CALCIFICATIONS VASCULAIRES DANS L`INSUFFISANCE RÉNALE

CALCIFICATIONS VASCULAIRES
DANS L’INSUFFISANCE RÉNALE
par
N.X. CHEN* et S.M. MOE*,**
Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de décès chez les patients
hémodialysés [1]. En 1974, Lindner et coll. ont publié que l’athérosclérose accélérée
survenant chez les patients hémodialysés de façon itérative [2] impliquait que la
dialyse elle-même était responsable de l’augmentation des maladies cardiovasculaires observée chez les patients ayant une insuffisance rénale chronique (IRC).
Par la suite, d’autres ont proposé que la mortalité cardiovasculaire élevée chez ces
patients était due aux différentes causes responsables de l’insuffisance rénale, particulièrement au diabète et à l’hypertension [3, 4]. Cependant, les facteurs de risque
traditionnels de l’étude « Framingham » ne rendent pas totalement compte de cette
augmentation de la mortalité [5]. Cela a conduit à l’idée qu’il existait des facteurs
de risque cardiovasculaires liés spécifiquement à la dialyse. De nombreux facteurs
de risque spécifiques de la dialyse ont maintenant été identifiés. Malgré cela, il
n’existe actuellement aucune démonstration que la modification de ces facteurs de
risque puisse réduire le risque vasculaire au cours de l’IRC. De plus, il y a maintenant des éléments de plus en plus nombreux qui suggèrent que des modifications
du métabolisme phosphocalcique pourraient également jouer un rôle dans la maladie cardiovasculaire de l’IRC.
DEUX TYPES DE CALCIFICATIONS VASCULAIRES
Du point de vue histologique, il existe deux types de calcifications vasculaires. La maladie athéromateuse typique touche les vaisseaux de gros calibre
et les artères coronaires. Elle est associée à une hyperplasie intimale et à la
* Departments of Medicine, Indiana University School of Medicine ;
** Roudebush Veterans Affairs Medical Center, Indianapolis, États-Unis.
FLAMMARION MÉDECINE-SCIENCES
— ACTUALITÉS NÉPHROLOGIQUES 2004
(www.medecine.flammarion.com)
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N.X. CHEN ET S.M. MOE
présence de macrophages contenant des inclusions lipidiques. Les calcifications
surviennent plus tardivement et elles sont évidentes dans les lésions de grades IV
et V selon la classification de Stary [6]. Un autre type de calcifications appelé
calcifications de Mönkeberg a été décrit depuis longtemps. Elles sont localisées
dans la média des artères, particulièrement dans les vaisseaux distaux chez les
patients diabétiques ou en IRC [7]. Il est maintenant clair que les calcifications
de la média sont très courantes dans de nombreuses artères chez les patients
insuffisants rénaux de grade V (IRC V). Enfin, il existe une troisième forme de
calcifications artérielles, la calciphylaxie, connue également depuis de nombreuses
années. La lésion histologique initiale de la calciphylaxie telle qu’elle a été
décrite par Seyle débute par une calcification des vaisseaux du derme [8]. Au
contraire, dans le cas des patients atteints d’IRC, la calciphylaxie touche la
média des petites artères de la peau. Ainsi Coates et coll. ont proposé le terme
d’artériolopathie urémique calcifiante (AUC) pour décrire avec plus de précision
cette forme rapidement progressive de calcification de la média [9]. Histologiquement, les calcifications de la média observées dans l’AUC ne sont pas différentes des calcifications des artères distales des membres inférieurs décrites par
Mönkeberg. Ainsi, les calcifications peuvent apparaître à la fois dans les lésions
intimales (athérosclérose) et dans la média des artères de tous calibre. Étant
donné la diversité de la localisation des calcifications artérielles, il a été initialement considéré qu’elles représentaient des dépôts de calcium et de phosphore
secondaires à une sursaturation sérique (qui est bien sûr présente dans l’IRC) et
induisant un dépôt passif. Cependant, des éléments plus récents suggèrent qu’il
existe un processus actif et régulé, qui semble accéléré chez les patients atteints
d’IRC.
