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Étude de l’implication du facteur de transcription
FoxO3 en hypertension artérielle pulmonaire
Mémoire
Yann Grobs
Maîtrise en microbiologie-immunologie - avec mémoire
Maître ès sciences (M. Sc.)
Québec, Canada
© Yann Grobs, 2021
Résumé
INTRODUCTION : Comme dans le cancer, l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est
caractérisée par un phénotype pro-prolifératif et résistant à l’apoptose lié à une altération du
métabolisme (effet Warburg) des cellules. Dans le cas de l’HTAP les cellules affectées sont les
cellules musculaires lisses des artères pulmonaires (CMLAP). L’obstruction vasculaire des petites
artères pulmonaires qui en résulte est responsable de l’augmentation des résistances pulmonaires
menant à l’insuffisance cardiaque droite et à la mort prématurée des patients. La protéine FoxO3
est un facteur de transcription dont l’activité et la localisation cellulaire sont modulables, entre
autres, par phosphorylation. Dans les cellules cancéreuses, la localisation nucléaire de FoxO3
quand elle n’est pas exclue par phosphorylation a été largement étudiée comme une protéine
cruciale pour son rôle suppresseur de tumeur via la régulation de gènes impliqués dans l’apoptose
et l’arrêt du cycle cellulaire comme les protéines BIM et P27. En plus de ces fonctions de facteur
de transcription, FoxO3 joue un rôle dans le maintien du métabolisme cellulaire, connu pour être
reprogrammé en HTAP, notamment en stimulant la synthèse de SOD2, une enzyme responsable
de la détoxification mitochondriale. Ainsi FoxO3 est un candidat sérieux pour contrôler le
phénotype de type cancer des CMLAP-HTAP. Fait intéressant, AKT et AMPK connus pour être
impliqué en HTAP exercent des effets antagonistes sur FoxO3; AKT promeut son exclusion
nucléaire tandis que AMPK favorise son accumulation nucléaire et mitochondriale.
HYPOTHÈSE : Nous avons ainsi émis l'hypothèse que l'exclusion nucléaire de FoxO3
(secondaire au déséquilibre AKT / AMPK) favorise la reprogrammation métabolique vers la
glycolyse conduisant au phénotype pro-prolifératif / résistant à l'apoptose des CMLAP-HTAP et
au remodelage vasculaire.
MÉTHODES ET RÉSULTATS : Par Western blot (WB) et immunofluorescence sur des
CMLAP isolées à la fois de patients HTAP et de patients témoins, nos résultats suggèrent que
l'exclusion nucléaire (et mitochondriale) de FoxO3 en raison de sa phosphorylation est une
caractéristique des CMLAP-HTAP. In vitro, nous avons démontré que l'activation
pharmacologique (localisation nucléaire) de FoxO3 à l'aide d'un adénovirus exprimant une forme
constitutivement active et non phosphorylable de FoxO3 ou de la trifluopérazine (TFP) entraînait
une réduction de la prolifération des CMLAP-HTAP (marquage Ki67) et de la résistance à
l'apoptose (dosage de l'Annexine V). Ces effets sont accompagnés d'une expression potentiellement
II
augmentée de P27 et de SOD2 ainsi qu’une expression diminuée de Survivin. In vivo, nous avons
montré que l'activation de FoxO3 à l'aide de la TPF améliore l’HTAP induite chez le rat
monocrotaline (diminution de la Pression systolique du ventricule droit (RVSP) et des résistances
pulmonaires totales (TPR) et augmentation du volume d’éjection (Sv) et du débit cardiaque (CO)).
CONCLUSION : Nos résultats suggèrent que FoxO3 est impliquée dans le remodelage vasculaire
pulmonaire. L'activation pharmacologique de FoxO3 peut représenter une nouvelle cible
thérapeutique pour améliorer l'HTAP.
III
Abstract
INTRODUCTION: Like cancer, pulmonary arterial hypertension (PAH) is characterized by
exaggerated proliferation and resistance to apoptosis related to metabolic alterations (Warburg
effect) of pulmonary smooth muscle cells (PASMCs). These anomalies result in a progressive
narrowing of the pulmonary arteries, increasing pulmonary resistance and leading to right heart
failure and premature death. FoxO3 is a transcription factor whose its activity and localization can
be mediated by post translational modifications as phosphorylation. In cancer cells,
unphosphorylated and nuclear FoxO3 has been extensively studied as a crucial protein that
functions as a tumor suppressor by regulating expression of genes involved in apoptosis and cell
cycle arrest. These functions combined with other FoxO3 attributes, including its key role in
communicating mitochondrial-nuclear signals, make the FoxO3 a suitable candidate for controlling
the cancer-like phenotype of PAH-PASMCs. Interestingly, AKT and AMPK, known to be
implicated in PAH, exert antagonistic effects on FoxO3; AKT promotes its nuclear exclusion while
AMPK favors its nuclear and mitochondrial accumulation.
HYPOTHESIS: We thus made the hypothesis that FoxO3’s nuclear exclusion (secondary to
AKT/AMPK imbalance) promotes metabolic reprogramming towards glycolysis leading to
enhanced proliferation/resistance to apoptosis of PAH-PASMCs and vascular remodeling.
