbations du métabolisme endogène. Par ailleurs, ces xénosenseurs ont aussi des connexions avec d’autres récepteurs nucléaires ou facteurs de transcription impliqués dans le métabolisme des acides biliaires, des lipides, du glucose, des vitamines, des hormones et dans l’inflammation. Ces connexions expliquent comment l’exposition à des xénobiotiques affecte des fonctions physiologiques et génère des phénomènes toxiques mais également comment des stimuli physiopathologiques modifient le métabolisme des xénobiotiques.

EMC - Hépatologie

Récepteur Ah (AhR) AhR est une protéine cytosolique, ubiquiste et activée par la fixation d’un ligand. Ce facteur de transcription fait partie de la famille dite bHLH-PAS, distincte des récepteurs nucléaires CAR et PXR. Les ligands d’AhR sont généralement des xénobiotiques de forme plane avec des cycles aromatiques, dont les plus connus

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7-007-A-45  Métabolisme des xénobiotiques

sont les dioxines, les hydrocarbures aromatiques polycycliques halogénés ou non (HAP et HAPH) et les polychlorobiphényles (PCB). La fixation du ligand sur AhR entraîne un changement conformationnel qui démasque le signal de localisation nucléaire (NLS). Après libération des protéines chaperonnes, AhR migre dans le noyau où il s’hétérodimérise avec le facteur nucléaire AhR nuclear translocator (ARNT). L’hétérodimère AhR/ARNT se lie sur les xenobiotic responsive elements (XRE) présents dans le promoteur des gènes cibles [23] . Cette liaison induit l’expression des cytochromes P450 de la famille 1 ainsi que de très nombreux gènes du métabolisme des xénobiotiques. L’activité transcriptionnelle d’AhR peut aussi être inhibée par un dérivé phénolique présent dans le raisin et dans le vin, le resvératrol [24] . Il existe des liens entre la voie AhR et d’autres voies métaboliques, par exemple avec la voie NF-␬B impliquée dans de nombreuses fonctions comme la réponse immunitaire, la différenciation cellulaire, la prolifération et l’apoptose [25] , ou encore avec les récepteurs à l’œstrogène (NR3A1, A2) qui modulent et contrôlent de nombreuses fonctions biologiques comme la reproduction, la fonction thyroïde, l’inflammation, la croissance et l’apoptose [26] . La conservation évolutive d’AhR, les phénotypes aberrants des souris déficientes pour l’AhR et l’expression des gènes médiée par XRE pendant le développement laissent supposer une fonction physiologique de ce récepteur mais l’existence d’un ligand ou d’un activateur endogène reste à démontrer.

« Constitutive androstane receptor » (CAR, NR1I3) ou récepteur constitutif des androstanes CAR est une protéine cytosolique abondamment exprimée dans le foie. Il possède une forte activité basale (en l’absence de ligand) qui serait indépendante de la fixation d’un ligand endogène. Très peu de ligands de CAR ont été identifiés : le clotrimazole et la progestérone entraînent une inhibition des capacités transcriptionnelles de CAR tandis que le CITCO est un activateur [27] . Le phénobarbital, activateur le plus utilisé de CAR, n’est pas un ligand naturel [28] . Il entraîne une translocation de CAR du cytoplasme dans le noyau et son hétérodimérisation avec le récepteur RXR␣ (retinoic X receptor, NR2B1). Les mécanismes moléculaires à l’origine de la déséquestration cytoplasmique et de l’activation de CAR restent encore mystérieux et font intervenir de nombreuses protéines [29, 30] dont la fonction et l’importance restent à caractériser. Après fixation de l’hétérodimère CAR/RXR sur son élément de réponse, il y a activation de la transcription de gènes cibles, principalement les cytochromes P450 des familles 2 et 3, mais également la NADPH (nicotinamide adénosine diphosphate à pouvoir réducteur) cytochrome P450 réductase, indispensable à l’activité catalytique des CYP et des transférases [31] . Les sites de fixation du complexe CAR/RXR ont été identifiés pour le CYP2B6 [32] , le CYP3A4 [27] et l’UGT1A1 [33] . Par ailleurs, CAR peut modifier le métabolisme endocrinien en augmentant la clairance de molécules comme les œstrogènes, la progestérone et les hormones thyroïdiennes par les mêmes enzymes qui métabolisent les xénobiotiques.

« Pregnane X receptor » (PXR, NR1I2) ou récepteur des pregnanes Le récepteur PXR, ou récepteur des stéroïdes et des xénobiotiques (SXR), est abondamment exprimé dans le foie. Il est, chez l’homme, exclusivement nucléaire et s’hétérodimérise avec RXR␣. L’hétérodimère PXR/RXR se lie à des éléments de réponse de l’ADN. Le ligand ayant la plus haute affinité pour PXR est l’hyperforine, molécule isolée du millepertuis, et couramment utilisée en phytothérapie dans le traitement de certains états dépressifs [34] mais de nombreux pesticides, herbicides, fongicides et insecticides sont également des activateurs de PXR [35] . Trois antagonistes naturels de PXR viennent d’être découverts : le sulforaphane, présent dans les légumes crucifères, le phytoestrogène coumestrol [36] et la sésamine, un lignane présent dans l’huile de sésame. PXR régule principalement l’expression des CYP de la famille 3 mais également un très grand nombre d’autres gènes du

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métabolisme et du transport des xénobiotiques [37] . La rifampicine est probablement le ligand de PXR qui crée le plus d’interactions in vivo chez l’homme.

Interactions CAR/PXR CAR et PXR semblent jouer des rôles complémentaires dans la détection des xénobiotiques : PXR reconnaîtrait directement un grand nombre de xénobiotiques tandis que CAR reconnaîtrait, de manière indirecte, par l’activation de certaines voies de transduction provoquée par leur accumulation, les xénobiotiques non reconnus par PXR. CAR et PXR sont placés sous le contrôle transcriptionnel du récepteur des glucocorticoïdes (GR, NR3C1) mettant ainsi en évidence une cascade de transmission du signal GR-CAR/PXREMX [22] . Certaines cytokines et molécules pro-inflammatoires, en inhibant la voie des glucocorticoïdes, répriment l’expression et l’induction d’EMX [38–40] . CAR et PXR ont le même partenaire d’hétérodimérisation, RXR␣ qui peut s’hétérodimériser également avec d’autres récepteurs nucléaires qui contrôlent le métabolisme endogène (récepteur des acides biliaires [FXR, NR1H4], récepteur de la vitamine D [VDR, NR1I1], récepteur des hormones thyroïdiennes [TR, NR1A1, NR1A2] et récepteurs PPAR [NRC1 à NRC3]). L’activation des récepteurs serait à l’origine des effets secondaires de certains médicaments, notamment la perturbation de l’homéostasie de molécules endogènes vitales (vitamine D3 , lipides, bilirubine, acides biliaires, hormones thyroïdiennes) et le métabolisme énergétique. Enfin, ces récepteurs ont été identifiés comme des cibles thérapeutiques potentielles dans le cadre de maladies métaboliques (obésité dyslipidémie) [41] .

 Conséquences thérapeutiques des variations du métabolisme : exemple des médicaments Les variations interindividuelles dans le métabolisme, d’origine génétique ou non, peuvent expliquer des anomalies de réponse (résistance, toxicité) aux médicaments. La prédiction de la réponse aux médicaments est un problème crucial en cas de fenêtre thérapeutique étroite ou de l’existence d’alternatives thérapeutiques. L’administration de plusieurs médicaments partageant les mêmes voies métaboliques ou d’un médicament interférant avec le métabolisme du médicament coprescrit peut se traduire par des interactions médicamenteuses. Ces interactions peuvent entraîner des modifications de pharmacocinétiques importantes expliquant des surdosages ou des inefficacités thérapeutiques. Par ailleurs, la pharmacogénétique s’intéresse aux conséquences des polymorphismes génétiques en thérapeutique afin de développer des tests simples permettant à la fois l’identification des individus pouvant présenter des anomalies de réponse et l’optimisation des traitements [42] . Plusieurs exemples d’applications cliniques (antivitamine K [AVK], codéine et tramadol, thiopurines, tacrolimus, etc.) permettent d’illustrer l’intérêt de la pharmacogénétique pour la prise en charge thérapeutique des patients. La thiopurine S-méthyltransférase (TPMT) est l’enzyme pour laquelle les applications pratiques sont les plus évidentes [43] . Cette enzyme intervient dans le métabolisme des médicaments thiopuriniques regroupant l’azathioprine (Imurel® ), la 6-mercaptopurine (Purinéthol® ) utilisés pour leurs propriétés cytotoxiques et immunosuppressives dans certains cancers et les maladies chroniques inflammatoires de l’intestin. Un déficit en TPMT d’origine génétique permet d’expliquer la survenue de toxicités hématologiques parfois sévères chez les patients traités par thiopurines et, à l’inverse, une activité TPMT très élevée peut expliquer une résistance thérapeutique. D’autres exemples peuvent être cités : les patients traités par anticoagulants oraux AVK sont exposés à un risque de surdosage et nécessitent des doses réduites en cas de présence d’allèles variants du CYP2C9, qui est responsable de l’élimination des AVK sous forme de métabolites inactifs [44, 45] . Pour la codéine ou le tramadol, antalgiques de EMC - Hépatologie

Métabolisme des xénobiotiques  7-007-A-45

palier II, dont le métabolisme par l’enzyme CYP2D6 est requis pour exercer leur action pharmacologique, on observe une diminution, voire une absence d’efficacité thérapeutique, chez les métaboliseurs lents et, à l’inverse, une toxicité liée à une accumulation de métabolites actifs chez les métaboliseurs ultrarapides [46] . Enfin, en transplantation rénale, on réalise aujourd’hui des adaptations de posologie du tacrolimus, avant la mise en route du traitement, en fonction du génotype CYP3A5 qui métabolise ce médicament immunosuppresseur [47] . Le Tableau 2 présente d’autre tests de pharmacogénétique utilisés en routine (UGT1A1 et irinotécan [48] , CYP2C19 et clopidogrel [49] , DPYD et 5-fluorouracile [50] ). La validation clinique d’un grand nombre d’analyses pharmacogénétiques et la mise au point de nouvelles technologies très performantes et peu coûteuses de génotypage contribuent au développement rapide de ces tests dans la pratique médicale courante, avec la perspective d’une individualisation des traitements médicamenteux associée à l’amélioration du taux de réponse et la diminution des accidents iatrogènes.

La connaissance du métabolisme des xénobiotiques et de ses répercussions sur les fonctions physiologiques peut avoir des retombées en santé humaine à plusieurs niveaux : • sur le plan thérapeutique, les tests pharmacogénétiques aident le clinicien à améliorer la prise en charge personnalisée des patients afin d’obtenir une meilleure efficacité et anticiper les événements indésirables ; • en santé publique, une meilleure compréhension des pathologies environnementales peut aboutir à la mise en place de mesures de prévention pour les personnes particulièrement exposées et à risque, ainsi qu’au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les malades.

“ Points essentiels • Les EMTX ont pour rôle de transformer les xénobiotiques (médicaments, polluants de l’environnement, contaminants alimentaires, etc.) auxquels l’homme est constamment exposé, afin de faciliter leur élimination. • L’expression des EMTX est régulée par des facteurs génétiques, épigénétiques, environnementaux et physiopathologiques. • Il existe une très grande variabilité interindividuelle dans l’expression et l’activité des EMTX. • La caractérisation des polymorphismes génétiques des EMTX chez les patients devant recevoir ou recevant un traitement permet le développement d’une thérapeutique personnalisée. • L’identification des EMTX impliqués dans la transformation d’un médicament peut permettre de prédire et de limiter d’éventuelles interactions médicamenteuses. • Le métabolisme des xénobiotiques et ses variations peuvent être à l’origine de pathologies humaines (cancers, maladies métaboliques ou neurodégénératives).

 Conséquences toxicologiques du métabolisme : exemple des pesticides Si le métabolisme des xénobiotiques permet, dans une grande majorité des cas, la neutralisation et l’élimination des xénobiotiques, il arrive aussi qu’il entraîne la génération de métabolites très toxiques ou la formation de métabolites intermédiaires réactifs, pouvant interagir avec des macromolécules cellulaires, à l’origine de toxicités diverses. La question des effets sur la santé humaine de l’utilisation intensive de pesticides se pose depuis plusieurs dizaines d’années et l’opinion publique y est de plus en plus sensible [51, 52] . En effet, de nombreuses études montrent leur dissémination dans l’environnement et la présence de résidus dans les fluides biologiques des populations. Les enquêtes épidémiologiques sur des cohortes de sujets exposés ont montré des liens entre les pesticides et diverses pathologies [52] comme des cancers, des maladies neurologiques [53] , la maladie de Parkinson [15] , des troubles de la reproduction et des pathologies hématopoïétiques et métaboliques. Parmi les mécanismes évoqués, l’exposition répétée d’un sujet à un pesticide peut entraîner des variations d’expression des EMTX, par l’intermédiaire des xénosenseurs : le récepteur PXR induit l’expression des CYP3A4 et 2B6 et son activation prolongée pourrait également avoir des répercussions sur le métabolisme endogène [54] . La métabolisation des pesticides peut également entraîner la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) génotoxiques qui favorisent la formation d’adduits à des macromolécules dont l’ADN [55] . En outre, des études épidémiologiques ont montré, dans des populations professionnellement exposées aux pesticides, l’existence d’une association entre le phénotype métaboliseur lent pour le CYP2D6 (ayant pour substrats certains pesticides) et la maladie de Parkinson [56] . Sur la base des études démontrant la relation entre les produits phytosanitaires et un grand nombre de pathologies, il est maintenant demandé aux industriels de fournir, entre autres, les modes d’action des molécules qu’ils souhaitent mettre sur le marché, comprenant les voies métaboliques et les enzymes impliquées, afin de limiter les risques sanitaires liés à l’exposition aux pesticides [57] .

