Amiante et mésothéliome pleural malin : aspects moléculaires, cellulaires et physiopathologiques

ARTICLE

Auteur(s) : Steve Mohr^1,2,3, Gérard Keith², Bertrand Rihn³

¹Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS), Avenue de Bourgogne, BP27, 54501 Vandoeuvre
²Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IBMC) du Centre National de la Recherche Scientifique, UPR 9002, Rue René Descartes, 67084 Strasbourg
³INSERM U525 Equipe 4, Faculté de Pharmacie, 30 Rue Lionnois, 54000 Nancy

Article reçu le 22 Mai 2005, accepté le 28 Septembre 2005

Amiante, du minéral magique à la fibre tueuse !

L’amiante possède, pour un coût faible, des propriétés exceptionnelles : imputrescibilité, résistance au feu, faible conductivité thermique et électrique, résistance mécanique et chimique. Il n’existe, à ce jour, aucun autre matériau qui réunit toutes ces qualités techniques. Tout ceci explique le qualificatif de magic mineral attribué à l’amiante et son utilisation massive dans l’industrie et le bâtiment surtout de 1930 à 1980 avec par tonnage décroissant : chrysotile > crocidolite > amosite. La principale source d’exposition aux fibres d’amiante a surtout été le milieu professionnel [1].

Les fibres d’amiante pénètrent majoritairement dans l’organisme par inhalation et vont se déposer dans les voies respiratoires [2, 3]. Dans la zone trachéobronchique, la plupart des fibres sont épurées mécaniquement par le transport mucociliaire. Une faible proportion peut néanmoins pénétrer dans la muqueuse bronchique. Dans le poumon profond, les fibres sont phagocytées par les macrophages et transportées vers l’interstitium pulmonaire ou le tractus trachéo-bronchique. Parallèlement à cette rétention initiale, des phénomènes de translocation des fibres peuvent aussi se produire vers d’autres sites comme la plèvre, le péritoine et les ganglions lymphatiques. Si les mécanismes d’épuration sont saturés, les fibres stagnent dans le parenchyme pulmonaire. Cette stagnation induit, après un long délai de latence, l’apparition de lésions fibrotiques pleuropulmonaires comme l’asbestose et les plaques pleurales, lésions non cancéreuses. Cependant, des réactions malignes du parenchyme pulmonaire ou de la plèvre sont encore constatées 20 à 40 ans après l’exposition : il s’agit respectivement du cancer broncho-pulmonaire et du mésothéliome pleural malin [4].

Depuis le rapport d’expertise collective de l’INSERM en 1997 [5], deux notions semblent admises, il s’agit de l’absence de seuil d’innocuité de l’amiante et de la nature cancérogène de toutes les variétés d’amiante connues, avec par ordre de cancérogénicité décroissant : le crocidolite, l’amosite, le trémolite et le chrysotile. Bien que son utilisation soit interdite dans la majorité des pays industrialisés (interdiction promulguée en 1997 en France), l’amiante pose actuellement un important problème de santé publique et de santé au travail, voire d’environnement.

Origine et définition de la plèvre et du mésothéliome

Les mésothéliomes sont des tumeurs primitives développées à partir des cellules mésothéliales. Il en existe plusieurs formes, parmi lesquelles les formes localisées (fibroses pleurales) sont généralement considérées comme bénignes et les formes diffuses sont toujours malignes. Le mésothéliome malin diffus atteint toutes les séreuses mais principalement la plèvre (90 %), puis le péritoine (10 %) et exceptionnellement le péricarde. Il peut prendre de nombreux aspects histologiques du fait de la grande plasticité morphologique des cellules mésothéliales et des modifications qualitatives et quantitatives du stroma. On distingue cependant trois types histopathologiques principaux : épithélial (50-70 %), sarcomateux (10-20 %) et mixte ou biphasique (20-35 %) [6].

Historique et étiologie

Bien que le lien avec l’amiante ne soit plus discuté, d’autres facteurs étiologiques ont été suspectés pour expliquer les cas sans exposition avérée. Il s’agit des radiations ionisantes, des séquelles d’infection pleurale (inflammation chronique) [11] et du virus SV40 [12, 13], mais leur rôle reste plus spéculatif et est controversé. Des prédispositions génétiques pourraient être à l’origine de l’apparition du mésothéliome malin dans les populations exposées. En effet, l’observation de certains cas familiaux fait qu’une prédisposition génétique pourrait agir en synergie avec un facteur environnemental [14]. En outre, Hirvonen et al. [15, 16] ont noté que les sujets présentant une délétion homozygote du gène GSTM1 (codant la glutathion S-transférase M1) et les « acétyleurs lents » (polymorphisme du gène NAT2) auraient un risque accru de survenue de mésothéliome malin. Chacun de ces deux génotypes étant associé de façon significative à un excès de risque de survenue de mésothéliome malin.

Épidémiologie

Une telle dynamique épidémiologique peut s’expliquer par l’utilisation massive et la multiplicité des expositions à l’amiante à partir du début du XX^e siècle dans différents secteurs de l’industrie et du bâtiment, l’application tardive des mesures d’interdiction de l’utilisation de l’amiante (1997 en France) et la longue période (30-40 ans) de latence entre l’exposition et la survenue des tumeurs.

Afin d’étudier les données nationales d’incidence du mésothéliome pleural malin, un Programme national de surveillance du mésothéliome (PNSM) a été mis en place en 1998 et couvre actuellement 21 départements. Le PNSM est un programme coordonné par le département Santé Travail de l’Institut de veille sanitaire (InVS, www.invs.sante.fr) qui recueille tous les cas incidents de mésothéliome pleural malin dans les 21 départements participants et les enregistre après vérification anatomopathologique du diagnostic. Selon les premières estimations du PNSM, l’incidence nationale annuelle du mésothéliome de la plèvre serait comprise entre 632 et 844 nouveaux cas en 1998 [20]. L’expertise collective de l’INSERM [5] avait, pour sa part, avancé le nombre de 750 cas pour l’année 1996.

