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D ossier
thématique
Utilisation de
l’érythropoïétine
recombinante en
transplantation
d’organe
Coordinateurs : G. Choukroun, CHU Amiens et F. Martinez, hôpital Necker,
Paris
●L
e traitement de l’anémie après transplantation hépatique
Y. Calmus
●L
’anémie chez le patient transplanté rénal
G. Choukroun, M. Jauréguy
●L
’érythropoïétine, ses dérivés érythropoïétiques et non érythropoïétiques : vers une cytoprotection ubiquitaire ?
F. Martinez, J. Zuber, E.Thervet
L’érythropoïétine,
ses dérivés érythropoïétiques
et non érythropoïétiques :
vers une cytoprotection ubiquitaire ?
● F. Martinez*, J. Zuber*, E.Thervet*
L’
érythropoïétine (EPO) est
utilisée depuis près de vingt
ans dans le traitement de
l’anémie de l’insuffisance rénale chronique. Son introduction en thérapeutique
a été considérée comme la plus grande
avancée dans la prise en charge de l’insuffisance rénale chronique terminale
depuis la diffusion des traitements par
dialyse. Rapidement, des indications de
correction d’autres types d’anémie ont
vu le jour (cancer, chimiothérapie, sida,
prématurité). Mais, il y a une vingtaine
d’années, personne ne pouvait imaginer
que l’EPO connaîtrait un si large développement (expérimental et bientôt
clinique), tourné vers l’amélioration
fonctionnelle de plusieurs organes ou
tissus autres que la moelle érythropoïétique. En vingt ans, les connaissances
sur la biologie de l’EPO se sont considérablement enrichies : description des
sites de production ; caractérisation,
distribution, fonctionnalité des récep-
* Service de transplantation rénale et de soins intensifs,
hôpital Necker, Paris.
228
teurs (R-EPO) ; effets de l’EPO (et de
ses dérivés érythropoïétiques et non
érythropoïétiques) ; signaux cellulaires
et mécanismes d’action (1).
L’objet de cette revue est de faire le
point sur l’utilisation de l’EPO (et de
ses dérivés) comme agent de cytoprotection, en dehors de l’érythropoïèse. Le
pléiotropisme de l’EPO sera illustré par
les études expérimentales utilisant cette
molécule comme agent cytoprotecteur
et, d’une façon plus large, par les études
qui montrent comment le couple EPO/
R-EPO peut agir bien au-delà du seul
tissu hématopoïétique (1, 2).
Distribution et nature
des récepteurs
de l’érythropoïétine (3)
La distribution des récepteurs de
l’érythropoïétine n’est pas restreinte
aux seules cellules érythropoïétiques. Ils
sont présents sur de très nombreux types
cellulaires, dans les tissus embryonnaires
et adultes (3).
Le Courrier de la Transplantation - Volume VI - n o 4 - octobre-novembre-décembre 2006
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La présence d’ARNm codant pour les
R-EPO a été identifiée dans le cerveau
(neurones, astrocytes et cellules microgliales), le tissu nerveux périphérique,
la rétine, le cœur, le muscle strié, le
rein, le foie, les cellules myéloïdes, les
lymphocytes, les mégacaryocytes et un
grand nombre de cellules endothéliales
et musculaires lisses vasculaires. Des
études de liaison utilisant des R-EPO
radiomarqués ont révélé que chaque
cellule endothéliale pouvait exprimer
environ 27 000 R-EPO dont l’affinité était
d’environ 10-9 M. Le rôle de l’EPO dans
le développement embryonnaire est très
important. Les souris invalidées pour le
gène codant pour le R-EPO permettent
d’affirmer le rôle majeur de l’EPO dans le
développement du cerveau, du cœur et du
tissu vasculaire, à côté du développement
de la masse érythropoïétique. L’invalidation du gène des R-EPO autorise la vasculogenèse, mais s’associe à une profonde
altération de l’angiogenèse (3-5).
