Endothelial dysfunction and therapeutic approaches applied to vasomotor regulation: recent innovations and future perspectives

Christophe Pitré; Alain Cardon; Frédéric Staerman; Gilles Piriou; Bernard Saïag

Les découvertes des quinze dernières années faites en biologie de la paroi vasculaire ont fondamentalement changé les hypothèses physiopathologiques des principaux dysfonctionnements vasculaires [1]. Ainsi, il est acquis que l'endothélium, par la synthèse et la libération de nombreuses substances vasoactives, participe au contrôle du tonus vasomoteur. Les cellules endothéliales répondent à l'action de nombreux médiateurs chimiques circulants (ADP, ATP, acétylcholine, adrénaline, histamine, sérotonine, UTP...) ou à des modifications physicochimiques (forces de cisaillements, hypoxie...), par une synthèse de facteurs de relaxation (endothelium derived relaxing factors = EDRF), tels que le NO° ou la prostacycline, et/ou de facteurs de vasoconstriction (endothelium derived contracting factors = EDCF), tels que les endothélines, le thromboxane A2 (TxA2) ou les radicaux libres (figure 1). Le muscle lisse et les terminaisons nerveuses ne sont donc pas les seules composantes anatomiques et fonctionnelles susceptibles d'être impliquées dans un dysfonctionnement vasculaire. Ainsi, la notion d'« endothéliopathie » peut être suggérée puisque, dans de nombreuses pathologies, apparaissent des déséquilibres des fonctions endothéliales [2]. Il paraît donc important de faire le point sur les démarches thérapeutiques présentes et futures susceptibles soit de traiter les endothéliopathies, soit de réduire leurs conséquences pathologiques.

L'endothélium joue un rôle important dans le contrôle de la vasomotricité, ceci par de nombreux mécanismes (figure 1).

L'enzyme de conversion, présente au niveau de la membrane des cellules endothéliales, transforme d'une part l'angiotensine I circulante et inactive en angiotensine II, puissant vasoconstricteur, et d'autre part la bradykinine active (vasorelaxante) en peptides inactifs. En partie par ces transformations, l'endothélium intervient donc dans la régulation de la pression sanguine.

La prostacycline (PGI2), synthétisée par une cyclooxygénase et une PGI2 synthétase, agit sur les cellules musculaires lisses en stimulant ses récepteurs membranaires puis, par couplage positif à l'adénylate cyclase, induit une augmentation de la concentration d'AMP cyclique intracellulaire, d'où relaxation.
L'EDRF (endothelium derived relaxing factor) ou NO°, synthétisé à partir de la L-arginine par la NO synthase, est apparu comme un puissant vasodilatateur induisant, par activation de la guanylate cyclase soluble du muscle lisse, une augmentation de la concentration de GMP cyclique intracellulaire, responsable de la relaxation.
L'EDHF (endothelium derived hyperpolarizing factor), probablement apparenté aux prostaglandines, agit sur les canaux potassiques du muscle lisse vasculaire. Il s'ensuit alors un efflux potassique puis une hyperpolarisation induisant la relaxation.

L'endothéline est synthétisée à partir de la big endotheline par une enzyme de conversion endothéliale. Il existe deux types de récepteurs à l'endothéline : les récepteurs ETA et ETB. L'activation des récepteurs ETA situés sur les cellules musculaires lisses vasculaires va induire une baisse des concentrations d'AMPc, d'où une vasoconstriction. Les récepteurs ETB sont également localisés sur les cellules endothéliales et sont capables de stimuler la production de NO° et de prostacycline.
Les radicaux libres, à faible concentration, stimulent la cyclooxygénase et la prostacycline synthétase et, donc, induisent une vasodilatation. En revanche, à forte concentration, ils inactivent le NO° et inhibent la production de prostacycline. Cependant, la production de thromboxane A2 n'est pas atteinte et le TxA2 conserve son effet vasoconstricteur.