Selon les données des registres français des cancers, réunis dans le réseau FRANCIM (France-Cancer-Incidence et Mortalité) pour l’année 2000, les nouveaux cas de mésothéliome de la plèvre représentaient 0,3 % de l’ensemble des cancers en France et situaient cette pathologie, en termes de fréquence, au dernier rang des cancers étudiés [21]. Avec 1157 décès, dont 74 % chez l’homme, le mésothéliome pleural malin se situait au 20^e rang des décès par cancer et représentait 0,8 % de l’ensemble des décès par cancer [21]. Pour comparaison, le cancer du poumon représentait 10 % de l’ensemble des cancers en France. Avec 27 164 décès, il se situait au 1^er rang des décès par cancer et représentait 18,1% de l’ensemble des décès par cancer [21].

Aspects cliniques

Diagnostic

La certitude du diagnostic du mésothéliome pleural malin est histologique, mais demeure souvent difficile à poser. L’anatomopathologiste doit :

• – affirmer la malignité de la lésion en la distinguant d’une hyperplasie mésothéliale ou d’une tumeur pleurale bénigne ;
• – différencier le mésothéliome pleural malin d’un adénocarcinome pleural (primitif ou secondaire), d’une tumeur mésenchymateuse (sarcome ou tumeur fibreuse) ou d’une métastase pleurale d’un cancer primitif.

De plus, l’existence de formes variantes et de types histologiques rares de mésothéliome pleural malin vient compliquer la tâche [22]. Dans ces conditions, le diagnostic du mésothéliome pleural malin est fondé sur un faisceau d’arguments reposant sur des critères morphologiques, ultrastructuraux et immunohistologiques. Le recours aux techniques d’immunohistochimie a considérablement amélioré la capacité diagnostique et demeure désormais incontournable [23]. Cependant, comme il n’existe, en l’état actuel des connaissances, aucun marqueur biologique spécifique du mésothéliome, le diagnostic reste essentiellement fondé sur l’exclusion, c’est-à-dire la négativité de marqueurs caractérisant d’autres entités pathologiques pleurales. La liste des anticorps disponibles est longue et ne cesse de s’accroître mais, pris isolément, aucun de ces anticorps n’est discriminant, ce qui impose l’utilisation d’un panel d’anticorps pour pouvoir être performant. D’après les Standards, Options, Recommandations (SOR) de la Fédération nationale des centres de lutte contre le cancer, l’étude immunohistochimique minimale du mésothéliome pleural malin doit comporter : cytokératines, EMA (Epithelial Membran Antigen), vimentine, ACE (Antigène carcino-embryonnaire) et Leu-M1 (CD15) [24]. Les principaux éléments de marquage immunohistochimique pouvant être associés en vue d’obtenir une concordance diagnostique positive ou négative sont résumés dans le tableau 1( Tableau 1 ). Bien que l’immunohistologie soit une aide précieuse, ce choix reste controversé et certains auteurs n’y voient qu’un apport limité [25]. Une solution d’avenir réside dans la découverte de marqueurs moléculaires spécifiques du mésothéliome pleural malin et de la cellule de mésothéliome.

En France, face aux difficultés de diagnostic que pose le mésothéliome malin, un collège national d’anatomopathologistes spécialistes a été constitué. Ces experts forment le réseau MESOPATH coordonné actuellement par le Pr F. Galateau-Salle (CHU de Caen). Leur rôle est de répondre aux demandes des anatomopathologistes de l’ensemble du territoire face aux cas suspectés de mésothéliome malin et de leur retourner les conclusions et commentaires diagnostiques.
Tableau 1 Principaux éléments de typage immunohistochimique des tumeurs pleurales (d’après les Standards, Options, Recommandations, Ruffie et al. [24] et Galateau-Salle [163])

Traitement et pronostic

Chirurgie

Radiothérapie

Chimiothérapie

Immunothérapie

Associations thérapeutiques

Dans l’immédiat, la principale préoccupation des cliniciens est de réaliser un diagnostic à un stade précoce où il est possible de proposer un traitement intrapleural de type néo-adjuvant suivi d’une association thérapeutique ayant la chirurgie comme base. Pour les formes évoluées, l’efficacité des thérapies anticancéreuses classiques reste faible ; un espoir demeure dans le développement de thérapies novatrices pouvant moduler l’activité du génome des cellules tumorales ou la réponse immunitaire antitumorale.

Recherches et perspectives thérapeutiques

• – la modulation de certaines voies de régulation : l’activité des cytokines, des facteurs de croissance (VEGF, FGF, TGF, EGF) ou celle de leur récepteur respectif, impliqués dans la physiopathologie du mésothéliome pleural malin, pourrait être modulée par l’utilisation d’antagonistes, de récepteurs solubles, d’inhibiteurs de synthèse ou d’anticorps spécifiques [43] ;
• – la thérapie génique : différents modes de thérapie génique, par gène suicide [44], gène régulateur [45] ou gène antisens [46], font l’objet d’intenses évaluations. Les progrès engagés dans l’amélioration des procédés de transfection cellulaire, mais aussi dans l’identification des gènes impliqués dans le mésothéliome pleural malin devraient bientôt permettre l’émergence de nouveaux programmes thérapeutiques ;
• – la thérapie immunitaire : elle a pour objectif de stimuler le système immunitaire du patient afin d’engager une réaction cytotoxique antitumorale. D’une thérapie immunitaire non spécifique, on s’oriente actuellement vers des thérapies spécifiques. Les recherches tentent en effet d’isoler des marqueurs tumoraux [27] et d’obtenir une réaction immunologique qui leur est propre par l’utilisation de cellules présentatrices d’antigène comme les cellules dendritiques. Comme le décrivent les données immunobiologiques évoquées dans le paragraphe suivant, ce type de thérapie doit prendre en considération les mécanismes d’échappement développés par le mésothéliome pleural malin comme la sécrétion de molécules immunosuppressives.

Seul un développement de ces nouvelles thérapies, à la lumière d’une meilleure connaissance de la biologie et de l’immunité du mésothéliome pleural malin, pourrait faire espérer des progrès améliorant la prise en charge thérapeutique des patients.

