M i s e a u ... Cibles vasculaires

Mise au point
Cibles vasculaires
de l’effet vasculoprotecteur
des estrogènes
J.F. Arnal, P. Gourdy, R. Elhage, D. Darblade, J. Rami, F. Bayard*
✎ Deux isoformes du récepteur des
estrogènes (alpha et bêta) ont été
identifiées dans les cellules de la
paroi vasculaire, et une hétérogénéité de leur expression en fonction
des espèces animales, des lits vasculaires et du sexe a été rapportée.
✎ Les cibles des estrogènes
paraissent donc nombreuses et leur
importance respective reste à
déterminer.
✎ L’endothélium semble être une
cible importante de l’estradiol
parce que cette hormone potentialise la relaxation endothéliumdépendante via une augmentation
de la biodisponibilité du monoxyde
d’azote (NO) favorisant ainsi l’effet bénéfique du NO comme la
vasorelaxation et l’inhibition de
l’agrégation plaquettaire.
✎ L’estradiol prévient aussi
l’apoptose des cellules endothéliales et accélère la régénération
endothéliale, favorisant ainsi la
cicatrisation vasculaire.
✎ Les estrogènes préviennent la
constitution des stries lipidiques
dans tous les modèles animaux
d’athérosclérose.
✎ Dans le modèle de souris déficientes en apolipoprotéine E, l’estradiol prévient le dépôt lipidique
au niveau de la paroi artérielle par
l’intermédiaire de mécanismes
indépendants du NO. De façon
intéressante dans ce modèle, le système immunitaire paraît jouer un
rôle clé, car l’effet athéroprotecteur
de l’estradiol disparaît chez des
souris déficientes en lymphocytes T
et B. Ainsi, le système immunoinflammatoire paraît être aussi une
cible importante des estrogènes
dans la paroi vasculaire.
✎ Une meilleure compréhension
des mécanismes de l’action des
estrogènes sur la paroi normale et
athéromateuse devrait aider à optimiser la prévention des maladies
cardiovasculaires après la ménopause.
* INSERM U397 et physiologie médicale, CHU Rangueil, Toulouse.
L
e rationnel de la recherche préclinique
sur l’effet athéroprotecteur des estrogènes est fondé sur des données épidémiologiques, à savoir le fait que les femmes sont
protégées des complications cliniques de
l’athérosclérose jusqu’à la ménopause (1).
Cependant cette protection, probablement
due aux hormones sexuelles, diminue progressivement dans les années qui suivent la
ménopause. De plus, de nombreuses études
ont clairement démontré l’effet athéroprotecteur des estrogènes dans tous les
modèles animaux.
Dans un premier temps, nous résumerons
notre compréhension de la physiopathologie de l’athérosclérose. Nous nous focaliserons ensuite sur les cibles reconnues des
estrogènes dans la paroi artérielle : une
cible classique qui est l’endothélium, et une
cible plus récemment caractérisée de la
paroi artérielle, les cellules du système
immuno-inflammatoire. Enfin, nous porterons notre attention sur ce qu’il nous reste
à comprende de l’athérosclérose et quels
mécanismes pourraient être responsables
de l’absence d’effet de traitement hormonal
substitutif dans l’étude HERS (2).
Quelle est notre compréhension
actuelle de la physiopathologie
de l’athérosclérose ?
Les différentes étapes de la constitution de
la strie lipidique, et ultérieurement de la
plaque d’athérosclérose sont maintenant
bien connues (3) (figure 1). La première
étape est la pénétration des lipoprotéines
athérogènes, en particulier des lipoprotéines de faible densité (LDL) à travers la
monocouche de cellules endothéliales.
