ARTICLE
Auteur(s) : Sophie
Perrier d’Hauterive1,2, Marie Tsampalas2,
Jean-Michel Foidart3, Vincent Geenen4
1Université de Liège, Département de
Gynécologie-Obstétrique, Centre de procréation médicalement
assistée de Liège – CHR de la Citadelle, boulevard du
12e de Ligne 1, 4000 Liège, Belgique
2Université de Liège, Centre d’Immunologie, Institut de
Pathologie CHU B23, 4000 Liège-Sart Tilman, Belgique
3Université de Liège, Département de
Gynécologie-Obstétrique, CHR de la Citadelle, boulevard du
12e de Ligne, 4000 Liège, Belgique
4Directeur de recherches au Fonds National de la
Recherche Scientifique (FNRS) de Belgique. Université de Liège,
Centre d’Immunologie, Institut de Pathologie CHU B23, 4000
Liège-Sart Tilman, Belgique
Le succès de l’implantation embryonnaire est une étape cruciale
de la reproduction, naturelle ou assistée. La manière dont le
blastocyste s’appose, adhère à l’endomètre maternel tout en
dialoguant avec lui et la façon dont le trophoblaste envahit, sans
le détruire, le stroma endométrial tout en déjouant les mécanismes
immunitaires maternels demeurent en 2008 les mystères de la
reproduction humaine. La réussite du processus dynamique de
l’implantation engage deux acteurs principaux : l’endomètre et
l’embryon, tous deux dialoguant sur le mode juxtacrine/paracrine à
l’interface materno-fœtale. La connaissance du versant embryonnaire
a largement bénéficié de l’essor des techniques de fécondation in
vitro (FIV) et de culture embryonnaire ; des critères
morphologiques de sélection des embryons de plus en plus précis ont
été progressivement établis. Du côté maternel, un endomètre
réceptif est le prérequis inévitable, au travers d’une fenêtre
d’implantation courte d’environ 4 jours (jours 20-24 du cycle
menstruel) au cours de laquelle le dialogue materno-fœtal peut
s’établir. Même si d’indéniables progrès ont été accomplis ces
dernières années en procréation médicalement assistée (PMA),
l’implantation n’en demeure pas moins une collaboration réussie
(mais encore non élucidée sur le plan scientifique), finement
régulée et étroitement coordonnée entre tissus maternels et
embryonnaires, au carrefour entre l’endocrinologie et
l’immunologie. L’absence de contrôle de l’implantation reste un
obstacle majeur au succès de la grossesse. Un déficit
d’implantation peut résulter d’une qualité ovocytaire ou
embryonnaire médiocre, d’une mauvaise réceptivité endométriale,
d’un dysfonctionnement hormonal, immunologique ou angiogénique.
Étape-clé du processus reproductif dans de nombreuses espèces,
l’implantation implique un nombre important de mécanismes
moléculaires qui ont évolué au cours du temps pour contrôler le
processus [1]. Lever une partie du voile qui persiste sur la
cascade complexe des événements établis au moment de l’implantation
et sur le rôle primordial de chacun des protagonistes (endomètre et
embryon), c’est l’objectif que s’est fixé la recherche actuelle.
L’étude de l’endomètre et de la réceptivité utérine, mais surtout
du dialogue entre eux, peut ouvrir de nouvelles perspectives
diagnostiques et thérapeutiques, tout comme la meilleure
connaissance de l’embryon et de sa physiologie. Sur 100 couples qui
consultent en PMA, la fécondation pourra être obtenue pour 90
d’entre eux et 80 auront la chance d’avoir un transfert d’un ou
plusieurs embryons. Cependant, seuls 20 à 25 pourront mener une
grossesse jusqu’à son terme. Cette boîte noire qu’est
l’implantation embryonnaire est le sujet d’investigation de
nombreuses équipes de chercheurs dans le monde scientifique. Il est
clair qu’à l’interface materno-fœtale coexistent de nombreux
facteurs redondants et néanmoins complémentaires, accentuant la
difficulté pour les chercheurs actuels de trouver les marqueurs
spécifiques d’un endomètre réceptif ou d’un embryon compétent. Pour
comprendre ce processus complexe, de nouvelles techniques sont
maintenant à la disposition des chercheurs et permettent
d’investiguer soit le versant endométrial soit le versant
embryonnaire et, plus encore, l’étroit dialogue qui s’établit entre
ces deux protagonistes.