Ibels et coll. ont montré en 1979 que les artères rénales et iliaques internes
des patients recevant un transplant rénal avaient une maladie intimale athéromateuse et une augmentation des calcifications (détectée par des méthodes chimiques) par comparaison avec les artères rénales du donneur. De plus, la média
était plus épaisse et plus calcifiée chez les patients insuffisants rénaux en comparaison avec les artères rénales du donneur [10]. Dans une étude plus récente,
les artères coronaires obtenues lors d’autopsies de patients dialysés ont été
comparées avec celles des patients non dialysés, appariés pour l’âge et qui
étaient décédés d’un accident cardiaque [11]. Cette étude a montré une étendue
comparable de l’athérosclérose (surface des plaques) mais des lésions étaient
plus sévèrement calcifiées chez les patients dialysés. De plus, l’étude morphométrique des artères a permis de mettre en évidence un épaississement accru de
la média [11]. Ainsi, il a été montré que les calcifications artérielles étaient augmentées chez les patients dialysés par rapport aux patients non dialysés.
L’outil diagnostique de référence pour apprécier les calcifications artérielles
est l’angiographie puisque les plaques font saillie dans la lumière et entraînent
un défaut de remplissage. À l’inverse, les calcifications de la média ne sont pas
détectables par l’angiographie puisqu’elles n’entraînent pas de défaut de remplissage. Cependant, les deux types de calcification peuvent être mis en évidence
par des techniques d’imagerie comme le scanner spiralé, l’échographie et la
scanographie à canon d’électrons (Electron beam CT : EBCT). Ni la scanographie à canon d’électrons ni le scanner spiralé ne sont capables de distinguer
les calcifications de l’intima de celle de la média. À l’inverse, la radiographie
standard est capable de distinguer les calcifications de la média par rapport à
celles de l’intima [12].
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LOCALISATIONS DES CALCIFICATIONS :
FACTEURS DE RISQUE
Les études radiographiques ont clairement démontré qu’il existait une augmentation des calcifications artérielles chez les patients ayant une IRC. Braun et coll.
[13] ont établi que les calcifications des artères coronaires par scanographie à
canon d’électrons augmentent avec l’âge chez les patients en dialyse et que les
scores de calcification étaient deux à cinq fois plus élevés chez les patients dialysés que chez des sujets appariés pour l’âge ayant une fonction rénale normale
et une maladie coronaire artérielle prouvée par artériographie [13]. Goodman et
coll. [14] ont par la suite montré que des calcifications étendues pouvaient également apparaître dans les artères coronaires des enfants et des adultes jeunes et
ils ont trouvé une relation entre des scores de calcification élevés et des doses
élevées de chélateurs du phosphate contenant du calcium d’une part et d’autre
part, des taux élevés du produit phosphocalcique (Ca × P). Guérin et coll. [15]
ont confirmé le rôle probable des anomalies du métabolisme phosphocalcique en
démontrant que les calcifications vasculaires observées par échographie augmentaient progressivement en fonction de la dose de chélateur du phosphore contenant
du calcium. Nous avons par la suite démontré que le scanner spiralé avec gating
rétrospectif (décrit ci-dessus) pouvait également mettre en évidence des calcifications des artères coronaires [16]. Plusieurs autres auteurs ont mis en évidence des
calcifications vasculaires en utilisant ces différentes techniques. Ils ont pu déterminer les facteurs de risque associés à la présence ou l’absence de calcifications
ou au degré de calcification. Les seuls facteurs de risque qui sont reconnus par
toutes les études sont l’âge et la durée de dialyse. Les anomalies du métabolisme
phosphocalcique incluant un phosphore élevé, un produit Ca × P élevé ou une
charge calcique secondaire à la prise de chélateur de phosphore sont des facteurs
