L’ischémie est définie comme la cessation de l’apport sanguin à un tissu ou à un organe. Cette interruption du flux dans le réseau vasculaire induit l’arrêt des apports en nutriments et une chute de la pression partielle en oxygène dans les territoires ischémiés, provoquant une altération du métabolisme cellulaire énergétique (Figure 1). En conséquence, la mitochondrie ne peut plus assurer la phosphorylation oxydative nécessaire à la production d’ATP. En réponse, la glycolyse en condition anaérobie assure une production résiduelle d’ATP, mais insuffisante pour les besoins énergétiques de la cellule. Avec la persistance de l’hypoxie, le manque d’ATP entraîne l’inhibition des transporteurs actifs comme la pompe Na⁺/K⁺-ATPase, et donc une élévation de la concentration de sodium (Na⁺) cytoplasmique, ainsi qu’une baisse concomitante de celle du potassium (K⁺). Cette concentration sodique excessive est responsable d’un œdème, d’une désorganisation cellulaire et de l’activation de l’échangeur Na⁺/Ca²⁺ en lien avec une augmentation de la concentration calcique [1]. De plus, l’ischémie induit une diminution notable du pH intracellulaire par accumulation de protons provenant de l’inhibition des pompes ATPases et de l’hydrolyse de l’ATP [ 2]. Cette acidose favorise l’augmentation de la concentration sodique cellulaire par l’activation de l’échangeur Na⁺/H⁺. En parallèle, l’élévation de la concentration calcique active les systèmes enzymatiques dépendants du Ca²⁺ qui participent au déclenchement d’un processus pro-inflammatoire, via la synthèse de médiateurs lipidiques comme les prostaglandines, et à l’activation de protéases contribuant à la désorganisation du cytosquelette et à la mort cellulaire par apoptose.

Le stress oxydant se définit par une surproduction d’espèces réactives de l’oxygène (EOR), et est couramment décrit lors de la réintroduction de l’oxygène. Pour autant, il est maintenant établi qu’il peut prendre son origine au moment de l’ischémie [ 3]. Ainsi, la xanthine oxydase, activée notamment par l’élévation des concentrations calciques, est une enzyme responsable de la production d’anions superoxydes dans ces conditions.

Des réponses adaptatives à l’hypoxie se mettent en place lors de l’ischémie. Le mécanisme le plus connu est celui qui fait appel au facteur de transcription hétérodimérique HIF1 (hypoxia inducible factor 1) dont l’activation est sensible à la diminution de la pression partielle en oxygène des tissus. Il active l’expression de protéines impliquées dans l’érythropoïèse, l’angiogenèse ou l’adaptation du métabolisme [ 4]. Le nuclear factor kB (NFκB) est également un facteur de transcription stabilisé durant la période d’ischémie ; il est à l’origine du développement du processus inflammatoire [ 5].

La première cible lésionnelle de l’ischémie est la cellule endothéliale qui va perdre sa fonction de barrière endothéliale et s’activer via l’expression de cytokines/chémokines, de récepteurs et de molécules d’adhérence capables de favoriser le recrutement leucocytaire, jouant un rôle majeur dans le développement des lésions lors de la reperfusion [ 6]. À terme, la prolongation de la durée d’ischémie est responsable de lésions et de désorganisations cellulaires irréversibles.

Le prélèvement de l’organe est la première étape du processus de transplantation [ 11, 12, 31]^1,. L’état initial du donneur et, par conséquent, du greffon influence le développement des lésions d’IR. Environ 10 % des greffons en France proviennent de donneurs vivants (données de l’Agence de biomédecine) [11] (→) et jusqu’à 42 % aux États-Unis. Dans ces conditions, la séquence d’IR est courte et peu délétère pour le greffon. Actuellement en France, la majorité des greffons sont prélevés sur des donneurs en état de mort encéphalique (ou « donneurs décédés en mort encéphalique »), pris en charge dans un centre hospitalier [12]. (→→)

