Vers une compréhension de l’effet des œstrogènes sur le processus athéromateux et le risque vasculaireŒstrogènes et risque vasc

ARTICLE

Auteur(s) : Jean-François Arnal, Pierre Gourdy, Barbara Garmy-Susini, Cédric Filipe, Laurent Brouchet, Henrik Laurell, Francis Bayard

Inserm U589 et Physiologie médicale, CHU Rangueil, TSA 50032, 31059 Toulouse Cedex

Les résultats de l’étude américaine WHI [1] visant à évaluer les bénéfices apportés par un traitement hormonal substitutif chez les femmes ménopausées sans antécédent cardio-vasculaire confirment l’accroissement modeste mais significatif du risque de cancer du sein de ce traitement. Ils révèlent qu’un traitement hormonal substitutif ne confère pas de protection cardiovasculaire, et même accroît significativement ce risque dans l’année qui suit l’instauration du traitement hormonal. Ces résultats sont très superposables à ceux de l’étude évaluant le traitement hormonal substitutif en prévention secondaire chez des femmes ménopausées ayant un antécédent d’accident cardiovasculaire (étude HERS parue en 1998) [2].

Ces deux grandes études d’intervention ont été suscitées par des études d’observation montrant que le risque cardiovasculaire chez des femmes entre 35 et 65 ans est significativement plus bas que celui des hommes de même âge, et que le risque des femmes rejoint progressivement celui des hommes après la ménopause. Cela suggérait que l’estradiol endogène pouvait être responsable, au moins en partie, de cet effet athéroprotecteur. Cette hypothèse est confortée par l’effet protecteur de l’estradiol dans tous les modèles animaux d’athérosclérose [3]. Ainsi, chez des animaux soumis à un régime hypercholestérolémique [3] comme chez les souris rendues hypercholestérolémiques par inactivation génique [4], l’estradiol prévient la constitution de la strie lipidique, c’est-à-dire des premiers stades de l’athérosclérose.

Ainsi, il paraît exister une discordance entre l’effet des estrogènes chez la femme ménopausée et l’effet des estrogènes chez la femme en période d’activité génitale ainsi que dans tous les modèles expérimentaux. Dans cette revue, nous résumerons dans un premier temps la compréhension que nous avons actuellement de l’effet des estrogènes sur la paroi vasculaire normale et pathologique.

Cela nous amènera à discuter dans un deuxième temps ce que l’on peut attendre de l’effet des estrogènes sur la paroi artérielle et quelles explications on peut actuellement proposer à la divergence des effets dans les modèles expérimentaux et en clinique.