METHODS and RESULTS: Using Western blot (WB) and immunofluorescence in isolated
PASMCs from both PAH and control patients, our preliminary data suggest that nuclear (and
mitochondrial) exclusion of FoxO3 due to its phosphorylation is a feature of PAH-PASMCs. In
vitro, we demonstrated the pharmacological activation (nuclear localization) of FoxO3 using an
adenovirus expressing a constitutively active, non-phosphorylable form of FoxO3 or
trifluoperazine (TFP) resulted in reduced PAH-PASMC proliferation (Ki67 labeling) and
resistance to apoptosis (Annexin V assay). These effects were accompanied with potential effect
of P27 and SOD2 and diminished expression of Survivin. In vivo, we showed that FoxO3 activation
using TPF improved established PAH in rat model : the monocrotaline rat (reduced RVSP and
increased Sv and CO, by right catheterization) without any sign of toxicity.
CONCLUSION: We showed that FoxO3 is implicated in pulmonary vascular remodeling.
Pharmacological activation of FoxO3 may represent a novel avenue to improve PAH.
IV
TABLE DES MATIÈRES
RÉSUMÉ ...................................................................................................................................................................... II
ABSTRACT ................................................................................................................................................................. IV
LISTE DES TABLEAUX ......................................................................................................................................... VII
LISTE DES FIGURES ............................................................................................................................................ VIII
LISTE DES ABRÉVIATIONS .................................................................................................................................. IX
REMERCIEMENTS .................................................................................................................................................. XI
INTRODUCTION......................................................................................................................................................... 1
1. LE SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE......................................................................................................... 2
1.1 LE CŒUR ...................................................................................................................................................... 2
1.1.1. Anatomie cardiaque ............................................................................................................................... 2
1.1.2. Contraction du myocarde....................................................................................................................... 3
1.1.3. Trajet du sang et vascularisation cardiaque ......................................................................................... 4
1.1.4. Cycles cardiaques. .................................................................................................................................. 5
1.2 CIRCULATION CARDIO-PULMONAIRE. ....................................................................................................... 6
1.3 VAISSEAUX SANGUINS ................................................................................................................................. 7
1.3.1 Les artères .............................................................................................................................................. 8
1.3.2 Les capillaires ......................................................................................................................................... 9
1.3.3 Les veines................................................................................................................................................ 9
2. HYPERTENSION PULMONAIRE. ............................................................................................................... 12
2.1 GROUPE 1 : HYPERTENSION ARTÉRIELLE PULMONAIRE. ....................................................................... 13
2.2 SYMPTÔMES ET DIAGNOSTIC DE L’HTAP. .............................................................................................. 14
2.2.1 Présentation clinique. ................................................................................................................................ 14
2.2.2 Méthodes de diagnostic non invasives. ..................................................................................................... 16
2.2.3 Méthodes de diagnostic invasives : le cathétérisme droit......................................................................... 18
2.3 TRAITEMENTS ACTUELS. .......................................................................................................................... 20
1.3.1 Bloqueurs calciques................................................................................................................................... 20
1.3.2 Inhibiteurs de la phosphodiestérase de type 5. ......................................................................................... 21
1.1.3 Analogues de la prostacycline. .................................................................................................................. 22
1.1.4 Antagonistes des récepteurs à l’endothéline. ........................................................................................... 23
3. HTAP : PHYSIOPATHOLOGIE CELLULAIRE ET MOLÉCULAIRE. ................................................. 24
3.1 DYSFONCTIONNEMENT ENDOTHÉLIAL .................................................................................................... 25
3.2 LÉSIONS PLÉXIFORMES. ............................................................................................................................ 27
3.3 PHÉNOTYPES CANCÉREUX. ....................................................................................................................... 28
3.3.1 Comportement pro-prolifératif et potentiel réplicatif illimité. ............................................................ 30
3.3.2 Résistance à l’apoptose. ....................................................................................................................... 31
3.3.3 Reprogrammation métabolique. .......................................................................................................... 32
4. LE FACTEUR DE TRANSCRIPTION FOXO3 ............................................................................................ 35
4.1 LA FAMILLE FOXO.................................................................................................................................... 35
4.2 LE FACTEUR DE TRANSCRIPTION FOXO3 ................................................................................................ 37
4.3 LES RÉGULATEURS DE FOXO3 ................................................................................................................. 37
4.3.1 AKT : un inhibiteur de FoxO3 ............................................................................................................ 37