L’acteur embryonnaire
Pour pouvoir s’implanter dans l’endomètre maternel, l’embryon doit
se développer de façon adéquate jusqu’au stade blastocyste. Cela
implique un développement folliculaire adéquat, l’ovulation d’un
ovocyte mature, la fécondation par un spermatozoïde de morphologie
normale à l’ADN peu fragmenté et un développement embryonnaire
précoce harmonieux [2]. La sélection des embryons à haut potentiel
implantatoire est un défi important en PMA, à la fois pour
augmenter les taux de grossesse, mais aussi pour éviter la
cryopréservation massive d’embryons non viables. Bien que la
meilleure méthode d’évaluation de la viabilité d’un embryon soit sa
capacité à s’implanter, l’observation du développement de l’embryon
in vitro a permis d’obtenir d’importantes informations à son sujet,
tout en restant indépendant de l’influence non négligeable du
milieu utérin. Ces dernières années, des critères morphologiques
ont été développés et évalués pour identifier les embryons à haut
potentiel implantatoire. En déterminant le score cumulé de
l’embryon au jour 2 ou au jour 3 de culture, déterminé sur la base
du nombre de blastomères et de leur taille, de la fragmentation et
de la symétrie de l’embryon, le biologiste est en mesure de
sélectionner les embryons les plus viables et les plus susceptibles
de s’implanter. De manière générale, les embryons à 2 cellules en
fin de jour 1, à 4-5 cellules au jour 2 et à minimum 7 cellules au
jour 3, qui ne présentent pas plus de 20 % de fragmentation et
qui n’ont aucun blastomère multinucléé sont considérés comme étant
des embryons à haut potentiel implantatoire (top quality embryo)
[3, 4]. Dans l’étude de Van Royen, ces embryons donnent lieu à une
grossesse évolutive dans 49 % des cas. Des études plus
récentes visent à étudier d’autres critères morphologiques
attestant de la qualité embryonnaire comme la distribution des
fragments dans le volume embryonnaire, la morphologie du premier
globule polaire, l’orientation et la morphologie des pronuclei, le
clivage précoce, et l’identification des blastomères multinucléés.
Chacune de ces caractéristiques indépendamment utilisées pour le
choix de l’embryon à transférer a permis l’augmentation des taux
d’implantation. Ainsi, un système de gradation embryonnaire
incluant les caractéristiques du stade « pronucleus » au
stade blastocyste pourrait à terme permettre le choix des embryons
supérieurs à transférer et maintenir des taux de grossesse
acceptables tout en réduisant le nombre d’embryons replacés en PMA
[5, 6]. Le transfert de blastocystes offre une alternative pour
augmenter la sélection embryonnaire sur la base de son potentiel de
développement après l’activation du génome embryonnaire tout en
améliorant la synchronisation avec l’endomètre [7, 8]. L’ensemble
de ces critères donne une information morphologique mais non
fonctionnelle des embryons ; ils ne nous permettent pas de
déterminer leur potentiel de développement ultérieur. En effet,
Guerif et al. ont récemment remarqué que l’observation des embryons
sur base de leur développement précoce (morphologie des pronuclei,
clivage précoce, nombre cellulaire et fragmentation au jour 2)
avait une valeur prédictive faible de leur potentiel de
développement [9]. Des critères additionnels ou nouveaux sont donc
nécessaires. L’élaboration de méthodes de détermination de la
compétence embryonnaire, par des techniques non invasives,
constitue une aire de recherche très active. Ces méthodes portent
principalement sur l’analyse des milieux de culture des embryons ou
des fluides folliculaires avec dosage de molécules issues du
métabolisme folliculaire ou embryonnaire et produites précocement
par lui (IL-1, IL-10, sHLA-G). Sur le plan de la recherche
fondamentale, les nouvelles techniques de génomique et de
protéomique s’attellent à caractériser l’ovocyte, le follicule et
l’embryon humain, dans le but de dépister de nouveaux marqueurs
plus précoces, plus spécifiques, utilisables en clinique [10-13].
