Un inhibiteur de l’angiogenèse : le TNP-470

ARTICLE

Structure et mode d'action

L'hydrolyse alcaline de la fumagilline, ester d'un acide polyènecarboxylique, permet d'obtenir un alcool appelé fumagillol, de modification aisée par voie chimique ou enzymatique. La substitution de cet alcool par une chaîne chloroacétylcarbamoyl conduit au composé TNP-470. Ce dernier est un inhibiteur de la prolifération des cellules endothéliales 50 fois plus puissant que la fumagilline [2]. Cette supériorité du TNP-470 est indépendante du modèle utilisé et du mode d'administration. Par exemple, dans un modèle de cultures d'organes in vitro, la concentration en fumagilline requise pour observer la suppression de la formation de néovaisseaux est au moins 10 fois supérieure à celle nécessaire pour obtenir le même effet avec le TNP-470. Par ailleurs, le dérivé synthétique est considérablement moins toxique chez la souris que le précurseur naturel [4].

De nombreux dérivés du TNP-470 ont été synthétisés. Certains composés intéressants comme les 6-O-acyl, 6-O-sulfonyl et 6-O-alkyl fumagillols ont une activité antiproliférative vis-à-vis des cellules Huvec (cellules endothéliales humaines issues de la veine ombilicale), souvent supérieure à celle de la fumagilline ou de l'ovalicine (figure 1) dont la structure est proche de celle du TNP-470. Mais aucun de ces analogues synthétiques ne présente un pouvoir anti-angiogénique supérieur à celui du dérivé chloroacétylcarbamoyl ou TNP-470 [5-7].

Sur le plan moléculaire, le TNP-470, tout comme la fumagilline et l'ovalicine, se fixe de manière covalente à une métalloprotéase bifonctionnelle impliquée dans le catabolisme des polypeptides, la méthionine aminopeptidase de type 2 (MetAP2] [8]. D'une part, cette enzyme catalyse la coupure d'un résidu méthionine en position N-terminale sur une chaîne polypeptidique. D'autre part, elle s'associe au facteur d'initiation 2alpha (IF2alpha) de la traduction protéique, empêchant ainsi sa phosphorylation. En interagissant avec cette métalloprotéase, le TNP-470 bloque l'activité peptidase mais n'a aucun effet sur l'interaction entre l'enzyme et IF2alpha.

Sur le plan cellulaire, l'action angio-inhibitrice du TNP-470 se traduit par une suppression de l'expression des ARN messagers codant pour certaines kinases cyclines-dépendantes et certaines cyclines, comme la cdc2 et la cycline A, au niveau des cellules endothéliales [9]. Les protéines cibles de la MetAP2 sont encore à ce jour très peu connues. L'une d'entre elles est la glycéraldéhyde-3-phosphate déhydrogénase. Un défaut de synthèse de cette enzyme a été observé lors du traitement des cellules endothéliales par le TNP-470 [10]. Ces travaux récents étayent l'hypothèse selon laquelle l'activité anti-MetAP2 du TNP-470 serait à l'origine de son activité antitumorale. Il persiste néanmoins de grandes interrogations sur les mécanismes cellulaires conduisant à l'effet antiangiogénique du TNP-470. Comment l'inhibition d'une enzyme ubiquitaire telle que la MetAP2 se traduit-elle par une inhibition spécifique de la prolifération des cellules endothéliales ? Actuellement, de nombreux travaux tentent d'y répondre.

La spécificité de la fumagilline et de ses dérivés est importante puisque ces produits sont sans effet sur la méthionine aminopeptidase humaine de type 1 (MetAP1) pourtant très proche de l'enzyme de type 2, sur les plans tant structural que fonctionnel. Il semble fort probable que la cible physiologique majeure (mais non exclusive) de cette famille d'agents antiangiogéniques soit effectivement la MetAP2 puisqu'il existe une corrélation entre la capacité des dérivés de la fumagilline à inhiber l'activité de la MetAP2 et leur pouvoir antiprolifératif [11]. Cette hypothèse est d'autant plus plausible que des oligonucléotides antisens dirigés contre la MetAP2 bloquent la prolifération des cellules endothéliales sensibles à la fumagilline [12].