Modèles d’athérosclérose et estradiol

L’athérosclérose est une maladie touchant les artères de grand et moyen calibre caractérisée par l’accumulation de lipides à la faveur d’un processus inflammatoire chronique [5] (figure 1). Ainsi, l’hypercholestérolémie conduit à la rétention prolongée de lipoprotéines de basse densité dans l’espace sous-endothélial qui vont s’agréger, s’oxyder, activer l’endothélium sus-jacent et initier une réponse athérogène au niveau de sites de prédilection à la faveur d’anomalies de contrainte hémodynamique. Ces anomalies sont le plus souvent représentées par un flux sanguin turbulent qui se produit au niveau des bifurcations artérielles. Comme nous l’avons évoqué précédemment, un traitement chronique par l’estradiol prévient de façon constante la strie lipidique dans tous les modèles animaux d’athérosclérose (figure 1, étape 1). Ces effets ont fait récemment l’objet d’une revue de la littérature. Chez des lapins et des singes soumis à un régime riche en cholestérol, le traitement par l’estradiol de femelles mais aussi de mâles castrés entraîne une protection allant de 35 à 80 % de réduction de la taille des lésions au niveau de l’aorte et des artères coronaires [3]. L’adjonction d’un progestatif n’a pas d’effet dans certaines études, mais peut atténuer l’effet des estrogènes dans d’autres études. Avec l’avènement de l’inactivation génique par recombinaison homologue, la souris est devenue un modèle clé pour identifier les gènes et les voies impliqués dans l’athérogenèse. Des souris rendues déficientes soit en apolipoprotéine E, soit en récepteur des LDL, développent spontanément des lésions athéromateuses qui, avec le temps, deviennent complexes et ressemblent beaucoup aux lésions d’athérosclérose humaine. Dans ces deux modèles, les estrogènes inhibent la constitution de la strie lipidique de façon marquée (en moyenne 75 % de réduction des lésions) [4] (figure 2). L’estradiol endogène confère un certain degré de protection comme en témoigne l’effet aggravant de la castration sur le développement de la strie lipidique. Cependant, les études de dose/réponse ont permis de montrer que des doses d’estradiol du niveau de celles rencontrées au cours de la gestation sont nécessaires pour obtenir un effet protecteur maximal [6]. Le traitement par l’estradiol s’associe à une réduction de la cholestérolémie totale dans un certain nombre d’études, mais pas dans toutes [4]. Toutefois, l’effet de l’estradiol sur le profil lipidique ne pourrait expliquer qu’une part minoritaire de l’effet athéroprotecteur, puisqu’il est déjà maximal pour de faibles doses d’estradiol alors que l’effet athéroprotecteur est, lui, maximal pour des doses d’estradiol du niveau de celles de la gestation [6]. De plus, l’absence de corrélation entre la taille des lésions et la cholestérolémie conforte l’idée que les estrogènes préviennent le développement de l’athérosclérose indépendamment du changement du profil lipidique chez ces animaux.

Estradiol, récepteurs des estrogènes et athérosclérose

Le spasme artériel et la thrombose jouent un rôle majeur dans le déclenchement des accidents cardio-vasculaires (figure 1, étape 4). L’endothélium produit de nombreuses substances, dont le monoxyde d’azote, un messager radicalaire qui joue un rôle vasculoprotecteur important du fait de ses propriétés vasodilatatrices et anti-agrégantes. Les travaux de Gisclard et al. ont les premiers mis en évidence une potentialisation par l’estradiol de la production endothéliale de NO au niveau de l’artère fémorale de lapin. Dans cette espèce, l’estradiol potentialise la relaxation endothélium-dépendante en réponse à l’acétylcholine. Ainsi, une augmentation de la production basale et/ou stimulée de NO a été observée dans un certain nombre de territoires (mais pas dans tous) de la plupart des espèces, et il a été initialement proposé que cet effet contribue de façon majeure à l’effet athéroprotecteur de l’estradiol.

Nous avons pour notre part étudié l’effet de l’estradiol sur la production endothéliale de NO chez la souris. Nous avons pu montrer que, comme dans d’autres espèces, l’estradiol augmente la production basale de NO par l’endothélium. Le récepteur des estrogènes α (ERα) est le récepteur « classique » des estrogènes, qui médie l’essentiel des effets de ces hormones au cours de la reproduction [7]. Plus récemment, un deuxième récepteur appelé ERβ a été identifié, mais son rôle demeure à l’heure actuelle mal connu. Nous avons comparé l’effet de l’estradiol dans deux lignées de souris transgéniques invalidées pour ERα (figure 3A) : une première lignée réalisée par le groupe américain de K. Korach consistant en l’insertion d’une cassette néomycine dans le premier exon du gène ERα (et donc appelée ERα Néo KO) [8], et une deuxième lignée réalisée par le laboratoire français de P. Chambon consistant en l’excision (suppression) du deuxième exon du gène ERα, codant pour le domaine de liaison du récepteur à l’ADN (et donc appelée ERα Δ2 KO) [9]. Comme attendu, la construction de la lignée ERα Δ2 KO ne permet l’expression d’aucune protéine ERα. En revanche (figure 3B), nous avons mis en évidence chez les souris ERα Néo KO, à la faveur de mécanismes d’épissages alternatifs (maturation de l’ARN messager), l’existence de deux formes tronquées de récepteurs : une isoforme de 46 kD et d’une molécule chimère de 55 kD contenant 7 acides aminés de la cassette néomycine (figure 3B). Ces deux récepteurs sont dépourvus de la fonction transactivatrice AF1, mais conservent la fonction transactivatrice AF2. Parallèlement, nous avons étudié l’effet de l’estradiol sur la production endothéliale de NO dans ces deux lignées de souris. Tandis que l’effet de l’estradiol sur cette production est totalement aboli chez les souris ERα Δ2 KO, il persiste chez ces souris ERα Néo KO et est identique à celui observé chez les souris sauvages [10]. Ces résultats nous suggèrent que la fonction AF1 du ERα n’est probablement pas nécessaire pour médier l’effet de l’estradiol dans l’endothélium [10]. Ils nous montrent en outre la nécessité d’étudier de façon approfondie ces nouveaux modèles de souris transgéniques, afin de ne pas tirer des conclusions hâtives sur le rôle attribué à ERβ dans la médiation d’effets de l’E2 chez les souris ERα Néo KO. En effet, les effets vasculaires observés sont, jusqu’à preuve du contraire, attribuables à la chimère ERα de 55 kD, c’est-à-dire à une « fuite » de l’inactivation (KO) du gène ERα.