de risque fréquemment identifiés. Chertow et coll. ont récemment démontré que
le sevelamer, un chélateur de phosphate non calcique, pouvait arrêter les calcifications des artères coronaires et de l’aorte chez les patients atteints d’insuffisance
rénale, alors que les chélateurs du phosphore contenant du calcium augmentaient
les calcifications à la fois dans les artères coronaires et dans l’aorte (25 vs 6 p. 100
pour les artères coronaires et 28 vs 5 p. 100 pour l’aorte) [17]. Dans cette étude,
les taux de calcium sérique et de LDL-cholestérol étaient plus bas chez les patients
recevant le sevelamer que chez ceux traités par le calcium. De plus, la PTH était
plus diminuée chez les patients traités par le calcium. Ces résultats permettent de
formuler l’hypothèse que la charge calcique est un élément déterminant des calcifications coronaires et aortiques mais ces résultats peuvent également être expliqués par la diminution du LDL-cholestérol. Finalement, une autre forme de
calcification vasculaire, la calciphylaxie, ou l’artériopathie urémique calcifiante
(AUC), est observée chez les patients exclusivement atteints d’IRC de stade
V. Chez ces patients, pratiquement, il existe des calcifications de la média touchant les petites artérioles du derme entraînant une occlusion artériolaire et une
nécrose cutanée. Les facteurs de risque identifiés dans les études cas contrôle
incluent le sexe féminin, les sujets blancs, l’obésité et un taux de phosphore sérique élevé alors qu’une PTH élevée ou un calcium sérique élevé ne constituent pas
des facteurs de risque [18]. Ainsi, un grand nombre d’études confirme que les
facteurs de risque les plus importants pour les calcifications vasculaires quel qu’en
soit le type, sont la durée de la dialyse et l’âge élevé mais que le métabolisme
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phosphocalcique et éventuellement la diminution du LDL-cholestérol ainsi que
d’autres facteurs pourraient être importants.
Actuellement, il n’y a pas d’étude utilisant la scanographie à canon d’électrons
qui ait mis en évidence une relation entre les événements cardiaques défavorables
et les calcifications coronaires chez les patients en insuffisance rénale terminale.
Cependant, dans une étude transversale, le niveau de calcification s’est révélé être
corrélé aux antécédents cardiaques [19]. Nous avons démontré que le score de
calcification coronaire, déterminé par scanner spiralé chez des patients hémodialysés, était plus élevé chez les patients qui étaient décédés ou avaient été hospitalisés au cours d’une période de 15 mois par rapport à ceux qui étaient indemnes
de ces événements. Nous avons également montré que cette différence disparaissait après transplantation rénale [20]. Récemment, London et coll. [12] ont étudié
une grande cohorte de patients dialysés en examinant un cliché du bassin qui permet de distinguer les calcifications de l’intima des calcifications de la média. Il
existait un risque de mortalité accru chez les patients ayant des calcifications vasculaires intimales lorsqu’on les compare aux patients ayant des calcifications de
la média. De plus, la mortalité des patients ayant des calcifications de la média
était plus élevée que celle observée chez les patients n’ayant pas de calcifications.
Il existe donc des preuves de plus en plus nombreuses que les calcifications vasculaires sont associées à la morbidité et à la mortalité, quelle que soit la technique
d’imagerie utilisée et quelle que soit la localisation des calcifications.
MÉCANISME DES CALCIFICATIONS
Quel est le mécanisme des calcifications vasculaires ? Les trois formes de calcifications vasculaires (intima, média, AUC) ont-elles des mécanismes totalement
différents ou au contraire s’agit-il de différents facteurs causaux mettant en jeu des
mécanismes de calcification similaires ? Pourquoi ces calcifications sont-elles si
fréquentes chez les patients dialysés ?