La conformation de la fumagilline est parfaitement adaptée à celle du site actif de la MetAP2. La liaison covalente s'établit entre le groupement époxide en position 1 sur la structure fumagillol et le résidu histidine en position 231 de la MetAP2 humaine [13]. En se fixant dans le site actif de l'enzyme, l'inhibiteur dispose son groupement époxide au voisinage direct de l'histidine 231. Le chaînon méthylène de l'époxide est ainsi positionné tout près du noyau imidazole de l'histidine. Sur la figure 2, l'atome d'azote nucléophile de l'imidazole effectue un pontage chimique avec l'époxide. L'oxygène de la fonction hydroxyle libérée est coordonné avec l'un des deux atomes de cobalt de l'enzyme [14]. Ce centre métallique est indispensable à l'activité de l'enzyme, tout comme le résidu d'histidine en position 339 [13]. Au-delà de la liaison covalente, des interactions hydrophobes et des liaisons hydrogène entre l'inhibiteur et son substrat enzymatique permettent de maintenir la cohésion du complexe. Ces différentes interactions moléculaires sont à l'origine de l'extrême spécificité de la réaction entre l'inhibiteur et la MetAP2. Ces interactions spécifiques ne peuvent s'engager avec la MetAP1, qui pourtant présente elle aussi un résidu histidine en position 231.

Dans la structure tridimensionnelle du complexe fumagilline-MetAP2, déterminée par diffraction de rayons X, la chaîne latérale insaturée de l'antibiotique est orientée vers l'extérieur de la protéine. Cette longue chaîne peut être remplacée par des substituants de natures variées sans pour autant perdre la capacité de fixation à la MetAP2, et par voie de conséquence sans nuire à l'activité pharmacologique. Le TNP-470 (tout comme la fumagilline) contient deux groupements époxides, l'un sur le cycle en position 1, le seul indispensable à l'activité de l'enzyme, et l'autre sur la chaîne latérale. La labilité de ces deux groupements explique en grande partie la courte demi-vie plasmatique du produit [13, 15, 16].

Études précliniques

L'engouement pour les inhibiteurs de l'angiogenèse est tel qu'il existe de nombreuses études précliniques. Le TNP-470 inhibe la croissance tumorale et la formation de métastases in vitro dans bon nombre de modèles cellulaires, qu'ils soient murins ou humains. Mais ces modèles cellulaires in vitro, s'ils permettent de mesurer l'inhibition de croissance tumorale, n'apprécient cependant ni l'activité antimétastatique, ni l'effet antiangiogénique. En revanche, un inhibiteur d'angiogenèse peut présenter une activité in vivo, dans des conditions telles que les cellules endothéliales contrôlent la croissance tumorale. C'est ici l'ambiguïté de l'activité du TNP-470 qui agit directement sur les cellules tumorales et sur les cellules endothéliales in vitro.

Les espoirs reposent donc sur les résultats des études in vivo pour cet inhibiteur particulier de l'angiogenèse. L'administration du TNP-470 dans des microsphères ou des solutions de triglycérides a permis d'accroître sa stabilité, de prolonger la rétention de la molécule au niveau du site tumoral et d'augmenter ainsi l'efficacité du TNP-470 [17, 18]. Les résultats précliniques les plus encourageants sont reportés dans le tableau I [19-25].

Pour les études in vivo, l'inhibition de croissance des tumeurs primitives et surtout secondaires est importante (tableau I). L'inhibition de croissance tumorale semble davantage être la conséquence d'un effet antiprolifératif que de l'action antiangiogénique du TNP-470. Ce dernier inhibe la croissance tumorale mais peut aussi, dans certaines circonstances, favoriser la régression, comme le démontre une étude récente sur un modèle de carcinogenèse des cellules d'îlots pancréatiques [26]. Parallèlement à son effet antiangiogénique marqué, le TNP-470 présenterait un pouvoir immunosuppresseur paradoxal, démontré sur une lignée cellulaire LY80 connue pour l'apparition spontanée de métastases. Il augmente l'incidence et la croissance de métastases lymphatiques chez des rats porteurs de tumeurs développées après injection sous-cutanée de cellules sarcomateuses et traités par le TNP-470 [27]. Enfin, il est important de mentionner que l'action du TNP-470 n'est pas restreinte à l'angiogenèse tumorale puisqu'elle touche conjointement l'angiogenèse physiologique [28].

Dans les xénogreffes de tumeurs murines, la survie moyenne est allongée de 56 % et 100 % respectivement dans le mélanome et un type de sarcome, après administration de TNP-470 à 30 mg/kg. En comparaison, pour ce dernier type de tumeur, l'adriamycine à 10 mg/kg ne prolonge la survie que de 20 % au maximum [23]. L'effet de l'association du TNP-470 avec la mitomycine C, l'adriamycine, le fluoro-uracile ou le cisplatine est additif et dépend des doses fractionnées administrées dans un modèle de tumeur murine greffée chez des souris syngéniques (mélanome B16BL6) et de xénogreffes de carcinome pulmonaire de Lewis [29]. Dans ce dernier modèle tumoral, l'association TNP-470-cyclophosphamide ou TNP-470-paclitaxel-carboplatine prolonge la survie globale de 50 % [30], et diminue le nombre de métastases pulmonaires [31]. Un effet supérieur du TNP-470 par rapport à la mitomycine a également été observé pour l'inhibition de la prolifération des métastases hépatiques du cancer du côlon TK4 greffé chez la souris nude [32].