4.3.2 AMPK : un activateur de FoxO3 ......................................................................................................... 38
5. HYPOTHÈSES ET OBJECTIFS DE RECHERCHE ................................................................................... 40
CHAPITRE 1 .............................................................................................................................................................. 42
V
MATÉRIELS ET MÉTHODES ........................................................................................................................................ 42
Échantillons de tissus humains.......................................................................................................................... 43
Modèles animaux................................................................................................................................................ 43
Étude in vivo de l’hypertension pulmonaire, hypertrophie du VD et remodelage vasculaire pulmonaire..... 45
Culture cellulaire et traitement .......................................................................................................................... 46
Mesure de la prolifération et de l’apoptose ....................................................................................................... 46
Analyse statistique .............................................................................................................................................. 47
CHAPITRE 2 .............................................................................................................................................................. 48
RÉSULTATS ............................................................................................................................................................... 48
L’augmentation de la forme inactive de FoxO3 est associée à son exclusion nucléaire dans les CMLAP-
HTAP. ................................................................................................................................................................. 49
L’inhibition d’AKT prévient l’exclusion nucléaire de FoxO3. ........................................................................ 51
FoxO3 diminue la prolifération et augmente l’apoptose des CMLAP-HTAP. ................................................ 53
L’inhibition de la phosphorylation de FoxO3 restaure le phénotype pro-prolifératif des CMLAP-HTAP.... 55
La réactivation pharmacologique de FoxO3 permet son accumulation dans la mitochondrie. ..................... 57
Le trifluoperazine améliore les paramètres hémodynamiques chez le rat MCT.............................................. 59
CONCLUSION & PERSPECTIVES ........................................................................................................................ 61
RÉFÉRENCES ............................................................................................................................................................ 68
VI
Liste des tableaux
Tableau 1.1 : Classification de l’hypertension pulmonaire……………………………………p10
Tableau 1.2 : Classes fonctionnelles de l’hypertension pulmonaire…………………………..p13
VII
Liste des figures
Figure 1.1 : Représentation schématique d’une unité contractile cardiaque
(cardiomyocyte)…………………………………………………………………...p4
Figure 1.2 : Schéma anatomique du cœur humain en vue 4 chambre……………………..…..p5
Figure 1.3 : Système circulatoire sanguin…………………………………………………..…p7
Figure 1.4 : Structure des vaisseaux sanguins…………………………………………...…….p8
Figure 1.5 : Cathétérisme cardiaque droit – insertion de la sonde et tracé de pression
correspondant…………………………………………………………………..…p19
Figure 1.6 : Démonstration du mécanisme des inhibiteurs de la PDE-5……...……………….p22
Figure 1.7 : Représentation schématique de la progression pathologique de l’HTAP…….…..p25
Figure 1.8 : Atteinte evolutive de la paroi des artères pulmonaires. Humbert………………...p28
Figure 1.9 : Représentation schématique des propriétés distinctives caractéristiques
communes entre le cancer et l’HTAP………………………………………….…p30
Figure 1.10 : Représentation schématique de la régulation des facteurs de transcription
FoxO par l’insuline et les facteurs de croissance………………………………....p36
Figure 1.11 : Représentation schématique de la réponse au stress médiée par FoxO3 ……….p39
Figure 2.1 : L’augmentation de la phosphorylation de FoxO3 est associée à son
exclusion dans les CMLAP-HTAP……………………………………………....p50
Figure 2.2 : L’inhibition d’AKT est associée à une diminution de l’exclusion
nucléaire de FoxO3………………………………………………………………p52
Figure 2.3 : FoxO3 diminue la survie des CMLAP-HTAP……………………………………p54
Figure 2.4 : La réactivation moléculaire de FoxO3 dans le noyau diminue la
prolifération des CMLAP-HTAP………………………………………………...p56
Figure 2.5 : Accumulation de FoxO3 dans les mitochondries de CMLAP-HTAP
traitées avec le TFP……………………………………………………………….p58
Figure 2.6 : Amélioration des paramètres hémodynamiques chez le rat MCT
traité avec le TFP…………………………………………………………………p59
Figure 3.1 : Les différentes voies de signalisation modulées par AKT et impliquées
dans la prolifération et la mort cellulaire……………………………...………….p65
VIII
Liste des abréviations
AKT Protéine kinase B
AMPK AMP-activated protein kinase
AP Artères pulmonaires
APD Artères pulmonaires distales
ARNm ARN messager
ATP Adénosine triphosphate
AVC Arrêt vasculaire cérébrale
BMPR2 Bone morphogenetic protein receptor type II
BNP Brain natriuretic peptide
CE Cellule endothéliale
CEAP Cellule endothéliale d'artères pulmonaires
CML Cellule musculaire lisse
CMLAP Cellules musculaires lisses d'artères pulmonaires
CO Cardiac output
CTE Chaines de transporteurs d'électrons
DMSO Diméthylsulfoxyde
EGF Epidermal growth factor
ET-1 Endothéline
ETA Récepteur de l'endothéline de type A
ETB Récepteur de l'endothéline de type B
EVG Elastica van gieson
FoxO3 Forkhead box 3
GDF-15 Growth differentiation factor-15
GSK3 Glycogen synthase kinase 3
HIF-1 Hypoxia inducible factor
HR Heart rate
HTAP Hypertension artérielle pulmonaire
HTAPh Hypertension artérielle pulmonaire héréditaire
HTAPi Hypertension artérielle pulmonaire idiopathique
HTP Hypertension pulmonaire
IF Immunofluoerescence
IP intra-péritonéale
LKB1 Liver porotein kinase B1
LP Lésions pléxiformes
MCT Monocrotaline
NO nitric oxyde
NT Non traité
IX
OMS Organisation mondiale de la santé
OMS Organisation mondiale de la santé
pAKT phosphoAKT
PAPm Pression artérielle pulmonaire moyenne
PAPO pression artérielle pulmonaire occluse
PDE-5 Phosphodiestérase de type 5
PDGF Platelet-derived growth factor
pFoxO3 phosphoFoxO3
PI3K Phosphoinositide 3-kinase
PVR Pulmonary vascular resistance
ROS Reactive oxygen species
RTK Récepteurs à tyrosine kinase
RVSP Right ventricular systolic pressure
SC Sous cutané
SOD2 Superoxide dismutase
SV Stroke volume
TFP Trifluoperazine
VEGF Vascular endothelial growth factor
VIH Virus de l'immunodéficience humaine
WB Western blot
XRemerciements
Je tiens à remercier tous ceux qui m’ont soutenu et aidé, de près ou de loin, durant cette année et
demie de maîtrise.
Plus particulièrement à ma directrice de maîtrise, Dre. Paulin, pour m’avoir accordé sa confiance
et cru en mes capacités, de m’avoir guidé et conseillé tout au long de cette année et demie.