L’espace néo-intimal est pauvre en antioxydants par rapport au compartiment plasmatique, et les LDL sont modérément oxydées
dans l’espace sous-endothélial. L’oxydation des LDL représente probablement
une modification nécessaire aux étapes
ultérieures. En effet, les LDL oxydées
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Figure 1. Constitution de la strie lipidique, puis de la plaque d’athérosclérose.
induisent à leur tour une activation de l’endothélium, en particulier l’expression de
molécules d’adhésion pour les leucocytes
comme VCAM-1. Ces molécules d’adhésion sont nécessaires pour ralentir les
monocytes circulants, les arrêter et permettre leur migration dans l’intima. Les
monocytes sont alors activés en macrophages, ce qui contribue probablement à
accroître l’oxydation des LDL. Les LDL
ainsi davantage oxydées peuvent être
reconnues par des récepteurs éboueurs
(scavenger récepteurs) présents sur ces
macrophages.
Un grand nombre de chimiokines et de
cytokines sont probablement impliquées
dans le contrôle de ce trafic macrophagique. Le nettoyage efficace de l’intima par
les macrophages prévient ainsi l’accumulation des LDL oxydées. Si les LDL oxydées
s’accumulent dans des macrophages, elles
deviennent progressivement des cellules
spumeuses. L’accumulation de cellules
spumeuses dans la néo-intima constitue
progressivement la strie lipidique, initiale-
ment surtout composée de cellules spumeuses. Au fur et à mesure que la taille de
la strie lipidique s’accroît, les cellules
situées dans le centre meurent et des lipides
oxydés sont ainsi relargués. La strie lipidique, qu’elle soit métabolique ou inflammatoire, est ainsi une maladie des grosses
artères qui tend à être limitée par une réaction cicatricielle des cellules musculaires
lisses de la média qui migrent dans l’intima
et sécrètent du collagène. La stabilité de la
plaque paraît donc très dépendante de la
solidité de la chape fibromusculaire. Des
phénomènes surviennent très tôt au cours
de la vie, décelés dès l’enfance, et progressent tout au long de la vie. Tous les facteurs
de risque cardiovasculaire, comme l’hypercholestérolémie, l’hypertension artérielle,
le diabète ou le tabagisme, contribuent à
accélérer ces processus.
Les études cliniques et expérimentales ont
démontré ques les estrogènes augmentent
le HDL-cholestérol et diminuent le LDLcholestérol, améliorant ainsi le profil lipi-
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dique. Cependant, le dépôt lipidique dans
des modèles expérimentaux d’athérosclérose peut être parfaitement prévenu, même
en l’absence de variation du cholestérol
circulant. Ainsi, seulement une faible partie
de l’effet vasculoprotecteur des estrogènes
peut être attribuée à l’amélioration du profil lipidique. De façon concordante, plusieurs études récentes suggèrent fortement
un effet direct des estrogènes sur les cellules de la paroi artérielle. Deux isoformes
des récepteurs estrogènes (alpha et bêta)
ont été identifiées dans les cellules de la
paroi artérielle et une hétérogénéité de leur
expression en fonction des espèces animales, des lits vasculaires et du sexe a été
rapportée (4). Les estrogènes peuvent ainsi
directement influencer la physiologie vasculaire à travers des mécanismes génomiques et des mécanismes non génomiques
des effets à court terme. Ainsi, les cibles
des estrogènes sont nombreuses mais leur
importance respective reste à déterminer.
Effet des estrogènes
sur l’endothélium
L’endothélium est maintenant reconnu
comme jouant un rôle crucial dans la physiologie de la circulation. Cette monocouche cellulaire occupe une position stratégique à l’interface entre le sang circulant
et la paroi artérielle (5). De ce fait, l’endothélium a de multiples fonctions : il est
impliqué dans la régulation de la coagulation, dans l’adhésion des leucocytes au
cours de l’inflammation dans le tonus vasculaire, dans la croissance des cellules
musculaires lisses et il joue également un
rôle de barrière pour les lipides et les solutés circulants. Enfin, des anomalies de l’endothélium paraissent jouer un rôle majeur
dans la pathogenèse de l’athérosclérose.