L’identification de différents isoformes
des R-EPO est assez récente. À côté du
classique récepteur homo-dimérique dont
l’activation gouverne les mécanismes
érythropoïétiques a été identifié un
récepteur hétéro-dimérique regroupant
le récepteur classique et la sous-unité
bêta (CD 131), qui reconnaît les molécules appartenant à la super-famille des
cytokines de type 1 (GM-CSF, interleukine 3, interleukine 5, EPO). La distribution des deux types de récepteurs au
sein des différents tissus est encore très
mal connue. La preuve du rôle essentiel
de la sous-unité bêta dans la cytoprotection est apportée par l’étude des effets
des analogues carbamylés de l’EPO
(CEPO) se fixant sur le complexe bêta
mais incapables d’activer le récepteur
homo-dimérique (5).
Sites de production de l’EPO,
rôle paracrine de l’EPO (1, 7)
Le tissu rénal est historiquement et classiquement reconnu comme la source
essentielle de l’EPO circulante après la
vie fœtale. Après la naissance et à l’âge
adulte, ce sont les cellules interstitielles
péritubulaires qui représentent la plus
grande source d’EPO alors que, durant
la vie fœtale, c’est le foie qui en produit
la plus grande quantité. L’érythropoïétine est normalement libérée dans la
circulation systémique en réponse à une
diminution de la pression en oxygène
(ischémie, hypoxie, anémie) perçue par
les cellules sécrétrices du tissu rénal. Le
facteur faisant le lien entre la privation en
oxygène et la synthèse/libération d’EPO
est le HIF (hypoxia inducible factor).
En bloquant l’apoptose des progéniteurs
érythrocytaires et en favorisant leur
différenciation et leur multiplication,
l’EPO augmente la masse des globules
rouges. Dans ce cadre, sa synthèse et
sa sécrétion s’apparentent à celles d’un
système hormonal classique, incluant
un rétrocontrôle négatif.
Mais d’autres cellules et tissus sont aussi
susceptibles de synthétiser de l’EPO.
Peuvent être cités : le foie, l’utérus,
les entérocytes, les tissus musculaires
(lisses, squelettiques et cardiaques),
certaines cellules endothéliales, les
cellules productrices d’insuline. Au
sein du système nerveux, de nombreuses
structures sont identifiées comme
productrices d’EPO : l’hippocampe, la
capsule interne, les cellules endothéliales
et les astrocytes.
La large synthèse extrarénale d’EPO et
la diffusion de ses récepteurs en dehors
du tissu hématopoïétique suggèrent
des mécanismes de synthèse pouvant
dépendre de stimuli autres que le seul
stimulus hypoxique. L’EPO pourrait se
comporter comme une substance de stress
“local”. Sa mise en jeu pourrait survenir
en cas d’agressions toxique, physique,
ischémique, métabolique, inflammatoire… L’affinité des récepteurs à l’EPO
présents sur les cellules non hématopoïétiques (cellules tubulaires rénales, par
exemple) se situe bien en dessous des
concentrations plasmatiques habituelles.
La synthèse et les effets de l’EPO “endogène” dans certains tissus s’opèrent sur
un mode paracrine. Si des études de cytoprotection utilisant une EPO de synthèse
229
visent les tissus où l’EPO “endogène” agit
sur un mode paracrine (et où les R-EPO
ont une faible affinité pour le ligand), le
recours à de fortes (voire très fortes) doses
d’EPO – ou de son analogue – sera alors
nécessaire.