Aspects cellulaires et moléculaires

Mécanismes d’action des fibres d’amiante

Caractéristiques des fibres d’amiante conditionnant leur réactivité

• – leurs dimensions : les caractéristiques dimensionnelles des fibres sont primordiales puisqu’elles conditionnent à la fois le devenir des fibres inhalées et leur réactivité in vivo. Schématiquement, les fibres longues (> 5 μm) et fines (diamètre < 0,5 μm) ont un potentiel toxique intrinsèque accru en partie par leur épuration diminuée par rapport aux fibres courtes [5, 48, 49]. La fibrose, le mésothéliome malin et le cancer bronchopulmonaire ont été attribués aux fibres excédant respectivement 2 μm, 5 μm et 10 μm de longueur [50] ;
• – leur composition chimique : la nature des éléments, et en particulier des cations, entrant dans la composition des diverses variétés de fibre d’amiante influence leur vitesse de dissolution dans les milieux biologiques et leur réactivité de surface. Ainsi, le contenu en fer ferreux va notamment conditionner l’apparition de métabolites actifs de l’oxygène à l’origine d’un stress oxydatif [51]. De plus, une diminution du potentiel toxique selon le contenu en magnésium a été montrée pour les fibres de chrysotile [52] ;
• – leur biopersistance : la biopersistance est une variable multiparamétrique définie par la durée de rétention des fibres dans le poumon de rongeurs. Elle est inversement proportionnelle à la clairance des fibres mesurée par leur demi-vie dans le poumon. Elle dépend de la stabilité physique (épuration, défibrillation) et chimique (dissolution) des fibres in vivo. En conséquence, la teneur en fibres dans les poumons fluctue au cours du temps, tant par leur nombre que par leurs dimensions. Ainsi, plus une fibre est stable en milieu biologique, plus elle est toxique [53-55]. La biopersistance est souvent utilisée pour rendre compte des différences de toxicité observées entre les deux principales catégories d’amiante. En effet, les études ont montré que les amphiboles présentaient une biopersistance supérieure à celle du chrysotile, cette donnée étant confirmée chez l’homme par des analyses biométrologiques [56]. Outre le paramètre « dimension », la biopersistance des amphiboles est fortement liée à des propriétés cristallographiques et chimiques qui confèrent à ces fibres une résistance à la biodégradation et qui potentialisent leur toxicité [57]. Il convient cependant de noter que le concept de biopersistance repose sur un certain nombre d’hypothèses dont certaines n’ont pas été vérifiées par l’expérience. Ainsi, par exemple, aucune relation quantitative entre biopersistance et pourvoir cancérogène chez l’animal n’a été clairement établie.

Mécanismes de toxicité des fibres d’amiante

• – phénomènes d’adsorption : les fibres d’amiante ont la capacité d’adsorber les phospholipides, les protéines et les acides nucléiques [58] présents dans leur environnement. Des réactions complexes peuvent se produire à la surface des fibres d’amiante au contact du milieu biologique, comme en témoigne la formation de corps asbestosiques composés de fibres gainées par une structure ferro-protéique. Ces interactions, surtout non covalentes, sont déterminées par la nature physicochimique de la surface fibreuse et varient en fonction des conditions physiologiques. Les forces d’interaction générées peuvent induire des changements conformationnels [59] et modifier l’activité protéique ou interférer avec la dynamique cellulaire. Par ailleurs, les molécules adsorbées à la surface des fibres peuvent influencer leur clairance [60, 61] et leur toxicité [62-64] dans l’appareil respiratoire ;
• – génération d’espèces réactives : les travaux les plus récents placent le stress oxydatif au cœur des mécanismes de toxicité des fibres d’amiante [65, 66]. De nombreuses études ont effectivement montré la production d’espèces réactives dérivées de l’oxygène (ERO) ou de l’azote (ERA) présentant un potentiel clastogène ou mutagène. La formation de ces molécules résulte de la présence de fer oxydable à la surface des fibres favorisant la production d’ERO par les réactions de Haber-Weiss et Fenton [51], des événements de phagocytose incomplète par les macrophages (frustrated phagocytosis) suscitant une attraction sans cesse renouvelée de macrophages et favorisant à leur tour la libération d’ERO [67] et de l’induction de systèmes enzymatiques produisant des ERA et des ERO comme l’induction de la nitrite oxyde synthétase (iNOS) [68, 69] ou de la NADPH oxydase [70] dans les cellules au contact des fibres. Les radicaux libres peuvent ensuite oxyder les macromolécules biologiques (ADN, lipides, protéines) et induire des lésions et dysfonctionnements cellulaires ;
• – libération de médiateurs chimiques : les cellules inflammatoires et les autres cellules du parenchyme pulmonaire activées au contact des fibres d’amiante synthétisent et sécrètent un panel de médiateurs chimiques comprenant des facteurs de croissance, chimiotactiques et pro-inflammatoires : leucotriènes, prostaglandines, interleukines et molécules du complément [71, 72] ;
• – interactions avec le matériel génétique : une fois internalisées, les fibres entre en contact et peuvent interférer avec les composants subcellulaires comme les chromosomes. Ces aspects sont détaillés plus loin.

De nombreuses revues de la littérature argumentent les différents aspects mécanistes évoqués ci-dessus et tentent d’en établir les interactions. La ( figure 1 ) récapitule les hypothèses avancées qui, de par leur complémentarité, permettent d’envisager un mécanisme d’action et d’expliquer les effets pléiomorphes de l’amiante.

Effets cellulaires et moléculaires – Potentiel cancérogène

Effets sur l’ADN

Les lésions de l’ADN sont aussi suggérées indirectement par l’induction de système de réparation dans les cellules au contact de l’amiante. La synthèse non programmée de l’ADN [76], l’activation de la poly(ADP) ribose polymérase [77] et de l’AP-endonucléase [78] font ainsi suite au traitement de cellules mésothéliales de rat par des fibres d’amiante à des concentrations allant de 1,25 à 20 μg/cm².