Les libérations de ces différents facteurs de la vasomotricité sont constamment modulées par de nombreuses molécules circulantes. On connaît bien, par exemple, l'action de l'acétylcholine qui, par l'intermédiaire de récepteurs muscariniques endothéliaux (M1 et M2), va induire des productions de PGI2, NO° et EDHF. Récemment, il a été découvert que l'adrénomédulline, nouvelle hormone de la vasomotricité, provoque une libération de NO° et inhibe la production d'endothéline par les cellules endothéliales.
De la même façon, on commence à cerner l'implication des purines et pyrimidines (ATP, ADP, AMP, adénosine et UTP) dans le contrôle de la vasomotricité. Cependant, la découverte récente des récepteurs purinergiques fait que leur classification ne cesse d'évoluer [3]. Les récepteurs P1 ont été les premiers récepteurs isolés et étudiés. Le sous-groupe des P1A2 (antagoniste = la théophylline) est directement impliqué dans la relaxation du muscle lisse par l'adénosine, par un mécanisme indépendant des productions de NO° et de prostacycline.
Les récepteurs P2 sont moins bien connus. Au niveau du système cardiovasculaire, les principaux récepteurs impliqués dans la vasomotricité sont les P2x et P2y et, à moindre degré, les P2u. En effet, l'ATP et l'ADP peuvent agir sur les récepteurs musculaires P2x pour induire une vasoconstriction ou, au contraire, agir sur les récepteurs endothéliaux P2y pour augmenter la production de NO° et/ou de prostacycline, et ainsi induire une vasodilatation. Cette action biphasique participe au maintien du tonus vasculaire physiologique.

Plusieurs méthodes et plusieurs techniques sont utilisées chez l'homme pour explorer l'importance d'un éventuel dysfonctionnement endothélial au niveau de différents territoires vasculaires.
Ainsi, par détecteur pléthysmographique, peut être étudié le flux sanguin avant et après injection d'acétylcholine au niveau de l'avant-bras pour évaluer la fonctionnalité endothéliale au niveau de lits vasculaires périphériques tels que celui du muscle strié. Ainsi, si la fonctionnalité endothéliale est intacte, l'injection d'acétylcholine doit induire une augmentation du flux sanguin [4, 5].
Par la technique de doppler intracoronaire, dite investigation ultrasonographique [4], l'augmentation du diamètre d'artères coronaires épicardiales peut être évaluée suite à l'injection d'acétylcholine.
De plus, le rapport des concentrations sériques nitrates/nitrites permet d'estimer la capacité de production d'EDRF/NO par l'endothélium de volontaires sains et de patients malades [6].
Par ailleurs, de nombreux marqueurs endothéliaux peuvent être utilisés pour avoir une idée de l'état pathogène de l'endothélium : facteur de von Willebrand (visualisé grâce à des anticorps monoclonaux), thrombomoduline soluble, activateur du plasminogène tissulaire [7].

Le vieillissement de la paroi artérielle diminue la capacité de l'endothélium à sécréter des substances vasodilatatrices (NO°, prostacycline) et augmente la perméabilité vasculaire. Ces modifications de la paroi présentent beaucoup d'analogies avec celles induites par l'hypertension artérielle [2] ; il a ainsi été suggéré que l'hypertension artérielle pourrait induire un vieillissement accéléré de la paroi artérielle.
Cependant, il est difficile de savoir si le dysfonctionnement endothélial précède l'apparition de l'hypertension artérielle ou s'il en est une conséquence. Selon Lüscher [1], les altérations endothéliales sont une réponse adaptative à des pressions sanguines anormalement élevées s'exerçant sur les parois vasculaires lors de l'hypertension artérielle pouvant, à leur tour, entretenir l'hypertension.
L'augmentation des résistances périphériques est liée à la contraction du muscle lisse en réponse à une production exagérée de facteurs vasoconstricteurs et/ou une réduction de l'efficacité de la voie dilatatrice du NO° [8]. Par ailleurs, la diminution de production de NO° lors de l'hypertension artérielle favorise la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires, d'où un épaississement néo-intimal aggravant encore la pathologie.
En revanche, l'augmentation des concentrations d'ECDF (endothéline, Tx A2, PgH2, angiotensine II) favorise la vasoconstriction et les interactions plaquettes/paroi vasculaire. De plus, l'endothéline peut stimuler la prolifération des cellules musculaires lisses et donc l'hyperplasie [8, 9]. Ainsi, des concentrations plasmatiques d'endothéline significativement élevées sont observées dans l'hypertension artérielle pulmonaire et dans l'éclampsie.
En conclusion, dans l'hypertension artérielle, le rôle protecteur de l'endothélium est altéré par une vasoconstriction accrue et des interactions « cellules sanguines/paroi » augmentées.