 Conclusion L’exposition de l’organisme aux xénobiotiques est permanente. Celui-ci est doté de systèmes multienzymatiques complexes qui permettent une grande adaptabilité à des structures très variées et a priori inconnues. EMC - Hépatologie

Déclaration d’intérêts : les auteurs déclarent ne pas avoir de liens d’intérêts en relation avec cet article.

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Pour en savoir plus Nomenclature de la famille des cytochromes P450 : www.cypalleles.ki.se. Service de pharmacologie et toxicologie cliniques : www.pharmacoclin.ch.

A.J. Krol. Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm), Unité mixte de recherche (UMR) S1147, Médecine personnalisée, pharmacogénomique, optimisation thérapeutique, Université Paris-Descartes, 45, rue des Saints-Pères, 75006 Paris, France. P. Beaune. Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm), Unité mixte de recherche (UMR) S1147, Médecine personnalisée, pharmacogénomique, optimisation thérapeutique, Université Paris-Descartes, 45, rue des Saints-Pères, 75006 Paris, France. Biochimie, pharmacogénétique et oncologie moléculaire, Hôpital européen Georges-Pompidou, AP–HP, 20, rue Leblanc, 75015 Paris, France. I. de Waziers. Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm), Unité mixte de recherche (UMR) S1147, Médecine personnalisée, pharmacogénomique, optimisation thérapeutique, Université Paris-Descartes, 45, rue des Saints-Pères, 75006 Paris, France. M.-A. Loriot ([email protected]). Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm), Unité mixte de recherche (UMR) S1147, Médecine personnalisée, pharmacogénomique, optimisation thérapeutique, Université Paris-Descartes, 45, rue des Saints-Pères, 75006 Paris, France. Biochimie, pharmacogénétique et oncologie moléculaire, Hôpital européen Georges-Pompidou, AP–HP, 20, rue Leblanc, 75015 Paris, France. Toute référence à cet article doit porter la mention : Krol AJ, Beaune P, de Waziers I, Loriot MA. Métabolisme des xénobiotiques. EMC - Hépatologie 2015;10(2):1-9 [Article 7-007-A-45].

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Physiopathologie de l’hypertension portale D. Lebrec Chez les malades atteints d’hypertension portale due à une cirrhose les mécanismes responsables de modifications circulatoires sont assez bien connus. Il existe une augmentation de la résistance vasculaire intrahépatique due en partie à une hyperproduction d’endothéline et une diminution de la production de monoxyde d’azote (NO) dans le foie. L’hypercinésie circulatoire et la vasodilatation systémique et splanchnique dépendent en partie de l’hyperproduction de NO aortique et des artères du territoire splanchnique. La présence et le degré de l’hypertension portale peuvent être mesurés par le gradient de pression hépatique mais des techniques non invasives comme le Fibrotest et le Fibroscan devraient permettre d’évaluer la présence et la sévérité d’une hypertension portale. Il existe de nombreuses substances capables de diminuer la pression porte soit en diminuant la résistance vasculaire hépatique soit en diminuant le débit sanguin dans le territoire porte. L’association de ces différents médicaments est probablement le traitement pharmacologique le plus efficace mais d’autres études hémodynamiques et cliniques sont encore nécessaires. © 2012 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : Cirrhose ; Monoxyde d’azote ; Endothéline ; ␤-bloquants ; Hémodynamique

 Introduction

Plan ■

Introduction

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Mécanismes responsables de l’hypertension portale dans la cirrhose Augmentation de la résistance vasculaire intrahépatique Augmentation du débit sanguin dans le territoire porte

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Évaluation de l’hypertension portale Clinique Hémodynamique Imagerie Tests biologiques Tests de fibrose Varices œsophagiennes

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Traitement de l’hypertension portale Prévention de l’hypertension portale Traitement pharmacologique de l’hypertension portale Monoxyde d’azote et NOS Antagonistes des récepteurs de l’endothéline

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Contrôle et effets délétères des ␤-bloquants chez les malades atteints de cirrhose Contrôle des ␤-bloquants Effets délétères des ␤-bloquants

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Conclusion

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EMC - Hépatologie Volume 7 > n◦ 3 > juillet 2012 http://dx.doi.org/10.1016/S1155-1976(12)59729-9

L’hypertension portale est une complication grave définie par une augmentation de la pression dans la veine porte et chez les malades atteints de cirrhose par une élévation du gradient de pression entre le système porte et le système cave. Cette hypertension portale peut être modérée et asymptomatique ou sévère et responsable de nombreuses complications associée ou non à l’insuffisance hépatocellulaire. Bien que de nombreuses études aient été faites sur la physiopathologie de l’hypertension portale, sa survenue et son histoire naturelle restent mal connues. Les études expérimentales ont permis de comprendre certains mécanismes impliqués dans le développement de l’hypertension portale et en particulier la découverte de l’hypercinésie splanchnique associée à une vasodilatation artérielle et une diminution de la résistance vasculaire systémique [1] . Cette découverte a permis de proposer des traitements pharmacologiques de l’hypertension portale comme les ␤-bloquants [2] . Ces traitements sont efficaces pour prévenir les hémorragies digestives de l’hypertension portale et diminuent la mortalité. Les traitements endoscopiques sont utilisés pour traiter et prévenir les hémorragies digestives mais ne sont pas à proprement parler un traitement de l’hypertension portale. Dans cette mise à jour, les nouvelles connaissances des mécanismes responsables de l’hypertension portale sont résumées ainsi que l’évaluation et les traitements actuels et futurs.

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 Mécanismes responsables de l’hypertension portale dans la cirrhose Il existe différents types d’hypertension portale et les mécanismes responsables de ce syndrome différent selon le type. Dans cette mise à jour, seuls les mécanismes responsables de l’hypertension portale dans la cirrhose sont discutés. La pression dans la veine porte dépend de deux facteurs : la résistance vasculaire hépatique à la perfusion porte et le débit sanguin dans la veine porte.

Augmentation de la résistance vasculaire intrahépatique L’augmentation de la résistance vasculaire hépatique dans la cirrhose dépend d’une diminution de l’espace vasculaire hépatique. Cette diminution doit être suffisamment importante – plus de la moitié – pour augmenter la pression porte. Ceci a été démontré in vitro et in vivo après hépatectomie partielle chez le rat [3] . Dans ce travail, il a été montré que l’espace vasculaire d’un foie cirrhotique était similaire de celui d’un foie avec une hépatectomie des deux tiers. Ces diminutions du volume sinusoïdal dépendent des remaniements de l’architecture hépatique et du développement de la fibrose extensive et mutilante. Plus récemment, il a été montré que les cellules étoilées pouvaient se transformer en myofibroblastes dans les foies cirrhotiques [4] et donc être similaires à des cellules vasculaires musculaires. Ces cellules contractiles situées dans les sinusoïdes ont des récepteurs membranaires aux vasoconstricteurs et aux vasodilatateurs et peuvent donc moduler la résistance vasculaire hépatique. Par ailleurs, il a été monté que dans les cellules endothéliales de foies cirrhotiques il existe une diminution de l’activité de NO synthase et donc une hypoproduction de monoxyde d’azote (NO)–un puissant vasodilatateur–et une hyperproduction d’endothéline – un puissant vasoconstricteur – ce qui explique en partie l’augmentation du tonus vasculaire sinusoïdal et donc la résistance vasculaire hépatique. Plusieurs mécanismes peuvent expliquer la diminution de l’activité de la NO synthase endothéliale (NOSe). Dans une première étude effectuée sur des foies de rats cirrhotiques, il a été montré qu’il existait une hyperexpression de la cavéoline et puisqu’il existe une interaction entre la cavéoline et la NOSe, la diminution de NOSe est due à une diminution de NOSe libre susceptible d’être phosphorilée pour activer la L-arginine [5] . Dans ce cas, la quantité de NOSe liée à la cavéoline est augmentée. Dans une deuxième étude, les auteurs ont montré que la kinase couplée aux récepteurs de la protéine G (GRK2 pour G-proteincoupled receptor kinase-2) était hyperexprimée dans les cellules endothéliales des foies cirrhotiques de rats et que cette kinase inhibait la phosphorylation de la protéine kinase B (Akt) qui induit l’activité de la NOSe [6] . Par ailleurs, les souris invalides pour la protéine GRK2 développent une hypertension portale moins importante que les témoins. Dans une troisième étude, les auteurs ont montré chez des rats atteints de cirrhose biliaire secondaire qu’il existait une hyperproduction d’un inhibiteur endogène de la NOS, la dimethylarginine (ADMA) [7] . Celle-ci en excès rentre en compétition avec la L-arginine et diminue donc l’activité de la NOSe et la production de NO. Il est vraisemblable que ces différents mécanismes interagissent entre eux. Par ailleurs chez les malades atteints de cirrhose, il existe une hyperproduction d’endothéline [8] . Chez ces malades, la synthèse de l’ARN messager codant pour l’endothéline-1 est augmentée dans le foie [9] . L’endothéline circulante a des effets sur la microcirculation hépatique, elle augmente la concentration cytosolique du calcium des cellules étoilées transformées en myofibroblastes et contracte donc ces cellules et ainsi augmente la résistance vasculaire hépatique [10] . Les mécanismes responsables de l’hyperproduction d’endothéline par le foie n’ont pas

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encore été clairement élucidés ; ils pourraient être secondaires à la présence d’endotoxine dans le système porte et à l’hypoxémie portale.

Augmentation du débit sanguin dans le territoire porte Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer l’hypercinésie circulatoire et la vasodilatation artérielle systémique et splanchnique observée chez les malades ou les animaux atteints d’hypertension portale [11, 12] . Ces investigations ont été faites chez le rat car il n’est pas possible de mesurer séparément les différents débits sanguins dans le territoire porte chez l’homme, seul le débit sanguin hépatique peut être mesuré. Les substances humorales jouent un rôle important car des concentrations plasmatiques élevées de substances vasodilatatrices ont été observées en cas de cirrhose comme le glucagon, les facteurs natriurétiques, le VIP et la substance P [13] . Les mécanismes moléculaires responsables de la vasodilatation artérielle et de l’hypercinésie circulatoire ont été étudiés ces dernières années [11, 12] . Les principales substances vasodilatatrices sont le NO, les prostacyclines, l’adrénomedulline et les cannabinoïdes. Plusieurs études ont montré qu’il existait une hyperproduction de NO, par exemple le NO exhalé des malades atteints de cirrhose est plus important que chez des contrôles [14] . Si la production de NO est bloquée par un inhibiteur de NOS chez des rats cirrhotiques, la vasodilatation artérielle et le syndrome hyperkinétique disparaissent [15] . Plusieurs études ont montré le rôle respectif des différentes isoformes de NOS. Deux NOS artérielles sont impliquées : la NOSe et la NOS inductible (NOSi). La première est constitutive et exprimée dans les cellules endothéliales et la seconde est inductible dans les cellules vasculaires musculaires lisses [16] . Il avait été d’abord suggéré que la NOSi artérielle était responsable de l’hyperproduction de NO car chez les malades atteints de cirrhose il existait une endotoxémie [16] . Cette hypothèse ne peut être faite que chez les malades avec une altération hépatique car plusieurs études ont montré que l’activité et l’expression de la NOSi artérielle étaient absentes en cas d’hypertension portale extrahépatique alors qu’il existe bien dans ce cas une hypercinésie circulatoire, une vasodilatation artérielle et une hyperproduction de NO [17] . En revanche, l’expression protéique de la NOSe artérielle est augmentée dans des modèles d’hypertension portale extrahépatique et dans les modèles de cirrhose [17] . À partir de ces résultats, nous avons fait l’hypothèse qu’une partie de l’hyperproduction de NO résultait d’une hyperactivité de la NOSe aortique secondaire aux forces de cisaillement–une combinaison entre la pression et le débit sanguin–elles-mêmes secondaire à l’augmentation du débit cardiaque. L’augmentation du débit cardiaque serait due à une augmentation du retour veineux sanguin par les anastomoses portocaves secondaire à l’élévation de la pression dans la veine porte. Afin de démontrer cette hypothèse, du propranolol a été administré à des rats avec une hypertension portale extrahépatique afin de diminuer le débit cardiaque [18] . Les résultats ont montré une diminution significative de l’activité, de l’expression aortique et l’ARNm de la NOSe qui était augmentée avant l’administration de propranolol. Par ailleurs, l’expression protéique d’un marqueur des forces de cisaillement, la Hsp 90 (heat shock protein) était très augmenté dans ce modèle d’hypertension portale et diminuait après l’administration de propranolol. Ces résultats montrent le rôle de la NOSe dans la production de NO et dans la vasodilatation systémique. En cas de cirrhose, les deux NOS sont activées. Enfin, dans l’artère mésentérique supérieure, des résultats similaires ont été observés qui expliquent l’hypercinésie et la vasodilatation splanchnique. Les mécanismes responsables de la discordance entre l’hyperproduction de NO dans l’aorte et hypoproduction de NO dans le foie n’ont pas été clairement élucidés. Récemment, il a été montré que la modulation de l’Akt et de la cavéoline est inversée dans l’aorte et dans le foie pendant le développement de la cirrhose chez le rat [19] . Par ailleurs, la diminution d’HDL pourrait jouer un rôle important dans la réduction de l’activité EMC - Hépatologie

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de la NOSe hépatique. Enfin, l’absence de forces de cisaillement dans le foie peut également expliquer l’absence d’hyperactivité de la NOSe hépatique.

