Physiologie Pr G. Derumeau

GB PCEM2 Thibault M.- Aulnay B.

Fonction endothéliale Introduction 1. Vasodilatation 1.1 Dérivés de la cyclooxygénase 1.2 NO 2. Vasoconstriction 2.1 Le système rénine-angiotensine 2.2 Le système endothéline 3. La coagulation 4. Les processus inflammatoires

Introduction L'endothélium vasculaire est un organe, composé d'une seule couche de cellules, retrouvé à la face interne de tous les vaisseaux sanguins. Il remplit une fonction particulière, indépendante de celle des organes vascularisés. Représentant une surface de plusieurs centaines de m², c'est un élément extrêmement important : –

- De par sa localisation anatomique : interface entre sang circulant et structures sous-jacentes des vaisseaux : cellules musculaires lisses de la média. La couche musculaire est responsable du tonus des vaisseaux (vasodilatation/vasoconstriction). Elle est l'objet de remaniements : on parle de remodelage vasculaire, observé dans l'athérosclérose (obstruction progressive des vaisseaux).

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- De par son rôle, fondamental : - Dans le tonus vasculaire (vasomotricité) - Dans l'hémostase (contrôle le processus de thrombose) - Dans l'inflammation : rôle de barrière entre structures sous-jacentes (vaisseau) et éléments de l'inflammation L'endothélium vasculaire reçoit et synthétise des substances qui régulent ces 3 fonctions, ainsi que l'angiogenèse (formation de nouveaux vaisseaux). Il permet ainsi une interaction permanente entre l'environnement cellulaire et sanguin.

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Les cellules endothéliales peuvent enregistrer de nombreuses informations : - d'origine hormonale (infos véhiculées par exemple par les catécholamines, vasopréssine, ocytocine) - d'origine mécanique : le sang circulant va exercer des forces de cisaillement (shear stress) - d'origine métabolique et chimique : substances lipidiques comme notamment le LDL cholestérol, glucose, O2...

L'endothélium va répondre de deux façons : il peut sécréter 2 types de substances : substances vasodilatatrices, substances vasoconstrictrices. 1

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1. Vasodilatation Les substances vasodilatatrices synthétisées par l'endothélium sont essentiellement au nombre de 2 : prostacyclines, dérivées de la COX, et monoxyde d'azote (NO). Elles font l'objet d'un enjeu auprès de l'industrie pharmaceutique qui est capable d'en fabriquer dans un intérêt médical. 1.1 Dérivés de la cyclooxygénase Remarque : d'une façon physiologique, un équilibre s'établit, avec un tonus vasodilatateur prédominant à l'état de base. La COX permet la synthèse de la prostaglandine (PG), vasoconstrictrice, à partir de l'acide arachidonique. La PG est rapidement transformée en prostacycline, vasodilatatrice, libérée de façon constitutive et permanente par les cellules endothéliales. On a ainsi envoi de signaux vasodilatateurs aux cellules sous-jacentes. Il existe des circonstances où la libération de prostacycline est augmentée : lorsque les forces de cisaillement augmentent, comme par exemple en cas d'hypertension artérielle. Au contraire, un déséquilibre peut s'effectuer, en cas de stimulation des cellules endothéliales par des facteurs inflammatoires : interleukines ou substances toxiques (ex : radicaux libres), entraînant une inhibition de l'étape de transformation de la prostaglandine en prostacycline. On a ainsi d'une part une vasoconstriction. D'autre part, à partir de la prostaglandine, on a synthèse d'une autre substance encore plus vasoconstrictrice : le thromboxane, qui va accentuer la vasoconstriction. Par l'intervention des plaquettes, le thromboxane augmente le risque de formation de thromboses. C'est retrouvé dans certaines pathologies chroniques (ex : insuffisance cardiaque, qui est surtout une maladie de l'endothélium.) Cf les traitements qui restaurent l'endothélium pour soigner ce genre de pathologies. 1.2 NO Initialement appelé EDRF (facteur relaxant dérivé de l'endothélium) Réactions chimiques, puis NO synthases (NOS). Elles permettent la formation de NO par l'oxydation du groupement guanidyl de la L-arginine. Cette réaction se fait en présence d'O2 et nécessite des cofacteurs (NADPH et autres substances : hème...). Les NOS sont fondamentales (dysfonctions surtout au niveau des NOS), on en distingue 3 types (3 isoformes) : –

- La « NOS neuronale », retrouvée dans tout l'organisme, notamment au niveau des cellules pulmonaires. Au niveau local, elle permet une régulation extrêmement rapide de la pression artérielle, en entraînant une vasodilatation rapide +++

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- La « NOS inductible » (la seule indépendante du Ca2+), retrouvée dans un grand nombre de cellules, notamment au niveau cardiaque et même au niveau des myocytes. Elle est inductible! Activée de façon transcriptionelle par des substances inflammatoires (cytokines, avec influence 2