Il y a vingt ans, R. Furchgott, utilisant un
modèle assez simple consistant à mesurer
la tension développée par un anneau artériel, a découvert que l’endothélium produisait un facteur relaxant (6). Si l’endothé-
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Mise au point
lium est intact, la noradrénaline induit une
contraction, tandis que l’adjonction d’acétylcholine induit une relaxation des cellules
musculaires lisses vasculaires. En
revanche, après destruction sélective de
l’endothélium, la noradrénaline exerce de
façon identique son effet constricteur tandis que l’acétylcholine n’induit plus de
relaxation, mais au contraire un surcroît de
vasoconstriction (du fait de la présence de
récepteurs muscariniques sur les cellules
musculaires lisses). Cette expérience
démontre le rôle clé de l’endothélium dans
la vasomotricité du fait de la génération de
monoxyde d’azote (NO) ; R. Furchgott a
reçu le prix Nobel pour cette découverte il
y a deux ans. Il est maintenant largement
accepté que la génération de NO contribue
au rôle protecteur de l’endothélium, étant
donné que ce messager radicalaire inhibe
l’agrégation plaquettaire et relaxe les cellules musculaires lisses sous-jacentes (7).
À la fin des années 1980, Gisclard et al. ont
démontré que l’estradiol induit la potentialisation du NO d’origine endothéliale dans
l’artère fémorale de lapin (8). Nous avons
observé un effet similaire de l’endothélium
au niveau de l’aorte du rat.
Quel est le mécanisme de cette relaxation
accrue ?
Il y a quelques années, nous avons exploré
ces mécanismes dans des cellules endothéliales en culture. De façon surprenante, nous
avons trouvé que la production totale de NO
n’était pas augmentée en réponse à l’estradiol (9). En revanche, la demi-vie de NO
était augmentée après traitement au long
cours par un estrogène, des cellules endothéliales. Nous avons montré que cette augmentation de la biodisponibilité du NO est due à
une diminution de la production endothéliale d’anion superoxyde, étant donné que cette
espèce radicalaire de l’oxygène est le principal inactivateur de NO. Ainsi, l’estradiol
induit, à travers l’activation d’un récepteur
des estrogènes, une baisse de la production
d’anion superoxyde et diminue la dégradation de NO (9). Ainsi, les effets bénéfiques
du NO (vasodilatation et inhibition de l’agré-
gation plaquettaire) sont potentialisés sous
l’effet des estrogènes.
L’importance de l’intégrité de l’endothélium a été initialement démontrée par le
fait que, chez des animaux hypercholestérolémiques, un traumatisme intimal (à l’aide d’un ballonnet endovasculaire) provoque une accélération des lésions d’athérosclérose. Bien que des études ultérieures
aient démontré la présence de l’endothélium au niveau des lésions d’athérosclérose, il est probable que les contraintes mécaniques (flux sanguin turbulent) et/ou
immuno-inflammatoires contribuent aux
altérations morphologiques et fonctionnelles de l’endothélium ainsi qu’à sa sénescence (5). La longueur des télomères est
d’ailleurs diminuée au niveau des cellules
de l’arbre artériel, sujettes à ces stress
hémodynamiques et à l’athérosclérose,
démontrant un turn-over accéléré des cellules au niveau de ces sites (10). Une diminution des contraintes de cisaillement qui,
par certains aspects, mime le flux sanguin
turbulent, favorise d’ailleurs l’apoptose
(mort cellulaire programmée) des cellules
endothéliales en culture (11, 12). En réponse au facteur de nécrose tumorale (TNF),
une cytokine relarguée par les macrophages, les cellules endothéliales tombent
aussi en apoptose. Cet effet peut être partiellement prévenu par l’estradiol.
En outre, l’estradiol accélère la régénération endothéliale après une agression. Nous
avons récemment développé un nouveau
modèle d’agression de la carotide chez la
souris, permettant de détruire l’endothélium et d’étudier ensuite précisément la
vitesse de réendothélialisation. Ce modèle
nous a permis de montrer que l’estradiol
accélère la réendothélialisation chez la souris, et que le récepteur des estrogènes alpha
(et non bêta) était responsable de cet effet
vasculoprotecteur (13).
