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ÉCOLE NATIONALE VÉTÉRINAIRE D’ALFORT
Année 2015
TOXIQUES RÉNAUX ET BIOMARQUEURS : ESSAI DE
CARTOGRAPHIE DES DIFFÉRENTS MODES
D’ACTION DES SUBSTANCES NÉPHROTOXIQUES EN
MÉDECINE VÉTÉRINAIRE
THÈSE
Pour le
DOCTORAT VÉTÉRINAIRE
Présentée et soutenue publiquement devant
LA FACULTÉ DE MÉDECINE DE CRÉTEIL
Le 2 juillet 2015
Par
Marion, Julie CHALAMET
Née le 31 mai 1989 à Belfort (Territoire de Belfort)
JURY
Président : Pr.
Professeur à la Faculté de Médecine de CRÉTEIL
Membres
Directeur : Mme Brigitte ENRIQUEZ
Professeur en Pharmacie et Toxicologie à l’ENVA
Assesseur : Mme Nathalie CORDONNIER
Maître de conférences en Histologie - Anatomie pathologique à l’ENVA
LISTE DES MEMBRES DU CORPS ENSEIGNANT
Directeur : M. le Professeur GOGNY Marc
Directeurs honoraires : MM. les Professeurs : COTARD Jean-Pierre, MIALOT Jean-Paul, MORAILLON Robert, PARODI André-Laurent, PILET
Charles, TOMA Bernard.
Professeurs honoraires : Mme et MM. : BENET Jean-Jacques, BRUGERE Henri, BRUGERE-PICOUX Jeanne, BUSSIERAS Jean, CERF Olivier,
CHERMETTE René, CLERC Bernard,
CRESPEAU François, M. COURREAU Jean-François, DEPUTTE Bertrand, MOUTHON Gilbert, MILHAUD Guy, POUCHELON Jean-Louis, ROZIER
Jacques.
REMERCIEMENTS
Au Professeur de la faculté de Créteil,
Qui nous fait l’honneur d’accepter la présidence de notre jury de thèse.
Hommage respectueux.
À Madame le Professeur Brigitte Enriquez,
Professeur à l’Ecole Nationale Vétérinaire d’Alfort, qui a accepté la direction de
cette thèse.
Hommage reconnaissant.
À Madame le Docteur Nathalie Cordonnier
Maître de conférences à l’Ecole Nationale Vétérinaire d’Alfort, qui a accepté de
faire partie du jury.
Sincères remerciements.
TABLE DES MATIÈRES
Liste des figures ............................................................................................................................... 5
Liste des tableaux ............................................................................................................................ 7
Liste des abréviations ...................................................................................................................... 8
INTRODUCTION ............................................................................................................................. 11
I.
Principaux toxiques rénaux et lésions rénales associées .................................................... 13
A. Rappels sur la structure et le fonctionnement rénal ........................................................ 13
1. Structure macroscopique ............................................................................................ 13
2. Structure microscopique ............................................................................................. 13
3. Structure glomérulaire ................................................................................................ 15
4. Système tubulaire........................................................................................................ 17
5. Fonctions rénales ........................................................................................................ 19
B. Natures et caractéristiques des lésions ............................................................................ 21
1. La nécrose tubulaire aigüe (NTA) ................................................................................ 21
2. Les néphrites interstitielles ......................................................................................... 24
a. La néphrite interstitielle aigüe chimiquement induite ......................................... 25
b. La néphrite interstitielle chronique....................................................................... 26
c. La néphrite tubulo-interstitielle ............................................................................ 26
3. Lésions glomérulaires .................................................................................................. 28
C. Les substances néphrotoxiques ........................................................................................ 31
1. Les métaux................................................................................................................... 31
a. Le plomb ................................................................................................................ 32
b. Le mercure............................................................................................................. 32
c. Le zinc .................................................................................................................... 36
d. L’arsenic ................................................................................................................. 36
e. Le cadmium ........................................................................................................... 37
f. Le cuivre ................................................................................................................ 39
g. Le thallium ............................................................................................................. 42
1
2. Les mycotoxines .......................................................................................................... 44
a. Ochratoxine A ........................................................................................................ 44
b. Effets néphrotoxiques de la citrinine et de la patuline ......................................... 45
3. Les substances médicamenteuses .............................................................................. 49
a. Les antibactériens : exemple de la toxicité des aminosides et des sulfamides .... 49
b. Les anti-inflammatoires non stéroïdiens .............................................................. 50
c. Les anticancéreux : exemple du Cisplatine ........................................................... 54
d. Les Inhibiteurs de l’Enzyme de Conversion de l’Angiotensine : IECA ................... 59
e. Exemple d’immunosuppresseur : la ciclosporine ................................................. 60
f. Néphrotoxicité des diurétiques ............................................................................. 62
4. Les plantes et dérivés .................................................................................................. 66
a. Plantes conduisant à la formation de cristaux d’oxalates .................................... 66
b. Famille des liliacées ............................................................................................... 66
c. Intoxication par la mercuriale ............................................................................... 67
d. Intoxication par le chêne ....................................................................................... 67
e. Intoxication par l’érable rouge (Acer rubrum) ...................................................... 67
f. Intoxication par le raisin ........................................................................................ 68
5. Les pesticides : Un exemple d’herbicide et de rodenticide ........................................ 73
a. Le paraquat et le diquat ........................................................................................ 73
b. Le cholécalciférol ................................................................................................... 73
6. Agents divers ............................................................................................................... 74
a. Ethylène glycol ...................................................................................................... 74
b. Venin de serpent ................................................................................................... 77
Conclusion de la première partie .................................................................................................. 77
II.
Les biomarqueurs d’atteinte rénale .................................................................................... 79
A. Précision sur les méthodes de mise en évidence des nouveaux biomarqueurs............... 79
2
B. Les biomarqueurs validés .................................................................................................. 83
1. Les biomarqueurs d’atteinte glomérulaire associée ou non à une atteinte tubulaire83
a. Protéines totales urinaires .................................................................................... 83
b. La cystatine C sérique et urinaire .......................................................................... 84
c. La β2-microglobuline ............................................................................................. 85
2. Les biomarqueurs d’atteinte tubulaire proximale ...................................................... 86
a. L’albumine ............................................................................................................. 86
b. Kim-1 ...................................................................................................................... 86
c. Clusterine ............................................................................................................... 89
d. Le Trefoil Factor ou TFF3 ....................................................................................... 90
e. RPA-1 : biomarqueur d’atteinte des tubes collecteurs ......................................... 90
C. Autres biomarqueurs rénaux ............................................................................................ 96
1. Atteinte glomérulaire .................................................................................................. 96
a. Podocine, néphrine ............................................................................................... 96
b. Les IgG : Immunoglobulines G ............................................................................... 98
2. Marqueurs d’atteinte du tube proximal ..................................................................... 98
a. α1-microglobuline ................................................................................................. 98
b. La cysteine-rich protein 61 .................................................................................... 99
c. La Fetuine-A ........................................................................................................... 99
d. Protéines liant les acides gras : Fatty Acide Binding Protein .............................. 103
e. NAG ...................................................................................................................... 103
f. Retinol Binding Protein : RBP .............................................................................. 104
3. Biomarqueurs d’atteinte mixte ................................................................................. 107
a. NGAL .................................................................................................................... 107
b. GST-α et GST-π/µ ................................................................................................. 107
c. Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) ........................................................ 108
d. NHE-3 ................................................................................................................... 108
e. La calbindine-D 28k ............................................................................................. 109
3
f. Urinary Epidermal Growth Factor et Monocyte Chemotactic Protein-1 ............ 109
4. Biomarqueurs supposés caractéristiques d’une atteinte lésionnelle mixte ............. 113
a. Protéine liant la vitamine D : marqueur d’inflammation interstitielle et de
fibrose .................................................................................................................. 113
b. La netrin-1............................................................................................................ 113
c. Macrophage migration inhibiting factors MIF .................................................... 114
D. Nouvelles perspectives .................................................................................................... 116
1. Apports de la métabolomique................................................................................... 116
a. Apports de la métabolomique dans un modèle de toxicité induite par la
gentamicine ......................................................................................................... 116
b. Apports de la métabolomique dans un modèle de toxicité induite par les
métaux ................................................................................................................. 116
2. Modèle in-vitro .......................................................................................................... 117
3. Gènes et néphrotoxicité ............................................................................................ 117
Conclusion de la deuxième partie ............................................................................................... 117
III.
Comparaison de la performance de biomarqueurs et essais de cartographies ................ 119
1. Performances des différents biomarqueurs dans des modèles de dégénérescence
tubulaire proximale .................................................................................................... 119
a. Corrélation analyse histologique et immunomarquage ...................................... 119
b. Performance de différents biomarqueurs ............................................................ 123
2. Essais de cartographies ............................................................................................... 127
a. Exemple de la ciclosporine ................................................................................... 127
b. Cartographie – Bilan ............................................................................................. 127
Conclusion de la troisième partie................................................................................................ 128
CONCLUSION ............................................................................................................................... 133
BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................ 135
4
Liste des figures
Figure 1 : Coupe sagittale d’un rein de chien ............................................................................. 14
Figure 2 : Coupe transversale d’un rein de rat............................................................................ 14
Figure 3 : Filtre glomérulaire ...................................................................................................... 16
Figure 4 : Aspect histologique normal d'un glomérule de chien ................................................ 16
Figure 5 : Structure d'un néphron .............................................................................................. 18
Figure 6 : Aspect histologique des cellules des tubes contournés distaux et proximaux .......... 19
Figure 7 : Schématisation de la nécrose tubulaire aigue ............................................................ 23
Figure 8 : Stades de dégénérescence cellulaire au niveau du tube proximal chez un chien ...... 24
Figure 9 : Reins de chien atteints de néphrite interstitielle chronique ...................................... 27
Figure 10 : Néphrite tubulo-interstitielle .................................................................................... 28
Figure 11 : Glomérulonéphrites immuno-médiée : schématisation .......................................... 30
Figure 12 : Aspect histologique d'une glomérulonéphrite membrano-proliférative (C) et
d'une glomérulosclérose (D) ....................................................................................................... 31
Figure 13 : Visualisation des inclusions intracellulaires après intoxication au mercure............. 34
Figure 15 : Aspect de cellules épithéliales tubulaires après exposition au cadmium ................ 38
Figure 16 : Fibrose suite à une administration de cadmium ...................................................... 39
Figure 17 : Mode d'action du cuivre ........................................................................................... 41
Figure 18 : Histologie de rein après administration d'ochratoxine A ......................................... 45
Figure 19 : Mode d'action toxique de l'ochratoxine A................................................................ 47
Figure 20 : Coupes histologiques de structures rénales embryonnaires soumises à la
citruline et patuline .................................................................................................................... 48
Figure 21 : Bilan des effets des AINS sur le rein ......................................................................... 53
Figure 22 : Formule chimique du cisplatine................................................................................ 54
Figure 23 : Schématisation de la toxicité du cisplatine............................................................... 57
Figure 24 : Aspect histologique des tubes proximaux de rats après injection de cisplatine ...... 58
Figure 25 : Conséquences de l’inhibition de l’enzyme de conversion de l’angiotensine ........... 59
Figure 26 : Formule de la ciclosporine A..................................................................................... 60
Figure 27 : Visualisation de collagène interstitiel après injection de ciclosporine ..................... 61
Figure 28 : Physiopathologie de la néphrotoxicité de la ciclosporine ........................................ 62
Figure 29 : Plant de Dieffenbachia .............................................................................................. 66
Figure 30 : Dilatation des tubules chez un cheval après intoxication à l'érable rouge ............... 68
Figure 31 : Présence de cristaux au sein du bassinet chez un chien .......................................... 69
Figure 32 : Aspect histologique du rein après consommation de rafle ...................................... 70
Figure 33 : Structure du diquat et du paraquat .......................................................................... 73
Figure 34 : Cristaux biréfringents d'éthylène glycol observés en lumière polarisée .................. 75
Figure 35 : Mode d'action de l'éthylène glycol ........................................................................... 76
Figure 36 : Cartographie des modes d'action des substances néphrotoxique ........................... 78
Figure 37 : Intérêt des nouveaux biomarqueurs ........................................................................ 80
Figure 38 : Représentation schématique des processus de filtration-réabsorption .................. 82
Figure 39 : Marquage de Kim-1 dans un rein hypoperfusé de chat ........................................... 87
Figure 40 : Marquage de Kim-1 dans du tissu rénal d'un chat atteint de glomérulonéphrite
et de néphrite interstitielle ......................................................................................................... 88
Figure 41 : Localisation de différents biomarqueurs validés ...................................................... 94
Figure 42 : Localisation de la néphrine et de la podocine au sein du glomérule ....................... 96
Figure 43 : Localisation Podocine / Néphrine ............................................................................. 97
5
Figure 44 : Formation des exosomes urinaires ......................................................................... 100
Figure 45 : Visualisation de Fetuine-A au sein de vésicules ..................................................... 101
Figure 46 : Vésicules extracellulaires du tractus urinaire : potentiels biomarqueurs .............. 102
Figure 47 : Localisation des biomarqueurs prometteurs spécifiques de la région glomérulaire
ou du tube contourné proximal chez le rat .............................................................................. 106
Figure 48 : Localisation des biomarqueurs prometteurs indiquant une atteinte mixte........... 112
Figure 49 : Localisation immunohistochimique de Netrin-1 .................................................... 114
Figure 50 : Correspondance entre les images histologiques et le marquage de Kim-1 par
immunofluorescence ................................................................................................................ 120
Figure 51 : Corrélation entre les valeurs urinaires de Kim-1 et α-GST et l’intensité du marquage
immunohistochimique ............................................................................................................................... 121
Figure 52 : Correspondance entre les images histologiques et les résultats du marquage par
immunofluorescence de α-GST ................................................................................................ 122
Figure 53 : Courbe ROC (1) : Spécificité et sensibilité de différents biomarqueurs ................. 124
Figure 54 : Courbe ROC (2) : Sensibilité et spécificité de différents biomarqueurs ................. 125
Figure 55 : Cinétique de différents marqueurs après ingestion de paraquat........................... 126
Figure 56 : Intérêt des biomarqueurs dans la pathogénie des lésions provoquées par la
ciclosporine ............................................................................................................................... 129
Figure 57 : Cartographie néphrotoxique et place des biomarqueurs validés .......................... 130
Figure 58 : Place des marqueurs dans l’évaluation de la nature et ou de la localisation des
lésions rénales .......................................................................................................................... 131
Figure 59 : Détection précoce d'une IRA ischémique avec la Netrin-1 et la NGAL .................. 132
6
Liste des tableaux
Tableau I : Lésions provoquées par les principaux métaux .........................................................................43
Tableau II : Principales familles d’AINS et molécules utilisées en médecine vétérinaire ............................51
Tableau III : Les différents diurétiques utilisés en médecine vétérinaire ....................................................63
Tableau IV : Effets de différentes substances médicamenteuses sur le rein ..............................................65
Tableau V : Bilan de la toxicité de plantes mises en cause dans des intoxications ....................................71
Tableau VI : Autres plantes toxiques ...........................................................................................................72
Tableau VII : Tableau récapitulatif des biomarqueurs validés ....................................................................92
Tableau VIII : Etudes cliniques et précliniques des différents biomarqueurs ..............................................93
Tableau IX : Qualifications des biomarqueurs et comparaison par rapport à l’urée et la créatinine .........95
Tableau X : Récapitulatif des différents biomarqueurs spécifiques d’une région du néphron .................105
Tableau XI : Marqueurs mixtes dosables dans l’urine ...............................................................................111
7
Liste des abréviations
α-SMA : Smooth Muscle Actin
ADN : Acide désoxy ribonucléique
AINS : Anti-inflammatoire Non Stéroidien
ARNm : Acide ribonucléique messager
AUC : Aire sous la courbe
Cl : Chlore
CMH : Complexe Majeur d’Histocompatibilité
Cyr 61 : Cysteine Rich Protein 61
DSH : Déshydrogénase
EGF : Urinary Epidermal Growth Factor
EPO : Erythropoïétine
ET-I : Endothéline I
FABP : Fatty Acide Binding Protein
GBM : Membrane basale glomérulaire
GFR : Taux de filtration glomérulaire
GST : Glutathion-S-transférase
IECA : Inhibiteur de l’Enzyme de Conversion de l’Angiotensine
IgA : Immunoglobulines A
IgE : Immunoglobulines E
IgG : Immunoglobulines G
IHC : Immunohistochimie
IL : Interleukine
IRA : Insuffisance Rénale Aigue
IRC : Insuffisance Rénale Chronique
IRIS : International Renal Interest Society
K : Potassium
kDa : Kilos Daltons
KIM-1 : Kidney Injury Molecule -1
LIF : leukemia Inhibting factor
MCP-1 : Monocyte Chemotactic Protein-1
MIF : Macrophage migration inhibiting factors
ME : Microscope Electronique
MO : Microscope optique
Na : Sodium
NADP+ / NADPH : Nicotinamide Adénine Dinucléotide Phosphate
NAG : N-acétyl β-D glucosaminidase
NF-κβ : Nuclear Factor-kappa B
NGAL : Neutrophil Gelatinase-Associated Lipocalin
NHE3 : Sodium-Hydrogen Antiporter 3
NTA : Nécrose tubulaire aigue
OCT : Organic Cation Transport Proteins
OTA : Ochratoxine A
PGE2 : Prostaglandines E2
PGI2 : Prostaglandines I2
PT : Protéines Totales
8
RBP : Retinol Binding Protein
RPA-1 : Renal-papillary-antigen 1
ROC : Receiver Operating Characteristic
SH : Groupe Thiol
TCD : Tube contourné distal
TCP : Tube contourné proximal
TFF 3 : Trefoil Factor 3
TGF- β : Transforming Growth factor β
TNF : Tumor Necrosis factor
VDBP : Vitamine D Binding Protein
VEGF : Vascular Endothelial Growth Factor
9
10
INTRODUCTION
Le rein est la cible de nombreuses substances. Cette sensibilité s’explique par sa structure
et ses fonctions. Les reins possèdent la surface d’endothélium vasculaire par unité de poids la plus
importante de l’organisme. En effet, on estime qu’ils reçoivent 20 % du volume sanguin éjecté par
le cœur à chaque systole. Le débit sanguin est dix fois plus élevé au niveau du cortex rénal qu’au
niveau du cerveau. De ce fait, cet organe est très sensible aux agressions hématogènes. De plus,
ses différents rôles de sécrétion, réabsorption et transport, le prédispose aux pouvoirs toxiques de
nombreuses substances : médicaments, polluants environnementaux, plantes … (Hébert, 2004).
En médecine humaine, la néphrotoxicité des médicaments est responsable de près de 20 % des
épisodes d’insuffisance rénale aigue. En médecine vétérinaire, les praticiens sont quotidiennement
confrontés à des cas d’insuffisance rénale aigue. L’évaluation de la fonction rénale repose
aujourd’hui essentiellement sur le dosage plasmatique de l’urée et de la créatinine.
Cependant, ces marqueurs présentent des modifications en présence d’une réduction de plus de
60 % de la masse fonctionnelle rénale. Ils s’avèrent peu performants dans le cadre des phases précliniques et cliniques du développement de médicaments. Ces étapes sont longues et onéreuses,
il est primordial de pouvoir écarter précocement les molécules dont l’innocuité est remise en
cause.
En effet, environ 92 % des molécules prometteuses présélectionnées, sont abandonnées au stade
des essais cliniques du fait de leur effets secondaires rédhibitoires. Parmi ces substances, 7 %
seulement sont abandonnées en raison d’une néphrotoxicité, alors qu’environ 30-50 % des
patients en médecine humaine développent une insuffisance rénale aigue au cours d’une
hospitalisation dans des services de soins intensifs. Ces chiffres mettent en lumière la sousestimation du caractère néphrotoxique de nombreuses molécules (Fuchs et Hewitt, 2011).
Il s’avère donc indispensable de disposer de marqueurs fiables et précoces dans la détection de
lésions rénales chez des patients humains et animaux. C'est pourquoi au cours des dix dernières
années écoulées plusieurs consortia se sont intéressés à ce sujet. De nombreux biomarqueurs
potentiels ont alors été mis en évidence. Certains sont aujourd’hui validés pour la réalisation
d’études pré-cliniques et beaucoup d’autres, prometteurs, nécessitent davantage d’études. Les
nombreuses études ont également permis d’éclairer les mécanismes physiopathologiques de
nombreuses substances et d’évaluer la performance de ces marqueurs dans la mise en évidence
de lésions histologiques.
