Préservation et reperfusion de l’organe greffé

2009

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Syndrome d’ischémie/reperfusion et préservation en transplantation hépatique

• l’ischémie froide (IF) est intentionnellement appliquée pour réduire l’activité métabolique du greffon avant son implantation et sa reperfusion chez le receveur. Les cellules non parenchymateuses (CES, cellules de Kupffer, cellules de Ito et épithélium biliaire) sont plus spécifiquement touchées par l’IF qui conduit à une réduction de la phosphorylation oxydative, une baisse des concentrations cellulaires en ATP et une augmentation de la glycolyse (Churchill et coll., 1994). En dépit des modifications structurelles majeures, les cellules non parenchymateuses restent en vie au cours de l’IF (Ikeda et coll., 1992) ;

• l’ischémie chaude peut être rencontrée au cours du prélèvement en cas de donneur hémodynamiquement instable. Les cellules parenchymateuses sont plus sensibles à ce type d’ischémie au cours de laquelle le stress oxydant et la dysfonction mitochondriale prédominent (Mochida et coll., 1994; Schön et coll., 1998) ;

Ischémie froide et conséquences délétères

L’hypothermie constitue le principe de base de la conservation des organes (Belzer et Southard, 1988). La baisse de la température aux alentours de 4 °C réduit de 95 % les besoins en oxygène des cellules, et adapte leur métabolisme à la situation d’anoxie dans laquelle les plonge le prélèvement. Le ralentissement des déperditions énergétiques ne rend pas complètement compte de l’effet bénéfique de l’hypothermie. En effet, la plupart des organes conservés en IF perdent plus de 90 % de leur stock d’ATP en moins de 4 heures, sans pour autant que leur viabilité ne soit compromise après un jour ou plus de conservation dans de bonnes conditions. En fait, l’hypothermie semble être surtout effective en bloquant partiellement l’activité des nombreuses enzymes hydrolytiques (phospholipases, protéases ou endonucléases...). Cette inhibition va ainsi limiter la destruction d’éléments structurels très importants (microtubules, membrane du cytosquelette, protéines, acides nucléiques…) et permettre à l’organe de rétablir un contrôle métabolique lorsqu’il sera transplanté, c’est-à-dire réchauffé et reperfusé. D’après la règle de Van’t Hoff’s, on estime que le refroidissement de l’organe de 37 °C à environ 4 °C réduit les activités enzymatiques plus de 10 fois (Fuller, 1991).

Pompe Na⁺/K⁺ ATPase

L’inhibition de l’enzyme membranaire Na⁺/K⁺ ATPase (à partir de 18 °C) entraîne une redistribution ionique source d’œdème cellulaire (Martin et coll., 1972).

Réserves d’ATP

L’absence de perfusion et surtout l’anoxie conduisent à un épuisement rapide des réserves énergétiques (Clavien et coll., 1992). La synthèse d’ATP n’est plus assurée par la phosphorylation oxydative mais par la glycolyse anaérobie dont le rendement est très inférieur. Ce déficit énergétique accélère le processus inévitable de dégradation structurelle et fonctionnelle des organes privés d’oxygène (Lang et coll., 1995). En situation clinique, Lanir et coll. (1988) ont montré une corrélation directe entre un taux élevé d’ATP tissulaire avant implantation et la fonction hépatique chez le receveur. Pour Kamiike et coll. (1988), le pool tissulaire de nucléotides adényliques totaux en fin de conservation refléterait encore plus étroitement la viabilité du greffon hépatique, cette dernière étant fortement dépendante de la capacité du greffon à re-synthétiser l’ATP après reperfusion. Quoiqu’il en soit, la restauration des taux d’ATP après IF impose : la préservation de l’intégrité mitochondriale, c’est-à-dire de la « machinerie énergétique » ; des taux suffisants en précurseurs nécessaires à la régénération d’ATP ; une réoxygénation appropriée au cours de la reperfusion (Vajdova et coll., 2002). Les lésions mitochondriales engendrées par l’hypothermie expliquent en partie l’incapacité des cellules hépatiques à recouvrer une bonne fonction après transplantation (Ohkohchi et coll., 1999). L’intégrité de la membrane mitochondriale est en effet essentielle pour permettre la phosphorylation oxydative. Au cours de l’I/R hépatique, la transition de la perméabilité membranaire mitochondriale (MPT), qui est due à une augmentation rapide de la perméabilité de la membrane interne de la mitochondrie, est à l’origine d’une augmentation du contenu intracellulaire en calcium et radicaux libres (Lemasters et coll., 1998). L’équipe de Belzer a montré que la respiration mitochondriale était surtout affectée en cas d’IF prolongée (Kim et coll., 1992).

Homéostasie du calcium

La dysfonction de la pompe Ca²⁺-ATPase et de l’échangeur Na⁺/Ca²⁺ ainsi que la dépolarisation membranaire (secondaire à la défaillance de la pompe Na⁺/K⁺) contribuent à l’accumulation intracytoplasmique d’ions Ca²⁺. De plus, la perturbation de l’homéostasie sodique et la diminution du pH intracellulaire augmentent le calcium libre cytosolique (Clavien et coll., 1992; Gasbarrini et coll., 1992). Ces troubles de l’homéostasie du calcium provoquent l’activation d’enzymes catabolisantes Ca²⁺-dépendantes (phospholipases, protéases) pouvant léser les structures membranaires. Ces lésions accentuent la dysfonction mitochondriale, dysfonction qui entrave la reprise de fonction du greffon lors de la reperfusion (Pruzanski et Vadas, 1991; Kim et Southard, 1998). L’augmentation de calcium libre potentialise également la production de radicaux libres qui s’attaquent directement aux protéines transporteuses des membranes cellulaires et du réticulum, et aux membranes elles-mêmes. La perméabilité aux ions est accrue, accentuant encore le déséquilibre homéostasique (Clavien et coll., 1992).

Cytosquelette

D’importantes modifications structurelles du cytosquelette aboutissent à la dislocation des CES (Otto et coll., 1984). Ces dernières s’arrondissent, se détachent et font saillie dans la lumière sinusoïdale (figure 8.1).

Figure 8.1 Mécanismes lésionnels au cours de l’ischémie froide (d’après Clavien, 1998)

Figure 8.1

Figure 8.1 Mécanismes lésionnels au cours de l’ischémie froide (d’après Clavien, 1998)

XD : xanthine déshydrogénase ; XO : xanthine oxydase

Le degré de détachement de ces CES serait corrélé avec la durée de l’IF, les lésions observées déterminant en partie la viabilité du greffon (Caldwell-Kenkel et coll., 1988; McKeown et coll., 1988; Holloway et coll., 1990; Clavien et coll., 1992; Gao et coll., 1998). Les modifications morphologiques résulteraient d’un processus protéolytique actif, pouvant être déclenché par des médiateurs angiogéniques (VEGF, bFGF ou HGF), et qui aboutit à la digestion de la matrice extracellulaire périsinusoïdale (Folkman, 1995; Hioki et coll., 1996; Gao et coll., 1997). Les médiateurs angiogéniques seraient générés essentiellement par les cellules de Kupffer (CK), les CES et les cellules étoilées (Winwood et coll., 1995; Upadhya et coll., 1997; Benyon et Arthur, 2001). Le rôle cen-tral de certaines protéases (métallo- et aspartate-protéinases) a été confirmé par d’autres équipes soutenant cette « théorie de l’angiogénèse » (Takei et coll., 1990; Ferguson et coll., 1993). En situation clinique, Calmus et coll. (1995) puis Upadhya et coll. (1997) ont montré le rôle majeur de cette protéolyse dans les mécanismes lésionnels de conservation en hypothermie, et la corrélation entre le degré d’activité protéolytique et la fonction post-opératoire du greffon.

Acidose

L’hypothermie entraîne également une acidose métabolique, essentiellement due à la glycolyse anaérobie (accumulation de lactates et augmentation de la concentration en ion hydrogène) (Belzer et Southard, 1988). L’hydrolyse de l’ATP participe largement à cette accumulation de protons dans le cytoplasme (Gores et coll., 1989). Le processus de dégradation autolytique est alors activé (Wattiaux et Wattiaux-De Coninck, 1984).

Lésions de reperfusion hépatique : mécanismes cellulaires et moléculaires

• la phase précoce (3 à 6 heures après la reperfusion, figure 8.2) se caractérise par l’activation des cellules de Kupffer (Jaeschke et Farhood, 1991). L’activation du complément tout comme le recrutement et l’activation des lymphocytes T CD4+ interviennent dans l’activation de ces cellules de Kupffer (Jaeschke et coll., 1993a; Jaeschke, 2003). Les cellules de Kupffer activées vont induire d’une part un stress oxydant avec formation intravasculaire d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) et d’autre part la production de cytokines pro-inflammatoires, en particulier le TNF-α, et IL-1 (Lentsch et coll., 2000). Les ERO et les cytokines sont à l’origine de lésions hépatocellulaires et endothéliales. La libération des cytokines entraîne dans le même temps une augmentation de l’expression des molécules d’adhésion par les cellules endothéliales et stimule également la production de chimiokines, réactions qui vont déclencher le recrutement massif de polynucléaires neutrophiles (PNN) ;

• la phase tardive ou subaiguë (> 6 heures après la reperfusion, figure 8.2) est essentiellement dominée par l’activation des PNN qui s’accumulent dans les veinules sinusoïdales et post-sinusoïdales (Jaeschke, 2000). Il s’ensuit une extravasation des PNN qui vont libérer leurs propres radicaux libres et protéases à l’origine de lésions parenchymateuses.

Figure 8.2 Mécanismes lésionnels et initiation de la réponse inflammatoire au cours des phases précoce et tardive de la reperfusion (d’après Jaeschke, 2003)

Figure 8.2

Figure 8.2 Mécanismes lésionnels et initiation de la réponse inflammatoire au cours des phases précoce et tardive de la reperfusion (d’après Jaeschke, 2003)

CE : cellules endothéliales ; ERO : espèces réactives de l’oxygène ; IL-1 : interleukine-1 ; PNN : polynucléaires neutrophiles ; TNF-α : Tumor Necrosis Factor a

Stress oxydant

Entre autres manifestations, l’activation des cellules de Kupffer va s’accompagner de la production massive d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) (Jaeschke, 2000).

Production des espèces réactives de l’oxygène

Il existe plusieurs systèmes de production des ERO : altération de la chaîne de transport des électrons de la mitochondrie ; activation du système de la xanthine-oxydase (Jaeschke, 2002a) ; système enzymatique NADPH oxydase-dépendant ; activation de la voie de la cyclo-oxygénase (métabolisme de l’acide arachidonique) mais aussi d’autres sources de ERO.

Les mitochondries représentent le compartiment cellulaire majeur de pro-duction et de consommation d’énergie. Dans la chaîne respiratoire mitochondriale, des radicaux sont libérés lors de la réduction monovalente de l’oxygène en eau (Menasche et Piwnica, 1989). En situation physiologique, 1 à 3 % de l’oxygène métabolisé dans la mitochondrie est converti en radical anion superoxyde (Nohl et coll., 2003). Cette chaîne de transport des électrons au niveau des mitochondries est perturbée par l’anoxie. Lors de la reperfusion, le découplage de la chaîne respiratoire va conduire à une production intra-cytoplasmique excessive de ERO (en particulier d’anion superoxyde ).

