La Lettre de la NSFA, n° 42, mars 2009
Loïc Doeuvre, Eduardo Anglés-Cano, INSERM U919 « Sérine protéases et Physiopathologie de l’Unité neurovasculaire », UMR 6232-CiNaps, GIP Cyceron, Caen
Introduction
Le terme biomarqueur désigne une molécule qui, détectée dans le sang circulant (ou d’autres liquides biologiques), est associée à un état pathologique. Ils sont utilisés dans le cadre du dépistage, du diagnostique ou du suivi d’un patient. Au mieux, ces biomarqueurs émanent des lésions tissulaires de la maladie qu’ils caractérisent (i.e. troponine et créatinine kinase CK-MB dans l’infarctus du myocarde) [1]. Il existe cependant peu de biomarqueurs spécifiques d’une maladie et souvent, il est nécessaire d’associer la détection de plusieurs de ces molécules aux signes cliniques qui précédent ou établissent le diagnostique. C’est le cas des accidents vasculaires cérébraux (AVC) ischémiques. Plusieurs équipes de recherche travaillent actuellement à la mise en évidence de biomarqueurs qui pourraient donner une information précise de l’origine des AVC ischémiques et permettre, en appui aux techniques d’imagerie, un diagnostique rapide et une prise en charge thérapeutique dont la thrombolyse aigue reste le traitement de choix [2] [3] [4] [5]. Lorsqu’une thrombose survient et que le débit sanguin diminue au-dessous d’une certaine limite, il se produit un état d’ischémie cérébrale due à l’hypoperfusion qui entraîne un déficit énergétique et conduit à l’infarctus cérébral. Le cerveau se trouve en effet sous la dépendance d’un apport continu de glucose et d’oxygène par le sang circulant. Hormis les AVC ischémiques d’origine cardio-embolique (25-30 %) ou criptogéniques (15-25 %), ces accidents surviennent pour la plupart dans un contexte d’athérothrombose (classification TOAST : Trial of Org 10172 in Acute Stroke Treatment) [2], [6]. Ces lésions sont le plus souvent situées au niveau de la bifurcation de l’artère carotide primitive qui se prolonge sur les premiers centimètres de la carotide interne, mais elles peuvent également siéger au niveau de petits vaisseaux intracrâniens (infarctus lacunaire, 25% des cas). Les mécanismes par lesquels la lésion inflammatoire athéromateuse provoque une ischémie cérébrale sont multiples : formation d’un thrombus obstruant l’artère au niveau de la lésion elle-même (accident thrombotique), ou encore détachement d’un fragment de plaque d’athérothrombose allant emboliser brutalement, comme les caillots d’origine cardiaque, une artère distale intra cérébrale.
Aux facteurs de risque liés à l’athérosclérose (dyslipémie, l’hypertension artérielle, diabète, tabagie), quelques molécules seraient particulièrement associées à des pathologies ischémiques. Ces molécules sont libérées dans la circulation par les plaquettes activées (glycoprotéine V soluble), ou par l’endothélium (E-selectine soluble, VCAM vascular cell adhésion molécule, vWF von Willebrand factor) [7]. Elles peuvent aussi émerger au cours de l’activation de la coagulation (production de fragment F1.2 de la prothrombine, protéine C activée) et de son inhibition (expression de thrombomoduline) ou lors de la fibrinolyse réactive (D-dimer, complexes plasmine-α2-antiplasmine). Des variations dans les concentrations circulantes normales de certaines protéines comme l’inhibiteur de l’activateur du plasminogène (PAI-1) et le fibrinogène sont aussi associées à des phénomènes thrombotiques [8].
Le nombre important des biomarqueurs associés aux AVC, rapportés isolements (n=58) ou en combinaison (n=7), témoigne de l’absence de consensus dans ce domaine et actuellement, aucun de ces biomarqueurs n’a pu être recommandé pour une utilisation clinique [9]. Le très récent rapport du « BRAIN study group » [4] suggère cependant qu’un « panel » de quatre biomarqueurs indépendant (la métalloprotéinase matricielle MMP-9, le BNP « brain natriuretic peptide », les D-dimers, le S-100β) pourraient constituer une valeur ajoutée à l’évaluation rapide de patients présentant un tableau clinique compatible avec le diagnostique d’AVC ischémique. Néanmoins, Vanni et al (sous presse) [10] montrent que ce « panel » de biomarqueurs ne permet pas per se d’établir un diagnostique d’AVC ischémique dans 25% de cas et ce malgré la relative spécificité de D-dimers.
