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Hépatologie
Physiopathologie moléculaire de la cholestase
Cours d'Hépatologie
 


 

Introduction :

La cholestase résulte d’un arrêt ou d’une diminution de la sécrétion de bile dans l’intestin.

La sécrétion biliaire se fait par l’intermédiaire de transporteurs très perfectionnés situés sur les hépatocytes et les cholangiocytes.

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Un syndrome de cholestase peut survenir du fait d’un obstacle mécanique sur la voie biliaire principale ou être secondaire à des maladies de l’arbre biliaire ou de l’hépatocyte (maladies génétiques, infectieuses, auto-immunes, métaboliques, néoplasiques ou secondaires à une toxicité médicamenteuse).

Les conséquences du syndrome de cholestase sont essentiellement liées à la toxicité des acides biliaires qui s’accumulent dans le foie et dans l’organisme, ou à leur absence du tube digestif du fait de l’interruption du cycle entérohépatique.

Le dysfonctionnement ou l’absence des différents transporteurs sont observés dans un certain nombre de cholestases congénitales ou expérimentales.

L’implication de la mutation de certains gènes des systèmes de transports (SPGP, mdr3, FIC1) dans les cholestases familiales a permis un pont entre les sciences fondamentales et la clinique.

Sécrétion biliaire :

La bile produite par l’hépatocyte dans le canalicule biliaire, s’écoule ensuite par les ductules biliaires, puis les voies biliaires jusqu’au second duodénum.

Le canalicule biliaire est la plus petite unité de l’arbre biliaire. Sa paroi est constituée de la membrane canaliculaire de l’hépatocyte.

Sur la membrane canaliculaire de l’hépatocyte se trouvent des protéines de transport qui permettent le transport des substances osmotiquement actives contre un gradient de concentration de l’hépatocyte vers le canalicule biliaire.

La formation de la bile par les hépatocytes est déclenchée par la différence de pression osmotique, engendrée par la concentration dans le canalicule biliaire des acides biliaires et d’autres molécules osmotiquement actives, comme le glutathion.

Les mouvements de l’eau et des électrolytes se font essentiellement par voie paracellulaire, à travers les jonctions serrées intercellulaires.

Les acides biliaires, les phospholipides et le cholestérol s’associent dans la bile sous forme de micelles mixtes dont l’effet détergent sur les membranes cellulaires est moindre que celui des micelles simples (composées uniquement d’acides biliaires).

Le maintien de la polarité de l’hépatocyte (membrane canaliculaire et membrane basolatérale) est indispensable à la sécrétion biliaire.

A - TRANSPORT DU SANG PORTAL DANS L’HÉPATOCYTE :

Les acides biliaires parviennent au pôle sinusoïdal de l’hépatocyte par le sang portal.

Ils sont transportés dans l’hépatocyte contre un gradient de concentration (leur concentration hépatocytaire étant dix fois supérieure à leur concentration portale).

Les acides biliaires rendent compte de la sécrétion biliaire dite dépendante des acides biliaires, les autres substances (glutathion, phospholipides...) rendent compte de la sécrétion biliaire indépendante des acides biliaires.

Sur la membrane basolatérale de l’hépatocyte se trouve une Na-K+ ATPase dont le rôle est le maintien du gradient transmembranaire de sodium dans la cellule (plus de potassium en intracellulaire, plus de sodium en extracellulaire).

La Na-K+ ATPase et les canaux potassiques permettent le maintien d’un potentiel électrique transmembranaire de –35 mV.

Il procure l’énergie nécessaire à la sécrétion du sodium et au transport des acides biliaires Na+-dépendants.

Le transporteur des acides biliaires du sang vers l’hépatocyte est le Na+-taurocholate co-transporting polypeptide (NTCP), transporteur des acides biliaires conjugués dépendants du sodium.

Les acides biliaires et les autres substrats lipophiles (bromesulfonephtaléine [BSP], bilirubine,...) peuvent aussi être transportés dans l’hépatocyte par un système de transport indépendant du sodium : organic anion transporting polypeptide (OATP).

B - TRANSPORT INTRAHÉPATOCYTAIRE :

Une fois dans l’hépatocyte, les différentes substances osmotiques vont rejoindre le pôle canaliculaire.

Contrairement aux progrès réalisés dans la connaissance des mécanismes de transport canaliculaires et basolatéraux, le transport intra-cellulaire est encore mal connu.

Il semble que, contrairement à ce qui a longtemps été suspecté, le transport ne se fasse pas par un mécanisme vésiculaire mais plutôt par des protéines de transport intracellulaires, du moins dans les conditions physiologiques.