Merci au Dr. Bonnet, pour ces nombreux conseils, ces récits d’expériences fort instructifs, et
surtout de m’avoir donné la possibilité de réussir et de m’offrir la possibilité de poursuivre ma
formation au doctorat. Merci de m’avoir écouté, conseillé et parfois secoué quand c’était
nécessaire. Merci également pour ces petits breaks où le football devient le centre de nos
conversations.
Merci au Dr. Provencher, de m’avoir rapproché de la recherche clinique et de m’avoir donné la
possibilité d’assister à un cathétérisme cardiaque droit. Merci d’avoir toujours été présent quand
j’avais des petits bobos que seul un médecin pouvait soigner. Merci d’être toujours disponible,
attentif et à l’écoute, j’ai beaucoup apprécié nos conversations « extra-lab ».
Un grand merci au Dr. Potus, d’avoir pris le temps et d’avoir eu la patience de m’encadrer pour
l’écriture de ce mémoire.
Merci au Dr. Boucherat, d’avoir été présent quand j’en avais besoin et de me pousser à me remettre
en question pour avancer et m’améliorer.
Merci également à tous les membres de mon laboratoire de m’avoir permis de m’épanouir au sein
de votre équipe.
Un immense merci à ma famille, pour m’avoir toujours soutenu tout au long de ma vie et ça peu
importe mes choix.
- À mes parents, sans qui je n’aurais jamais pu en arriver jusque-là.
- À ma mère d’avoir toujours cru en moi, de m’avoir donné la force de réaliser mes rêves.
- À mon père d’avoir toujours été présent, derrière moi, et de m’avoir soutenu au moment
où j’en avais le plus besoin.
- À mon oncle, merci pour son soutien indéfectible, tu es une source d’inspiration et tes
conseils ont toujours été très important pour moi.
- À Noujoud, la femme qui partage ma vie, merci de croire en moi et de me soutenir sans
relâche chaque jour. Tu me donnes la force de ne pas lâcher dans les moments difficiles.
XIJe tiens naturellement à remercier l’ensemble de mes amis qui me sont restés fidèles et ce malgré
la distance. Merci de me sortir de mon traintrain quotidien quand j’ai la chance de vous avoir par
Skype.
- À Johann, mon ami de Montpellier qui s’est lancé à la découverte du monde, qui me fait
voyager et qui me rappelle avec nostalgie les magnifiques moments de mes voyages.
- À Alexis, mon ami nancéien rencontré en Australie. Mon compagnon de voyage. On en
aura vu ensemble. Merci de rester proche, de prendre régulièrement des nouvelles, c’est
toujours un grand plaisir de t’avoir au téléphone.
- À Alexandre, mon ami rouennais de Montpellier installé en Chine. Malgré la distance
et le peu de temps libre, tu trouves toujours un peu de temps à me consacrer. Nos
discussions football sont toujours une bouffée d’oxygène.
- À Alexandra, d’être toujours aussi folle et de me communiquer ta joie de vivre. Dans
les moments difficiles, je sais que tu seras toujours là pour me faire rire.
- À Nono, Sam, Rémi, Ambi, Lolo pour ces apéros Skypes qui m’ont apporté un peu
d’humanité pendant ce confinement.
- À Simon, Kevin, Myriam, Dodo, Camille, les nouveaux ou futurs papa et maman. Merci
de m’envoyer des photos de vos « mini-vous », j’ai hâte de les rencontrer.
- À Miloud et Samira, mes amis montpelliérains installés à Montréal, avec vous quand
j’ai la chance de vous voir c’est comme si je rentrais un peu à la maison.
- À Nico, Lucile, Ben, Cissou, Nain, et tous ceux que j’oublie bien involontairement et
qui sont toujours présents lors de mes courts passages en France.
À mes nombreuses rencontres ici à Québec, Marius et Fatima, Marc et Marianna, Sylvain,
Géraldine, Charlotte et mes coéquipiers de football, loin des miens votre présence me fait moins
ressentir la solitude, merci.
Finalement, je tiens à remercier tous les organismes subventionnaires pour leur soutien financier ;
la fondation du CRIUCPQ et le réseau en santé respiratoire du FRQS.
XIIIntroduction
11. Le système cardio-vasculaire
Le système cardio-vasculaire est un système circulatoire permettant d’assurer le transport du sang
à l’ensemble des organes de l’organisme depuis le cœur. Cette circulation en réseau fermé est
destinée à faciliter et à accélérer les échanges entre les différentes parties du corps afin d’assurer
l’apport en nutriments, oxygènes, hormones, cellules immunitaires et l’élimination des déchets
métaboliques tels que l’urée et le dioxyde de carbone, essentiel au maintien de l’homéostasie
cellulaire et de l’intégrité des organes.
1.1 Le cœur
Il est un organe musculaire creux qui assure la circulation sanguine en distribuant le sang à
l’ensemble de l’organisme par l’entremise de contractions rythmiques. Il est anatomiquement situé
dans la cavité thoracique entre les deux poumons dans un espace appelé le médiastin1.