 Évaluation de l’hypertension portale Clinique Le diagnostic d’une hypertension portale sévère est facile lorsqu’il existe une complication comme une ascite ou s’il existe des signes comme une circulation collatérale portocave abdominale ou une splénomégalie. En revanche, si l’hypertension portale est modérée, le diagnostic clinique n’est pas possible et seule la prise des pressions hépatiques peut affirmer l’élévation du gradient de pression le plus souvent compris entre 5 mmHg et 10 mmHg ; ce cas est fréquent chez les malades atteints de cirrhose virale C asymptomatique (observations personnelles).

Hémodynamique Chez les malades atteints de cirrhose, la mesure du gradient de pression hépatique qui est la différence entre la pression hépatique bloquée ou occluse et la pression hépatique libre, permet d’affirmer l’existence et le degré d’une hypertension portale. Le gradient de pression hépatique est un bon reflet de la pression porte chez les malades atteints de cirrhose. Chez les autres malades ce gradient est le plus souvent modéré compris entre 5 mmHg et 15 mmHg et il indique qu’il existe une hypertension portale non cirrhotique intrahépatique sans en donner l’importance. Cet examen est simple et sans danger mais ne doit pas être systématiquement effectué en dehors d’une étude prospective. La mesure des pressions intra- ou paravariqueuses permet d’évaluer le degré de l’hypertension portale mais il n’existe pas de corrélation entre les pressions variqueuses et le gradient de pression hépatique.

Imagerie Les procédés d’imagerie, échographie avec Doppler et éventuellement tomodensitométrie et résonance magnétique peuvent être utilisés pour faire le diagnostic et préciser le type d’une hypertension portale mais actuellement, les résultats de ces méthodes ne permettent pas d’évaluer avec précision l’importance de l’hypertension portale [20] .

Tests biologiques Étant donné que le degré de l’hypertension portale est corrélé avec l’insuffisance hépatocellulaire chez les malades atteints de cirrhose, il a été montré que l’hypoalbuminémie et la diminution du taux de prothrombine étaient associées mais non corrélée avec le degré de l’hypertension portale. Ces tests biologiques ne peuvent donc pas être utilisés pour évaluer la pression porte.

Tests de fibrose De même, étant donné que l’hypertension portale dépend en partie du développement de la fibrose, différents marqueurs de la fibrose ont été étudiés pour estimer le degré de l’hypertension portale [20] . Récemment, les marqueurs non invasifs de la fibrose, le Fibrotest et le Fibroscan, ont été utilisés pour évaluer l’hypertension portale. Dans une première étude le Fibrotest et le gradient de pression hépatique ont été mesurés chez des malades atteints de différentes pathologies hépatiques [21] . Les résultats ont montré une relation significative entre ces valeurs ; cette relation était, toutefois, moins marquée si seuls les malades atteints de cirrhose étaient étudiés. Par ailleurs, chez les malades atteints de cirrhose, cette étude a montré qu’à partir de la valeur du Fibrotest de EMC - Hépatologie

0,79, il existait toujours une hypertension portale sévère, c’està-dire que le gradient de pression hépatique était supérieur ou égal à 12 mmHg. Dans deux autres études le gradient de pression a été comparé aux valeurs de l’élasticité hépatique mesurées par le Fibroscan [22, 23] . Dans la première étude effectuée chez des malades atteints de cirrhose virale C, il existe une corrélation significative entre le gradient de pression et la valeur de l’élasticité et une valeur seuil pour détecter une hypertension portale sévère de 17,6 kPa. Des résultats similaires ont été trouvés dans la deuxième étude effectuée chez des malades atteints aussi de cirrhose alcoolique. Les résultats de ces études suggèrent qu’il pourrait être possible de surveiller les malades atteints de cirrhose asymptomatique avec une hypertension portale modérée par des méthodes non invasives mais d’autres études sont nécessaires.

Varices œsophagiennes La présence de varices œsophagiennes ou gastriques indique qu’il existe une hypertension portale sévère. Il est bien établi que ces varices peuvent se développer quand le gradient de pression hépatique est égal ou supérieur à 10 mmHg [24] mais au-dessus de cette valeur il n’existe aucune corrélation entre la présence et la taille des varices et le degré de l’hypertension portale. L’endoscopie œsophagogastrique est actuellement l’examen de référence pour détecter les varices œsophagiennes ou gastriques mais cet examen est inconfortable et relativement invasif. Actuellement, cet examen doit être fait chez tous les malades atteints de cirrhose pour détecter des varices œsophagiennes sachant que la moitié des malades n’auront pas de varices en particulier chez les malades avec une cirrhose virale C asymptomatique. Des techniques non invasives ont donc été proposées : la vidéo-capsule œsophagienne et la tomodensitométrie ainsi que des tests biologiques et des marqueurs de la fibrose hépatique. Dans une étude récente comparant la vidéo-capsule et l’endoscopie, les auteurs ont montré une concordance de 86 % entre les deux méthodes avec une différence des résultats de 10 % [25] . Il existait également une bonne concordance entre les deux techniques entre les petites varices et l’absence de varices et entre les tailles des varices. Il faut noter que la technique de vidéo-capsule est sans danger et mieux appréciée que l’endoscopie par les malades. D’autres études devraient être réalisées avec du matériel plus performant et ces études pourraient montrer que l’endoscopie n’est pas toujours la méthode de référence. La tomodensitométrie abdominale permet également de mettre en évidence les varices œsophagiennes et donc la présence d’hypertension portale sévère. Une étude effectuée par des radiologues expérimentés a montré que la tomodensitométrie avait une sensibilité de 90 % par rapport à l’endoscopie pour détecter les varices œsophagiennes mais que 60 % pour détecter les grosses varices [26] . Comme pour la vidéo-capsule, les malades ont préféré la tomodensitométrie par rapport à l’endoscopie.

 Traitement de l’hypertension portale Les traitements de l’hypertension portale ont pour but de prévenir ou de traiter les complications de ce syndrome. Chez les malades atteints d’hypertension portale avec une maladie du foie, le meilleur traitement est la transplantation hépatique. Les anastomoses portocave chirurgicales et le shunt intrahépatique (TIPS) sont probablement les traitements les plus efficaces de l’hypertension portale puisque la pression porte retourne à une valeur normale. Les shunts chirurgicaux ne sont plus effectués car il a été montré qu’ils ne modifiaient pas la survie et qu’il existait un risque d’encéphalopathie hépatique important. Le TIPS est efficace pour traiter et prévenir certaines complications comme les hémorragies digestives et l’ascite

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réfractaire mais ce traitement doit être utilisé que chez certains malades sélectionnés pour les mêmes raisons que les anastomoses chirurgicales.

sont pas clairement élucidés ; les effets de ces substances ne seront pas rapportés dans cette mise à jour mais ont déjà été décrits [35, 36] .

Prévention de l’hypertension portale

Substances qui diminuent le débit sanguin porte

La prévention pharmacologique de substances non vasoactives de l’hypertension portale a été peu étudiée mais des études cliniques et expérimentales ont montré qu’il était possible de prévenir ou de limiter son développement. Par exemple, chez les malades atteints d’hépatite chronique B ou C, les traitements antiviraux ont des effets bénéfiques sur la maladie du foie mais aussi sur le développement de la fibrose et de l’hypertension portale et ses complications. Il a été montré que chez les malades « répondeurs prolongés », le gradient de pression hépatique diminuait alors que chez les malades « non répondeurs » le gradient de pression augmentait où n’était pas modifié [27] . De même, la survenue d’une ascite ou d’une hémorragie digestive était observée plus fréquemment chez les non répondeurs que chez les répondeurs [28] . Enfin toutes les substances « anti-fibrosantes » devraient limiter le développement de l’hypertension portale comme cela a été montré dans des modèles expérimentaux mais des études cliniques sont nécessaires [29] . Par ailleurs, l’hyperexpression du facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) et de leurs récepteurs observés dans les vaisseaux du territoire splanchnique de rats ou de souris atteints de cirrhose et d’hypertension portale suggère qu’il existe une angiogenèse importante dans ce territoire [30] . Les mécanismes responsables de cette angiogenèse sont, toutefois, inconnus. À partir de ces résultats, des anticorps monoclonaux ont été administrés précocement pour bloquer l’angiogenèse et donc limiter le développement de la circulation collatérale portosystémique. Les résultats ont montré que ces substances diminuent l’hyperexpression des récepteurs de VEGF et diminuent de plus de 50 % l’extension de la circulation collatérale et l’hypercinésie splanchnique sans modifier le degré de l’hypertension portale. De même, l’administration de rapamycine, un inhibiteur de la production de VEGH associé ou non avec un inhibiteur de PDGF, bloque en partie le développement des shunts portosystémiques sans modifier l’hypertension portale [31] . Ces observations confirment le rôle de l’angiogenèse dans le développement des modifications circulatoires dans l’hypertension portale. Des études cliniques sont nécessaires mais l’administration de ces substances doit être précoce, c’est-à-dire avant la formation des néovaisseaux portosystémiques. L’administration précoce de substances vasoactives peut également limiter le développement de l’hypertension portale. Par exemple, il a été montré chez le rat avec une sténose de la veine porte que l’administration de propranolol commencée dès le premier jour de la sténose limitait l’augmentation de la pression porte et des shunts portosystémiques [32] . Ces effets bénéfiques n’ont pas été retrouvés chez les malades atteints d’hypertension portale et plus précisément, l’administration de ␤-bloquants ne permet pas de prévenir le développement de grosses varices œsophagiennes chez les malades atteints de cirrhose qui n’ont pas de varices [33, 34] . Les études cliniques sont différentes des études expérimentales et d’autres études sont donc nécessaires pour mieux comprendre les mécanismes responsables du développement des varices.

Traitement pharmacologique de l’hypertension portale Deux types de substances vasoactives peuvent être administrés pour diminuer le degré de l’hypertension portale, ceux qui diminuent le débit sanguin dans le territoire porte et ceux qui diminuent la résistance vasculaire hépatique. Parmi ces substances, il y a les vasoconstricteurs qui diminuent le débit sanguin et les vasodilatateurs qui peuvent diminuer la résistance vasculaire hépatique. Enfin, il existe un certain nombre de substances qui diminue la pression porte dont les mécanismes d’action ne