Au cours de ce travail, différents toxiques rénaux associés aux lésions rénales qu’ils provoquent
seront présentés. Des séquences d’événements aboutissant à une néphrotoxicité seront
proposées, à l’instar de travaux relatifs à l’hépatotoxicité réalisés au sein de l’Agence nationale de
sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (ANSES) (Gallian et al., 2014).
Les nouveaux biomarqueurs seront détaillés, puis nous essaierons de les intégrer dans des
cartographies de mode d’action néphrotoxique. Leur intégration et leur apport dans une démarche
pré-clinique ou clinique en médecine vétérinaire sera discutée.
11
12
I.
Principaux toxiques rénaux et lésions rénales associées
Dans cette partie, nous rappelons dans un premier temps, la structure et le fonctionnement
du rein sain. Nous aborderons ensuite les différentes lésions histologiques rénales possibles et les
toxiques associés.
A. Rappels sur la structure et le fonctionnement rénal (Grant Maxie et Newman, 2007 ;
Hébert, 2004)
Structure macroscopique
Les reins sont organisés en lobules, chacun d’entre eux correspond à une collection de
néphrons séparés par des raies médullaires. Chaque rein est constitué d’environ 400 000 néphrons
chez le chien et 200 000 chez le chat (Grant Maxie et Newman, 2007).
Ils sont entourés d’une capsule conjonctive. Sur la coupe sagittale (Figure 1), on constate que
l’organe comporte une zone corticale périphérique occupant environ 1/3 de la hauteur et une
médullaire deux fois plus épaisse.
La médullaire est formée de plusieurs pyramides de Malpighi, et se divise en deux parties : une
partie externe elle-même subdivisée en deux sous parties et une partie interne (Figure 2).
La vascularisation sanguine rénale est assez complexe. L’artère rénale pénètre au niveau du hile et
se divise en artères interlobaires longeant les pyramides de Malpighi et qui se recourbent à la limite
cortico-médullaire pour constituer les artères arciformes. À partir de celles-ci, naissent des artères
inter-lobulaires qui cheminent dans la corticale en direction de la périphérie du rein où elles
assurent la vascularisation des différents segments par deux systèmes capillaires. Le premier est
de type porte artériel et le second est de type classique.
Les veines arciformes drainent l’ensemble du sang veineux au sein du cortex et de la médullaire.
Elles sont ensuite prolongées par les veines interlobaires puis par la veine rénale (Cordonnier et
al., 2010).
Structure microscopique
Le néphron représente l’unité fonctionnelle du rein. Il permet une filtration plasmatique,
participe au maintien de l’équilibre hydroélectrique et assure également l’élimination des déchets
via l’urine. Il comprend un corpuscule de Malpighi, un tube contourné proximal, une anse de Henlé
avec ses branches descendantes et ascendantes, un tube contourné distal et un tube collecteur.
13
Figure 1 : Coupe sagittale d’un rein de chien
(Hill’s atlas of veterinary clinical anatomy, 2007)
Figure 2 : Coupe transversale d’un rein de rat
(Coloration Hémalun-Eosine-Safran, MO)
(D’après Gimiè, 2010)
14
Structure glomérulaire
Le glomérule de forme sphérique est limité par une enveloppe, la capsule de Bowman,
constituée par des cellules épithéliales reposant sur une membrane basale qui se prolonge avec
celle du tube contourné proximal. Sa structure est détaillée sur les figures 3 et 4 ci-dessous.
Il présente deux pôles :
-un pôle urinaire sur lequel s’insère le tube contourné proximal ;
-un pôle vasculaire où pénètre l’artériole afférente et d’où sort l’artériole efférente au contact
de l’appareil juxta-glomérulaire.
Le glomérule a pour fonction première de filtrer le sang des capillaires glomérulaires et de former
l’urine primitive ou ultrafiltrat.
La barrière de filtration est composée de trois couches :
-un endothélium fenêtré des capillaires pourvu de petits pores de 50 à 100 nm permettant le
passage de substances comme l’eau, l’urée, le glucose et les protéines de bas poids moléculaires,
mais empêche le passage des cellules sanguines et des protéines dont le poids dépasse 68
kilodaltons (kDa) correspondant à celui de l’albumine plasmatique ;
-une lame basale ne permettant pas le passage de protéines anioniques ;
-des fentes de filtration formées par les podocytes qui empêchent le passage de petites protéines.
Ce filtre constitue par ailleurs, une restriction liée à la charge électrique des protéines. Les
molécules chargées positivement ou neutres sont filtrées plus facilement (Hébert, 2004)
15
Figure 3 : Filtre glomérulaire
(Collège des pathologistes Français – Néphropathie glomérulaire, 2013)
Figure 4 : Aspect histologique normal d'un glomérule de chien
(Cowgill et Langston, 2011)
(Microscope optique MO x 400)
(Coloration : Acide périodique Schiff)
La flèche courte indique la membrane basale, la matrice mésangiale est signalée par la flèche de
gauche. VP : Pôle vasculaire. L’astérisque signale un tube contourné proximal.
16
Système tubulaire
Le système tubulaire est une succession de tubes qui conduisent l’urine du glomérule au
tube collecteur. Ce passage au sein des différentes parties s’accompagne de phénomènes de
réabsorption et de sécrétion. Ce système est divisé en plusieurs parties (Figure 5) constituées
sur la base de différences histologiques et fonctionnelles (Hébert, 2004 ; Newman, 2012) :

Le tube proximal : se compose du tube contourné proximal et de la branche
descendante large de l’anse de Henlé. Ce segment est le plus large et le plus long
qui chemine uniquement au sein du cortex. Les trois quarts de l’ultrafiltrat sont
réabsorbés dans cette partie. Les néphrocytes présents au sein de cette division
possèdent une bordure en brosse apicale. En microscopie électronique, la bordure
en brosse apparait sous forme d’une bordure de hautes microvillosités. Cette
structure augmente considérablement la surface membranaire apicale de la cellule
et joue un rôle fondamental dans les phénomènes d’absorption (Cowgill et
Langston, 2011).
Le tube contourné proximal peut histologiquement être également divisé en trois
parties S1, S2 et S3. Le tube contourné proximal correspond à la subdivision S1 et
au début de la division S2. Au sein du segment S1, les cellules ont un cytoplasme
acidophile, les microvillosités de la bordure en brosse sont bien développées et de
nombreuses mitochondries sont présentes. La transition entre S1 et S2 est
progressive. Les cellules deviennent cubiques, la hauteur des microvillosités et la
quantité de mitochondrie se réduit. Le segment S3 est composé d’un épithélium
cubique simple (Kidneypathology, 2012).

L’anse de Henlé : responsable du processus fondamental de concentration des
urines. Le segment descendant est perméable à l’eau mais sa perméabilité à l’urée
et au chlore étant moindre, une urine hyperosmotique est présente au niveau de
l’anse de Henlé. Le segment ascendant est imperméable à l’eau mais les ions sodium
et chlorure sont réabsorbés vers le milieu interstitiel, créant ainsi une urine
hypoosmotique à la sortie de cette partie du néphron.

Le tube distal : il comprend le tube contourné distal et la branche ascendante large
de l’anse de Henlé. La réabsorption des ions sodium du liquide tubulaire à lieu à cet
endroit sous contrôle de l’aldostérone.

Le tube collecteur draine lui plusieurs néphrons. Il traverse une partie du cortex puis
plonge dans la médullaire.
17
Figure 5 : Structure d'un néphron
(Hébert, 2004)
La figure 6 présente l’aspect histologique des tubes contournés distaux et proximaux.
18
Figure 6 : Aspect histologique des cellules des tubes contournés distaux et proximaux
(Reyes-Gomez, 2014)
(Coloration de la bordure en brosse par l’acide périodique Schiff, contre coloration
au vert lumière MO x100)
Rein de chien
TCP : Tube Contourné Proximal
TCD : Tube Contourné Distal
Fonctions rénales
Cet organe possède deux grandes fonctions : urinaire et endocrine (Gimiè, 2010 ; Grucker,
2004 ; Hébert, 2004 ; Eaton, 2009).
La fonction urinaire permet :

l’élimination des déchets métaboliques et un maintien de l’équilibre hydro
électrolytique
Le rôle du tubule consiste à réabsorber la quasi-totalité (99.4 %), à réabsorber les solutés du filtrat
glomérulaire utiles à l’organisme et à sécréter les déchets métaboliques néfastes au bon
fonctionnement de l’organisme, non ou insuffisamment filtrés au niveau glomérulaire.
 un maintien de l’équilibre des fluides interstitiels
Un maintien de la concentration potassique extra cellulaire grâce à la réabsorption passive du tube
proximal et à la sécrétion du tube distal sous l’influence de l’aldostérone.
 un maintien de l’équilibre acido-basique
L’élimination d’ions H+ et la réabsorption d’ions HCO3- sous forme de bicarbonate de sodium au
niveau des cellules tubulaires du tube contourné proximal et distal par le rein permet une
19
régulation du pH. Cette élimination est permise par l’anhydrase carbonique, une enzyme présente
dans les cellules tubulaires.
La fonction endocrine permet :
 une régulation de la volémie et de la pression artérielle avec la sécrétion de rénine
et l’activation de système rénine-angiotensine-aldostérone
La rénine est produite dans l’appareil juxtaglomérulaire se situant au contact des artérioles
glomérulaires afférentes et efférentes ainsi qu’au contact des tubes contournés distaux. Lors d’une
baisse de pression sanguine, la sécrétion de rénine est induite. Elle permet la conversion de
l’angiotensinogène en angiotensine 1, elle-même transformée en angiotensine 2 au niveau
pulmonaire. L’angiotensine 2 provoque une vasoconstriction puissante et stimule la sécrétion
d’aldostérone par les glandes surrénales permettant une réabsorption d’eau et de sodium. La
sécrétion de rénine constitue la première étape d’une réaction en chaine concourant au maintien
de la volémie et de la pression artérielle.
 la régulation de l’érythropoïèse
La production d’érythropoïétine (EPO) a lieu dans certaines cellules de l’interstitium dans un
contexte d’hypoxémie (anémie, perturbations du flux sanguin rénal …). L’EPO stimule la production
d’érythrocytes au sein de la moelle osseuse.
 le métabolisme de la vitamine D
Le calcitriol, forme active de la vitamine D, est une hormone prépondérante dans la régulation de
la calcémie et de la phosphorémie. Elle favorise la réabsorption tubulaire rénale du calcium et du
phosphore, stimule la réabsorption calcique au niveau intestinal et mobilise le calcium osseux. Le
calcitriol est obtenu après hydroxylation au niveau hépatique puis au niveau des cellules tubulaires
rénales.
 la sécrétion de prostaglandines
Les prostaglandines provoquent une vasoconstriction des artérioles efférentes permettant une
augmentation de la pression intra-glomérulaire et donc du débit de filtration glomérulaire. Leur
sécrétion est stimulée en cas de diminution de la pression intra-glomérulaire.
L’évaluation de la fonction rénale, s’effectue en pratique vétérinaire quotidienne, par des
dosages biochimiques, à savoir l’évaluation des concentrations sériques de l’urée et de la
créatinine dont les caractéristiques sont présentées au sein de la partie II. A.
Au terme de ce rappel succinct sur des éléments essentiels de l’organisation et du fonctionnement
rénal, nous allons présenter les différentes lésions pouvant être présentes au sein du tissu rénal.
20
B. Nature et caractéristiques des lésions rénales
Le rein est la cible de nombreuses substances appelées néphrotoxines. Cette toxicité
spécifique d’organe s’explique par le fait que :
- les reins reçoivent entre 20 % et 25 % du débit sanguin total ;
- la filtration glomérulaire de substances potentiellement toxiques ;
- la concentration possible des substances au sein des tubules (Newman, 2012).
Le rein présente principalement trois types de lésions. En effet, on rencontre notamment
des lésions de nécrose tubulaire, de néphrite ou de glomérulonéphrite (Greaves, 2007). Les
moyens de défense au sein de cet organe sont limités. En effet le système macrophagique est
principalement concentré dans le glomérule, et les immunités humorales et cellulaires peuvent
elles-mêmes être génératrices de lésions (Silva, 2004).
Les lésions surviennent initialement au sein des quatre compartiments principaux à savoir :
glomérules, tubules, interstitium et vaisseaux sanguins. Le néphron, comme nous l’avons présenté
précédemment, fonctionne comme une entité. Une lésion d’un segment, du tissu conjonctif ou
vasculaire qui l’entoure engendre des lésions des autres compartiments, selon un éventail de
mécanismes limité. Les lésions évoluées tendent vers le même aspect où la fibrose et l’atrophie
des structures parenchymateuses prédominent. Ce stade est appelé end stage kidney ou fibrose
rénale terminale (Fontaine, 2012).
Nous pouvons distinguer principalement trois types de lésions pouvant conduire à un état
d’insuffisance rénale aigue ou chronique : la nécrose tubulaire aigue, la néphrite interstitielle et la
néphrite tubulo-interstitielle. Les tubes distaux et proximaux sont la cible principale des molécules
néphrotoxiques.
Les lésions de l’appareil glomérulaire et vasculaire sont plus rarement la cible de substances
toxiques dans ce cadre mais sont possibles (Silva, 2004).
1. La nécrose tubulaire aigue (NTA) (Greaves, 2007 ; Silva, 2004)
 Définition
La nécrose tubulaire aigue est une entité anatomo-pathologique qui se manifeste
primairement par l’altération ou la destruction des cellules épithéliales des tubes rénaux. Elle peut
être due à l’action directe du toxique ou secondaire à une ischémie. En médecine humaine, la
nécrose tubulaire aigue est la première cause d’insuffisance rénale aigue.
 Particularités cliniques
Les individus atteints présentent une oligurie voire une anurie. S’en suivent une rapide
détérioration de la fonction rénale et une augmentation de l’urémie et de la créatininémie est
observée.
 Etiologie et Pathogénie
Les deux principales causes de NTA sont toxiques ou ischémiques, toutes deux conduisant
à une destruction de l’épithélium tubulaire. L’ischémie rénale prolongée est la cause la plus
fréquente de NTA. Cependant certains toxiques excrétés par le rein provoquent des lésions
21
similaires. Les nombreux systèmes de transport actif, la capacité du rein à concentrer les agents
toxiques et l’étendue de la zone de réabsorption des molécules sont autant d’éléments
prédisposant le tube à l’action cytotoxique des nombreux composés.
Les composés possédant un caractère acide sont des toxiques potentiels pour les cellules
tubulaires et ce même aux doses thérapeutiques. Les portions les plus atteintes sont celles où
l’excrétion des composés acides et des ions est majeure c'est-à-dire la partie distale du tube
contourné proximal et la portion droite du tube proximal (portions encore nommées S2 et S3). Ces
agents causent des lésions des membranes cellulaires, génèrent des radicaux libres et interfèrent
avec le fonctionnement mitochondrial. De plus différentes lésions peuvent conduire
secondairement à l’apparition d’une NTA comme par exemple une obstruction intra-luminale par
des cylindres ou des débris cellulaires (Frazier et al., 2012). La nécrose tubulaire aigue est
schématisée figure 7.
 Présentation histologique
Macroscopiquement, l’aspect des reins varie en fonction des cas. Il est probablement
fonction de la durée de l’ischémie, de la vitesse de reperfusion et de la durée d’excrétion du toxique
en cause. Cependant, le rein est souvent de taille augmentée et pâle. À la coupe, le parenchyme
est tuméfié. Le cortex est élargi et dans certains cas, on observe une accentuation de la jonction
cortico-médullaire, la médulla apparaît alors plus noire et contraste avec un cortex pâle. Le cortex
peut également être tacheté par des foyers de nécrose de coloration jaunâtre (Grant Maxie et
Newman, 2007).
Histologiquement de nombreuses lésions sont présentes (Figure 8) (Grant Maxie et Newman,
2007 ; Frazier et al., 2012 ; Cowgill et Langston, 2011) :
- Visualisation de cellules épithéliales dégénérées ou en nécrose : caryorexie, noyaux
pycnotiques
- Gonflement des cellules épithéliales tubulaires : vacuolisation cytoplasmique amplifiée
avec les toxiques
- Amincissement de la bordure en brosse
- Dilatation de la lumière des tubes
- Présence de cylindres de nature hyaline, éosinophilique, cellulaire ou pigmentaire
préférentiellement dans le tube distal
- Rupture de la membrane basale
22
Figure 7 : Schématisation de la nécrose tubulaire aigue
(Newman, 2012)
La nécrose tubulaire aigue résulte d’une ischémie ou de l’action de néphrotoxines.
A : un gonflement cellulaire, une caryorexie et une caryolyse sont présents dans les deux cas.
B : suite à l’action d’une néphrotoxine, des fragments de l’épithélium nécrotique sont retrouvés
dans la lumière des tubules. Les membranes basales se régénèrent.
C : une ischémie peut provoquer des lésions de dégénérescence tubulaire irréversible appelées
tubulorrhexie. La membrane basale est infiltrée par des macrophages, une prolifération
fibroblastique est observée.
E : fibrose et atrophie tubulaire.
23
Figure 8 : Stades de dégénérescence cellulaire au niveau du tube proximal chez un chien
(Cowgill et Langston, 2011)
Coloration Acide périodique Schiff (MOx40)
1 : Cellules intactes 2 et 3 : Vacuolisation et perte de structure
Ces lésions peuvent être classées en différents stades (Cowgill et Langston, 2011) :
- Stade 1 : on observe un amincissement ou une perte de la bordure en brosse du tube proximal,
une agrégation des lysosomes au sein des cellules tubulaires proximales ainsi que la présence
de débris cellulaires dans la lumière tubulaire sans signe de nécrose véritable.
- Stade 2 : davantage de signes de nécrose sont présents.
- Stade 3 : la nécrose de plages entières de tubes proximaux séparées par des portions de tubes
intactes est visualisée.
- Stade 4 : une nécrose de la plupart des tubes proximaux est présente.
La distribution des lésions le long du néphron est dépendante de l’origine de la NTA.
Une ischémie provoque des zones de nécrose focales séparées par des zones saines.
Dans les cas de NTA, il y a conservation de la membrane basale tubulaire, ce qui peut
permettre aux néphrons endommagés de retrouver leur structure et leur fonction, ce qui
augmente les chances de guérison. Si les lésions initiales sont peu importantes, une régénération
cellulaire peut être obtenue en deux à trois semaines.
Notons que contrairement aux modèles animaux d’insuffisance rénale aigue, où les lésions
de nécrose tubulaire aigue prédominent, les lésions histologiques sont minimes dans ce type
d’insuffisance fonctionnelle chez l’Homme (Ennulat et Adler, 2015).
Les néphrites interstitielles (Greaves, 2007 ; Silva, 2004)
Cette entité se divise en une forme aigue et une forme chronique possédant des origines
et des pathogénies différentes.
La distinction entre ces deux formes repose sur des caractères histologiques et non sur une
présentation clinique différente.
24
La néphrite interstitielle aigue chimiquement induite
 Définition
Ce type de lésion est observé principalement en lien avec des médicaments ou des
infections bactériennes aigues.
L’apparition des premiers signes cliniques en médecine humaine commence en général en
moyenne 15 jours après l’exposition aux médicaments et incluent : hyperthermie, rash cutané,
fatigue, nausées, vomissements (Caillard, 2003 ; Silva, 2004). On observe une similitude des
symptômes en médecine vétérinaire (Moreira, 2004).
Une augmentation de l’urémie, de la créatininémie et la présence d’une oligurie sont
présents chez la moitié des patients. Cette néphrite en fonction de son intensité peut causer une
insuffisance rénale aigue. Après guérison clinique, certains patients conservent une augmentation
de l’urémie.
Une composante allergique est mise en cause dans l’apparition de ce type lésionnel. Les
médicaments agissant par un mécanisme immunologique peuvent être à l’origine de ce type de
lésion.