Différentes protéines ont été identifiées dont le rôle et la fonction sont encore à l’étude.

C - TRANSPORT CANALICULAIRE :

Dans les conditions physiologiques, l’étape limitante de la sécrétion biliaire est le transport canaliculaire des acides biliaires. Le transporteur canaliculaire des acides biliaires a été identifié.

Ce transport est stimulé par l’ATP. Cette protéine porte différents noms : bile salt export pump (BSEP), sister P-glycoprotein (SPGP), ou encore ATP binding cassette sous-famille B11 (ABCB11).

Au niveau de la membrane canaliculaire, d’autres transporteurs impliqués dans la sécrétion biliaire ont été identifiés. Il s’agit aussi de transporteurs ATP-dépendants appartenant à la famille des ATPases de type P.

Le premier mis en évidence est le mdr1 qui joue un rôle important dans l’élimination canaliculaire des volumineuses molécules lipophiles (médicaments anticancéreux, ciclosporine, inhibiteurs calciques...).

Cependant, le rôle de ce transporteur au cours de la sécrétion biliaire est mal défini. Il est, en effet, peu représenté dans les conditions physiologiques.

Au contraire, la protéine mdr3 joue un rôle dans la sécrétion biliaire des phospholipides.

Elle effectue la translocation ATPdépendante de la phosphatidylcholine du feuillet interne vers le feuillet externe de la membrane plasmique canaliculaire d’où elle est extraite vers la lumière grâce à l’action détergente des acides biliaires.

Une autre protéine, codée par le gène ATP8B1 (ouFIC1) a été identifiée, c’est aussi une ATPase de type P mais sa fonction dans la sécrétion biliaire est mal définie.

Elle pourrait permettre la translocation des aminophospholipides du feuillet externe vers le feuillet interne de la membrane plasmique canaliculaire.

Le transporteur canaliculaire MPR2 permet la sécrétion de la bilirubine conjuguée.

D - FORMATION DE LA BILE VÉSICULAIRE :

La bile canaliculaire n’a pas la même composition que la bile vésiculaire.

En particulier, les cellules épithéliales ductulaires ou cholangiocytes possèdent des transporteurs (CFTR et AE2) qui vont faciliter la sécrétion de chlore et de bicarbonate. Les voies biliaires sécrètent une solution riche en bicarbonate sous l’effet de la sécrétine.

La vésicule biliaire réabsorbe de l’eau et des électrolytes et concentre la bile hépatique par un facteur de dix environ.

Des transports actifs des différentes molécules dans le canalicule biliaire permettent la sécrétion biliaire, mais celle-ci n’est efficace que lorsque la structure de l’hépatocyte est intacte.

En particulier, la polarité cellulaire (séparation entre la membrane sinusoïdale et la membrane canaliculaire de l’hépatocyte), l’intégrité du cytosquelette indispensable aux contractions des canalicules biliaires et à l’imperméabilité des jonctions serrées intercellulaires et l’homéostasie du pool calcique intrahépatocytaire doivent être conservées.

Complications de la cholestase :

A - COMPLICATIONS CLINIQUES :

Les manifestations cliniques de la cholestase sont la conséquence de l’accumulation des constituants normalement éliminés dans la bile.

Elles sont souvent retardées par rapport aux manifestations biologiques.

L’ictère est la manifestation clinique la plus courante. Il résulte de l’accumulation sanguine de la bilirubine. Le prurit, très fréquemment observé, n’est pas clairement expliqué.

Il pourrait être secondaire à l’augmentation sanguine des concentrations d’acides biliaires ou d’autres substances pruritogènes et, en particulier, les endorphines.

Lors de cholestases prolongées, l’accumulation de lipides (cholestérol supérieur à 11,6 mmol/L pendant 3 mois) entraîne des xanthomes, xanthélasma.

Les autres manifestations cliniques sont en rapport avec la diminution de la concentration intestinale des acides biliaires par interruption du cycle entérohépatique, entraînant une malabsorption de graisses alimentaires et de vitamines liposolubles (A, D, E, K).

L’évolution des maladies cholestatiques chroniques (cirrhose biliaire primitive, cholangite sclérosante, peut être est marquée par l’apparition de signes d’insuffisance hépatocellulaire et d’hypertension portale, faisant poser l’indication d’une transplantation hépatique.

B - COMPLICATIONS BIOLOGIQUES :

La manifestation la plus précoce est l’augmentation des concentrations sanguines d’acides biliaires.