Pendant l’ischémie, l’ATP est dégradé dans la cellule en ADP, puis AMP. Ce dernier franchit la membrane cellulaire pour être métabolisé dans le milieu extracellulaire en adénosine puis en hypoxanthine. Parallèlement, l’hypoxie active des enzymes protéolytiques qui vont convertir la xanthine déshydrogénase en xanthine oxydase (XO). Lors de la reperfusion, la concentration élevée de XO (en particulier dans les CES) va catalyser la réaction entre l’hypoxanthine accumulée et l’oxygène moléculaire, aboutissant à la production d’acide urique et de l’anion superoxyde. Ce dernier peut alors interagir avec le peroxyde d’hydrogène (H₂O₂) pour former le radical hydroxyle °OH (Le Moine et coll., 1998).

Le système enzymatique NADPH oxydase-dépendant présent à la surface de la membrane des PNN représente une autre source importante dans la formation des ERO (Anderson et coll., 1991). Il réduit l’oxygène moléculaire en anion superoxyde () et peroxyde d’hydrogène (H₂O₂). En présence d’ion chlorure et de l’enzyme myéloperoxydase, l’H₂O₂ est transformée en acide hypochlorique, toxique pour la cellule, puis en monochloramine. La membrane cellulaire est perméable à ce dernier composant qui pourra s’attaquer à la membrane de certains organites intracellulaires et aux protéines.

• les peroxysomes représentent 10 à 30 % de la consommation totale d’oxygène dans le foie. Des systèmes de production de ERO (XO et cytochrome p450) tout comme des enzymes antioxydantes telles que Cu/ZnSOD sont localisés dans les peroxysomes. Ces organites sont abondants dans le foie et pourraient jouer un rôle significatif dans la modulation de l’état d’oxydoréduction de la cellule (Pahan et coll., 1997) ;

• l’auto-oxydation des catécholamines (adrénaline, noradrénaline et isoprénaline) (Bors et coll., 1978) serait également impliquée. Cette réaction libère des électrons qui, captés par l’oxygène moléculaire lors de la reperfusion, engendrent la formation de ERO ;

Stress oxydant et lésions hépatiques

Les mécanismes lésionnels moléculaires sous-tendant les dommages hépatocellulaires ont fait l’objet de discussions très controversées au cours des 20 dernières années (figure 8.2). Initialement, il était établi que le stress oxydant post-ischémique conduit à la mort cellulaire par peroxydation lipidique. Cependant, la peroxydation des stéroïdes membranaires apparaît insuffisante pour expliquer la sévérité des lésions cellulaires occasionnées par la reperfusion (Jaeschke, 2003). Pour certains auteurs, des enzymes protéolytiques libérées par les cellules inflammatoires telles que les PNN pourraient également représenter des médiateurs cytotoxiques essentiels. L’effet bénéfique d’inhibiteurs de protéases, observé à la fois dans des modèles expérimentaux (Li et coll., 1993) et en clinique (Kim et coll., 2002), plaide en faveur de cette hypothèse. Weiss (1989) ont suggéré que les ERO ne seraient pas directement responsables de lésions cellulaires mais inactiveraient des anti-protéases plasmatiques par oxydation. Cependant, des études plus récentes semblent indiquer clairement que les cellules de Kupffer (Bilzer et coll., 1999) et les PNN (Jaeschke et coll., 1999) peuvent conduire à la mort des hépatocytes par l’intermédiaire des ERO. Cette destruction cellulaire impliquerait l’oxydation des acides nucléiques, l’accumulation de calcium dans la mitochondrie et la production de l’anion superoxyde par la mitochondrie. Ces réactions conduiraient finalement à l’ouverture des pores de transition de la perméabilité membranaire des mitochondries (MPT) et à l’effondrement du potentiel membranaire (Nieminen et coll., 1997).

Jaeschke propose deux mécanismes lésionnels au cours de la phase tardive de la reperfusion post-ischémique (Jaeschke, 2003) (figure 8.2). En cas d’agression aiguë et massive par les cellules de Kupffer et les PNN, les ERO seraient responsables de l’ensemble des dommages observés. En revanche, en cas de réaction inflammatoire prolongée (plusieurs jours), les lésions tissulaires pourraient faire intervenir à la fois les ERO et les enzymes protéolytiques.

En plus de l’inactivation d’anti-protéases et d’effets cytotoxiques directs, les ERO peuvent promouvoir des lésions de reperfusion par la stimulation de facteurs de transcription tels que le NF-κB (Nuclear Factor-κB) (Fan et coll., 1999). Il s’en suivrait une augmentation de l’expression des gènes codant pour le TNF-α, la NO synthase inductible (iNOS), l’hème oxygénase-1, les chimiokines CXC et diverses molécules d’adhésion. Plusieurs travaux ont d’ailleurs montré que les antioxydants pouvaient atténuer l’expression de ces gènes pro-inflammatoires via l’inhibition de NF-κB et AP-1 (Essani et coll., 1997a; Zwacka et coll., 1998).

Mécanismes d’adaptation cellulaire

Le complexe factoriel-1 inductible par l’hypoxie (HIF-1) représente l’un des facteurs de transcription impliqué dans cette adaptation cellulaire à une agression hypoxique. Ce complexe est formé de deux sous-unités HIF-1a (constitutive) et HIF-1b (inductible). Dans des conditions hypoxiques, la protéine HIF-1a est stabilisée et HIF-1b est induite, réaction autorisant la formation du complexe fonctionnel HIF-1 qui régule la transcription d’une variété de gènes incluant l’érythropoïétine, le VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor), la tyrosine hydroxylase, iNOS, ainsi que des enzymes glycolytiques (Bunn et Poyton, 1996). La plupart de ces gènes sont impliqués dans de multiples mécanismes physiologiques qui contribuent au maintien de l’homéostasie de l’oxygène, tels que l’érythropoïèse, l’angiogenèse et le métabolisme du glucose (Bunn et Poyton, 1996).

Les protéines du choc thermique (Heat Shock Proteins, HSPs) représentent une autre catégorie de protéines activées au cours de l’ischémie. Outre les températures élevées, d’autres stress cellulaires (les ERO, le TNF-α, l’I/R, le sepsis, ou l’inflammation aiguë) peuvent également induire l’expression de HSP (Fan et coll., 1999). Il a été montré que cette protéine augmentait la quantité et l’activité de piégeurs de ERO, comme par exemple la superoxyde dismutase (SOD) au niveau des monocytes (Polla et coll., 1995). Les HSPs agiraient également sur la transcription de la protéine anti-apoptotique bcl-2 (Polla et coll., 1996).

Polynucléaires neutrophiles

Recrutement et adhésion : rôle des chimiokines

Parmi les molécules d’adhésion dont l’expression augmente à la surface des CES, la P-sélectine, provoque l’adhésion des plaquettes et des PNN aux CES (Sawaya et coll., 1999). La liaison des plaquettes aux CES conduit à l’apoptose de ces dernières et contribue ainsi à la dysfonction hépatique (Sindram et coll., 2000). L’interaction initiale entre les PNN et les CES augmente l’adhésion entre ces cellules, par l’intermédiaire de la sous-unité b2 des intégrines au niveau des PNN et des molécules ICAM-1 pour les CES (Jaeschke et coll., 1993b; Farhood et coll., 1995). L’enchaînement de ces processus conduit successivement les PNN au roulement (attachement transitoire), à l’arrêt (adhésion ferme), et enfin à la migration depuis la lumière vasculaire vers l’espace interstitiel hépatique.

Les chimiokines CXC (en particulier IL-8 et homologues) sont également impliquées dans le processus de recrutement des PNN au cours de la phase précoce de reperfusion post-ischémique (Lentsch et coll., 1998a; Luster, 1998). Les chimiokines produites par les CES interviennent dans l’activation initiale des PNN et leur adhésion qui suit, alors que les chimiokines produites par les cellules parenchymateuses induisent un gradient chémotactique qui sert à orienter le recrutement des PNN vers le tissu hépatique lésé. Les chimiokines CXC sont par ailleurs induites dans des organes distants, en particulier les poumons, et jouent un rôle majeur dans le développement de lésions organiques extrahépatiques après I/R (Yoshidome et coll., 1999a).

Alors que le recrutement des PNN dans les veinules post-sinusoïdales hépatiques dépend entièrement des interactions entre les molécules d’adhésion exprimées à la fois sur les PNN et les CES (Vollmar et coll., 1995), il semblerait que ce recrutement de PNN dans les sinusoïdes (lumières plus petites) soit « récepteur-indépendant » (Jaeschke et coll., 1996). L’accumulation sinusoïdale serait secondaire à la vasoconstriction, l’œdème cellulaire et la diminution de la flexibilité membranaire (Banga et coll., 2005).

Activation des PNN et lésions hépatocytaires

L’accumulation intra-parenchymateuse de PNN activés est à l’origine de lésions hépatocytaires par libération d’oxydants et d’enzymes protéolytiques. La mort des hépatocytes induite par les PNN nécessiterait un contact cellulaire direct entre les molécules d’adhésion CD11/CD18 et ICAM-1 (Nagendra et coll., 1997). Le mécanisme d’oxydation implique essentiellement le complexe enzymatique NADPH oxydase. L’activation des PNN entraîne une translocation des sous-unités cytosoliques de l’enzyme vers la membrane cellulaire où elles s’associent pour former un complexe multimérique actif à l’origine de la production d’anion superoxyde (). Une nouvelle réaction de réduction de l’anion superoxyde () génère le peroxyde d’hydrogène (H₂O₂), qui peut être à son tour réduit en radical hydroxyle (°OH), forme la plus active de toutes les ERO.

En présence d’ion chlorure, la myéloperoxydase (provenant de la dégranulation des PNN) convertit enzymatiquement l’H₂O₂ en acide hypochlorique (HOCL), un autre toxique majeur. La production d’, d’H₂O₂, de °OH, et de HOCL peut endommager directement les hépatocytes (Jaeschke, 1991) et/ou désactiver des antiprotéases endogènes facilitant ainsi les lésions hépatocytaires induites par les enzymes protéolytiques (Lentsch et coll., 2000).

Les PNN activés peuvent également libérer un certain nombre de médiateurs par dégranulation exocytaire. Le contenu des granules des PNN inclut de grandes quantités de protéinases et des enzymes hydrolytiques qui peuvent avoir une action cytotoxique directe sur les hépatocytes (Li et coll., 1993). Les sérines protéinases (elastase, cathepsine G…) pourraient directement endommager les composants de la membrane hépatocytaire, alors que les métalloprotéinases dégraderaient principalement la membrane basale et les composants de la matrice extracellulaire.

Monoxyde d’azote

Le monoxyde d’azote (NO) est un radical synthétisé via l’oxydation de la L-arginine par la NO synthétase (NOS). Dans le foie, il existe deux isoformes majeures de NOS, la NOS endothéliale (eNOS) et la NOS inductible (iNOS). eNOS est exprimée de façon constitutive, et son activité est dépendante du complexe Ca²⁺/calmoduline (Vasquez-Vivar et coll., 1998). iNOS est synthétisée par les CES, les hépatocytes et les cellules de Kupffer, et son activité est indépendante du Ca²⁺.

Dans des conditions physiologiques, seule eNOS est présente dans le foie. La faible quantité de NO produite régule la perfusion hépatique, prévient l’adhésion plaquettaire, la thrombose, l’accumulation de PNN et la sécrétion de médiateurs de l’inflammation (Gauthier et coll., 1994). Le NO induit également une vasodilatation au niveau sinusoïdal et présinusoïdal (McCuskey, 2000), et permet ainsi de garder un équilibre en contrecarrant l’effet de vasoconstricteurs comme l’endothéline (Pannen, 2002).

