ARTICLE
Auteur(s) : J-J Feige
Unité Inserm 878, iRTSV-LAPV, CEA-Grenoble, 17,
rue des Martyrs, F-38054, Grenoble Cedex 09, France
Introduction
Bien que le terme « angiogenèse » ait été proposé pour la première
fois par Hertig, en 1935, pour décrire la croissance explosive de
vaisseaux sanguins dans le placenta de la guenon, il est
communément admis que c'est le chirurgien américain Folkman qui a
défini les bases conceptuelles de l'angiogenèse tumorale dans l'ère
de la biologie moderne [1]. En particulier, dès 1971, Folkman a été
le premier à postuler la possibilité de combattre le cancer par une
stratégie thérapeutique visant spécifiquement les vaisseaux
sanguins tumoraux, une idée qui se concrétisera une trentaine
d'années plus tard par la mise sur le marché des premiers
médicaments antiangiogéniques. L'expérience princeps qui a permis
d'élaborer ce concept d'angiogenèse tumorale date des années 1970
et a consisté à greffer des fragments de tumeurs humaines sur la
cornée avasculaire de souris ou de lapins [2, 3]. Pendant les dix
premiers jours, on peut observer une croissance de capillaires
sanguins depuis le limbe en direction de l'implant tumoral,
indiquant clairement que la tumeur produit des facteurs
angiogéniques diffusibles. La taille de la tumeur reste
inchangée pendant cette période de croissance microvasculaire. En
revanche, au-delà de dix jours, lorsque les vaisseaux ont établi un
contact physique avec la tumeur, celle-ci grossit indiquant
clairement, là aussi, que la néoangiogenèse tumorale est requise
pour la croissance d'une tumeur au-delà de quelques
millimètres cube (figure
1). Au cours des années 1980, de nombreuses équipes de
recherche ont tenté de purifier et d'élucider la séquence
protéique de différents facteurs angiogènes (FGFs : fibroblast
growth factors, TGFs : transforming growth factors, etc.), et ces
recherches ont culminé avec la découverte, en 1989, du facteur de
croissance de l'endothélium vasculaire, VEGF (vascular endothelial
growth factor) [4]. Dans les années 1990, l'invalidation chez la
souris des gènes du VEGF et de ceux de ses récepteurs a permis
d'établir l'importance prépondérante de ce facteur dans
l'angiogenèse du développement embryonnaire dans la mesure où la
perte d'un seul allèle du VEGF a fait apparaître une létalité
embryonnaire précoce avec des anomalies importantes de la
vascularisation du sac vitellin et de l'embryon [5, 6]. Enfin,
les années 2000 ont été celles des applications thérapeutiques de
ces découvertes avec la mise sur le marché américain, en 2004, et
européen, en 2005, du bevacizumab, un anticorps monoclonal
anti-VEGF humanisé, prescrit pour le traitement du cancer
du côlon métastatique [7]. Le champ d'application du
bevacizumab a ensuite été étendu aux cancers du sein métastatiques,
du poumon non à petites cellules et du rein, suite à des essais
cliniques apportant la preuve d'une prolongation de la survie des
patients traités.
Encouragées par ces succès, les recherches sur l'angiogenèse se
sont poursuivies dans de multiples directions avec l'espoir de
définir de nouvelles cibles thérapeutiques mais aussi d'optimiser
l'efficacité et le suivi d'efficacité des antiangiogéniques
actuellement utilisés. En effet, il est étonnant de constater que,
plus de cinq ans après la mise sur le marché du bevacizumab, son
mode d'action précis fasse toujours l'objet de débats controversés
et que les cliniciens soient toujours en manque de bons marqueurs
de suivi thérapeutique. Cette revue a pour objet de faire le point
sur ces questions et de décrire quelques-unes des nouvelles cibles
thérapeutiques actuellement à l'étude dans les laboratoires.
Angiogenèse : un processus multicellulaire
et multiétape
Bien que les mécanismes de l'angiogenèse tumorale mettent en jeu
les mêmes systèmes de signalisation cellulaire que ceux de
l'angiogenèse physiologique, les résultats, en termes de qualité de
vaisseaux sanguins produits, sont cependant très différents.
Les vaisseaux tumoraux sont beaucoup plus tortueux et de
calibre plus irrégulier que les vaisseaux physiologiques, et leurs
propriétés hydrodynamiques sont mauvaises. Cela est le reflet d'une
mauvaise couverture péricytaire des capillaires tumoraux et d'une
prolifération endothéliale anarchique. La formation d'un
nouveau capillaire sanguin à partir d'un vaisseau existant est
initiée par un gradient de facteur angiogène diffusible, tel que le
VEGF sécrété en abondance par les cellules tumorales, et peut être
divisée en deux étapes : une phase d'activation et une phase de
maturation. L'hypoxie étant un puissant inducteur de l'expression
du VEGF (stimulant à la fois sa transcription et la stabilité de
son ARNm), il est admis qu'au-delà de quelques millimètres cube,
une masse tumorale devient hypoxique en son centre et commence à
produire du VEGF, favorisant ainsi l'émergence d'une
néovascularisation indispensable à sa croissance [8]. Le VEGF est
un facteur de croissance des cellules endothéliales agissant via
des récepteurs transmembranaires à activité tyrosine-kinase.