On cite aussi :

– l’augmentation des concentrations sanguines de la bilirubine conjuguée et du cholestérol ;

– l’augmentation de l’activité de la phosphatase alcaline, du 5’nucléotidase, de la gamma-glutamyl transpeptidase.

L’activité de la gamma-glutamyl transpeptidase peut être normale au cours de la cholestase gravidique, de la cholestase secondaire à la prise d’oestrogène et de la cholestase récurrente bénigne ;

– l’allongement du temps de prothrombine est initialement secondaire à une diminution de la synthèse des facteurs de la coagulation dépendant de la vitamine K (facteurs II, VII, IX, X), puis, associé à un déficit en facteur V, il traduit l’insuffisance hépatocellulaire.

C - COMPLICATIONS HISTOLOGIQUES :

D’un point de vue histologique, la cholestase désigne un dépôt microscopiquement visible de bilirubine dans le parenchyme hépatique.

Cette bilirubinostase peut être intrahépatocytaire, intrakupfférienne, canaliculaire.

Elle débute dans la région centrolobulaire.

Des lésions des hépatocytes de la région périportale apparaissent au cours des cholestases prolongées.

Les rosettes hépatocytaires signent une cholestase prolongée.

Au sein du parenchyme hépatique, les hépatocytes se disposent autour de lumières de taille variable optiquement vides ou contenant un matériel éosinophile ou pigmentaire biliaire, formant un aspect de tubule.

Il existe parfois une prolifération néoductulaire responsable en partie, de l’augmentation de l’activité gamma-glutamyl transpeptidase.

L’évolution des cholestases chroniques est marquée par le développement d’une fibrose puis d’une cirrhose.

Mécanismes moléculaires de la cholestase :

Les mécanismes de la cholestase sont nombreux.

Le clonage récent des différents transporteurs a permis de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de plusieurs maladies héréditaires cholestatiques et, en même temps, de progresser dans la compréhension des mécanismes de la cholestase.

A - CHOLESTASES INTRAHÉPATIQUES FAMILIALES ET CHOLESTASE RÉCURRENTE BÉNIGNE :

Les cholestases intrahépatiques familiales progressives sont un groupe hétérogène de maladies cholestasiantes survenant chez les enfants et aboutissant en quelques années à une maladie du foie sévère nécessitant encore le plus souvent le recours à la transplantation hépatique.

Trois entités ont été identifiées.

La cholestase récurrente bénigne est une maladie autosomique récessive, caractérisée par des épisodes d’ictère cholestatique avec prurit spontanément régressif, n’entraînant jamais de maladie chronique du foie.

1- Cholestases en rapport avec une modification de la symétrie de la membrane canaliculaire :

Chez les malades atteints de la maladie de Byler, des mutations du gène FIC1 ont été identifiées.

La fonction de la protéine codée par le gène FIC1 est encore hypothétique.

Il pourrait s’agir d’un transporteur des aminophospholipides ayant un rôle dans le maintien de l’asymétrie de la composition de membrane canaliculaire.

La disparition de cette asymétrie pourrait compromettre le fonctionnement ou l’insertion des transporteurs de cette membrane et donc entraîner une cholestase.

Il pourrait aussi s’agir d’un transporteur.

Chez les malades atteints de cholestase récurrente bénigne, le gène muté est aussi le gène FIC1.

Dans le cas de la cholestase récurrente bénigne, la mutation n’entraînerait qu’une inactivation partielle de la protéine alors que sa fonction serait sévèrement compromise par la ou les mutations observées au cours de la maladie de Byler.

2- Cholestase en rapport avec une diminution de la sécrétion canaliculaire des acides biliaires :

Au cours de la cholestase intrahépatique familiale de type 2, la protéine SPGP est absente de la membrane canaliculaire.

La sécrétion d’acides biliaires dans la bile chez ces malades est inférieure à 1 % de la normale. Plusieurs mutations du gène FIC2 (SPGP ou BSEP) ont été identifiées.

Les acides biliaires s’accumulant dans l’hépatocyte sont responsables des lésions cellulaires.

3- Cholestase en rapport avec une diminution de la sécrétion canaliculaire des phospholipides :

La cholestase intrahépatique de type 3 est liée à une mutation du gène mdr3.

La sécrétion biliaire des phospholipides est supprimée alors que la sécrétion d’acides biliaires est normale.

Les micelles formées dans le canalicule biliaire sont des micelles simples dépourvues de phospholipides et possédant un fort pouvoir détergent contrairement aux micelles mixtes.