Au cours de l’I/R, l’expression de l’ARNm de iNOS débute 1 heure après la reperfusion avec une augmentation de l’activité iNOS à la 5^e heure post-reperfusion (Hur et coll., 1999). L’induction de iNOS peut avoir des effets toxiques (Kimura et coll., 2003) ou protecteurs (Hsu et coll., 2002). Le type d’agression, les ratios en NO/anion superoxyde, les réserves hépatiques de glutathion réduit et la durée de l’ischémie sont autant de facteurs pouvant influencer le mode et l’intensité de production du NO et ainsi conditionner le caractère cytoprotecteur ou cytotoxique de cette molécule endogène (Rubbo et coll., 1996).

Le NO produit en grande quantité interagit avec l’anion superoxyde pour former l’anion peroxynitrite (ONOO^-) qui peut provoquer des lésions cellulaires par peroxydation lipidique, inhibition de la chaîne respiratoire mitochondriale, inhibition de la Na⁺/K⁺ ATPase membranaire ou encore par formation de nitrotyrosine (Szabo, 2003).

Régulation de la réaction inflammatoire

L’évolution de la réponse inflammatoire hépatique est déterminée par l’équilibre entre des médiateurs pro- et anti-inflammatoires (figure 8.2). D’autres facteurs contribuent également à la régulation de la réaction inflammatoire.

Complément

L’activation du complément semble représenter un événement crucial au cours de la reperfusion (Jaeschke et coll., 1993a; Straatsburg et coll., 2000). Lors de la séquence I/R, la production de ERO par les cellules de Kupffer activées apparaît modérée et d’une durée limitée (Nunes et coll., 1995). Cette activation initiale est fortement potentialisée par fragment C5a du complément qui permet ainsi de prolonger le stress oxydant (Jaeschke et coll., 1993a). Outre son effet pro-inflammatoire, le complexe d’attaque membranaire (polymère formé des éléments C6-C9 du complément) peut également provoquer des lésions cellulaires directes (Scoazec et coll., 1997).

Cytokines pro-inflammatoires

L’activation des cellules de Kupffer entraîne la production et la libération de cytokines (CK) pro-inflammatoires, en particulier le TNF-α et l’IL-1β (Shito et coll., 1997). Ces CK sont fortement impliquées dans la réponse inflammatoire associée à l’I/R (Colletti et coll., 1998). Elles sont produites essentiellement par les cellules de Kupffer (Suzuki et Toledo-Pereyra, 1994) mais aussi par les macrophages extra-hépatiques (Okuaki et coll., 1996). Le TNF-α et l’IL-1β induisent l’expression de molécules d’adhésion à la surface des CES (Colletti et coll., 1998) et stimulent la production et la libération des chimiokines CXC (ayant une activité chimiotactique puissante pour les PNN dans le foie post-ischémique (Colletti et coll., 1996; Lentsch et coll., 1998b) et dans certaines circonstances peuvent directement déclencher la mort cellulaire par apoptose (Leist et coll., 1994). De plus, ces CK recrutent et activent très précocement les lymphocytes T CD4+ (Zwacka et coll., 1997). Les lymphocytes T CD4+ résidents (Le Moine et coll., 2000) ou nouvellement accumulés (Zwacka et coll., 1997) peuvent produire des médiateurs tels que le TNF-β, l’IFN-γ et le facteur de stimulation des colonies de granulocytes (G-CSF), qui vont amplifier l’activation des cellules de Kupffer et favoriser le recrutement des PNN.

À l’instar d’autres réactions inflammatoires, le TNF-α constitue un médiateur central dans la réponse hépatique à l’I/R. De nombreux travaux ont pu montrer que la suppression de la production du TNF-α (ou sa neutralisation) permettait d’atténuer fortement les lésions de reperfusion (Essani et coll., 1997b; Colletti et coll., 1998). Cette cytokine, produite très précocement après reperfusion, exerce ses propriétés pro-inflammatoires non seulement au niveau local hépatique mais aussi sur d’autres organes plus distants, plus particulièrement au niveau des poumons (Colletti et coll., 1990). Le TNF-α propage la réponse inflammatoire en induisant l’expression de molécules d’adhésion sur les cellules vasculaires endothéliales, et en stimulant la production et la libération des chimiokines CXC d’attraction des PNN (Colletti et coll., 1996).

L’IL-12 jouerait un rôle essentiel dans l’initiation de la réponse inflammatoire (Lentsch et coll., 1999a). L’IL-12 serait exprimée par les hépatocytes non seulement en phase précoce de la reperfusion mais aussi au cours de la phase ischémique. L’élimination de cette CK (anticorps neutralisant ou souris knock-out) montre clairement que la production endogène d’IL-12 est nécessaire à l’expression complète de TNF-α et à la réponse inflammatoire hépatique qui s’en suit (Lentsch et coll., 1999a).

Médiateurs lipidiques

Le facteur d’activation des plaquettes (PAF) est formé principalement dans les CES au cours de l’I/R (Zhou et coll., 1992). Le PAF peut d’une part activer la production de l’anion superoxyde par les PNN (Bautista et Spitzer, 1992), et représente d’autre part un puissant activateur de la β2-intégrines MAC-1 et de la formation de ERO dépendante de l’adhésion cellulaire (Shappell et coll., 1990).

La leukotriène B4 est également un puissant facteur chimiotactique pour les PNN humains (Schultz et coll., 1991). Il est généré en très grande quantité par les PNN au cours de la phase tardive de la reperfusion ; le LTB4 doit ainsi contribuer à l’amplification de la réponse des PNN (Hughes et coll., 1992). Les produits de la peroxydation lipidique ont également un effet chimiotactique sur les PNN et sont probablement responsables de la propagation des lésions inflammatoires à une phase de la reperfusion où de nombreux médiateurs peptidiques ne sont plus générés (Curzio et coll., 1986).

Cytokines anti-inflammatoires

L’IL-6, l’IL-10 et l’inhibiteur de plusieurs enzymes protéolytiques synthétisées par les leucocytes (SLPI) représentent les médiateurs les plus importants de régulation de la réponse inflammatoire. Ces médiateurs agiraient essentiellement en inhibant le facteur transcriptionnel NF-κB ; cette inhibition serait responsable d’une diminution de la production de chimiokines, d’une réduction de l’accumulation des PNN et d’une moindre expression d’ICAM-1 (Lentsch et coll., 1999b; Yoshidome et coll., 1999b).

L’IL-13 exprime également des propriétés anti-inflammatoires mais à travers un mécanisme différent, par activation du facteur de transcription STATE-6 (Yoshidome et coll., 1999c).

Bien que NF-κB fasse partie intégrante de la réponse inflammatoire hépatique, l’activation de ce facteur de transcription semble être requise dans le processus de régénération hépatique après transplantation (Bradham et coll., 1999). NF-κB est en effet activé après transplantation hépatique et cette expression est associée à la réduction de l’apoptose hépatocytaire et des lésions de reperfusion. NF-κb jouerait donc un double rôle, agissant à la fois comme inducteur de la réponse inflammatoire et comme promoteur de la régénération hépatique.

Système immunitaire

Récemment, de nombreux travaux ont montré que l’organe allogénique transplanté est reconnu et exposé au système immunitaire de l’hôte receveur dans les minutes ou les heures qui suivent la reperfusion. L’I/R s’inscrirait en fait dans un processus hautement coordonné et spécifique, médié par des composants cellulaires appartenant à la fois à l’immunité innée et à l’immunité adaptative (Land, 2005; Boros et Bromberg, 2006).

Immunité innée

Immunité adaptative

Les lymphocytes T impliqués dans la réponse immune adaptative participeraient activement aux mécanismes sous-tendant les lésions d’I/R hépatique (Caldwell et coll., 2007). Il a été montré que l’administration par voie systémique d’agents immunosuppresseurs permettait d’atténuer les dommages hépatocellulaires qui se manifestent au cours de la reperfusion (Suzuki et coll., 1993; Matsuda et coll., 1998; Shen et coll., 2002). L’adhésion des lymphocytes T CD4+ dans les sinusoïdes hépatiques surviendrait au cours de la phase précoce de la reperfusion et serait induite par le TNF-α et l’IL-1 (Clavien et coll., 1993). Ces lymphocytes T peuvent d’une part augmenter l’activation des cellules de Kupffer et d’autre part agir comme des médiateurs cellulaires dans le recrutement des PNN en libérant des substances telles que le GCSF (Granulocyte Colony Stimulating Factor) et l’IFN-γ (Zwacka et coll., 1997).

Cellules sinusoïdales endothéliales

La cellule endothéliale sinusoïdale (CES) représente la principale cellule cible des lésions de reperfusion, au moins au cours de la phase précoce (Zhu et coll., 2007). La corrélation positive entre le nombre de cellules apoptotiques et la viabilité du greffon (Gao et coll., 1998) ainsi que l’effet protecteur d’agents anti-apoptotiques (Wu et coll., 1997) ont fait suggérer que l’apoptose des CES pourrait constituer un mécanisme axial des lésions de reperfusion (figure 8.3). Les CES détachées dans la lumière vasculaire au cours de la phase d’ischémie ne meurent pas toutes au cours de la reperfusion. En effet, les CES lésées peuvent se rattacher à la matrice périsinusoïdale, un mécanisme de réparation qui serait dépendant du contenu intracellulaire en ATP, du degré de glycogénation hépatocytaire et probablement du degré de détachement de la CES (Morgan et coll., 1991). Les molécules de jonction entre les CES ou de la matrice périsinusoïdale pourraient également jouer un rôle essentiel dans le maintien de la viabilité cellulaire. En fait, les CES s’engageraient dans l’apoptose en cas d’absence de rattachement à la paroi vasculaire (Ruoslahti, 1996). Les facteurs conduisant à l’apoptose des CES demeurent spéculatifs. Les ERO (Motoyama et coll., 1998), le TNF-α (Zheng et coll., 1995), l’augmentation de la concentration intracytoplasmique en calcium (Martikainen et coll., 1991) ainsi que les protéases calpaïnes (Squier et coll., 1994) pourraient être impliqués.

Figure 8.3 Apoptose des cellules endothéliales sinusoïdales au cours de la reperfusion (d’après Clavien, 1998)

Figure 8.3

Figure 8.3 Apoptose des cellules endothéliales sinusoïdales au cours de la reperfusion (d’après Clavien, 1998)

CES : cellule endothéliale sinusoïdale ; CK : cellule de Kupffer ; ERO : espèces réactives de l’oxygène ; HOCL : acide hypochlorique ; MPO : myéloperoxidase ; PNN : polynucléaire neutrophile ; TGF-β : Transforming Growth Factor β ; TNF-α : Tumor Necrosis Factor α ; XD : xanthine déshydrogénase ; XO : xanthine oxydase

Plaquettes

La contribution des plaquettes aux lésions de reperfusion demeure élusive. Cependant, une corrélation entre adhésion des plaquettes aux CES et fonction du greffon a été clairement établie (Cywes et coll., 1993). Les plaquettes, qui représentent une source importante de protéases et de CK proapoptotiques telles que le TGF-β (Tsukada et coll., 1995), agiraient de concert avec les leucocytes en favorisant leur séquestration par l’intermédiaire de différentes molécules chimiotactiques (Todoroki et coll., 1991) (figure 8.3).