Dans l’ensemble, certains de ces biomarqueurs sont précoces et témoignent de la formation du thrombus, d’autres sont tardifs et témoignent d’une mort cellulaire bien établie. Ces molécules définissent l’état inflammatoire ou les modifications de l’hémostase, mais ne sont pas spécifiques d’une lésion cérébro-vasculaire, car elles peuvent aussi êtres retrouvées au cours d’un accident ischémique cardiaque (sauf le S100β qui est un marqueur d’activation astrocytaire). Ce problème est probablement lié au fait que certains de ces biomarqueurs solubles sont produits sous l’influence de stimuli notamment inflammatoires et de ce fait, ne différentient pas l’origine de l’accident ischémique [11].
C’est l’irruption d’une molécule normalement absente dans la circulation et/ou la présence de composants cellulaires, étroitement liées aux mécanismes physiopathologiques précédant l’ischémie ou ses complications, qui présage de ce nouvel état et qui pourraient être considérées comme des véritables biomarqueurs. Par exemple, les marqueurs issus de cellules dont la survie est compromise au cours d’un accident ischémique (protéine basique de la myéline, énolase spécifique de neurones, thrombomoduline endothéliale) accompagnent la gravité de la lésion car ils sont détectés au cours d’un accident avéré mais leur valeur prédictive n’a pas encore pu être établie [12]. L’identification dans le sang circulant de fragments membranaires émis par des cellules activées (microparticules cellulaires) a ouvert des nouvelles perspectives.
Les microparticules cellulaires : un nouveau type de biomarqueur
Ainsi, aux biomarqueurs solubles circulants, nous devons aujourd’hui ajouter la recherche de microparticules cellulaires (MPs) dérivées et impliquant les structures cellulaires de l’unité neurovasculaire : parenchyme cérébral, endothélium.
Les MPs cellulaires sont des microvésicules membranaires, de 0,1 à 1 µm, émises par des cellules activées ou en apoptose [13] et retrouvées dans le sang circulant, mais aussi dans la paroi vasculaire athérothrombotique [14]. L’origine plaquettaire, endothéliale ou leucocytaire de MPs circulantes est définie par la présence de déterminants antigéniques propres à la cellule parentale. Ces MPs sont actuellement considérées comme marqueurs d’activation cellulaire au cours de plusieurs situations pathologiques [15], du fait de la précocité avec laquelle elles sont libérées. La plupart de ces études concernent l’activité procoagulante et le rôle prothrombotique des MPs [16]. Ainsi, une élévation de la quantité des MPs endothéliales et plaquettaires circulantes a été rapportée au cours des AVC [17], [18]. Cependant, il s’agit d’une simple relation d’association. Le nombre de MPs circulantes et leur identité cellulaire ne sont pas les seuls facteurs indicatifs d’une activation plaquettaire, endothéliale ou leucocytaire. Ces MPs portent également d’autres composants moléculaires (protéases, cytokines, récepteurs membranaires, facteurs de croissance, molécules d’adhésion…) dont l’identification témoigne de l’état d’activation de la cellule parentale.
Les composants cellulaires de l’unité neurovasculaire pourraient également émettre dans la circulation ou dans d’autres liquides biologiques (liquide céphalo-rachidien) des MPs portant des antigènes spécifiques ainsi que des bioeffecteurs. La détection des ces antigènes portés par des MPs est une voie prometteuse qui permettrai de déterminer avec précision l’origine tissulaire d’une lésion.
Conclusion
Les différentes études sur les biomarqueurs des accidents vasculaires cérébraux n’ont, pour l’instant, pas abouti à la mise en évidence d’une molécule soluble qui serait véritablement porteuse d’une information prédictive ou d’aide au diagnostique des AVC ischémiques. Des développements récents sur les mécanismes d’activation cellulaire ont permis de mettre en évidence un nouveau type de biomarqueurs : les MPs émises par des cellules en souffrance. Les différents déterminants antigéniques et les effecteurs moléculaires portés par ces MPs pourraient permettre l’identification précoce du tissu affecté. Ces microparticules, circulantes ou détectées dans le LCR, représentent une nouvelle voie d’étude dans la recherche des biomarqueurs spécifiques des AVC.
LD et EAC sont membres du Septième Programme Cadre de la Communauté Européenne (FP7/2007-2013, grant n°201024) Projet ARISE « Affording recovery in stroke » et contrat d’interface Inserm-CHU de Caen, projet microparticules, octroyé à EAC.