Ce pouvoir détergent s’exerce sur les cholangiocytes et sur les hépatocytes.

Du fait des lésions membranaires, il existe une prolifération ductulaire, expliquant en partie l’augmentation sérique de l’activité de la gamma-glutamyl-transeptidase (GGT).

B - LA DYSPLASIE ARTÉRIO-HÉPATIQUE OU PAUCITÉ DES VOIES BILIAIRES INTERLOBULAIRES SYNDROMIQUES (SYNDROME D’ALAGILLE) :

Le syndrome d’Alagille est un maladie génétique à transmission autosomique dominante, associant une cholestase néonatale chronique en rapport avec une paucité des voies biliaires, un faciès caractéristique, une hypoplasie ou sténose de l’artère pulmonaire, des défauts de l’arc vertébral postérieur et un embryotoxon postérieur.

La paucité des voies biliaires ainsi que les autres anomalies semblent secondaires à la mutation de gène Jagged1 qui code pour une protéine jouant un rôle dans la transmission des informations intercellulaires, après fixation sur un récepteur NOTCH de la membrane cellulaire.

Après fixation de jagged sur le récepteur Notch, une partie de ce récepteur est transloqué dans le noyau où il interagit avec une acide désoxyribunucléique (ADN) binding proteine, permettant ainsi la transmission directe du signal de la surface cellulaire au noyau.

Notch contrôle ainsi plusieurs gènes intervenant dans la prolifération cellulaire, la différenciation cellulaire et l’apoptose.

Il a été récemment montré que le récepteur Notch était absent sur les cellules biliaires lors de la prolifération néoductulaire secondaire à une cholestase.

Ce récepteur pourrait donc jouer un rôle important dans la formation des voies biliaires normales.

C - CHOLESTASE EN RAPPORT AVEC LA SÉCRÉTION DE CYTOKINES :

Un syndrome de cholestase clinique ou biologique est fréquent au cours des infections (cholestase para-infectieuse), au cours de certains cancers (cholestase paranéoplasique), des granulomatoses, du syndrome d’activation des macrophages.

Histologiquement, l’architecture hépatique est conservée, il existe une cholestase intrahépatocytaire et un infiltrat inflammatoire polymorphe parfois organisé en granulome.

Dans ces différentes situations cliniques, il existe une synthèse de cytokines (interleukine [IL] 1, IL6, tumour necrosis factor [TNF]-alpha) par les cellules de Kupffer (macrophage intrahépatique) en réponse en particulier au cours des sepsis à la libération d’endotoxines.

Il existe des arguments in vivo et in vitro en faveur du rôle des cytokines au cours de ces syndromes de cholestase :

– le TNF-alpha provoque une cholestase chez l’homme (administration pour des études de phase 1) ;

– l’IL1 diminue la sécrétion biliaire dans le modèle du foie isolé perfusé de rat ;

– l’administration d’anticorps anti-TNF-alpha prévient la diminution de la sécrétion biliaire induite par les endotoxines.

L’administration d’anticorps anti-IL6 chez des malades atteints de cancer du rein associé à une cholestase paranéoplasique permet l’amélioration du syndrome de cholestase ;

– IL6, IL1, TNF-alpha altèrent la captation des acides biliaires et l’activité de la Na+ –K + –ATPase sur des hépatocytes isolés ou en culture.

Il a été récemment montré que les cytokines pro-inflammatoires et les endotoxines entraînaient un syndrome de cholestase en modulant l’activité des transporteurs hépatocytaires des acides biliaires et autres anions organiques.

Après fixation sur leurs récepteurs de la membrane basolatérale de l’hépatocyte, elles modifient les signaux des voies de la transduction, aboutissant à des altérations de la transcription de certains gènes et en particulier ceux des transporteurs des acides biliaires.

La diminution de l’activité des transporteurs des acides biliaires, qu’elle soit secondaire à une redistribution de la protéine de transport du secteur membranaire vers le secteur intracellulaire ou à une diminution de la synthèse des ARNm puis de la protéine de transport entraîne une diminution de la sécrétion biliaire et donc une cholestase.

Cet effet a été démontré pour le transporteur sodium-dépendant de la membrane basolatérale de l’hépatocyte, pour le transporteur des anions (MPR2, responsable de la sécrétion du glutathion et du flux biliaire indépendant des acides biliaires) et pour le transporteur des acides biliaires de la membrane canaliculaire de l’hépatocyte.

L’expression moléculaire de la Na–K+ ATPase est augmentée au cours des cholestases liées aux cytokines, ce qui pourrait favoriser la survie des hépatocytes au cours de la cholestase.