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Ces substances sont des vasoconstricteurs ou des inhibiteurs ou des antagonistes de vasodilatateurs. Elles agissent en augmentant le calcium libre cytosolique dans les cellules artérielles musculaires par différents mécanismes. Un mécanisme consiste à une stimulation des récepteurs membranaires de l’angiotensine I ou de la vasopressine ou de l’endothéline par l’intermédiaire de l’inositol trisphophate et de la protéine Kinase C. Il est bien établi que ces substances diminuent la pression porte mais seule la vasopressine et son analogue, la terlipressine, sont utilisées pour le traitement des ruptures de varices œsophagiennes. En revanche, l’endothéline ne doit pas être administrée car elle peut avoir des effets délétères en augmentant la résistance vasculaire hépatique. La clonidine, un agoniste ␣2 -adénergique central, agit également sur le tonus artériel ; il a été montré qu’elle diminue l’hyperactivité nerveuse sympathique et le degré de l’hypertension portale chez les malades atteints de cirrhose. Plus récemment, il a été montré que l’administration continue de clonidine avait des effets bénéfiques sur le traitement de l’ascite réfractaire [37] . Une vasoconstriction artérielle splanchnique est observée par le blocage des récepteurs-␤-adrénergiques par l’administration d’antagonistes ␤-adrénergiques comme le propranolol ; ce médicament diminue également la pression porte en réduisant le débit cardiaque [38] . Ces ␤ − bloquants non sélectifs sont bien connus pour être efficace dans la prévention des hémorragies digestives [36] . Il existe des substances qui ouvrent les canaux calciques et augmentent la concentration de calcium cytosolique et donc induisent une augmentation du tonus vasculaire. Par exemple, il a été montré que l’administration de Bay K 8644, un activateur des canaux Ca2 + de type L, diminue le débit sanguin splanchnique et la pression porte chez des rats atteints d’hypertension portale [39] . Des études cliniques avec une telle substance sont nécessaires mais elles agissent sur toutes les artères et la sélectivité vers le territoire splanchnique est nécessaire. Le blocage des canaux K ATP dépendant (KATP) qui sont ouverts dans la cirrhose, induit une hyperpolarisation de la membrane plasmique et donc une ouverture des canaux Ca2 + et une vasoconstriction. L’administration de glibenclamide, un bloqueur des canaux K (ATP) augmente la résistance splanchnique et diminue le degré de l’hypertension portale chez le rat atteint de cirrhose. Chez les malades atteints de cirrhose recevant du glucose, l’administration de glibenclamide bloque la vasodilatation splanchnique induite par le glucose et diminue le débit cardiaque [40] . Ce médicament pourrait donc être utilisé chez les malades atteints de cirrhose et de diabète de type 2. L’inhibition de la guanosyl monophosphate cyclique (GMPc) peut être obtenue en bloquant l’hyperproduction de NO. Plusieurs inhibiteurs de NO synthase ont été étudiés et les résultats ont montré une augmentation des résistances vasculaires systémiques et splanchniques sans modifier la pression porte chez des rats atteints d’hypertension portale [15] . En revanche, l’administration aiguë et chronique de naftazone, un inhibiteur de la synthèse de NO, diminue l’hypertension portale chez le rat [41] . Chez les malades atteints de cirrhose non compliquée, l’administration aiguë de L-NNMA, un inhibiteur de NO synthase, supprime la circulation hyperkinétique et améliore la fonction rénale [42] ; chez ces malades, le gradient de pression hépatique n’a pas été mesuré. L’inhibition de la GMPc peut être également obtenue en inhibant la guanylate cyclase soluble avec par exemple le bleu de méthylène ; cette substance induit une élévation de la résistance systémique chez les malades atteints de cirrhose [43] . La synthèse d’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) peut être inhibée par la diminution de la production de substances qui stimule cette synthèse. Par exemple, la diminution de la production de prostaglandines par l’administration d’indométhacine qui réduit la synthèse d’AMPc, augmente la résistance vasculaire splanchnique et diminue la pression porte chez le rat avec une EMC - Hépatologie

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hypertension portale [44] . Des études cliniques sont assez difficiles à réaliser car il faudrait connaître les effets à long terme de ces substances.

Substances qui diminuent la résistance vasculaire hépatique Les effets hémodynamiques des substances vasoactives qui diminuent la résistance vasculaire hépatique chez les malades atteints de cirrhose sont mal connus car il n’existe pas actuellement de méthode pour mesurer le débit sanguin porte et donc il n’est pas possible de calculer la résistance. Par ailleurs, la diminution de cette résistance hépatique doit entraîner une augmentation de la perfusion hépatique et ne doit donc pas avoir d’effet important sur la pression porte. Les études expérimentales ont toutefois permis de montrer que des vasodilatateurs ou des antagonistes des récepteurs de l’endothéline pouvaient diminuer la résistance hépatique en cas de cirrhose. Il faut noter que l’administration de nitro vasodilatateurs peut diminuer le degré de l’hypertension portale chez les malades atteints de cirrhose ; cette diminution du gradient de pression hépatique est en fait liée à une vasoconstriction artérielle splanchnique baroréflexe secondaire à une hypotension artérielle due aux vasodilatateurs [45] . Toutefois, ces dérivés nitrés pourraient avoir des effets sur la résistance vasculaire hépatique s’ils sont administrés directement dans la veine porte. La combinaison de ␤-bloquants et de dérivés nitrés n’a jamais montré clairement un bénéfice ni sur le degré de l’hypertension portale.

Monoxyde d’azote et NOS L’augmentation de la résistance vasculaire hépatique est en partie due à une diminution de la production de NO dans le foie cirrhotique ; cette observation suggère qu’un apport de NO ou une activation de NOS hépatiques devrait diminuer la résistance hépatique et donc l’hypertension portale. Différentes études expérimentales ont confirmé cette hypothèse. La production de NO hépatique peut être obtenue soit par un donneur de NO avec un vecteur pharmacologique soit par un transfert de gène d’une NOS avec un vecteur viral. Dans le premier cas, le NO fixé à l’acide ursodésoxycolique combiné à un donneur de NO, le NCX-1000, est acheminé dans le foie de rats cirrhotiques [46] ou fixé à un composant donneur de NO, le V-PYRRO/NO, chez des souris atteintes de cirrhose [47] . Dans ces deux études les donneurs de NO diminuent la pression porte. Dans le deuxième cas, le gène de la NOS neuronale [48] ou de la NOSe [49] est transporté dans le foie par un adénovirus chez des rats atteints de cirrhose. Ce transfert de gène d’une NOS entraîne une diminution de la pression porte sans modification de l’hémodynamique systémique ni des tests hépatiques. Par ailleurs l’expression de ces NOS est trouvée dans le foie et pas dans les autres organes. Ces études confirment le rôle du NO dans le contrôle de la résistance vasculaire hépatique dans la cirrhose. Il a été montré également qu’il était possible de diminuer la pression porte chez des rats cirrhotiques en transférant le gène de la protéine kinase B (Akt) phosphorilée qui est un activateur de la NOSe et dont l’activité est diminuée dans la cirrhose [50] . D’autres approches pharmacologiques du traitement de l’hypertension portale ont été récemment proposées qui montrent que l’hypertension portale est associée à un processus infectieux ou inflammatoire. Par exemple, chez les malades atteints de cirrhose, il a été montré que la décontamination intestinale par l’administration de norfloxacine avait des effets hémodynamiques comme une augmentation de la pression artérielle et de la résistance vasculaire systémique et tendait à diminuer le débit cardiaque et le gradient de pression hépatique [51] . Ces effets hémodynamiques sont secondaires à une diminution de translocation bactérienne par la norfloxacine et donc par une diminution de l’hyperactivité de la NOSi induite par l’hyperproduction de cytokines pro-inflammatoires comme le TNF-␣ [52] . D’autres substances limitent l’hyperproduction de cytokines et améliorent le degré de l’hypertension portale comme la thalidomide [53] et la pentoxifylline [54] et pourraient donc être utilisées dans la prévention et le traitement des complications EMC - Hépatologie

de ce syndrome. Les résultats d’une étude contrôlée ont montré que l’administration de pentoxifylline pendant six mois chez les malades avec une cirrhose de Child-Pugh C diminuait les complications de l’hypertension portale sans modifier la mortalité [55] . Une autre approche thérapeutique consiste à inhiber la tyrosine kinase, un précurseur de NO [56] . Par ailleurs, il a été montré que la diminution d’HDL chez les malades atteints de cirrhose était associée à une réduction de la NOSe hépatique [57] . Chez les rats atteints de cirrhose, l’administration d’HDL reconstitués limite la réponse inflammatoire, restaure l’activité de la NOSe hépatique et diminue l’hypertension portale. Chez les malades atteints de cirrhose, l’administration d’HDL pourrait être un traitement anti-inflammatoire efficace et avoir des effets bénéfiques sur l’hypertension portale et ses complications.

Antagonistes des récepteurs de l’endothéline L’hyperproduction d’endothéline par les cellules endothéliales et par les cellules étoilées observée en cas d’altération hépatique induit une vasoconstriction sinusoïdale et élève la résistance vasculaire hépatique. Dans ces cellules, les récepteurs de l’endothéline, en particulier les récepteurs ETB, sont hyperexprimés ce qui suggère que les antagonistes de ces récepteurs pourraient bloquer les effets vasoconstricteurs de l’endothéline. Chez des rats cirrhotiques, l’administration d’un antagoniste non spécifique des récepteurs de l’endothéline, le bosentan, diminue la pression porte et augmente le débit sanguin porte indiquant qu’il existe une diminution de la résistance hépatique [58] . Par ailleurs, il a été montré que l’administration d’un autre antagoniste non spécifique, le tezosentan, protégeait les altérations hépatocytaires induites par l’administration d’endotoxine et diminuait la mortalité [59] . Ce type de molécule devrait avoir des effets bénéfiques chez les malades atteints de cirrhose mais une étude pilote menée chez ces malades recevant du tezosentan n’a pas montré d’effets bénéfiques sur l’hypertension portale [60] mais d’autres études sont nécessaires pour clarifier la discordance entre les études expérimentales et cliniques.

 Contrôle et effets délétères des ␤-bloquants chez les malades atteints de cirrhose Contrôle des ␤-bloquants L’évaluation de l’efficacité des ␤-bloquants non-sélectifs (propranolol ou nadolol) sur l’hypertension portale est difficile. Les effets hémodynamiques des ␤-bloquants ont été très étudiés mais la relation entre les effets hémodynamiques et le blocage adrénergique et le risque d’hémorragie ne sont pas clairs. Dans la première étude des ␤-bloquants, la dose de propranolol proposée était la dose qui diminuait la fréquence cardiaque de 25 % environ puisqu’une dose fixe n’est pas possible car le propranolol est métabolisé par le foie [2] . Dans ce cas, la mesure de la fréquence cardiaque doit être effectuée juste avant l’administration de la prise du médicament et non pas une heure à deux heures après l’administration. La dose de propranolol diffère donc beaucoup d’un malade à l’autre. Par ailleurs, chez certains malades, fa fréquence cardiaque ne diminue que de 10 % à 20 % malgré une dose élevée de propranolol. Une absence d’augmentation de la fréquence cardiaque après un exercice modéré comme monter un étage, est considéré comme un bon test de ␤-blocage [61] . Il n’a pas été trouvé de corrélation entre la diminution de la fréquence cardiaque et celle du gradient de pression hépatique avec la concentration plasmatique de propranolol [62] . Une étude prospective a, toutefois, montré qu’une faible dose de propranolol ou l’absence de persistance de diminution de la fréquence cardiaque était associée à un risque élevé de récidives hémorragiques [63] . Les effets hémodynamiques du propranolol sur le gradient de pression hépatique peuvent être très différents d’un malade

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à l’autre alors que les effets sur le débit cardiaque et le débit sanguin azygos sont toujours retrouvés, cette diminution est de 30 %. Les effets aigus et chroniques des ␤-bloquants peuvent être différents et ne sont pas corrélés avec les effets hémodynamiques systémiques. Les malades sont, toutefois, considérés comme « répondeurs hémodynamiques » quand le gradient de pression diminue de plus de 20 % ou lorsque le gradient atteint 12 mmHg ou moins [64] . Certaines études n’ont pas trouvé de relation entre la diminution de gradient de pression hépatique et le risque d’hémorragie digestive [65, 66] mais d’autres études ont trouvé que le risque d’hémorragie ou de récidives hémorragiques était moins important chez les répondeurs que chez les non répondeurs hémodynamiques [67] . La différence des résultats pourrait être expliquée en partie par certains facteurs connus pour modifier l’hypertension portale comme le délai entre les deux mesures, l’association avec d’autres traitements, l’abstinence, la présence d’infection et la sévérité de la cirrhose. En fait, le gradient de pression hépatique dépend de nombreux facteurs comme la pression porte, le débit porte, le débit de l’artère hépatique et la résistance vasculaire hépatique et les ␤-bloquants ont des effets sur tous ces facteurs. Il est, toutefois vraisemblable qu’une diminution importante du gradient de pression soit associé à des effets cliniques plus importants mais d’autres études hémodynamiques et cliniques sont nécessaires car les ␤-bloquants peuvent avoir des effets bénéfiques non seulement en diminuant le degré de l’hypertension portale mais par d’autres effets comme par la diminution de la translocation bactérienne.

Effets délétères des ␤-bloquants Une hypertension artérielle pulmonaire peut se développer chez les malades atteints d’hypertension portale. Chez ces malades atteints d’hypertension portopulmonaire, il a été montré que les ␤-bloquants avaient des effets délétères [68] . En effet, les ␤-bloquants diminuent la capacité d’exercice mesurée par la distance de marche du test des six minutes associé à une diminution du débit cardiaque et une augmentation de la résistance vasculaire pulmonaire. Ces résultats montrent que les ␤-bloquants ne doivent pas être administrés chez les malades atteints du syndrome d’hypertension porto pulmonaire pour prévenir les hémorragies digestives et que ces malades doivent être traités par un traitement endoscopique. Plus récemment, il a été montré que les ␤-bloquants avaient des effets délétères chez les malades atteints de cirrhose avec une ascite résistante [69] . Dans cette étude rétrospective, il a été montré que chez les malades traités régulièrement par paracentèse évacuatrice suivie d’un remplissage avec de l’albumine et qui recevaient des ␤bloquants pour prévenir des hémorragies digestives, la mortalité à un an et à 2 ans étaient plus de deux fois plus importante chez ces malades par rapport aux malades similaires qui ne recevaient pas de ␤-bloquants. Cette différence très significative de survie entre ces malades traités on non par des ␤-bloquants pourrait être expliquée par la survenue d’un dysfonctionnement circulatoire post-paracentèse chez les malades recevant des ␤-bloquants car il a été montré que ce dysfonctionnement était associé à une mortalité élevée [70] . Ce dysfonctionnement circulatoire mesuré par une augmentation de la concentration de la rénine plasmatique de plus de 50 % une semaine après la paracentèse a été observé chez les malades recevant de ␤-bloquants et pas chez ces mêmes malades après l’arrêt des ␤-bloquants [71] . Ces résultats suggèrent que les ␤-bloquants sont contre-indiqués chez les malades atteints de cirrhose avec une ascite résistante.

