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Les facteurs de croissance sont des polypeptides qui ont pour particularité
de contrôler la croissance d'un ou de plusieurs types cellulaires.
Le facteur de croissance endothélial vasculaire (vascular endothelial
growth factor, VEGF) est l'un de ces facteurs de croissance. Il présente
la particularité d'agir spécifiquement sur les cellules
endothéliales et des études de plus en plus nombreuses montrent
qu'il joue un rôle fondamental dans la physiologie et la physiopathologie
vasculaire. L'objectif de ce chapitre est de rassembler les connaissances
concernant le VEGF en insistant sur l'aspect physiologique, l'aspect physiopathologique
et sur les possibilités thérapeutiques.
Biologie cellulaire
et physiologie
Structure et isoformes du VEGF
Le VEGF, aussi appelé vascular permeability factor (VPF)
pour ses propriétés de contrôle de la perméabilité
vasculaire, est une glycoprotéine homodimérique de 45 kD
avec quatre isoformes connues, produites par épissage alternatif
de l'ARNm à partir d'un gène commun (121, 165, 189 et 206
acides aminés) [1]. La forme VEGF 165 est la forme prédominante.
Le gène du VEGF est composé de huit exons. La séquence
génomique comprend 15 à 18 % d'homologies avec les chaînes
A et B du PDGF (platelet-derived growth factor) [2]. La structure
de ce gène comporte un peptide signal qui permet à la protéine
d'être sécrétée [3].
Distribution et rôles biologiques du VEGF
La distribution du VEGF dans l'organisme est très large et on
peut ainsi l'isoler dans le myocyte cardiaque, le cerveau, la glande pituitaire,
le rein, le foie ou l'ovaire [4]. L'expression de l'ARNm du VEGF a été
corrélée dans le temps et dans l'espace à la prolifération
de néovaisseaux, ce qui a très tôt suggéré
un rôle très important de ce facteur de croissance dans les
réactions d'angiogenèse. Par ailleurs, l'utilisation d'anticorps
monoclonaux dirigés contre le VEGF a permis de limiter l'extension
de certaines tumeurs richement vascularisées dans divers modèles
expérimentaux. Les cellules cibles du VEGF sont exclusivement les
cellules endothéliales vasculaires. Le VEGF stimule in vitro
la prolifération et la migration des cellules endothéliales
ainsi que leur organisation en microtubules. Actif seul, il agit cependant
de manière synergique avec d'autres facteurs de croissance tels
que le bFGF. Le VEGF a, en outre, une action de régulation de la
perméabilité capillaire, en favorisant l'extravasation de
protéines telles que le fibrinogène, permettant ainsi la
formation d'un gel de fibrine propice à la migration et à
l'organisation des cellules endothéliales. Enfin, le VEGF stimule
l'expression et le relargage de différentes enzymes protéolytiques
telles que serine protéase urokinase-type, tissue-type plasminogen
activator, métalloprotéinases et collagénases,
favorisant la lyse de la membrane basale et de la matrice extracellulaire,
préalable indispensable à l'invasion du tissu périadventiciel
par des néovaisseaux [1, 4].
L'un des aspects remarquables de la régulation de l'expression
du VEGF est sa sensibilité à des conditions hypoxiques [5].
En fait, le gène du VEGF fait partie d'une large famille de gènes
dont l'expression est induite dans des conditions de stress hypoxique.
Cette induction hypoxique de VEGF pourrait faire intervenir des éléments
de réponse fonctionnels à l'hypoxie localisés au
niveau du promoteur du gène.
Les récepteurs du VEGF
Les récepteurs du VEGF ont une répartition ubiquitaire
dans tout l'arbre vasculaire. Deux classes de récepteurs à
haute affinité ont été isolées, retrouvées
uniquement à la surface des cellules endothéliales micro
et macrovasculaires. À la différence des récepteurs
des FGF (facteurs de croissance fibroblastiques), les récepteurs
du VEGF sont exprimés en permanence, indépendamment de l'état
de quiescence cellulaire [1]. Les deux types de récepteurs du VEGF
(flt-1 et flk-1 KDR) ont une organisation semblable : un domaine extracellulaire
de sept sous-unités présentant des analogies avec les chaînes
d'immunoglobulines, un domaine hydrophobe transmembranaire et deux autres
cytoplasmiques, l'un porteur d'une kinase et l'autre d'une tyrosine kinase.
Le récepteur flk-1 KDR a une affinité plus basse que flt-1
et serait le récepteur responsable de l'activité mitogénique
du VEGF [6]. Deux autres récepteurs à activité tyrosine
kinase (tie-1 et tie-2) sont exprimés sélectivement par
les cellules endothéliales, le premier étant susceptible
de jouer un rôle dans le maintien de la fonction des cellules endothéliales,
le second dans le développement de l'arbre vasculaire artériel
et veineux [7].