Des modifications structurales et fonctionnelles de la paroi sont également en cause dans l'athérome.
Le vieillissement de la paroi artérielle s'accompagnerait d'une plus grande entrée de substances athérogènes, comme les lipoprotéines de faible densité, favorisant l'interaction entre les leucocytes et les cellules vasculaires (cellules endothéliales, cellules musculaires lisses). L'ensemble de ces interactions va induire une hyperproduction de radicaux libres et d'endothéline [10] et donc favoriser l'agrégation plaquettaire et l'athérome. Ce processus conduit à des altérations endothéliales et à une prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires [9].

Elle induit une modification de la vasomotricité [2]. On connaît aujourd'hui le rôle des cytokines produites par le système immunitaire dans l'inflammation et leur action sur les cellules endothéliales. Elles stimulent l'activité de synthèse des cellules endothéliales et favorisent la production des différents agents vasoactifs : ainsi, l'interleukine 1 et le tumor necrosis factor (TNF) dépriment la sécrétion d'EDRF/NO° et stimulent la production de PDGF (platelet derived growth factor) et d'endothéline [11].

La perte de production de NO° est également mise en cause dans le diabète [9]. De la même façon, l'endothéline est impliquée dans la nécrose des lambeaux réimplantés en chirurgie plastique [12].

Actuellement, seules quelques molécules sont capables de « traiter » le dysfonctionnement endothélial. Il s'agit des substances protectrices naturelles de l'endothélium (analogues stables de la prostacycline, vasodilatateurs nitrés, activateur tissulaire du plasminogène : r-tPA), des inhibiteurs ou antagonistes des EDCF (antagonistes de l'angiotensine II, inhibiteurs de la synthèse du TxA2, antagonistes du TxA2, inhibiteurs de l'enzyme de conversion), des agents cytoprotecteurs (piégeurs des radicaux libres, inhibiteurs de la synthèse des radicaux libres) et, enfin des hypolipémiants.

Les connaissances nouvelles sur l'endothélium non seulement ont permis le développement de nouvelles thérapeutiques vasculaires liées au NO° et à l'endothéline, mais laissent aussi espérer les développements d'autres molécules (figure 2).

Les différentes possibilités thérapeutiques de cette voie sont représentées par les donneurs de NO° directs (molsidomine, linsidomine, nitroprussiate de sodium) ou indirects (trinitrine, dinitrate d'isosorbide, mononitrate d'isosorbide) et par le gaz NO lui-même.

Ce nouveau médicament, administré par voie respiratoire, reste d'utilisation limitée, sa demi-vie étant extrêmement brève (6 à 10 secondes). Il est, en effet, rapidement inactivé par l'hémoglobine circulante et semble donc dépourvu d'effets systémiques. Il exerce donc une action sélective sur la circulation artérielle pulmonaire, diminue les résistances vasculaires pulmonaires et ne peut être efficace qu'en présence d'une vasoconstriction préalable. L'apport de NO va pallier un déficit physiologique ou inhiber les mécanismes pathologiques de vasoconstriction dus à l'endothéline par exemple et, ainsi, améliorer l'oxygénation artérielle. Il possède, de plus, une action antitrophique et antiagrégante plaquettaire intéressante dans le processus athérogène.
Les indications sont donc assez restreintes et les essais cliniques en cours sont surtout du domaine de la pédiatrie (persistance de toute circulation fœtale, maladie des membranes hyalines, souffrance fœtale aigüe...) et de la chirurgie cardiothoracique.
La toxicité potentielle du NO gaz peut en limiter l'utilisation. Cette toxicité est liée à la formation de methémoglobine, pouvant imposer l'arrêt du traitement, et à l'effet mutagène du NO par désamination de l'ADN et de ses composés secondaires. Le contact du NO avec l'oxygène administré conduit à la formation de NO₂, nettement plus toxique (toxicité bronchique, emphysème...).

