Comme exigence partielle de la maîtrise en biologie cellulaire et moléculaire

Hist physiologie du foie

Le foie intervient dans 1 ‘homéostasie cellulaire par ses différentes fonctions qui sont principalement la synthèse du cholestérol et des protéines plasmatiques, le stockage, la transformation et la détoxification de certaines molécules organiques, la sécrétion de la bile, et la participation au métabolisme énergétique des macromolécules. Ces fonctions sont le fait d’une organisation structurale particulière représentée par différents éléments: une double vascularisation veineuse et artérielle (apports nutritifs, hormones) ; une disposition en travées unicellulaires des hépatocytes le long des sinusoïdes (facilitation des échanges) ; une séparation du compartiment biliaire hépatocytaire de la circulation sanguine (cycle entérohépatique) ; une organisation hépatocytaire intracellulaire spécifique (fonction métabolique et sécrétion exocrine) ; enfin une exposition des cellules de Kupffer et des cellules endothéliales sinusoïdales aux différentes particules étrangères et substances immunogènes (7). Il existe une zonation métabolique au niveau du lobule hépatique, ou mieux une hétérogénéité intra-Iobulaire des hépatocytes, qui détermine la différence d’activités physiologique et métabolique exercées par les hépatocytes en fonction de leur position (8).

Ainsi, plusieurs différences structurales et fonctionnelles des hépatocytes ont été identifiées entre les zones péri-portales et péri-veineuses grâce à diverses techniques biochimiques et physiologiques. Par exemple, la perfusion du foie isolé permet de mesurer à l’aide de micro-capteurs des variations de la consommation d’oxygène ou d’autres substrats dans les différentes zones du lobule hépatique et estimer ainsi leur activité métabolique (9). La zone péri-portale est caractérisée par l’oxydation, la glycogénolyse et la néoglycogénèse, la béta-oxydation des acides gras, la synthèse du cholestérol, le catabolisme des acides aminés, l’ uréogenèse et la protection contre l’oxydation (glutathion peroxydase), alors que la zone péri-veineuse est spécialisée dans la glycogénosynthèse et la glycolyse, la lipogenèse, la cétogenèse, la synthèse de glutamine, la biotransformation, la protection contre l’oxydation (xanthine oxydase) et le métabolisme de l’alcool. Cette hétérogénéité intra-Iobulaire des hépatocytes est modifiée de façon rapide en réponse aux variations physiologiques ou pathologiques du milieu intérieur (10).

Divers facteurs influencent le maintien de la zonation métabolique du lobule hépatique, parmi lesquels on peut citer comme facteur extrinsèque la perfusion sanguine qui est orientée de façon unidirectionnelle dans le lobule hépatique en partant de la zone périphérique vers la zone centrale, entrainant une distribution en oxygène et nutriments en faveur de la première zone perfusée. Un autre facteur important est le microenvironnement hépatocytaire qui présente une composition cellulaire différente et fonctionnellement diversifiée (cellules endothéliales sinusoïdales, cellules de Kupffer, etc.). L’architecture trabéculaire et quelques facteurs intrinsèques aux hépatocytes, comme le flux hépatocytaire intra-Iobulaire, contribuent également à cette différenciation particulière des hépatocytes d’une zone lobulaire à l’autre (11,12). C’est ainsi que la zonation métabolique prédispose certaines zones du lobule hépatique à être plus sensibles que d’autres face à certaines agressions infectieuses ou cytotoxiques. La zone périveineuse du lobule hépatique est souvent le siège des lésions cytotoxiques dues à la présence de nombreuses enzymes (alcool-déshydrogénase, xanthine oxydase) qui produisent plusieurs métabolites secondaires comme les radicaux libres responsables des atteintes centro-lobulaires (13,14).

Hépatotoxicité

Les atteintes cytotoxiques du foie, d’origine médicamenteuse ou environnementale, constituent un réel problème de santé publique. La fréquence de 1 ‘hépatotoxicité médicamenteuse par exemple représente environ 10% des lésions secondaires induites par les médicaments aux USA, avec une incidence globale entre 10 et 40 sur 100000 patients (15). D’autre part, la métabolisation de l’éthanol aboutit à l’acétaldéhyde, un métabolite très cytotoxique pour le foie, qui est normalement oxydé en acétate par l’aldéhyde déshydrogénase. En cas de consommation excessive d’alcool, l’acétaldéhyde entraine progressivement des lésions chroniques très caractéristiques au niveau du foie et qui sont responsables d’une morbi-mortalité significative dans la population (16). Le tableau clinique des atteintes médicamenteuses hépatiques est très varié et dépend pour beaucoup de la variabilité génétique individuelle. Ainsi, plusieurs lésions sont décrites au niveau hépatique dont principalement une toxicité directe sur les hépatocytes ou les autres types cellulaires entrainant une nécrose ou une apoptose précédée d’une perturbation de la fonction hépatique (17).