Le glioblastome a largement été étudié car cette tumeur est hypervascularisée, exprime de nombreux facteurs de croissance angiogénique et représente la principale pathologie cérébrale de mauvais pronostic. À la dose de 30 mg/kg, en sous-cutané, 3 fois par semaine, la croissance tumorale d'un glioblastome implanté dans la loge périrénale diminue de 94 % tandis que la survie des souris présentant un glioblastome intracrânien est prolongée [21]. La croissance tumorale d'un neurofibrosarcome traité par le TNP-470 est inhibée à 91 %. Mais en fonction de l'ensemble des études portant sur les tumeurs neurologiques, il semblerait que le TNP-470 soit plus actif sur les tumeurs cérébrales bénignes [33]. Dans les xénogreffes de tumeurs humaines prostatiques (PC3) et mammaires (MDA-MB-231) hormono-indépendantes, le TNP-470 inhibe fortement la croissance tumorale de 96 % et 88 % respectivement [24]. L'association de TNP-470 et de cisplatine produit un effet additif sur la réponse thérapeutique dans les xénogreffes de tumeurs prostatiques [24]. Ainsi, les cancers de la prostate et du sein hormono-indépendants seraient des cibles privilégiées pour un traitement antiangiogénique associé ou non à des agents cytotoxiques. L'effet du TNP-470 sur la néovascularisation d'autres types de cancers, notamment pancréatiques ou gynécologiques, mais aussi sur la formation des métastases a également été démontré [33, 34]. Les tumeurs de la sphère ORL ou pulmonaire sont naturellement riches en vaisseaux sanguins, indépendamment de toute production de néovaisseaux [35, 36]. Il n'est donc pas surprenant que l'activité du TNP-470 soit minime sur des lignées de tumeurs des VADS [37]. Les résultats précliniques sont dans l'ensemble très encourageants.

Essais cliniques

En partant de ce concept antiangiogène et sur la base des résultats in vitro et in vivo, le TNP-470 a fait son entrée dans l'arène des essais cliniques, aussi bien en cancérologie qu'en virologie. Dans cette dernière discipline, même si l'action du TNP-470 est limitée dans le sarcome de Kaposi associé à une infection par le VIH, les recherches se poursuivent sous influence médiatique [38]. Trente-six patients, pour la plupart largement prétraités, sont entrés dans un premier essai clinique de phase I [39]. Les pathologies tumorales étaient variables. À partir de la dose initiale de 25 mg/m², pour une perfusion hebdomadaire de 4 heures de TNP-470, 7 paliers de doses ont été nécessaires jusqu'à 235 mg/m² pour déterminer la dose maximale tolérée. Vingt et une patientes présentant un cancer du col utérin ont été également traitées par des perfusions d'une heure de TNP-470 pendant 28 jours (cycle de 42 jours), aux doses de 9,3 mg/m² à 60 mg/m² [40].

C'est la toxicité neurologique cérébelleuse qui limite la prescription de TNP-470. Elle se présente sous forme de vertiges, photophobies, ataxie, mais aussi de troubles cognitifs et psychiques. Ces symptômes apparaissent en moyenne à la sixième semaine et disparaissent chez tous les patients dans les 1 à 2 semaines qui suivent l'arrêt du traitement. Ces symptômes, en relation avec la dose et la durée du traitement, semblent corrélés à la dose cumulée, sans considération du mode d'administration. Quelques autres effets secondaires sont à signaler : des nausées qui répondent au traitement antiémétique, des thrombopénies exceptionnelles, une augmentation des transaminases et des phosphatases alcalines, une fatigue, une anorexie, une perte de poids, toutes anecdotiques. Bien que des saignements oculaires aient été observés chez l'animal et pour un patient présentant un sarcome de Kaposi [38], aucun saignement rétinien n'a été mentionné pour les patients de ces deux études. La durée moyenne du traitement est de 7,5 mois.