1.1.1. Anatomie cardiaque
Le cœur mesure de 14 à 16 cm et son diamètre est généralement compris entre 12 et 14 cm. Son
poids est proportionnel au poids du corps, mais cette relation n’est pas parfaitement linéaire, ainsi
le rapport poids du cœur/poids du corps varie d’une espèce à l’autre. Chez l’homme le poids du
cœur d’un adulte normal est d’environ 250g1. C’est un organe creux qui est constitué de trois
couches : le péricarde à l’extérieur (enveloppe protectrice étanche), le myocarde qui constitue le
muscle cardiaque (composé d’unités contractiles) et l’endocarde qui est composé de cellules
endothéliales (CE) tapissant la cavité interne du cœur. Le cœur est divisible en 2 parties, séparées
par le septum. Le cœur droit et le cœur gauche sont chacun formés de deux cavités : l’atrium
(anciennement appelé oreillette) et le ventricule. Pour chaque côté du cœur, l’atrium et le ventricule
sont séparés par une valve fibreuse qui ne peut s’ouvrir que dans la cavité ventriculaire empêchant
le reflux sanguin dans l’atrium.
21.1.2. Contraction du myocarde
Le cœur ne possède ni innervation motrice ni innervation sensitive, mais il possède une innervation
sympathique et vagale. Ceci signifie que son activité rythmique est automatique et est assurée par
un système électrique particulier : le tissu conducteur1. Il est important de préciser que la
contraction musculaire comme la contraction cardiaque dépend de stimuli électriques qui vont
provoquer l’entrée massive de calcium dans la cellule via différentes pompes/canaux créant ainsi
une différence de potentiel (appelé potentiel d’action) nécessaire à la contraction musculaire.
L’impulsion électrique début au niveau du nœud sinusal du tissu conducteur qui se situe sur le
pourtour de la veine cave supérieure. Il se propage à travers le nœud auriculoventriculaire localisé
à la jonction de l’atrium droit et du septum pour finalement se disséminer à travers le faisceau de
His (dans l’épaisseur du septum) puis dans ses deux branches afin d’atteindre les cellules
contractiles du myocarde. L’entrée massive de calcium dans la cellule contractile suite à
l’excitation électrique qui provient du pacemaker sinusal augmente l’affinité des protéines
contractiles entre elles et active la fonction ATPase de la myosine (en présence d’ATP) induisant
ainsi la contraction musculaire par glissements des filaments minces composés d’actine, de
tropomyosine et de troponine, avec des filaments épais composés de myosine (Figure 1.1).
3Figure 1.1 : Représentation schématique d’une unité contractile cardiaque (cardiomyocyte). Tiré de « the cardio
research web project » https://sites.google.com/site/cardiacresearch83/cardiomyocytes.
1.1.3. Trajet du sang et vascularisation cardiaque
L’ouverture de la valve mitrale permet au sang d’entrer dans le ventricule gauche depuis l’atrium
gauche. Ensuite le sang est envoyé au reste de l’organisme à travers l’ouverture de la valve aortique.
Parallèlement et de manière synchrone avec la partie gauche du cœur, l’ouverture de la valve
tricuspide permet le passage du sang de l’atrium droit vers le ventricule droit, puis du ventricule au
poumon quand la valve pulmonaire est ouverte. (Figure 1.2). Le sang circulant dans les cavités
cardiaques ne permet pas l’échange d’oxygène ou de nutriments nécessaires au bon fonctionnement
du cœur, ni même à l’élimination des déchets produits par les cellules contractiles. De ce fait, le
cœur a sa propre circulation sanguine qui est prise en charge par les artères coronaires qui dérivent
de l’aorte. Les veines coronaires assurent l’élimination des déchets produits par le myocarde
(dioxyde de carbone, métabolites, etc).
4Figure 1.2 : Schéma anatomique du cœur humain en vue 4 chambres. Tiré de https://www.sante-sur-le-
net.com/maladies/cardiologie/generalites-coeur/
1.1.4. Cycles cardiaques.
Le sang appauvri en oxygène, après son passage dans l’organisme, arrive par les veines
caves supérieure et inférieure ainsi que le sinus coronaire dans la partie droite du cœur au niveau
de l’atrium gauche. Au même moment, le sang enrichi en oxygène suite à son passage dans les
poumons, pénètre dans la partie gauche du cœur au niveau de l’atrium gauche par la veine
pulmonaire. Ensuite, les deux atriums se vident dans leurs cavités ventriculaires respectives. Tout
ceci s’appelle la diastole et correspond à la phase de relaxation du myocarde. Chaque diastole est
suivie ou précédée d’une systole, elle débute au moment où les valves mitrale et tricuspide se
ferment. La systole est composée de deux phases. Dans un premier temps, les ventricules se mettent
en tension très rapidement avant l’ouverture des valves aortiques et pulmonaires, ce qui correspond
à la contraction isovolumétrique. Puis, le sang est expulsé dans l’aorte et dans l’artère pulmonaire,
5les pressions systoliques ventriculaires et artérielles augmentent et le volume des ventricules
diminue jusqu’à ce que les valves aortiques et pulmonaires se referment1.
1.2 Circulation cardio-pulmonaire.
Comme nous l’avons vu précédemment le sang pauvre en oxygène est collecté au niveau de
l’atrium droit du cœur et quitte le ventricule droit par le tronc pulmonaire qui se divise en artères
pulmonaires droite et gauche pour être acheminé aux poumons où il sera oxygéné. Dans le poumon,
les deux artères pulmonaires se ramifient en autant de branches (appelées artérioles lobaires) que
la bronche qu’elles accompagnent. Les échanges gazeux se font au niveau des capillaires
alvéolaires. Le sang oxygéné est acheminé à l’atrium gauche par quatre veines pulmonaires et
quitte ensuite le cœur via l’aorte pour être distribué à l’ensemble de l’organisme (Figure 1.3). Ainsi
on distingue la circulation pulmonaire également appelée petite circulation qui est un système à
basse pression dont l’une des fonctions est de réoxygéner le sang, de la circulation systémique
connue aussi sous le nom de grande circulation et qui est un système à haute pression dont le rôle
est d’alimenter l’ensemble des organes et tissus du corps en sang oxygéné et en nutriments. La
pression du système artériel est à son maximum au niveau de l’aorte, puis diminue progressivement
jusqu’aux capillaires sanguins. En moyenne, elle est évaluée à 120 mmHg lors de la systole et 80
mmHg lors de la diastole. La pression au sein du réseau vasculaire pulmonaire est beaucoup plus
faible que celle du réseau systémique. Au moment de la systole, on évalue la pression maximale à
20 mmHg dans l’artère pulmonaire et à 8 mmHg au moment de la diastole.
