Les rétinopathies prolifératives provoquées par ischémie, telles que les rétinopathies des prématurés (RDP) et des diabétiques, sont caractérisées par un rétrécissement puis une dégénérescence des capillaires des micro-vaisseaux rétiniens [ 1] (Figure 1). Cette situation peut entraîner une néo-vascularisation pré-rétinienne aberrante dans le corps vitré pouvant mener à la cécité. Avec 6 à 18 % des cas, la RDP représente la deuxième cause de cécité dans les pays industrialisés [ 2]. L’excès d’oxygène (O₂) et la formation de radicaux libres qui en résulte, particulièrement chez le sujet dont les défenses antioxydantes sont immatures, constituent des facteurs majeurs de la pathogenèse de la RDP [1]. Non seulement ces formes actives oxygénées aggravent-elles directement les dommages causés à la micro-vasculature [1] mais encore elles peuvent réagir avec le monoxyde d’azote (NO^•) pour engendrer des formes hautement réactives d’azote [ 3], comme le peroxynitrite, le dioxyde d’azote (NO₂ ^•) et le trioxyde de diazote (N₂O₃), dont les effets néfastes sur les fonctions cellulaires sont connus sous le nom de stress azoté [ 4]. Les mécanismes proposés pour expliquer ces effets néfastes comprennent l’inactivation de la respiration mitochondriale, la modulation de l’expression de gènes, principalement à la suite d’une nitration de protéines et de l’ADN ainsi que la peroxydation de lipides [ 5]. Plusieurs études ont démontré le rôle critique du stress azoté dans les rétinopathies ischémiques (voir revue [1]). De son côté, l’acide trans-arachidonique (ATA), qui résulte de l’isomérisation de l’acide arachidonique via l’action du NO₂ ^•, vient élargir le tableau de la toxicité associée au NO₂ ^• [ 6].

Figure 1. Développement de la rétinopathie du prématuré. Des concentrations élevées de CO2 provoquent une vasodilatation menant à une augmentation du débit sanguin rétinien, accompagnée d’une augmentation de l’apport d’O2. L’excès d’O2 et de CO2 mène à la formation de radicaux libres et à l’installation d’un stress oxydant et azoté, qui causent des dommages aux micro-vaisseaux. Cela provoque une ischémie suivie d’une néo-vascularisation pré-rétinienne aberrante.

Figure 1. Développement de la rétinopathie du prématuré. Des concentrations élevées de CO2 provoquent une vasodilatation menant à une augmentation du débit sanguin rétinien, accompagnée d’une augmentation de l’apport d’O2. L’excès d’O2 et de CO2 mène à la formation de radicaux libres et à l’installation d’un stress oxydant et azoté, qui causent des dommages aux micro-vaisseaux. Cela provoque une ischémie suivie d’une néo-vascularisation pré-rétinienne aberrante.

Une pression partielle de dioxyde de carbone (CO₂) élevée dans le sang (hypercapnie), état qui affecte souvent les nouveau-nés atteints de dysplasie broncho-pulmonaire, peut aussi contribuer à l’apparition de la RDP [ 7]. L’hypercapnie provoque une vasodilatation menant à une augmentation du débit sanguin rétinien, et donc un apport accru en O₂ [ 8], qui favorise l’apparition du stress azoté [ 9].

Dans cet article nous abordons deux aspects inter-reliés et associés au stress azoté dans l’apparition de la RDP : (1) le mécanisme d’atténuation de la néo-vascularisation par l’hypercapnie, avec pour conséquence le stress azoté ; et (2) les effets et les mécanismes d’action des ATA comme médiateurs du stress azoté, avec pour suite la dégénérescence micro-vasculaire.

Chez l’humain au stade fœtal, la vascularisation rétinienne débute vers la 16^e semaine de gestation et s’achève avec la naissance au 9^e mois. On comprend que les prématurés naissent avec des rétines dont la vasculature est incomplète et vulnérable à l’oxygénation excessive en milieu extra-utérin. Chez les rongeurs, l’angiogenèse rétinienne commence immédiatement après la naissance à terme et les micro-vaisseaux superficiels atteignent l’extrémité de la rétine à l’âge de neuf jours (P9). Nous avons donc utilisé la rétine en voie de formation chez le raton pour étudier les effets des ATA sur la densité vasculaire. Des injections intra-oculaires d’ATA chez des ratons d’âge P6 (Figure 3) ainsi que le traitement d’explants rétiniens de porcelets nouveau-nés avec l’ATA conduisent à une diminution de la densité vasculaire comparativement aux animaux témoins [5]. Ces résultats démontrent que les ATA interfèrent avec l’angiogenèse physiologique et causent une vaso-oblitération, telle qu’observée dans les modèles de RPO [17].

Figure 3. Effets de l’acide trans-arachidonique sur la vascularisation rétinienne et la densité vasculaire. Des ratons de 6 jours ont reçu une injection intra-oculaire d’acide trans-arachidonique-14E (14E-AA ; concentration finale estimée à 5 x 10−6 M) ou du véhicule (témoin). À l’âge du 9e jour, leurs vaisseaux sanguins ont été colorés avec la lectine de Griffonia simplicifolia conjuguée au TRITC, puis les rétines ont été montées à plat et photographiées. L’échelle graphique correspond à 500 µm. Les yeux ayant reçu une injection d’ATA ont une superficie de vascularisation de la rétine et une densité vasculaire réduites (p < 0,01) par rapport aux yeux contrôles.

