Angiogenèse thérapeutique en pathologie artérielle : état des lieux

ARTICLE

Auteur(s) : Eric Van Belle, Christophe Bauters, Brigitte Jude

Département de cardiologie B et hémodynamique, Hôpital cardiologique, 59037 Lille Cedex Laboratoire d’hématologie et Inserm U ESPRI, hémostase et pathologie cardio-vasculaire

Dans une situation d’ischémie sévère, l’un des moyens d’adaptation de l’organisme est le développement d’une circulation collatérale de suppléance [1]. Au niveau du myocarde par exemple, le développement d’une telle circulation peut minimiser les conséquences de l’occlusion d’un gros tronc épicardique. Dans certains cas, rares, l’existence de ce type de circulation peut même entraîner une « revascularisation » complète du territoire qui dépend du ou des vaisseaux occlus.

Ces observations ont amené à la recherche de facteurs pouvant moduler le développement de cette circulation de suppléance dans le but de la manipuler et de l’utiliser comme outil thérapeutique.

La première démonstration que la stimulation de la formation d’une circulation collatérale de suppléance pouvait limiter les conséquences tissulaires de l’ischémie chez l’animal remonte à 1992 [2, 3]. La thérapie génique était une voie de recherche prometteuse pour atteindre cet objectif.

Le développement d’une circulation collatérale est la conséquence d’une réaction de croissance vasculaire faisant intervenir trois mécanismes distincts : l’angiogenèse, l’artériogenèse et la vasculogenèse (figure 1). Ces mécanismes sont décrits dans l’article de D Stéphan et al. dans ce même numéro. La conjonction de ces mécanismes va aboutir à l’augmentation d’une circulation collatérale autour de la zone d’obstruction et à l’augmentation de la densité capillaire au niveau du tissu ischémique (figure 2).

Les réactions d’angiogenèse sont essentiellement contrôlées par les facteurs de croissance qui sont actifs sur l’endothélium et dont la production et l’expression des récepteurs sont stimulées par l’hypoxie [4, 5]. Les principaux représentants en sont le basic fibroblast growth factor (bFGF) [2] et le vascular endothelial growth factor (VEGF) [6]. D’autres molécules (angiopoiétine 1, activateurs du plasminogène, métalloprotéinases, NO synthase) vont aussi intervenir en favorisant l’une ou l’autre des différentes étapes de la formation vasculaire. Des inhibiteurs naturels de la réponse angiogénique ont également été identifiés (angiostatine, facteur plaquettaire 4, inhibiteurs des métalloprotéinases, cytokines inhibitrices de la migration des cellules endothéliales...). 

Toutes ces molécules sont a priori des gènes d’intérêt pour une thérapie génique angiogénique [7-10]. La surexpression de gènes favorisant la réponse angiogénique ou le blocage (oligonucléotides antisens) de l’expression d’inhibiteurs naturels de la réponse angiogénique devrait permettre d’aboutir à une stimulation de la réponse angiogénique.

Thérapie génique ou administration de protéine recombinantes

Deux grandes méthodes sont en concurrence : l’administration de protéines recombinantes et le transfert du gène codant pour cette protéine (figure 3).

L’administration de protéine recombinante est efficace par voie intramusculaire [6], par voie intra artérielle au site d’obstruction [6] ou par voie systémique [11]. Des séquences d’administration aussi variées que le simple bolus [6, 11], les injections répétées [12, 13] ou l’administration continue par mini pompe se sont également montrées efficaces. L’efficacité observée avec les bolus tire avantage de la capacité pour ces facteurs de croissance à produire de la matrice extracellulaire, ce qui peut prolonger leur temps de résidence intra tissulaire à quelques jours.

La thérapie génique a également été utilisée avec succès, soit par un ballon d’administration locale [14], soit par injection intramusculaire dans le tissu ischémique [15]. La première technique peut être utilisée à la fois au niveau cardiaque ou au niveau des membres inférieurs, la deuxième est limitée à un site facilement accessible comme un membre (figure 4). L’expression du transgène débute 36 à 48 heures après la transfection et se prolonge en général 15 jours à 1 mois [14].

L’avantage de l’administration de la protéine recombinante est sa relative simplicité. Le problème principal est la difficulté d’obtenir un gradient de concentration entre la zone à traiter et le reste de l’organisme. L’avantage théorique de la thérapie génique est sa relative spécificité de site. Le facteur de croissance étant synthétisé sur place, le gradient de concentration entre la zone à traiter et le reste de l’organisme est relativement élevé. Certains des vecteurs utilisés, notamment les adénovirus, peuvent cependant induire une réaction inflammatoire relativement importante.