Etant donné que le blocage de la production de NO accélère la progression des stries lipidiques chez le lapin hypercholestérolémique, nous avons testé l’hypothèse selon laquelle l’augmentation de la production basale de NO par l’endothélium en réponse à l’estradiol pourrait contribuer à son effet athéroprotecteur. Nous n’avons pas observé d’effet du blocage de la production de NO sur le développement de la strie lipidique chez la souris déficiente en apoE, à la différence de ce qui avait été observé chez le lapin. De plus, l’effet protecteur de l’estradiol n’est en rien altéré par le blocage de la production de NO, démontrant que l’augmentation de la production de NO n’est pas impliquée dans la prévention de la strie lipidique [12]. Néanmoins, cet effet est probablement bénéfique à des stades plus avancés de l’athérosclérose (figure 1, étape 1), car le NO est antispastique et anti-agrégant plaquettaire, il protège donc des complications tardives de l’athérosclérose.

Mais les effets de l’estradiol au niveau de l’endothélium ne se limitent pas à potentialiser la production de NO. Nous avons pu montrer récemment que l’estradiol accélère la vitesse de réendothélialisation dans un modèle d’agression électrique de la carotide chez la souris [13]. On peut ainsi considérer que l’estradiol favorise le processus de cicatrisation artérielle après une agression. Il pourrait exercer d’autres effets bénéfiques sur l’endothélium, comme la prévention de la mort cellulaire (apoptose) induite par la cytokine TNFα (bien que nous n’ayons pas retrouvé cet effet dans notre laboratoire). Il a aussi été proposé que l’estradiol puisse prévenir l’induction de molécules d’adhérence comme ICAM 1 dans des cellules endothéliales en culture. Cependant, l’estradiol prévient le dépôt lipidique chez des souris déficientes à la fois en apoE et en molécules d’adhérence des leucocytes (soit ICAM1, soit P-sélectine) avec la même intensité qu’il le fait chez les souris déficientes en apoE [14]. Nous pouvons donc conclure que l’effet athéroprotecteur de l’estradiol n’est pas médié par un effet sur l’expression endothéliale d’une de ces deux molécules d’adhérence.