6Figure 1.3: Système circulatoire sanguin. Tiré de The Circulatory System, Mescher AL. Junqueira’s Basic
Histology: Text and Atlas, 15e; 2018
1.3 Vaisseaux sanguins
On distingue principalement deux catégories de vaisseaux sanguins : les artères et les
veines. Les artères quittent le cœur et transportent le sang éjecté par les ventricules. Elles se divisent
rapidement en petites artérioles jusqu’à devenir de petits capillaires dont la paroi est suffisamment
fine pour permettre les échanges (gazeux, nutritionnels…). Les veinules, qui deviennent des veines,
recueillent le sang post capillaire qui a servi aux échanges, pour être réacheminé au cœur. Ainsi
7tous les vaisseaux qui quittent le cœur sont appelés en anatomie des artères, et tous ceux qui s’y
rendent des veines.
1.3.1 Les artères
Une paroi vasculaire comprend trois tuniques concentriques et solidement réunies :
l’intima, la média et l’adventice (Figure 1.4).
Figure 1.4 : Structure des vaisseaux sanguins. Tiré de Reisner HM. Pathology: A Modern Case Study; 2015.
L’adventice est la couche la plus externe des vaisseaux sanguins. Elle est composée principalement
de matrice extracellulaire (fibres de collagène et élastine) et de fibroblastes. Elle est traversée de
vasa-vasorum qui avec le sang assurent la nutrition de la paroi; d’un réseau lymphatique
responsable de l’évacuation des substances provenant du sang ainsi que de fibres nerveuses
8vasomotrices qui participent au contrôle du diamètre vasculaire en provoquant soit une
vasodilatation soit une vasoconstriction (par l’intermédiaire de récepteur adrénergique). On y
retrouve également des cellules immunitaires et des adipocytes2. La média est la couche interne,
elle est constituée exclusivement de cellules musculaires lisses (CML) et de constituants
extracellulaires (fibres élastiques, fibrilles d’élastines, faisceaux et fibrilles de collagène,
protéoglycane). Elle joue un rôle important dans le maintien du tonus vasculaire : les CML sont
cylindriques et orientées perpendiculairement par rapport à l’axe du vaisseau. Elles occupent
environ 30% du volume de la média et jouent un double rôle : elles synthétisent les composants de
la paroi vasculaire, ainsi que leurs précurseurs, et sont responsables de l’élasticité de la paroi grâce
à leurs propriétés contractiles1. L’intima, la couche la plus interne, est constituée successivement
de l’endothélium, de la membrane basale, de la couche sous endothéliale et de la limitante élastique
interne. Les CE sont de forme losangique, elles tapissent la surface interne de la paroi des vaisseaux
sanguins et sont les seules à être en contact avec le sang. Elles se présentent sous divers aspects :
juxtaposées, chevauchées, imbriquées et reliées entre elles par des jonctions serrées empêchant les
cellules sanguines d’infiltrer la paroi artérielle et de nexus permettant la communication
intercellulaire.
1.3.2 Les capillaires
Les capillaires sont les plus petits vaisseaux que l’on retrouve dans le corps humain. Ils sont
constitués uniquement de CE et d’une membrane basale rendant leur paroi extrêmement fine et
perméable aux composés sanguins circulants. Ainsi les capillaires servent de site d’échanges entre
le système circulatoire et les cellules environnantes.
1.3.3 Les veines
La structure de la paroi des veines est semblable à celle des artères, cependant elle est plus
mince. La différence majeure se trouve au niveau de la couche de CML, beaucoup plus fine que
dans les artères. Ainsi les veines ont une moins bonne capacité de vasoconstriction et de
vasodilatation que les artères et le diamètre de leur lumière est plus important. La tunique interne
des veines forme des replis transversaux de muqueuse que l’on appelle des valvules veineuses dont
leur fonction est d’orienter le sang veineux. Leur fonctionnement est entièrement passif et dépend
9des pressions (habituellement basses) en aval et en amont : ainsi comme la pression dynamique est
moindre que dans les artères, les valvules empêchent les reflux et favorisent le retour du sang vers
le cœur.
10L’hypertension artérielle systémique correspond à une augmentation de la pression sanguine
au niveau de la « grande circulation » , touchant une personne sur 3 dans les pays développés3
et un peu plus de 2 personnes sur 3 dans les pays à faible revenu4. La pression exercée par le
sang sur la paroi des artères étant trop forte, elle a pour conséquence d’augmenter le risque
d’infarctus et d’AVC, dont 50% des cas de maladies cardiaques ischémiques sont une
conséquence de cette pression sanguine élevée5. L’hypertension artérielle pulmonaire
correspond également à une augmentation des pressions sanguines, mais cette fois au niveau
de la circulation pulmonaire ou « petite circulation ».