Érythropoïétine, analogues
érythropoïétiques
et non érythropoïétiques (3, 6)
En utilisation expérimentale, et surtout
chez l’homme, le recours aux fortes
doses d’EPO ou à ses dérivés érythropoïétiques fait courir un risque, celui
d’observer des effets indésirables de
l’EPO : augmentation trop rapidement
importante de l’hématocrite, effet hémodynamique (vasoconstriction et hypertension artérielle), activation des fonctions
endothéliales et majoration du risque de
thrombose. Des analogues carbamylés
(CEPO) ou désialylés (asialoEPO)
de l’EPO ont été développés. Ils sont
susceptibles de se fixer aux récepteurs
de l’EPO en activant leurs sous-types
bêta (communs à d’autres cytokines)
sans se lier au récepteur érythropoïétique ou l’activer. Expérimentalement,
ces molécules ont un effet cytoprotecteur
sans affecter la production de globules
rouges. L’absence d’effet érythropoïétique pourrait être particulièrement
intéressante dans toutes les situations
où il n’existe pas d’anémie et où une
augmentation de l’hémoglobine pourrait
être plus délétère que bénéfique.
Érythropoïétine
et réparation tissulaire
Neuroprotection (5, 7, 9, 10)
Dès 1998, il a été montré que l’administration intraventriculaire d’EPO protégeait les neurones cérébraux d’un stress
ischémique. Depuis, de multiples publications ont montré le rôle protecteur de
l’EPO, administrée à forte dose intraveineuse, dans de nombreux modèles
expérimentaux de souffrance aiguë ou
subaiguë du système nerveux central ou
périphérique. L’effet protecteur a été mis
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en évidence sur le cerveau, la moelle
et le nerf périphérique dans une variété
de situations : traumatisme cérébral ou
médullaire, ischémie ou ischémie-reperfusion, hypoxie, privation en glucose,
toxique (cisplatine, acide kaïnique)
infection (neuropaludisme animal),
métabolique (diabète) ou immunologique
(encéphalite auto-immune). Ces résultats ont été obtenus sur divers animaux
(porc, lapin, rat, souris, gerbille). Chez
l’homme, un essai suggère que l’administration précoce de fortes doses d’EPO
pourrait limiter la cicatrice cérébrale d’un
accident vasculaire ischémique ainsi que
ses conséquences fonctionnelles. Un
des modes propres de neuroprotection
serait le recrutement de BDNF (brain
derived neurotrophic factor) (J Neurochem 2005).
Cardioprotection (6-8)
Comme pour le cerveau, de multiples
données expérimentales montrent que
l’EPO et ses dérivés protègent le tissu
cardiaque d’une agression ischémique
aiguë ou subaiguë ou d’une séquence
ischémie-reperfusion myocardique. Dans
la plupart, si ce n’est pour la totalité, des
études, il existe de forts arguments pour
penser que les effets favorables de l’EPO
sont directs, et non la conséquence de
l’effet érythropoïétique de la molécule
testée.
Il existe aussi des arguments expérimentaux et cliniques suggérant l’intérêt
de l’EPO dans l’insuffisance cardiaque
chronique d’origine ischémique. Chez
l’homme, des études rétrospectives
avaient suggéré son intérêt dans la
correction de l’anémie des patients
insuffisants cardiaques sévères (non
dialysés), ayant pour conséquences une
amélioration de la tolérance à l’effort
et une diminution de la morbi-mortalité de ces patients (11). Il faut toutefois rappeler que, en 1998, il avait été
montré, chez des patients hémodialysés
et atteints de cardiopathie ischémique,
que la normalisation de l’hémoglobine par l’EPO (au-delà de la simple
correction partielle de l’anémie) pouvait
entraîner une augmentation de la morbi-
mortalité dans cette sous-population.
Dans l’insuffisance cardiaque chronique – affection dans laquelle l’EPO
et ses analogues sont en phase d’essais
cliniques –, il ne sera probablement pas
aisé de distinguer les éventuels effets
cardioprotecteurs directs des agents
érythropoïétiques des conséquences
fonctionnelles cardiaques de la correction de l’anémie.