Ces observations suggèrent que la capacité
de l’endothélium à maintenir une monocouche cellulaire fonctionnelle pourrait
avoir une importance cruciale dans la pré-
vention de l’athérosclérose et de ses complications. Au niveau de l’endothélium,
l’estradiol favorise plusieurs effets bénéfiques qui, probablement, contribuent à protéger la paroi artérielle. Cependant, ces
études concernent seulement l’endothélium
et, pour explorer l’effet athéroprotecteur de
l’estradiol, des modèles intégrés sont nécessaires (cf. infra). Finalement, une dysfonction endothéliale (anomalie de la vasodilatation endothélium-dépendante) survient
dans les artères athéromateuses et favorise
probablement la survenue d’accidents cardiovasculaires. Les estrogènes préviennent
et peuvent même enrayer cette dysfonction
endothéliale. Enfin, dans un modèle de
singe rendu hypercholestérolémique, l’effet
bénéfique des estrogènes n’est pas altéré
par la coadministration de progestérone
naturelle, mais est aboli par la coadministration de médroxyprogestérone (14), progestatif utilisé dans l’étude HERS. Cette
étude démontre clairement que le choix du
progestatif éventuellement associé au traitement estrogénique n’est pas anodin.
Effet des estrogènes
sur l’athérosclérose
Les chercheurs ont longtemps modélisé
l’athérosclérose en soumettant des singes,
des cochons ou des lapins à un régime
hyperlipidique. Les estrogènes préviennent
le développement du dépôt lipidique artériel dans tous les modèles animaux étudiés
à ce jour. Cependant, ces espèces animales
ne permettent pas d’étudier les mécanismes
moléculaires responsables de cet effet athéroprotecteur. Récemment, des souris transgéniques chez lesquelles un gène particulier a été invalidé ont été développées. Ces
souris représentent de nouveaux modèles
animaux permettant d’évaluer le rôle de
l’expression de différents gènes en physiologie et dans différents processus physiopathologiques (15). Ils donnent l’occasion
unique d’explorer in vivo, et à l’échelle
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moléculaire, les mécanismes par lesquels
les estrogènes influencent la physiologie de
la paroi artérielle et la protègent de l’athérosclérose.
L’apolipoprotéine E est le ligand du récepteur des chylomicrons, des remnants de
chylomicrons et des LDL. Chez l’homme,
une mutation de l’apolipoprotéine E est
associée à une hyperlipidémie familiale de
type III. Les souris déficientes en apolipoprotéine E ont été générées et ont une
hypercholestérolémie endogène en régime
normal (cinq fois supérieure à celle des
souris témoins) (16, 17). Ces souris hypercholestérolémiques développent des stries
lipidiques au niveau du sinus aortique en
quelques mois et sont actuellement le
modèle d’athérosclérose le plus utilisé. Ce
modèle nous a permis de montrer que l’estradiol prévient le dépôt lipidique qui est
ainsi quatre fois moins abondant chez les
souris traitées par l’estradiol que celui des
souris castrées recevant le placebo (18).
L’augmentation de la biodisponibilité du
NO contribue-t-elle à cet effet athéroprotecteur des estrogènes ? Grâce à l’utilisation d’inhibiteurs de l’activité des NOsynthases, nous avons montré que l’inhibition de la production de NO n’altère en rien
l’effet protecteur des estrogènes (19).
Ainsi, le NO ne médie pas la prévention du
dépôt lipidique par les estrogènes dans ce
modèle. Le rôle du système immunoinflammatoire dans la constitution et la
progression de la strie lipidique a été
exploré ces dernières années par plusieurs
équipes. L’accumulation des monocytes
macrophages est un mécanisme clé de la
constitution des stries lipidiques (20) et le
système immunitaire favorise ce processus
(21). Nous avons récemment étudié le rôle
du système immunitaire en utilisant des
souris déficientes à la fois en apoliprotéine
E et en lymphocytes T et B (par invalidation de la recombinase activator gene 2 :
RAG2) (22). Nous avons pu démontrer que
le système immunitaire est absolument
nécessaire à l’effet athéroprotecteur des
estrogènes, étant donné que l’estradiol est
inefficace chez les souris doublement déficientes. C’est la première démonstration de
l’implication du système immunitaire dans
l’effet athéroprotecteur des estrogènes.