 Conclusion Les études cliniques et expérimentales effectuées ces dernières années ont permis de mieux comprendre la physiopathologie de l’hypertension portale et la survenue de ces complications. Des méthodes non invasives devraient permettre d’évaluer la présence d’une hypertension portale sévère. Les traitements pharmacologiques sont efficaces pour prévenir et traiter les complications de l’hypertension portale mais d’autres études sont nécessaires.

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D. Lebrec ([email protected]). INSERM U773, Centre de recherche Bichat-Beaujon CRB3, Université Denis-Diderot Paris-7, site Bichat, 75018 Paris, France. Service d’hépatologie, Hôpital Beaujon, 100, boulevard du Général-Leclerc, 92118 Clichy, France. Toute référence à cet article doit porter la mention : Lebrec D. Physiopathologie de l’hypertension portale. EMC - Hépatologie 2012;7(3):1-8 [Article 7-007A-50].

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II - Méthodes D'Examen

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Exploration biologique hépatique P. Brissot, M. Ropert-Bouchet, M.-B. Troadec, R. Lorho, D. Guyader, O. Loréal L’exploration biologique hépatique correspond aux tests sanguins qui permettent d’évaluer la qualité fonctionnelle du foie (bilan fonctionnel hépatique) mais aussi l’éventuel retentissement fibrogène d’une hépatopathie (biologie morphologique) et la cause de l’atteinte hépatique (biologie étiologique). L’exploration fonctionnelle analytique recourt à des tests classiques, au premier rang desquels les transaminases (intégrité membranaire), les phosphatases alcalines (flux biliaire), le taux de prothrombine (synthèse hépatocytaire) et la gamma-glutamyl-transférase (induction enzymatique). L’exploration fonctionnelle globale repose sur des tests composites, en particulier le score de Child (score biologicoclinique) et le récent score biologique de model for end-stage liver disease (MELD). La biologie morphologique se base sur divers paramètres sanguins visant à une estimation non invasive du degré de fibrose hépatique. Il s’agit de tests, isolés ou composites, qui ne cessent de s’affiner et méritent pour nombre d’entre eux plus ample validation. Quant à la biologie étiologique, elle comporte de multiples marqueurs qui permettent l’identification d’un grand nombre d’affections hépatiques acquises ou constitutionnelles. L’exploration biologique hépatique doit bien sûr être intégrée aux autres approches permettant le diagnostic hépatologique, à savoir la clinique, l’imagerie et l’histopathologie. © 2007 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots clés : Biologie fonctionnelle hépatique ; Transaminases ; Phosphatases alcalines ; Score de MELD ; Tests non invasifs de fibrose

Plan ¶ Introduction

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¶ Biologie hépatique fonctionnelle Exploration fonctionnelle hépatocytaire Exploration fonctionnelle kupfférienne Exploration fonctionnelle vasculaire : syndrome biologique d’hypertension portale (HTP) Exploration fonctionnelle globale Stratégie pratique et interprétation globale

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¶ Biologie hépatique morphologique

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¶ Biologie hépatique étiologique Marqueurs d’hépatopathie acquise Marqueurs d’hépatopathie génétique ou constitutionnelle

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¶ Conclusion

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■ Introduction Le diagnostic en hépatologie repose sur le recueil de données relevant de quatre types d’approche principaux : la clinique, la biologie, l’imagerie et l’histopathologie. L’exploration biologique occupe une place essentielle en raison du grand nombre d’informations qu’elle est susceptible de fournir de manière non invasive. Le champ exploré par la biologie hépatique concerne deux grands ensembles : le domaine du retentissement hépatique, avant tout fonctionnel mais aussi désormais d’ordre morphologique (au sens de l’approche prédictive du degré de fibrose hépatique) et le domaine de l’étiologie de l’hépatopathie. Si l’exploration biologique fonctionnelle hépatique a relativement peu évolué au fil des années, la biologie du retentissement Hépatologie

morphologique est en pleine émergence. Quant à la biologie hépatique étiologique, elle s’est enrichie d’une efflorescence de marqueurs qui permettent aujourd’hui l’identification d’un grand nombre de maladies hépatiques. Le présent texte sera centré sur l’étude actualisée de la biologie fonctionnelle hépatique tout en la resituant dans le cadre des autres approches biologiques en hépatologie qui ne seront que succinctement abordées.

■ Biologie hépatique fonctionnelle Elle correspond au classique bilan fonctionnel hépatique et consiste essentiellement en l’ensemble des tests sanguins qui permettent d’évaluer le fonctionnement du foie. Elle comporte des paramètres permettant schématiquement d’explorer le fonctionnement des hépatocytes, le fonctionnement des cellules de Kupffer, macrophages résidents hépatiques, et le secteur vasculaire.

Exploration fonctionnelle hépatocytaire Elle se compose de quatre syndromes principaux.

Syndrome biologique de cytolyse Définition et physiopathologie Le syndrome de cytolyse correspond aux signes biologiques liés à une lésion hépatocytaire quelle qu’en soit l’origine. Cette atteinte hépatocytaire est surtout de nature membranaire, touchant soit la membrane plasmique de l’hépatocyte, soit les membranes des organites intracytoplasmiques tels que les mitochondries. Cette atteinte peut correspondre à une véritable destruction membranaire mais aussi à une augmentation de perméabilité des membranes. La conséquence biologique principale est la libération dans le courant sanguin d’une partie

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7-007-B-10 ¶ Exploration biologique hépatique

du contenu enzymatique des hépatocytes. Les composés impliqués dans ce « relargage » sanguin sont en premier lieu les transaminases (ou aminotransférases). Ces enzymes catalysent le transfert d’un groupement aminé d’un acide alpha-aminé à un acide alphacétonique. Ainsi l’alanine aminotransférase (ALAT) catalyse la transformation de l’alanine en acide pyruvique, et l’aspartate aminotransférase (ASAT) celle de l’acide aspartique en acide oxaloacétique. L’ALAT est essentiellement exprimée dans le cytosol des hépatocytes. Elle est toutefois présente, mais en quantité bien moindre, aux niveaux rénal et musculaire. L’ASAT a une distribution tissulaire très variée (cœur, muscle squelettique, érythrocytes, rein) et se présente sous forme de deux isoenzymes hépatocytaires, à localisation respectivement mitochondriale (80 %) et cytosolique. Les demi-vies sanguines de l’ALAT et de l’ASAT sont respectivement de 48 et 18 heures. Il existe un cycle nycthéméral de l’ALAT avec des valeurs maximales dans l’après-midi qui sont supérieures d’environ 45 % à celles de la nuit [1]. D’autres enzymes peuvent être libérées dans le plasma en cas de cytolyse telles la lactate déshydrogénase (LDH), surtout dans sa forme d’isoenzyme hépatocytaire LDH-5. Le taux sérique de la gamma-glutamyltransférase (GGT) peut aussi être augmenté mais dans de plus faibles proportions. Des composants hépatocytaires non enzymatiques, comme le fer et la ferritine, peuvent aussi passer dans la circulation sanguine en cas de cytolyse hépatique. Expression • Le syndrome de cytolyse est exploré avant tout par le dosage des transaminases ALAT et ASAT, l’hypertransaminasémie en ALAT étant la marque principale de la cytolyse hépatocytaire. Il faut cependant rappeler qu’une augmentation du taux d’ALAT, mais sensiblement moindre que celle de l’ASAT, peut s’observer en cas de lyse musculaire. En cas de doute, le dosage conjoint de l’enzyme musculaire CK (créatine kinase) permet de résoudre le dilemme. L’analyse affinée du type d’hypertransaminasémie (ratio des deux transaminases, tempoévolutif) permet une information diagnostique qui va bien au-delà du simple diagnostic de cytolyse (cf. infra). • Le dosage du taux plasmatique de LDH, bien qu’il s’agisse d’un paramètre sensible, n’est plus guère effectué en pratique. De même, l’hyper-GGT n’est pas un marqueur utile de cytolyse car sa sensibilité et surtout sa spécificité sont faibles (l’hyper-GGT est avant tout un marqueur d’induction enzymatique ou de cholestase). Quant à l’hypersidérémie, et à l’élévation qu’elle entraîne du taux de saturation de la transferrine, ainsi qu’à l’hyperferritinémie, il convient de garder à l’esprit qu’elles peuvent être la conséquence d’une cytolyse (habituellement marquée) hors de toute surcharge en fer.

Syndrome biologique d’insuffisance hépatocellulaire Définition et physiopathologie Il se définit comme l’ensemble des signes biologiques traduisant l’altération des fonctions de synthèse hépatocytaire. Le mécanisme lésionnel dominant est la nécrose cellulaire, que l’agression responsable soit aiguë (en particulier l’hépatite fulminante) ou chronique (en particulier au stade de cirrhose). L’insuffisance hépatocellulaire affecte en premier lieu le métabolisme des protides. • Baisse des facteurs de coagulation. Les hépatocytes synthétisent les facteurs I (fibrinogène), II (prothrombine), V (proaccélérine), VII (proconvertine), IX (facteur antihémophilique B), X (facteur Stuart). Cette synthèse requiert de la vitamine K pour les facteurs II, VII, IX et X. La demi-vie de ces facteurs de coagulation étant brève (quelques heures à 4 j), leur baisse de concentration sanguine est un marqueur précoce d’insuffisance hépatocellulaire. • Diminution de la synthèse d’albumine. Protéine à production spécifiquement hépatocytaire, sa baisse de concentration plasmatique est un index précieux d’insuffisance hépatocellulaire. L’interprétation de l’hypoalbuminémie comme reflet d’une insuffisance hépatocellulaire doit cependant tenir compte des réserves suivantes : le calcul de la concentration albuminique à partir de la protidémie et du pourcentage d’albumine à l’électrophorèse des protides sériques, procédé

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• •

habituel, peut être erroné du fait des variations des autres fractions électrophorétiques (ainsi une hyperimmunoglobulinémie majeure telle qu’observée en situation d’hépatite autoimmune ou de cirrhose alcoolique conduit à une sousestimation du taux réel de l’albuminémie), d’où l’intérêt d’une méthode directe de dosage de type immunologique (néphélométrique [2] ou turbidimétrique) ou colorimétrique. L’hypoalbuminémie est un marqueur relativement tardif d’insuffisance hépatocellulaire en raison de sa demi-vie (1921 j). La concentration d’albumine est aussi sous la dépendance de l’apport nutritionnel protéique (la qualité du fonctionnement hépatique n’est donc pas seule en cause). Diminution de la synthèse de l’urée. Cette diminution (hypourémie) peut, lorsqu’elle est importante, s’accompagner en corollaire d’une augmentation de la concentration sanguine d’ammoniac (l’ammoniac étant précurseur de la synthèse de l’urée). Diminution de la synthèse de nombreux autres composants protéiques. Protéines de l’inflammation : outre le fibrinogène déjà cité en tant que facteur de coagulation, ce sont l’haptoglobine, l’orosomucoïde, l’alpha-1-antitrypsine, la protéine C réactive et classiquement la céruloplasmine, encore que ce paramètre n’ait pas été retrouvé significativement affecté par l’insuffisance hépatocellulaire chronique sévère [3] ; transferrine : protéine de transport plasmatique du fer, dont la baisse du taux plasmatique par insuffisance hépatocellulaire peut entraîner une augmentation du taux de saturation de la transferrine. L’insuffisance hépatocellulaire altère d’autres métabolismes : métabolisme lipidique : baisse de l’enzyme d’estérification plasmatique du cholestérol (lécithine-cholestérol-acyltransférase ou LCAT) à l’origine de la diminution du taux de cholestérol plasmatique non estérifié ; métabolisme glucidique : l’hypoglycémie ne s’observe qu’en cas d’insuffisance hépatocellulaire majeure (hépatite fulminante ou cirrhose grave) ; métabolisme biliaire : ainsi une insuffisance hépatocellulaire majeure conduit à une altération de la fonction biliaire, c’està-dire à une cholestase que l’on peut donc qualifier de « cholestase d’insuffisance hépatocellulaire ».