L’acteur endométrial
La préparation adéquate de l’endomètre par les œstrogènes en phase
proliférative, puis par la sécrétion œstroprogestative du corps
jaune induit les modifications endométriales structurales et
moléculaires permettant à un embryon compétent de s’implanter au
cours de la mi-phase sécrétoire. L’implantation embryonnaire est
cependant un phénomène restreint, seulement observable au cours
d’une période extrêmement limitée - la fenêtre implantatoire - [14]
au cours de laquelle l’endomètre offre une réceptivité maximale à
l’embryon. La durée de la fenêtre implantatoire est particulière à
l’espèce. Chez la femme, cette fenêtre s’étend du J20 au J24 d’un
cycle menstruel normal, soit de LH+7 à LH+11 [15]. En dehors de
cette fenêtre, l’endomètre n’est pas réceptif, voire même
réfractaire à l’implantation, contrairement à tout autre tissu du
corps humain. Bien que l’implantation soit un processus dynamique
entre blastocyste et tissu maternel, la préparation de l’endomètre
au cours de la fenêtre implantatoire est purement d’origine
maternelle.
En termes moléculaires, la réceptivité de l’endomètre résulte à
la fois de l’acquisition de ligands ou de récepteurs facilitant
l’apposition, l’adhésion, puis l’invasion trophoblastique, et de la
perte de composants faisant barrière à l’embryon en voie
d’apposition [16]. L’étude histologique et fonctionnelle de
l’endomètre en fenêtre implantatoire est limitée par d’importants
inconvénients méthodologiques, mais aussi éthiques, raisons pour
lesquelles les mécanismes moléculaires induisant la réceptivité
utérine ne sont pas encore tous élucidés. Jusqu’à présent, il
n’existe aucune définition moléculaire claire de la fenêtre
implantatoire et aucun modèle humain in vitro ne peut donner une
idée satisfaisante de la cascade exacte d’événements, sur le rôle
des nombreux et redondants facteurs moléculaires présents à
l’interface materno-fœtale, ni même sur les mécanismes régissant la
tolérance maternelle à l’allogreffe fœtale. De nombreuses études
ont identifié une série de biomarqueurs sous contrôle des
œstrogènes et de la progestérone, participant au processus
implantatoire de façon permissive ou inhibitrice. On retrouve parmi
ces facteurs des cytokines, des chimiokines, des facteurs de
croissance, des métalloprotéases matricielles (MMP), des molécules
d’adhésion, des cellules immunitaires, des molécules du complexe
majeur d’histocompatibilité, etc. [17].
En tant que premier point de contact entre embryon et endomètre,
l’épithélium endométrial luminal est non réceptif au cours des
phases prolifératives et sécrétoires précoces. Sa transformation en
un endomètre réceptif au cours de la mi-phase sécrétoire implique
d’importantes modifications d’expression, d’organisation ou
d’activation de systèmes d’adhésion. L’endomètre et la decidua sont
infiltrés par une série de cellules immunitaires, les prédominantes
étant de larges lymphocytes appelés cellules natural killer
utérines (uNK), des cellules T et des macrophages [18]. C’est au
niveau de la microscopie électronique ainsi que des paramètres
moléculaires de cet épithélium que la recherche s’oriente pour
obtenir des informations sur la réceptivité endométriale et
l’implantation embryonnaire. Certaines modifications
ultrastructurales ou biochimiques ont ainsi pu être observées au
moment de la fenêtre implantatoire, représentant autant de
marqueurs potentiels de la réceptivité endométriale. De nouveaux
outils nous permettent de rechercher ces facteurs :
microdamiers, luminex, microdissection laser, liquide de lavages
utérins, spectrométrie de masse. Outre les informations sur des
marqueurs endométriaux déjà évalués, ces nouvelles technologies ont
également permis de mettre en évidence de nouveaux gènes non connus
antérieurement pour jouer un rôle dans l’implantation [19]. Une
analyse plus poussée de leur régulation hormonale, de même que de
la localisation spatio-temporelle et de la fonction du produit de
ces gènes est cependant indispensable pour décrypter la cascade de
régulation de la réceptivité utérine [20-22]. Simultanément à
l’augmentation de nos connaissances moléculaires de l’endomètre, le
transfert de cette recherche fondamentale à la pratique clinique
(recherche « translationnelle ») reste assez pauvre et à
l’heure actuelle, il n’existe malheureusement aucun marqueur de
réceptivité utilisable de façon sûre, spécifique et reproductible
en clinique. Plusieurs candidats ont pourtant été proposés sans
qu’aucun ne soit à lui seul spécifique. Nous n’en ferons qu’une
description résumée.