Dans le cadre de l’ischémie de membre, l’administration intramusculaire d’un gène de facteur de croissance sous forme de plasmide et sans vecteur viral constitue une option séduisante [15]. C’est cette option qui a été choisie dans les travaux rapportés par l’équipe de Jeffrey M. Isner de Boston utilisant le gène codant pour le VEGF [16] et dans l’étude en cours mené avec le gène codant pour le FGF.

Résultats des études expérimentales

Il existe actuellement une littérature très abondante concernant l’effet de l’administration exogène de facteurs de croissance endothéliaux, essentiellement le FGF et le VEGF, dans diverses situations d’ischémie expérimentale [2, 6, 17] L’administration de ces facteurs de croissance permet d’augmenter le nombre des vaisseaux collatéraux de suppléance ainsi que la densité capillaire dans le tissu ischémique [6], ce qui s’accompagne d’une augmentation des flux artériels [11, 17] et tissulaires [18] et d’une préservation de l’intégrité et de la masse tissulaire dans la zone à risque [13]. Fait important, des résultats concordants ont été retrouvés dans plusieurs espèces animales (rat, lapin, chien, porc) [6, 19] et dans différents lits vasculaires (ischémie de membre [6, 11, 13], ischémie myocardique [19]). De plus, l’effet bénéfique des facteurs de croissance, initalement retrouvé chez des animaux sans dyslipidémie, a récemment été confirmé dans un modèle d’ischémie associant à la fois hypercholestérolémie et athérosclérose [12, 20]. Le VEGF et le bFGF semblent également actifs, l’avantage théorique du VEGF étant sa spécificité pour les cellules endothéliales, alors que le bFGF est aussi un facteur de croissance pour les cellules musculaires lisses. Des résultats positifs ont été rapportés avec des modes d’administration variés (administration locale ou intraveineuse, unique ou répétée) [6, 11, 17].

Une des limites potentielles est la très courte demi-vie de ces protéines lorsqu’elles sont administrées dans la circulation. Cela a conduit à l’élaboration de stratégies faisant appel à la thérapie génique. Dans ce cas, ce n’est plus la protéine qui est administrée : le gène va produire régulièrement pendant plusieurs semaines in situ la protéine qui va pouvoir agir au site même de sa production [14, 15, 19]. Dans ce domaine, les premières expérimentations ont consisté à réaliser le transfert génique, grâce à un système de ballonnet monté sur cathéter, directement au niveau de la paroi artérielle de l’artère à partir de laquelle on souhaitait voir se développer les nouveaux vaisseaux [14] (figure 4). Cette technique, si elle a le mérite d’être faisable y compris au niveau d’un site profond tel que le cœur, peut poser des problèmes lorsque le site à revasculariser est étendu, comme cela par exemple les membres inférieurs. C’est pourquoi, dans cette dernière indication, une approche beaucoup plus simple, dans laquelle le transfert de gène est réalisé directement au niveau intramusculaire par injections multiples a été proposée avec succès [15] (figure 5).

Études cliniques consacrées à l’ischémie des membres inférieurs

Transfert du gène codant pour le VEGF

La première étude clinique réalisée par l’équipe de J.M. Isner a porté sur l’utilisation du VEGF dans l’ischémie chronique du membre inférieur[16, 21]. Les objectifs de cette étude clinique de phase 1 étaient de documenter la faisabilité et la sécurité d’un transfert de gène administré par voie intramusculaire en utilisant un ADN plasmidique nu codant pour le VEGF₁₆₅ et d’analyser les bénéfices thérapeutiques potentiels chez les patients ayant une ischémie critique des membres inférieurs. L’ADN plasmidique (4 mg) était injecté directement dans le muscle des membres inférieurs chez 9 patients. L’efficacité anatomique et fonctionnelle était démontrée par une augmentation des taux sériques du VEGF, une amélioration des mesures hémodynamiques et des critères angiographiques, une réduction des douleurs de repos, une cicatrisation des ulcères ischémiques, le « sauvetage » d’un membre inférieur en pré-amputation et même une preuve histologique de prolifération des cellules endothéliales dans des biopsies tissulaires. Aucun effet indésirable n’a été rapporté.