Les voies de signalisation intracellulaire mises en jeu par l'activation
d'un récepteur du VEGF sont mal connues. Il a été
démontré dans différentes lignées de cellules
endothéliales que l'interaction VEGF/récepteur provoquait
une entrée massive de calcium dans la cellule, à des concentrations
proches de celles observées lorsque les cellules endothéliales
entrent en cycle de réplication. Par ailleurs, il a été
rapporté une activation de la phospholipase C, suggérant
l'implication en second messager de la voie des phospho-inositides [4].
Physiopathologie
De nombreuses études expérimentales, in vitro et
in vivo, ainsi que des analyses de tissus cardiovasculaires humains
suggèrent un rôle important du VEGF dans la réponse
du système cardiovasculaire à différentes «
agressions » (traumatisme mécanique, ischémie, hypoxie)
et dans la genèse et/ou l'entretien des mécanismes d'adaptation
à ces états pathologiques (resténose après
angioplastie, athérosclérose, développement d'une
circulation collatérale de suppléance).
Resténose après angioplastie
Le succès à moyen terme de l'angioplastie transluminale
coronaire est limité par la fréquence de la resténose
(30 à 40 % des cas). La resténose est due à deux
processus distincts : le remodelage vasculaire et l'hyperplasie néo-intimale.
Le remodelage vasculaire correspond aux changements du diamètre
externe du vaisseau dans les semaines et les mois qui suivent l'angioplastie.
On distingue l'élargissement compensateur du vaisseau qui est un
phénomène bénéfique et la constriction vasculaire
qui va entraîner une réduction de la lumière vasculaire
[8-10]. Le rôle très important du remodelage vasculaire a
pu récemment être confirmé chez l'homme ; le rôle
des facteurs de croissance sur ce phénomène n'est pas encore
connu. L'hyperplasie néo-intimale correspond à une réaction
de croissance des cellules musculaires lisses qui, en réponse au
traumatisme de l'angioplastie, vont proliférer, migrer de la média
vers l'intima et produire une quantité importante de matrice extracellulaire
[11-13]. Le rôle de différents facteurs de croissance, dont
le VEGF, sur la formation de l'hyperplasie néo-intimale a été
très étudié.
Le VEGF est produit par les cellules musculaires lisses de la paroi
vasculaire. Une libération de VEGF au moment du traumatisme par
ballonnet a récemment été suggérée
chez l'homme où une élévation plasmatique du VEGF
a pu être détectée dans les suites d'une procédure
d'angioplastie [14]. En raison de l'absence de récepteur, il est
dépourvu d'effet direct au niveau des cellules musculaires lisses.
En revanche, son administration chez le rat ou le transfert local du gène
codant pour le VEGF chez le lapin stimule la réendothélialisation
et, par ce biais, réduit la formation de l'hyperplasie néo-intimale
[15, 16].
Angiogenèse
Une réaction d'angiogenèse (formation de nouveaux vaisseaux
sanguins) survient en cas d'ischémie tissulaire. Il s'agit d'une
réaction d'adaptation qui est particulièrement fréquente
dans le système cardiovasculaire où elle est à l'origine
de la formation de circulation de suppléance. L'angiogenèse
est un phénomène complexe qui est en partie dépendant
de la présence de facteurs de croissance.
Le VEGF est le facteur de croissance dont le rôle dans le développement
de la circulation collatérale d'adaptation à l'ischémie
a été le plus étudié. L'hypoxie stimule directement
la production de VEGF au niveau des cellules musculaires lisses vasculaires
[17] et des cellules musculaires myocardiques [18] ainsi que l'expression
du récepteur du VEGF au niveau des cellules endothéliales
[19]. Son administration ou son expression locale (thérapie génique)
sont associées à une augmentation de la circulation collatérale
liée à l'ischémie, aussi bien dans le tissu myocardique
que dans les tissus périphériques [20, 21]. Son effet proangiogénique
est synergique de celui du facteur de croissance fibroblastique [22].
Aspects
thérapeutiques
La découverte de l'importance des facteurs de croissance vasculaire
en physiologie et physiopathologie vasculaire et la possibilité
de production « industrielle » de ces protéines régulatrices
ont entraîné le développement d'un domaine de recherche
visant à utiliser ces facteurs de croissance en tant qu'outils
thérapeutiques. La première application thérapeutique
à être envisagée a été le développement
d'une circulation collatérale de suppléance en cas d'ischémie
myocardique ou périphérique. L'utilisation de facteurs de
croissance dans le cadre de la resténose et/ou de l'athérosclérose
est aussi à l'étude.
Développementd'une circulation collatérale
en cas d'ischémie
Dans une situation d'ischémie sévère, l'un des
moyens d'adaptation de l'organisme est le développement d'une circulation
collatérale de suppléance. Au niveau du myocarde par exemple,
le développement d'une telle circulation peut minimiser les conséquences
de l'occlusion d'un gros tronc épicardique. Dans certains cas rares,
l'existence de ce type de circulation peut même entraîner
une « revascularisation » complète du territoire qui
dépend du ou des vaisseaux occlus. Cependant, cette circulation
collatérale qui est bien connue des cliniciens est le plus souvent
insuffisamment développée pour assurer une vascularisation
satisfaisante du tissu à risque.