En effet, plusieurs observations, comme le temps de latence entre l’administration de la substance
et l’apparition des signes, la présence d’une éosinophilie au niveau sanguin et rénal et le rash
cutané confortent les auteurs dans la mise en place d’un mécanisme d’hypersensibilité. De plus,
chez certains patients, des quantités élevées d’immunoglobulines E (IgE) sériques ainsi que des
cellules contenant des IgE au niveau de l’interstitium rénal ont été mises en évidence. Le
mécanisme d’action pourrait être le suivant : certaines molécules agiraient comme un haptène. Au
cours des processus de sécrétion, les molécules sont liées de manière covalente à un composant
cytoplasmique ou extracellulaire de la cellule épithéliale tubulaire et deviennent alors
immunogènes. Une action du système immunitaire dirigée contre les cellules épithéliales ou contre
les cellules de la membrane basale se met en place. Par exemple, une relation a été démontrée
entre le dimethoxyphenylpenicilloyl (DPO), le groupe hapténique des composés de la famille des
méthicillines, et la membrane basale. Il a donc été suggéré la formation d’un complexe entre le
DPO et des éléments protéiques de la membrane basale, ce qui induirait une réponse immunitaire
et la formation de d’anticorps anti-membrane basale (Silva, 2004).
Des antibiotiques comme l’ampicilline ou les sulfamides sont à l’origine de ce type de
lésions, par un mécanisme d’hypersensibilité non dose-dépendant (Racusen et Solez, 1986).
Il est important de déceler ce type de lésions car en général, l’arrêt de l’utilisation des
molécules en cause entraîne là une guérison. Une fonction rénale normale peut être recouvrée en
plusieurs mois. Dans le cas contraire, des dommages irréversibles se mettent en place, conduisant
progressivement à une insuffisance rénale chronique.
25
Macroscopiquement, on observe des reins de taille légèrement augmentée avec une
inflammation interstitielle accompagnant un œdème. L’analyse microscopique révèle des
anomalies au sein de l’interstitium, présentant un œdème important et une infiltration par des
cellules inflammatoires (granulocytes éosinophiles, lymphocytes, plasmocytes et macrophages).
Cette inflammation interstitielle s’accompagne dans de nombreux cas de lésions tubulaires
nécrotiques. Les glomérules sont normaux (Frazier et al., 2012 ; Silva, 2004).
La difficulté majeure est de faire la distinction entre une lésion primaire de type néphrite
interstitielle qui provoque dans un second temps des lésions compatibles avec une nécrose
tubulaire aigue versus une nécrose tubulaire aigue s’accompagnant secondairement d’une
néphrite interstitielle.
La néphrite interstitielle chronique
Dans cette forme, une fibrose du tissu interstitiel est présente plutôt qu’un œdème comme
dans la forme aigue. On retrouve une infiltration lymphocytaire et plasmocytaire ainsi qu’une
atrophie tubulaire (Grant Maxie et Newman, 2007).
Les glomérules ne présentent pas de lésion spécifique. Notons que ces lésions peuvent également
être observées lors d’une pyélonéphrite chronique, d’une atteinte parenchymateuse secondaire à
une nécrose papillaire ou lors de néphrite post-radique chez l’Homme. Peu de données sont
actuellement disponibles en médecine vétérinaire mais les reins sont des organes possédant une
dose limitante pour les irradiations corporelles totales ou abdominales. En médecine humaine, on
considère que cette toxicité rénale est probablement sous-estimée du fait de sa latence et de
l’interférence avec les produits de chimiothérapie (Bouillet et al., 2012).
Les lésions sont dominées par la fibrose, la composante cellulaire inflammatoire régresse
rapidement. Les formes évoluées aboutissent à un stade de fibrose rénale terminale.
La néphrite tubulo-interstitielle
 Définition
Cette lésion insidieuse et d’évolution progressive touche à la fois les tubes et le tissu
interstitiel. Ce terme est réservé à une présentation ne permettant pas de savoir si les lésions sont
initialement d’origine tubulaire ou interstitielle (Silva, 2004).
Cliniquement on n’observe pas de signes pathognomoniques. Du fait de la prédominance
des formes chroniques par rapport aux formes aigues, des signes d’insuffisance rénale chronique
sont retrouvés (Newman, 2012).
Un nombre important de substances conduit au développement d’une néphrite tubulointerstitielle. Souvent il est délicat de trouver l’étiologie exacte et une origine idiopathique est
souvent mise en cause. L’apparition d’une néphrite tubulo-interstitielle chronique, peut
s’expliquer par l’évolution d’une néphrite tubulo-interstielle aigue mais peut également être
26
secondaire à une forme chronique de glomérulonéphrite ou de pyélonéphrite ou survenir à la suite
de lésions tubulaires (Newman, 2012).
Macroscopiquement les reins sont œdématiés et pâles. A la coupe, des bandes de tissus grisâtres
sont présentes et perturbent l’architecture radiale du cortex (Figure 9).
À l’analyse histologique, une inflammation interstitielle et un œdème interstitiel modéré
sont présents. Des lymphocytes, des monocytes et quelques neutrophiles peuvent être retrouvés.
Les cellules de l’épithélium tubulaire présentent des lésions de nécrose voire de dégénérescence.
Ces changements sont présentés sur la figure 10 (Newman, 2012 ; Silva, 2004).
Figure 9 : Reins de chien atteints de néphrite interstitielle chronique
(Newman, 2012)
A : visualisation de la surface corticale granuleuse et irrégulière. Reins de taille diminuée.
B : coupe longitudinale. Le cortex irrégulier, d’aspect granuleux. Visualisation des bandes de fibrose
donnant cette couleur grisâtre.
27
Figure 10 : Néphrite tubulo-interstitielle
(Newman, 2012)
(Coloration Hémalun-Eosine, MO x 100)
Les lésions glomérulaires
 Définition
Les lésions glomérulaires comprennent les glomérulonéphrites et la glomérulosclérose.
Elles peuvent être généralisées à l’ensemble des glomérules ou intéresser uniquement quelques
glomérules, elles sont alors dites focales. Au sein d’un glomérule, les lésions peuvent être diffuses,
segmentaires ou mésangiales. Les glomérulonéphrites font l’objet d’une classification complexe en
médecine humaine, prenant en compte les données clinique, histologiques et thérapeutiques. En
médecine vétérinaire, les glomérulonéphrites sont considérées comme membraneuses, mésangioprolifératives, ou membrano-prolifératives.
Dans la forme membraneuse, un épaississement de la membrane basale prédomine, alors que la
forme mésangio-proliférative se caractérise par une prolifération cellulaire mésangiale. Le terme
de membrano-proliférative permet de décrire une glomérulonéphrite à la fois membraneuse et
mésangio-proliférative. Une glomérulosclérose correspond à une dégénérescence glomérulaire,
associant une prolifération mésangiale et une oblitération des capillaires glomérulaires (Grant
Maxie et Newman, 2007).
28
Les glomérulonéphrites peuvent suivant leur importance, s’accompagner de signes
cliniques non spécifiques tels une hématurie, une oligurie, une protéinurie, et une élévation des
valeurs d’azotémie. Seule la présence d’une protéinurie, en absence d’inflammation du tractus
urinaire est fortement évocatrice d’une glomérulopathie, possiblement causée par une
glomérulonéphrite (Grant Maxie et Newman, 2007).
 Etiologie et pathogénie
Les glomérulonéphrites peuvent résulter de dépôt d’immuns complexes non dirigés
contre des éléments constitutifs du glomérule lui-même, de la formation in situ d’anticorps anti
membrane basale glomérulaire ou de l’activation des voies faisant intervenir le complément. Chez
les carnivores domestiques, la cause la plus communément rencontrée est le dépôt d’immuns
complexes (Grant Maxie et Newman, 2007). Une schématisation des différents types de
glomérulonéphrites immuno-médiés est présentée figure 11.
Ces dépôts altèrent la capacité de filtration glomérulaire et activent le processus inflammatoire.
Les réactions glomérulaires chimiquement induites sont plus rares que les lésions tubulaires et
miment des glomérulopathies idiopathiques. Les toxiques de manière directe ou indirecte ont pour
conséquence, une nécrose ou une prolifération cellulaire (Frazier et al., 2012).
L’emploi de substances néphrotoxiques telles que les sels d’or, la D-penicillamine, la puromycine
et l’adriamycine ou encore l’iode radioactif à doses thérapeutiques peut entrainer l’apparition
d’une glomérulonéphrite de type membrano-proliférative par dépôts d’immuns complexes. Ces
lésions sont rarement suivies d’une résolution. La plupart du temps, un maintien et une
exacerbation de l’inflammation aboutissent à une glomérulonéphrite chronique fibrosante
pouvant évoluer vers une glomérulosclérose (Newman, 2012).
Macroscopiquement, les lésions histologiques rencontrées lors de glomérulonéphrites
aigues sont frustes. Les reins sont modérément pâles et œdématiés. Le cortex peut être tacheté
de ponctuations rouges. En cas d’absence d’amélioration des lésions, une chronicité peut
s’installer, la taille des reins diminue et le cortex présente un aspect granuleux.
Microscopiquement, il apparait que la forme membraneuse prédomine dans l’espèce féline alors
que la forme membrano-proliférative est plus fréquemment rencontrée au sein de l’espèce canine
(Newman, 2012). L’aspect histologique d’une glomérulonéphrite membrano-proliférative et d’une
glomérulosclérose est présenté figure 12.
29
Figure 11 : Glomérulonéphrites immuno-médiée : schématisation
(Newman, 2012)
Les glomérulonéphrites immuno-médiées sont la conséquence d’un dépôt d’immuns complexes
circulant (A) ou de la présence d’anticorps dirigés spécifiquement contres des molécules de la
membrane basale glomérulaire (B et C).
GBM : Membrane basale glomérulaire.
30
Figure 12 : Aspect histologique d'une glomérulonéphrite membrano-proliférative (C) et
d'une glomérulosclérose (D)
(Newman, 2012)
(Coloration Hémalun Eosine, MO x 200)
C : glomérulonéphrite membrano-proliférative chez un cheval. Une importante fibrose péri
glomérulaire est visible. La matrice mésangiale est abondante dans l’angle supérieur droit de
l’image.
D : glomérulosclérose chez un chien. L’importance de la matrice mésangiale, l’hypocellularité ainsi
que l’absence quasi-totale de capillaires glomérulaires est à noter.
Indépendamment du type de lésion initiale, en cas d’installation d’une chronicité, on
observe la mise en place d’une fibrose. Les reins sont alors qualifiés de ˝end-stage kidney ̏. En plus
de la fibrose, cet état se caractérise par la présence de minéralisations, de glomérules sclérosés et
par des foyers d’hyperplasie ou d’hypertrophie tubulaire (Newman, 2012).
C. Les substances néphrotoxiques (Sebastian et al., 2007)
Dans cette partie, différentes substances dont la néphrotoxicité est connue vont être
présentées. Les néphrotoxiques peuvent agir directement au niveau des cellules épithéliales, soit
produire des métabolites toxiques, soit agir au niveau de l’hémodynamique rénale.
Pour certains toxiques, une étude spéciale de la néphrotoxicité sera effectuée.
1. Les métaux
Historiquement, les premières études concernant la toxicité rénale des métaux, ont été
effectuées à partir de l’uranium. En 1853 Le Conte décrit pour la première fois, une atteinte rénale
chez un chien suite à une ingestion d’uranium (Métivier, 2001). Puis dans les années 1940, le
développement de l’arme nucléaire s’accompagne d’études toxicologiques autour de l’uranium.
Bien que les mécanismes ne soient pas intégralement transposables entre les différents métaux,
ces recherches ont initiées la compréhension des mécanismes de néphrotoxicité (Bulger, 1986).
31
La plupart du temps les métaux induisent la production de métallothionéines, protéines de
transport des métaux. Ces dernières possèdent un rôle majeur dans la biodisponibilité et
permettent de moduler le caractère toxique de certains métaux lourds non essentiels comme le
plomb, le mercure ou le cadmium (Diamond et Zalups, 1998).
a. Le plomb (Enriquez et Tissier, 2010 b ; Thompson, 2007 a)
 Source de contamination
Il a été progressivement éliminé de la plupart de nos objets du quotidien. Cependant la
pollution industrielle et automobile, les peintures, l’huile de vidange, les anciennes batteries, les
plombs de chasse et les objets en plombs demeurent des sources d’intoxication potentielles. La
voie orale constitue la voie principale de contamination. Cependant l’inhalation de particules peut
également induire des signes de toxicité.
 Toxicocinétique
L’absorption digestive est faible, environ 2 % pour le plomb métallique. La majeure partie
du métal ingéré se retrouve dans les matières fécales. L’absorption est dépendante de plusieurs
facteurs. Elle est augmentée par le jeûne, la carence en fer, calcium, magnésium ou zinc.
L’absorption par voie pulmonaire est plus élevée de l’ordre de 30 %. Une fois dans
l’organisme, la quasi-totalité se fixe sur les groupements thiols des protéines membranaires des
hématies puis il est distribué vers différents organes et tissus. Les tissus mous contiennent environ
5 à 10 % de la dose interne, les 90 % restant sont captés au niveau osseux.
Son élimination est très lente (demi-vies d’élimination comprises entre 3 mois et 2 ans chez
les bovins). Son excrétion est essentiellement urinaire et biliaire.
 Signes cliniques
Les signes peuvent apparaître de façon brutale lors d’ingestion massive de plomb ou de
manière différée due à l’effet cumulatif du métal. L’intoxication se caractérise par des signes gastrointestinaux : vomissements, anorexie, diarrhée et des signes nerveux : contractures musculaires,
crises épileptiformes.
Parfois une polyuro-polydipsie, une cécité, une agressivité, une démence et un coma viennent
compléter le tableau clinique.
b. Le mercure (Bensefa-Colas et al., 2011)
 Source de contamination
Le mercure a longtemps été utilisé pour ses propriétés antiseptiques, fongicides et
antiparasitaires. Présent dans les topiques appliqués contre la teigne, il était ingéré par les
carnivores qui s'intoxiquaient en se léchant. La contamination peut également être d’origine
environnementale par rejets industriels : l'exemple le plus célèbre étant la contamination de la
baie de Minamata au Japon, ayant induit la pollution des poissons ingérés par les pécheurs locaux.
Le mercure sous forme inorganique est rapidement absorbé par voie pulmonaire, orale et
transcutanée. Après absorption pulmonaire, le mercure élémentaire se distribue rapidement dans
tous les organes où il est oxydé en ion mercurique (Hg2+). Les ions formés sont distribués dans le
foie et les reins.
32
Son élimination est principalement rénale lors d’une exposition prolongée.
La forme organique, très lipophile passe facilement la barrière hémato-encéphalique. Son
excrétion est principalement biliaire.
L’intoxication au mercure sous forme métallique et minérale peut survenir de manière
aigue ou chronique. En cas de contamination aigue, le mercure entraîne des manifestations
digestives (douleurs abdominales, hématémèse, stomatite, gastroentérite, colite), des
manifestations pulmonaires (toux, dyspnée) et des signes cutanés.
La forme chronique se caractérise principalement par une atteinte du système nerveux central
(ataxie, tremblements et amaurose) et une atteinte rénale (Gupta, 2007 a).
 Pathophysiologie de l'atteinte rénale et lésions
Les sels de mercure inorganique engendrent une nécrose des tubules rénaux. Plusieurs cas
de néphropathies ont été décrits chez l’homme après application cutanée de produits
dermatologiques contenant des sels de mercure. Après absorption, le mercure sous forme
élémentaire est transformé en ion Hg2+ et peut donc se fixer aux protéines sanguines et tissulaires.
Dans le rein les ions mercuriques (Hg2+) sont conjugués au groupement thiol (-SH) de certaines
protéines endogènes. On observe d’abord une dégénérescence au niveau des tubules et une
nécrose préférentiellement au niveau des cellules épithéliales du tubule proximal.
Le mercure ionisé s’accumule dans les tubules proximaux et dans la zone superficielle de la
médullaire externe. Lorsque les expositions sont fortes, on observe des tubulopathies doses
dépendantes et des glomérulonéphrites à dépôts extra-membraneux d’immuns complexes. Chez
l’homme les atteintes tubulaires semblent survenir au-delà d’une excrétion urinaire de mercure
dépassant 50 µg par gramme de créatinine.
Dans une étude de 2013, Kaewamatawong et al. étudient les lésions histologiques
notamment rénales dans une population de tilapias exposée au mercure. Cette espèce de poisson
d’eau douce est utilisée dans de nombreuses études toxicologiques car elle possède une grande
tolérance vis-à-vis de la pollution aquatique. L’analyse montre ne nécrose importante des cellules
épithéliales tubulaires avec des inclusions éosinophiliques et des dépôts de cristaux. De plus dans
cette étude, des marquages de metallothionéines sont effectués par auto-métallographie,
méthode qui permet de localiser les métaux lourds au sein des tissus. Les réactions positives se
visualisent par la présence d’inclusions en forme de grains de couleur marron-noire (Figure 13).
Chez, l’Homme, il a été mis en évidence, une augmentation de l’excrétion urinaire
d’enzymes comme la lactate déshydrogénase, la N-acétyl-β-D-glucosaminidase (NAG) ou encore
les γ-glutamyl transpeptidases témoignant d’une atteinte tubulaire débutante. La concentration
urinaire de NAG, semble augmenter à partir de 25 μg de mercure urinaire par gramme de
créatinine (Bensefa-Colas et al., 2011).
La figure 14 présente le mode d’action néphrotoxique du mercure.
33
Figure 13 : Visualisation des inclusions intracellulaires après intoxication au mercure
(Kaewamatawong et al., 2013)
(Coloration par auto métallographie MO x 420)
Les flèches noires indiquent les inclusions après auto-métallographie
34
Figure 14 : Schématisation du mode d'action du mercure (D’après Bensefa-Colas et al., 2011 ; Gupta, 2007)
35
c. Le zinc (Gurnee et Drobatz, 2007)
 Source
Des contaminations sont possibles à partir d’ingestion d’éléments provenant de cages
de transports, de pièces de monnaie, de topiques, d’eau contaminée. Des cas d’intoxications
humaines en milieu industriel sont également rapportés.
Environ 25 % de la dose ingérée est effectivement absorbée au niveau duodénal et
dans le reste de l’intestin. Il est ensuite transporté dans le torrent sanguin via l’albumine et
des macroglobulines jusqu’au foie d’où il sera redistribué vers le pancréas, la rate et les reins.
Cette distribution induit la production de metallothionéines.
Le zinc est excrété via les fèces, l’urine et la salive.
La toxicité aiguë se caractérise par des signes digestifs : vomissement, diarrhée,
hémorragies intestinales, une irritation de la peau et des yeux. Le zinc en induisant la synthèse
de metallothionéines diminue l’absorption du cuivre et entraine une anémie sidéroblastique.
d. L’arsenic (Garland, 2007)
 Source
L’arsenic est naturellement présent dans l’environnement. Aujourd’hui, on estime
qu’environ cent quarante millions de personnes sont exposées de façon chronique à l’arsenic
(Peters et al., 2014), notamment par l’eau de boisson. Cette exposition est, dans certaines
régions du monde (Bangladesh, Taiwan, Inde, Chine…), encore considérée comme un
problème de santé publique majeur.
En médecine vétérinaire, des intoxications sont possibles suite à l’ingestion de
composés arsenicaux rentrant dans la composition de certains herbicides, insecticides
(diméthylarsinate de sodium contenu dans l’anti-fourmis) et rodenticides, sous forme
d’appâts. Le thiarcetarsamide, utilisé à des fins curatives dans un contexte de dirofilariose peut
être une source de contamination.
L’arsenic inorganique est facilement absorbé par voie orale (> 90 %) mais également
par voie respiratoire (environ 30 %). L’absorption cutanée est négligeable. Une fois absorbé, il
est transporté dans le sang et distribué largement vers de nombreux organes et tissus.
Le composé lui-même, la taille des particules, la pureté, la solubilité et les espèces affectées
sont autant de facteurs de variabilité pondérant l’absorption de l’arsenic.
Sa toxicité est liée au processus de métabolisation. Une toxicité différentielle a été mise en
évidence en fonction du degré de méthylation et de la valence. Les dérivés méthylés des ions
arsénite (forme trivalente) semblent être plus toxiques que la forme trivalente, elle-même plus
toxique que la forme pentavalente (ions arséniate). Les formes méthylées obtenues à partir
des ions arséniates sont les moins toxiques.
36
Une fois absorbé l’arsenic est lié aux protéines plasmatiques et est distribué ensuite dans tous
les organes et tissus : foie, reins, poumons, muscles, peau, os et phanères.