L’expression clinique est dominée par les hépatites aiguës, avec un risque d’hépatite fulminante, mais on retrouve également des aspects plus chroniques pouvant conduire à la cirrhose (figure 4) (18). Divers agents médicamenteux ou chimiques sont incriminés dans la survenue des lésions hépatiques pour lesquelles le surdosage est souvent responsable des lésions prévisibles: l’acétaminophène, le tétrachlorure de carbone, l’alcool et une exposition à la toxine Amanita phalloïdes (19). D’autres agents xénobiotiques sont généralement responsables des lésions idiosyncrasiques quel que soit le dosage. L’acétaminophène est la principale cause d’atteintes médicamenteuses hépatiques, soit 50 % de lésions aiguës hépatiques aux États-Unis suite aux médicaments, avec une mortalité autour de 30% (20). Il est à noter que ces lésions hépatiques sont souvent réversibles après élimination de l’agent thérapeutique ou cytotoxique et que le diagnostic de ces lésions se fait par élimination d’autres causes plus connues d’atteintes hépatiques. L’acétaminophène est métabolisé dans la plupart des cas par les enzymes

hépatiques de conjugaison (glutathion-S-transférases, UDP-glucuronosyl-transférases et sulfo-transférases) pour sa désintoxication et son excrétion rénale sous forme de conjugués de glucuronate ou de sulfate. Moins de 5 % de l’acétaminophène est métabolisé par les enzymes hépatiques de fonctionnalisation, parmi lesquels on trouve principalement le cytochrome CYP2E 1, entrainant la formation d’un métabolite réactif qu’est le N-acétyl-p-benzoquinone imine (NAPQI) (21). Habituellement, le NAPQI réagit avec le groupe sulfhydryle de la cystéine dans le glutathion aboutissant à sa détoxification. A forte dose, le NAPQI n ‘est pas conjugué au glutathion (GSH) et conduit à son accumulation intra-hépatocytaire pour provoquer une nécrose centro-Iobulaire avec une insuffisance hépatique (22). Il se lie de façon covalente aux protéines hépatiques entrainant des dommages au niveau des membranes cellulaires et un dysfonctionnement mitochondrial, avec comme effet d’accroitre le stress oxydatif (23). Il s’en suit une activation d’un certain nombre de kinases dont essentiellement les MAPK (mitogen activated protein kinase), particulièrement la c-Jun N-terminal kinase (JNK), qui participent à la formation des pores de transition de perméabilité de la membrane mitochondriale (MPT). L’effondrement progressif du potentiel membranaire mitochondrial induit une nécrose hépatocytaire (24). Hormis les médicaments, la consommation excessIve d’ alcool (éthanol) est responsable des lésions hépatiques caractéristiques regroupées en trois types à savoir la stéatose hépatique, 1 ‘hépatite alcool ique aiguë et la cirrhose alcoolique. Ces lésions pouvant s’ associer ou se succéder sans ordre chez un même patient (25). Plus de la moitié des adultes dans les pays occidentaux consomme l’ alcool et 5-10% d’entre eux développeront l’alcoolisme chronique (26). En France, l’éthanol reste la substance psychoactive la plus consommée dans la population avec environ 9 litres d’alcool purlhabitant/an (27). L’absorption de l’alcool se fait au niveau gastrique et intestinal, puis il est distribué à partir du sang dans tous les tissus de l’organisme. La majeure partie de l’alcool ingéré subit une transformation dans le foie (Fig. 5) (28).

Filaments Intermédiaires

Les FIs sont formés par une grande famille de protéines qui sont très conservées au cours de l’évolution et qui sont exprimées de façon spécifique dans les différents tissus. Ils sont de taille intermédiaire (10 -12 nm de diamètre), entre les MTs (25 nm) et les MF (7 nm), et sont codés par près de 70 gènes dont l’expression dépend du stade de différenciation embryonnaire et du type de cellules (57,58). Les FIs sont classifiés en six types principaux suivant l’homologie de leurs séquences en acides aminés (59). Ainsi, on retrouve le type l, formé de kératines acidiques, et le type II, formé de kératines basiques ou neutres; le type III est composé de quatre protéines différentes formant des homodimères ou des hétérodimères (la vimentine, la desmine, la protéine acide fibrillaire gliale (GFAP) et la périphérine); le type IV comporte comme protéines les neurofilaments, l’ a-internexine, la nestine, la syncoiline et la synemine; le type V est formé par les lamines nucléaires; enfin le type VI est composé de la phakinine et de la filensine qui ne se retrouvent que dans les fibres cristalliniennes différenciées (Fig. 10). La structure commune des protéines de Fis est un domaine central appelé Tige, très conservé au cours de l’évolution et fait d’une hélice a, sur lequel sont flanquées deux extrémités hétérogènes dont un domaine amino-terminal appelé Tête et un domaine carboxy-terminal nommé Queue (Fig. Il). Le domaine central est subdivisé en quatre segments (lA, lB, lIA et lIB) par trois régions intercalaires (LI , L12 et L2) et regroupe les sous-domaines coHl (lA et lB) et coH2 (2A et 2B), formés de certaines séquences très conservées pour tous les FIs, et qui sont responsables de l’assemblage des Fis (60,61). La région intercalaire certaines protéines de Fis comme la kératine 18 porte une séquence d’acides aminés qui est reconnue par les caspases au cours de l’apoptose. Les deux extrémités hétérogènes sont marquées par des modifications post-traductionnelles (62,63).