Par ailleurs, l’utilisation de cellules hybrides [79] et de mutants de systèmes de réparation à l’ADN [80] a révélé l’existence de délétions chromosomiques et de cassures de l’ADN induites par les amiantes.

Ainsi, les potentiels mutagène et clastogène des fibres d’amiante sont généralement admis. Les fibres d’amiante sont d’ailleurs classées dans le groupe 1 « cancérogènes avérés pour l’homme » par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC). Les molécules à l’origine de ces altérations résulteraient majoritairement d’une synergie des ERO et ERA liées aux fibres et aux mécanismes de défense (macrophages, leucocytes), comme en témoigne la protection exercée par les antioxydants [81, 82].

Effets sur les chromosomes et la ploïdie

Pour de nombreuses cellules, la mitose ne s’achève pas par une cytodiérèse, entraînant ainsi une binucléation des cellules. D’après Pelin et al. [89], les cellules mésothéliales humaines semblent particulièrement sensibles à ce phénomène même en présence de faibles quantités d’amiante. En culture, ces cellules conservent néanmoins leur capacité de division et peuvent donc, par aneuploïdie, acquérir un avantage de croissance.

Effets mitogènes

Bien que les macrophages soient considérés comme la source primaire de médiateurs chimiques, les cellules « cibles » du parenchyme pulmonaire (mésothéliales, épithéliales, etc.) participent également activement à l’installation et à l’entretien du processus inflammatoire dans les espaces pleuro-pulmonaires [91]. Pour preuve, l’amiante induit dans les cellules mésothéliales la production d’IL8 [92], stimulant le recrutement de polynucléaires neutrophiles et la réponse inflammatoire dans l’espace pleural. En outre, certains de ces facteurs peuvent stimuler la prolifération des cellules mésothéliales de façon autocrine [93, 94].

Un troisième processus est vraisemblablement mis en jeu. Il s’agit des micronécroses induites par l’activité cytotoxique des fibres d’amiante et qui stimulent, selon le degré de réponse inflammatoire et le niveau de lésion tissulaire, une prolifération compensatrice constituant une source supplémentaire de stimulation mitogène [95].

Effets sur l’expression des gènes

Effet transformant

L’amiante est donc considéré comme un cancérogène complet [105]. Les fibres d’amiante agissent principalement par un mécanisme épigénétique, mais leur capacité à produire des lésions du matériel génétique leur confère un potentiel génotoxique indéniable.

Les effets cellulaires et moléculaires de l’amiante résultent d’interactions complexes, cellule/fibre/milieu biologique, où l’axe inflammatoire est à la base du pouvoir pathogène des fibres naturelles sur les voies respiratoires.

Éléments de physiopathologie moléculaire du mésothéliome

Généralités et hypothèses sur la pathogenèse du mésothéliome

Les fibres d’amiante inhalées atteignent le tissu pleural directement par les espaces alvéolaires sous-pleuraux ou par l’intermédiaire du système lymphatique pleural. À ce stade, les fibres sont phagocytées par les macrophages pleuraux, dont l’activation et les événements de phagocytose « inefficace » et incomplète répétés génèrent des espèces réactives (ERO, ERA) et des médiateurs chimiques comme les cytokines et les facteurs de croissance. Ces derniers recrutent d’autres cellules inflammatoires comme les macrophages et les neutrophiles et stimulent l’angiogenèse, la croissance et la formation de matrice extracellulaire. Les espèces réactives, et probablement la réactivité propre des fibres, altèrent les cellules mésothéliales par l’activation des voies de signalisation et des systèmes de transcription associés (MAPK, NFκB, AP1), et par la production de lésions cellulaires. La stimulation chronique de la prolifération cellulaire possède un effet promoteur de cellules préalablement initiées présentant des mutations non réparées. L’environnement inflammatoire, associé à la présence de fibres dans l’espace pleural, attire également des cellules immunitaires effectrices (lymphocytes), rapidement inhibées par des molécules immunosuppressives.

La croissance néoplasique du mésothéliome pleural malin est donc la résultante des modifications génétiques et épigénétiques des cellules mésothéliales altérant leur réponse aux signaux de croissance, d’une réponse inflammatoire chronique dans l’espace pleural produisant des médiateurs chimiques et des molécules toxiques et de l’inefficacité des défenses immunitaires recrutées au site d’inflammation. Les effets de ces événements sont additifs lors du processus séquentiel de transformation. La pathogenèse du mésothéliome malin suggère que les fibres agissent tout au long de la période de latence entre l’exposition à l’amiante et l’apparition de la pathologie ou qu’elles soient à l’origine d’une réponse inflammatoire auto-entretenue dans l’espace pleural [107].

Principales caractéristiques moléculaires du mésothéliome

Anomalies génétiques

Le mésothéliome malin montre peu de mutations ponctuelles de gènes critiques par rapport aux autres cancers. Toutefois, les altérations chromosomiques rapportées peuvent également altérer l’activité de ces gènes. C’est le cas pour deux gènes suppresseurs de tumeur, CDKN2A et NF2.

En effet, de nombreuses lignées humaines de mésothéliome malin présentent une délétion homozygote en 9p21 [109]. C’est la région du locus CDKN2A comportant les gènes p16 et p14 qui partagent deux exons communs. La perte de ces gènes affecte les fonctions régulatrices du cycle cellulaire respectivement médiées par les protéines Rb et p53. En criblant 40 lignées cellulaires et 23 tumeurs primaires de patients, Cheng et al. [110] ont constaté que 85 % des lignées de mésothéliome malin présentaient une délétion homozygote d’un ou de plusieurs exons de p16. Dans les autres lignées, la réduction d’expression de p16 pouvait être corrélée à une méthylation du promoteur. Les prélèvements humains donnent des pourcentages plus faibles, fait initialement attribué à un avantage sélectif de la délétion p16 in vitro mais qui semble plutôt attribué à un masquage de la délétion p16 dû à la présence de cellules normales dans les prélèvements de tissus primaires. En effet, la présence de délétions homozygotes de p16 a récemment été rapportée dans environ 75 % des tissus de mésothéliomes [111]. D’autres travaux ont également montré une altération de l’expression de p16 dans les tissus humains soit par mutation ponctuelle (événement rare), soit par méthylation du promoteur [112, 113]. Les données géniques et protéiques disponibles suggèrent que les altérations génétiques et/ou épigénétiques du locus CDKN2A contribuent à la tumorigenèse du mésothéliome. Pour preuve, l’expression de p16 par transfection dans les cellules de mésothéliome malin entraîne un arrêt du cycle cellulaire, l’apoptose et la diminution de la taille et de la formation de tumeurs [45]. Le transfert de p14 dans les cellules de mésothéliome malin induit un arrêt en G1 et l’entrée dans un processus d’apoptose [114].