Les effets de l’estradiol sur le processus athéromateux requièrent probablement des changements de l’expression génique (effets génomiques) bien que des effets à court terme indépendants de la transcription (effets extragénomiques) aient été récemment rapportés [15]. Comme nous l’avons vu précédemment, deux types de KO de ERα (ERα Néo KO et ERα Δ2 KO) ont été réalisés et diffèrent de façon notable. En revanche, les deux KO pour ERβ apparaissent phénotypiquement identiques. Afin de déterminer la contribution relative de chacun de ces deux récepteurs dans l’effet athéroprotecteur de l’estradiol, Maeda et al. [16] ont croisé les deux KO pour le récepteur des estrogènes avec des souris déficientes en apoE. L’estradiol diminuait les lésions des apoE^–/– de plus de 80 %, tandis que l’effet inhibiteur de l’estradiol était en grande partie aboli chez les souris ERα Néo KO apoE^–/–. Par contre, l’estradiol inhibait la progression et les lésions d’athérosclérose chez les souris ERβ^–/– apoE^–/– de la même façon que chez les souris apoE^–/–, démontrant que l’effet athéroprotecteur de l’estradiol est totalement conservé en l’absence d’ERβ [4]. De plus, l’effet athéroprotecteur de soja alimentaire, une source de phyto-estrogènes, est également médié par ERα, puisque son effet est aboli chez les souris ERα Néo KO apoE^–/–. De façon intéressante, l’estradiol diminue la formation de la chape fibromusculaire chez les souris apoE, mais aussi chez les souris ERα Néo KO apoE^–/– [16]. Cette observation suggère la possibilité que ERβ puisse jouer un rôle protecteur dans la maturation des plaques tandis qu’il n’est clairement pas impliqué dans des stades plus précoces comme le développement de la strie lipidique. Alternativement, cet effet résiduel de l’estradiol pourrait être médié par ERα 55 chimérique dont l’expression persiste chez ce KO imparfait de ERα [10]. Cet effet de prévention de la formation de la chape fibromusculaire par l’estradiol ne peut pas être considéré comme un effet bénéfique, mais pourrait au contraire être délétère, en empêchant le processus de cicatrisation de la strie lipidique (figure 1, étape 2) et donc en favorisant l’instabilité des plaques (figure 1, étape 3). Cet effet pourrait contribuer, s’il se produit en clinique, à l’augmentation de la fréquence des accidents cardiovasculaires dans les mois qui suivent l’instauration du traitement hormonal substitutif, comme cela a pu être observé aussi bien dans l’étude HERS que dans l’étude WHI.

Estradiol et inflammation au cours de l’athérosclérose

La captation des LDL oxydés par l’intermédiaire des récepteurs éboueurs des macrophages et leur transformation ultérieure en cellules spumeuses constituent un mécanisme essentiel de l’initiation et de la progression de la plaque athéromateuse. Le système immunitaire favorise le processus athéromateux puisque des souris immuno-déficientes (par inactivation de la recombinase, ce qui provoque un déficit en lymphocytes B et T mature) développent deux fois moins de lésions que des souris immunocompétentes [17]. Nous avons pour notre part exploré l’implication du système immunitaire dans l’effet athéroprotecteur de l’estradiol. Nous avons pu mettre en évidence que le système immunitaire est nécessaire à la manifestation de l’effet athéroprotecteur de l’estradiol puisque, alors que l’E2 protège des souris immunocompétentes du dépôt lipidique, il ne prévient plus le développement des lésions chez des souris immunodéficientes et hypercholestérolémiques (RAG-2^–/– apoE^–/–) [18]. Nous avons pu récemment confirmer ce caractère indispensable des lymphocytes pour l’effet athéroprotecteur dans un autre modèle d’athérosclérose (RAG-2^–/– LDL récepteur^–/–) (Gourdy et al., en préparation). Cette observation repose la question de la cible cellulaire de l’estradiol, à savoir l’endothélium ou le système immunitaire. En effet, les deux populations cellulaires pourraient médier l’effet de l’estradiol puisque le passage transendothélial des cellules du système immuno-inflammatoire représente une étape clé du développement du processus athéromateux. Une partie de l’effet athéroprotecteur pourrait être due à un effet immunomodulateur de doses endogènes d’estradiol, puisque l’on sait par exemple que ce niveau d’imprégnation hormonale suffit à diminuer le poids du thymus. Par ailleurs, tous les effets de l’estradiol sur l’endothélium recensés à ce jour vont dans le sens d’effets bénéfiques, mais qui ne pourraient être recrutés que pour des doses du niveau de celles de la gestation, puisqu’elles ne sont en général pas détectables pour des faibles doses donnant une imprégnation du niveau du cycle œstral. Cette hypothèse d’un recrutement d’un effet immunitaire pour de faibles doses d’estradiol et d’un effet sur l’endothélium pour des doses plus élevées méritera d’être testée à l’aide de modèles appropriés (modèle Cre-Lox permettant l’inactivation spécifique du ERα dans l’endothélium et modèle de greffe de moelle osseuse).