112. Hypertension pulmonaire.
L’hypertension pulmonaire (HTP) est une pathologie du réseau vasculaire pulmonaire
caractérisée par une augmentation des pressions pulmonaires et dont le symptôme principal est un
essoufflement à l’effort. D’un point de vue hémodynamique, l’HTP se caractérise par une pression
artérielle pulmonaire moyenne (PAPm) supérieur à 20mmHg au repos (chez un patient sain la
PAPm moyenne est de 14 ± 3,3)6,7 . Les symptômes de l’HTP sont peu spécifiques incluant, entre
autres, fatigue, dyspnée, et intolérance a l’effort 8. Selon l’Organisation mondiale de la Santé (OMS
= WHO : World Health Organisation) l’HTP peut être classée en cinq groupes selon les causes
pathologiques.
Classification clinique de l’HTP
Groupe 1. Hypertension artérielle pulmonaire (HTAP)
1.1 Idiopathique : aucune cause décelée, absence d’antécédents familiaux.
1.2 Héréditaire.
1.3 Drogues et Toxines.
1.4 HTAP associée à des maladies du tissu conjonctif, à une infection par le VIH, à une hypertension portale, à
une cardiopathie congénitale, à une Schistosomiase, à une anémie hémolytique.
1.5 HTAP répondant aux bloqueurs des canaux calciques.
1.6 HTAP associée à une pathologie veineuse ou capillaire (maladies veino-occlusives pulmonaires,
hémangiome capillaire pulmonaire).
1.7 HTAP persistante du nouveau-né.
Groupe 2. HTP causée par des maladies cardiaques gauches
2.1 HTP dans l’insuffisance cardiaque avec fraction d’éjection du ventricule gauche préservée (FEVG).
2.2 HTP dans l’insuffisance cardiaque avec FEVG non préservée.
2.3 Cardiopathie valvulaire.
2.4 Affections cardiovasculaires congénitales / acquises conduisant à une HTP post-capillaire.
Groupe 3. HTP associée aux maladies pulmonaires et/ou à l’hypoxie.
3.1 Maladies pulmonaires obstructives.
3.2 Maladies pulmonaires restrictives.
3.3 Autres maladies pulmonaires de types restrictives/obstructives.
3.4 Hypoxie sans maladie pulmonaire.
123.5 Développement de troubles pulmonaires.
Groupe 4. HTP due aux obstructions artérielles pulmonaires.
4.1 HTP thromboembolique chronique.
4.2 Autres types d’obstruction artérielle.
Groupe 5. HTP causée par des mécanismes non clairs et/ou multifactoriels
5.1 Troubles hématologiques.
5.2 Troubles systémiques et métaboliques.
5.3 Autres.
5.4 Cardiopathie congénitale complexe
Tableau 1.1 : Classification clinique d’hypertension pulmonaire selon l’Organisation mondiale de la Santé. Adapté
de Hewes et al, “The changing face of pulmonary hypertension diagnosis: a historical perspective on the influence of
diagnostics and biomarkers” 2020.
2.1 Groupe 1 : Hypertension artérielle pulmonaire.
L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est le sujet de mon mémoire et sera donc au
centre de cette introduction. C’est une maladie rare, incurable et sans cause déterminée qui touche
environ deux fois plus les femmes que les hommes et est diagnostiquée en moyenne à 37ans9.
L’HTAP est une pathologie qui touche environ 5 à 50 personnes par millions dans le monde10,11,12,
dépendamment de ses associations.
Les HTP du groupe 1, soit HTAP, sont classées en 7 sous-groupes : 1) HTAP idiopathique
ou d’origine inconnue (50% des HTAP13), 2) héréditaire (la mutation génétique la plus
fréquemment identifiée est celle du gène codant pour BMPR214 (Bone morphogenetic protein
receptor type II)), 3) associée à la consommation de drogues ou toxines (méthamphétamine15 et
les anorexigènes16), 4) associée à l’infection par le VIH17, 4) à des maladies cardiaques
congénitales, des maladies du tissu conjonctif ainsi qu’à des pathologies veineuses ou capillaires18.
Ce groupe prend également en compte les HTAP persistantes du nourrisson et celles répondant aux
bloqueurs des canaux calciques7.
13Avant d’être décrite, caractérisée et classifiée par l’OMS en 1975, l’HTAP a longtemps été associée
à deux manifestations cliniques majeures : la dyspnée (gêne respiratoire telle que l’essoufflement)
et/ou à la cyanose (symptôme clinique de la coloration bleutée que peut prendre la peau et les
muqueuses lorsque le sang contient plus de 5 grammes par décilitre d’hémoglobine désoxygénée)
ainsi qu’à une hypertrophie du ventricule droit constatée à l’autopsie7.
Le diagnostic de l’HTAP répond à des critères hémodynamiques strictes définis par une PAPm >
20mmHg mesurable par cathétérisme cardiaque droit, associé à des résistances vasculaires ≥ 3
unités de Woods19. Dans le contexte d’une HTAP, l’élévation de la PAPm est une conséquence
directe d’une augmentation de la vasoconstriction et de l’obstruction progressive des petites artères
pulmonaires distales. La diminution du diamètre de la lumière des artères pulmonaires causée par
un épaississement de la paroi vient s’ajouter à une vasoconstriction importante générant ainsi une
force de résistance à l’écoulement du sang. Pour maintenir un apport suffisant de sang aux organes,
le cœur droit doit s’adapter à ces élévations de pression et entrer dans une phase dite de
compensation au cours de laquelle il va s’hypertrophier. Cependant, le cœur droit ne peut
compenser ces élévations de pressions indéfiniment, l’hypertrophie va devenir pathologique et le
cœur va entrer en phase de décompensation, conduisant le patient vers l’insuffisance cardiaque
droite et la mort prématurée. L’HTAP est une maladie très difficile à diagnostiquer, c’est pourquoi
elle est très souvent identifiée tardivement. L’espérance de vie a longtemps été d’environ 2,8 ans
post diagnostic. De nos jours, elle a été heureusement améliorée par les avancées thérapeutiques
(5-8ans) mais reste insatisfaisante7. En réalité l’espérance de vie dépend de la capacité du cœur
droit à gérer cette élévation de pression20,21.