Le métabolisme de l’arsenic se compose de réactions d’oxydation/réduction et des réactions
de méthylation interférant dans les systèmes enzymatiques du métabolisme cellulaire. Ainsi
l’arsenic trivalent inhibe la respiration cellulaire et la forme pentavalente provoque un
découplage de la phosphorylation oxydative. La forme inorganique ne réagit pas avec les sites
actifs des enzymes mais entre en compétition avec le phosphate inorganique dans les
réactions de phosphorylation oxydative.
Indépendamment de la voie de contamination, l’arsenic est principalement éliminé par voie
urinaire, sous forme inchangée ou sous forme méthylée, après filtration glomérulaire,
réabsorption active et sécrétion tubulaire (La Rocca et al., 2010).
Une intoxication aigue provoquée par une ingestion d’arsenic sous forme inorganique
ou trivalente provoque des troubles gastro-intestinaux combinant nausées, vomissements,
diarrhée, douleurs abdominales et hémorragies du tractus digestifs. Des symptômes nerveux
sont possibles. La peau présente des cloques, des saignements apparaissent.
Une intoxication chronique par ingestion cause une fatigue importante et une dyspnée lors de
l’effort.
 Physiopathologie de l'atteinte rénale et lésions
L’arsenic est concentré au niveau rénal durant son élimination, affectant ainsi le
fonctionnement des tubes contournés proximaux. On observe l’apparition d’un stress oxydatif
conduisant à la formation de radicaux libres et au déclenchement de voies de signalisation
apoptotiques. Histologiquement, c’est une lésion de nécrose tubulaire aigue qui prédomine
(Singh et al., 2011).
Le cadmium (Hooser, 2007)
 Sources
Le cadmium est un polluant environnemental associé aux minerais de zinc, cuivre et
plomb. Il rentre également dans la composition de nombreux fongicides sous forme de
chlorure ou de succinate. Les intoxications sont rares en milieu vétérinaire.
Comparativement aux autres cations divalents, seulement 1 % à 5 % de la dose est
absorbée. Le cadmium est ensuite transporté via l’albumine et d’autres protéines
plasmatiques pour être distribué à l’ensemble de l’organisme. Les concentrations les plus
importantes se retrouvent au niveau hépatique et rénal.
Une exposition chronique entraine des lésions rénales, déformations osseuses,
ostéoporose et fractures spontanées. Une exposition aigue par voie orale entraine : salivation
excessive, vomissements permanents, diarrhée, douleur abdominale, ataxie, perte de
conscience, gastro-entérite sévère et hémorragies de l’espace sous-dural.
L’inhalation provoque dyspnée, toux, hyperthermie et peut entrainer un œdème pulmonaire.
37
Dans leur étude de 2013, Kurata et al. montrent que les singes recevant du cadmium
présentent une anémie normocytaire et normochrome.
 Pathophysiologie rénale et lésions
La présence de cadmium induit la production de métallothionéines. Il se forme alors
des complexes cadmium-métallothionéines. Ces complexes sont librement filtrés par le
glomérule et réabsorbés au sein du tubule proximal. Les lésions s’initient au niveau des tubules
lorsque toutes les protéines ligand sont saturées.
Dans l’étude de Kurata et al. (2013), l’autopsie met en évidence des reins pâles de taille
légèrement augmentée. Histologiquement, le cadmium provoque des lésions du cortex. Une
nécrose tubulaire des cellules épithéliales est présente au sein des tubes proximaux.
Parallèlement des cellules épithéliales présentant un noyau de taille augmentée suggèrent une
régénération. Une fibrose diffuse interstitielle s’accompagnant d’une infiltration
lymphocytaire est observée dans le cortex. Les figures 15 et 16 illustrent ces lésions
histologiques.
Kurata et al. ne notent aucun changement histologique au niveau glomérulaire ainsi qu’au
niveau des tubes distaux et des tubes collecteurs.
Figure 15 : Aspect de cellules épithéliales tubulaires après exposition au cadmium
(Kurata et al., 2013)
(Coloration Hémalun-Eosine, MO x100)
Visualisation de cellules épithéliales tubulaires chez des singes ayant reçu des injections
de 1 mg/kg de cadmium 3 fois par semaine pendant 15 mois. Les flèches blanches montrent
des cellules en régénération, les flèches noires désignent des cellules en nécrose.
38
Figure 16 : Fibrose suite à une administration de cadmium
(Kurata et al., 2013)
(Coupe de rein de singe, Trichrome de Masson, MO x 100)
A gauche image témoin, à droite histologie du groupe de singes ayant reçu des
administrations de cadmium intraveineux à la dose de 1 mg/kg 3 fois par semaine pendant 15
mois. Les zones de fibrose sont colorées en bleu.
Le cuivre (Thompson, 2007 b)
 Source
Le cuivre et les composés cupriques ont une action toxique par inhalation, ingestion
voie cutanée ou oculaire. Les sels de cuivre sont particulièrement irritants. Les principales
intoxications chez l’Homme et l’animal sont provoquées par les sels de cuivre II : acétate,
carbonate, chlorure, sulfate … .
Les intoxications aigues font suite à l’ingestion de sulfate de cuivre utilisé comme antifongique
dans les vignes et vergers ou de certains anthelminthiques.
Les doses toxiques sont très variables suivant les espèces. Les monogastriques sont moins
sensibles du fait du caractère émétique du sulfate de cuivre.
Les intoxications chroniques sont davantage décrites chez les espèces de rente et proviennent
d’une supplémentation inadéquate de la ration en cuivre. Notons également que des
intoxications chroniques d’origine génétique sont décrites chez le Bedlington Terrier, le West
Highland white Terrier et le Skye Terrier. Une origine autosomique récessive augmentant la
rétention du cuivre au niveau hépatique est mise en cause.
39
Suite à une ingestion, 15 % à 97 % sont rapidement absorbés au niveau gastrique et
intestinal sous forme de complexes cuivre-métallothionéine. La fraction absorbée est ensuite
transportée au niveau hépatique puis est ensuite acheminée soit vers la circulation sanguine
et forme alors des complexes avec la céruloplasmine ou l’albumine, soit vers la bile. Le cuivre
sanguin est distribué vers les reins et le cerveau mais s’accumule peu dans l’organisme. Les
fèces constituent la voie majeure d’excrétion.
Les ovins possèdent la particularité de n’excréter le cuivre par voie biliaire qu’en très faible
quantité.
Coliques, vomissements, salivation et diarrhée sont des signes d’appel d’une
intoxication aigue. L’intoxication chronique se manifeste par un ictère hémolytique pouvant
être précédé par un amaigrissement, une anorexie et d’autres signes digestifs (vomissements,
diarrhée).
 Pathophysiologie rénale et lésions
Les effets rénaux du cuivre s’expliquent par l’accumulation d’hémoglobine dans les
tubules. Cet élément s’accumule au niveau hépatique jusqu'à atteindre un certain seuil. À la
faveur d’un stress, un relargage dans le torrent sanguin provoque une hémolyse.
L’hémoglobinémie résultant est à l’origine d’une néphrose et d’une coloration rénale bleumétal. Les reins sont qualifiés de « gun métal kidney ». On observe des lésions de nécrose au
niveau des tubules rénaux proximaux. Un résumé de cette pathogénie est présentée figure 17.
40
Figure 17 : Mode d'action du cuivre
(D’après Enriquez et Tissier, 2010 b : Thompson, 2007 b)
41
Le thallium (Conerly et al., 2009 ; Environmental Health Criteria, 1996)
 Source
Il était autrefois utilisé comme rodenticide et insecticide mais son usage a été interdit
du fait de sa toxicité.
Les sels de thallium sont rapidement absorbés à travers la peau, et via les tracti
pulmonaires et digestifs. Ils se répartissent rapidement dans l’ensemble des organes et
traverse la barrière placentaire ainsi que la barrière hématoencéphalique. Du fait de son
accumulation cellulaire rapide, la concentration sanguine en thallium ne reflète pas sa
concentration tissulaire. Dans les cas d’intoxications aigues chez l’Homme comme chez
l’animal, les concentrations maximales sont retrouvées au niveau rénal.
Les sels de thallium sont essentiellement éliminés via l’urine et les fèces, mais les voies
d’excrétion sont espèces dépendantes. Chez le rat les principales voies d'élimination sont la
voie digestive (environ les deux tiers) et la voie rénale (environ un tiers); chez le lapin, ces
deux voies sont d'une importance sensiblement égale. Chez l’Homme l’excrétion digestive du
thallium est principalement indépendante des voies biliaires et la voie d’élimination rénale
semble prépondérante. Le thallium peut également être excrété par la salive.
Lors d’intoxication aigue, une anorexie, des vomissements, un abattement, une
diarrhée ainsi que des troubles cutanés (alopécie) sont rapportés chez le rat. Une dyspnée
accompagnée de troubles neurologiques se mettent en place de manière plus tardive .
 Lésions rénales
L’analyse histologique des reins de rats, suite à une intoxication aigue, a révélé des
inclusions éosinophiliques dans 50 à 75 % des tubes distaux et proximaux ainsi qu’une
dégénérescence cellulaire au niveau de l’anse de Henlé.
On note à travers les différents métaux étudiés que la néphrotoxicité s’exerce
principalement au niveau des tubules, provoquant nécrose et dégénérescence. Cette liste est
non exhaustive, d’autres métaux comme le chrome, le lithium ou l’or induisent des lésions
rénales. Le tableau I, ci-dessous résume les effets des principaux métaux.
42
Tableau I : Lésions provoquées par les principaux métaux
43
Les mycotoxines
L’ochratoxine A, la citrinine, la patuline et l’oosporéine sont des mycotoxines connues
pour leurs effets néphrotoxiques.
a. Ochratoxine A
 Sources
L’ochratoxine A (OTA) est produite par différentes espèces d’Aspergillus et de
Penicillium. Elle a été isolée, pour la première fois, en 1965 à partir d’Aspergillus ochraceus
dans le cadre de screening portant sur les moisissures toxinogènes. Les animaux comme les
humains sont chroniquement et continuellement en présence de cette mycotoxine. Elle est
présente dans toutes les céréales mais également dans la viande de volaille, de porc et dans
le poisson (Rouvier, 2002).
 Pharmacocinétique
L’ochratoxine A est absorbée (56 % de la dose ingérée chez le rat) directement au
niveau de l’estomac grâce à sa nature lipidique et son caractère non ionisé et ses propriétés
acides. Une absorption au niveau intestinal est possible et précède un cycle entérohépatique.
Elle est ensuite distribuée à divers organes. Le foie, les muscles et le tissu adipeux la
concentrent peu à l’inverse du rein. Les voies d’excrétion majeures sont les urines et les fèces
(Gupta, 2007 b).
La toxicité de cette mycotoxine dépend de l’espèce cible, du sexe et de la voie
d’administration. L’espèce porcine est la plus sensible à l’ochratoxicose. Ces effets sont multisystémiques. Néphrotoxicité, hépatotoxicité, tératogénicité, neurotoxicité, immuno-toxicité
peuvent être observées. Chez le chien, des jeunes beagles mâles ont reçu par voie orale 0.3
mg d’OTA par kg de poids vif pendant 11 à 12 jours. Ils ont présenté une anorexie, des
vomissements ainsi qu’une perte de poids pouvant évoluer vers une prostration et la mort
(Rouvier, 2002).
 Impacts sur le rein
L’OTA a un effet néphrotoxique chez toutes les espèces monogastriques chez qui elle a
été administrée. Une exposition aux fortes doses affecte le fonctionnement du rein. Une
augmentation du poids du rein, du volume mictionnel, de la densité urinaire sont observées.
Une glycosurie et une protéinurie sont présentes indiquant une atteinte du tube proximal
(Berndt et Hayes, 1979).
Des similitudes entre les changements observés dans la structure et le fonctionnement rénal
chez les animaux victimes d’ochratoxicose et les symptômes et lésions d’une maladie humaine
appelée : néphropathie endémique des Balkans (Fuchs, 2005).
L’ochratoxine A provoque une défaillance des transporteurs anioniques situés sur la bordure
en brosse des cellules du tube contourné proximal. Les segments S2 et S3 semblent être les
plus sensibles à l’effet toxique. Des dysfonctionnements mitochondriaux sont présents.
Histologiquement, une nécrose des tubes contournés proximaux ainsi que des granulations
éosinophiles sont mises en évidence (Gupta, 2007 b).
44
Dans leur étude de 2014, Dai et al. administrent par voie orale de l’OTA à des rats
pendant plusieurs semaines. Une diminution significative de la masse des reins est observée
lors d’une administration de 210 µg/kg d’OTA par voie orale. Cette diminution est présente
dès la 4ème semaine d’administration jusqu’ à la 26ème.
Les analyses de routine (urémie et créatininémie) effectuées lors de cette étude sont dans les
normes. Cependant les analyses histologiques effectuées à la 13ème et 26ème semaine sur
deux groupes d’animaux (70 µg/kg et 210 µg/kg) révèlent des vacuolisations cytoplasmiques
dans la partie externe de la médulla externe (Figure 18).
On note une caryomégalie importante au sein des cellules épithéliales des tubes proximaux.
Figure 18 : Histologie de rein après administration d'ochratoxine A
(Dai et al., 2014)
(Coloration Hémalun-Erythrosine)
Coupe histologique des reins. a : rats contrôles c : rats recevant 210 µg/kg d’OTA
pendant 13 semaines. Les flèches fines montrent la vacuolisation, les flèches épaisses indiquent
une caryomégalie
Le mode d’action de cette molécule est résumé dans la figure 19.
b. Effets néphrotoxiques de la citrinine et de la patuline
Ces deux mycotoxines sont des métabolites fongiques produits par plusieurs souches
appartenant au genre Aspergillus et Penicillium. A l’instar de l’ochratoxine A, elles contaminent
céréales et végétaux et entrent ainsi dans la composition de nombreux produis dérivés. La
citrinine est également présente au cours des processus de fermentation visant à l’obtention
de levures de riz rouge, dont l’utilisation à des fins de prévention des risques cardiovasculaires
en Asie est en plein essor.
45
En 2012, Wu et al. évaluent les effets néphrotoxiques de ces deux mycotoxines sur des
embryons de poisson zèbre (Danio rerio).
Ils rappellent que la citrinine induit un stress oxydatif et interfère avec les transports
d’électrons au sein des mitochondries conduisant à une apoptose. La patuline exerce son effet
toxique en se liant de manière covalente aux groupements thiols des protéines. Le rein est un
organe cible de ces mycotoxines.
Le poisson zèbre est un modèle d’étude intéressant dans la mesure où les reins, au stade
embryonnaire, sont composés de deux néphrons qui fusionnent au sein d’un glomérule. Ils
possèdent également une paire de tubules pro-néphrotiques. De plus, cette espèce présente
des fonctions rénales complexes à l’instar de celles retrouvées chez les mammifères
supérieurs.
La néphrogénèse rapide et la structure simple du système excréteur en fait un excellent
modèle d’étude. Leur étude a pour but d’évaluer les éventuels effets toxiques de ces deux
mycotoxines au cours de la néphrogénèse.
Les concentrations auxquelles sont soumis les embryons (via le milieu d’incubation) reflètent
une consommation à long terme des mycotoxines via des aliments dont la contamination est
présente à faible dose.
Les résultats ont montré qu’il n’y avait pas de changement macroscopique des
structures embryonnaires, cependant des lésions histologiques ont été mises en évidence. Les
sections réalisées dans des embryons de trois jours présentaient des kystes au sein structures
embryonnaires glomérulaires et tubulaires (Figure 20).
46
Figure 19 : Mode d'action toxique de l'ochratoxine A
(D’après Gupta, 2007 b)
47
Figure 20 : Coupes histologiques de structures rénales embryonnaires soumises à la
citruline et patuline
(Wu et al., 2012)
(Coloration Hématoxyline-Eosine)
CTN : Citrinine - PAT : Patuline
Coupes histologiques des structures rénales embryonnaires chez des embryons soumis
à diverses concentrations de citrinine et patuline à 24 h post-fécondation. Les coupes ont été
réalisées à 72 h post-fécondation (néphrogénèse achevée). Les coupes des deux colonnes de
droites présentent des agrandissements respectifs des coupes A, D, G et J. Les flèches indiquent
la localisation des zones kystiques
48
Les substances médicamenteuses (Plumb, 1999 ; Enriquez et Tissier, 2010 b ; Moreira,
2004)
De nombreuses substances médicamenteuses sont connues pour leurs effets
néphrotoxiques. Cette toxicité est observée quotidiennement en médecine humaine
notamment au sein des services de soins intensifs. On considère, à ce jour, que 25 % des cas
d’IRA déclarés (8 à 30 % des patients) dans les unités pédiatriques de soins intensifs sont
imputables aux molécules elles-mêmes (Faught et al., 2014). On estime, de manière globale
que les insuffisances rénales chimiquement induite représentent 20 % des insuffisances
rénales aiguës (Zhou et al., 2014).
a. Les antibactériens : exemple de toxicité des aminosides et des sulfamides
 Les aminosides (Puyt, 2011 ; Sebastian et al., 2007)
 Dose toxique
La gentamicine présente des risques de néphrotoxicité chez le chien lors de surdosage
ou d’un traitement de plus de 5 jours à la dose de 4 mg/kg/j.
La néomycine et la kanamycine présentent des risques accrus de toxicité lors d’administration
prolongée de plus de deux semaines.
 Effets sur le rein
La néphrotoxicité des aminosides est dose-dépendante. Elle est due à leur
accumulation dans le cortex rénal au niveau des cellules tubulaires proximales.
Ils sont internalisés dans les lysosomes. L’interaction avec les ribosomes et les mitochondries
provoque des dommages cellulaires et entraîne une mort cellulaire.
La toxicité de la gentamicine est rapportée chez les chiens. Macroscopiquement on observe
des reins pâles. Histologiquement, des signes compatibles avec une nécrose tubulaire sont
présents majoritairement au sein des tubules proximaux. Des lésions de nécrose similaires
sont observées avec la néomycine.
L’amphotéricine entraîne une diminution de la perfusion rénale associée à une
vasoconstriction des artérioles. Par conséquent, il s’ensuit une diminution du taux de filtration
glomérulaire et un fonctionnement altéré des tubules. L’histologie montre une nécrose
tubulaire, une dilatation des tubules, des minéralisations et des lésions modérées au sein du
tissu interstitiel et du glomérule.
Bien que les lésions soient principalement tubulaires, une composante glomérulaire et
vasculaire interviendrait dans la pathogénie de cette néphrotoxicité (Lopez-Novoa et al.,
2011).
La néphrotoxicité est potentialisée par l’utilisation concomitante de furosémide et
probablement d’autres diurétiques également.
49
 Les Sulfamides (Puyt, 2011 ; Sebastian et al., 2007)
 Mécanisme toxique
Chez le rat la DL50 est estimée supérieure à 10 g/kg avec les composés actuels. En
revanche les premiers composés étaient plus fréquemment responsables de toxicité. La
néphrotoxicité des sulfamides dépend notamment de la réaction d’acétylation qui intervient
notamment au niveau hépatique. Le dérivé acétylé est en effet peu soluble et une précipitation
est possible au sein des tubules rénaux. La néphrotoxicité est rare chez le chien du fait de son
incapacité à acétyler une amine aromatique. Les dérivés méthoxylés possèdent une toxicité
moindre en l’absence de surdosage.
Une toxicité aigüe et chronique sont possibles notamment chez les espèces de rente (volailles
en particulier) si les conditions d’abreuvement ne sont pas optimales au cours du traitement.
Un animal intoxiqué via un surdosage en sulfamides, présente une azotémie marquée.
Chez certains individus des cristaux de sulfamides sont observés au niveau du bassinet et les
reins présentent un aspect granuleux à la coupe. Ces cristaux peuvent être à l’origine d’une
anurie mortelle. Histologiquement, on observe une nécrose tubulaire et une dégénérescence
épithéliale provoquées par l’action directe des cristaux.
b. Les anti-inflammatoires non stéroïdiens (Grucker, 2004 ; Martin, 2003)
Les Anti-Inflammatoire Non Stéroïdiens (AINS) regroupent un nombre important de
composés, d’usage quotidien en médecine vétérinaire. Les familles les plus administrées ainsi
que leurs principaux représentants sont présentés sur le tableau II.
 Rappel sur les mécanismes de l’inflammation
L’inflammation est une réaction de défense de l’organisme qui se traduit par différents
symptômes aboutissant à la formation de médiateurs.