Néphroprotection (1, 2, 12, 13)
L’administration de fortes doses
d’EPO, de darbépoétine ou de CEPO
protège le tissu rénal d’agressions
ischémiques (clampage) ou toxiques (platine, ciclo­sporine, produits
de contraste iodés). Dans certaines
études, cet effet cytoprotecteur n’est
pas uniquement préventif vis-à-vis de
la survenue de l’insuffisance rénale
aiguë (IRA) [ou de sa gravité], mais
s’observe aussi quand l’EPO est administrée après l’agression ischémique
rénale. Dans les études de protection
rénale (comme pour les études de
cardioprotection), les doses d’EPO
utilisées sont très supérieures aux doses
suffisantes pour stimuler l’érythropoïèse. Toutefois, là encore, l’effet
néphroprotecteur est indépendant de
l’éventuel effet érythropoïétique. Il
n’existe aujourd’hui aucun essai ayant
établi l’intérêt néphroprotecteur de
l’EPO dans la prévention ou le traitement de l’insuffisance rénale aiguë
humaine. De nombreuses situations
à risque élevé d’insuffisance rénale
aiguë pourraient se prêter à l’étude de
l’intérêt de l’EPO dans cette pathologie (administration de médicaments
néphro­toxiques, chirurgie cardiovasculaire avec CEC ou clampage aortique,
états de choc, transplantation rénale,
etc.).
Autres tissus cibles (7, 13)
Expérimentalement, l’intérêt cytoprotecteur de l’EPO a été montré dans
d’autres organes ou tissus, incluant le
foie, l’intestin, la rétine et la peau. Des
essais cliniques sont en cours, en particulier en ophtalmologie et en pathologie
rétinienne.
230
Mécanismes de la protection cellulaire
et tissulaire (2, 3, 5, 7)
Ils ne seront pas envisagés “organe par
organe”, mais abordés d’une façon plus
générale. Tel ou tel mécanisme peut
prendre plus ou moins d’importance
selon le tissu ou l’organe considérés. En
général, chaque étude nous renseigne sur
l’implication d’un ou deux mécanismes
protecteurs. Certains mécanismes, comme
la mise en jeu du BDNF pour le tissu cérébral, peuvent être spécifiques d’organe.
● Effet antiapoptotique (3, 5). L’inhibition de l’apoptose des progéniteurs
érythropoïétiques est un mécanisme
essentiel dans l’effet érythropoïétique de
l’EPO ; elle semble aussi être un mécanisme majeur de cytoprotection générale
(figures 1 et 2). Les effets antiapoptotiques de l’EPO ont été mis en évidence
sur de nombreux types cellulaires, aussi
bien in vitro qu’in vivo. Les voies de
signalisation du message antiapoptotique
incluent l’activation des systèmes PI3K-AKT et JAK2-STAT5, alors que les
signaux de prolifération sont médiés par
MAPK p42/44 et JAK2-STAT5. La phosphorylation de JAK2 active la protéine
STAT5 et sa translocation nucléaire. La
fixation de STAT5 à l’ADN induit une
réponse cellulaire comportant une surexpression des gènes antiapoptotiques bcl2 et bcl-XL. La protéine AKT inactive les
molécules pro-apoptotiques : caspase 9,
Bad, glycogène synthase kinase-3 bêta.
La phosphorylation de Ikappa B s’associe à une rétention cytoplasmique des
protéines FOXO, qui sont connues pour
activer les molécules apoptotiques Fas
ligand et Bim.
Dans le tissu rénal, il a été montré que
l’EPO pouvait induire la protéine Hsp70
(heat shock protein 70). Les effets anti­
apoptotiques de Hsp70 sont en partie sous
la dépendance de l’inhibition de Ap-af-1
(apoptosis protease-activating factor-1)
et de A-if (apoptosis-inducing factor).
● Effets prolifératifs. En dehors des
effets antiapoptotiques, qui laissent une
place à la différenciation et à la multiplication des cellules non apoptotiques,
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et une différenciation vers l’organisation
vasculaire. Le potentiel angiogénique de
l’EPO sur les cellules endothéliales recouvrant le myocarde serait proche de celui du
VEGF. Toutefois, l’EPO serait dépourvue
de l’effet d’augmentation de la perméabilité vasculaire qui accompagne l’effet
angiogénique du VEGF.