Aspects expérimentaux
Il existe actuellement une littérature très abondante
concernant l'effet de l'administration exogène de VEGF dans diverses
situations d'ischémie expérimentale [21, 23, 24]. L'administration
de ces facteurs de croissance permet d'augmenter le nombre des vaisseaux
collatéraux de suppléance ainsi que la densité capillaire
dans le tissu ischémique (figures
1, 2, 3). Ceci s'accompagne d'une augmentation des flux artériels
et tissulaires et d'une préservation de l'intégrité
et de la masse tissulaire dans la zone à risque. Fait important,
des résultats concordants ont été retrouvés
dans plusieurs espèces animales (rat, lapin, chien, porc) et dans
différents lits vasculaires (ischémie de membre, ischémie
myocardique) [21, 23, 24]. Un autre facteur de croissance actif sur les
cellules endothéliales, le facteur de croissance fibroblastique
(FGF), semble également efficace [25, 26]. L'avantage théorique
du VEGF est sa spécificité pour les cellules endothéliales
(l'effet du bFGF sur les cellules musculaires lisses pourrait être
délétère). Des résultats positifs ont été
rapportés avec des modes d'administration variés (administration
locale ou intraveineuse, unique ou répétée) [21,
26, 27]. Une des limites potentielles est la très courte demi-vie
de ces protéines lorsqu'elles sont administrées dans la
circulation ; ceci a conduit à l'élaboration de stratégies
faisant appel à la « thérapie génique ».
Dans ce cas, ce n'est plus la protéine qui est administrée
mais le gène, qui va produire (régulièrement, pendant
plusieurs semaines) in situ la protéine qui pourra agir
au site même de sa production. Ainsi, le transfert par voie percutanée
du gène codant pour le VEGF, soit au niveau artériel en
amont du site d'occlusion, soit au niveau musculaire dans la zone ischémique,
s'est montré efficace dans le développement de la circulation
collatérale [28, 29].
Essais cliniques
Jusqu'à présent, une possible modulation de la croissance
dans le système cardiovasculaire a surtout été envisagée
en terme d'inhibition (inhibition de la prolifération musculaire
lisse dans le cadre de la resténose ou de l'athérosclérose
par exemple). Il devient maintenant possible d'imaginer favoriser, à
titre thérapeutique, la croissance des cellules endothéliales.
Ces travaux ne sont déjà plus uniquement du domaine de l'expérimental.
Une étude clinique visant à développer la circulation
collatérale par transfert du gène du VEGF dans la paroi
artérielle a débuté aux États-Unis en décembre
1994 [30]. Les résultats obtenus chez les premiers patients inclus
dans cette étude ont été rapportés récemment
[31]. Les prochaines années verront sans doute se développer
ce type de recherche. Le point primordial sera surtout la mise au point
de traitements sélectifs qui pourront favoriser la croissance du
système vasculaire là où elle est souhaitable (membre
ou myocarde ischémiques) et non là où elle est néfaste
(rétinopathie diabétique, tumeur). Il faut en effet savoir,
par exemple, que la néovascularisation d'une tumeur est l'un des
déterminants les plus importants de son potentiel métastatique
et il est très instructif de remarquer que l'engouement pour les
drogues antiangiogenèse en cancérologie est au moins aussi
élevé que celui pour les drogues pro-angiogenèse
en cardiologie !
Resténose
À côté du développement de la circulation
collatérale, d'autres applications pourraient rapidement apparaître
pour les facteurs de croissance endothéliaux, notamment pour le
VEGF. Plusieurs études ont montré que l'administration exogène
de facteurs de croissance endothéliaux (bFGF ou VEGF) permettait
d'accélérer et d'améliorer la réendothélialisation
qui survient après une angioplastie à ballonnet [15, 16,
32, 33]. Dans le cas du VEGF, il a récemment été
montré que l'administration locale de ce facteur de croissance
après une dénudation artérielle permettait non seulement
d'entraîner une repousse très rapide de l'endothélium,
mais aussi de limiter de manière extrêmement significative
l'hyperplasie néo-intimale réactionnelle [15, 16]. Il est
vraisemblable que cet effet inhibiteur soit une conséquence de
la repousse rapide de l'endothélium qui exerce des propriétés
inhibitrices sur la croissance musculaire lisse [15, 16]. Des effets similaires
ont été démontrés sur l'endothélialisation
des endoprothèses vasculaires (stents) [34]. Ces travaux sont encore
préliminaires mais ouvrent des perspectives intéressantes
pour la prévention de la resténose post-angioplastie.
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