Une lésion cellulaire, initiée par des agents infectieux, chimiques ou physiques induit
l’activation de la phospholipase A. Cette enzyme entraîne la libération d’acide arachidonique
à partir de la fraction phospholipidique des membranes cellulaires. Cet acide gras insaturé est
le substrat des enzymes des voies métaboliques de l’inflammation.
En effet deux voies métaboliques aboutissent à des médiateurs de l’inflammation. La
première dite voie de la cyclo-oxygénase, permet la formation de prostaglandines,
prostacyclines et thromboxanes. La seconde, dite voie de la lipo-oxygénase induit la formation
des leucotriènes. La cyclo-oxygénase possède deux isoformes. La COX-1 est constitutive et
participe à de nombreux rôles physiologiques. La COX-2 est produite par les cytokines lors de
réactions inflammatoires. L’inhibition sélective de la COX-2 est donc intéressante car limites
les effets secondaires, cependant une molécule anti-COX-2 sélective peut avoir un effet antiCOX-1 et conduire ainsi à l’apparition d’effets secondaires à visée rénale (Lefebvre, 2014). Un
schéma récapitulatif est présenté figure 21.
50
Tableau II : Principales familles d’AINS et molécules utilisées en médecine
vétérinaire
Famille
Salicylés
Principales molécules
Acide acétylsalicylique
Pyrazolés
Phénylbutazone
Fénamates
Acide niflumique
Acide tolfénamique
Flunixine méglumine
Oxicams
Piroxicam
Méloxicam
Ténoxicam
Acides Aryl-Alcanoiques
Ibuprofène
Kétoprofène
Carprofène
Diclofénac
 Rôle des prostaglandines dans la physiologie rénale
Les prostaglandines exercent des rôles essentiels dans le fonctionnement rénal, elles
lui permettent notamment de conserver un niveau de filtration glomérulaire adéquat malgré
des variations importantes de pression de perfusion rénale.
Elles sont formées à proximité, voire sur leur site d'action et possèdent peu d’effets
systémiques. La prostaglandine I2 (PGI2), majoritaire dans le cortex rénal, est fabriquée dans
les glomérules, les artérioles et les tubes collecteurs corticaux. La prostaglandine E2 (PGE2),
majoritaire dans la médulla est fabriquée dans les tubes collecteurs et les cellules
interstitielles. Le rôle de ces molécules semble limité dans le contrôle de la perfusion rénale
chez des individus en bonne santé et euvolémiques. Cependant lors d’hypoperfusion, quelle
qu’en soit la cause, leur rôle est indispensable.
Les prostaglandines interviennent dans le contrôle de la filtration glomérulaire, du flux sanguin
médullaire, de la sécrétion de rénine et participent à l’excrétion tubulaire de sodium et d’eau.
Les AINS en inhibant la synthèse de ces molécules, présentent plusieurs effets secondaires. De
plus ils sont dotés d’une toxicité propre envers certains types cellulaires.
51
 Signes cliniques lors de surdosage
Les intoxications sont plus courantes chez le chien et font souvent suite à une ingestion
accidentelle. Chez le chat elles sont plus rares et sont souvent dues à la pratique d’une
automédication erronée de la part du propriétaire.
Les signes cliniques varient en fonction du composé. Cependant abattement, anorexie,
vomissements, hyperthermie, polydipsie et dyspnée font partie du tableau clinique.
Les AINS ont plusieurs effets secondaires rénaux. Ils peuvent provoquer des lésions
fonctionnelles et structurelles (de par leur toxicité propre).
Parmi eux on distingue :
 Une insuffisance rénale aigue
C’est l’affection rénale fonctionnelle la plus souvent rencontrée. L’inhibition de la
synthèse des prostaglandines entraînent une baisse de la pression artérielle glomérulaire
provoquant une libération massive de rénine. Une augmentation de l’angiotensine II fait suite
à l’activation du système rénine-angiotensine-aldostérone. Une vasoconstriction des
artérioles afférentes et efférentes conduisent à une IRA oligurique voir anurique. Cette
insuffisance rénale survient généralement chez des sujets à l’hémodynamique rénale
perturbée.
 Rétention hydrosodée
Les prostaglandines jouent un rôle modulateur sur la réabsorption tubulaire du sodium
et de l’eau. En limitant cette action, les AINS peuvent entrainer l’apparition d’œdèmes sous
cutanés plus fréquemment observés chez le chat que chez les chiens.
 Une nécrose papillaire
Elle est rencontrée surtout lors de surdosage ou de traitements chroniques. La médulla
présente une sensibilité particulière à l’absence de prostaglandines. De plus lors
d’hypoperfusion rénale, rappelons que le sang est majoritairement redistribué vers le cortex
aux dépens de la médulla. La nécrose fait suite à ces deux phénomènes qui concourent à créer
une ischémie de la zone médullaire.
 Une néphrite interstitielle
Elle survient après une utilisation prolongée. L’examen histologique révèle une
infiltration lymphoplasmocytaire avec une composante éosinophilique possible. Cette lésion
résulterait d’une activation de cellules T et des lésions auto-immunes secondaires. Le retour à
une fonction rénale normale est lent et difficile mais reste possible. Chez les carnivores
domestiques, les cas de néphrite tubulo-interstitielle aiguë induits par des AINS et confirmés
par l’analyse histologiques sont rares.
 Une nécrose tubulaire aigue
Elle est la conséquence directe de certains AINS ou de leur métabolites, et apparaissent
lors de surdosage. La conséquence semble moins grave que celle entrainée par la néphrite
interstitielle et un retour à la normale est souvent observé avec un traitement adéquat.
52
Figure 21 : Bilan des effets des AINS sur le rein
53
c. Les anticancéreux : exemple du Cisplatine
Le caractère hautement néphrotoxique du ciplastine constitue le facteur limitant de
son utilisation chez 20 % des patients en médecine humaine. Sa formule est présentée cidessous (Figure 22).
Figure 22 : Formule chimique du cisplatine
Cette toxicité est attribuée à son accumulation au niveau rénal (la molécule est 5 fois plus
concentrée dans le rein par rapport au sang) mais également à son impact sur les systèmes de
transports rénaux.
Après administration intraveineuse, 90 % se lie à des protéines plasmatiques et est distribué
aux tissus.
Les effets apparaissent au niveau du tube contourné proximal et en particulier au niveau du
segment S3 puis une atteinte des glomérules et les tubes contournés distaux sont observées.
Une diminution de 25 % à 35 % de la fonction rénale est observée chez les patients traités avec
une seule dose de ciplastine. Une diminution de 20 % à 40 % de la filtration glomérulaire peut
être observée dix jours après une administration intraveineuse de ciplastine.
Le cisplatine pénètre au niveau des cellules tubulaires par diffusion passive. Le transporteur
de cations organiques (OCT) est lié à son entrée, l’isoforme 2 (OCT 2) prédomine au niveau des
segments S2 et S3. Ce transport est à l’origine d’une accumulation de ciplastine. Il a été montré
que des souris déficientes en ce type de récepteur étaient protégées vis-à-vis de la toxicité
tubulaire du cisplatine (Peres et Dantas Da Cunha, 2013).
Les effets toxiques sont nombreux, chez l’homme on observe : (Godin et Lebourg, 2013 ; Peres
et Dantas Da Cunha, 2013) :
 Des lésions au niveau de l’ADN
Une fois hydratée, la molécule possède un caractère électrophile. Elle va alors se lier de
manière covalente à l’azote des bases puriques et en particulier la guanine. Cette association
à l’origine de composés perturbant le cycle cellulaire et conduisant à la mort cellulaire.
 Une altération des systèmes de transports
Le cisplatine inhibe l’activité des transporteurs présents sur la bordure en brosse. Il interfère
avec l’intégrité du cytosquelette et la polarité cellulaire, ce qui conduit à des perturbations au
niveau des échanges d’ions H+, de potassium, magnésium et calcium. On note une
augmentation de l’excrétion urinaire des différents ions.
54
 Une dysfonction mitochondriale
L’accumulation mitochondriale de cisplatine, perturbe le métabolisme énergétique cellulaire,
augmente la production de réactifs dérivés de l’oxygène tels que les radicaux libres, diminue
l’absorption mitochondriale de calcium, provoque la synthèse de facteurs pré-apoptotiques et
conduit in fine à la mort des cellules tubulaires.
Il est suggéré que la mort cellulaire soit davantage causée par l’accumulation mitochondriale
qu’aux liaisons directes avec l’ADN cellulaire.
Le cisplatine inhibe l’oxydation des acides gras au sein des cellules du tube proximal de rats en
culture. Cependant ces composés sont la principale source d’énergie pour cette partie du
néphron.
 Un stress oxydatif et nitrosatif
Les dommages cellulaires décrits précédemment conduisent à la formation de composés
oxygénés tels que les radicaux libres, les ions oxygénés et des peroxydes. La production
d’oxyde nitrique est également mise en évidence. Des études révèlent, que les effets
cellulaires des composés oxygénés seraient amplifiés par une production élevée d’oxyde
nitrique.
Cependant, plusieurs études expérimentales, ont démontré un effet protecteur rénal des
antioxydants tels que la mélatonine, le sélénium, la vitamine E. Néanmoins, cet effet bénéfique
n’a pas été démontré dans le cadre des chimiothérapies avec le cisplatine.
 Une réponse inflammatoire
Le cisplatine induit l’activation de NF-κB (Nuclear Factor κB), qui promeut la transcription de
gènes spécifiques de l’inflammation et cause l’augmentation de l‘expression de facteur de
nécrose tumorale, le TNF-α. Cette cytokine joue un rôle important dans le processus
inflammatoire.
 Une activation des protéines kinases mitogènes
Ces protéines kinases sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires : prolifération,
différenciation, migration, apoptose et survie. Après injection de cisplatine, il a été mis en
évidence une cascade d’activation cellulaire et moléculaire conduisant à la production de
cytokines telles que l’IL-18 et Il-6 qui favorisent l’infiltration neutrophilique.
 Une activation de voies apoptotiques
Deux voies sont possibles : la voie extrinsèque et la voie intrinsèque. La première faisant
principalement intervenir la mitochondrie et le réticulum endoplasmique. Des récepteurs
appartenant à la famille du TNF prédominent dans la seconde voie. Ces deux voies conduisent
à l’activation de protéases spécifiques : les caspases. Elles responsables de modifications
morphologiques et biochimiques telles qu’une modification de la répartition des
phospholipides membranaires, une diminution de la taille cellulaire, une fragmentation de
l’ADN … .
Morphologiquement on observe une nécrose tubulaire aigue au niveau du segment S3 du tube
proximal associée à une fibrose interstitielle.
Une vision d’ensemble de la néphrotoxicité du cisplatine est présentée sur la figure 23.
55
En 2013, WADEY et al. mettent en évidence les lésions histologiques suite à une injection
unique de cisplatine par voir intrapéritonéale chez des rats aux doses de 0.1 mg/kg, 1 mg/kg
ou 5 mg/kg.
La figure 24 présente les lésions histologiques obtenues. On observe une nécrose des cellules
tubulaire dont la sévérité augmente au cours du temps. Les auteurs rapportent une incidence
semblable à la dose 1 mg/kg mais une sévérité moindre. À cette dose plus faible, ils
n’observent pas de vacuolisation cytoplasmique.
La toxicité du cisplatine est dose dépendante et s’accroit au cours du temps post-exposition.
56
Figure 23 : Schématisation de la toxicité du cisplatine
Cisplatine
Voie Intraveineuse
OCT 1-2
ADN
Nucléaire
Stress
Oxydatif/Nitrosatif
Réponse
Inflammatoire
Accumulation dans
les cellules
tubulaires
ADN
Mitochondrial
IL-6/IL-18
A
P
O
P
T
O
S
E
Activation
MAPK
Transporteurs
Membranaire
s
Toxicité dose dépendante et temps dépendant
Nécrose tubulaire
Proximale
S2-S3
Insuffisance rénale aigüe
57
Figure 24 : Aspect histologique des tubes proximaux de rats après
injection de cisplatine
Cisplatine
2.5mg/kg
Intrapéritonéal
(D’après Wadey et al., 2013 – Coloration Hémalun Eosine)
JO
J5
J8
25 µm
Aspect histologique des tubes proximaux
sains.
Régénération cellulaire
25 µm
Aspect histologique des tubes proximaux
montrant une nécrose tubulaire débutante.
58
J22
25 µm
Signes de nécrose tubulaire marqués.
d. Les Inhibiteurs de l’Enzyme de Conversion de l’Angiotensine : IECA
Ce sont des vasodilatateurs, qui comme leur nom l’indique, ont pour effet d’inhiber
l’enzyme qui convertit l’angiotensine I en angiotensine II. Ils empêchent la stimulation du
système rénine-angiotensine-aldostérone. Les conséquences de l’inhibition de l’enzyme de
conversion sont schématisées sur la figure 25.
L’angiotensine provoque une rétention sodique et hydrique en stimulant la production
d’aldostérone au niveau surrénalien.
L’angiotensine II agit possède deux récepteurs. Le récepteur de type 1 (AT1) est largement
distribué au sein des cellules mésangiales, des cellules épithéliales glomérulaires, des cellules
endothéliales et des cellules musculaires lisses. L’action de l’angiotensine II sur ce récepteur
est à l’origine d’une croissance cellulaire et d’une augmentation de la matrice. Le récepteur de
type 2 (AT2) permet une vasodilatation, une différenciation cellulaire et une apoptose (Fogo,
2001).
L’action pro-fibrotique de l’angiotensine II est due à ses effets hémodynamiques et à son
action inflammatoire. Elle possède la capacité d’induire la synthèse de facteurs de croissance,
d’augmenter le stress oxydant et à modifier le phénotype de cellules cibles. L’angiotensine II
stimule donc la synthèse des protéines de la matrice extracellulaire et inhibe leur dégradation
en stimulant la synthèse de l’inhibiteur- des activateurs du plasminogène qui favorise
l’apparition d’une fibrose rénale (Boffa et al., 2004).
Les IECA limitent l’augmentation de la pression artérielle et la résistance des vaisseaux
périphériques. Principalement indiqués dans le traitement des insuffisances cardiaques, les
principaux représentants sont l’énalapril, le captopril et le bénazépril. Leur élimination est
principalement rénale.
Figure 25 : Conséquences de l’inhibition de l’enzyme de conversion de l’angiotensine
59
Sans être des molécules, à proprement parler, néphrotoxiques, les IECA, en inhibant la
constriction de l’artère rénale efférente, peuvent accentuer les lésions rénales préexistantes
liées à une néphro-angiosclérose.
Cependant, en dehors de certaines situations, leur effet vasodilatateur notamment sur
l’artériole efférente, contribue au maintien d’un taux de filtration glomérulaire correct.
L’effet bénéfique des IECA dans le cadre d’insuffisance rénale, pourrait être dû à l’inhibition
de la différentiation des cellules tubulaires, ce qui réduirait le développement de la fibrose
(Peng et al., 2014).
e. Exemple d’immunosuppresseur : la ciclosporine (Carlos, 2014 ; Groupe Expert
Inserm, 2009)
La ciclosporine est agent immunosuppresseur dont l’utilisation thérapeutique,
débutée au début des années 1980, a permis un essor considérable dans le domaine de la
transplantation d’organes en prévenant le rejet d’allogreffes en médecine humaine. Dans la
pratique vétérinaire cette molécule est utilisée en dermatologie notamment dans la cadre de
la dermatite atopique canine et dans le cadre de certaines maladies auto-immunes.
La ciclosporine A est la forme principale du médicament, il s’agit d’un peptide cyclique de onze
acides aminés. Sa formule est présentée sur la figure 26.
Figure 26 : Formule de la ciclosporine A
Avec le tacrolimus, elle fait partie de la famille dite des inhibiteurs de la calcineurine, subissant
une activation lors de l’interaction entre les lymphocytes T helper et un antigène. En effet ce
60
mécanisme entraine l’augmentation intracellulaire de calcium, entrainant l’activation de la
calcineurine ce qui conduit notamment à une production d’IL-2.
Cependant l’emploi des inhibiteurs de la calcineurine s’accompagne d’une néphrotoxicité
aigue ou fonctionnelle et d’une néphrotoxicité chronique.
La première est dose dépendante et réversible. Elle est associée à des altérations de
l’hémodynamique intra rénale et à une réduction de filtration glomérulaire. Ces mécanismes
se mettent en place précocement.
La toxicité chronique se caractérise par une artériolopathie constituée de dépôts hyalins dits
« en collier de perle », une atrophie tubulaire, une fibrose interstitielle et une
glomérulosclérose.
La figure 27 met en évidence l’augmentation de collagène interstitiel.
Figure 27 : Visualisation de collagène interstitiel après injection de ciclosporine
(Carlos et al., 2014)
(Coloration : Trichrome de Gomori)
Mise en évidence de collagène interstitiel (flèches noires)
A : animaux témoins D : Animaux recevant 21 jours de ciclosporine 15 mg/kg.
La mise en place des lésions de néphrotoxicité est multifactorielle.
Un schéma récapitulatif est présenté figure 28.
61
Figure 28 : Physiopathologie de la néphrotoxicité de la ciclosporine
(Groupe Expert Inserm, 2009)
ET-I: endothéline I; PAI-1: Plasminogen Activator Inhibitor; TGF- β : Transforming Growth factor β
Néphrotoxicité des diurétiques (Collège Universitaire des Enseignants en
Néphrologie, 2014)
Les diurétiques sont des molécules largement utilisées en médecine vétérinaire. Ils
ont tous en commun la propriété d’augmenter l’élimination rénale du sodium et de l’eau.
Cette capacité à négativer la balance hydrosodée fait de ces composés des molécules de
choix des états œdémateux et de l’hypertension artérielle.
On distingue quatre familles présentées succinctement dans le tableau III ci-dessous.
62
Tableau III : Les différents diurétiques en médecine vétérinaire
Classe des
diurétiques
Mode d’action
Principales molécules
Diurétiques
proximaux
-Inhibition de l’anhydrase carbonique
Acétazolamide
-Substances osmotiques
Mannitol
-Inhibition directe de la réabsorption de Na, K et Cl
par compétition avec le site Cl du co-transporteur
Na/Cl dans la branche ascendante de l’anse de
Henlé
Furosémide
Diurétiques de
l’anse
-Excrétion de 20 à 25 % du sodium filtré
Diurétiques
thiazidiques
Diurétiques du
tube collecteur
cortical
-Idem mais action au niveau de la partie proximale
du tube distal
-Composés sulfamidés :
-Excrétion de 5 à 10% du sodium filtré
Hydrochrothiazide
Chlortalidone
-Inhibition directe des canaux sodés
Amiloride
-Antagonisme de l’aldostérone et diminution du
nombre de canaux sodés et de pompes Na/K
Spironolactone
-Excrétion de 1 à 3 % du sodium filtré
L’effet immédiat des diurétiques est une réduction du volume plasmatique ; cette
réduction entraîne une baisse du débit cardiaque qui n’est qu’incomplètement compensée
par une élévation de la résistance périphérique totale. De ce fait l’administration aiguë de
diurétiques a un effet antihypertenseur.
Des mécanismes compensateurs anti-natriurétiques après déplétion sodée comme
l’activation du système rénine-angiotensine-aldostérone et l’activation du système
sympathique se mettent en place. L’angiotensine II, l’aldostérone et la noradrénaline
stimulent la réabsorption tubulaire du sodium.
L’effet de l’administration chronique de diurétiques est plus discuté. La volémie reste
abaissée, moins cependant que lors de l’administration aiguë l’arrêt du traitement
s’accompagne d’une remontée de la volémie.
Les diurétiques entrainent donc une hypovolémie pouvant conduire à un état d’insuffisance
rénale. Cet effet secondaire peut être majoré par l’utilisation concomitante d’un IECA, chez
63
un patient déshydraté. La décision d’une utilisation thérapeutique et la posologie doivent être
raisonnées.
Par ailleurs, l’utilisation de furosémide peut entrainer l’apparition d’une néphrite
interstitielle (Greaves, 2007).
Un tableau récapitulatif des lésions provoquées par les médicaments est présenté ci-dessous
(Tableau IV).