Les pinopodes
Protrusions apicales des cellules épithéliales de l’endomètre, ils
apparaissent entre les jours 19 et 21 d’un cycle normal. Ouvrant la
fenêtre implantatoire, ils ne seraient pas présents pendant toute
sa durée [14], bien que cela soit actuellement controversé [23].
Leur présence est strictement contrôlée par la progestérone.
L’adhérence du trophectoderme à la membrane des pinopodes se fait
probablement via des molécules d’adhésion comme les E-cadhérines,
présentes sur la surface cellulaire des pinopodes épithéliaux [24].
Il existe également une corrélation entre le nombre de pinopodes et
le taux d’implantation après transfert d’embryons [25]. Leur
présence coexiste avec la fenêtre d’expression endométriale
d’autres marqueurs présumés de la fenêtre implantatoire comme les
intégrines αvβ3 [26], l’heparin-binding epidermal growth factor
(HB-EGF) [27] et le leukemia inhibitory factor [28]. La corrélation
entre le moment d’apparition des pinopodes dans le cycle et la
fenêtre implantatoire, leur localisation spatiale à la surface
luminale de l’endomètre, et les études in vitro ayant révélé leurs
interactions avec l’embryon, sont autant d’arguments en faveur d’un
rôle de ces structures dans la réceptivité endométriale. Cependant,
la variabilité d’apparition de ceux-ci d’un cycle à l’autre et la
nécessité de réaliser des biopsies dans la fenêtre implantatoire
pour recourir à la microscopie électronique limitent la possibilité
de leur exploration en clinique courante.
Les molécules d’adhésion
Les interactions cellule-cellule et cellule-matrice extracellulaire
jouent un rôle primordial dans la cascade d’évènements conduisant à
l’implantation et au développement normal de l’embryon puis du
fœtus au cours de la grossesse. L’implantation requiert
l’établissement de contacts étroits entre les deux pôles apicaux
des cellules épithéliales trophoblastiques et endométriales, ce qui
représente un véritable paradoxe biologique. Les molécules
d’adhésion, les molécules de la matrice extracellulaire (MEC) et
leurs enzymes protéolytiques (MMP, TIMP) sont largement étudiées
dans le but de reconstituer le puzzle de l’adhésion, de l’invasion
et de la différenciation trophoblastiques, étapes primordiales de
l’implantation [29]. Les molécules d’adhésion sont exprimées avec
une variation spatio-temporelle sur l’épithélium et le stroma
endométriaux, sur l’embryon et le trophoblaste. En tant que
médiateurs de l’attachement cellulaire et de la transduction, leur
expression variable au cours du temps est peut-être une clé pour la
compréhension de la réceptivité utérine [30].
Parmi les molécules d’adhésion, on retrouve les intégrines qui
constituent une famille de récepteurs transmembranaires composés de
2 sous-unités : α et β. Outre les intégrines constitutives,
l’endomètre exprime également des intégrines sous contrôle
hormonal : α1β1 et α4β4 apparaissent de manière concomitante à
l’apparition de la progestérone et lorsque les récepteurs de la
progestérone (PR) sont à leur expression maximale ; l’αvβ3
apparaît quand la sécrétion de progestérone est maximale mais aussi
quand l’expression des PR est minimale [31]. Ces trois intégrines
ne sont présentes conjointement que lors de la fenêtre
implantatoire. Une modification de ce profil d’expression des
intégrines endométriales est associée à une réduction de
réceptivité de l’endomètre, et a été observée dans des endomètres
de patientes présentant des échecs d’implantation [32], mais non
chez les patientes présentant des fausses couches à répétition
[33]. Les intégrines et surtout l’αvβ3 interviendraient dans les
interactions entre blastocyste et épithélium au moment de
l’implantation ; l’expression de ces intégrines paraît
importante pour l’adhésion et l’invasion trophoblastiques et pour
toute la signalisation qui en découle.
La place exacte des deux marqueurs de surface décrits ci-dessus
dans la définition de la fenêtre implantatoire, et plus
particulièrement de la réceptivité utérine, est encore imprécise.
La comparaison de l’expression conjointe des pinopodes et de l’αvβ3
entre femmes fertiles et infertiles n’a pas permis de mettre en
évidence de différence entre les deux groupes [34].