Perspectives : analyse protéomique et génomique

L’identification des gènes et protéines dont l’expression (ou la fonction) est directement modifiée au cours du processus de transplantation doit permettre de mieux comprendre les bases moléculaires des lésions hépatiques induites par l’I/R et ainsi développer de nouvelles stratégies protectrices ou thérapeutiques ciblées. La génomique et la protéomique représentent des nouveaux systèmes d’analyse essentiels, permettant à la fois d’identifier et de caractériser/hiérarchiser les différents profils d’expression (Emadali et coll., 2006 et 2007; Conti et coll., 2007).

Mort cellulaire et lésions

Nécrose oncotique

La déperdition en ATP conduit à l’œdème cellulaire, la ballonisation et l’œdème des mitochondries, la dilatation du réticulum endoplasmique et la formation de protusions de la membrane plasmique appelées « blebs » (Lemasters et coll., 1987). Immédiatement avant la mort cellulaire, les hépatocytes et les CES développent un état instable, caractérisé par la perméabilité mitochondriale, la dislocation lysosomiale, la coalescence et l’accroissement de la taille des blebs, l’œdème cellulaire et la fuite en électrolytes. La mort cellulaire survient par altération de la barrière de perméabilité de la membrane plasmique, souvent causée par la rupture des blebs (Nieminen et coll., 1988). La perméabilisation de la membrane plasmique déclenche une libération d’enzymes et d’autres composés qui entraînent des modifications histologiques dénommées nécrose. La libération du contenu cellulaire initie également la réponse inflammatoire au cours de la reperfusion. Avec le temps, des macrophages résorbent progressivement le tissu nécrotique résiduel qui est alors remplacé par du tissu cicatriciel.

jam Apoptose

Les caractéristiques morphologiques habituelles de l’apoptose associent une diminution du volume cellulaire, une condensation nucléaire, une « margination » de la chromatine ainsi que la fragmentation du noyau et du cytoplasme en corps apoptotiques qui sont phagocytés et dégradés (Kerr et coll., 1972). En général, il n’existe pas de réaction inflammatoire significative au cours du processus classique d’apoptose. En revanche, dans les situations où la mort cellulaire par apoptose ne peut aller à son terme, une nécrose secondaire se développe et déclenche la libération de matériel cellulaire pro-inflammatoire (Ogasawara et coll., 1993).

Il existe différents mécanismes de transmission de l’apoptose des hépatocytes. Une variété de médiateurs parmi lesquels le TNF-α, le Fas-Ligand, et le TRAIL (Tumor necrosis factor-Related Apoptosis-Inducing Ligand) active la voie « extrinsèque » de l’apoptose (Jaeschke et Lemasters, 2003). Ces médiateurs se lient d’abord à leurs récepteurs respectifs, couplage qui entraîne la fixation d’adaptateurs permettant le recrutement de la procaspase 8 et son activation protéolytique en caspase 8. Si une quantité suffisante de caspase 8 est générée, cette dernière peut directement activer la procaspase 3 (voie de type 1) (Scaffidi et coll., 1998). Cependant, pour l’hépatocyte, le signal intracellulaire impose une amplification au niveau de la mitochondrie (voie de type 2) qui entraîne, via la translocation de Bid (membre de la famille de Bcl-2) et la libération de cytochrome C, l’activation de la caspase 9 puis de la caspase 3 et conduit à l’étape ultime de l’apoptose (Yin, 2000; Wang, 2001; Jaeschke et Lemasters, 2003). La voie de type 2 est plus rapide que celle de type 1, et peut être mieux régulée. Si cette voie de type 2 est bloquée (par des inhibiteurs de la MPT comme la cyclosporine A), l’activation de la caspase 3 et l’apoptose se produisent quand même, mais plus lentement, par la voie de type 1.

En dépit de l’importance des données de la littérature sur la mort cellulaire par apoptose au cours de l’ischémie froide (Kohli et coll., 1999; Natori et coll., 1999; Sindram et coll., 2001), des interrogations subsistent en ce qui concerne l’interprétation des résultats, en particulier sur la pertinence de ce mode de mort cellulaire dans la pathophysiologie des lésions de reperfusion.

Relation entre nécrose oncotique et apoptose

Après ischémie chaude, la nécrose induite par la reperfusion (« nécrose oncotique ») survient essentiellement au niveau des hépatocytes et s’accompagne d’une cytolyse significative (Mochida et coll., 1994). Après IF, cette mort par nécrose intéresse presque exclusivement les CES et est accompagnée d’une très discrète libération enzymatique (Caldwell-Kenkel et coll., 1989). L’étendue de cette nécrose cellulaire induite par la reperfusion est bien corrélée avec la défaillance du greffon après transplantation.

En fait, la « nécrose oncotique » représenterait le mode principal (plus de 90 %) de mort cellulaire au cours de la reperfusion, la mort cellulaire par apoptose n’excédant jamais 2 % des cellules à risque (Gujral et coll., 2001). Ce caractère limité de la mort cellulaire par apoptose est en outre corrélé avec la faible ou l’absence d’activation des caspases (Gujral et coll., 2001). Même si l’apoptose est induite sur un grand nombre d’hépatocytes par activation des récepteurs TNF et Fas, les cellules touchées par l’apoptose le sont de façon individuelle et dispersée. En revanche, la « nécrose oncotique » survient typiquement sur une région de cellules adjacentes, préférentiellement dans les régions péricentrales et moyennes du lobule hépatique, ces zones étant les plus éloignées de la suppléance en oxygène (Gujral et coll., 2002).

La « nécrose oncotique » semble partager des voies de signalisation intracellulaires communes avec l’apoptose comme en témoigne l’effet protecteur de la surexpression de Bcl-2 (Bilbao et coll., 1999). En dépit de la prédominance de la nécrose oncotique sur l’apoptose après I/R, d’autres travaux ont montré que l’inhibition des caspases avait un effet protecteur (Cursio et coll., 1999; Sindram et coll., 2001). Or, cet effet bénéfique semble plutôt limité aux premiers jours de reperfusion, la survie des greffons à long terme n’étant pas modifiée (Sindram et coll., 2001). Cette amélioration modeste des résultats en termes de survie doit probablement être liée à un effet anti-inflammatoire des inhibiteurs de caspases. Dans des conditions pathophysiologiques, les hépatocytes apoptotiques généreraient les chimiokines CXC, favorisant ainsi la transmigration et l’infiltration parenchymateuse par les neutrophiles (Faouzi et coll., 2001). Même si elle se limite à un petit nombre de cellules, l’apoptose aurait donc le potentiel d’accentuer les lésions de reperfusion en contribuant à l’amplification de la réponse inflammatoire (Jaeschke, 2002b).

Concept de « nécroapoptose »

La confusion concernant le rôle respectif de la nécrose oncotique et de l’apoptose au cours de l’I/R est sans doute liée aux mécanismes communs que partagent ces deux processus distincts de mort cellulaire. En particulier, la MPT semble jouer un rôle important dans l’initiation à la fois de la nécrose oncotique et de l’apoptose. Au cours de l’ischémie, la glycolyse anaérobie et la dégradation de l’ATP entraînent une diminution rapide du pH tissulaire, acidification qui protège contre la nécrose cellulaire malgré la profonde déplétion en ATP (Gores et coll., 1988). En revanche, la normalisation du pH intracellulaire au cours de la phase initiale de la reperfusion va précipiter les lésions conduisant à la mort cellulaire, via le déclenchement de la MPT (Qian et coll., 1997). Après le déclenchement de la MPT, le découplage de la mitochondrie provoque une profonde déplétion en ATP qui induit la mort cellulaire par nécrose (Qian et coll., 1997). La prévention de la « nécrose oncotique » par le fructose (substrat à la génération d’ATP par glycolyse) confirme l’importance de la déplétion en ATP dans le déclenchement de ce type de mort cellulaire. Seulement 15 à 20 % du stock normal d’ATP est suffisant pour prévenir la mort cellulaire par nécrose et la remplacer par l’apoptose via l’activation de la caspase 3 (Anundi et coll., 1987; Kim et coll., 2003).

Au cours de la reperfusion, la transition de la perméabilité mitochondriale représente un événement obligatoire dans le mécanisme conduisant à la mort cellulaire qu’elle soit de type nécrotique ou apoptotique. La concentration en ATP jouerait le rôle de « commutateur » entre ces deux types de mort cellulaire (Richter et coll., 1996) (figure 8.4) :

La capacité d’un processus nécrotique d’être converti en processus apoptotique, et vice et versa, illustre bien le fait que l’apoptose et la nécrose oncotique ne sont pas nécessairement des événements distincts et indépendants. Au contraire, les voies métaboliques conduisant à l’apoptose et à la nécrose peuvent être partagées, un phénomène appelé « nécroapoptose » (Jaeschke et Lemasters, 2003).

Figure 8.4 Transition de perméabilité membranaire mitochondriale (MPT) et « nécroapoptose » au cours de l’ischémie/reperfusion (d’après Jaeschke et Lemasters, 2003)

Figure 8.4

Figure 8.4 Transition de perméabilité membranaire mitochondriale (MPT) et « nécroapoptose » au cours de l’ischémie/reperfusion (d’après Jaeschke et Lemasters, 2003)

Influence de la mort encéphalique sur le syndrome d’ischémie/reperfusion

Les donneurs en état de mort encéphalique (ME) représentent la plus grande source d’organes disponibles pour la transplantation d’organes solides. Cette destruction irréversible du système nerveux central est à l’origine de multiples modifications pathophysiologiques (Mertes, 1996; Wilhelm et coll., 2000; Pratschke et coll., 2005) qui pourraient exacerber les lésions d’I/R auxquelles les organes périphériques sont exposés au cours du processus de transplantation. Les conséquences potentielles de l’ensemble des événements entourant la ME semblent manifestes pour des organes comme le cœur et le rein (Bittner et coll., 1999; Pratschke et coll., 2000; Wilhelm et coll., 2000). L’impact de la ME sur le greffon hépatique est plus difficile à cerner. D’une façon générale, la fonction du greffon semble peu altérée, et il est admis que le foie exprime une certaine tolérance à la baisse de la pression artérielle (Lin et coll., 1989a; Okamoto et coll., 1998). Cependant, si l’instabilité hémodynamique se prolonge, des effets délétères peuvent être observés au niveau morphologique (congestion veineuse centrale de type extensive voire lésions nécrotiques) (Okamoto et coll., 1998). Il s’avère toutefois impossible de dire si ces lésions morphologiques sont dues à l’état de ME en lui-même, ou aux mesures réanimatoires intensives, avec entre autres l’utilisation fréquente d’agents vasopresseurs.