64
Tableau IV : Effets de différentes substances médicamenteuses sur le rein
(D’après Greaves, 2007)
Segment cible
Glomérule
Lésions
Glomérulonéphrite extramembraneuse
Vacuolisation
Agents médicamenteux
D-penicillamine, tipronine, sels
métalliques (or, lithium)
Nécrose par effet direct
Nécrose par ischémie
Doxorubicine, facteurs de croissance
Gentamicine, cisplatine
Dilatation
Cyclosporine, angiotensine
Tubes
proximaux et
distaux
Obstruction intra tubulaire
Vacuolisation
IECA
Méthotrexate
Dextran
Cristaux
Sulfamides, Quinolones
Pigment
Hypertrophie
Hyperplasie
Benzodiazépine
Furosémide
Cisplatine
Cisplatine / Tétraplatine
Tubes
collecteurs
Nécrose par effet directe
Interstitium
Néphrite interstitielle
AINS, Pénicilline, Céphalosporine,
Sulfamides, Trimétoprime,
Aminoglycosides, Tétracyclines,
Diurétiques thiazidiques, Furosémide,
Chlorthalidone, Cimétidine, Ranitidine,
Phénobarbital, Allopurinol,
Interleukine 2
Vascularisation
Modifications vasomotricité
AINS, IECA, Cyclosporine, Cisplatine,
Diurétiques
65
Les plantes et dérivés (Enriquez et Tissier, 2010 c ; Newman, 2012 ; Sebastian, 2007 ;
Végétox)
Dans cette partie nous allons présenter, les principaux végétaux dont la néphrotoxicité
a été rapporté en médecine vétérinaire.
Plantes conduisant à la formation de cristaux d’oxalates
La rhubarbe (Rheum rhaponticum), l’halogeton (Halogeton glomerulatus), le rumex
(Rumex spp.) sont des plantes communes dont la néphrotoxicité est connue. Les espèces les
plus touchées sont les moutons, les bovins et les porcs. Les plantes d’intérieur de la famille
des Aracées : Dieffenbachia sp, Philodendron sp. et Anthurium sp. sont sources d’intoxication
chez les carnivores domestiques. Le dieffenbachia (Figure 29) est particulièrement
néphrotoxique chez le chat.
Les principaux toxiques mis en cause sont l’acide oxalique, les oxalates de sodium et
potassium. Ils complexent le calcium et forment ainsi des cristaux à l’intérieur des reins.
Macroscopiquement les reins présentent des striations blanches. Au microscope des cristaux
sont visibles ainsi que des lésions de nécrose tubulaire.
Figure 29 : Plant de Dieffenbachia
(Source : www.wikimedia.org)
L’amarante (Amaranthus spp.) renferme un agent toxique non connu causant un
œdème périrénal et une néphrose. Macroscopiquement on observe des reins de taille
normale voire de taille légèrement diminuée, pâles et présentant des pétéchies capsulaires.
Histologiquement un œdème rétro-péritonéal au sein du tissu conjonctif périrénal est présent.
L’histologie montre des images compatibles avec une nécrose de l’épithélium tubulaire au sein
des tubules proximaux, un œdème interstitiel, une dilatation des tubules et parfois des cristaux
d’oxalates.
Famille des liliacées
L’ingestion d’une quelconque partie d’une plante (voire l’ingestion de pollen) des
genres Lilium sp et Hemerocallis sp provoque quasi systématiquement chez les carnivores
domestiques des vomissements et peut être à l’origine d’une insuffisance rénale aigue
oligurique voire anurique chez le chat. Dans le cas d’une intoxication au Lis de Pâques (Lilium
66
longiflorum) des lésions histologiques incluant une nécrose tubulaire aigue au niveau du tube
contourné proximal sont observés. Les cellules épithéliales montrent des signes de
dégénérescence et de régénération. La lumière des tubes contient des cylindres protéiques et
des débris cellulaires. L’ultrastructure rénale est modifiée, un gonflement mitochondrial est
observé ainsi qu’un œdème et une lipidose.
Intoxication par la mercuriale
La mercuriale (Mercurialis annua), est une plante commune présente partout en
Europe notamment le long des prés. Sa néphrotoxicité est due à un syndrome hémolytique
grave. Les bovins, ovins et caprins sont concernés mais les bovins sont les plus fréquemment
atteints. L'ensemble de la plante femelle est toxique. Cependant son odeur désagréable et son
âcreté la rendent peu appètente et limitent ainsi son ingestion. La mercuriale annuelle
renfermerait des substances, parmi lesquelles l’hermidine, qui par oxydation donne la
chrysohermidine responsable de la couleur rosée de l’urine en cas d’intoxication. Elle contient
également des composés responsables d’une fragilisation des membranes tels que la
méthylamine, la triméthylamine, des flavonoïdes et des saponosides.
L'action de ces toxiques génère une hémolyse, causant ainsi une anémie souvent importante
puis un syndrome ictérique avec un tableau lésionnel essentiellement hépatique et rénal.
Les signes urinaires apparaissent tardivement lors d’intoxication. Les animaux
présentent une oligurie, voire une anurie et une strangurie. Les urines sont colorées, de rouge
à sombre, voire noirâtres. Une hématurie (vraie ou une hémoglobinurie ou encore une
pseudo-hématurie liée à la chrysohermidine) est fréquemment signalée. Un examen urinaire
révèle une albuminurie importante, signant une atteinte glomérulaire. L'examen
microscopique des urines montre une nette hémoglobinurie, confirmant l'anémie
hémolytique. A l’autopsie on observe une congestion rénale. L’analyse histologique met en
évidence des lésions compatibles avec une glomérulonéphrite.
Intoxication par le chêne
Des cas d’empoisonnement au chêne (Quercus spp) sont rapportés dans de
nombreuses régions du monde. Les tanins et leurs métabolites (acide gallique, tannique et
pyrogallol) obtenus après métabolisation sont responsables de la toxicité. Les intoxications
touchent principalement les bovins et les équidés mais elle peut concerner les chiens après
consommation de glands.
L’autopsie révèle des reins pâles présentant des pétéchies, un œdème péri rénal.
L’examen histologique met en évidence une dégénérescence et une nécrose de l’épithélium
tubulaire accompagnées de signes de régénérescence. Une dilatation des tubules présentant
des érythrocytes, des débris cellulaires et une infiltration neutrophilique.
Intoxication par l’érable rouge (Acer rubrum)
Les équidés sont les plus touchés. Une toxine non identifiée provoque une anémie
hémolytique aigue associée à une méthémoglobinémie et/ou à la présence de corps de Heinz.
Macroscopiquement on observe des reins œdémateux et congestionnés avec une médulla
rouge-noire.
L’aspect microscopique présenté (Figure 30) révèle des lésions diffuses de néphrose tubulaire
pigmentaire, se traduisant par la présence de cylindres d’hémoglobine dans les tubules et dans
l’urine ainsi que par la dégénérescence des cellules épithéliales tubulaires.
67
Figure 30 : Dilatation des tubules chez un cheval après intoxication à l'érable rouge
(Sebastian, 2007)
(Coloration : Hémalun-Eosine, MO x 40)
Intoxication par le raisin
Depuis 1998, des cas d’intoxication faisant suite à l’ingestion de raisins (fruits et/ou
rafle) sont rapportés dans l’espèce canine. En 2001, un communiqué apparaît dans le Journal
of the American Veterinary Medical Association pour avertir la communauté vétérinaire. En
2005, Morrow et al, publient une étude rétrospective sur 10 cas d’intoxication faisant suite à
une ingestion de raisins (6 ont consommé du raisin et 4 une partie de la rafle). La quantité
moyenne à laquelle ont été exposés les chiens est de 21 g/kg.
Les signes cliniques présents chez tous les chiens sont : vomissements quelques heures après
ingestion, anorexie, diarrhée et léthargie. Les douleurs abdominales ne sont pas rapportées
systématiquement. Une augmentation de l’urémie, de la créatinémie et du phosphore a été
mise en évidence corrélée au développement d’une insuffisance rénale aigue. Sept d’entre
eux ont développé une anurie.
La durée moyenne séparant l’ingestion de la mort (naturelle ou euthanasie) est de 169 heures.
 Lésions macroscopiques
La présence de cristaux marron-jaune (Figure 31) au niveau des bassinets a été mise en
évidence chez un Yorkshire Terrier femelle de 5 ans et chez un Shih-Tzu de 1,5 an après
consommation de raisins (Yoon et al., 2010).
68
Figure 31 : Présence de cristaux au sein du bassinet chez un chien
(Yoon et al., 2010)
 Description histologique
Tous les cas présentaient des lésions de dégénérescence et de nécrose au niveau des
tubes rénaux. Ces lésions étaient d’intensité variable mais la plupart présentaient des lésions
de dégénérescence et nécrose au sein des tubules (Figure 32).
La majorité présentait une atteinte préférentielle du tube proximal. Une dégénérescence
diffuse des tubes collecteurs a été observée dans 3 cas tandis qu’une congestion et ou œdème
de la médulla a été mise en évidence dans 7 cas. Les modifications observées au niveau des
membranes basales, des glomérules ont été considérées comme liées à l’âge de l’animal.
Morrow et al. (2005) remarquent également, dans 6 cas sur 10, la présence d’un pigment
intracellulaire, grossièrement globulaire, de couleur jaune marron présent dans la lumière des
tubules et au sein de l’épithélium. L’origine et la nature de ce pigment n’ont pas été élucidées.
69
Figure 32 : Aspect histologique du rein après consommation de rafle
(Morrow et al., 2005)
(Coloration : Hémalun-Eosine, MO, a : x400 ; b : x100)
La figure a présente des modifications minimes. Le tubule distal (flèche fine en bas à gauche)
est d’aspect normal. Le tubule proximal présente des noyaux vésiculés (flèche pointillée) et
une absence de noyaux (tête de flèche) ce qui signe une dégénération.
La figure b présente les modifications histologiques les plus sévères. Une absence
d’épithélium est soulignée par les flèches pleines au sein du tubule proximal.
Le tubule distal (tête de flèche) conserve un épithélium.
En l’état actuel des connaissances, le mécanisme de néphrotoxicité du raisin n’est pas connu.
Des tableaux récapitulatifs de la toxicité de certaines plantes sont présentés ci-dessous
(Tableau V et Tableau VI).
70
Tableau V : Bilan de la toxicité de plantes mises en cause dans des intoxications
Plantes
Rhubarbe, Halogeton, Rumex, Dieffenbachia,
Amaranthe …
Segments atteints
Tubes proximaux et distaux
Lésions
Formations de cristaux d’oxalates
Nécrose tubulaire
Familles des liliacées
Tube proximal
Nécrose tubulaire aigue
Présence de cylindres protéiques à l’intérieur des
tubes proximaux
Mercuriale annuelle
Glomérule
Chêne
Congestion rénale
Glomérulonéphrite
Nécrose
Dilatation des tubes
Erable rouge
Néphrose tubulaire pigmentaire
Tube proximal
Nécrose tubulaire
Cristaux marron-jaune au niveau du bassinet
Pigment intracellulaire au sein de l’épithélium
Raisin
71
Tableau VI : Autres plantes toxiques (Photographies : www.wikimedia.org)
Plantes
Plantes contenant de la vitamine D
Segments atteints
Non précisé
(Cestrum diurnum, Tristeum
flavescens, Solanum malacoxylon)
Eupatoire à feuilles molles
(Eupatorium rugosum)
Lésions observées
Foyers granuleux blancs à la surface
du rein
Minéralisations multiples rénales
Congestion rénale
Dégénérescence et régénérescence
épithéliale tubulaire
Présence de cylindre de myoglobines
Aristoloche
Tubes proximaux, distaux et tissu
Interstitiel
Nécrose et atrophie tubulaire
Fibrose interstitielle médullaire
72
Aspect
Les pesticides : Un exemple d’herbicide et de rodenticide
Dans cette partie les effets du paraquat/diquat et du cholécalciférol vont être
présentés. Le phosphure de zinc entrant dans la composition de certains rodenticides est
connu pour ces effets néphrotoxiques. Pour les détails concernant la néphrotoxicité du zinc,
se reporter au paragraphe correspondant.
Le paraquat et le diquat (Enriquez, Tissier, 2010 a ; Wunnapuk et al., 2013)
Ces deux herbicides sont encore homologués en France pour des usages à caractères
professionnels. Des intoxications sont rapportées chez les espèces de rente ainsi que chez les
carnivores domestiques. Ils agissent de manière compétitive avec certains transporteurs
d’électrons. Leur structure est présentée sur la figure 33. Ils inhibent la réduction du NADP+
en NADPH en captant les électrons à la place du NADP+.
Les symptômes sont d’abord pulmonaires mais les reins sont secondairement touchés et une
néphrite épithéliale se développe.
Histologiquement on observe une dégénérescence des cellules épithéliales tubulaires.
Figure 33 : Structure du diquat et du paraquat
(Source : Enriquez et Tissier, 2010 b)
Le cholécalciférol (Sebastian, 2007)
C’est une forme de vitamine D3 utilisée communément en tant que rodenticide
notamment en milieu urbain. Les carnivores domestiques sont donc particulièrement touchés.
Il n’a pas d’activité biologique en tant que tel mais est métabolisé en deux étapes. Une fois
ingéré il est hydroxylé dans le foie en 25-hydroxycholecalciférol par la 25-hydroxylase, puis il
sert de substrat à une enzyme rénale le 1-α-hydroxylase et devient le 1,25dihydroxycholécalciférol. Ce dernier composé, encore appelé calcitriol est la forme
biologiquement active et augmente l’absorption du calcium et mobilise les réserves osseuse
de calcium et de phosphore.
Des minéralisations calciques se produisent dans les reins et des dépôts sont présents au
niveau de la membrane basale des cellules tubulaires. Ces phénomènes conduisent à une
insuffisance rénale aigue pré-rénale de nature obstructive.
73
Agents divers
Ethylène glycol (Enriquez et Tissier, 2010 b ; Newman, 2012 ; Thrall et Hamer,
2007)
 Sources
La contamination fait suite à l’ingestion d’antigel constitué d’environ 95 % d’éthylène
glycol. Les carnivores domestiques sont de fait les plus touchés mais des intoxications sont
possibles dans d’autres espèces. Les doses létales 50 % sont de 6,6 ml/kg chez le chien et de
1,5 ml/kg chez le chat.
 Pharmacocinétique
Après son ingestion, l’éthylène glycol est rapidement absorbé par le tractus digestif. Il
se distribue dans tout l’organisme et notamment au sein du liquide cérébro-spinal et provoque
en premier lieu une action irritant, un effet narcotique voire dépresseur. Il subit ensuite
d’intenses biotransformations hépatiques. La métabolisation est permise par l’alcool
déshydrogénase et l’aldéhyde déshydrogénase. Résultent de ces mécanismes, des métabolites
toxiques : acides glycolique et glycoxylique, acide oxalique, acide benzoïque… .
Son élimination est effectuée par le rein.
Les premiers symptômes à apparaître sont digestifs. Vomissements et douleur
abdominale se mettent en place entre 30 minutes et 3 heures post-ingestion. Des signes
nerveux, agitation, démarche ataxique se mettent en place peu de temps après les symptômes
digestifs. Si la dose ingérée est forte (> 6 mL/kg), un coma peut survenir précocement et
assombrir le pronostic. Une insuffisance cardiaque aigue d’apparition plus tardive peut
également être observée et se caractérise par une tachycardie, une polypnée, une cyanose
voire un œdème pulmonaire. L’appareil urinaire subit les conséquences de l’ingestion.
Primairement une polyurie se met en place, puis des signes d’insuffisance rénale aigue se
mettent en place. Le pronostic est souvent sombre.
 Impact sur le rein
Suite aux biotransformations hépatiques, 0.3 % à 3 % de l’éthylène glycol ingéré est
éliminé par voie urinaire sous forme d’oxalates qui complexent avec les ions calciques
sanguins. Ces derniers sont filtrés par les glomérules rénaux et suivent la réabsorption de l’eau
et d’autres substances. Cependant ses sels sont relativement insolubles et précipitent
progressivement sous forme de rosettes de cristaux dans la lumière des tubules rénaux
contournés.
Ces dépôts entraînent non seulement un blocage mécanique, une obstruction tubulaire mais
également une nécrose. Si dans la phase aigüe de l’intoxication, la précipitation joue un grand
rôle dans le développement de l’insuffisance rénale, une néphrotoxicité directe est à relier
aussi à la présence de métabolites aldéhydiques et acides de l’éthylène glycol, notamment
l’acide glycolique. L’action toxique de ces métabolites s’adjoint à celle des cristaux et
concourent à renforcer la dégénérescence épithéliale tubulaire.
L’analyse urinaire révèle une protéinurie, une hématurie, une glycosurie, et la présence
de cristaux d’oxalates de calcium et d’hippurate. On observe également des cylindres
74
granuleux formés de muco-protéine de Tamm-Horsfall ainsi que de débris provenant des
cellules épithéliales tubulaires et des leucocytes.
Macroscopiquement, les reins sont de consistance ferme avec une ligne pâle au niveau de la
jonction cortico-médullaire.
L’analyse microscopique présente des images compatibles avec une fibrose interstitielle (dans
les cas où l’animal survit) ainsi qu’une nécrose tubulaire. La présence de cristaux biréfringents
(Figure 34), en lumière polarisée, au sein des tubules est pathognomonique de l’intoxication à
l’éthylène glycol chez les carnivores domestiques. Des atrophies glomérulaires sont possibles.
Figure 34 : Cristaux biréfringents d'éthylène glycol observés en lumière polarisée
(Sebastian, 2007)
(MO x 40)
Un schéma récapitulatif du mode d’action toxique de l’éthylène glycol est présenté sur la figure
35 ci-dessous.
75
Figure 35 : Mode d'action de l'éthylène glycol
76
b. Venin de serpent (Sebastian, 2007)
 Sources
On dénombre environ 400 espèces de serpents venimeux parmi 3500 espèces
répertoriées dans le monde. La sous famille des crotales produit un venin hautement
nécrotique. L’espèce canine est la plus touchée par les morsures.
À l’endroit de la morsure, on observe une hémorragie et un œdème provoqués par le
caractère nécrotique et hémolytique des toxiques. Une hémorragie systémique, un état de
coagulation intravasculaire disséminée et un choc peuvent survenir et conduire à la mort de
l’individu mordu.
 Impact sur le rein
La voie urinaire constitue la principale voie d’élimination des toxiques. Ils induisent des
lésions de nécrose tubulaire et glomérulaire. Des glomérulonéphrites mésangio-prolifératives
sont observées chez les individus atteints.
Conclusion de la première partie
La néphrotoxicité s’exprime au travers d’un nombre réduit de lésions. Les lésions
inflammatoires donnent rarement suite à une résolution, et aboutissent à une fibrose
chronique prédisposant au développement d’un état d’insuffisance rénale chronique
lorsqu’une perte de plus de 60 % de la fonctionnalité des reins est observée.
Les phénomènes aigus, de type nécrose tubulaire aigue ou processus ischémiques entraînent
la plupart du temps, des dégénérescences cellulaires. Une insuffisance aigue peut alors se
développer, la résolution clinique et lésionnelle est courante. Un schéma récapitulatif est
proposé figure 36.
Nous avons mis en évidence au cours de cette première partie, l’abondance et la
diversité des molécules susceptibles d’être délétères pour les reins. Parmi les substances
médicamenteuses, beaucoup possèdent un pouvoir néphrotoxique. C’est pourquoi, il est
fondamental d’avoir à disposition des marqueurs biologiques permettant d’investiguer
précocement cette toxicité.
La partie suivante est consacrée à la présentation des biomarqueurs d’atteinte rénale.
Dans un premier temps nous nous intéresserons, aux molécules dont l’utilisation est validée
pour les essais pré-cliniques voire cliniques, puis d’autres marqueurs prometteurs dans ce
domaine seront présentés.
77
Figure 36 : Cartographie des modes d'action des substances néphrotoxique
78
II.
Les biomarqueurs d’atteinte rénale
A. Précision sur les méthodes de mise en évidence des nouveaux biomarqueurs
En 1998, le National Institutes of Health, définit un biomarqueur comme un paramètre
biologique dont la mesure objective sert à évaluer un processus physiologique normal, un
processus pathologique ou la réponse d’un organisme à une intervention pharmacologique.
Dans le domaine de l’évaluation rénale, les biomarqueurs peuvent être classés en différentes
catégories. On distingue les marqueurs diagnostiques, permettant d’identifier une maladie,
les marqueurs pronostiques qui apprécient l’évolution de la maladie et les marqueurs
thérapeutiques dont la valeur prédictive évalue la réponse à un traitement. On retrouve parmi
ces marqueurs, des protéines, des lipides, des profils génomiques ou protéomiques, des
signaux électriques ainsi que des cellules présentes dans les urines (Fuchs et Hewitt, 2011).