La L-sélectine est un autre membre de la famille des molécules
d’adhésion. Elle est exprimée au niveau de la paroi vasculaire où
elle fixe les leucocytes et les concentre dans le site où ils sont
requis après activation des intégrines. Un processus similaire est
proposé au moment de l’implantation. L’embryon exprime la
L-sélectine après l’éclosion de la zone pellucide et des protéines
glycosylées, ligands de la sélectine, sont exprimées en début de
fenêtre implantatoire permettant à l’embryon d’être capté au niveau
de l’épithélium et d’interagir avec les intégrines [35].
Les mucines
Glycoprotéines de haut poids moléculaire, elles interviennent dans
la constitution du glycocalyx à la surface des cellules
épithéliales de l’endomètre. MUC-1 est plus particulièrement
étudiée. La présence d’un embryon pré-appositionnel stimule à la
surface de l’épithélium l’expression de MUC-1, qui est
secondairement clivée par l’embryon pour permettre son adhésion à
l’endomètre au site le plus approprié [36].
Les cytokines
Plusieurs cytokines et leurs récepteurs ont une expression dans
l’endomètre qui varie au cours du cycle menstruel avec un maximum
au cours de la fenêtre implantatoire. Ces nombreuses et redondantes
molécules représentent, par leur présence ou leur absence au moment
de ladite fenêtre, de potentiels marqueurs de réceptivité
utérine : le système LIF, le système interleukine (IL)-1,
l’IL-11, l’I12, l’IL-15, l’IL-18, le CSF [37]. Des profils
pathologiques d’expression du tripode IL-18, IL-12 et IL-15 sont
retrouvés chez des patientes présentant des échecs répétés
d’implantation [38].
Une série d’autres molécules voient également leur expression se
modifier spécifiquement au cours de la fenêtre implantatoire,
représentant autant de marqueurs potentiels : l’HB-EGF, le
gène homéotique HOXA10, la galectine, etc.
Le dialogue à l’interface materno-fœtale
Des avancées considérables ont été faites dans la compréhension, en
tant qu’entités séparées, de la biologie cellulaire de l’embryon
humain (grâce au progrès de la PMA) et de la physiologie de
l’endomètre (grâce aux progrès de la biologie moléculaire).
Cependant, la communication entre ces deux protagonistes et leurs
influences réciproques constituent encore un problème non résolu de
la médecine de reproduction. Ce dialogue s’établit par
l’intermédiaire de cytokines, de chimiokines, de facteurs de
croissance ou de molécules d’adhésion ; autant de facteurs
redondants et complémentaires produits et sécrétés à l’interface
materno-fœtale.
Les prérequis d’une implantation réussie sont l’enfouissement du
conceptus dans la paroi utérine, l’élaboration d’un réseau
vasculaire permettant le développement optimal de l’embryon puis du
fœtus, et la protection de l’allogreffe fœtale d’un rejet par le
système immunitaire maternel compétent. Pour atteindre ces
objectifs, d’étroits dialogues s’établissent entre la decidua,
l’embryon et le placenta [39]. L’étude des étapes successives de
l’implantation chez les mammifères, y compris l’espèce humaine, a
montré combien les interactions endocriniennes, immunologiques et
physiologiques doivent être étroitement coordonnées durant les
premières phases de l’implantation. L’importance relative de chacun
de ces facteurs au succès de l’implantation est difficilement
estimable. De petites erreurs de sécrétion ou d’action de certaines
molécules peuvent sérieusement mettre en péril l’ensemble du
processus implantatoire bien que des mécanismes de compensation
puissent prévenir l’échec [40]. Le rendement de l’implantation
embryonnaire humaine reste remarquablement faible, puisqu’on estime
que l’implantation ne s’établit avec succès que dans environ
30 % des cas. On estime que les troubles de l’implantation
sont en cause dans 25 % des fausses couches, surtout précoces
[41].
Pour des raisons évidentes, il existe peu d’observations
documentant les premières semaines du développement embryonnaire
chez la femme. L’étape pourtant cruciale de l’implantation humaine
n’est donc pas directement à la portée des chercheurs et des
cliniciens dans l’espèce humaine. Elle est par contre approchée par
divers modèles animaux. Etant donné que les interactions
cellulaires qui se produisent lors de l’implantation et la
placentation varient fortement d’une espèce à l’autre – et même au
sein d’une même espèce – ces informations ne peuvent être
transposées qu’avec prudence à l’espèce humaine.
Certaines grandes étapes ont cependant été identifiées dans
l’implantation embryonnaire et la formation du placenta chez
l’animal ; elles pourraient très vraisemblablement être
transposées à l’implantation humaine (figure 1).