Expression Elle se manifeste par des anomalies des tests suivants. • Chute des facteurs de coagulation. Le dosage du taux de prothrombine est le test de recherche courant. Il est un mode d’expression pratique du temps de Quick, mesuré par rapport à un témoin normal et qui apprécie la prothrombine vraie et ses accélérateurs. Le taux normal est de 100 %. Il semble être un meilleur indicateur de coagulation au cours des hépatopathies que l’international normalized ratio (INR [1, 4]). Toutefois, le taux de prothrombine (ou temps de Quick dont il est dérivé) n’est pas ou plus utilisé en routine dans divers pays (dont les États-Unis) ce qui risque de limiter à terme l’usage de ce test, notamment du fait de sa non-intégration directe dans le calcul du score pronostique fonctionnel, d’importance grandissante en hépatologie qu’est le model for end-stage liver disease (MELD) (cf. infra). Lorsque l’abaissement du taux de prothrombine est observé en condition de cholestase, le dosage du facteur V (dont la synthèse est indépendante de l’apport en vitamine K à la différence de la prothrombine) peut être utile pour faire la part de l’insuffisance hépatocellulaire et de la cholestase dans le mécanisme de cette hypoprothrombinémie. En cas de non-accessibilité au dosage du facteur V, l’échec de la tentative de remontée du taux de prothrombine par l’administration parentérale de vitamine K, correspondant à un test de Koller négatif, atteste qu’il s’agit d’une baisse du taux de prothrombine en rapport avec l’insuffisance hépatocellulaire. • Hypoalbuminémie (taux < 40 g/l), en rappelant les réserves d’interprétation précédemment mentionnées. • Baisse de l’urée sanguine. Son intérêt provient de sa grande accessibilité à partir du simple ionogramme sanguin. • Baisse de la cholestérolémie. Son intérêt est très limité par manque de sensibilité et du fait que la fraction surtout concernée (le cholestérol non estérifié) ne fait pas partie des tests coutumiers. Hépatologie

Exploration biologique hépatique ¶ 7-007-B-10

• Hypoglycémie. Comme précédemment indiqué, elle ne survient qu’en cas d’insuffisance hépatocellulaire grave. • Hyperammoniémie. Elle peut refléter une insuffisance hépatocellulaire mais est dénuée d’intérêt en pratique courante car ses taux veineux (ou artériels) ne sont pas corrélés de manière fiable avec la présence ou le risque d’encéphalopathie hépatique [5]. • Signes de cholestase. La cholestase consécutive à une insuffisance hépatocellulaire se traduit par une hyperbilirubinémie à double caractéristique : d’une part elle reste à dominante de bilirubine conjuguée car l’insuffisance hépatocellulaire, même sévère, obère peu les fonctions de captation et de conjugaison hépatocytaires de la bilirubine ; d’autre part elle s’accompagne d’une élévation mineure des enzymes de cholestase (dont les phosphatases alcalines) car l’augmentation de synthèse est entravée par l’insuffisance hépatocellulaire.

Syndrome biologique de cholestase Définition et physiopathologie Le syndrome de cholestase (stase biliaire) se définit comme l’ensemble des signes (ici biologiques) liés à une diminution, voire à un arrêt du flux biliaire. Toute lésion altérant le flux biliaire à un niveau quelconque entre sa source (hépatocytaire) et sa terminaison (ampullaire) entraîne une cholestase. Aux différents niveaux canalaires de l’arbre biliaire, le mécanisme est en règle une obstruction, bénigne ou maligne. Au niveau hépatocytaire, différents mécanismes peuvent être en cause : altération de la membrane plasmique (basolatérale ou canaliculaire) modifiant la fluidité membranaire (cas par exemple des œstrogènes), atteinte du cytosquelette hépatocytaire perturbant le transit des acides biliaires vers le pôle canaliculaire, lésion des structures jonctionnelles interhépatocytaires (tight junctions) conduisant au reflux dans le sang de substances normalement éliminées par le canalicule. Les conséquences biologiques de la cholestase sont en rapport non seulement avec l’accumulation plasmatique et/ou tissulaire de composés à élimination biliaire, au premier rang desquels les acides biliaires (ou les sels correspondants) et la bilirubine, mais aussi avec une augmentation de synthèse hépatocytaire d’enzymes canaliculaires telles que phosphatases alcalines et GGT. L’augmentation d’activité plasmatique de ces enzymes implique aussi une libération enzymatique sous l’effet des sels biliaires [6]. Expression • Augmentation d’activités enzymatiques. L’hyperphosphatasémie alcaline est un test sensible mais manquant de spécificité. En effet cette enzyme est aussi produite par : C l’os, expliquant notamment que son activité soit augmentée pendant la croissance et peut être considérée comme physiologiquement stabilisée à partir de l’âge de 25 ans ; C le placenta, rendant compte de l’augmentation d’activité de cette enzyme d’un facteur 2 à 3 pendant le troisième trimestre de la grossesse ; C l’intestin, dont la contribution à l’activité plasmatique totale est jugée de l’ordre de 20 %. La 5’nucléotidase est une isoenzyme de phosphatase alcaline agissant sur les groupements phosphates en position 5’ du pentose dont l’intérêt est d’être plus spécifique d’une origine hépatobiliaire (du fait de son absence d’origine osseuse) mais dont la limitation est un manque de sensibilité et une réalisation technique plus délicate. L’hyper-GGT est, quant à elle, plus sensible que la phosphatase alcaline (son taux croît en moyenne 4 fois plus que celui des phosphatases alcalines) mais est très aspécifique (l’hyper-GGT pouvant survenir du fait d’une cytolyse ou surtout d’une induction enzymatique). En pratique, il faut souligner la grande valeur pour le diagnostic de cholestase de l’élévation couplée des phosphatases alcalines et de la GGT. • Une hyperbilirubinémie à nette prédominance de la fraction conjuguée (qui représente plus de 70 % de la bilirubine totale). L’hyperbilirubinémie est infraclinique pour des taux compris entre 17 µmol/l et 25 µmol/l et correspond à un Hépatologie



• • •

subictère conjonctival pour des taux compris entre 25 et 50 µmol/l. Au-delà de 50 µmol/l, l’ictère est cutanéomuqueux. Les taux d’hyperbilirubinémie n’excèdent en règle pas 500 µmol/l sauf en cas d’insuffisance rénale associée (par défaut d’élimination de la bilirubine conjuguée) ou d’hyperhémolyse associée (par accroissement de la production de bilirubine non conjuguée). Une baisse du taux de prothrombine avec normalité du facteur V ou correction de cette baisse par l’administration parentérale de vitamine K (= test de Koller positif). Une élévation du taux des acides biliaires à jeun, très sensible mais qui sort du cadre de la pratique courante. Une hypercholestérolémie, peu sensible. Une cytolyse peut s’associer au syndrome de cholestase du fait de la souffrance hépatocytaire en amont d’un obstacle biliaire (aigu de type lithiasique ou chronique comme dans la cirrhose biliaire secondaire). On peut donc qualifier cette cytolyse comme étant une cytolyse de cholestase.

Syndrome biologique d’induction hépatocellulaire Définition et physiopathologie Le syndrome d’induction hépatocellulaire se définit comme les signes traduisant une augmentation de synthèse hépatocytaire d’enzymes sous l’effet de l’activation du système microsomal. Il concerne essentiellement l’augmentation d’activité de la GGT sous l’effet de l’alcool ou de médicaments comme le phénobarbital. Expression Il correspond typiquement à une hyper-GGT en l’absence de cholestase ou de cytolyse. Le taux des phosphatases alcalines [7] pourrait également être augmenté en cas d’induction.

Exploration fonctionnelle kupfférienne Définition et physiopathologie [8, 9] Le syndrome fonctionnel kupfférien ou syndrome inflammatoire hépatique ou syndrome mésenchymateux est en rapport avec le défaut de captation macrophagique des endotoxines (lipopolysaccharides : LPS) d’origine intestinale. L’activation du système lymphoplasmocytaire qui en résulte est à l’origine de la production d’une hyperimmunoglobulinémie qui n’est donc qu’indirectement de source hépatique.

Expression Ce syndrome correspond à une hypergammaglobulinémie polyclonale repérée sur l’électrophorèse des protéines sériques et précisée par le dosage sélectif des immunoglobulines IgG, IgA et IgM.

Exploration fonctionnelle vasculaire : syndrome biologique d’hypertension portale (HTP) Définition et physiopathologie L’hypertension portale (HTP) se définit par une pression portale supérieure à 12 mmHg ou par un gradient de pression entre les territoires veineux porte et cave supérieur ou égal à 5 mmHg. Elle est le plus souvent en rapport avec un bloc intrahépatique de nature cirrhotique. L’HTP entraîne, outre une dilatation des veines du système porte et le développement d’une circulation collatérale, l’apparition d’une splénomégalie qui peut être à l’origine d’un hypersplénisme. Cet hypersplénisme se traduit par une baisse des éléments figurés du sang, en particulier des plaquettes [10] et des leucocytes. Le mécanisme de cette baisse est probablement multifactoriel, impliquant une augmentation du pool et de la destruction spléniques de ces éléments ainsi qu’un effet de dilution par augmentation du volume plasmatique [11].

Expression La simple lecture de l’hémogramme avec un « œil » hépatologique peut identifier une cytopénie, en général de type

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7-007-B-10 ¶ Exploration biologique hépatique

Tests de première intention

Transaminases (ASAT-ALAT)

Phosphatases alcalines

Taux de prothrombine

GGT

NFS

Cytolyse

Cholestase

Insuffisance hépatocellulaire

Induction enzymatique

Hypersplénisme

Tests de seconde intention

5'nucléotidase Bilirubine conjuguée

Électrophorèse des protides Taux des immunoglobulines

Facteur V Albuminémie

Figure 1. Arbre décisionnel. Stratégie pratique de l’exploration biologique fonctionnelle hépatique. ALAT : alanine aminotransférase ; ASAT : aspartate aminotransférase ; NFS : numération-formule sanguine ; GGT : gamma-glutamyl-transférase.

thrombopénie et leucopénie, faisant suggérer un hypersplénisme, en rapport avec une HTP, elle-même souvent liée à une cirrhose sévère.

Exploration fonctionnelle globale Elle se propose d’évaluer de manière quantitative, par des tests dynamiques (clairances) et/ou statiques mais composites (scores), le fonctionnement global du foie.

Étude des clairances hépatiques Le composé le plus intéressant reste le vert d’indocyanine car il est d’extraction sanguine purement hépatocytaire, n’est pas métabolisé par le foie, est éliminé dans la bile via un système de transport adénosine triphosphate (ATP)-dépendant et ne subit pas de cycle entérohépatique. Sa clairance est toutefois dépendante du débit sanguin hépatique. Son intérêt dans le cadre du malade candidat à une transplantation hépatique, en recourant à une technique non invasive, a été récemment souligné mais cette approche demeure du domaine de la recherche clinique [12, 13].

Scores fonctionnels hépatiques Leur principe est de combiner plusieurs paramètres biologiques (ou biocliniques). Score de Child-Pugh [14] Le score le plus utilisé est celui de Child-Pugh, basé sur la prise en compte combinée des cinq paramètres suivants : bilirubinémie, albuminémie, ascite, encéphalopathie hépatique, taux de prothrombine. Un score élémentaire de 1 à 3 (en fonction du degré croissant de perturbation) est attribué à chacun, et le score global (qui va donc de 5 à 15) réparti en classes de gravité croissante : Child A (scores 5-6), Child B (scores 7-9), Child C (score > 9). Nouveau score d’intérêt majeur : MELD [15] Il est basé sur un algorithme impliquant créatininémie, bilirubinémie et INR. L’intérêt essentiel du modèle est la prédiction de la survie à 3 mois en situation d’hépatopathie sévère. Ce score est devenu, aux États-Unis, la référence pour l’attribution des greffons hépatiques, la mortalité sur liste d’attente étant directement corrélée au score de MELD [15, 16]. Ainsi, cette mortalité, après 3 mois de suivi, a été rapportée de l’ordre de 2 % pour un MELD inférieur à 9 alors qu’elle était supérieure à 71 % en cas de score supérieur ou égal à 40 [15]. Il

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a été proposé d’inclure la natrémie dans ce score, étant donné l’intérêt de l’hyponatrémie comme facteur prédictif de mortalité en condition de défaillance hépatique majeure [17]. En pratique, ces deux scores sont complémentaires, le ChildPugh conservant l’intérêt de sa simplicité d’utilisation.

Stratégie pratique et interprétation globale L’exploration fonctionnelle du foie par l’approche biologique doit en pratique être conduite en deux temps (Fig. 1). Les examens de première intention sont constitués par : les transaminases (cytolyse), les phosphatases alcalines (cholestase), la GGT (induction enzymatique), le taux de prothrombine (insuffisance hépatocellulaire) et la numération-formule sanguine (NFS) (hypersplénisme). Ce n’est qu’en fonction des résultats fournis par ce premier bilan qu’il devient licite de se tourner vers des tests complémentaires : 5’nucléotidase s’il existe un doute sur le mécanisme hépatobiliaire d’une hyperphosphatasémie alcaline, bilirubinémie totale et conjuguée pour confirmer une suspicion clinique d’ictère, facteur V pour interpréter une hypoprothrombinémie en situation de cholestase, électrophorèse de protides et/ou taux des Ig (syndrome fonctionnel kupfférien). Il importe de rappeler que le « découpage » de la biologie fonctionnelle en syndromes a ses limites liées au fait que le fonctionnement cellulaire (et intercellulaire) participe d’une intégration fonctionnelle globale en sorte que, à partir d’un certain niveau de perturbations, ces syndromes deviennent plus ou moins associés (cytolyse de cholestase, cholestase d’insuffisance hépatocellulaire, insuffisance hépatocellulaire de cytolyse...). Il est également important de conserver à l’esprit qu’un bilan fonctionnel hépatique normal n’élimine nullement une hépatopathie focalisée par tumeur bénigne ou maligne ou une hépatopathie chronique diffuse mais biologiquement latente (stéatose, voire cirrhose inactive).