Les sydnonimines, la molsidomine (Corvasal^®) et la linsidomine (Corvasal intracoronaire^®), sont les seules à posséder officiellement la qualification de « donneurs d'EDRF ».
Le nitroprussiate de sodium NP (Nipride^®), également donneur direct de NO°, est utilisé comme un vasodilatateur d'urgence. Ses indications se limitent à la crise hypertensive (par exemple pulmonaire), à l'hypotension contrôlée en anesthésiologie, et à certaines insuffisances ventriculaires gauches aiguës. Le nitroprussiate possède un effet antiagrégant plaquettaire dépendant de la dose.
À l'inverse, les dérivés nitrés ne peuvent libérer l'EDRF qu'indirectement et un certain nombre de transformations biochimiques au sein de la cellule musculaire lisse sont nécessaires pour induire la libération de NO°. Les dérivés nitrés sont depuis longtemps utilisés comme vasodilatateurs dans l'angor, l'œdème aigu du poumon, l'insuffisance cardiaque et l'infarctus du myocarde. L'utilisation thérapeutique de ces substances semble assez réduite en comparaison de l'implication du système de la NO° synthase dans de nombreuses pathologies vasculaires. En particulier, aucune de ces molécules n'a d'indication dans l'hypertension artérielle essentielle.
L'administration de donneurs de NO° peut être envisagée dans d'autres pathologies moins courantes, comme les situations d'hypoxie (thromboses ou transplantations), pour augmenter le flux sanguin et inhiber l'agrégation plaquettaire, où la reperfusion se caractérise par une augmentation des radicaux libres et une baisse de production de NO°. Ainsi, dans les transplantations cardiaques, l'utilisation de donneurs de NO°, comme les dérivés nitrés ou le NP, augmente de façon significative la survie immédiate des greffes chez l'animal [14].

L'insuffisance de la voie du NO° dans les pathologies cardiovasculaires a conduit à des essais de supplémentation en L-arginine (Pargine^®), substrat naturel de la NO° synthase et donc traitement potentiel de l'athérome, du diabète, de l'hypertension et des dommages suivant la reperfusion. La L-arginine a donc été utilisée comme agent antihypertenseur chez l'animal et chez l'homme [15]. Cette action antihypertensive est valable chez les patients souffrant d'hypertension artérielle essentielle, mais aussi secondaire. L'intérêt de son utilisation est sa tolérance nettement supérieure à celle des dérivés nitrés. Mais son utilisation reste réservée, les essais n'ayant été effectués que par voie intraveineuse dans l'hypertension et l'insuffisance cardiaque [16].

Une hyperproduction de NO° peut avoir des conséquences pathologiques graves. C'est, en effet, la cause principale de l'effondrement des résistances périphériques induit par le choc endotoxinique. L'utilisation d'antagonistes de la NO° synthase contrarie la vasoplégie associée au choc.

L'endothéline est un puissant vasoconstricteur d'origine endothéliale et constitue la cible principale des nouvelles thérapeutiques des pathologies cardiovasculaires.

La mise au point d'antagonistes des récepteurs ETA et ETB de l'endothéline est très prometteuse. Le bosentan, antagoniste non peptidique de l'endothéline ET1, utilisable par voie orale a pu être étudié dans le traitement des désordres cliniques associés à la vasoconstriction, comme le spasme cérébral [17], l'hypertension artérielle [18], et la reperfusion post-infarctus [19]. Ces observations ont également été faites avec des antagonistes non spécifiques [20, 21]. La recherche s'oriente vers l'utilisation d'antagonistes spécifiques des récepteurs ETB, mais surtout vers les antagonistes des récepteurs ETA [22]. Ces antagonistes ETA ont été étudiés dans le développement néo-intimal [23], et dans l'hypertension [24]. L'étude de ces molécules semble encouragée par les observations faites sur la répartition anormale des récepteurs ETA et ETB dans les pathologies cardiovasculaires [25].

La recherche tend également vers la mise au point d'inhibiteurs de l'enzyme de conversion de l'endothéline, bloquant donc sa synthèse. C'est le cas du phosphoramidon, inhibiteur de l'enzyme de conversion de la Big ET1 (précurseur de l'endothéline), dont la perfusion à des animaux hypertendus diminue considérablement la pression artérielle. D'autres molécules, comme le candoxatrilat ou le tiorphan, inhibiteurs de l'endopeptidase neutre, semblent 5 à 30 fois plus actifs que le phosphoramidon sur l'inhibition de la synthèse d'endothéline.

Des administrations d'anticorps anti-endothéline ont montré leur efficacité dans la réduction de l'infarctus, de l'asthme ou de certaines formes d'ulcères. Cette thérapeutique mérite donc d'être considérée à l'avenir [26], notamment dans les crises hypertensives graves.