L’apposition
Cette phase initiale est instable, résultant de l’interrelation
entre le trophoblaste et l’épithélium endométrial. A ce stade, le
blastocyste entre dans la proximité directe de l’endomètre,
permettant aux médiateurs solubles comme l’hCG, les cytokines et
les facteurs de croissance d’établir un dialogue à l’interface
materno-fœtale. Il se produit également à ce moment la présentation
d’un répertoire unique de molécules d’adhésion à la surface à la
fois des cellules maternelles et fœtales, étape indispensable à la
phase d’adhésion du trophectoderme à l’épithélium endométrial.
L’adhésion
Cette phase implique des connexions physiques entre le trophoblaste
et l’endomètre, par l’intermédiaire de molécules d’adhésion comme
les sélectines, les intégrines et les trophinines, exprimées à la
fois par les cellules trophoblastiques et l’épithélium endométrial
[42]. A ce stade, il n’est plus possible de déplacer l’embryon sans
dommage pour les tissus.
Des interactions précoces entre le trophoblaste et l’épithélium
utérin s’établissent, la densité des desmosomes situés sur les
parois latérales des cellules épithéliales de l’endomètre se réduit
et la membrane basale est digérée, contribuant au détachement des
cellules entre elles. L’embryon induit lui-même l’expression de
récepteurs épithéliaux favorables à son implantation, renforçant le
concept de dialogue entre embryon et endomètre [30]. Il joue même
une part importante dans le contrôle de l’expression génétique de
l’endomètre [43]. Par ailleurs, lorsque le blastocyste adhère à
l’épithélium, il induit une réaction de mort cellulaire
endométriale massive en périphérie du site d’implantation
permettant au blastocyste de passer la barrière épithéliale, étape
indispensable à l’invasion de l’endomètre. L’adhésion de l’embryon
induit également des modifications de la couche cellulaire
sous-jacente (le stroma), initiant ainsi leur développement en tant
que versant maternel du placenta : œdème, modifications
locales de la matrice conjonctive et de la morphologie des cellules
stromales, multiplication des vaisseaux capillaires, modification
de la population de cellules immunitaires utérines. On parle ainsi
de la réaction déciduale. La décidualisation se poursuit au cours
de la grossesse, contrôlant probablement l’invasion trophoblastique
et la formation du placenta, via l’altération de l’expression des
métalloprotéinases, des cytokines, des intégrines de surface et des
molécules du complexe majeur d’histocompatibilité. Le trophoblaste
en retour libère des signaux qui modulent le profil d’expression
génique des cellules stromales de l’endomètre [39]. L’invasivité du
conceptus dépend de l’efficacité de cette réaction déciduale :
si elle est pathologique ou inefficace, l’invasion trophoblastique
peut être beaucoup trop agressive et plus pénétrante (exemple du
placenta accreta). L’invasion trophoblastique peut également être
insuffisante avec des conséquences non négligeables plus
tardivement dans la grossesse (RCIU, prééclampsie).
L’invasion et le développement trophoblastiques
Au cours de cette étape, le syncytiotrophoblaste se forme et va
envahir le tissu maternel. Le fœtus et la mère contribuent à
l’organisation structurelle du placenta, un organe nouvellement
formé qui joue un rôle clé dans la progression régulière de la
grossesse jusqu’à terme. Les cellules trophoblastiques qui
constituent le placenta prolifèrent, migrent et envahissent
l’utérus et sa vascularisation afin de subvenir aux besoins de
l’embryon puis du fœtus, d’une manière imitée par les tumeurs
malignes. Contrairement à ces tumeurs, l’invasion de l’endomètre
par le trophoblaste est strictement contrôlée et limitée au site
d’implantation. Le trophoblaste, transplanté dans d’autres organes
ou s’implantant sur une cicatrice utérine se montre toujours plus
invasif. L’invasion du trophoblaste dans la decidua est primordiale
pour l’établissement d’une grossesse normale. Au cours de ce
processus, les cellules trophoblastiques vont subir une remarquable
différenciation leur permettant de participer à différentes
fonctions distinctes du placenta. La clé d’une placentation réussie
est l’orchestration fine et contrôlée de la vasculogenèse, de
l’angiogenèse, de la tolérance immunitaire et des fonctions
trophoblastiques, par un large nombre de facteurs hétérogènes
(cytokines, chimiokines, cellules uNK, facteurs de croissance)
agissant sur le mode autocrine et paracrine [44, 45].