Les mécanismes inflammatoires qui contribuent au processus athéromateux font, comme dans tout processus inflammatoire, intervenir des cytokines. Ces cytokines ont été classifiées, de façon un peu schématique, en cytokines pro- et anti-inflammatoires. On peut alors s’attendre à ce que le blocage de certaines cytokines pro-inflammatoires et/ou l’administration de certaines cytokines anti-inflammatoires aient un effet athéroprotecteur, et inversement. Cela se vérifie par exemple pour l’interféron γ qui accélère le processus athéromateux, tandis que l’interleukine 10 s’avère protectrice [19]. Etant donné l’importance du système immunitaire dans l’effet athéroprotecteur de l’E2, l’implication, voire la régulation, d’une ou plusieurs cytokines par l’E2 représente donc une hypothèse qu’il nous a semblé logique de tester. Les cytokines candidates sont nombreuses et leur choix a été orienté par les données de la littérature. Ainsi, l’interleukine 6 joue un rôle clé dans la déminéralisation osseuse secondaire à la castration. Néammoins, elle n’est pas impliquée dans l’effet athéroprotecteur de l’E2, car des souris hypercholestérolémiques et déficientes en interleukine 6 sont protégées par l’E2 comme le sont des souris seulement hypercholestérolémiques [20]). Dans deux modèles permettant d’explorer le système immuno-inflammatoire, nous avons observé que l’estradiol augmente la production d’interféron γ respectivement par les lymphocytes T des ganglions drainant le site d’immunisation et par les lymphocytes NKT après activation spécifique de cette population. Nous testerons prochainement le rôle de l’interféron γ dans l’effet de l’E2 sur la constitution de la strie lipidique. En outre, la production d’interféron γ par les lymphocytes, mais aussi, dans une moindre mesure, par les macrophages, est succeptible de jouer un rôle important dans la stabilité des plaques [5]. Si, sous l’effet de l’E2, la production d’interféron γ augmente au niveau de la plaque d’athérome, ce mécanisme pourrait contribuer à déstabiliser la chape fibromusculaire et à favoriser la rupture de plaque (figure 1, étape 4), rendant compte de l’augmentation de la fréquence des accidents cardiovasculaires dans les mois qui suivent l’instauration de ce traitement dans les deux études d’intervention HERS et WHI.

Conclusion et perspectives

Ces différents travaux expérimentaux ont démontré que l’estradiol inhibe les premiers stades du processus athéromateux (stries lipidiques) par l’intermédiaire du ERα. Les cibles cellulaires de l’estradiol impliquent probablement à la fois l’endothélium et le système immuno-inflammatoire, et l’importance relative de ces deux populations cellulaires dans l’effet athéroprotecteur de l’estradiol reste à établir.

Tandis que l’estradiol protège dans les modèles expérimentaux des premiers stades de l’athérome, les études d’intervention par traitement hormonal substitutif chez la femme ménopausée n’ont pas mis en évidence de protection, voire même une aggravation, du risque cardiovasculaire dans la première année qui suit l’instauration du traitement. Cependant, les estrogènes utilisés dans ces études américaines (estrogènes équins conjugués) et associés avec un progestatif (médroxyprogestérone acétate) diffèrent assez nettement de l’administration sous-cutanée du 17β estradiol utilisé en clinique en Europe ainsi que dans les modèles expérimentaux. De plus, la plupart de ces essais cliniques s’adressent à des femmes d’un certain âge dont certaines ont probablement des lésions athéroscléreuses avancées. Dans ce contexte, il est important de rappeler que trois des quatre études réalisées chez des animaux ayant des lésions préexistantes démontraient un effet atténué ou pas d’effet du traitement par l’estradiol, suggérant que l’effet athéroprotecteur de l’estradiol puisse être perdu une fois que les lésions d’athérosclérose sont établies. Enfin, les essais cliniques enregistrent des événements tout à fait terminaux du processus athéroscléreux, à savoir la rupture de plaque et/ou l’érosion de l’endothélium suivie d’une thrombose obstructive de l’artère à l’origine d’une ischémie du territoire d’aval. La rupture de plaque suivie de thrombose est un événement trop rare dans les modèles de souris athéromateuses pour pouvoir être étudié.