2.2 Symptômes et diagnostic de l’HTAP.
2.2.1 Présentation clinique.
Les symptômes de l’HTAP sont peu spécifiques, rendant son diagnostic difficile en
particulier à un stade précoce de la pathologie. Au stade plus avancé, le patient présente
généralement des signes d’insuffisance cardiaque droite, incluant la fatigue et l’œdème des
membres inférieurs. Il peut aussi souffrir de douleurs au niveau de la poitrine, présenter une toux
sèche pouvant produire du sang, des nausées et des vomissements22. Il se peut que le patient souffre
de gêne respiratoire au repos ou pendant une activité de la vie quotidienne ne demandant que peu
14d’efforts comme par exemple se déplacer d’une pièce à une autre. À ce stade avancé de la
pathologie la sévérité de ces symptômes entache grandement la qualité de vie des patients.
Les cliniciens peuvent utiliser le système de classification suggéré par la « New-York Heart
Association » afin d’établir la classe fonctionnelle du patient et orienter le clinicien dans sa
démarche clinique.
Classe Description
Le patient ne présente aucune limitation pour l’activité physique. Les
I efforts quotidiens ne causent pas de symptômes tels qu’une dyspnée,
fatigue ou douleur thoracique.
Le patient présente une faible limitation lors de l’activité physique, lors
II de laquelle il peut y avoir dyspnée, fatigue, douleur thoracique et
présyncope. Aucun inconfort n’est ressenti au repos.
Le patient ne ressent pas de symptômes au repos, mais il ressent une
III fatigue, douleur thoracique et difficulté à respirer lors d’un moindre
effort.
Le patient n’est pas capable d’effectuer aucune activité physique et la
IV dyspnée et fatigue peuvent être présente même au repos. Ces patients
peuvent présenter des signes d’insuffisance cardiaque.
Tableau 1.2 : Classes fonctionnelles de l’hypertension pulmonaire. Adapté de Barnett CF, Marco T. Pulmonary
Hypertension. In: Crawford MH. eds. CURRENT Diagnosis & Treatment: Cardiology, 5e New York, NY: McGraw-
Hill
Le praticien doit rechercher les signes de dysfonctions cardiaques droites et/ou
d’insuffisance pulmonaire dont les signes peuvent être une modification des fonctions vitales, par
exemple une augmentation de la fréquence cardiaque au repos, une diminution de la saturation en
oxygène (qui correspond au taux d'oxygène contenu dans les globules rouges après leur passage
15dans les poumons. Elle représente la quantité d'hémoglobine oxygénée dans le sang et est mesurée
par les médecins pour évaluer rapidement les fonctions respiratoires d'un patient) pouvant être à
l’origine de la cyanose.
L’augmentation de la pression dans la veine jugulaire (distension jugulaire veineuse)23, la présence
d’œdèmes périphériques et d’ascite, les extrémités froides mais également la majoration du 2e bruit
cardiaque (qui correspond à la fin de la systole et début de la diastole), le murmure holosystolique
de régurgitation tricuspide, le souffle diastolique d’insuffisance pulmonaire sont d’autres signes
physiques de l’HTAP qui peuvent être cliniquement observés par l’auscultation à un stade avancé
de la maladie.
2.2.2 Méthodes de diagnostic non invasives.
2.2.2.1 Échocardiographie Doppler.
L’échocardiographie Doppler permet d’investiguer l’état des fonctions cardiaques des
patients suspectés d’HTAP et/ou identifier des potentiels signes de décompensation cardiaque en
évaluant la taille, l’épaisseur et la fonction des cavités cardiaques. Cet examen non invasif qui est
souvent réalisé en premier quand une HTP est suspectée, permet d’estimer les pressions d’éjection
systolique du ventricule droit et de l’artère pulmonaire en utilisant la pression atriale droite et la
vélocité de régurgitation de la valve tricuspide et peut donner des pistes de l’étiologie de
l’augmentation de la PAP. Cependant le cathétérisme cardiaque droit est requis pour obtenir une
mesure précise de la PAP et diagnostiquer véritablement l’HTAP24.
2.2.2.2 Test de marche.
La dyspnée et l’essoufflement à l’effort étant les principaux symptômes de l’HTAP, il est
donc important de pouvoir évaluer les capacités physiques des patients. Ainsi le test de marche de
6 minutes permet d’estimer la capacité fonctionnelle du patient reflétant son état respiratoire et
cardiaque pendant l’effort. Il permet de déterminer la distance maximale que les patients sont
capables de marcher pendant 6 minutes sur une surface plane. La distance parcourue est un bon
indicateur de l’état physique des patients25, elle est utilisée pour le pronostic, le diagnostic clinique
et également pour évaluer l’efficacité des traitements en phase clinique. Hormis la gêne respiratoire
qui peut être occasionnée à l’effort, ce test est sécuritaire, non invasif et peu couteux.
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