(→) Voir m/s 2010, vol. 26 n° 5, page 522

(→→) Voir m/s 2010, vol. 26, n° 2, page 209

Les conditions de ces prélèvements sont délétères pour le greffon et pour l’ensemble de l’organisme, en raison essentiellement d’une décharge de catécholamines et de cytokines pro-inflammatoires associée à un état hémodynamique instable [ 10]. Les donneurs décédés après arrêt cardiaque (DDAC)^2, [12, 31] (→) constituent un faible pourcentage des donneurs qui pourrait augmenter considérablement le nombre de greffons en France. Chez ces donneurs, il existe une période d’asystolie à température corporelle, c’est-à-dire une étape d’ischémie chaude (voir Encadré ) liée à l’arrêt de la circulation sanguine et compromettante pour le greffon. Cette période doit être la plus courte possible (< 30 min) afin de préserver la qualité de l’organe. Pour ces greffons, la conservation hypothermique combinée à l’ischémie chaude est source de lésions plus sévères [12].

(→) Voir m/s 2010, vol. 26, n° 2, page 209 et n° 3, page 328

La place de l’IR en transplantation a été redéfinie au cours de ces dernières années compte tenu de l’évolution démographique des donneurs. En effet, la démographie des donneurs considérés comme en état de mort encéphalique connaît de profonds changements, conséquence des nombreux progrès réalisés dans le domaine de la neurochirurgie et de la réanimation neurochirurgicale. L’âge moyen des donneurs a considérablement augmenté, d’environ 10 ans en 10 années³. Cela explique la plus grande fréquence de donneurs ayant des comorbidités associées : accidents vasculaires, hypertension, diabète, qui altèrent la qualité du greffon (rendant délicate la sélection de ces donneurs marginaux ou dits « à critères élargis ») et compromettent une reprise précoce de la fonction rénale chez le receveur [ 13]. Ces facteurs de comorbidité peuvent majorer les lésions d’IR.

En effet, des travaux préliminaires de notre laboratoire montrent le développement d’un processus fibrosant touchant particulièrement les greffons rénaux prélevés chez des donneurs ayant suivi un régime hypercholestérolémique. Dans le contexte actuel de pénurie d’organes, il est important de prendre en compte ces comorbidités et de disposer de marqueurs de qualité du greffon afin d’optimiser la sélection des donneurs.

Bien que l’ensemble des mécanismes induits par l’IR ne soient pas clairement établis, leurs conséquences sur le devenir du greffon ne sont pas négligeables. En effet, l’intensité des lésions d’IR affecte la reprise de fonction du greffon durant la première semaine post-greffe, tant au niveau de la fonction que de l’intégrité tissulaire et cellulaire du greffon en relation avec une hypoxie persistante, qui peut affecter le devenir du greffon à long terme [ 14]. Notre unité a montré que l’intensité des lésions d’ischémie induites par une ischémie chaude de 60 min ou une ischémie froide de 24 h (voir Encadré ), ou la combinaison des deux, entraîne une élévation de la créatinine durant la première semaine post-reperfusion, en relation avec la sévérité de l’ischémie [ 15]. Il s’y associe un infiltrat inflammatoire du greffon composé aussi bien de lymphocytes que de macrophages. Le suivi de ces greffons à trois mois post-greffe montre une relation étroite entre les lésions induites lors de l’ischémie et aussi bien la fonction des greffons rénaux que l’infiltrat inflammatoire ou l’atrophie tubulaire sous jacente (travaux non publiés).