La famille du VEGF comprend cinq protéines homologues parmi
lesquelles le VEGF-C et le VEGF-D qui présentent une certaine
spécificité d'action pour l'endothélium lymphatique, alors que le
VEGF-A, le VEGF-B et le PlGF (placental growth factor) agissent
préférentiellement sur l'endothélium sanguin [9]. D'autres facteurs
de croissance tels que l'angiopoïétine-2 (via son récepteur TIE-2)
contribuent à cette phase d'activation de l'angiogenèse.
Il est intéressant de remarquer que lorsqu'un vaisseau sanguin
est soumis à un stimulus angiogénique, toutes les cellules
endothéliales ne se mettent pas simultanément en mouvement pour
migrer en direction de la source de facteur angiogène. On observe
une réponse très hiérarchisée avec une cellule pionnière (tip-cell)
qui migre dans la matrice extracellulaire entourant le vaisseau,
émet des filopodes pour « palper » l'environnement, s'accrocher aux
protéines matricielles et se tracter dans le stroma (figure 2). La cellule
située en deuxième position dans le bourgeon endothélial, appelée
cellule tige (stalk-cell), ne forme pas de filopode, mais se divise
en réponse au VEGF, permettant ainsi l'allongement progressif de ce
bourgeon [10, 11]. Cette spécification cellulaire
est contrôlée par le système Notch/Dll4 (figure 3). La cellule
pionnière surexprime Dll4 en réponse au VEGF. En se liant aux
récepteurs Notch de la cellule tige à son contact, Dll4 réprime
l'expression du récepteur 2 du VEGF (VEGF-R2), diminuant ainsi la
réponse de type migratoire. La cellule tige s'engage alors
dans une réponse mitogène. Le système Notch-Dll4 agit ainsi
comme un régulateur très fin de ramification vasculaire [11].
Lorsque deux bourgeons vasculaires se rencontrent, ils établissent
une jonction par des mécanismes, encore peu connus, qui conduisent
in fine à la formation d'une nouvelle anastomose microvasculaire.
La formation d'une lumière vasculaire fait appel à la fusion
de vacuoles intracellulaires puis intercellulaires [10].
Une deuxième étape de l'angiogenèse, tout aussi importante que
la première, s'engage alors pour stabiliser le néovaisseau (figure 2). Cette
phase de maturation a pour objet de reconstituer une membrane
basale autour de ce nouveau capillaire et de lui assurer une
couverture péricytaire qui permettra, in fine, aux cellules
endothéliales de survivre plusieurs mois dans un état de
quiescence, en absence de VEGF environnant. Cette phase de
maturation est altérée dans les vaisseaux tumoraux où on observe,
par exemple, une apposition très imparfaite des péricytes sur les
capillaires [12]. Les acteurs majeurs de cette phase de
maturation sont PDGF (platelet-derived growth factor), TGFβ,
angiopoïétine-1 et le dernier caractérisé, BMP9 (bone morphogenetic
protein 9) [13, 14]. Une étape initiale importante de la phase de
maturation est le recrutement de cellules murales (péricytes au
contact direct des cellules endothéliales des capillaires et
cellules musculaires lisses au contact de la membrane basale des
plus gros vaisseaux). Ces cellules se différencient à partir
de progéniteurs mésenchymateux qui expriment fortement le récepteur
β du PDGF. Le PDGF-B produit par les cellules endothéliales
induit la différenciation de ces progéniteurs en cellules murales,
leur prolifération, leur migration et leur incorporation dans les
néovaisseaux. Le récepteur du PDGF semble agir de concert avec
une famille de récepteurs couplés aux protéines G, les récepteurs
de la sphingosine-1-phosphate (un sphingolipide sécrété par les
cellules endothéliales) [10]. La différenciation des
progéniteurs mésenchymateux en cellules murales est également
stimulée par le TGFβ via son récepteur ALK5 (activin receptor-like
kinase 5) et la voie de signalisation SMAD2/3. ALK5 est exprimé de
façon plus importante dans les cellules musculaires lisses que dans
les cellules endothéliales. En revanche, le récepteur ALK1 (activin
receptor-like kinase 1), un autre membre de cette famille de
récepteurs de la famille du TGFβ, est exprimé préférentiellement
dans les cellules endothéliales. ALK1 induit un signal de
quiescence vasculaire via son ligand BMP9 récemment identifié par
notre laboratoire [15]. BMP9 est présent à des concentrations de
quelques nanogrammes par millilitre dans le plasma humain et
participe au maintien d'un endothélium quiescent [13]. Son
expression au cours de l'angiogenèse tumorale est encore mal
connue. L'angiopoïétine-1, produite par les cellules murales, agit
aussi comme un facteur de quiescence vasculaire en se liant à son
récepteur TIE-2 présent à la surface des cellules endothéliales. Au
cours de l'angiogenèse tumorale, l'angiopoïétine-2 est produite par
les cellules tumorales et agit comme un antagoniste de
l'angiopoïétine-1, favorisant ainsi l'initiation du processus
(phase d'activation).