La perte partielle ou totale du chromosome 22 est l’anomalie la plus fréquente du mésothéliome malin [115]. En 22q12 siège le gène NF2 dont la mutation prédispose à l’apparition de tumeur d’origine neuroectodermique. Des mutations somatiques de NF2 (délétion, insertion, non sens), entraînant une troncature protéique, ont été référencées dans 40 à 55 % des lignées de mésothéliome malin et confirmées dans plusieurs tumeurs primaires [116]. Dans certains cas, le transcrit NF2 est modifié sans qu’il y ait de mutation génique, suggérant que des événements d’épissage aberrant contribuent à l’inactivation de NF2 [116]. La protéine n’est pas détectée dans les cellules portant une mutation de NF2 [117]. Une analyse de perte d’hétérozygotie a révélé une perte allélique du locus NF2 dans 18 lignées de mésothéliome malin sur 25 (soit 72 %), toutes associées à une expression aberrante de NF2, suggérant la possibilité de deux mécanismes d’inactivation de NF2 [117].
Tableau 2 Principales anomalies caryotypiques du mésothéliome malin (selon Sandberg et Bridge [108])

Anomalies génomiques

Un domaine en pleine effervescence concerne la caractérisation de l’environnement en médiateurs chimiques du mésothéliome malin. Une revue de Fitzpatrick et al. [128] en dresse un inventaire. Les médiateurs les mieux caractérisés et produits par la cellule de mésothéliome malin sont le PDGF, le TGFβ et l’IL6. Beaucoup d’autres biomolécules sont produites par ces cellules, comme le montre le tableau 3( Tableau 3 ), mais leur rôle dans le développement du mésothéliome malin reste plus qu’hypothétique. À cela s’ajoutent les molécules synthétisées par les cellules non malignes du microenvironnement tumoral, et en particulier les cellules de la réponse immune et inflammatoire : macrophages, neutrophiles et lymphocytes. Cependant, il semble que les cellules de mésothéliome soient elles-mêmes la source principale de médiateurs chimiques dans les mésothéliomes malins. Ainsi, elles assureraient leur autonomie de croissance au sein de la tumeur.

Concernant les récepteurs mésothéliaux associés à ces facteurs, les études ont mis en évidence des stimulations autocrines activant notamment les récepteurs au PDGF [129, 130], à l’EGF [131] et à l’IGF-I [93]. Puis des actions paracrines ont été suggérées avec l’individualisation des récepteurs à l’IFNγ [132], à l’IL2 [133] et à l’IL4 [134].

Cette panoplie de protéines suggère l’installation de systèmes autocrine et paracrine impliqués dans la pathogenèse des mésothéliomes malins. Ces molécules favoriseraient la prolifération des cellules de mésothéliome malin, la croissance indépendante de l’ancrage in vitro, l’inhibition de la réponse immunitaire antitumorale et le développement des syndromes paranéoplasiques associés (tableau 3).
Tableau 3 Nature et fonctions des principaux médiateurs chimiques exprimés par les cellules de mésothéliome (adapté de Bielefeldt-Ohmann et al. [106] et Fitzpatrick et al. [128])

Anomalies immunitaires

Par la suite, les cellules de mésothéliome malin prennent le relais ou complètent cette action en développant leurs propres stratégies de défense face à la réponse immunitaire antitumorale. De plus, les cellules de mésothéliome malin sont elles-mêmes caractérisées par une faible immunogénicité [137]. Pour résumer, il est à noter que les cellules de mésothéliome malin produisent des médiateurs à activité immunosuppressive comme décrit dans le tableau 3, que le phénotype de surface des lymphocytes et des macrophages infiltrant la tumeur indique une suppression ou une déviation d’activité, voire un état d’anergie [138], que l’hétérogénéité des cellules de mésothéliome malin favorise le développement de celles échappant à la réponse antitumorale [139] et que les cellules de mésothéliome malin présentent un déficit en molécules de surface nécessaires au processus de stimulation des cellules immunitaires : présentation d’antigène, adhésion et costimulation [137].

Les données immunobiologiques suggèrent que le développement du mésothéliome malin affecte l’immunité locale, systémique et empêche la production d’effecteurs antitumoraux, contribuant ainsi à l’échappement des cellules de mésothéliome malin à l’élimination par le système immunitaire.

Transcriptome du mésothéliome

Transcriptomique des cancers

La connaissance de la structure du génome humain et le développement de nouvelles technologies analytiques constituent les ferments d’une révolution de la recherche biologique et de ses applications médicales, notamment en cancérologie. Ces avancées conceptuelles et technologiques ouvrent la voie à une approche globale des cancers par le biais de la génomique fonctionnelle. Dans ce contexte, l’utilisation d’outils d’analyse moléculaire à haut débit, comme les biopuces, a apporté un nouvel élan à la caractérisation de la complexité tumorale.

La cancérologie est probablement le domaine de recherche où la transcriptomique a eu jusqu’à présent le plus d’impact et de succès [141, 142]. La caractérisation des tumeurs par leur transcriptome est donc équivalente en quelque sorte à un profilage moléculaire [143] de ces mêmes tumeurs. Cela permet de dresser des « portraits » moléculaires des cancers et d’identifier les « signatures » moléculaires relatives à la typologie (origine cellulaire, histologie), au développement (stade de progression), à la mécanistique (altération moléculaire sous-jacente, classe fonctionnelle altérée) et au comportement clinique (résistance ou réponse aux traitements) d’une tumeur. La validation du principe ainsi que des applications notables ont déjà été réalisées dans le cas de plusieurs cancers [142, 144].