Il a été montré que le prolongement de la durée d’ischémie accroît l’immunogénicité du greffon [ 16, 17]. En effet, les lésions d’IR, comme le relargage des DAMP et l’activation endothéliale, favorisent le recrutement et l’activation des monocytes et des cellules dendritiques, ainsi que l’expression des molécules de classe II du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) sur les cellules présentatrices d’antigènes (CPA) [ 18]. Ces phénomènes accentuent le processus de reconnaissance allogénique caractérisé par : (1) le contact des cellules du greffon avec celles du receveur via la migration des CPA - cellules dendritiques ou macrophages - vers les organes lymphoïdes secondaires, ou (2) les CPA du receveur qui captent les alloantigènes du transplant et les présentent aux lymphocytes T médiateurs d’une réaction immunitaire adaptative [1, 18]. Ainsi, l’IR constitue un obstacle à l’immunotolérance du greffon via les ligands endogènes libérés par les tissus lésés qui vont activer les TLR (Toll-like receptor) et la réponse immunitaire innée [16]. Cette activation des voies des TLR inhiberait la fonction des cellules lymphocytaires régulatrices (Treg) [ 19]. Dans le contexte de la transplantation, limiter les effets de la conservation constitue un objectif primordial pour limiter le risque de rejet aigu et améliorer la survie du greffon [ 20].

Différentes études ont montré que le temps d’ischémie froide était directement corrélé au risque de résurgence d’infections par le CMV (cytomégalovirus), et que tout incrément de 30 min du temps de préservation favorisait ce processus [ 21, 22]. D’un point de vue mécanistique, la relation entre ischémie et activation du CMV a été localisée au niveau du promoteur du virus qui possède des séquences spécifiques de fixation d’intermédiaires de la voie du TNFα (tumor necrosis factor α) et de NFκB [ 23], mais également de la voie de AP1 (activator protein 1) qui peut être activée par le stress oxydant produit en réponse à l’IR [23]. De plus, l’IR est responsable des dommages initiaux qui vont être à l’origine d’une réduction de la fonctionnalité des tissus, dont l’association à des facteurs de comorbidités et/ou aux lésions immunologiques va engendrer des lésions chroniques conduisant à la perte du greffon [ 24].

La préservation statique est la plus répandue : l’organe est immergé dans une solution de préservation maintenue à 4°C. Des méthodes de conservation ont été développées pour s’adapter aux nouvelles sources de donneurs et notamment aux DDAC. Elles sont fondées sur le maintien d’un flux pulsé dans le réseau vasculaire de l’organe avant et/ou après son prélèvement. Pour cela, certaines équipes cliniques rétablissent au plus vite la circulation sanguine par perfusion oxygénée in situ via la mise en place d’une circulation régionale normothermique [ 25]. D’autres équipes prélèvent rapidement le greffon et le relient à une machine de perfusion pulsatile à 4ºC l’irrigant avec une solution de conservation spécifique [ 26]. Cette approche a montré des bénéfices en clinique, notamment sur les greffons « à critères élargis » (provenant de donneurs ayant des comorbidités) [ 27]. Des études expérimentales sont en cours pour évaluer de nouveaux concepts et adopter des conditions plus propices au maintien physiologique des tissus par l’oxygénation du milieu de perfusion [ 28] ou par l’ajout de transporteurs d’oxygène ou de nutriments [ 29].

L’étape de préservation ex vivo constitue une fenêtre thérapeutique intéressante parce qu’elle permet un traitement spécifique du greffon sans créer d’effets systémiques. Cet aspect a fait l’objet d’une revue publiée par notre unité qui détaille, dans des modèles animaux de transplantation, l’évaluation de molécules pharmacologiques potentiellement applicables dans cette fenêtre [ 30]. Ces stratégies thérapeutiques sont dirigées contre les voies de signalisation majeures de l’IR, comme la coagulation, l’inflammation, le métabolisme énergétique ou le transport d’oxygène ; elles sont basées sur la supplémentation des solutions de conservation classiquement utilisées par les services cliniques. D’autres innovations thérapeutiques appliquées à la transplantation sont en cours de développement. Il s’agit : (1) de modulations transcriptomiques permettant la surexpression et/ou la sous-expression de gènes clefs dans la physiopathologie de l’IR, (2) de techniques de postconditionnement des greffons, et (3) de thérapies cellulaires qui ont pour objectifs de limiter les lésions d’ischémie et/ou de favoriser la régénération tissulaire.