■ Biologie hépatique morphologique Il s’agit d’une biologie en pleine émergence dont l’objectif est d’appréhender, de manière non invasive (c’est-à-dire sans le recours à une ponction-biopsie hépatique), l’existence et le degré de fibrose hépatique [18]. Hépatologie

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génétique moléculaire restant limitée dans le cadre du diagnostic individuel en raison du très grand nombre de mutations pouvant être rencontrées [30] ; • le déficit en alpha-1-antitrypsine. La disparition du pic des a1-globulines, sur l’électrophorèse des protides, est très évocatrice du diagnostic qui pourra être affirmé par l’effondrement du taux sérique d’a1-antitrypsine et la mise en évidence d’un profil génétique PiZZ ; • les maladies génétiques biliaires : liées à une atteinte génétique du transport canaliculaire biliaire, elles correspondent à des affections exceptionnelles (cholestase intrahépatique récurrente bénigne, cholestase intrahépatique gravidique, syndrome de Dubin-Johnson...) désormais identifiables au plan des mutations en cause [31].

L’intérêt de paramètres sanguins considérés isolément a été suggéré ou démontré : augmentation du taux d’acide hyaluronique, baisse du taux de prothrombine [19], existence d’une thrombopénie ou taux d’ASAT/ALAT >1 (en cas d’hépatopathie virale C et hors d’un contexte d’alcoolisme, cf. infra) [20]. Mais c’est surtout l’établissement, initialement dans le cadre de l’hépatite chronique virale C mais s’élargissant désormais à d’autres champs étiologiques, de scores biologiques de fibrose qui a permis les avancées diagnostiques les plus prometteuses : parmi eux, le Fibrotest ® [21] , le score APRI (rapport ASAT/ plaquettes) [22] , le score de Forns [23] , l’HépaScore ® [24] , le FibroMètre® [25] ... En pratique, bien que la performance respective et combinée de nombre de ces tests mérite d’être plus amplement validée, il est certain que l’utilisation de cette approche biologique a permis d’ores et déjà de diminuer significativement le recours à la biopsie hépatique et que cette tendance ne pourra être que renforcée par le couplage de ce type d’informations biologiques non seulement aux données cliniques et d’imagerie mais à celles fournies par l’élastométrie impulsionnelle (Fibroscan®) [26].

■ Conclusion L’exploration biologique constitue donc une phase essentielle du diagnostic en hépatologie. Elle est une aide précieuse non seulement pour l’évaluation du retentissement fonctionnel et morphologique d’une hépatopathie mais aussi pour en préciser l’étiologie. Son bon usage suppose qu’elle soit réalisée sur la base d’un examen clinique attentif et en évaluant finement, par rapport à son apport potentiel, le bien-fondé du recours à d’autres procédés d’exploration hépatique, relevant de l’imagerie et surtout de l’histopathologie. Les données fournies par les approches protéomiques « globales » [32, 33] devraient dans un avenir proche élargir, notamment dans le domaine des marqueurs pronostiques, le champ d’intérêt de la biologie en hépatologie.

■ Biologie hépatique étiologique La recherche de l’étiologie d’une hépatopathie aiguë ou chronique est puissamment aidée par l’exploration biologique. Ces marqueurs étiologiques peuvent être répartis en deux classes qui recouvrent les deux grands pans étiologiques en hépatologie.

Marqueurs d’hépatopathie acquise Ils concernent en particulier : • les marqueurs d’hépatopathie alcoolique : alcoolémie, couple macrocytose- hyper-GGT, rapport ASAT/ALAT > 1, thrombopénie, hypertriglycéridémie, augmentation du taux d’IgA (responsable, en cas de cirrhose, d’un aspect de bloc b-c à l’électrophorèse des protides), augmentation de la carbohydrate deficient transferrin (CDT) [27] ... ; • les marqueurs d’hépatopathie virale : ils permettent à eux seuls de rapporter une hépatite à son origine virale A, B, C, D, E ou Epstein-Barr virus (EBV) ; • les marqueurs d’hépatopathie tumorale : élévation du taux d’alpha-fœto-protéine en cas de carcinome hépatocellulaire, élévation de l’antigène carcinoembryonnaire en cas de cancer colique métastatique, augmentation du taux de CA19.9 en cas de cholangiocarcinome, tous marqueurs posant cependant des problèmes de sensibilité et de spécificité ; • les marqueurs d’hépatopathie dysimmunitaire (dont le mécanisme est en fait mixte, acquis et constitutionnel) : anticorps antimuscle lisse, antinucléaires, antimicrosomes (ou LKM) dans l’hépatite auto-immune, anticorps antimitochondries pour la cirrhose biliaire primitive ; tout en rappelant qu’une positivité de certains autoanticorps doit aussi orienter vers une possible cause (ou circonstance déclenchante) de nature médicamenteuse.



Points forts

• Transaminases (ASAT-ALAT), phosphatases alcalines et taux de prothrombine constituent le trépied de l’exploration biologique fonctionnelle hépatique. • Bilirubinémie et facteur V sont des tests de seconde intention lors de l’exploration biologique fonctionnelle du foie. • Le score classique de Child et le nouveau score MELD permettent une évaluation fonctionnelle hépatique globale, essentielle dans l’indication d’une transplantation hépatique. • Divers tests sanguins simples ou composites contribuent à estimer le degré de retentissement fibrogène d’une hépatopathie et font reculer l’indication d’une ponction-biopsie hépatique. • La biologie étiologique est d’une aide précieuse pour identifier la cause acquise ou constitutionnelle d’une hépatopathie. .

Marqueurs d’hépatopathie génétique ou constitutionnelle Ils concernent : • les hémochromatoses génétiques [28, 29] : pour l’hémochromatose de type 1 : élévation du coefficient de saturation de la transferrine (CS-Tf) et présence de la mutation C282Y du gène HFE à l’état homozygote (C282Y/C282Y) ; pour l’hémochromatose de type 2 (hémochromatose juvénile) : augmentation du CS-Tf et présence de mutations de l’hémojuvéline (= hémochromatose type 2A) ou de l’hepcidine (= hémochromatose type 2B) ; pour l’hémochromatose de type 3 : augmentation du CS-Tf et présence de mutations du récepteur de la transferrine de type 2 ; pour l’hémochromatose de type 4, présence de mutations de la ferroportine ; • la maladie de Wilson : le marqueur de première ligne demeure l’effondrement du taux de céruloplasminémie, en règle associée à une hypercuprurie, la place de l’exploration Hépatologie

■ Références [1] [2]

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7-007-B-10 ¶ Exploration biologique hépatique

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P. Brissot ([email protected]). Service des maladies du foie, Inserm U-522, IFR 140, Centre hospitalier universitaire Pontchaillou, 35033 Rennes, France. M. Ropert-Bouchet. Laboratoire de biochimie et hormonologie, Centre hospitalier universitaire Pontchaillou, 35000 Rennes, France. M.-B. Troadec. R. Lorho. D. Guyader. O. Loréal. Service des maladies du foie, Inserm U-522, IFR 140, Centre hospitalier universitaire Pontchaillou, 35033 Rennes, France. Toute référence à cet article doit porter la mention : Brissot P., Ropert-Bouchet M., Troadec M.-B., Lorho R., Guyader D., Loréal O. Exploration biologique hépatique. EMC (Elsevier Masson SAS, Paris), Hépatologie, 7-007-B-10, 2007.

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Hépatologie

Encyclopédie Médico-Chirurgicale 7-007-B-14

7-007-B-14

Physiopathologie moléculaire de la cholestase S Hillaire S Erlinger

Résumé. – La cholestase est un syndrome clinique, biologique et histologique secondaire à la diminution ou à l’arrêt de la sécrétion biliaire. Le débit biliaire canaliculaire est un flux osmotique d’eau et d’électrolytes en réponse à la sécrétion active d’acides biliaires et d’autres molécules osmotiquement actives dans le canalicule biliaire. Les transporteurs hépatocytaires responsables des mouvements de ces molécules sont des systèmes très perfectionnés. Le clonage récent des différents transporteurs a permis de mieux comprendre les mécanismes de plusieurs maladies héréditaires cholestatiques et, en même temps, de progresser dans la compréhension des mécanismes de la sécrétion biliaire normale et de la cholestase. Les acides biliaires jouent un rôle prépondérant dans la physiopathologie de la cholestase. D’une manière qui peut sembler paradoxale, de nombreux syndromes de cholestase sont améliorés par l’administration d’acides biliaires par voie orale. © 2003 Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : cholestase, transporteurs de acides biliaires, transporteur des phospholipides, cytokines, acides biliaires, cholestases progressives familiales.

Introduction La cholestase résulte d’un arrêt ou d’une diminution de la sécrétion de bile dans l’intestin. La sécrétion biliaire se fait par l’intermédiaire de transporteurs très perfectionnés situés sur les hépatocytes et les cholangiocytes [2]. Un syndrome de cholestase peut survenir du fait d’un obstacle mécanique sur la voie biliaire principale ou être secondaire à des maladies de l’arbre biliaire ou de l’hépatocyte (maladies génétiques, infectieuses, auto-immunes, métaboliques, néoplasiques ou secondaires à une toxicité médicamenteuse). Les conséquences du syndrome de cholestase sont essentiellement liées à la toxicité des acides biliaires qui s’accumulent dans le foie et dans l’organisme, ou à leur absence du tube digestif du fait de l’interruption du cycle entérohépatique. Le dysfonctionnement ou l’absence des différents transporteurs sont observés dans un certain nombre de cholestases congénitales ou expérimentales. L’implication de la mutation de certains gènes des systèmes de transports (SPGP, mdr3, FIC1) dans les cholestases familiales a permis un pont entre les sciences fondamentales et la clinique [3].

Sécrétion biliaire La bile produite par l’hépatocyte dans le canalicule biliaire, s’écoule ensuite par les ductules biliaires, puis les voies biliaires jusqu’au second duodénum (fig 1). Le canalicule biliaire est la plus petite unité de l’arbre biliaire. Sa paroi est constituée de la membrane canaliculaire de l’hépatocyte (fig 1, 2). Sur la membrane canaliculaire de l’hépatocyte se trouvent des protéines de transport qui permettent le transport des substances osmotiquement actives contre un gradient de concentration de l’hépatocyte vers le canalicule

Sophie Hillaire : Docteur, Réseau Val de Seine, hôpital Foch, 92150 Suresnes, France. Serge Erlinger : Professeur, centre hospitalier du Pays d’Aix, 13100 Aix-En-Provence, France.

Hépatocyte Canalicule biliaire Voies biliaires interlobulaires Voies biliaires intra- et extrahépatiques

1

Schéma du foie et des voies biliaires intra- et extrahépatiques.

biliaire. La formation de la bile par les hépatocytes est déclenchée par la différence de pression osmotique, engendrée par la concentration dans le canalicule biliaire des acides biliaires et d’autres molécules osmotiquement actives, comme le glutathion. Les mouvements de l’eau et des électrolytes se font essentiellement par voie paracellulaire, à travers les jonctions serrées intercellulaires. Les acides biliaires, les phospholipides et le cholestérol s’associent dans la bile sous forme de micelles mixtes dont l’effet détergent sur les membranes cellulaires est moindre que celui des micelles simples (composées uniquement d’acides biliaires). Le maintien de la polarité de l’hépatocyte (membrane canaliculaire et membrane basolatérale) est indispensable à la sécrétion biliaire. TRANSPORT DU SANG PORTAL DANS L’HÉPATOCYTE

Les acides biliaires parviennent au pôle sinusoïdal de l’hépatocyte par le sang portal. Ils sont transportés dans l’hépatocyte contre un gradient de concentration (leur concentration hépatocytaire étant dix fois supérieure à leur concentration portale). Les acides biliaires

Toute référence à cet article doit porter la mention : Hillaire S et Erlinger S. Physiopathologie moléculaire de la cholestase. Encycl Méd Chir (Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS, Paris, tous droits réservés), Hépatologie, 7-007-B-14, 2003, 5 p.