Il est donc clair que le processus complexe de néoangiogenèse
met en jeu tout un éventail de facteurs régulateurs aux fonctions
fines et précises et que ce processus ne peut pas se résumer,
malgré son rôle central, à l'action du seul VEGF. Ces autres
facteurs définissent des cibles thérapeutiques intéressantes
qui font actuellement l'objet de développements
pharmacologiques [11].
Thérapies antiangiogènes : réussites et limitations
Parmi les différentes stratégies antiangiogéniques évaluées dans
les laboratoires de recherche académiques et industriels au cours
des 20 dernières années, seulement deux ont été couronnées de
succès par la mise sur le marché pharmaceutique mondial de
médicaments anticancéreux. Le premier d'entre eux est le
bevacizumab (Avastin™, développé par les laboratoires
Genentech/Roche) qui est un anticorps monoclonal anti-VEGF
humanisé. Cet anticorps comprend 3 % de séquence d'origine murine
(le site de reconnaissance du VEGF) et 97 % de séquence humaine.
Plusieurs études de phase III ont établi que son administration en
combinaison avec des agents chimiothérapeutiques classiques permet
d'augmenter de plusieurs mois la survie ou la survie sans
progression des patients atteints de cancer colorectal métastatique
[16], de cancer du sein métastatique [17], de cancer du poumon non
à petites cellules [18], de cancer du rein [19] et, plus récemment,
de glioblastomes [20]. Il faut noter que les essais
d'administration de bevacizumab seul ont été arrêtés assez tôt dans
leur développement, du fait d'une efficacité inférieure aux
chimiothérapies conventionnelles [21]. Cette donnée, combinée à des
observations d'imagerie vasculaire des patients traités, a amené
Jain à proposer que le bevacizumab agisse en « normalisant » les
vaisseaux tumoraux, c'est-à-dire en rétablissant un bon débit
sanguin, permettant ainsi une meilleure efficacité des
chimiothérapies [22]. Même si un effet transitoire de normalisation
a bien été observé dans de nombreuses études, cette notion est très
controversée et n'explique pas de façon aussi simple le mode
d'action du bevacizumab. D'autres études ont montré que les
anti-VEGF permettaient également de sensibiliser les cellules
endothéliales tumorales à l'action cytotoxique directe des
chimiothérapies sur ce compartiment vasculaire, d'avoir une action
cytostatique directe sur les cellules tumorales qui expriment les
récepteurs du VEGF (cancers mammaires par exemple), d'inhiber la
mobilisation de progéniteurs endothéliaux circulant dans la
vascularisation tumorale et de favoriser le recrutement et la
différenciation des cellules dendritiques sur les sites
tumoraux [23].
La seconde classe d'antiangiogéniques à avoir atteint le marché
est constituée des inhibiteurs à spectre plus ou moins large de
l'activité tyrosine-kinase des récepteurs du VEGF. La plupart
sont des inhibiteurs compétitifs de l'ATP et présentent une forte
affinité pour des membres additionnels de la famille des
tyrosines-kinases tels que les récepteurs du PDGF, le récepteur de
l'EGF (epidermal growth factor), RAF, c-KIT ou RET [24]. Cette
action multicible sur plusieurs voies de signalisation mitogène
semble un avantage thérapeutique conduisant à l'inhibition non
seulement de l'angiogenèse, mais également de la prolifération
tumorale. Le sunitinib et le sorafenib sont tous les deux sur
le marché pour le traitement du cancer du rein en monothérapie.
Le sunitinib est également prescrit pour le traitement des
tumeurs stromales gastro-intestinales (GIST). Le sorafenib,
qui a la propriété particulière d'inhiber également la voie des
MAP-kinases, est également indiqué pour le traitement du carcinome
hépatocellulaire.
Bien que ciblant une cellule non transformée, la cellule
endothéliale des vaisseaux tumoraux, les thérapies antiangiogènes
font apparaître des résistances. Que ce soit en réponse aux
anticorps (bevacizumab) ou aux inhibiteurs de kinases, les tumeurs
mettent en place des voies alternatives de signalisation angiogène
distinctes de celle du VEGF. Deux travaux récents du groupe de
Ferrara impliquent ainsi le recrutement dans la tumeur de cellules
myéloïdes CD11b+, Gr1+ qui expriment le
facteur angiogène Bv8/prokinéticine 2 [25] et la production de
VEGF-C par les fibroblastes du stroma tumoral [26].
La compréhension de ces mécanismes d'échappement souligne la
nécessité de poursuivre l'effort de recherche vers la mise au point
d'inhibiteurs de troisième et quatrième génération qui pourront
être utilisés séquentiellement au fur et à mesure de l'apparition
des résistances, comme c'est déjà le cas pour l'imatinib et le
sunitinib dans le traitement des GIST [27].Conflits
d'intérêts : Jean-Jacques Feige est membre du jury
des Bourses de recherche en angiogenèse de la société Roche
Pharma.
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