Pour répondre à ces questions, nous avons étudié histologiquement les artères
prélevées chez les patients dialysés [21, 22]. Nous avons trouvé que l’ostéopontine était exprimée à la base des spicules de calcium dans les artérioles cutanées
calcifiées des patients atteints d’AUC mais qu’il n’existait pas d’expression
d’ostéopontine dans les artérioles en l’absence de calcification sur une même lame
[21]. De plus, d’autres protéines osseuses, telles que la salioprotéine osseuse et
les phosphatases alcalines, étaient également associées aux calcifications (Moe,
observation non publiée). L’étude en microscopie électronique des tissus de
patients atteints d’AUC a montré l’existence de vésicules matricielles identiques
à celles qu’on observe dans l’os humain [21]. L’hyperphosphatémie et un produit
calcium phosphate élevé étaient associés au développement de l’AUC [21]. Cela
confirme le rôle important du phosphore dans les calcifications vasculaires de
l’insuffisance rénale. Nous avons ensuite prospectivement évalué les artères épigastriques inférieures obtenues, lors de la transplantation rénale, chez les patients
atteints d’insuffisance rénale de grade V. Le degré des calcifications vasculaires
déterminé à la fois par scanner spiralé et par examen histologique était proportionnel à l’expression des protéines de la matrice osseuse telles que l’ostéopontine, la salioprotéine osseuse, les phosphatases alcalines et le collagène de
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type I. De plus, la présence en immunofluorescence de ces protéines osseuses
était plus fréquemment observée lorsqu’il existait des calcifications étendues.
Cela suggère que le dépôt de ces protéines précède les calcifications [22]. Finalement, nous avons observé, dans la région des calcifications de la media, qu’il
existait des cellules de type ostéclastique, multinucléées contenant des phosphatases acides résistantes au tartrate. Ce fait suggère qu’en plus d’une ostéogenèse,
une résorption osseuse est également susceptible d’apparaître dans les artères calcifiées (Moe, observation non publiée). Ainsi, nos observations ex vivo suggèrent
que les modifications initiales, qui apparaissent dans les vaisseaux des patients
dialysés, sont le dépôt des protéines de la matrice osseuse suivi de la calcification.
Ces résultats confirment également qu’il existe des mécanismes cellulaires au sein
des calcifications vasculaires chez les patients atteints d’insuffisance rénale de
grade V, comparable à ce qui est obervé chez les patients non dialysés mais
atteints d’athérosclérose coronaire [23-25] ou de calcinose de la média des petits
vaisseaux distaux [7].
Pour pouvoir mieux comprendre les mécanismes qui entraînent une ostéogenèse
au sein des vaisseaux calcifiés, nous avons incubé des cellules de muscles lisses
provenant de vaisseaux bovins (CMLVB) en présence de lots de sérum humain
normaux comparés à des lots de sérum humain provenant de patients hémodialysés
depuis au moins deux ans (de façon à éliminer l’effet de la fonction rénale résiduelle) [26]. En utilisant ces pools de sérum, nous avons démontré, dans ces modèles
cellulaires in vitro, que le sérum urémique entraînait une augmentation et une accélération des calcifications. Par ailleurs, le sérum urémique comparé au sérum
normal entraînait une augmentation de l’expression de l’ostéopontine dans les
CMLVB. Toute augmentation de l’expression de l’ostéopontine induite par le
sérum urémique était dépendante des phosphatases alcalines mais aussi du cotransport Na/Pi. Cela est analogue à ce qui est observé après addition exogène de phosphore sous forme de β-glycérophosphate. Cependant, contrairement à ce qui est
observé avec le β-glycérophosphate seul, l’induction de l’ostéopontine par le
sérum urémique était seulement partiellement bloquée par l’inhibition du cotransport Na/Pi (foscarnet), suggérant que le mécanisme en cause n’était pas entièrement dépendant de ce cotransport. Il est important de noter que, dans ces cultures
de CMLVB, la concentration finale de phosphore était comparable à ce qui est
observé avec des concentrations de 10 p. 100 de sérum normal ou urémique (environ 0,5 mM), c’est-à-dire très inférieures aux concentrations connues pour induire
des calcifications dans le travail de Jono et coll. [27].