EPO
Calcium
intracellulaire
MAP kinase
PKC
ERK
JAK2
P13K
STAT5
AKT1
Bad
FOXO3a
Caspase-9
Bc1-XL
Transcription
Effet antiapoptotique
Noyau
Figure 1. Effets moléculaires de l’EPO. (D’après Fliser D et al. Mechanisms of disease:
erythropoietin – an old hormone with a new mission? Nat Clin Pract Cardiovasc Med
2006;563-72.)
EPO
EPO-D
Site de liaison
différente
EPO
EPO-D
Récepteurs
différents
EPO
EPO-D
Hétérodimérisation
du récepteur
Figure 2. L’effet protecteur tissulaire de l’EPO repose sur trois mécanismes différents.
(D’après Fliser D et al. Mechanisms of disease: erythropoietin – an old hormone with
a new mission? Nat Clin Pract Cardiovasc Med 2006;563-72.)
● Effets angiogéniques (4, 14). Embryologiquement, le rôle positif de l’EPO dans
l’angiogenèse et la genèse des cardiomyo-
● Effet anti-inflammatoire. Les effets
anti-inflammatoires de l’EPO peuvent
être secondaires à la cytoprotection (diminution de l’inflammation par diminution
de la taille de la zone ischémique ou de
la pénombre ischémique et diminution
secondaire de la production des cytokines
inflammatoires IL-1, IL-6 et TNF). Dans
un modèle d’inflammation articulaire,
l’effet anti-inflammatoire serait un effet
direct de l’administration d’EPO.
Conclusions et perspectives
Effet antiapoptotique
Différenciation des cellules souches
l’EPO semble exercer des effets directs de
prolifération de certains types cellulaires
(rôle de MAPK p42/44).
● Recrutement de progéniteurs des
cellules endothéliales (15). Des progéniteurs des cellules endothéliales, d’origine médullaire, peuvent être identifiés
dans le sang périphérique. Des arguments expérimentaux suggèrent que
l’EPO pourrait recruter ces progéniteurs.
La colonisation secondaire des organes
lésés par les progéniteurs des cellules
endothéliales pourrait contribuer à la
réparation (vasculaire en particulier)
des tissus ou organes lésés.
cytes est suggéré par le déficit massif d’angiogenèse et l’hypoplasie ventriculaire des
souris invalidées pour les gènes du R-EPO
et de l’EPO (souris KO de type EPO
-/- et EPO-R -/-). In vitro, la culture des
cellules endothéliales en présence d’EPO
entraîne une prolifération de ces cellules
231
Expérimentalement, il est clairement
établi que l’EPO et certains de ses
nombreux analogues ont une action
cytoprotectrice qui dépasse largement
l’effet érythropoïétique. Dans les
modèles expérimentaux, les effets de
“réparation tissulaire” observés avec
l’EPO sont précoces et ne peuvent
être mis sur le compte de la correction d’une éventuelle anémie. Les
effets de cytoprotection obtenus avec
les dérivés non érythropoïétiques de
l’EPO font aussi la démonstration que
l’effet protecteur n’est pas dépendant
de l’augmentation de l’hémoglobine et
qu’il existe plusieurs types de récepteurs de l’EPO.
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Les nombreux et impressionnants
résultats expérimentaux invitent à
considérer l’intérêt de l’EPO comme
agent cytoprotecteur dans certaines
situations pathologiques humaines
caractérisées par une agression aiguë
(stress ischémique en particulier). Les
investigateurs devront se montrer vigilants afin que les fortes ou très fortes
doses d’EPO qui seront alors utilisées
ne s’associent pas à d’éventuels effets
adverses de la molécule. La phase
initiale des greffes d’organes, où les
lésions d’ischémie-reperfusion peuvent
avoir un rôle majeur sur la fonction de
l’organe transplanté, pourrait représenter une des applications importantes
à tester.
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