Expérimentalement, plusieurs études ont montré que l’augmentation brutale de la pression intracrânienne s’accompagnait d’une libération massive de CK pro-inflammatoires (TNF-α, IFN-γ) dans les organes périphériques tels que le cœur, les reins et le foie (Takada et coll., 1998; Koo et coll., 1999; van der Hoeven et coll., 1999; Wilhelm et coll., 2000). L’expression de diverses molécules d’adhésion (sélectines, ICAM, VCAM, LFA-1) qui s’en suit a été clairement observée à la surface des leucocytes recrutés et au niveau des cellules endothéliales et parenchymateuses (van der Hoeven et coll., 1999 et 2000a). En clinique, une infiltration leucocytaire hépatique significativement plus marquée a pu être observée chez le donneur en état de ME par comparaison au foie de donneur vivant (Jassem et coll., 2003). Au cours de cette cascade inflammatoire, l’IFN-γ activerait également l’expression des antigènes du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC de classe I et II), augmentant ainsi l’immunogénicité du greffon via les cellules T. Des travaux expérimentaux réalisés chez le rongeur semblent apporter des arguments pertinents quant à l’effet délétère de cet événement sur la qualité et la viabilité du greffon hépatique après transplantation (Okamoto et coll., 1999; van der Hoeven et coll., 2000a et b). Ces données n’ont cependant pas été confirmées chez le gros animal ou chez l’homme (Lin et coll., 1989b; Yamaoka et coll., 1990; Compagnon et coll., 2002a). En utilisant pour la première fois un modèle de transplantation hépatique orthotopique chez le gros animal, Compagnon et coll. (2002a) ont pu montré d’une part que la ME n’occasionnait pas de souffrance hépatocellulaire avant le prélèvement de l’organe chez le donneur. D’autre part, l’interaction entre la destruction du système nerveux central et la conservation prolongée du greffon hépatique n’exacerbait pas les lésions d’I/R, et ne compromettait ni la reprise de fonction immédiate du greffon hépatique, ni la survie après transplantation.

Bien que les foies prélevés sur donneurs vivants apparentés semblent exprimer une incidence de dysfonction primaire plus faible (Yamaoka et coll., 1993), les rôles respectifs de la ME et du management du donneur ne sont pas faciles à discerner. Chez le donneur cadavérique, les importants échanges liquidiens et hydroélectrolytiques imposent souvent des remplissages massifs afin de maintenir une homéostasie satisfaisante. Qui plus est, les organes sont souvent prélevés dans des conditions sub-optimales ; les donneurs décédés doivent en effet souvent faire face à de multiples événements défavorables tels que l’état de choc hémodynamique et/ou infectieux, l’hypoxie, des infections diverses, des interventions chirurgicales, un état de dénutrition (en rapport avec un séjour prolongé en unité de réanimation) et des transfusions sanguines plus ou moins importantes. A contrario, le donneur vivant ne souffre d’aucune pathologie préexistante, un bilan d’évaluation rigoureux ayant préalablement été réalisé. L’organe est prélevé dans un environnement chirurgical étroitement contrôlé, refroidi puis transplanté chez le receveur dans un délai très court.

Facteurs d’aggravation du syndrome d’ischémie/reperfusion

De multiples mécanismes, sous-tendant les lésions d’I/R, contribuent à des degrés variables à la dysfonction du greffon hépatique. Si le pronostic immédiat de la greffe est largement dépendant des conditions de conservation du greffon, il peut également être modulé de manière substantielle par certains facteurs de risque inhérents au statut du donneur et du receveur. Ainsi, la capacité d’un greffon à reprendre rapidement une fonction normale après sa revascularisation, dépend d’abord de la qualité intrinsèque du foie chez le donneur au moment du prélèvement. Le degré de stéatose du greffon, le statut nutritionnel tout comme l’âge du donneur, la survenue d’une ischémie chaude à l’occasion des épisodes de collapsus qui émaillent la réanimation avant ou pendant le prélèvement, une anémie ou encore le sepsis (exposition à des endotoxines) (Yokoyama et coll., 1989; Essani et coll., 1996) représentent autant de facteurs plus ou moins associés qui peuvent exacerber les lésions de reperfusion post-ischémique et conditionner en partie le pronostic de la greffe. L’état de mort encéphalique chez le donneur cadavérique et les modifications physiopathologiques qui l’accompagnent sont également à prendre en compte dans le processus complexe que constitue l’I/R. Le statut du receveur (âge, fonction rénale, gravité de l’insuffisance hépatocellulaire…) ou encore les conditions d’implantation du greffon (instabilité hémodynamique et/ou endotoxinémie) (Yokoyama et coll., 1989) peuvent aussi influer de manière significative sur la reprise de fonction du greffon (figure 8.5).

Figure 8.5 Facteurs de risque pouvant exacerber le syndrome d’I/R

Figure 8.5

Figure 8.5 Facteurs de risque pouvant exacerber le syndrome d’I/R

^a NASH : Stéatohépatite non alcoolique ; ^b NHBD : Non Heart Beating Donor, donneur à cœur arrêté

Conservation du greffon hépatique

Principes de base de la conservation en ischémie froide

Se basant sur ces éléments, Belzer et Southard ont décrit ce qu’ils considéraient comme les principes de base des éléments nécessaires à la composition d’une solution de conservation, principes nécessaires pour contrebalancer les effets délétères de l’hypothermie. L’équipe de Madison introduisait 3 nouveaux concepts (Southard et coll., 1990) :

• l’addition d’antioxydants (glutathion, allopurinol) pour lutter contre le stress oxydant afin de diminuer les lésions de reperfusion (Ferguson et coll., 1991; Sumimoto et coll., 1991; Ferguson et coll., 1993; Lemasters et Thurman, 1997) et également de précurseurs de la synthèse d’ATP au moment de la reperfusion (adénosine, phosphate) (Southard et Belzer, 1993).

Solutions de conservation des greffons hépatiques

À l’heure actuelle, trois solutions sont couramment utilisées en pratique clinique (tableau 8.I).

Solution UW (Viaspan^®)

L’UW (Viaspan^®) a transformé la conservation d’organe (Belzer et Southard, 1988). Cette solution autorise des durées de conservation d’environ 12 à 15 heures (Kalayoglu et coll., 1988; Ploeg et coll., 1992). Il a été reproché à la solution UW de ne contenir aucun composant spécifiquement désigné pour limiter l’effet délétère de l’afflux intracellulaire en calcium. De plus, sa faible concentration en sodium, inhérente à sa formulation de type intracellulaire, serait même supposée promouvoir l’accumulation d’ions Ca²⁺. Or, en plus de ses propriétés imperméantes, le lactobionate aiderait à chélater le calcium, limitant l’activité des enzymes calcium-dépendantes. Le lactobionate pourrait également chélater le fer et limiterait ainsi les lésions oxydatives durant la reperfusion. Quoiqu’il en soit, les mécanismes précis de protection offerts par l’UW ne sont pas connus, et la substitution d’un ingrédient majeur comme le lactobionate par des substances supposées avoir les mêmes propriétés modifient l’efficacité de la solution. Il est possible que les ingrédients composant l’UW présentent un synergisme ou soient effectifs seulement en combinaison : un phénomène appelé « summation of protection » (Southard et coll., 1990).

Tableau Tableau 8.I Solutions de conservation des viscères intra-abdominaux

¹ UW : solution de l’Université du Wisconsin (Viaspan^®) ; ² HTK : solution de Brettschneider (Custodiol^®) ; ³ GSH : glutathion réduit ; ⁴ HEA : hydroxyéthyl amidon

Solution Custodiol^® (ou HTK)

La formulation de cette solution reposait sur l’introduction d’un système tampon très efficace grâce à l’histidine et ses deux substrats (Bretschneider, 1980). La solution HTK a une viscosité très basse et nécessite des volumes importants de perfusion à basse pression. Pour des durées de conservation limitées, ses performances sont équivalentes à l’UW (Erhard et coll., 1994). Sa faible concentration en K⁺ minimise les risques cardiaques lors de la revascularisation.

Solution Celsior^®

La solution Celsior^® s’inspire de la solution UW en apportant des agents imperméants inertes osmotiques (lactobionate et mannitol) et de la solution HTK en incorporant l’histidine (Menasche et coll., 1994). À l’instar de l’UW, elle inclut également dans sa formulation un antioxydant, le glutathion, maintenu sous sa forme réduite. La solution Celsior^® est cependant une solution de type extracellulaire (concentrations élevées en Na⁺ et basse en K⁺). La prévention de l’œdème cellulaire est assurée par le lactobionate et le mannitol. Dépourvue de colloïdes, la viscosité de la solution Celsior^® est basse (1,15 mm²/sec versus 3,159 mm²/sec pour l’UW), propriété qui améliorerait la perfusabilité de la solution et offrirait une protection contre les lésions endothéliales (Menasche et coll., 1994). La solution Celsior^® a été formulée pour contrôler l’homéostasie du calcium de par sa formulation ionique de type extracellulaire, supplémentée en Mg²⁺ et en Ca²⁺ dans un milieu faiblement acide. Cette formulation éviterait la dépolarisation des cellules musculaires lisses membranaires, dépolarisation qui se traduit par une vasoconstriction et une mauvaise distribution de la solution dans les capillaires (Studer et Borle, 1992). La solution Celsior^® exprime des performances superposables (fréquence de dysfonction primaire du greffon et survie des patients à un an) à l’UW et représente une alternative à la solution de référence pour des durées de conservation standards (Cavallari et coll., 2003; Karam et coll., 2005).

Nouvelles solutions de conservation

La solution Polysol a été développée récemment à Amsterdam. Sa composition est basée sur le principe de la persistance d’un métabolisme à 4 °C (Bessems et coll., 2005a). Il s’agit d’une solution de conservation classique, enrichie avec des acides aminés, des vitamines et des antioxydants (Bessems et coll., 2005a).

La solution IGL-1 (Institut Gustave Lopez) a quant à elle été développée à Lyon en s’inspirant à la fois des principes des solutions UW et Celsior^® (Ben Abdennebi et coll., 2002). Elle combine le caractère extracellulaire du Celsior^® et la présence d’un colloïde comme dans l’UW, le PEG se substituant à l’hydroxyéthylamidon.

Température optimale de conservation

Les premiers travaux expérimentaux ont montré que la température optimale de conservation statique en IF était de 4 °C (égale à celle des réfrigérateurs), la fourchette optimale se situant entre 2 et 4 °C. Un monitorage était recommandé, en particulier au cours de la « back table » et du conditionnement (Belzer et Southard, 1988; Kennedy et coll., 1990). Des travaux ultérieurs ont montré que la température optimale se situait plutôt entre 0 et 1 °C, et surtout que de petites variations (de l’ordre de 4 à 5 °C) pouvaient influencer significativement la reprise de fonction après reperfusion du greffon (Hertl et coll., 1994). Par ailleurs, une activité métabolique substantielle persiste au cours de la période d’implantation, la durée de cette période d’ischémie chaude relative ayant une influence significative sur la fonction du greffon (Cywes et coll., 1992; Holzmuller et coll., 1993).

Défaillance primaire du greffon hépatique

Les dysfonctions hépatiques incluent la non-fonction primaire des greffons, événement grave à l’origine de la plupart des retransplantations précoces (Uemura et coll., 2007), et la fonction retardée du greffon hépatique qui s’accompagne d’une morbidité importante et d’une diminution de la survie à moyen terme (Porte et coll., 1998).

Non-fonction primaire

La non-fonction primaire se définit comme la défaillance aiguë de la fonction hépatique dans les suites immédiates de la revascularisation, sans cause identifiable, et conduit soit à la retransplantation en urgence ou à la mort du patient. Alors que son incidence oscillait entre 2 % et 8 % au début des années 1990, elle est rencontrée moins fréquemment à l’heure actuelle, les données les plus récentes de la littérature la situant entre 1 et 4 % selon les séries (Ploeg et coll., 1993; Busuttil et coll., 1994; Bennett-Guerrero et coll., 2001; Oh et coll., 2004; Varotti et coll., 2005; Uemura et coll., 2007).

Le mécanisme précis à l’origine de cette complication demeure indéterminé, il est probablement multifactoriel. La durée du séjour en réanimation ou l’âge du donneur, la durée d’ischémie froide, le type de solution de conservation, le mismatch entre le sexe du donneur et du receveur, et la durée opératoire représentent les facteurs le plus souvent associés à la défaillance du greffon, tout au moins en analyse univariée (Varotti et coll., 2005; Uemura et coll., 2007). Le degré de souffrance hépatocellulaire est étroitement corrélé à la non reprise de fonction du greffon hépatique (Rosen et coll., 1998).