Physiopathologie moléculaire de la cholestase

7-007-B-14

Na+ - HCO3transporteur K+

Na+ K+ Na+

H+

CI-

PL

Na+

CI-

OC+

HCO3-

BSOA-

A-

BS-

Na+

GSH

HCO3-

OA-,BSNa+

- H+ Échangeur

Canalicule biliaire Membrane canaliculaire Membrane sinusoïdale ou basolatérale Na-K+ATPase Canaux potassiques Transporteur des acides biliaires sodium-dépendant (NTCP) Transporteur des acides biliaires sodium-indépendant (OATP) Transporteur canaliculaire des acides biliaires (BSEP) MDR1

MDR3

MOAT ou MPR2

AE 2 Échangeur d'anions indépendant du sodium : favorise la sécrétion de bicarbonates OC+ cations organiques Schéma d’un doublet d’hépatocytes et des différents transporteurs des acides biliaires canaliculaires et sinusoïdaux.

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rendent compte de la sécrétion biliaire dite dépendante des acides biliaires, les autres substances (glutathion, phospholipides...) rendent compte de la sécrétion biliaire indépendante des acides biliaires. Sur la membrane basolatérale de l’hépatocyte (fig 2) se trouve une Na-K + ATPase dont le rôle est le maintien du gradient transmembranaire de sodium dans la cellule (plus de potassium en intracellulaire, plus de sodium en extracellulaire). La Na-K+ ATPase et les canaux potassiques permettent le maintien d’un potentiel électrique transmembranaire de –35 mV. Il procure l’énergie nécessaire à la sécrétion du sodium et au transport des acides biliaires Na+-dépendants. Le transporteur des acides biliaires du sang vers l’hépatocyte est le Na + -taurocholate co-transporting polypeptide (NTCP), transporteur des acides biliaires conjugués dépendants du sodium. Les acides biliaires et les autres substrats lipophiles (bromesulfonephtaléine [BSP], bilirubine,...) peuvent aussi être transportés dans l’hépatocyte par un système de transport indépendant du sodium : organic anion transporting polypeptide (OATP) [14]. TRANSPORT INTRAHÉPATOCYTAIRE

Une fois dans l’hépatocyte, les différentes substances osmotiques vont rejoindre le pôle canaliculaire. Contrairement aux progrès réalisés dans la connaissance des mécanismes de transport canaliculaires et basolatéraux, le transport intra-cellulaire est encore mal connu. Il semble que, contrairement à ce qui a longtemps été suspecté, le transport ne se fasse pas par un mécanisme vésiculaire mais plutôt par des protéines de transport intracellulaires, du moins dans les conditions physiologiques. Différentes protéines ont été identifiées dont le rôle et la fonction sont encore à l’étude [11].

Hépatologie

transport est stimulé par l’ATP. Cette protéine porte différents noms : bile salt export pump (BSEP), sister P-glycoprotein (SPGP), ou encore ATP binding cassette sous-famille B11 (ABCB11). Au niveau de la membrane canaliculaire, d’autres transporteurs impliqués dans la sécrétion biliaire ont été identifiés. Il s’agit aussi de transporteurs ATP-dépendants appartenant à la famille des ATPases de type P. Le premier mis en évidence est le mdr1 qui joue un rôle important dans l’élimination canaliculaire des volumineuses molécules lipophiles (médicaments anticancéreux, ciclosporine, inhibiteurs calciques...). Cependant, le rôle de ce transporteur au cours de la sécrétion biliaire est mal défini. Il est, en effet, peu représenté dans les conditions physiologiques. Au contraire, la protéine mdr3 joue un rôle dans la sécrétion biliaire des phospholipides. Elle effectue la translocation ATPdépendante de la phosphatidylcholine du feuillet interne vers le feuillet externe de la membrane plasmique canaliculaire d’où elle est extraite vers la lumière grâce à l’action détergente des acides biliaires [20]. Une autre protéine, codée par le gène ATP8B1 (ouFIC1) a été identifiée, c’est aussi une ATPase de type P mais sa fonction dans la sécrétion biliaire est mal définie. Elle pourrait permettre la translocation des aminophospholipides du feuillet externe vers le feuillet interne de la membrane plasmique canaliculaire. Le transporteur canaliculaire MPR2 permet la sécrétion de la bilirubine conjuguée. FORMATION DE LA BILE VÉSICULAIRE

La bile canaliculaire n’a pas la même composition que la bile vésiculaire. En particulier, les cellules épithéliales ductulaires ou cholangiocytes possèdent des transporteurs (CFTR et AE2) qui vont faciliter la sécrétion de chlore et de bicarbonate. Les voies biliaires sécrètent une solution riche en bicarbonate sous l’effet de la sécrétine. La vésicule biliaire réabsorbe de l’eau et des électrolytes et concentre la bile hépatique par un facteur de dix environ. Des transports actifs des différentes molécules dans le canalicule biliaire permettent la sécrétion biliaire, mais celle-ci n’est efficace que lorsque la structure de l’hépatocyte est intacte. En particulier, la polarité cellulaire (séparation entre la membrane sinusoïdale et la membrane canaliculaire de l’hépatocyte), l’intégrité du cytosquelette indispensable aux contractions des canalicules biliaires et à l’imperméabilité des jonctions serrées intercellulaires et l’homéostasie du pool calcique intrahépatocytaire doivent être conservées.

Complications de la cholestase COMPLICATIONS CLINIQUES

Les manifestations cliniques de la cholestase sont la conséquence de l’accumulation des constituants normalement éliminés dans la bile. Elles sont souvent retardées par rapport aux manifestations biologiques. L’ictère est la manifestation clinique la plus courante. Il résulte de l’accumulation sanguine de la bilirubine. Le prurit, très fréquemment observé, n’est pas clairement expliqué. Il pourrait être secondaire à l’augmentation sanguine des concentrations d’acides biliaires ou d’autres substances pruritogènes et, en particulier, les endorphines [9]. Lors de cholestases prolongées, l’accumulation de lipides (cholestérol supérieur à 11,6 mmol/L pendant 3 mois) entraîne des xanthomes, xanthélasma. Les autres manifestations cliniques sont en rapport avec la diminution de la concentration intestinale des acides biliaires par interruption du cycle entérohépatique, entraînant une malabsorption de graisses alimentaires et de vitamines liposolubles (A, D, E, K). L’évolution des maladies cholestatiques chroniques (cirrhose biliaire primitive, cholangite sclérosante, peut être est marquée par l’apparition de signes d’insuffisance hépatocellulaire et d’hypertension portale, faisant poser l’indication d’une transplantation hépatique.

TRANSPORT CANALICULAIRE

Dans les conditions physiologiques, l’étape limitante de la sécrétion biliaire est le transport canaliculaire des acides biliaires. Le transporteur canaliculaire des acides biliaires a été identifié. Ce 2

COMPLICATIONS BIOLOGIQUES

La manifestation la plus précoce est l’augmentation des concentrations sanguines d’acides biliaires. On cite aussi :

Physiopathologie moléculaire de la cholestase

Hépatologie

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– l’augmentation des concentrations sanguines de la bilirubine conjuguée et du cholestérol ;

¶ Cholestases en rapport avec une modification de la symétrie de la membrane canaliculaire

– l’augmentation de l’activité de la phosphatase alcaline, du 5’nucléotidase, de la gamma-glutamyl transpeptidase. L’activité de la gamma-glutamyl transpeptidase peut être normale au cours de la cholestase gravidique, de la cholestase secondaire à la prise d’œstrogène et de la cholestase récurrente bénigne ;

Chez les malades atteints de la maladie de Byler, des mutations du gène FIC1 ont été identifiées. La fonction de la protéine codée par le gène FIC1 est encore hypothétique. Il pourrait s’agir d’un transporteur des aminophospholipides [22] ayant un rôle dans le maintien de l’asymétrie de la composition de membrane canaliculaire. La disparition de cette asymétrie pourrait compromettre le fonctionnement ou l’insertion des transporteurs de cette membrane et donc entraîner une cholestase. Il pourrait aussi s’agir d’un transporteur. Chez les malades atteints de cholestase récurrente bénigne, le gène muté est aussi le gène FIC1 [1]. Dans le cas de la cholestase récurrente bénigne, la mutation n’entraînerait qu’une inactivation partielle de la protéine alors que sa fonction serait sévèrement compromise par la ou les mutations observées au cours de la maladie de Byler.

– l’allongement du temps de prothrombine est initialement secondaire à une diminution de la synthèse des facteurs de la coagulation dépendant de la vitamine K (facteurs II, VII, IX, X), puis, associé à un déficit en facteur V, il traduit l’insuffisance hépatocellulaire. COMPLICATIONS HISTOLOGIQUES

D’un point de vue histologique, la cholestase désigne un dépôt microscopiquement visible de bilirubine dans le parenchyme hépatique. Cette bilirubinostase peut être intrahépatocytaire, intrakupfférienne, canaliculaire. Elle débute dans la région centrolobulaire. Des lésions des hépatocytes de la région périportale apparaissent au cours des cholestases prolongées. Les rosettes hépatocytaires signent une cholestase prolongée. Au sein du parenchyme hépatique, les hépatocytes se disposent autour de lumières de taille variable optiquement vides ou contenant un matériel éosinophile ou pigmentaire biliaire, formant un aspect de tubule. Il existe parfois une prolifération néoductulaire responsable en partie, de l’augmentation de l’activité gamma-glutamyl transpeptidase. L’évolution des cholestases chroniques est marquée par le développement d’une fibrose puis d’une cirrhose.

Mécanismes moléculaires de la cholestase Les mécanismes de la cholestase sont nombreux. Le clonage récent des différents transporteurs a permis de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de plusieurs maladies héréditaires cholestatiques et, en même temps, de progresser dans la compréhension des mécanismes de la cholestase.

¶ Cholestase en rapport avec une diminution de la sécrétion canaliculaire des acides biliaires Au cours de la cholestase intrahépatique familiale de type 2, la protéine SPGP est absente de la membrane canaliculaire (fig 2). La sécrétion d’acides biliaires dans la bile chez ces malades est inférieure à 1 % de la normale. Plusieurs mutations du gène FIC2 (SPGP ou BSEP) ont été identifiées. Les acides biliaires s’accumulant dans l’hépatocyte sont responsables des lésions cellulaires (fig 3B) [7].

¶ Cholestase en rapport avec une diminution de la sécrétion canaliculaire des phospholipides La cholestase intrahépatique de type 3 (tableau I) est liée à une mutation du gène mdr3. La sécrétion biliaire des phospholipides est supprimée alors que la sécrétion d’acides biliaires est normale. Les micelles formées dans le canalicule biliaire sont des micelles simples dépourvues de phospholipides et possédant un fort pouvoir détergent contrairement aux micelles mixtes. Ce pouvoir détergent s’exerce sur les cholangiocytes et sur les hépatocytes. Du fait des lésions membranaires, il existe une prolifération ductulaire, expliquant en partie l’augmentation sérique de l’activité de la gamma-glutamyl-transeptidase (GGT) (fig 3C) [21].

CHOLESTASES INTRAHÉPATIQUES FAMILIALES ET CHOLESTASE RÉCURRENTE BÉNIGNE

Les cholestases intrahépatiques familiales progressives sont un groupe hétérogène de maladies cholestasiantes survenant chez les enfants et aboutissant en quelques années à une maladie du foie sévère nécessitant encore le plus souvent le recours à la transplantation hépatique. Trois entités ont été identifiées (tableau I). La cholestase récurrente bénigne est une maladie autosomique récessive, caractérisée par des épisodes d’ictère cholestatique avec prurit spontanément régressif, n’entraînant jamais de maladie chronique du foie (tableau I).

LA DYSPLASIE ARTÉRIO-HÉPATIQUE OU PAUCITÉ DES VOIES BILIAIRES INTERLOBULAIRES SYNDROMIQUES (SYNDROME D’ALAGILLE)

Le syndrome d’Alagille est un maladie génétique à transmission autosomique dominante, associant une cholestase néonatale chronique en rapport avec une paucité des voies biliaires, un faciès caractéristique, une hypoplasie ou sténose de l’artère pulmonaire, des défauts de l’arc vertébral postérieur et un embryotoxon postérieur. La paucité des voies biliaires ainsi que les autres anomalies semblent secondaires à la mutation de gène Jagged1 qui code pour une protéine jouant un rôle dans la transmission des

Tableau I. Cholestases intrahépatiques familiales progressives

Cholestase récurrente bénigne Transmission

Cholestase gravidique Type 11

Type 22

Type 33

Autosomique récessive

Autosomique récessive

Autosomique récessive

Autosomique récessive

Prurit

Intense

Intense

Intense

Modéré

Modéré à intense

GGT sérique

Normale

Normale

Normale

Augmentée

Normale ou augmentée

Prolifération ductulaire

Absente

Absente

Absente

Présente

Parfois présente

Gène

FIC1

FIC1

FIC2 (SPGP)

MDR3

MDR3 ou FIC1 à l’état hétérozygote

Protéine

ATPase type P

ATPase type P

SPGP

MDR3

Déficit

Transport des aminophospholipides ?

Transport des aminophospholipides ?

Transporteur des acides biliaires

Transporteur des phospholipides biliaires

1Progressive familial intra-hepatic cholestasis 1 (PFIC1) ; 2Progressive familial intra-hepatic cholestasis 2 (PF1C2) ; 3Progressive familial intr