Figure 3. Effets de l’acide trans-arachidonique sur la vascularisation rétinienne et la densité vasculaire. Des ratons de 6 jours ont reçu une injection intra-oculaire d’acide trans-arachidonique-14E (14E-AA ; concentration finale estimée à 5 x 10−6 M) ou du véhicule (témoin). À l’âge du 9e jour, leurs vaisseaux sanguins ont été colorés avec la lectine de Griffonia simplicifolia conjuguée au TRITC, puis les rétines ont été montées à plat et photographiées. L’échelle graphique correspond à 500 µm. Les yeux ayant reçu une injection d’ATA ont une superficie de vascularisation de la rétine et une densité vasculaire réduites (p < 0,01) par rapport aux yeux contrôles.

Afin de caractériser la nature des cellules vasculaires sensibles aux ATA, nous avons déterminé les effets des ATA sur la viabilité de cellules endothéliales neurorétiniennes, d’astrocytes ainsi que de cellules de muscles lisses en culture. Les ATA ont entraîné la mort des seules cellules endothéliales micro-vasculaires en fonction de la concentration et du temps de traitement, en revanche, les cellules de muscle lisse, les astrocytes ainsi que des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVEC) n’ont pas été affectés par l’exposition aux ATA [5]. La nature de la mort endothéliale micro-vasculaire neurorétinienne observée semble être apoptotique puisque le marquage de TUNEL (qui détecte la fragmentation nucléaire de l’ADN) et l’activité caspase étaient supérieurs dans les cellules exposées aux ATA [5]. L’ensemble de ces résultats concordent avec ceux observés lors d’un stress azoté [12, 17].

Les mécanismes menant à la vaso-oblitération, une étape critique dans l’apparition de la RDP, sont complexes. L’hyperoxie postnatale joue à cet égard un rôle important, mais l’hypercapnie semble aussi participer à l’installation de la RDP. Des niveaux élevés et cliniquement pertinents de CO₂ engendrent un stress azoté provenant de la stimulation d’eNOS et de la nitration, ce qui entraîne la mort de cellules endothéliales micro-vasculaires de la rétine et une atténuation de la néo-vascularisation rétinienne.

Les ATA sont produits in vivo lors de stress azoté et causent des dommages aux micro-vaisseaux par le biais de l’activation de TSP-1 dans les cellules endothéliales micro-vasculaires de la rétine [5]. Nos résultats démontrent donc que les ATA peuvent reproduire les effets d’un stress azoté (comprenant une nitration) à l’origine de la dégénérescence des micro-vaisseaux observée dans les rétinopathies ischémiques, incluant les effets associés à l’hypercapnie et à l’hyperoxie [12, 17]. Bien que les effets des ATA aient été démontrés uniquement dans un modèle de RPO, tant l’hyperoxie que l’hypercapnie engendrent un stress azoté et, en conséquence, une augmentation des niveaux d’ATA.

Il n’existe pas à l’heure actuelle de traitement efficace pour prévenir les dommages subis par les micro-vaisseaux qui surviennent lors de la genèse des rétinopathies ischémiques comme la RDP. En revanche, l’identification récente de l’augmentation de l’expression de TSP-1 par les ATA comme mécanisme important pouvant causer des dommages au réseau micro-vasculaire fournit de nouvelles cibles thérapeutiques pour le traitement de ces affections associées au stress azoté. Dans le même ordre d’idées, la détection éventuelle d’un récepteur des ATA pourrait mener à la mise au point d’antagonistes permettant de limiter leurs effets ; des interventions ciblant la formation de NO₂ ^• ou d’ATA pourraient aussi être envisagées, par exemple, en modulant l’activité de la eNOS [5]. Ces traitements pourraient aussi s’appliquer aux nouveau-nés souffrant de maladies pulmonaires chroniques causant une hypercapnie, et qui présentent le risque d’être victimes d’une RDP. Idéalement, la prévention de la dysplasie bronchopulmonaire aurait un effet important sur l’atténuation de l’hypercapnie, et, en conséquence, éviterait l’apparition de la RDP.

Comme la production de radicaux libres dérivés du NO^• figure également dans la physiopathologie de plusieurs maladies [ 21], les découvertes présentées ci-haut pourraient aussi permettre d’expliquer les dommages causés aux micro-vaisseaux et leurs conséquences néfastes observées dans les vasculopathies diabétiques, les encéphalopathies ischémiques et divers états inflammatoires.

Les études présentées ont été financées par des subventions des Instituts de recherche en santé du Canada, la Fondation March of Dimes Birth Defects, la Fondation des maladies du cœur du Québec, le Fonds de la recherche en santé du Québec, le Réseau de recherche en santé de la vision et la Fondation du NO. Sylvain Chemtob est titulaire d’une Chaire de recherche du Canada en périnatalité.