Ainsi, dans l’état actuel de nos connaissances, les estrogènes apparaissent bénéfiques sur les stades précoces de la constitution de la strie lipidique (modèles expérimentaux et potentiellement chez la femme en période d’activité génitale) (figure 1, étape 1). En revanche, les estrogènes apparaissent inefficaces à des stades tardifs du processus athéroscléreux, et des arguments indirects suggèrent qu’ils pourraient favoriser la rupture de plaque (dont un mécanisme pourrait être l’augmentation de la production d’interféron γ) (figure 1, étape 4). Les études HERS et WHI soulignent la nécessité de comprendre les effets des estrogènes à un niveau cellulaire et moléculaire. Cette démarche est d’autant plus indispensable que, dans l’état actuel de nos ressources thérapeutiques, seuls les estrogènes permettent le traitement des bouffées de chaleur de la ménopause qui constituent la première indication du traitement hormonal substitutif.

L’ensemble de ces travaux nous amène à proposer le schéma suivant (figure 4). Le processus athéromateux se développe progressivement dès les premières décennies et tend à s’accroître tout au long de la vie au prorata des facteurs de risque bien connus que sont l’hypertension artérielle, l’hypercholestérolémie, le diabète, l’intoxication tabagique et des facteurs génétiques qui sont pour l’essentiel à découvrir. Il est probable que les estrogènes endogènes exercent un effet bénéfique sur les stades précoces de la constitution de la strie lipidique (modèles expérimentaux et potentiellement chez la femme en période d’activité génitale), rendant compte d’un certain degré de protection cardiovasculaire des femmes par rapport aux hommes avant la ménopause. Cependant, plus la femme avance en âge et plus l’adjonction d’estrogènes peut être délétère, comme en témoigne le résultat des deux grandes études d’intervention HERS et WHI (toutes deux réalisées chez les femmes post-ménopausées, la majorité ayant commencé le traitement hormonal plus de 10 ans après la ménopause). Cela est conforté par l’analyse des sous-groupes de Manson, récemment publiée dans le New England Journal of Medicine 2003 (figure 5), qui suggère l’absence de risque lorsque le traitement est commencé dans les dix premières années de la ménopause, tandis que celui-ci s’accroît au-delà de 10 ans et surtout de 20 ans de ménopause. Bien que ces différences n’atteignent pas la signification statistique (p = 0,33), la tendance est nette. Ainsi, il est probable que les estrogènes endogènes protègent du risque cardiovasculaire, tandis que cet effet est complètement perdu au-delà de 10 ans de ménopause, en particulier en l’absence de traitement œstroprogestatif instauré en début de ménopause. Nous ne disposons actuellement pas d’étude randomisée permettant de présumer d’un quelconque bénéfice ou risque des estrogènes introduits au décours immédiat de la ménopause. Cependant, notre compréhension de cette physiopathologie associée à l’ensemble des études d’intervention et d’observation est en faveur d’une neutralité en termes de risque cardiovasculaire. L’essentiel du risque se situe donc au niveau du cancer du sein et de la maladie thrombo-embolique, tous deux connus de longue date. En attendant le développement de SERM associant les effets bénéfiques des estrogènes et dépourvus de leurs effets néfastes, ce qui est conceptuellement possible à terme, il nous apparaît que le risque cardiovasculaire ne doit pas intervenir de façon majeure dans la décision de prise d’un traitement hormonal substitutif, d’autant plus que les facteurs de risque cardiovasculaire classiques de la patiente sont absents ou contrôlés.

Références

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