L'activité antitumorale du TNP-470 est manifeste chez 4 des 21 patientes qui présentaient un cancer du col de l'utérus, avec 1 réponse complète et 3 stabilisations prolongées d'autant plus longues que la dose est plus forte. La réponse complète concerne des métastases pulmonaires survenant 3 ans après chimioradiothérapie (cisplatine et fluoro-uracile) pour un carcinome peu différencié du col utérin. Elle a été documentée après 3 cycles de TNP-470 à la dose de 71,2 mg/m². Le traitement a été poursuivi pendant 22 mois et aucune progression tumorale n'était observée 8 mois après l'arrêt du traitement [41]. D'autre part, 4 des 7 patientes atteintes de métastases pulmonaires n'ont pas de progression de leur pathologie [40]. La progression d'un mélanome métastatique, résistant à l'ensemble des traitements antérieurs, a été stabilisée par cet inhibiteur de l'angiogenèse. Le traitement a également prolongé l'intervalle libre sans récidive pour 2 patients : l'un présentait un adénocarcinome du côlon avec des métastases pulmonaires, l'autre un histiocytome. Ce dernier patient continue à recevoir le TNP-470 à 50 mg/m² en perfusion hebdomadaire sans récidive apparente de la maladie, soit plus de 3 ans après le début du traitement [39].

Du fait du métabolisme rapide du TNP-470, la pharmacocinétique de cette molécule est très variable. Les principaux métabolites sont l'AGM-1883 et le M-II (figure 1). Le composé AGM-1883 est formé par le clivage du groupement chloroacétyl et le composé M-II est issu de la transformation microsomale de l'AGM-1883 sous l'action d'une époxide hydroxylase [15]. Les demi-vies plasmatiques terminales des trois molécules sont respectivement de 2, 6 et 180 min. Il ne semble pas y avoir d'accumulation de la molécule entre le 1^er et le 22^e jour. Alors que le TNP-470 est rapidement éliminé, l'accumulation des métabolites, principalement du M-II, considéré comme le métabolite inactif du TNP-470, est vraisemblablement responsable de la neurotoxicité. La concentration maximale et l'aire sous la courbe sont très variables. Il existe cependant une relation linéaire entre la dose de TNP-470 et ces deux paramètres pharmacocinétiques [16, 30].

Dans l'ensemble, près de 200 patients ont déjà été traités par le TNP-470. De ces résultats, il ressort une dose recommandée pour les essais de phase II de 60 mg/m² en perfusion de 1 heure, 3 fois par semaine, en continu. Effectivement, le TNP-470, administré dans ces conditions dans une étude de phase II chez des patients porteurs d'un carcinome rénal métastatique, a été bien toléré (quelques neuropathies cérébelleuses résolutives sont survenues). Mais, dans cette étude, 18 % des patients seulement n'ont pas de progression de la maladie et 3 % ont une réponse partielle [40]. Le TNP-470 pourrait s'avérer efficace, si l'administration est prolongée, pour le traitement des métastases, pulmonaires par exemple, ce qui avait été pressenti dans les essais précliniques [24, 27].

CONCLUSION

L'angiogenèse se définit comme un phénomène complexe conduisant à la genèse de nouveaux vaisseaux sanguins à partir ou non de la vascularisation existante [41, 42]. Elle permet souvent la croissance, le développement et la dissémination d'une tumeur cancéreuse. La prolifération d'un amas cellulaire au-delà de quelques millimètres nécessite généralement le développement d'une vascularisation spécifique au sein du tissu colonisé. Quelques tumeurs agressives peuvent néanmoins se développer sans angiogenèse [28, 29]. L'inhibition spécifique des cellules structurant les vaisseaux pourrait provoquer une inhibition sélective des cellules malignes, à moindres frais pour le tissu sain colonisé et ses environs. Cette haute sélectivité potentielle constitue l'un des principes de base et des atouts des thérapies antiangiogéniques, qui suscitent un si grand intérêt à l'heure actuelle. Mais la meilleure connaissance des relations entre la croissance tumorale et l'angiogenèse spécifique de chaque tissu permettra d'améliorer la prescription des molécules antiangiogéniques. Le TNP-470 est probablement l'agent antiangiogénique dont l'évaluation clinique est la plus avancée en oncologie. Les résultats encourageants disponibles à ce jour sont à la mesure des espoirs fondés sur cette nouvelle approche thérapeutique. Sur la base des études précliniques, l'efficacité du TNP-470 semble optimale lorsque la molécule est associée à un médicament qualifié de plus conventionnel comme le cisplatine, le carboplatine ou le cyclophosphamide [30-33, 43]. C'est probablement dans le cadre d'une polychimiothérapie et en administration prolongée que les agents anti-angiogéniques comme le TNP-470 seront développés

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