Marqueurs : d’autres pistes
L’hCG trophoblastique et son récepteur endométrial LH/hCGR
L’hCG est l’une des molécules les plus précocement produites par
l’embryon et la plus spécifique de sa présence. Au stade
blastocyste, les transcrits de l’HCG sont détectés dans le
trophoblaste et la production d’hCG par le blastocyste débute avant
même son implantation. Des taux significatifs d’hCG peuvent être
mesurés dans le sang maternel 10 jours après l’ovulation.
A la lumière d’études récentes, il est de plus en plus évident
que l’hCG intervient dans la régulation de la différenciation
endométriale et dans le processus implantatoire au sens large avec
un impact aux différentes phases de l’implantation [46]. Ces effets
paracrines ou juxtacrines de l’hCG précéderaient le rôle endocrine
classique de l’hormone. Une action locale de l’hCG à l’interface
materno-fœtale implique la présence de son récepteur, le LH/hCGR,
dans l’endomètre. L’expression du LH/hCGR a été initialement
décrite dans les tissus gonadiques : ovaire et testicule.
Malgré de nombreuses études démontrant l’existence du LH/hCGR au
niveau extra-gonadique, et endométrial plus particulièrement
[47-48], il a longtemps existé un débat quant à la présence d’une
forme complète et fonctionnelle du récepteur ou plutôt d’isoformes
tronquées sans activité physiologique, voire même d’un variant
encore inconnu du récepteur. La publication de Licht et al. et nos
propres travaux pourraient avoir mis fin à la controverse [49].
A l’université de Liège, nous avons également étudié
l’expression de LH/hCGR dans l’endomètre humain. Tout d’abord, au
niveau de l’ARNm, la RT-PCR a permis de mettre en évidence les
transcrits du récepteur dans le tissu endométrial entier, dans les
cellules stromales et dans les cellules épithéliales isolées à
partir de biopsies d’endomètres réalisées chez des patientes
fertiles [50]. Nous avons observé que l’expression de LH/hCGR est
accrue au cours de la mi-phase sécrétoire et donc au moment de la
fenêtre implantatoire (soumis). La cinétique d’expression du
LH/hCGR que nous avons observée suggère que ce récepteur pourrait
constituer un marqueur de la réceptivité endométriale et de la
fenêtre implantatoire. La relation entre le niveau d’expression du
récepteur et la réceptivité utérine doit encore être élucidée par
d’autres expériences.
Nous avons observé qu’en interagissant avec son récepteur
présent au niveau des cellules épithéliales endométriales, l’hCG
induit une augmentation importante de leur production de LIF, une
cytokine indispensable au succès de l’implantation chez la souris.
L’hCG induit également la réduction de la production d’IL-6
pro-inflammatoire par les cellules épithéliales utérines in vitro
[50], favorisant la tolérance maternelle de l’allogreffe fœtale.
Enfin, nous avons étudié l’impact de l’hCG sur la production de
VEGF par des cellules épithéliales d’endomètre in vitro. Nos
résultats suggèrent que l’épithélium endométrial est capable de
répondre au signal spécifiquement envoyé par un embryon en voie
d’apposition par la production de VEGF et de stimuler ainsi
l’angiogenèse au niveau des vaisseaux sous-jacents (figure 2). Par
ailleurs, une fois les premières phases d’apposition et d’adhésion
accomplies, l’embryon en phase d’invasion continue à produire de
l’hCG qui est lui aussi capable de stimuler directement
l’angiogenèse [51]. Ainsi, l’hCG est le signal embryonnaire
spécifique le plus précocement exprimé à l’interface
materno-fœtale. De plus, l’endomètre est apte à répondre à ce
signal embryonnaire puisqu’il en exprime le récepteur spécifique au
moment de l’implantation. Nos résultats corroborent les résultats
observés dans la littérature sur les effets paracrines de l’hCG en
tant que molécule multipotente, favorisant l’implantation [52-53],
l’angiogenèse [54], et la tolérance du système immunitaire maternel
[55].