Du fait de l'instabilité de la prostacycline, des analogues stables ont été mis au point.
Actuellement, seul l'iloprost (Ilomédine^® injectable) est disponible sur le marché, le béraprost et le cicaprost ayant l'avantage d'être utilisables par voie orale. Ces molécules possèdent un fort potentiel thérapeutique, que ce soit dans les affections vasculaires aiguës, telles l'insuffisance respiratoire aiguë, l'hypertension pulmonaire primaire ou la chirurgie cardiovasculaire, ou dans les désordres vasculaires périphériques tels que l'artérite athéromateuse, les phénomènes de Raynaud, la maladie de Buerger ou l'hypertension artérielle [26].

Le succès des inhibiteurs de l'enzyme de conversion de l'angiotensine a encouragé la recherche d'antagonistes tels le losartan (Cozaar^®) ou le valsartan utilisés dans l'hypertension artérielle essentielle [27].

L'utilisation des anti-inflammatoires non stéroïdiens n'étant pas intéressante du fait de l'inhibition concomitante de la synthèse de PgI2, l'administration d'antagonistes des récepteurs TxA2/PgH2 est à l'étude dans le traitement de l'hypertension artérielle essentielle.

La première possibilité thérapeutique consiste à stimuler la croissance d'un nouvel endothélium en cas de lésion importante par des facteurs de croissance spécifiques (VEGF : vascular endothelium growth factor).
La seconde solution est l'utilisation de la thérapie génique, l'introduction de gènes normaux permettant de pallier une insuffisance de l'endothélium (par exemple codant pour la NO° synthase).

Il existe, enfin, la possibilité d'utiliser des codons non sens (arrêt de la traduction des ARNm), afin d'inhiber la prolifération néo-intimale [28].

Les thérapeutiques purinergiques semblent promises à de multiples utilisations. Dans le système cardiovasculaire, les agonistes purinergiques pourront être utilisés comme vasodilatateurs dans l'hypertension, l'angine de poitrine, l'insuffisance cardiaque congestive ou en prévention de la formation de la plaque athérosclérotique.

L'adénosine apparaît comme un modulateur du tonus vasculaire, via les cellules endothéliales ou l'innervation périvasculaire. L'utilisation d'agonistes des récepteurs A2 a pu être étudiée dans l'hypertension chez l'animal. C'est le cas du Y-341, molécule induisant une hypotension dépendante de la dose [29]. La vasorelaxation via les récepteurs A2 au niveau coronaire semble agir par un mécanisme indépendant de la NO synthase, mais également par une production de NO°.
L'efficacité de ces agonistes a été montrée dans l'inhibition de l'épaississement néo-intimal, après lésion de l'endothélium chez le rat [30].
Enfin, ces molécules agissent sur le cœur de façon dromotrope, chronotrope et inotrope négative, régulant ainsi le flux sanguin [31].

Les antagonistes des récepteurs P2x
La suramine, antagoniste spécifique des récepteurs P2x, inhibe les contractions dues à la libération d'ATP par les terminaisons nerveuses sympathiques [32]. Le développement d'antagonistes des récepteurs purinergiques P2x, sans activité intrinsèque, peut être très intéressant dans l'hypertension, ces molécules agissant contre l'hypertonicité
adrénergique.
L'utilisation de ces antagonistes présente, de plus, un intérêt dans l'inhibition de la prolifération des cellules musculaires lisses [33] dans l'athérosclérose.

Implications des récepteurs P2y
La recherche d'agonistes spécifiques aux récepteurs P2y présente un intérêt dans les pathologies cardiovasculaires, comme l'hypertension. L'agoniste spécifique le plus connu, à l'heure actuelle, est l'adénosine thiodiphosphate (ADPbS) [34]. L'avantage de son utilisation, pour induire une hypotension, est l'absence de tachyphylaxie (figure 5). Les agonistes des P2y inhibent également la libération de noradrénaline et donc le tonus adrénergique.

Mais le développement thérapeutique de ces agonistes n'est pas encore très important et la multiplication des études sur l'animal est nécessaire.
De par leur implication dans la vasorelaxation, les récepteurs P2y paraissent être un axe intéressant de la recherche d'agonistes purinergiques spécifiques. On peut imaginer l'importance de telles molécules vasodilatatrices dans les pathologies cardiovasculaires comme l'insuffisance cardiaque congestive, l'hypertension artérielle essentielle et l'athérosclérose.
Il faudra donc attendre quelques années afin de préciser les connaissances sur le système purinergique et développer des thérapeutiques innovantes.

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