Transcriptomique du mésothéliome pleural malin

Au cours de l’année 2000, deux équipes publiaient les premières données transcriptomiques en relation avec la cancérogenèse induite par les fibres d’amiante. Sandhu et al. [146] ont étudié l’effet des fibres d’amiante in vivo sur le transcriptome du mésothélium péritonéal par injection intrapéritonéale de crocidolite chez le rat. Une analyse par macroréseau de 588 gènes sur le tissus péritonéal prétumoral (52 semaines après injection) a montré l’induction de 5 gènes par le crocidolite : c-myc, ilk, egfr, c-jun et fra-1. Ces expressions différentielles ont été confirmées par RT-PCR sur les tissus de mésothéliome péritonéal malin prélevés 70-110 semaines après injection. Par ailleurs, une analyse par hybridation soustractive suppressive (SSH) sur ces mêmes tissus a également montré la surexpression des gènes opn et zyx. Ces données mettent en avant : l’induction de c-myc par les fibres d’amiante, résultat confirmé par les mêmes auteurs en traitant des cellules mésothéliales de rat en culture avec le crocidolite, l’implication du système de régulation nucléaire AP1 et des voies de signalisation associées (ERK) avec la surexpression des gènes egfr, c-jun et fra-1 et l’importance de la communication matrice/cellule via les intégrines avec la surexpression des gènes opn, zyx et ilk. Dans la seconde étude, Zhao et al. [147] ont caractérisé la cinétique de réponse transcriptionnelle d’une lignée cellulaire d’épithélium bronchique humain au chrysotile à l’aide d’un macroréseau de 588 gènes. Un panel de 15 gènes était différentiellement exprimé entre les cellules tumorales et les cellules saines, dont 11 ont pu être confirmés sur des cellules transformées non tumorales. L’analyse fonctionnelle de ces gènes a suggéré deux voies d’action complémentaires des fibres de chrysotile favorisant la fixation de dommages génétiques et la progression tumorale. Premièrement, l’activation d’un récepteur à activité tyrosine kinase qui stimule l’expression des gènes FOS (via la voie de signalisation ERK) et NFκB aboutissant à une résistance à l’apoptose et à un accroissement de la prolifération cellulaire, d’après la surexpression des gènes IR, NFκB, c-fos et ERK2. Les gènes IR et c-fos étaient les deux seuls à être déjà sur-exprimés dans les cellules transformées non tumorales, signifiant leur induction précoce par les fibres de chrysotile. La seconde voie d’action impliquait l’augmentation de l’instabilité génomique et de la susceptibilité au stress oxydant par la sous-expression des gènes KU70 et DCC.

Concernant le mésothéliome pleural malin, les premières applications transcriptomiques s’appuyaient sur l’étude comparative de l’expression des gènes de cellules mésothéliales (plèvre saine) et de cellules de mésothéliome en culture (étude in vitro). Ainsi, le premier transcriptome de mésothéliome pleural malin, sur 7000 gènes, fut publié en 2000 par notre équipe [148, 149]. Dans cette étude, l’expression différentielle des lignées MET-5A (plèvre saine) et MSTO-211H (mésothéliome) a montré que 209 gènes étaient sur-exprimés et 84 étaient sous-exprimés dans les cellules de mésothéliome par rapport aux cellules mésothéliales. D’après les résultats de l’analyse bio-informatique de ces profils d’expression, les cellules de mésothéliome surexprimaient des gènes impliqués dans : la progression du cycle cellulaire (comme par exemple MYC, KRAS2, CDC27, CDK7 et CCNH), la protection et la stabilité des macromolécules (gènes de protéines de choc thermique et de chaperonines), la réparation de l’ADN (GADD45A et NBS1), la résistance aux médicaments et au stress oxydatif (ANXA1, BLMH, DYPD, GCLC et TXN) et l’invasion tissulaire locale représentée par de nombreux gènes d’intégrines (ITGA3, ITGA4, ITGA6, ITGBL1) et par des gènes associés à l’intégrité de la matrice extracellulaire comme les gènes THBS2 et TIMP3 [148, 149]. Ces résultas peuvent être rapprochés des modifications d’expression dans les systèmes de communication via les intégrines, de l’induction de c-myc et de l’accroissement de la prolifération cellulaire par les fibres d’amiante observées précédemment [146, 147].