L’expression des gènes MDR1 et MDR3 est aussi augmentée sur la membrane basolatérale.

L’augmentation de l’activité de ces transporteurs pourrait favoriser l’élimination de la bilirubine, des acides biliaires sulfatés des hépatocytes vers la sinusoïde hépatique, diminuant ainsi leur toxicité intrahépatocytaire.

De même, la diminution de l’activité MRP2 pourrait, en particulier, permettre l’augmentation de la concentration hépatocytaire en glutathion et que celui-ci puisse jouer son rôle d’antioxydant dans l’hépatocyte (en situation d’agression) plutôt que d’être éliminé dans la bile.

D - CHOLESTASE PAR OBSTRUCTION :

Après une ligature du cholédoque chez le rat, la concentration d’acides biliaires sériques augmente pendant 3 jours puis diminue progressivement.

Cela suggère une adaptation des différents transporteurs des acides biliaires au cours de la cholestase.

Il a été montré une diminution de la transcription du transporteur sinusoïdal hépatocytaire des acides biliaires et de son expression membranaire. En revanche, l’expression du transporteur canaliculaire des acides biliaires est en partie conservée.

De plus, l’expression du transporteur iléal des acides biliaires est diminuée et celle du transporteur rénal augmente.

Ces différentes adaptations permettent de diminuer l’accumulation hépatique et sérique des acides biliaires et donc leur toxicité.

E - AMÉLIORATION DE CERTAINES CHOLESTASES PAR DES ACIDES BILIAIRES HYDROPHILES :

L’accumulation des acides biliaires joue un rôle primordial dans les complications de la cholestase.

De façon qui pourrait sembler paradoxale, l’acide ursodésoxycholique (acide biliaire hydrophile) a un effet bénéfique au cours de certaines cholestases.

Chez l’homme, un bénéfice clinique de l’ursodeoxycholic acid (UDCA) a été montré au cours de la cirrhose biliaire primitive et de la cholestase gravidique.

Les mécanismes de cet effet bénéfique sont multiples (modification qualitative du pool des acides biliaires de l’organisme, effet cytoprotecteur, modulation de l’expression des molécules human leucocyte antigen (HLA)...).

Chez les souris transgéniques mdr2-/mdr2-, qui ont, comme dans la cholestase familiale progressive de type 3, une inhibition de la sécrétion canaliculaire des phospholipides, l’UDCA a un effet thérapeutique.

Lorsque ces souris ont une nourriture enrichie en UDCA, la composition de leur bile est modifiée (contient de l’UDCA, acide biliaire plus hydrophile et donc moins détergent), les anomalies biologiques et histologiques (inflammation portale, prolifération ductulaire et fibrose) s’améliorent.

Cette étude démontre l’importance de la composition de la bile (contenu en phospholipides et proportions des différents acides biliaires) dans les lésions de cholestase.

Conclusion :

La découverte des mutations des gènes des différents transporteurs canaliculaires au cours des cholestases progressives familiales a permis, au cours des dernières années, de mieux comprendre le rôle de ces transporteurs dans la formation de la bile et dans la physiopathologie de la cholestase.

L’activité et l’expression des protéines de la membrane canaliculaire ainsi que de celles de la membrane basolatérale sont à l’étude au cours des cholestases d’autres origines.

Pour simplifier, il semble que l’expression des transporteurs de la membrane basolatérale de l’hépatocyte soit souvent diminuée, alors que celles des transporteurs canaliculaires soit inchangée ou augmentée.

Les modifications de l’expression des différents transporteurs pourraient permettre de prévenir l’accumulation des substances toxiques (les acides biliaires,...)

En facilitant leur élimination systémique ou, au contraire, de conserver dans l’hépatocyte des molécules antioxydantes (glutathion).

Des études sont nécessaires afin de connaître le rôle des mutations des transporteurs à l’état hétérozygote dans l’expression de la cholestase.

En particulier, il a été démontré chez les mères d’enfants atteints de cholestases progressives familiales de type 1 ou 3, et qui sont obligatoirement hétérozygotes pour les mutations des gènes FIC1 ou MDR3, une fréquence élevée de cholestase gravidique en rapport avec l’augmentation des oestrogènes au cours du troisième trimestre de la grossesse.

Cet exemple suggère que des cholestases plus sévères pourraient survenir chez des malades ayant des déficits partiels dans les protéines de transport, lorsqu’ils sont soumis à des situations pouvant entraîner une cholestase (médicaments, infections...).

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