• FACT SHEET No. 3
Marqueurs biochimiques articulaires pour le cartilage, l’os, la dégradation cartilagineuse, le remodelage osseux, et l’inflammation Karine Louati, MD et Francis Berenbaum, MD, PhD
L’articulation est composée de trois compartiments majeurs : l’os, le cartilage articulaire, et la synovie. Tous les trois peuvent être atteints par les maladies rhumatismales comme l’arthrose ou la polyarthrite rhumatoïde. L’arthrose est une maladie de la totalité de l’articulation caractérisée par la formation d’ostéophytes, une sclérose sous-chondrale, une rupture du cartilage articulaire, et des altérations de la synovie (inflammation, prolifération, et amincissement synovial). Les cytokines, les enzymes, et les constituants de la matrice extra-cellulaire, tels que les précurseurs ou produits de dégradation du collagène et protéoglycanes, sont des marqueurs biochimiques potentiels de ces tissus, disponibles dans la recherche. Leurs concentrations sont liées au métabolisme tissulaire et peuvent être mesurées dans le sang, l’urine, ou le liquide synovial. En pratique clinique, les marqueurs de l’inflammation sont habituellement considérés comme bien corrélés à l’inflammation synoviale. Les marqueurs de dégradation cartilagineuse ont une relation modérée à bonne avec les variables cliniques et radiologiques dans l’arthrose, et les marqueurs de métabolisme osseux sont moins utiles dans les maladies articulaires que dans l’ostéoporose, probablement à cause de la taille du compartiment osseux. (1-3) Cartilage Le cartilage est un tissu non vascularisé fait de chondrocytes et d’une matrice extra-cellulaire (MEC). Cette dernière est composée principalement de collagène (principalement de type II), de petites protéines non-collagènes (aggrécan, un protéoglycane de haut poids moléculaire, et la protéine de matrice oligomérique du cartilage (PMOC)). Cette composition est strictement régulée par les __________________________________________________________________________________________
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chondrocytes en réponse à des modifications de leur environnement chimique et mécanique. Le turnover du cartilage est maintenu par un équilibre entre les processus cataboliques et anaboliques, excepté dans les états pathologiques dans lesquels la dégradation excède la formation, résultant en une perte de la matrice cartilagineuse. Quelques marqueurs provenant de la matrice cartilagineuse peuvent être quantifiés : par immunoassay enzymatique pour les marqueurs sécrétés, par réaction en chaine de la polymérase (PCR) pour l’expression de l’ADN [4] • composants de la MEC : o augmentation du collagène de type II dans le sérum et l’urine et du propeptide procollagène aminoterminal de type IIA (PIIANP) dans le sérum pour la synthèse de cartilage o collagène de type II (PIINP), protéine de liaison de la protéine de matrice oligomérique du cartilage (PMOC) dans le sérum et les fragments d’aggrécan pour la dégradation du cartilage • enzymes dégradants la matrice: o enzymes protéolytiques: métalloprotéases (MMPs) comme le MMP-3, MMP-9 et MMP-13 o aggrécanases telles que la disintégrine et la métalloprotéase avec motifs thrombospondin-like (ADAMTS-4 ou ADAMTS-5) Os L’os est un tissu principalement composé d’ostéoblastes (cellules fabricants l’os), d’ostéoclastes (cellules dégradants l’os), et de cellules résidentes appelées ostéocytes. Ces cellules sont enrobées dans une matrice organique minéralisée composée de collagène (principalement du collagène de type I), de protéoglycanes comme l’acide hyaluronique et le sulfate de chondroïtine, et des composants inorganiques comme l’hydroxyapatite. Le remodelage de l’os est permanent avec un équilibre entre la formation et la dégradation. L’os en contact avec le cartilage (os sous-chondral) est altéré dans l’arthrose figuré par la sclérose osseuse sous-chondrale et les ostéophytes. • les marqueurs de formation osseuse sont l’ostéocalcine dans le sérum, les phosphates alcalins osseux sériques, et les propeptides du collagène de type I (propeptide N-terminal du procollagène de type I (PINP) et propeptide C-terminal du procollagène de type I (PICP)) • les marqueurs de dégradation sont principalement certains fragments de collagène de type I (CTX-I) dans l’urine et le sérum, de N-telopeptide de collagène de type I (NTX-I) et propeptide C-terminal de procollagène de type I (ICTP) [3] Inflammation L’inflammation synoviale est une caractéristique fréquente de l’arthrose. Elle correspond à une prolifération de synoviocytes et une hypertrophie tissulaire. Les synoviocytes libèrent des médiateurs de l’inflammation et des enzymes dégradant la matrice dans la cavité articulaire. Leur __________________________________________________________________________________________
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activation est secondaire aux médiateurs de l’inflammation et aux molécules de la matrice cartilagineuse, après quoi le tissu synovial conduit une dégénérescence progressive de l’articulation dans un cycle de rétro-contrôle. Les marqueurs biochimiques de l’inflammation sont: • les protéines de la phase aiguë: protéine C réactive sérique (CRP) et vitesse de sédimentation (VS) • les médiateurs de l’inflammation: enzyme prostanoïde cyclooxygénase (COX), la prostaglandine E2 (PGE2), PGD2, PGF2, thromboxane, et PGI2 [2] • les cytokines circulantes ou locales: interleukine-1 (IL-1), IL-6, IL-17, IL-18, Facteur de nécrose des tumeurs-alpha (TNF-∝), et chemokines comme le ligand chemokine CC (CCL5) et l’IL-8 [5] • l’oxyde nitrique (NO) [6] • les produits de dégradation de la synovie: hyaluronan ou acide hyaluronique (AH) Malgré le fait que de nombreux biomarqueurs articulaires ont été listés comme outils pronostiques et/ou diagnostiques précoces potentiels dans l’arthrose, leur utilisation en pratique clinique reste un défi aujourd’hui et la plupart d’entre eux sont dévolus à l’utilisation pour la recherche uniquement. References
1. Glyn-Jones S, Palmer AJ, Agricola R, Price AJ, Vincent TL, Weinans H, et al. Osteoarthritis. Lancet 2015 2. Lee AS, Ellman MB, Yan D, Kroin JS, Cole BJ, van Wijnen AJ, et al. A current review of molecular mechanisms regarding osteoarthritis and pain. Gene 2013;527:440-7. 3. Bijlsma JW, Berenbaum F, Lafeber FP. Osteoarthritis: an update with relevance for clinical practice. Lancet 2011;377:2115-26. 4. Bay-Jensen AC, Sondergaard BC, Christiansen C, Karsdal MA, Madsen SH, Qvist P. Biochemical markers of joint tissue turnover. Assay Drug Dev Technol 2010;8:118-24. 5. Wang X, Hunter D, Xu J, Ding C. Metabolic triggered inflammation in osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage 2015;23:22-30. 6. Goldring MB, Berenbaum F. The regulation of chondrocyte function by proinflammatory mediators: prostaglandins and nitric oxide. Clin Orthop Relat Res 2004:S37-46.
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