Puis, Kettunen et al. [150] ont comparés le profil d’expression de gènes de 4 lignées humaines de mésothéliome malin de différents histotypes à celui de 2 lignées de cellules mésothéliales à l’aide d’un macroréseau de 588 gènes. Les gènes identifiés comme exprimés de façon différentielle dans au moins 3 lignées de mésothéliome concernaient : les voies de régulation de la croissance et du cycle cellulaire (gènes de cyclines et de kinases dépendantes des cyclines), la résistance à l’apoptose et la promotion de la réponse aux lésions de l’ADN et de la réparation de l’ADN (KU80) pour les gènes sur-exprimés et les protéines impliquées dans l’adhésion, la mobilité et l’invasion cellulaire pour les gènes sous-exprimés. Ces résultats sont en accord avec les caractéristiques du transcriptome de mésothéliome citées précédemment [148]. En 2003, une étude de Singhal et al. [151] est venue compléter ces données transcriptomiques avec l’analyse, sur 4132 gènes, de 16 tissus humains de mésothéliome malin et 4 tissus pleuraux sains. Parmi les gènes exprimés de façon différentielle, 166 étaient sur-exprimés et 26 sous-exprimés dans les tissus de mésothéliome par rapport aux tissus sains. L’analyse fonctionnelle de ces transcriptomes a été réalisée par une approche originale utilisant les structures de vocabulaire hiérarchisées définies par le Gene Ontology Consortium (www.geneontology.org). Elle a montré l’activation de gènes du métabolisme glucidique, de la synthèse protéique et du remodelage du cytosquelette. Ces résultats rejoignent l’induction de nombreux gènes de la machinerie traductionnelle également constatée dans une étude ex vivo, sur plus de 9000 gènes, par Mohr et al. [152]. Dans cette dernière, les auteurs ont montré l’expression différentielle de 757 gènes dans les tissus de mésothéliome pleural malin par rapport aux cellules de plèvre saine. La confrontation des profils d’expression des tumeurs et des lignées cellulaires a permis d’établir des relations intéressantes. Tout d’abord, chaque tumeur possédait un transcriptome propre, mais néanmoins suffisamment similaire aux autres transcriptomes tumoraux pour être distingué de celui de plèvre saine. Ces résultats concourent donc à la classification des mésothéliomes par leur profil d’expression, définissant ainsi les bases d’une nosologie moléculaire, c’est-à-dire une classification moléculaire des maladies. L’analyse par regroupement des gènes a permis de caractériser plusieurs de leurs sous-ensembles dont l’expression était spécifiquement altérée dans le mésothéliome pleural malin. Ils correspondaient fonctionnellement aux processus d’invasion et de remodelage tissulaire, à la protection et à la résistance des cellules, aux défenses antitumorales endogènes (système immunitaire) et exogènes (agents physiques et chimiques), et aux gènes du système immunitaire [153]. Certaines de ces caractéristiques avaient déjà été trouvées dans une étude in vitro sur modèles cellulaires, comme par exemple la surexpression des gènes TIMP3, GADD45A, NBS1 et BLMH [148, 149]. Elles semblent donc spécifiques au mésothéliome pleural malin.

Un problème récurrent dans l’analyse moléculaire des cancers est l’hétérogénéité du tissu tumoral. En effet, une tumeur est un tissu composite de cellules tumorales, de soutien, immunitaires, etc. Cette pluralité cellulaire se répercute inévitablement sur les profils d’expression, comme cela a pu être observé dans les études sur prélèvements ex vivo [151, 152] pour un sous-ensemble de gènes de l’immunité exprimé, au moins en partie, par les cellules immunitaires infiltrant la tumeur [153]. De fait, ex vivo, les cellules tumorales peuvent être masquées par la présence des cellules de soutien ou du système immunitaire. C’est pourquoi une analyse plus ciblée des cellules mésothéliales saines et cancéreuses a été entreprise. La microdissection de tissus par capture au laser couplée avec les techniques d’analyse moléculaire à haut débit comme les puces d’expression autorise la réalisation de profils d’expression de gènes de cellules mésothéliales et de cellules de mésothéliome extraites de leur environnement tissulaire (étude in situ). Cependant, cette approche a d’abord nécessité une mise au point technique compte tenu des faibles quantités de matériel microdisséqué (1000 cellules), par rapport aux exigences de la méthode de puce d’expression en ARN total, soit 50 à 200 μg [154]. De fait, une méthode comprenant l’extraction de l’ARN total, l’amplification linéaire des ARNm fondée sur l’utilisation de la T7-polymérase et leur marquage par des analogues fluorescents de l’UTP avant l’hybridation sur la puce à ADN a été optimisée et validée. L’application de ce protocole a donc permis l’étude in situ, sur 9850 gènes, des transcriptomes de cellules mésothéliales et de cellules de mésothéliome microdisséquées [155]. Les résultats ont révélé l’expression différentielle de 462 gènes dont 302 étaient sur-exprimés et 160 sous-exprimés dans les cellules de mésothéliome microdisséquées par rapport aux cellules mésothéliales microdisséquées. L’analyse de ces gènes exprimés de façon différentielle a permis de mettre en évidence des marqueurs moléculaires de la cellule de mésothéliome avec, en particulier, la surexpression de nombreux gènes de résistance au stress oxydatif comme ceux codant la chaîne lourde 1 de la ferritine (FTH1), la chaîne légère de la ferritine (FTL), la glutathion transférase (GSTP1), la glutathion S-transférase microsomale (MGST3), la peroxyrédoxine 1 (PRDX1), la thiorédoxine peroxydase (PRDX4), la superoxyde dismutase 1 (SOD1), la protéine apparentée à la thiorédoxine (TXNL2) et la thiorédoxine elle-même (TXN) [155]. Outre l’aspect fondamental, cette opportunité a constitué une avancée déterminante pour l’intégration des puces d’expression en pratique clinique en raison de la nécessité de travailler sur des petites biopsies, voire du matériel microdisséqué.

L’analyse du transcriptome de mésothéliome pleural malin concourt à une meilleure compréhension des bases moléculaires de la cancérogenèse pleurale et permet de définir une empreinte moléculaire du mésothéliome, marquée par la modulation de sous-ensembles de gènes spécifiques au phénotype malin. Ce type d’analyse suggère aussi que certains de ces gènes puissent être : des nouveaux marqueurs moléculaires pour améliorer le diagnostic et affiner le pronostic du mésothéliome pleural malin, des paramètres à surveiller pour la détection précoce du mésothéliome pleural malin et des cibles potentielles pour de nouvelles stratégies thérapeutiques. Ainsi, des gènes comme FTL et TXN, codant respectivement la thiorédoxine et la chaîne légère de la ferritine, présentent une expression augmentée dans le mésothéliome pleural malin par rapport aux cellules mésothéliales (plèvre saine) dans trois conditions d’étude présentées ci-dessus : in vitro [148], ex vivo [152] et in situ [155]. Leur valeur diagnostique doit maintenant être évaluée par des études anatomocliniques. Il convient également de noter que l’exploitation des transcriptomes permet de rassembler et de rendre cohérents de nombreux résultats publiés à l’état unitaire dans la littérature scientifique, soulignant une fois de plus les potentialités des puces d’expression.