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du TNF alpha et de toutes les interleukines), et toxiques exogènes (par exemple toutes les substances bactériologiques provenant notamment des lipopolysaccharides bactériens). Une activation aigue de la NOS inductible, par exemple lors d'une agression, peut multiplier par 1000 la synthèse de NO. On a alors une importante chute tensionelle, au-delà des effets attendus. Cf hypotension dans le syndrôme du choc toxique (SCT). –

- La « NOS endothéliale » : s'exprime dans toutes les cellules endothéliales, au niveau des plaquettes et des myocytes cardiaques. Elle est présente dans les calvéoles, invaginations de la membrane plasmique. Elles sont ancrées grâce aux calvéolines (protéines), qui se lient à la NOS (alors inactive). Lorsque la cellule est activée, on a dissociation de ce complexe NOS-calvéoline, la NOS est ainsi activée et peut synthétiser le NO. Le Ca2+ est ici extrêmement important, car la voie prédominante d'activivation est la voie d'entrée du calcium.

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Les NOS sont régulées. Des éléments vont augmenter leur expression (donc augmenter le tonus vasodilatateur) : - Stimuli physiques : les forces de cisaillement (observé en cas d'hypertension artérielle, ou dans les conditions physiologiques : si augmentation du débit dans les vaisseaux, par exemple chez les sportifs réguliers : la vasodilatation permet alors un meilleur apport sanguin) - Stimuli chimiques : les oestrogènes, qui diminuent ainsi le risque cardiovasculaire chez la femme non ménopausée, avec un tonus vasodilatateur plus important que chez les hommes. Mais protection limitée (cigarette...)

A l'inverse, on peut avoir abolition des effets des NOS, notamment endothéliales. Ainsi, l'hypoxie contrecarre leurs synthèses et induit une vasoconstriction. Il existe des substances qui peuvent stimuler la NOS inductible et inhiber la NOS endothéliale (comme les molécules issues de la dégradation des cellules bactériennes). La cible directe du NO est les cellules musculaires lisses. Mais le NO possède d'autres fonctions. Il inhibe l'aggrégation plaquettaire et l'adhésion leucocytaire. Il lutte ainsi contre la vasoconstriction et la formation de thrombose, facteurs de l'athérosclérose. La biodisponibilité du NO est étroitement liée au stress oxydatif (augmenté en cas d'insuffisance cardiaque, de diabète). Une expression excessive d'anions superoxydes diminue la disponibilité du NO. 2. Vasoconstriction Elle fait intervenir surtout 2 éléments : le système rénine-angiotensine, et l'endothéline. 2.1 Le système rénine-angiotensine La formation de l'angiotensine 2 (AT2) , un des plus puissants vasoconstricteurs de l'organisme, fait appel à différentes cascades enzymatiques. La rénine permet la formation d'angiotensine 1 (AT1) à partir de l'angiotensinogène. Puis, localement, on a transformation de 3

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l'AT1 en AT2 par l'enzyme de conversion (nombreuse dans les cellules endothéliales). En plus de favoriser cette transformation, les enzymes de conversion inhibent le sytème vasodilatateur des kinines (ex : bradykinines), synthétisées à partir des kininogènes.

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Ce système constitue une cible thérapeutique très importante. Pour l'inhiber, on a 2 solutions - soit utiliser des inhibiteurs de l'enzyme de conversion (IEC, classe importante de médicaments contre l'HTA, le diabète...), empêchant ainsi la constitution du tonus vasoconstricteur. - soit faire appel à des produits antagonistes de l'AT2, bloquant ainsi les récepteurs à l'AT2 2.2 Le système endothéline

L'endothéline est un peptide extrêmement vasoconstricteur, l'endothélium est capable de le synthétiser. Sa synthèse fait intervenir des endopeptidases qui vont cliver le précurseur, la préproendothéline, en big-endothéline (relativement inactive), transformée par l'enzyme de conversion de l'endothéline en endothéline. L'endothéline est formée de 3 isoformes, ET1, ET2 et ET3, qui sont toutes très puissament vasoconstrictrices. Leur expression est stimulée par de nombreux agents chimiques (catécholamines, angiotensine 2, substances procoagulantes comme la thrombine) et par l'hypoxémie. L'endothéline est ainsi synthétisée de façon massive. Elle est cependant inhibée par l'enzyme de conversion et modérément par le NO. En plus de l'action vasoconstrictrice, l'endothéline présente d'autres propriétés à effets sur le long terme : – - elle favorise la prolifération cellulaire et induit le remodelage vasculaire (l'épaisseur de la zone de cellules musculaires lisses va augmenter) – - elle stimule la formation de collagène par les fibroblastes adventitiels, induisant un risque de fibrose – - elle mobilise les processus inflammatoires Un excès de synthèse d'endothéline a donc des conséquences désastreuses.