Dysfonction précoce (ou fonction retardée)

Le diagnostic de dysfonction précoce ou fonction retardée est établi en cas de présence, entre J2 et J7, d’au moins un des paramètres suivants : bilirubine > 170 µmol/l ; taux de prothrombine (TP) < 50 % ; encéphalopathie hépatique. L’incidence est estimée entre 15 à 20 % (Ploeg et coll., 1993; Deschenes et coll., 1998; Chen et coll., 2007).

Deschenes et coll. (1998) ont fait ressortir des facteurs indépendants liés au receveur (sexe masculin, status UNOS, bilirubine totale, TP < 50 %) ou au donneur (ethnie – autre que caucasien –, âge > 50 ans, IF >15 h, mauvaise qualité subjective du greffon – jugement du chirurgien –, séjour en réanimation > 3 jours, acidose préopératoire, mismatch ABO). Une période d’implantation du greffon de plus de 45 minutes ou une ischémie froide de plus de 9 heures ont également été incriminées comme facteurs de risque de dysfonction (Chen et coll., 2007).

Marqueurs et traitement de la défaillance aiguë du greffon

En post-reperfusion immédiate, les profils d’expression de certains gènes sur des biopsies du greffon (Berberat et coll., 2006) ou la mesure de profils métaboliques sanguins en spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (Serkova et coll., 2007) pourraient permettre d’identifier précocement la dysfonction aiguë du greffon. Prédire la fonction du greffon avant son implantation est encore plus séduisant. Ainsi, l’analyse de profils d’expression de gènes sur le greffon avant son prélèvement (Geuken et coll., 2005; Borozan et coll., 2006) ou l’évaluation du stress oxydant sur le plasma du receveur avant la greffe (Corradini et coll., 2005) représentent des pistes intéressantes pour prédire la fonction post-transplantation.

Les processus pathophysiologiques qui sous-tendent la dysfonction précoce du greffon sont complexes. À l’heure actuelle, il n’existe pas de traitement spécifiquement établi/standardisé de la défaillance aiguë du greffon hépatique (Selzner et coll., 2003; Taub, 2004). Le système MARS (Molecular Adsorbent Recirculating System) aurait un effet bénéfique sur les fonctions neurologique et rénale, et sur l’état hémodynamique, avec une bonne tolérance globale (Hetz et coll., 2006). Une étude multicentrique randomisée a été initiée récemment.

Conséquences des lésions d’I/R au niveau des lésions chroniques

À long terme, l’incidence des rejets chroniques n’est pas corrélée à l’intensité des lésions d’I/R (Rosen et coll., 1998). Toutefois, l’I/R pourrait contribuer au développement d’autres lésions chroniques.

Lésions biliaires

L’aspect macroscopique du greffon lors du prélèvement, la durée de reperfusion et la quantité de transfusion peropératoire sont autant de facteurs favorisant le développement de cholestases sévères et prolongées (Fusai et coll., 2006). L’incidence des sténoses biliaires non-anastomotiques est élevée, étroitement corrélée à la durée de l’IF. Les mécanismes lésionnels sont encore mal cernés (« ischemic-type » biliary lesions). Il a été montré que les cellules de l’arbre biliaire avaient une sensibilité majeure aux lésions de reperfusion (> aux hépatocytes). On sait également que les sels biliaires hydrophobes ont une toxicité directe qui va amplifier les lésions de l’épithélium. Le déta-chement de la membrane basale serait corrélé à la durée d’IF. En cas d’IF > 10 heures, les solutions à faible viscosité seraient moins pourvoyeuses de lésions biliaires (Sanchez-Urdazpal et coll., 1992 et 1993; Noack et coll., 1993; Hertl et coll., 1995; Carrasco et coll., 1996).

Récidive virale C

En cas de transplantation pour cirrhose virale C, l’intensité des lésions d’I/R favorise de façon significative la progression vers la fibrose en cas de récidive virale sur le greffon (Watt, 2006).

Stratégies pour améliorer la conservation du greffon hépatique

Modifications ponctuelles des solutions de conservation

Ainsi, ont été testés expérimentalement et avec plus ou moins de succès : l’adjonction d’amino-acides qui suppriment la protéolyse (inhibition essentielle en cas de conservation prolongée) (Charrueau et coll., 2000), des antioxydants (NAC, curcumin) (Boudjema et coll., 1990a; Chen et coll., 2006), des inhibiteurs calciques (nisoldipine, lidoflazine…) +/– associés à des antiprotéases (leupeptine, pepstatine) (Takei et coll., 1990; Jacobsson et coll., 1993), des piégeurs de radicaux libres (superoxyde dismutase, mélatonine) (Kawamoto et coll., 1990; Vairetti et coll., 2005), des « donneurs » de NO (sodium nitroprusside, L-Arginine) (Rodriguez et coll., 1999), des inhibiteurs de la peroxydation lipidique (lazaroid) (Todo et coll., 1996), des inhibiteurs de l’apoptose (IDN-6556) (Hoglen et coll., 2007), des inhibiteurs des métalloprotéinases de la matrice extracellulaire (Defamie et coll., 2008) ou encore des inhibiteurs de l’activation des cellules de Kupffer (NAC) (Maeda et coll., 1998).

Toujours expérimentalement, il a été montré que l’adjonction de polyéthylène glycol (PEG) à la solution de conservation permettait d’améliorer significativement la qualité des greffons hépatiques (Tokunaga et coll., 1992; Ben Abdennebi et coll., 2002). Les mécanismes expliquant l’effet bénéfique de cet agent imperméant incluraient la prévention de l’œdème cellulaire et la diminution de la peroxydation lipidique. Le PEG se lierait aux phospholipides et s’accumulerait dans les membranes cellulaires. L’altération de l’homéostasie du calcium est associée comme nous l’avons déjà mentionné avec l’activation de diverses protéases calcium-dépendantes et la perte de la fonction mitochondriale. En recouvrant les cellules non parenchymateuses, ce colloïde constituerait une barrière au passage des ions Ca²⁺ (Ben Abdennebi et coll., 2002). Tokunaga et coll. (1992) ont également suggéré que le PEG pouvait exprimer un effet immunoprotecteur.

Après avoir été testée avec succès pour la conservation du rein, l’adjonction de facteurs de croissance a montré également un effet bénéfique dans un modèle de transplantation hépatique chez le gros animal, en particulier en termes de survie (Ambiru et coll., 2004). Cette supplémentation en facteurs de croissance ouvre la voie à une nouvelle génération de solutions de conservation dites « métaboliquement actives » (McAnulty et coll., 2002).

Prétraitement du donneur

Protection directe à l’aide de drogues administrées au donneur

Les premiers travaux sur le prétraitement se sont intéressés au statut énergétique du foie chez le donneur. Le groupe de Boston a démontré le premier l’hypothèse selon laquelle les greffons hépatiques avec un taux élevé d’ATP conduiraient à de meilleurs résultats (Lanir et coll., 1988). Se basant sur ces résultats, plusieurs équipes dont celle de Belzer ont imaginé que le statut nutritionnel, et plus particulièrement les réserves en glycogène qui représentent la source majeure de glucose et d’ATP, pouvaient représenter un facteur déterminant de la fonction initiale du greffon (Belzer et Southard, 1988). L’équipe de Madison a ainsi montré expérimentalement que le jeûne et la déplétion en glycogène chez le donneur étaient responsables d’une diminution significative de la production de bile et d’ATP et entraînaient des dommages hépatocellulaires plus importants lors de la reperfusion (Boudjema et coll., 1990b). Ce concept a été appliqué en clinique (Cywes et coll., 1992). Le prétraitement des donneurs par injection de glucose par voie intraveineuse avant le prélèvement permettait d’augmenter significativement le taux de glycogène hépatique et était associé à de moindres lésions hépatocellulaires après transplantation. Alors que les résultats cliniques étaient prometteurs, Sumimoto et coll. (1993) ont montré à partir d’un modèle de transplantation chez le rat que plus les donneurs étaient déprimés en glycogène par une longue période de jeûne, meilleure était la survie des receveurs. Pour les auteurs, de tels résultats pouvaient s’expliquer par une inactivation des cellules de Kupffer par l’état de jeûne, supprimant ainsi la génération de ERO et de molécules pro-inflammatoires.

Des travaux ultérieurs ont confirmé l’hypothèse selon laquelle l’inactivation des cellules de Kupffer pouvait diminuer les lésions d’I/R et nombre de molécules ont été ainsi testées expérimentalement chez le donneur. Par exemple, le groupe de Thurman (Schemmer et coll., 1998) a montré que, chez le rongeur, la dépression des cellules de Kupffer avec le chlorure de gadolinium permettait d’augmenter significativement la survie des receveurs. L’application clinique d’une telle stratégie soulevait cependant le problème de la toxicité potentielle du chlorure de gadolinium. Pour cette raison, d’autres équipes ont testé le N-dichlorométhylène encapsulé dans des liposomes, molécule qui déprimerait plus sélectivement et plus complètement les cellules de Kupffer. Alors que cet agent semblait améliorer sensiblement la fonction hépatique in vitro, les résultats in vivo n’étaient significatifs que si le temps de clampage portal durant l’implantation du greffon était long, condition associée à une activation des cellules de Kupffer par les endotoxines d’origine intestinale (Urata et coll., 2000).

D’autres auteurs ont montré que l’augmentation des défenses naturelles des cellules hépatiques contre les radicaux libres par l’injection intraportale de N-acétyl cystéine, un précurseur de la synthèse du glutathion (Nakano et coll., 1995), ou par des stratégies visant à surexprimer des protéines antioxydantes comme la superoxyde dismutase (Zwacka et coll., 1998; Yabe et coll., 2001) représentait un moyen d’augmenter la résistance du greffon à l’IF. Cependant, aucune de ces stratégies n’a trouvé la voie vers l’application en clinique.

Comme déjà largement abordée, il est admis que l’apoptose des cellules hépatiques joue un rôle important dans les lésions d’I/R. Les mécanismes initiant cette mort cellulaire programmée ne sont pas complètement élucidés mais semblent s’articuler de façon proéminente autour de l’activation de protéases. Ainsi, Natori et coll. (1999) ont été capables de diminuer significativement l’apoptose des cellules endothéliales et de prolonger la survie chez les animaux recevant un foie d’un donneur prétraité par un inhibiteur de la caspase 3. Des inhibiteurs des calpaïnes ont été également testés. Les calpaïnes appartiennent à un groupe de protéases intracellulaires calcium-dépendantes qui agiraient de concert avec les caspases pour activer la pro-téolyse membranaire au moment de la reperfusion. Le groupe de Clavien a montré que l’administration de cet inhibiteur au donneur permettait de diminuer significativement les dommages hépatocellulaires et surtout de prolonger la survie des animaux dans un modèle de transplantation (Kohli et coll., 1997). Toujours en situation expérimentale, d’autres équipes ont également pu observer que l’inhibition de l’apoptose chez le donneur diminuait significativement les lésions de préservation/reperfusion (Zhang et coll., 2005). Dans la situation particulière du donneur vivant apparenté, cette stratégie doit être envisagée avec beaucoup de précaution. Le danger avec ces traitements anti-apoptotiques vient du risque d’inhiber également l’apoptose dans les tissus ou organes non affectés par l’agression ischémique. Le turnover physiologique des cellules incluant l’élimination des cellules défectueuses ou même de cellules potentiellement cancéreuses pourrait être sévèrement perturbé.