À la lumière de ces informations, l’étude d’un jeu limité mais pertinent de gènes présélectionnés dans une étude à grande échelle peut se révéler intéressante pour la nosologie, le diagnostic ou le pronostic des mésothéliomes pleuraux malins. Par exemple, Gordon et al. ont pu récemment identifier des sous-ensembles de moins de dix gènes qui seraient suffisante pour le diagnostic différentiel [156] ou pour prédire l’évolution clinique des patients atteints de mésothéliome pleural malin [157].

L’analyse moléculaire du mésothéliome pleural malin présente donc de multiples intérêts avec des améliorations attendues en cancérogenèse moléculaire, dépistage, diagnostic, pronostic et thérapie [158]. Encore récemment, l’analyse du transcriptome du mésothéliome pleural malin a montré son intérêt tant sur le plan fondamental, pour la compréhension des mécanismes de cancérogenèse [159], que sur le plan pratique pour le choix thérapeutique [160, 161]. Cependant, il convient de souligner que les technologies d’analyse du transcriptome, comme les puces à ADN, présentent de nombreuses limitations, en particulier en ce qui concerne la qualité du matériel analysé, la fiabilité et la reproductibilité (revue dans [162]), soulignant l’importance de la réplication des expérimentations et de la validation des résultats par des méthodes alternatives.

Conclusion et perspectives

L’absence de moyens d’intervention efficaces face à la genèse et au développement inexorable du mésothéliome pleural malin est sans doute à mettre sur le compte des lacunes dans la compréhension des mécanismes biologiques à la base de ces cancers. Certes, les recherches antérieures ont précisé certaines caractéristiques morphologiques, physiologiques et moléculaires du mésothéliome pleural malin, mais ces informations restent partielles, disparates et parfois même contradictoires. De nombreuses questions subsistent encore quant aux effets cellulaires et moléculaires des fibres d’amiante. Seule une analyse moléculaire globale plus approfondie des cellules mésothéliales, à l’origine du phénotype tumoral, permettrait d’envisager des solutions efficaces de prise en charge des patients atteints de mésothéliome pleural malin. Dans ce contexte, l’information collectée au cours d’études holistiques de type transcriptomique ouvre de nouvelles perspectives en termes de cancérogenèse moléculaire du mésothéliome pleural malin tant sur le plan des applications médicales que sur celui des études plus cognitives.

Compte tenu des difficultés de prise en charge des patients atteints de mésothéliome pleural malin, les données issues de l’analyse du transcriptome de mésothéliome pleural malin peuvent représenter un apport intéressant. À l’heure actuelle, la batterie de marqueurs immunohistochimiques (anticorps) dont disposent les anatomopathologistes ne permet pas toujours de réaliser le diagnostic différentiel des adénocarcinomes pulmonaires périphériques. Les études sur le transcriptome de mésothéliome pleural malin proposent de nouveaux marqueurs positifs (gènes sur-exprimés) et négatifs (gènes sousexprimés) du mésothéliome pleural malin dont il serait intéressant d’apprécier le potentiel diagnostique. Ces marqueurs positifs du mésothéliome devraient, à terme, faciliter le diagnostic différentiel entre mésothéliome et autres tumeurs pleurales telles que l’adénocarcinome bronchopulmonaire périphérique ou les tumeurs mésenchymateuses. Par contre, les marqueurs négatifs du mésothéliome pourraient se révéler positifs dans les plaques pleurales qui correspondent à des fibroses localisées caractérisant la forme de lésion la plus fréquemment observée en relation avec une exposition à l’amiante. Cependant, l’identification de marqueurs positifs du mésothéliome dans ces fibroses pleurales pourrait être le signe d’une évolution de ces pathologies vers le mésothéliome. Bien que n’étant pas la règle, certaines d’entre elles évoluent effectivement 10 à 15 ans après leur découverte vers un mésothéliome malin (communication personnelle, Dr Le Rochais, CHU Côte de Nacre, Caen). Ces hypothèses demandent à être vérifiées sur des échantillons provenant de biopsies de patients. Cependant, il est vraisemblable qu’aucune expression de gène, per se, n’est discriminante mais plutôt, l’étude conjointe de l’expression d’un sous-groupe informatif de gènes. Par ailleurs, étant donné que le mésothéliome répond peu aux traitements classiques, une nouvelle forme de thérapie, fondée sur une modulation de l’expression de certains gènes, pourrait présenter un réel espoir pour les patients et ouvrir une perspective de traitement adapté à chaque patient (thérapie « à la carte »).

L’étude du transcriptome n’est pas une fin en soi. Pour accéder à une compréhension globale des mésothéliomes, il sera essentiel de savoir si les ARNm sont effectivement traduits. L’étape suivante de la génomique fonctionnelle des mésothéliomes appartient donc aux spécialistes des protéines. C’est, sans doute, la découverte de leurs réseaux complexes de régulation qui permettra de valider de nouvelles stratégies thérapeutiques anticancéreuses. Cependant, les stratégies visant à cartographier les anomalies génomiques et celles axées sur l’analyse de l’expression des gènes (transcriptome et protéome) sont tout à fait complémentaires. Toutes deux ont pour but de dresser de véritables cartes moléculaires sur lesquelles se construisent les phénotypes tumoraux. Étant donné l’espoir des patients soulevé par les techniques analytiques globales, il sera alors passionnant d’établir les profils génétique, transcriptomique et protéomique des mésothéliomes et de les confronter aux observations cliniques et pathologiques.

Enfin, l’étude de l’interaction fibre minérale artificielle/cellules pleurales devrait logiquement trouver sa place à la suite de ces études, étant donné la nécessité d’évaluer le potentiel cancérogène des fibres de substitution à l’amiante et d’envisager des stratégies adaptées de prévention. En effet, il serait intéressant d’établir les changements des profils d’expression de cellules pleurales saines en contact avec des fibres minérales naturelles (amiantes) et artificielles comme les fibres céramiques et les fibres de verre. La prévention des maladies professionnelles pourrait donc tirer bénéfice de tests in vitro de toxicogénomique, un domaine récemment défini par l’application des technologies de puces d’expression à la toxicologie moléculaire.

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