Nous avons également démontré que le sérum urémique, comparé au sérum
humain normal, était capable d’augmenter l’expression du facteur de transcription
ostéoblastique Cbfa1 dans les CMLVB. Nous avons montré que ce phénomène
était fonction du temps mais n’était pas médié par le phosphate [28]. Nous avons
également observé ex vivo une expression de Cbfa1 dans les cellules musculaires
lisses vasculaires adjacentes aux calcifications de la média et de l’intima présentes
dans les artères épigastriques inférieures obtenues lors de la transplantation rénale
[28]. Les études antérieures avaient démontré que le phosphate exogène ajouté à
des cultures humaines de cellules musculaires lisses vasculaires entraînait une augmentation de l’expression de Cbfa1 [29], un facteur de transcription essentiel dans
la différenciation ostéoblastique. Ces mêmes études avaient également montré
l’augmentation de l’expression des protéines de la matrice osseuse comme l’ostéopontine, l’ostéocalcine et le collagène de type I [30]. Les souris invalidées pour le
gène de Cbfa1 sont incapables de minéralisation osseuse, démontrant ainsi que ce
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facteur de transcription est essentiel dans la différenciation initiale des ostéoblastes
[31]. Cela suggère que les cellules musculaires lisses vasculaires seraient capables
de se dédifférencier en cellules de type ostéoblastique. De plus les artères prélevées
chez des souris invalidées pour le gène de la protéine matricielle GLA perdent les
marqueurs de cellules musculaires lisses et augmentent l’expression de Cbfa1 au
fur et à mesure que les artères se minéralisent [32]. Enfin, l’expression de Cbfa1
a également été observée dans les calcifications des plaques athéromateuses des
patients n’ayant pas d’insuffisance rénale [33]. Ces résultats, dans leur ensemble,
suggèrent fortement que Cbfa1 pourrait jouer un rôle régulateur dans les calcifications vasculaires observées chez les patients dialysés.
CONCLUSION
En conclusion, nous faisons l’hypothèse que les calcifications vasculaires observées chez les patients hémodialysés sont secondaires à un mécanisme impliquant
trois étapes.
1. Les cellules musculaires lisses vasculaires sont stimulées par les toxines
urémiques [26, 28], notamment le phosphate [27], les LDL oxydés [34] et
probablement l’âge et l’HTA (responsable de force de cisaillement accrue). Ces
cellules sont alors capables de se transformer en cellules de type ostéoblastique.
Il reste à élucider si l’augmentation de l’expression de Cbfa1 est essentielle dans
le mécanisme de différenciation ou s’il s’agit d’un simple marqueur de différenciation.
2. La seconde étape correspond à la synthèse, par les cellules de type ostéoblastique, de protéines osseuses matricielles comme le collagène de type I et de protéines non collagène.
3. L’étape finale pourrait être la minéralisation de cette matrice à la suite d’un
processus orienté par les protéines matricielles et les cellules de type ostéoblastique. Cette dernière étape est probablement accélérée lorsque existe une sursaturation accrue du produit phosphocalcique sérique ainsi que dans les cas où la
balance calcique est anormalement positive, à la suite de l’administration de
chélateur du phosphore contenant du calcium [12, 14, 15, 17]. Ces forces favorisant la minéralisation sont contrebalancées par des inhibiteurs de la minéralisation, comme la fétuine A circulante [35, 36] et la protéine matricielle GLA
produites localement [7, 37, 38]. Ainsi, un déficit en inhibiteurs de la minéralisation, éventuellement lié à l’état inflammatoire chronique de l’insuffisance
rénale [39], pourrait constituer la « goutte qui fait déborder le vase » [39]. Au cas
où cette hypothèse se révélerait exacte, elle offrirait des possibilités de développer
de nouveaux traitements permettant d’interrompre ces processus, en contrôlant
les facteurs régulateurs précoces impliqués dans les calcifications vasculaires et
en augmentant les inhibiteurs naturels.
Remerciements
Nous remercions très vivement Philippe Lesavre qui a bien voulu se charger de
la traduction de ce texte.
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