L’ischémie froide, bien que nécessaire pour ralentir le métabolisme, entraîne des lésions bien documentées au niveau des CES hépatiques (Clavien, 1998). Les modifications morphologiques de ces cellules perturberaient la microcirculation hépatique au moment de la reperfusion (adhérence et activation des plaquettes et leucocytes, phénomènes thrombotiques) (Lemasters et Thurman, 1997). En situation expérimentale, de nombreuses équipes ont rapporté l’effet protecteur du prétraitement du donneur avec des prostaglandines et de leurs analogues (Natori et coll., 1997; Totsuka et coll., 1998). Une étude clinique récente semble confirmer le potentiel de la PGI2 dans la prévention des lésions de reperfusion, lorsque celle-ci est administrée chez le donneur, avant le prélèvement (Klein et coll., 1999). En fait, les cellules endothéliales hépatiques représenteraient la cible essentielle de « l’hépatoprotection » induite par les prostaglandines (Arai et coll., 1999; Itasaka et coll., 1999). De multiples mécanismes ont été proposés, incluant une amélioration de la perfusion sinusoïdale, une diminution de l’adhésion des PNN aux cellules endothéliales et de l’agrégation plaquettaire. En outre, les analogues de prostagladines (PGI2, prostacycline) atténueraient les perturbations de la microcirculaton hépatique (Anthuber et coll., 1996). Le prétraitement du donneur à l’aide d’un inhibiteur de l’adénosine déaminase représente un autre moyen d’améliorer la reprise de fonction immédiate des greffons (Tian et coll., 2000). L’effet bénéfique de ce prétraitement serait également lié à une amélioration significative de la microcirculation lors de la reperfusion.

L’induction pharmacologique chez le donneur de la hème oxygénase 1 (HO-1) ou des protéines du choc thermique (Heat-Shock Proteins, HSP) représente d’autres moyens d’augmenter la tolérance du greffon à l’I/R (Fudaba et coll., 2001; Kato et coll., 2003; Wang et coll., 2005; Ollinger et coll., 2007).

Interventions chirurgicales : préconditionnement ischémique

De nombreux investigateurs se sont par ailleurs focalisés sur le préconditionnement ischémique (PI), une technique qui protégerait les organes des lésions d’I/R. Elle consiste en l’application préalable à une phase d’ischémie prolongée d’un ou de plusieurs cycles d’occlusion vasculaire et de reperfusion. Ce stress ischémique induirait un état de tolérance envers une ischémie prolongée. Ce paradoxe fut caractérisé initialement pour le cœur par Murry et coll. (1986) avant d’être observé secondairement pour d’autres organes comme les reins (Toosy et coll., 1999), les poumons (Du et coll., 1996) et l’intestin (Hotter et coll., 1996; Davis et coll., 1999).

Pour le foie, il a été montré chez le rongeur que l’application du PI avant ischémie chaude prolongée permettait d’atténuer les dommages hépatocellulaires et d’améliorer la fonction hépatique ainsi que la survie (Yoshizumi et coll., 1998; Peralta et coll., 1999; Nilsson et coll., 2000; Compagnon et coll., 2002b). Ce concept de PI a été appliqué ultérieurement dans des modèles de transplantation hépatique chez le rat avec des résultats cependant discordants (Adam et coll., 1998; Yin et coll., 1998; Arai et coll., 2000). Nous disposons de peu de données chez le gros animal (Schulz et coll., 2001; Compagnon et coll., 2005). Récemment, l’utilisation d’un modèle canin a permis de confirmer les résultats observés chez le rongeur en montrant que le PI atténuait les lésions hépatocellulaires induites par une ischémie chaude prolongée, effet bénéfique qui était associé à une réduction de l’infiltration tissulaire en neutrophiles et à une augmentation de la synthèse d’ATP après reperfusion (Compagnon et coll., 2005). L’application d’un protocole identique de PI n’avait cependant aucun effet protecteur sur les lésions de reperfusion survenant après ischémie froide (modèle de transplantation hépatique), malgré une efficacité notable sur la viabilité cellulaire d’hépatocytes isolés soumis également à des lésions d’ischémie froide (Compagnon et coll., 2005). La raison pour laquelle le PI augmente la tolérance à l’ischémie chaude mais pas à l’IF reste inexpliquée.

En situation clinique, nous disposons à l’heure actuelle de preuves limitées quant à l’efficacité du PI sur les lésions d’I/R hépatique (Clavien et coll., 2000; Totsuka et coll., 2000; Azoulay et coll., 2005; Cescon et coll., 2006; Jassem et coll., 2006). Azoulay et coll. (2005) ont rapporté un bénéfice en termes de dommage hépatocellulaire mais l’application du préconditionnement avant le prélèvement se traduisait cependant par un taux significativement plus élevé de dysfonction hépatique après transplantation. Le nombre de cycles d’I/R nécessaire à l’induction du PI pourrait être spécifique à chaque tissu (Hawaleshka et Jacobsohn, 1998). Alors que l’application de multiples et brefs cycles d’I/R semble être optimal pour le cœur (Murry et coll., 1986), un épisode unique de PI semble être plus efficace pour induire une protection maximale du foie à une ischémie prolongée, la durée optimale du stimulus ischémique semblant être de 10 minutes (Lloris-Carsi et coll., 1993). Une étude prospective randomisée récente n’a d’ailleurs pas montré de bénéfice si la durée du stimulus ischémique était réduite à 5 minutes (Koneru et coll., 2005).

Le mécanisme exact par lequel le PI conférerait une protection n’est pas complètement élucidé mais pourrait impliquer de nombreux signaux, seconds messagers et effecteurs (Hawaleshka et Jacobsohn, 1998). Ce bref épisode d’I/R agirait comme un stimulus non spécifique qui activerait de multiples voies redondantes de signalisation. Le mécanisme protecteur induit par le PI est instantané, il survient dans les secondes qui suivent le stimulus. Le PI doit donc être appliqué immédiatement avant la phase d’ischémie prolongée auquelle sera exposé le foie.

Peralta et coll. (1996) ont été les premiers à suggérer que la libération d’adé-nosine jouait un rôle clef dans ce phénomène de protection induite. Des travaux ultérieurs ont pu montrer que les récepteurs de l’adénosine de type A2 étaient impliqués dans la transduction du signal, que ce soit dans des conditions normo- ou hypothermiques (Nakayama et coll., 1999; Peralta et coll., 1999; Arai et coll., 2000). La phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K) serait responsable de l’activation séquentielle de deux isoformes de la protéine kinase C (PKC- et PKC-) et de la p38 MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase) (Carini et Albano, 2003).

Le NO synthétisé induirait le PI en activant la p38 MAPK par l’intermédiaire d’une voie métabolique alternative reposant sur des signaux cGMP-dépendants (Carini et coll., 2003a). Peralta et coll. (2001) ont suggéré que l’adénosine libérée par les hépatocytes activerait la NO synthase (iNOS) dans les CES. Le monoxyde de carbone (CO) semble également jouer un rôle proéminent dans la médiation du PI (Peralta et coll., 1996 et 2001; Koti et coll., 2002; Barrier et coll., 2005).

Il est possible que d’autres facteurs, comme entre autres le stress oxydant ou le peptide atrial natriurétique (ANP), l’IL-6 et STAT 3, l’antagoniste du récepteur de l’IL-1 (IL-1 Ra) et Bcl-2 puissent contribuer à l’effet protecteur du PI (Carini et Albano, 2003; Carini et coll., 2003b; Barrier et coll., 2005; Matsumoto et coll., 2006).

• le métabolisme énergétique : amélioration de la perfusion sinusoïdale (Glanemann et coll., 2003), préservation des réserves en ATP et en glycogène (Compagnon et coll., 2002b ; Peralta et coll., 2000a), ainsi qu’un effet direct sur les fonctions mitochondriales avec maintien de l’état d’oxydoréduction (Koti et coll., 2002) ;

• le contrôle de l’équilibre acido-basique : meilleurs échanges ioniques transmembranaires et moindre production de protons par la glycolyse anaérobie en fourniraient l’explication (Carini et coll., 2001) ;

• la prévention des lésions oxydatives générées au cours de la reperfusion : amélioration des capacités antioxydantes (Peralta et coll., 2002) et moindre production de ERO (Fernandez et coll., 2002) ;

• l’inhibition de l’apoptose : diminution des lésions oxydatives et de la perte énergétique, l’inhibition de la caspase 3 (Yadav et coll., 1999), interaction directe possible avec les signaux proapoptotiques (Liu et coll., 2002) ;

• la réponse inflammatoire associée avec la reperfusion (Carini et Albano, 2003) : atténuation de la production de TNF-a et de chimiokines CXC, diminuant ainsi l’adhésion des leucocytes aux CES ainsi que l’infiltration hépatique post-ischémique par les PNN (Peralta et coll., 1996; Howell et coll., 2000). La capacité du PI à atténuer l’expression du TNF-a et de molécules d’adhésion intercellulaires impliquerait l’inhibition de NF-kB (Funaki et coll. (2002);

• la diminution de l’expression de l’endothéline, conduisant à l’amélioration de la microperfusion hépatique (Peralta et coll., 2000b) ;

• une meilleure capacité à synthétiser des protéines lors de la reperfusion. Dans un modèle cellulaire, il a été montré que l’effet bénéfique du PI était attribuable à une protection directe des cellules parenchymateuses hépatiques, et semblait dépendre en partie de la capacité à rétablir une synthèse protéique lors de la reperfusion (Compagnon et coll., 2002b).

La phase précoce du PI serait à l’origine d’une seconde fenêtre de protection, manifeste aux alentours de la 24^e heure après l’application du stimulus, et qui pourrait durer entre 2 et 4 jours. Ce PI tardif a été observé après exposition à divers stimulus tels qu’une brève ischémie/reperfusion, une hyperthermie transitoire, un stress oxydant, ou l’infusion d’ANP (Carini et Albano, 2003). Cette protection est caractérisée par une amélioration de la perfusion sinusoïdale et de la production de bile, ainsi qu’une diminution de l’infiltration leucocytaire et de la cytolyse hépatique. Du fait de son effet prolongé, le PI tardif pourrait être particulièrement intéressant en transplantation hépatique.

L’augmentation de l’expression des protéines du choc thermique (HSP) (Kume et coll., 1996). En particulier, l’induction de HSP27 et de HSP70 jouerait un rôle central dans le développement de cette tolérance à l’ischémie/reperfusion. En se liant au cytochrome C et à des facteurs d’induction de l’apoptose (AIF, APAF-1), ces HSPs préviendraient l’activation des caspases (Garrido et coll., 2001). La phosphorylation de HSP 27 par la p38MAPK lui permettrait également d’interagir avec l’actine et ainsi d’augmenter la résistance du cytosquelette au stress oxydant (Huot et coll., 1996).

L’induction de l’hème oxygénase (HO-1) représente un autre mécanisme de défense lié à la stimulation des HSPs (Redaelli et coll., 2002; McNally et coll., 2006). HO-1 catalyse la dégradation de l’hème en monoxyde de carbone et de biliverdine, induisant la formation de bilirubine qui possède de puissantes propriétés antioxydantes. L’activation de HO-1 aurait également des effets anti-inflammatoires et anti-apoptotiques (Katori et coll., 2002).