Un marqueur embryonnaire : la protéine HLA-G soluble
HLA-G est une molécule HLA de classe Ib non classique aux
propriétés immunorégulatrices multiples. Sa fonction principale,
dans des conditions physiologiques, est d’établir la tolérance
maternelle à l’interface materno-fœtale et ce, de différentes
manières : via une fonction immunosuppressive vis-à-vis des
cellules T CD8+ et CD4+, via la modulation de l’immunité innée par
l’interaction avec les récepteurs KIR des cellules uNK, ce qui
modifie la sécrétion cytokinique de celles-ci et, enfin, via le
contrôle de l’angiogenèse lors de la placentation. Il existe
plusieurs isoformes de HLA-G : 4 formes liées à la membrane
cellulaire (HLA-G1, -G2, -G3, -G4) et 3 formes solubles
(HLA-G5 ou sHLA-G1, -G6 ou sHLA-G2, et –G7 peu décrit). Il existe
encore une autre forme soluble, issue du clivage protéique de
HLA-G1 de la surface cellulaire [56]. Un certain nombre de
publications ont, ces dernières années, démontré que sHLA-G pouvait
être détecté dans le milieu de culture des embryons issus de FIV et
que le niveau d’expression pouvait être corrélé au potentiel
implantatoire de l’embryon [57-60]. Ces résultats ont évidemment
suscité un vif intérêt pour la PMA. Cependant, il existe une
controverse portant sur certains aspects de ces études, notamment
la sensibilité des dosages utilisés, les conditions de culture
embryonnaire, les taux de sHLA-G mesurés, et l’origine (ovocytaire
ou embryonnaire) du sHLA-G. De plus, d’autres équipes n’ont pas
retrouvé ces effets prédictifs de sHLA-G ou n’ont pas mis en
évidence de sHLA-G dans les surnageants embryonnaires [61-63]. Il
reste du travail avant de pouvoir mesurer en routine clinique le
sHLA-G : tout d’abord comprendre pourquoi certains
laboratoires ne trouvent pas de corrélation entre la sécrétion de
sHLA-G par les embryons in vitro et la survenue de la
grossesse ; ensuite, déterminer quelle(s) isoforme(s) de
HLA-Gs est (sont) présente(s) dans les surnageants [64-65].
Conclusion
Les défis de la recherche du futur seront d’élucider le tableau
complet des différents facteurs qui influencent les mécanismes de
l’implantation et d’identifier des marqueurs fiables d’implantation
pathologique ou défectueuse. De façon générale, un biomarqueur doit
être mesurable sur des échantillons rapidement accessibles et
préférentiellement de façon non invasive. La spécificité et la
sensibilité sont importantes mais aussi limitantes dans la
sélection d’un marqueur, surtout dans le domaine de la PMA [66]. La
mise en évidence de tels biomarqueurs révolutionnerait la pratique
clinique dans le domaine de l’infertilité mais aussi dans le cadre
de pathologies de l’implantation. Malgré les progrès indéniables de
la PMA, l’absence de contrôle de l’implantation reste un obstacle
majeur au succès de la grossesse. Ces déficits d’implantation
peuvent résulter d’une qualité ovocytaire ou embryonnaire médiocre,
d’une mauvaise réceptivité endométriale, d’un dysfonctionnement
hormonal, immunologique ou angiogénique. Les événements
moléculaires intervenant dans l’apposition, l’adhésion puis
l’invasion de l’embryon dans l’endomètre maternel sont les sujets
d’investigation de nombreux chercheurs. Pour comprendre ce
processus complexe, de nouvelles techniques sont maintenant à notre
disposition comme le lavage de cavité utérine, les dosages luminex,
la RT-PCR quantitative, la technique des microdamiers, et la
protéomique. Des mécanismes très différents et souvent intriqués
peuvent être à l’origine de l’échec d’implantation. Les avancées
majeures réalisées grâce à la recherche fondamentale rendent chaque
jour le processus plus complexe mais permettent d’entrouvrir les
chemins diagnostiques et thérapeutiques du futur. A la lumière des
connaissances actuelles, la question n’est donc pas : « Y
a-t-il un marqueur de l’implantation embryonnaire ? »,
mais plutôt : « Peut-il y exister un marqueur de
l’implantation embryonnaire ? ». Et si oui, ce marqueur
serait-il folliculaire, ovocytaire, spermatique, embryonnaire ou
endométrial ?
Remerciements
Ces recherches sont soutenues par le Fonds National de la Recherche
Scientifique (FNRS) de Belgique, la fondation Léon Fredericq et
l’EMBIC (European Network of Excellence).
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