Ainsi, la modulation du système immunitaire représente un nouveau mécanisme
d’athéroprotection.
Limites des modèles
expérimentaux d’athérosclérose
Jusqu’à présent, nous nous sommes principalement focalisés sur la constitution de la
strie lipidique qui évolue vers la plaque
d’athérosclérose, dont la stabilité dépend
de la chape fibromusculaire qui encercle le
cercle lipidique. La plupart d’entre nous
ont, au niveau de leurs artères, des plaques
quiescentes qui sont totalement asymptomatiques (figure 2). La rupture des plaques
est en fait la principale complication de
l’athérosclérose qui conduit aux accidents
cardiovasculaires. La rupture de plaque est
due à la rupture de la chape fibromusculaire conduisant à l’exposition du cœur
lipidique qui est thrombogène. La thrombose provoque une ischémie aiguë du
parenchyme d’aval (figure 2). Ainsi,
l’étendue de la thrombose d’une artère
coronaire déterminera les conséquences
cliniques allant de l’angor instable à l’infarctus du myocarde.
Une question clé de la compréhension de
l’athérosclérose est le mécanisme de stabilisation de la plaque. La stabilité de la
plaque dépend de sa composition (rapport
entre les cellules musculaires lisses et la
matrice extracellulaire sur la taille du cœur
lipidique) et d’autres facteurs comme les
contraintes mécaniques, l’inflammation et
la digestion de la matrice extracellulaire par
les métalloprotéases, l’apoptose des cellules musculaires lisses et, enfin, le spasme
artériel favorisé par la dysfonction endothéliale. Ce que nous ignorons (ou que nous
comprenons mal), c’est les rôles respectifs
de ces différents facteurs dans le processus
de rupture de plaque et l’effet des traitements sur ces processus. Ceci est en grande
partie dû à l’absence de modèles animaux
de rupture de plaque. De nombreux chercheurs supposent qu’il existe un continuum
Figure 2. La strie lipidique puis la plaque d’athérosclérose sont les paramètres évalués dans les modèles expérimentaux, tandis que la rupture de la plaque et la thrombose artérielle sont les principaux événements étudiés en clinique.
Act. Méd. Int. - Métabolismes - Hormones - Nutrition, Volume IV, n°4, août 2000
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entre le dépôt lipidique (il peut être évalué
dans les modèles animaux d’athérosclérose) et la rupture de plaque (qui est évaluée
dans les études cliniques). Cependant, ce
n’est pas certain, et des discordances entre
ces deux processus pourraient exister en
réponse à certains traitements. Par exemple,
d’une part, tous les modèles animaux ont
très clairement mis en évidence l’effet athéroprotecteur des estrogènes et, d’autre part,
le traitement hormonal substitutif qui tend à
accroître les accidents cardiovasculaires au
cours de la première année. Une déstabilisation de la plaque provoquée par les estrogènes pourrait expliquer les résultats de
l’étude HERS (2).
Conclusion
Ces données discordantes sur les effets
des estrogènes dans l’athérosclérose rendent difficile la décision de traiter ou non
les femmes après la ménopause. Une solution pour résoudre cet important problème
de santé publique consiste à améliorer
notre compréhension des mécanismes des
effets vasculaires des estrogènes sur les
différents stades de l’athérosclérose. Le
système immuno-inflammatoire paraît
une cible importante des estrogènes, mais
cet effet pourrait être complexe et ambigu.
En effet, les estrogènes diminuent un certain nombre de marqueurs de l’inflammation mais en augmentent d’autres, comme
la C-reactive protéine (23), récemment
reconnue comme un facteur prédicteur
majeur d’accidents cardiovasculaires (24).
Une meilleure compréhension des effets
des estrogènes sur les populations du système immuno-inflammatoire impliquées
dans les différentes étapes de l’athérosclérose est donc urgente.
■
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Nota : Les références importantes sont
marquées d’un astérisque et les références
indispensables de deux astérisques.
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