Une autre conséquence majeure du PI tardif est la diminution de l’expression du TNF-α et de la protéine macrophagique de l’inflammation au cours de la réoxygénation. Cet effet serait médié par la modulation de la translocation nucléaire de NF-κB et AP-1, régulation résultant probablement de la stabilisation de protéines inhibitrices de NF-κB après leur liaison avec HSP70 (Kiemer et coll., 2000).

Le préconditionnement hépatique peut également être réalisé en appliquant une courte période d’hyperthermie sub-létale avant la phase d’ischémie prolongée. Le préconditionnement hyperthermique (PH) a été évalué dans des modèles de transplantation chez le rongeur avec des résultats bénéfiques en termes de souffrance hépatocellulaire, de fonction de synthèse et de survie (Matsumoto et coll., 2001; Redaelli et coll., 2002). Une inhibition de l’apoptose et une meilleure préservation ultrastructurelle étaient observées dans les groupes d’animaux préconditionnés (15-20 min à 42-43 °C, application du PH 24-48 h avant le prélèvement). Cet effet protecteur du PH était associé à des taux augmentés HSP 70 dans les hépatocytes et les CES. L’application clinique de cette technique de préconditionnement est cependant difficilement envisageable.

Thérapie génique

Enfin, le transfert de gènes pourrait offrir la possibilité de prévenir et réduire les dommages hépatiques occasionnés au cours du processus de transplantation (Ke et coll., 2004). Ainsi, la transfection du gène Bcl-2 représenterait un moyen d’augmenter la résistance hépatique à l’ischémie froide en atténuant l’apoptose (Rentsch et coll., 2005). L’enzyme SOD et la catalase ont été transférées pour renforcer les défenses antioxydantes (Selzner et coll., 2003). D’autres équipes ont développé des stratégies cytoprotectrices fondées sur l’expression de gènes tels HO-1 ou IL-13 (Ke et coll., 2004; Geuken et coll., 2005). Des tentatives de modulation de la réponse inflammatoire par inhibition de NF-κB ont été également faites (Fan et coll., 1999).

Ces résultats expérimentaux sont prometteurs mais ne doivent pas occulter les nombreux problèmes inhérents à la technique de thérapie génique : une efficacité limitée des vecteurs utilisés pour la transfection et la difficulté d’augmenter l’expression de protéines au moment et au site approprié, un problème de « timing » car la thérapie doit être réalisée plusieurs jours avant le prélèvement, ou encore un risque de cytotoxicité (par exemple, l’expression de HO-1 peut être parfois spontanément élevée) (Casillas-Ramirez et coll., 2006).

Stratégies spécifiques à un type de donneurs (donneurs aux « critères élargis »)

Foies stéatosiques

La stéatose hépatique est rencontrée dans 6 à 24 % des greffons cadavériques. Sa forme sévère (plus de 60 % d’infiltration) est associée à un taux élevé de dysfonction et diminue significativement la survie à un an (Yoong et coll., 1999). Le mécanisme qui expliquerait la plus faible tolérance de ces greffons à l’ischémie semble être lié à des perturbations de la microcirculation hépa-tique et à un dysfonctionnement mitochondrial (Fukumori et coll., 1997 et 1999).

Les solutions IGL-1 et Polysol (en cours de développement) semblent être plus performantes que les solutions actuellement utilisées en pratique clinique pour la conservation des greffons stéatosiques (Ben et coll., 2006; Hata et coll., 2007).

Le prétraitement pharmacologique des donneurs pourrait également permettre d’améliorer la survie de ces greffons hépatiques marginaux. Nakano et coll. (1997) ont ainsi observé que l’administration de N-acétyl cystéine (NAC), un précurseur de glutathion, avant la phase de conservation permettait de protéger l’intégrité de la microcirculation du foie stéatosique.

Toujours en situation expérimentale, il a été montré que le préconditionnement à l’ischémie permettait d’augmenter également la tolérance des foies surchargés en dépôts lipidiques (Niemann et coll., 2005).

Donneurs à cœur arrêté

L’intérêt dans l’utilisation des donneurs à cœur arrêté comme source potentielle de greffon hépatique s’est considérablement accru ces dernières années. Bien que les résultats des premières expériences soient encourageants, un taux élevé de non-fonction primaire et une survie du greffon plus faible sont observés. Dans le but d’amener un plus grand nombre de ces organes à la transplantation, le prétraitement pharmacologique du donneur représente une approche intéressante afin de renforcer la tolérance de ces foies pour lesquels les effets délétères de l’ischémie chaude sont exacerbés par la période de conservation hypothermique et la reperfusion à suivre. En situation expérimentale, il a été montré que des drogues comme TAK-044 (un antagoniste des récepteurs de l’endothéline) (Fukunaga et coll., 1998), Nicaraven (un piégeur de radicaux libres) (Yokota et coll., 2000), ou encore lazaroid (un inhibiteur de la peroxydation lipidique) (Xu et coll., 1996) avaient un effet bénéfique lorsqu’elles étaient administrées chez le donneur avant l’ischémie chaude. Cependant, ces drogues ne sont pas faciles à manier et leur coût est si élevé que leur utilisation en clinique ne s’est pas encore concrétisée. A contrario, la pentoxifylline est un composé bon marché. Il s’agit d’un inhibiteur de phosphodiestérase qui agirait en prévenant la libération par les cellules de Kupffer de cytokines pro-inflammatoires (Zabel et coll., 1993). Des équipes ont pu observer que le prétraitement des donneurs avec cet inhibiteur réduisait significativement les dommages hépatocellulaires et surtout autorisait de meilleurs taux de survie par rapport aux animaux non traités. Cependant, aucune étude clinique n’a encore confirmé ces résultats positifs chez le donneur à cœur arrêté (Astarcioglu et coll., 2000; Qing et coll., 2006).

Conditionnement du receveur

Ainsi, l’administration intraveineuse de biliverdine (produit du métabolisme de l’hème) chez le receveur juste avant et quelques heures après l’implantation du greffon semble avoir des effets cytoprotecteurs puissants, se traduisant par une amélioration significative de la survie des animaux (Fondevila et coll., 2004). Cet effet bénéfique serait lié à l’inhibition de l’expression de iNOS et de cytokines telles que IL-1, TNF-α, IL-6, mais aussi à l’induction de l’expression de molécules anti-apoptotiques. D’autres équipes ont montré que l’apport exogène de monoxyde de carbone (CO) par inhalation chez le receveur, dans les heures qui entourent la greffe, était également bénéfique (Kaizu et coll., 2005 et 2008). Une suppression de l’expression de gènes précoces de l’inflammation ainsi que la diminution de l’infiltration par les neutrophiles étaient observées chez les animaux traités. Les mécanismes sous-jacents impliqueraient une régulation négative par la voie de MEK/ERK1/2.

Perfusion hypothermique du greffon

La conservation par perfusion hypothermique représente un autre concept de conservation des greffons hépatiques. En situation expérimentale, de nombreux travaux ont montré la supériorité de cette méthode sur l’IF (Pienaar et coll., 1990; Kim et coll., 1997; Compagnon et coll., 2001; Bessems et coll., 2006; Dutkowski et coll., 2006). Cette technique consiste à perfuser en continue le greffon par ses vaisseaux afférents, en hypothermie et en oxygénant le perfusat.

• le maintien des capacités de synthèse en ATP (Boudjema et coll., 1991; Fujita et coll., 1993; Kim et coll., 1997) ou en métabolites indispensables et du pouvoir antioxydant des cellules (Meister et Anderson, 1983) ;

• un moyen de délivrer de façon continue aux tissus des substrats métaboliques (adénosine, ribose, phosphate…) ou d’autres agents cytoprotecteurs tels que des antioxydants ou des inhibiteurs enzymatiques (St Peter et coll., 2002).

La perfusion hypothermique représente également un bon moyen de « récupérer » des greffons ayant subi des périodes d’ischémie chaude prolongée, car prélevés sur des donneurs à cœur arrêté. Cette technique offre en effet la possibilité de « post-conditionner » ces greffons endommagés (Lee et coll., 2003; Bessems et coll., 2005b; Manekeller et Minor 2006). Ce « post-conditionnement » de foies ayant été exposés à une ischémie chaude demeure efficace même après une période intermédiaire de conservation en IF (Manekeller et Minor, 2006).

Sur le plan technique, une perfusion de type pulsatile ou continue peut être utilisée indifféremment pour la veine porte (Dutkowski et coll., 1998). Qui plus est, il semble exister une grande tolérance hépatique aux variations de pression de perfusion par la veine porte (van der Plaats et coll., 2004). Pour l’artère hépatique, il semble préférable d’avoir recours à une perfusion de type pulsatile. En effet, la perfusion continue induirait une augmentation de 15 % des résistances vasculaires et impliquerait donc d’augmenter la pres-sion de perfusion pour maintenir une pression de perfusion identique (Mandelbaum et coll., 1965). Si le réseau veineux est choisi comme voie de perfusion unique, il a été montré que les performances de la perfusion par les veines sus-hépatiques étaient superposables à celles de la perfusion par la veine porte pour des durées de conservation de 24 et 48 heures (Compagnon et coll., 2001). Comparée à l’IF, la perfusion hypothermique permettait une moindre souffrance des cellules parenchymateuses et non parenchymateuses, un maintien voire une augmentation des capacités antioxydantes du greffon et une meilleure préservation du statut énergétique en fin de conservation.

Perfusion normothermique

Quelques équipes vont à contre-courant du principe de base que constitue l’hypothermie pour la conservation des organes en concentrant leur effort sur la perfusion normothermique (Jamieson et Friend, 2006). Deux approches différentes sont actuellement explorées, d’une part la recirculation in situ et d’autre part la perfusion ex vivo.

La méthode in situ, qui utilise un système de bypass cardiopulmonaire, a été testée dans différents modèles d’ischémie chaude chez le gros animal (porc). Des résultats positifs ont été observés en termes de fonctionnalité et de survie des animaux après transplantation (Valero et coll., 1998 et 2000; Net et coll., 2005). Cette technique permet en outre l’analyse de la viabilité des greffons, en autorisant l’utilisation de paramètres de viabilité tels que le débit sanguin hépatique ou les ratios d’extraction en oxygène (Valero et coll., 1998). L’analyse histologique des greffons chez les animaux en vie a cependant montré que tous présentaient des lésions biliaires de type nécrose ischémique irréversible, compromettant ainsi une survie à long terme. La même équipe a montré par la suite que l’adjonction de drogues cytoprotectrices (L-Arginine, adénosine…) permettait de diminuer significativement le degré des lésions biliaires (Valero et coll., 2000; Net et coll., 2005).

La perfusion normothermique ex vivo est plus complexe à mettre en œuvre sur le plan technique. De nombreux travaux ont montré sa supériorité sur l’IF dans des modèles de transplantation à cœur arrêté (Schön et coll., 2001; Reddy et coll., 2004; Brasile et coll., 2005). Ces travaux insistent sur la nécessité de développer une machine de perfusion portable afin de pouvoir appliquer la perfusion normothermique d’emblée et éviter ainsi d’imposer au greffon une phase intermédiaire d’ischémie froide avant la perfusion chaude. Bien qu’elle puisse offrir des avantages pour les greffons marginaux, la perfusion normothermique reste une entreprise complexe nécessitant une grande expertise à sa mise en œuvre ainsi qu’un monitoring continu par un personnel très entraîné, autant d’éléments qui limitent fortement son application clinique pour l’instant.

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