Plus récemment, un groupe de chercheurs d’Ann Arbor en association avec la société GenVec a rapporté les résultats de l’injection intramusculaire d’un adénovirus codant pour le VEGF₁₂₁ (d’Ad_GV VEGF₁₂₁) chez 5 patients [22]. Ce travail a permis de mettre en évidence une amélioration de la fonction endothéliale et du périmètre de marche.

Administration de la protéine recombinante du FGF2 : l’étude Traffic

En 2002, Lederman et al. ont rapporté les résultats de l’administration d’un simple ou d’un double bolus de rh-FGF₂ (30 µg/kg) chez 190 patients atteints d’une claudication artérielle des membres inférieurs. Il s’agissait d’une étude randomisée contre placebo dans laquelle l’administration du traitement était associée à une amélioration significative de l’index de pression résiduelle et du périmètre de marche [23].

Administration du gène codant pour le FGF

Une étude de phase I a été réalisée avec un plasmide codant pour le FGF (NV1FGF), administré par voie intramusculaire. Dans cette étude réalisée chez 51 patients, l’effet le plus spectaculaire a été observé chez les patients porteurs d’une ischémie critique avec des ulcères des membres inférieurs [24]. Cela a conduit à la réalisation de l’étude Talisman, actuellement en cours en Europe et à laquelle participent plusieurs centres français.

Cette étude randomisée contre placebo teste les effets de l’administration intramusculaire répétée (4 fois à 15 jours d’intervalles) de 4 mg de NV1FGF chez des patients porteurs d’une ischémie critique avec troubles trophiques. Le critère de jugement principal est la cicatrisation des troubles trophiques.

Interrogations et perspectives

L’application des facteurs de croissance endothéliaux à la stimulation de l’angiogenèse et au traitement des manifestations de l’ischémie a fait l’objet d’une recherche importante au cours de ces dix dernières années. Après une phase de validation du concept chez l’animal, les premiers essais d’angiogenèse thérapeutique viennent de débuter chez l’homme. Les premiers résultats sont assez encourageants et il s’agit du domaine de la thérapie génique cardiovasculaire qui semble présenter le plus fort potentiel.

Les prochaines années verront la mise en place d’essais thérapeutiques qui pourraient aboutir à la constitution d’une nouvelle arme dans l’arsenal thérapeutique disponible dans la lutte contre l’ischémie myocardique et périphérique.

Références

1. Schaper W. Coronary collateral development: concepts and hypothesis. In: Schaper W, Schaper J, eds. Collateral circulation: heart, brain, kidney, limbs. Boston: Kluwer Academic Publishers; 1993 : 41-64.

2. Baffour R, Berman J, Garb JL, Ree SW, Kaufman J, Friedmann P. Enhanced angiogenesis and growth of collaterals by in vivo administration of recombinant basic fibroblast growth factor in a rabbit model of acute lower limb ischemia: dose response effect of basic fibroblast growth factor. J Vasc Surg 1992 ; 16 : 181-91.

3. Yanagisawa-Miwa A, Uchida Y, Nakamura F, Tomaru T, Kido H, Kamijo T, et al. Salvage of infarcted myocardium by angiogenic action of basic fibroblast growth factor. Science 1992 ; 257 : 1401-3.

4. Namiki A, Brogi E, Kearney M, Kim EA, Wu T, Couffinhal T, et al. Hypoxia induces vascular endothelial growth factor in cultured human endothelial cells. J Biol Chem 1995 ; 270 : 31189-95.

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6. Takeshita S, Zheng LP, Brogi E, Kearney M, Asahara T, Pu LQ, et al. Therapeutic angiogenesis: a single intra-arterial bolus of vascular endothelial growth factor augments revascularization in a rabbit ischemic hindlimb model. J Clin Invest 1994 ; 93 : 662-70.

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22. Rajagopalan S, Shah M, Luciano A, Crystal R, Nabel EG. Adenovirus-mediated gene transfer of VEGF(121) improves lower-extremity endothelial function and flow reserve. Circulation 2001 ; 104 : 753-5.

23. Lederman RJ, Mendelsohn FO, Anderson RD, Saucedo JF, Tenaglia AN, Hermiller JB, et al. Therapeutic angiogenesis with recombinant fibroblast growth factor-2 for intermittent claudication (the Traffic study): a randomised trial. Lancet 2002 ; 359 : 2053-8.

24. Rasmussen HS, Rasmussen CS, Macko J, Yonehiro G. Angiogenic gene therapy strategies for the treatment of cardiovascular disease. Curr Opin Mol Ther 2002 ; 4 : 476-81.