Un marqueur rénal idéal doit posséder les caractéristiques suivantes : (De Loor et al.,
2013 ; Guffroy, 2011)
- Facilement accessible :
Le marqueur est présent dans une substance biologique accessible. Le sang et les
urines sont deux fluides utilisés pour mesurer les biomarqueurs de l’insuffisance rénale.
L’urine se recueille facilement, de manière non invasive.
- Sensible :
C’est l’aptitude d’un test à fournir une réponse positive chez un individu présentant la
pathologie ou la condition recherchée. Cette caractéristique permet une détection plus
précoce de certaines lésions structurales ou fonctionnelles.
-Spécifique :
C’est l’aptitude d’un test à fournir une réponse négative chez un individu sain. Un
paramètre est spécifique d’une atteinte rénale quand il permet de diagnostiquer de manière
pathognomonique une néphropathie sans être influencée par des composantes extra-rénales.
-Corrélé à la gravité de la maladie :
Une relation de linéarité entre la concentration en biomarqueurs et la gravité de
l’affection est préférable.
-Etiopathogénique :
Il est souhaitable que le marqueur permette le diagnostic étiologique de l’affection
rénale. La possibilité de localiser les segments atteints revêt une importance particulière.
-Mécanistique :
La compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires liés au marqueur est
importante pour une utilité clinique optimale.
79
-Translationnel :
C’est la capacité d’un marqueur à être utilisé à la fois dans des études pré-cliniques et
en clinique.
-Méthode de dosage robuste :
Le dosage doit idéalement être rapide, fiable, et avoir un coût raisonnable. Il est
également préférable que le biomarqueur ne nécessite pas des conditions de prélèvement et
de conservation trop contraignantes.
En résumé, un marqueur d’atteinte rénale doit permettre de diagnostiquer
précocement le dysfonctionnement, de distinguer une insuffisance aigue d’un processus
chronique, de localiser au sein du néphron la zone endommagée.
Il doit également être spécifique d’une atteinte rénale et ne pas être influencé par une atteinte
d’autres organes, permettre de grader la sévérité des lésions et enfin son utilisation doit être
peu couteuse et simple.
Cependant, les marqueurs traditionnellement utilisés comme l’urée et la créatinine sont loin
de satisfaire toutes ces caractéristiques. En effet comme précisé ci-dessous (Figure 37), ces
marqueurs conventionnels, sont tardifs.
Figure 37 : Intérêt des nouveaux biomarqueurs
(Fuchs et Hewitt, 2011)
Rappelons en effet, que la production d’urée est inconstante et sous influence de
facteurs extrarénaux comme la consommation protéique, la présence de saignements digestifs
par exemple. De plus 40 à 50 % de la quantité filtrée au niveau du glomérule est réabsorbée
au sein des tubules.
Le dosage sérique de la créatinine reste la référence ou gold standard en matière de
diagnostic d’insuffisance rénale aigue. Cependant, les valeurs sont sous l’influence de l’âge, du
sexe, de la masse musculaire de l’individu, de la prise médicamenteuse et de l’intensité de
l’activité physique. La clairance de la créatinine permet d’estimer le débit de filtration
glomérulaire qui reste le meilleur marqueur global de la fonction rénale. Toutefois, un
pourcentage non négligeable de la créatinine est sécrété au niveau tubulaire, ce qui en cas de
diminution du taux de filtration glomérulaire, conduit à des erreurs d’estimation du débit de
80
filtration. Ces erreurs peuvent atteindre 30 % dans des situations d’insuffisances rénales
sévères par surestimation liée à la sécrétion tubulaire de créatinine.
De plus, les valeurs de créatinine augmentent lorsqu’une diminution de 50 % du taux de
filtration glomérulaire est atteinte, cette perte survenant près de 24 heures avant
l’augmentation détectable du taux de créatinine sanguine.
Toutes ces raisons expliquent pourquoi, la recherche de nouveaux biomarqueurs
d’atteinte rénale s’est accentuée au cours de la dernière décennie. Leur découverte et leur
utilisation s’avère précieuse au cours des études toxicologiques pré-cliniques (De Loor et al.,
2013).
Plusieurs approches sont employées pour mettre en évidence de nouveaux
biomarqueurs potentiels.
La première est basée sur la pathophysiologie des maladies et sur le fait qu’en présence
de structures rénales endommagées, de nombreuses protéines vont se retrouver
anormalement dans l’urine. En effet, la filtration glomérulaire ne permet pas le passage de
protéines de plus de 69 kDa. La charge des protéines est un facteur à prendre également en
compte. Les protéines chargées positivement passent la barrière glomérulaire plus facilement
que celles chargées négativement. Un changement structurel de cette barrière va influencer
la perméabilité sélective et des substances vont se retrouver dans l’urine. De plus, des
protéines de bas poids moléculaire normalement filtrées et réabsorbées au niveau tubulaire
seront présentes dans l’urine en cas de défaillance des cellules tubulaires. En résumé, les
protéines présentes dans l’urine consécutivement à des dysfonctionnements glomérulaire ou
tubulaire peuvent être des potentiels biomarqueurs (Figure 38 ci-dessous).
La seconde approche est basée sur une évaluation protéomique dans le but d’avoir une
vision globale et la plus exhaustive possible de tous les peptides et protéines présents dans
l’urine. Il est considéré qu’environ 70 % du protéome urinaire est d’origine rénale chez les
patients sains (Kim et al., 2011). La spectrométrie de masse est utilisée pour découvrir de
nouvelles substances dans le but de promouvoir la mise en évidence de marqueurs potentiels.
Cette technique est répandue en médecine humaine, moins en médecine vétérinaire.
81
Figure 38 : Représentation schématique des processus de filtration-réabsorption
(De Loor et al., 2013)
Représentation schématique des processus de filtration-réabsorption des protéines plasmatiques en fonction de leur poids moléculaire,
dans les conditions physiologiques (A), en cas de dysfonctionnement glomérulaire (B) et en cas de lésion tubulaire (C).
ALB: Albumine
LMW: Low Molecule Weight
HMW : High Molecule Weight
82
La troisième et dernière approche est basée sur la métabolomique (De Loor et al.,
2013 ; Zhao et Lin, 2014). Ce domaine de recherche développé à partir des années 2000 en
pleine expansion, repose sur des mesures quantitatives exhaustives et non sélectives de tous
les métabolites d’un système biologique. Dans cette approche, sont évaluées des molécules
de faible poids moléculaire comme les acides aminés, les sucres, les lipides, des nucléotides,
des acides organiques, des peptides de petites tailles et des xénobiotiques.
Le processus de validation des biomarqueurs par les autorités de santé, est constitué
de nombreuses étapes. Face à la complexité de ces procédés, un consortium a été créé
(Ennulat et Adler, 2015). Le PSTC est un partenariat crée en 2006 entre des sociétés publiques
et privées dirigé par le Critical Path Institute (CPI). Il rassemble des laboratoires
pharmaceutiques et des autorités gouvernementales notamment la Food and Drug
Administration (FDA) et son homologue européen l’European Medicines Agency (EMEA). Ce
consortium intervient dans les phases de validation des nouveaux biomarqueurs (Gimié,
2010).
En 2010, le groupe de travail sur la néphrotoxicité du Predicitive Safety Testing
Consortium (PSTC) a sélectionné 23 biomarqueurs potentiels. La performance de chacun
d’entre eux a été évaluée à l’aide de modèles murins de néphrotoxicité chimiquement induite.
Sept d’entre eux ont été par la suite proposés pour une qualification en tant que biomarqueurs
de néphrotoxicité pour les études pré-cliniques aux autorités de santé européennes et
américaines. L’albumine, la β2-microglobuline, les protéines totales, la cystatine C, la kidney
injury molecule-1 (KIM-1), la clusterine et le Trefoil-Factor 3 (TFF3) sont dorénavant considérés
comme des marqueurs valides.
Concomitamment, le groupe de travail sur la néphrotoxicité de l’International Life Sciences
Institute a démontré que le Renal Papillary Antigen 1 était un biomarqueur spécifique des
tubes collecteurs (Xie et al., 2013).
Ces huit biomarqueurs sont présentés ci-dessous.
B. Les biomarqueurs validés
Les biomarqueurs d’atteinte glomérulaire associée ou non à une atteinte tubulaire
a. Protéines Totales urinaires
La protéinurie est un marqueur largement utilisé en médecine humaine et vétérinaire pour
investiguer la fonction rénale.
Quelle que soit l’espèce étudiée, la protéinurie est un marqueur d’une lésion affectant
l’appareil glomérulaire et ou tubulaire. En effet une protéinurie reflète un défaut de filtration
et ou un défaut de réabsorption protéique au sein des tubules. Soulignons qu’en 2013, le taux
protéique urinaire est un marqueur qualifié chez le rat uniquement pour les lésions
glomérulaires. Cependant, il peut être intéressant en clinique d’effectuer un ratio protéique
(protéines de haut poids/protéines de faible poids), afin de localiser l’atteinte et de discriminer
une atteinte glomérulaire d’une atteinte tubulaire (Xie et al., 2013).
83
b. La cystatine C sérique et urinaire
La cystatine C est une protéine non glycosylée de bas poids moléculaire (13 kDa)
appartenant à la famille des inhibiteurs de protéinases à cystéines. Elle est produite par toutes
les cellules nucléées et possède un rôle majeur dans les processus fondamentaux tels que le
catabolisme intracellulaire des peptides et des protéines, la résorption osseuse ostéoclastique
et la dégradation du collagène.
En raison de son faible poids moléculaire et de l’absence de transporteur, elle est filtrée
librement à travers le glomérule et subit une réabsorption quasi complète suivie d’une
catabolisation au sein des tubules sans excrétion active. Il est donc normal de détecter des
quantités réduites de cystatine C dans les urines d’un individu sain.
En médecine humaine, des facteurs extra-rénaux influencent où sont suspects d’influencer sa
concentration sérique. Chez l’homme, la fonction thyroïdienne et une corticothérapie sont
reconnus comme facteurs influençant sa production. De plus, des études en médecine
humaine suggèrent que la concentration sérique est augmentée par le développement de
processus néoplasiques comme les mélanomes ou les cancers colorectaux. En médecine
vétérinaire, il a été constaté que la production n’était pas soumise à l’influence de facteurs
inflammatoires ou néoplasiques (Conti et al., 2006).
Les dosages de cystatine peuvent être sériques ou urinaires (De Loor et al., 2013 ; Ghys
et al., 2014). Le dosage urinaire de cystatine C a été qualifié comme biomarqueurs des
atteintes glomérulaires et ou tubulaires au stade de l’expérimentation pré-clinique.
En 2012, Monti et al. mettent en évidence que la concentration en cystatine urinaire
et le ratio cystatine urinaire/créatinine permet de discerner des chiens avec ou sans atteintes
rénales. L’utilisation de ce ratio pourrait être considéré comme complémentaire pour explorer
la fonction tubulaire plutôt que la fonction glomérulaire. Cette hypothèse est émise d’après
les observations de Conti et al. (2006) qui ont montré que ce ratio permettait de distinguer les
affections tubulaires au sein d’individus atteints de pathologies purement tubulaires ou
mixtes. De plus, des études ont été publiées quant à l’utilisation du dosage de cystatine C en
clinique. Cependant, la validation ce marqueur pour une utilisation clinique n’est pas encore
obtenue.
En médecine humaine, plusieurs études cliniques suggèrent que chez des patients
atteints d’une insuffisance rénale aigue, une évaluation de la valeur sérique en cystatine C est
plus sensible qu’une élévation de créatinine sérique. Une augmentation de la valeur sérique
précède d’un ou deux jours l’augmentation de créatinine chez des patients développant une
insuffisance rénale aigue (Herget-Rosenthal et al., 2004).
Suite à ces études cliniques, des études précliniques ont été conduites chez des rats. En 2010,
Ozer et al, démontrent que l’utilisation de la concentration sérique en cystatine C était plus
performante que les marqueurs conventionnels (créatinine, urée) pour la détection de lésions
rénales chez des rats soumis à de nombreux toxiques. Cependant, des études contradictoires
existent et les données encourageantes quant à ce dosage, ne font pas l’unanimité de la
communauté scientifique.
La cystatine C à potentiellement les caractéristiques pour devenir un marqueur
utilisable en médecine vétérinaire. Pour évaluer si la cystatine est un meilleur marqueur
biologique que la créatinine, il faut identifier les facteurs influençant la concentration sérique
84
en cystatine C qui pourraient à l’instar de chez l’homme, engendrer des erreurs
d’appréciations.
c. La β2-microglobuline
La β2-microglobuline est présente à la surface de cellules nucléées et représente la chaine
légère des molécules CHM de classe I. C’est une protéine de faible poids moléculaire (11.8
kDa) filtrée et réabsorbée au niveau tubulaire à hauteur de 99 % où elle est ensuite
catabolisée. Il est normal de trouver une faible quantité de cette protéine dans les urines.
Environ 0.1 % de la dose filtrée est normalement excrétée via les urines, ce qui correspond au
maximum à 0.2 mg/L chez l’homme. Elle est utilisée depuis plusieurs dizaines d’années en
médecine humaine pour évaluer la fonction rénale. L’inconvénient majeur est son instabilité
dans l’urine à température ambiante, en particulier lorsque le pH est inférieur à 5.5. Une
déficience de la réabsorption tubulaire peut conduire à une augmentation de la concentration
urinaire en β2-microglobuline. Cependant, il a été observé qu’une élévation de la
concentration peut résulter d’une altération de la filtration glomérulaire. En effet, en cas de
déficience de filtration, la fuite excessive de protéines entraine, par un système de
compétition, la diminution de la réabsorption de β2-microglobuline ce qui provoque
l’augmentation de l’excrétion urinaire (Adiyanti et Loho, 2012 ; De Loor et al., 2013 ; Xie et al.,
2013).
Elle a été qualifiée chez le rat par le PSTC comme marqueur d’atteinte glomérulaire en
2010. Cependant, la même année, des études contradictoires ont montré qu’il n’y avait pas
d’augmentation de la concentration en présence de lésions glomérulaires réduites induites
par la puromycine (Xie et al., 2013). Une élévation plus tardive a été mise en évidence suite à
des injections de cisplatine. Les auteurs ont donc conclu que l’utilisation de ce marqueur était
d’un intérêt limité pour la détection précoce des lésions mixtes glomérulaires et tubulaires.
En médecine humaine, ce marqueur est sensible lors d’atteinte tubulaire et c’est un
indicateur reconnu d’exposition au cadmium et au mercure.
Dans une étude de 2013, publiée dans la Korean Journal Interne Medecine, Shin et al, montrent
d’une part une corrélation significative entre les valeurs de β2-microglobuline urinaire et les
valeurs de créatinine sérique. D’autre part, ils mettent également une corrélation entre les
valeurs de β2-microglobuline urinaire et le ratio créatinine protéine urinaire chez des patients
atteints de néphropathie à IgA. Cette maladie est la première cause de glomérulonéphrite
primaire à travers le monde. La mesure urinaire de β2-microglobuline apparait dans cette
étude comme un marqueur additionnel pronostic chez les patients.
En médecine vétérinaire ce marqueur est validé pour une utilisation pré-clinique. Il est
considéré comme sensible lors d’une atteinte glomérulaire accompagnée ou non d’une
atteinte tubulaire. Contrairement à la médecine humaine, il n’est pas validé pour des atteintes
uniquement tubulaires.
85
Les biomarqueurs d’atteinte tubulaire proximale
L’albumine (Christensen, 2008)
L’albumine est une protéine plasmatique synthétisée par le foie. Elle est responsable
de 70 à 80 % de la pression oncotique plasmatique. En raison de son caractère anionique et
de son poids moléculaire (65 kDa), sa filtration glomérulaire est très réduite. De plus, en
situation physiologique normale, la majeure partie (99 %) de la quantité filtrée est réabsorbée
au niveau des tubes proximaux par l’intermédiaire de deux récepteurs : la mégaline et la
cubiline.
L’albumine est la protéine urinaire la plus étudiée en médecine humaine. Son utilité
clinique comme marqueur diagnostique et pronostique dans des contextes variés
d’insuffisance rénale aigue et chronique a été démontrée. Cependant, la mesure de
l’albuminurie manque de spécificité et son interprétation est délicate, elle peut notamment
être utilisée comme marqueur de risque cardiovasculaire.
Dans des études chez le rat, les mesures d’albuminurie ont été considérées comme
fiables en tant qu’indicateur des lésions rénales tubulaires. Ces mesures ont été comparées à
la clusterine et la Glutathion-S-Transférase (GST) dans le cadre d’études de néphropathie
chimiquement induite par le cisplatine.
L’albumine est un marqueur des lésions tubulaires proximales lors d’études chez le rat, la
performance de ce marqueur dépassant celle de l’urée et de la créatinine. Cependant,
l’albuminurie peut être une conséquence de nombreux phénomènes pathophysiologique
comme l’exercice physique, la fièvre, la déshydratation, le diabète ou l’hypertension. De plus,
sa présence peut être liée à une inhibition de la réabsoprtion tubulaire sans qu’il ne soit mis
en évidence de lésions. Ces phénomènes limitent l’utilisation de l’albumine comme
biomarqueurs des lésions tubulaires.
b. Kim-1
Kidney Injury Molecule-1 ou Kim-1 est une glycoprotéine transmembranaire de 104
kDa possédant un domaine extracellulaire comprenant un domaine immunoglobuline-like et
un domaine mucine. La région extracellulaire peut être clivée par une métalloprotéinase ce
qui libère dans les urines un fragment soluble de 90 kDa. Les localisations extra-rénales de
cette molécule sont apparemment peu nombreuses et sa présence n’est rapportée que dans
les lymphocytes et la cochlée. Son expression est localisée aux tubes proximaux. Elle est
absente au niveau glomérulaire et interstitiel (Huo et al., 2010).
De ce fait, elle est considérée comme une protéine quasi exclusivement rénale dont
l’expression, très faible dans des reins sains, subit une induction rapide et importante suite à
des lésions toxiques ou ischémiques aussi bien chez les rats que chez l’Homme. Ainsi, une
augmentation variant de trois à cent fois la valeur basale est possible. Initialement, elle a été
identifiée chez le rat dans un modèle d’insuffisance rénale aigue ischémique puis a fait l’objet
de nombreuses études aussi bien chez l’homme que chez l’animal au cours des quinze
dernières années. De plus Kim-1 est détectée dans les urines dans de nombreux modèles de
toxicité. Cette augmentation, traduisant une augmentation de l’expression de la protéine et
des lésions histologiques s’opère alors que d’autres marqueurs sanguins (urée et créatinine)
ou urinaires utilisés en routine ne présentent encore pas de variation (Xie et al., 2013 ; Guffroy,
2011).
Dans leur étude, Han et al. (2002) ont mis en évidence une augmentation de la concentration
urinaire en Kim-1, douze heures seulement après les lésions ischémiques. Chez les rats adultes,
86
une augmentation de la l’expression est mise en évidence, notamment au sein du segment S3
qui s’avère particulièrement sensible à l’ischémie (Han et al., 2002).
Kim-1 est donc considéré comme un marqueur sensible et spécifique pour détecter
précocement des lésions tubulaires proximales
Dans une étude de 2014, Bland et al. caractérisent cette molécule dans l’espèce féline.
Premièrement, ils mettent en évidence, consécutivement à une amplification de l’ADN, une
structure similaire à celle déjà observée chez les humains, les rats, les souris et au sein de
l’espèce canine. Les chats à l’instar des chiens semblent posséder 3 isoformes de la protéine,
les souris en possèdent 2. Une seule est présente chez les humains et les rats. Le rôle de ces
différentes isoformes est aujourd’hui encore à élucider. Cependant, comme précisé
antérieurement, les lymphocytes sont également pourvus de cette molécule et peuvent être
présents au sein du rein. Il n’est donc pas impossible que les différentes isoformes soient en
fait spécifiques d’un tissu et qu’elles possèdent une fonction commune.
Des analyses immunohistochimiques à l’aide d’anticorps anti-Kim-1 humain couplés à
une protéine d’immunomarquage sont réalisées dans du tissus rénal chez un chat ayant subi
une hypoperfusion. Les résultats sont présentés ci-dessous (Figure 39). On observe une
coloration au niveau des tubes proximaux, ce qui signe la présence de Kim-1 dans cette partie
du néphron.