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Remarque sur l'hypertension artérielle pulmonaire : - Stade faible (artériole pulmonaire normale, début de prolifération des couches musculaires lisses) : durée de vie d'environ 6 ans - Stade intermédiaire, la synthèse excessive d'endothéline persiste (lésions fibreuses au niveau de l'intima) : 2 ans de durée de vie - Stade avancé (prolifération excessive au niveau de l'intima, média, adventice, avec thromboses à l'intérieur des vaisseaux) : durée de vie inférieure à 6 mois L'endothéline va agir sur des récepteurs : ETA et ETB - Les récepteurs ETA sont essentiellement localisés au niveau des cellules musculaires lisses des parois vasculaires, ainsi qu'au niveau cardiaque (myocytes et fibroblastes). Une surstimulation de ces récepteurs entraînera hypertrophies et fibroses, et accentuera donc le phénomène d'HTA. - Les récepteurs ETB sont retrouvés au niveau des cellules musculaires lisses, de l'endothélium vasculaire, au niveau cardiaque, au niveau du cortex surrénal (l'endothéline entraîne en plus une 4

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sécrétion d'aldostérone à ce niveau). NO + ET : prédominance physiologique du NO, pathologique de l'endothéline. Certaines cellules libérent des radicaux libres dont la toxicité favorise la vasoconstriction. 3. La coagulation (thrombogénicité) L'intégrité de l'endothélium est nécessaire à l'hémostase, c'est à dire un équilibre de la circulation sanguine (toute altération => thrombose). D'une part, il assure une activité anti-thrombotique à différents niveaux, en inhibant de nombreux facteurs de la coagulation. D'autre part, il interragit avec les plaquettes circulantes pour inhiber leur adhérence avec les cellules endothéliales, empêchant ainsi la constitution du « clou plaquettaire ». Les cellules endothéliales vont synthétiser des substances qui repoussent de façon électrostatique les plaquettes (ex : les héparanes, chargés négativement). On a également intervention de la thrombomoduline. Elle inactive la thrombine, qui perd ses propriétés coagulantes en fixant la thrombomoduline. Enfin, des éléments vont favoriser la dégradation d'un caillot éventuel. Ce sont les propriétés fribrinolytiques de l'endothélium : on a dégradation de la stucture de fibrine (fibrinolyse), grâce à l'activateur tissulaire du plasminogène (TPA), synthétisé par les cellules endothéliales. Les prostacyclines permettent également d'inhiber l'aggrégation plaquettaire. Remarque : L'infarctus du myocarde est essentiellement provoqué par un endothélium coronaire altéré incapable d'assurer ses fonctions. 4. L'inflammation L'endothélium vasculaire est à la fois une cible et un site de régulation pour l'adhésion des leucocytes qui circulent. C'est un phénomène complexe, qui fait intervenir deux éléments : – - Médiateurs solubles – - Molécules d'adhésion qui vont ancrer les leucocytes et leur permettre de rejoindre les cellules musculaires lisses. Lors de l'inflammation, l'endothélium synthétise des molécules exerçant un effet de chimiotactisme sur les leucocytes. Pour ce qui est de leur adhésion, les leucocytes vont ralentir, s'approcher, être en adhésion, puis traverser la barrière endothéliale : Dans un premier temps, les leucocytes vont être reconnus et ralentis, grâce à l'expression de sélectines au pôle apical des cellules endothéliales (adhésion entre sélectines leucocytaire Lsélectine et endothéliale P-sélectine). On a ensuite adhésion progressive des leucocytes par la sélectine endothéliale E-sélectine, par les intégrines VCAM et ICAM, et par 2 substances sécrétées par l'endothélium qui permettent 5

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une adhésion complète : le PAF (Plaquettes Activating Factor) et l'IL-8. Il y a ensuite migration trans-endothéliale. Elle se fait sous l'action coordonnée des molécules d'adhésion (CAM intégrines) et par l'expression de substances synthétisées par l'endothélium : MIP (Macrophage Inflammatory Protein) et MCP (Monocyte Chemoattractant Protein). Pathologie : Des marqueurs de vasodilatation représentent l'activité endothéliale ; dès qu'il y a des atteintes de l'endothélium les problèmes vasculaires sont multipliés par 4, l'endothélium est donc un enjeu de l'amélioration de la survie ! On connaît plusieurs facteurs de risque concernant l'endothélium : – - Le LDL cholestérol : circulant en excès, il va passer la barrière endothéliale et va être oxydé ce qui forme des cellules spumeuses (macrophages tissulaires gonflés de gouttelettes de graisse ayant un rôle d'attraction des monocytes circulants, par l'intermédiaire de sécrétions de substances chimiotactiques... :) ). L'accumulation excessive de graisse entraîne une nécrose des cellules spumeuses (=>toxicité...) et une permanence de l'état inflammatoire, ce qui aura un effet sur la vasodilatation (diminuée dans ce cas) et conduira à la détérioration de l'endothélium ! – - La formation d'une plaque de lipides à l'extérieur (pas dans la lumière des vaisseaux, mais dans l'espace sous-endothélial), conduit à l'épaississement de la couche musculaire (sous-jacente) diminuant ainsi la lumière du vaisseau (ce qui correspond bien à une obstruction progressive). « Where there's a will, there's a way. » A. Bernard & T.Michel

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