En revanche la figure 40 présente les analyses effectuées sur un rein atteint de
glomérulonéphrite et de néphrite interstitielle chronique. Aucune coloration n’est révélée.
Figure 39 : Marquage de Kim-1 dans un rein hypoperfusé de chat
(Bland et al., 2014)
(Coloration : Immunohistochimie)
(MO - A : x 12.5)
87
Figure 40 : Marquage de Kim-1 dans du tissu rénal d'un chat atteint de
glomérulonéphrite et de néphrite interstitielle
(Bland et al., 2014)
(Microscope optique)
Ces marquages permettent de renforcer le fait que l’expression de KIM-1 est très faible
voire nulle au sein d’un rein sain, et que son induction est observée lors de lésions tubulaires
proximales.
La protéine a également été mise en évidence dans l’urine chez une partie des patients
présentant des symptômes compatibles avec une insuffisance rénale aigue. Cependant, des
animaux en conditions d’hypoperfusion ne présentaient pas de protéine dans leur urine. Les
auteurs pensent qu’une destruction très rapide des cellules tubulaires peut expliquer
l’absence d’induction de la protéine par ces mêmes cellules (Bland et al., 2014).
Chez les rats, KIM-1 est un marqueur plus sensible que la créatinine et l’urée dans des
conditions d’insuffisance rénale aigue. En médecine humaine ce biomarqueur est également
reconnu comme plus performant dans le même contexte. À ce jour, très peu d’études
s’intéressent à cette protéine chez les carnivores domestiques mais cette étude semble faire
de KIM-1 un biomarqueur prometteur en médecine des carnivores domestiques (Khan et al.,
2010).
Par ailleurs, les performances de Kim-1 ont fait l’objet d’évaluation en médecine humaine dans
la détection précoce d’insuffisance rénale aigue. Cette protéine est soumise à plusieurs
facteurs de variations comme l’âge ou le mode de vie et le temps écoulé entre le prélèvement
et l’analyse sont les principales sources d’hétérogénéité des résultats. Toutefois cette protéine
permet une discrimination satisfaisante des patients à risques, notamment ceux ayant subi
une chirurgie cardiaque avec la pose d’un bypass cardiopulmonaire. Cependant un usage en
88
clinique nécessite davantage d’études afin de valider la sensibilité et la spécificité de ce
biomarqueur (Shao et al., 2014).
Par ailleurs, Huo et al. (2010) ont mis en évidence l’expression de Kim-1 dans le cadre
de maladie rénale chronique, suggérant ainsi un rôle de cette protéine dans les processus
fibrotique. L’expression de Kim-1 serait alors corrélée avec l’expression d’ostéopontine et d’αSmooth Muscle Actin 2, deux marqueurs de lésions tubulo-interstitielles. Kim-1 pourrait jouer
un rôle dans le développement d’une fibrose interstitielle.
c. Clusterine
La clusterine est une glycoprotéine d’environ 80 kDa composée de deux sous-unités,
exprimée au sein de l’épithélium de plusieurs organes. Elle intervient dans la protection des
cellules face au stress, dans le transport des lipides, promeut l’agrégation cellulaire et la
maturation du sperme. Elle possède également un rôle anti-apoptotique et de protection
cellulaire lors de maladies rénales.
Cependant, dans le rein mature et fonctionnel, les ARNm et la protéine correspondante ne
sont pas détectables mais une surexpression est notable lors de diverses pathologies rénales.
Il a été mis en évidence une augmentation de la concentration urinaire de clusterine
précocement aux lésions histopathologiques lors d’atteintes des tubes proximaux chez le rat
(Kim et Moon, 2012).
Une augmentation de l’expression de la clusterine est également rapportée dans des cas
d’obstruction urétéral (Jung et al., 2012).
De plus, l’augmentation urinaire précède également l’élévation sérique de créatinine chez des
rats recevant de la gentamicine. Cette molécule est un biomarqueur validé pour évaluer les
lésions tubulaires chimiquement induites. Cependant, certaines études amènent à considérer
la clusterine comme un marqueur d’atteinte rénale sans localisation spécifique particulière
(Xie et al., 2013 ; Guffroy, 2011).
Dans une étude de 2014, García-Martinez et al. utilisent la leishmaniose comme
modèle, sachant que la prévalence de maladie rénale chronique est comprise entre 49.5 % et
82 % chez des chiens atteints. En effet, la leishmaniose affecte primairement les glomérules.
On observe ensuite une atteinte tubulaire due à des dépôts immuns complexes
secondairement à l’inflammation et également par une diminution de la perfusion capillaire
conduisant à des lésions interstitielles et tubulaires. Il apparait dans cette étude que les
concentrations urinaires de clusterine permettent de distinguer les animaux sains des animaux
atteints, classés selon le stade IRIS (International Renal Interest Society). Une évaluation du
ratio urinaire clusterine/créatinine et une comparaison avec le ratio urinaire
protéine/créatinine montre une corrélation significative entre ces deux ratios avec une
sensibilité plus élevée pour le premier. Les auteurs présentent donc ce ratio comme
prometteur pour la mise en évidence précoce de processus conduisant à la chronicité chez le
chien.
89
d. Le Trefoil Factor ou TFF 3
Le Trefoil Factor 3 est étudié depuis peu de temps comparativement aux autres
marqueurs ayant reçu une qualification. C’est une hormone peptidique de petite taille
produite par les cellules épithéliales au sein de nombreux tissus (tractus digestif, pancréas,
cerveau, rein) et par les cellules productrices de mucus. TFF3 joue un rôle essentiel dans le
maintien et le renouvellement du mucus. Chez le rat, au niveau rénal, cette hormone s’exprime
particulièrement au niveau de la zone externe de la médullaire externe, région riche en parties
droites des tubes proximaux. Contrairement aux autres marqueurs qualifiés dont on observe
une augmentation en cas de lésions rénales, l’excrétion urinaire de TFF3 diminue lors
d’atteinte tubulaire proximale (Xie et al., 2013 ; Guffroy, 2011 ; Yu et al., 2010).
En 2013, Du et al. évaluent la concentration sérique en TFF3 chez 1500 patients
humains classés en 30 groupes atteints de pathologies diverses. Ils observent une différence
significative entre les valeurs obtenues chez des patients insuffisants rénaux chroniques et les
valeurs des patients atteints d’autres pathologies. De plus, il apparait que les valeurs de la
concentration sérique en TFF3 sont d’autant plus importantes que l’insuffisance rénale
chronique est d’un stade avancé. Cependant, peu d’échantillons ont été analysés
histologiquement, ce qui ne permet pas aux auteurs d’établir une conclusion quant à une
probable corrélation entre la valeur de TFF3 et le degré d’évolution de l’insuffisance rénale
chronique. Cette étude met en évidence une augmentation des concentrations plasmatiques
et urinaires de TFF3 en présence de différentes formes d’insuffisance rénale chronique chez
l’Homme.
e. RPA-1 : biomarqueur d’atteinte des tubes collecteurs
La nécrose papillaire rénale est causée par de nombreux médicaments, notamment les
anti-inflammatoires non stéroïdiens. La Renal-Papillary-Antigen 1 (RPA-1) est une
glycoprotéine membranaire spécifique des tubes collecteurs du rat, récemment qualifié
comme marqueur spécifique de cette région (Ennulat et Adler, 2015).
Cependant, des positivités à certaines immunoréactions ont été mises en évidence
dans le sperme, mais plusieurs études comparant les valeurs de RPA-1 chez des femelles et
chez mâles n’ont pas montré de différences significatives, ce qui confirme que le rein est la
source principal de cet antigène. Après une injection d’acide N-phénylanthranilique, il a été
démontré une augmentation de RPA-1 urinaire précocement par rapport à la créatinine, l’urée,
et les protéines totales (Price et al., 2010 ; Xie et al., 2013).
En 2010, dans une étude visant à caractériser ce biomarqueur Price et al obtiennent
une augmentation de RPA-1 urinaire après injection d’acide N-phénylanthranilique et de 2bromoéthanamine chez des rats. Des valeurs élevées sont obtenues chez des animaux ne
présentant pas de nécrose papillaire rénale mais dont les analyses histologiques présentent
une augmentation de la matrice interstitielle et une hypertrophie des tubes collecteurs
pouvaient conduire ultérieurement à une nécrose. Le RPA-1 est le seul biomarqueur spécifique
de cette partie du néphron donc ces performances ne peuvent pas être comparées à d’autres
marqueurs. Cependant, aucune augmentation de RPA-1 n’a été mise en évidence dans des
modèles de néphrotoxicité utilisant des molécules spécifiques du tubule proximal comme le
cisplatine ou du tubule distal comme la cyclosporine, sauf lorsque les doses de toxiques sont
telles qu’elles affectent concomitamment plusieurs zones du néphron.
90
En conclusion, il apparait que ce biomarqueur urinaire précède les lésions
histopathologiques de nécrose papillaire à un moment où les lésions sont potentiellement
réversibles (Khan et al., 2010).
La validation de ce marqueur est une avancée majeure, car c’est à ce jour, le seul
spécifique des tubes collecteurs. Il n’y a pas d’équivalent en médecine humaine, bien que des
anticorps spécifiques des tubes collecteurs ont été mis en évidence et qu’ils constituent des
potentiels biomarqueurs spécifiques.
Les tableaux VII et VIII ainsi que la figure 41, présentent un récapitulatif des différents
biomarqueurs validés.
Le tableau IX, précise les conditions de validation de ces biomarqueurs et indiquent les
situations pour lesquelles, leur performance dépasse celles de l’urée et de la créatinine.
91
Tableau VII : Tableau récapitulatif des biomarqueurs validés
Biomarqueur
Albumine
Origine
-Protéine plasmatique
synthétisée
essentiellement par les
hépatocytes.
-Filtration glomérulaire
limitée et réabsorption
tubulaire proximale
Interprétation
Atteinte tubulaire
proximale
Nature du dosage
Urine
β2-microglobuline
-Protéine présente à la
surface des cellules
nucléées
complète et
réabsorption proximale
tubulaire
-Protéine exprimée au
niveau épithéliale de
nombreux organes
-Surexpression lors de
pathologies rénales
diverses
synthétisée par les
hépatocytes
complète et
réabsorption tubulaire
proximale
-Protéine
transmembranaire
présente sur la
membrane apicale des
cellules épithéliales des
tubes proximaux
-Regroupe les protéines
plasmatiques filtrées, et
les protéines provenant
du tractus urinaire
-Protéine exprimée dans
de nombreux tissus
notamment au niveau
rénal
-Glycoprotéine
membranaire des tubes
collecteurs spécifique du
rat
Atteinte glomérulaire
associée ou non à une
atteinte tubulaire
Urine
Atteinte tubulaire
proximale
Urine
atteinte tubulaire
Urine / Sérum
Atteinte tubulaire
proximale
Urine
atteinte tubulaire
Urine
Atteinte tubulaire
proximale
Urine
Atteinte des tubes
collecteurs
Urine
Clusterine
Cystatine C
KIM-1
PT
TFF3
RPA-1
Clusterine : marqueurs de réponse tissulaire
Albumine : marqueurs fonctionnels
RPA-1: marqueurs de lyse cellulaire
92
Tableau VIII : Etudes cliniques et précliniques des différents biomarqueurs
(Fuchs et Hewitt, 2011)
Biomarqueurs
β2 -microglobuline
Études précliniques
Augmentation suite à des injections de gentamicine ou cisplatine
chez des rats
Etudes cliniques
Augmentation après traitement à l’acide
fumarique
Clusterine
Augmentation suite à des injections de gentamicine, de cisplatine
et de bromo-éthylamine chez des rats
Pas d’étude clinique valide
Augmentation suite à un traitement à base de triple reuptake
inhibitor chez des singes
Meilleure valeur pronostique comparée à l’urée et la créatinine
Cystatine C
Augmentation observée chez des patients
souffrant d’IRA comparativement à des patients
sains
Augmentation observée après exposition au paraquat
Meilleure valeur pronostique comparée à l’urée et la créatinine
KIM-1
Valeur prédictive d’une IRA chez des patients en
sepsis
souffrant d’IRA comparativement à des patients
sains
Augmentation observée après exposition au paraquat
TFF 3
Diminution observe chez des rats traités à base de cisplatine
RPA-1
Augmentation après injection d’acide N-phénylanthranilique
93
recouvrant une fonction rénale
Pas d’équivalent de cette glycoprotéine mis en
évidence à ce jour chez l’homme
Figure 41 : Localisation de différents biomarqueurs validés
94
Tableau IX: Qualifications des biomarqueurs et comparaison par rapport à l’urée et la créatinine
(Xie et al., 2013 ; Fuchs et Hewitt, 2011)
Biomarqueur
Qualification préclinique
Situation de performance (précocité
ou valeur pronostique) par rapport
aux valeurs sériques U et Cr
Qualification clinique
Albumine
+
Lésions tubulaires aigues
+
β2-microglobuline
+
Dommages glomérulaires aigus
associés à une défaillance de la
+
Clusterine
+
Dommages tubulaires aigus
Non réalisée en 2013
Cystatine C
+
+
Kim-1
+
Dommages tubulaires aigus
+
TFF3
+
Non mise en évidence
Non réalisée en 2013
Protéine Totale
+
+
95
C. Autres biomarqueurs rénaux
Dans cette partie, les biomarqueurs présentés n’ont pas été validé par les autorités
compétentes. Certains d’entre eux semblent prometteurs et feront surement l’objet de
nouvelles recherches et publications dans les années à venir. Dans un souci de classification et
de cohérence, une tentative de répartition des biomarqueurs en fonction de la partie du
néphron pour laquelle ils s’avèrent être informatifs est réalisée. Cependant, il est important
de noter le caractère contradictoire de certaines publications. De plus, de nombreuses
questions restant encore à élucider, les données présentées à ce jour sont susceptibles
d’évoluer rapidement.
a. Podocine, néphrine
La néphrine est une protéine transmembranaire de la famille des immunoglobulines.
C’est un composant essentiel du diaphragme de fente, jonction adhérente, qui permet de
relier les pieds des podocytes le long de la membrane basale glomérulaire. Cette protéine a
été identifiée dans différentes espèces y compris chez l’homme, la souris et le rat et elle joue
un rôle essentiel dans le contrôle de la perméabilité glomérulaire. L’absence de néphrine est
associée à une protéinurie massive (Guffroy, 2011 ; Stengel et Simon, 1996).
La podocine est une protéine membranaire exprimée spécifiquement dans les
podocytes. Elle est liée au domaine cytoplasmique de la néphrine et joue un rôle majeur dans
la filtration glomérulaire. Son altération est corrélée avec l’apparition d’un syndrome
néphrotique. L’agencement et la localisation de ces deux molécules est présenté sur la figure
42.
Figure 42 : Localisation de la néphrine et de la podocine au sein du glomérule
(Tryggvason, 2001)
96
En 2009, Sato et al. utilisent un modèle de déplétion podocytaire en injectant de la
toxine diphtérique à des rats. Après une injection unique de toxine, ils observent une
augmentation de la protéinurie et de l’excrétion urinaire d’ARNm de podocine et de néphrine.
L’augmentation de la podocine persiste jusqu’à l’euthanasie des rats tandis que celle de la
néphrine semble être transitoire (Figure 43).
Ils confirment ainsi leur hypothèse qui supposait une association entre la
quantité d’ARNm podocytaire urinaire et la mise en place des lésions glomérulaires. Devant
l’inconstance de l’augmentation de la quantité d’ARNm de néphrine, la podocine est présentée
comme un meilleur marqueur de l’atteinte glomérulaire.
Figure 43: Localisation Podocine / Néphrine
(Sato et al., 2009)
Les marquages d’immunofluorescence, mettent en évidence l’expression de néphrine,
podocine et podocalyxine au cours d’une IRC chez des rats (A et B). Les traits blancs délimitent
les glomérules atteints. Les figures C et D représentent des tubules en distension. On note la
présence de podocine et l’absence de néphrine. Les figures E et F présentent l’expression
physiologique des différentes protéines au niveau de glomérules sains.
97
En 2012, Fukuda et al. démontrent l’intérêt de l’évaluation du ratio ARNm urinaire de
podocine/ARNm urinaire de néphrine dans la détection d’atteinte glomérulaire. Ce ratio est
présenté comme un marqueur spécifique de l’atteinte podocytaire en association avec le
degré d’atteinte glomérulaire.
b. Les IgG : Immunoglobulines G
Les IgG sont produites par les lymphocytes B activés et circulent dans le plasma.
En médecine humaine, la présence de ces molécules dans l’urine a été reliée à une défaillance
de la perméabilité glomérulaire et à des lésions sévères de cette région. Cependant, lors
d’insuffisance rénale aigue, les dommages sont d’abord tubulaires, ce qui fait des IgG un
marqueur tardif. En médecine vétérinaire, une augmentation des IgG urinaire a été mise en
évidence dans des contextes d’insuffisance rénale chronique, de leishmaniose, de pyomètre,
de leptospirose, de syndrome de Cushing et chez des individus atteints de néphropathie liée à
l’X. En effet, la membrane basale glomérulaire des chiens atteints de néphropathie génétique
présente une structure altérée conduisant à la mise en place d’une protéinurie. Dans ce cadre,
l’augmentation de l’urémie est plus tardive que l’apparition d’IgG dans l’urine. Ces individus
présentent alors des concentrations urinaires en immunoglobuline G plus élevées que des
chiens sains du même âge. Ces travaux suggèrent donc la possibilité d’utiliser ce marqueur
pour le diagnostic précoce d’un dysfonctionnement de la filtration glomérulaire (De Loor et
al., 2013).
Marqueurs d’atteinte du tube proximal
a. α1-microglobuline (Guffroy, 2011 ; Bonventre, 2009)
L’α1-microglobuline fait partie à l’instar de la β2-microglobuline, de la cystatine C, et
du Retinol Binding Protein, des protéines de faible poids moléculaire.
Contrairement à la β2-microglobuline, cette protéine possède une plus grande stabilité
dans l’urine. C’est une glycoprotéine d’environ 27-30 kDa synthétisée par les hépatocytes
possédant des propriétés immunomodulatrices, anti-oxydantes et participe à la dégradation
de l’hème. Elle circule sous forme libre ou liée à l’immunoglobuline A. La forme libre est
entièrement filtrée par le glomérule, réabsorbée puis catabolisée à plus de 99 % par le tubule
proximal. Sa présence dans l’urine est considérée essentiellement comme le signe d’une
atteinte fonctionnelle tubulaire proximale.
Sa quantification urinaire est considérée comme un biomarqueur sensible du
dysfonctionnement tubulaire proximal chez les adultes et les enfants.
En 2013., Luk et al. mettent en évidence dans leur étude une corrélation
statistiquement significative entre la quantité d’α1-microglobuline et le degré de récupération
de la fonction rénale. Le lien entre les propriétés anti-inflammatoires de cette protéine et le
fait qu’elle contribue à recouvrer une meilleur fonction rénale n’est pas élucidé à ce jour.
D’autre part, il ne semble pas y avoir de corrélation entre les valeurs urinaires de ce marqueur
et l’étiologie de l’insuffisance rénale (nécrose tubulaire aigue ou autres).
98
b. La cysteine-rich protein 61
La Cysteine-rich protein (Cyr 61) fait partie de la famille des protéines CCN ; CCN étant
l’acronyme de trois gènes découverts dans les années 90 : Cysteine-rich 61, Connective tissue
growth factor et Nephroblastoma overexpressed.
Les protéines de cette famille interviennent dans différents processus tels que
l’angiogenèse, la chondrogenèse, la réparation tissulaire, le processus de fibrose en agissant
notamment sur la production de matrice extracellulaire. Ces protéines sont également
impliquées dans certains processus de tumorisation (Lai et al., 2013).
En 2002, Marumatsu et al. mettent en évidence une augmentation très précoce de la
concentration urinaire de Cyr61 chez des rats et souris sur lesquels une ischémie rénale (30 à
40 minutes) suivie d’une reperfusion est effectuée. Cette protéine n’est pas détectée dans
l’urine des individus témoins mais est détectée dès la troisième heure post-ischémie. La
concentration urinaire atteint son maximum entre la sixième et la neuvième heure postischémie puis diminue ensuite.
Par ailleurs, des analyses révèlent l’absence d’ARNm de Cyr61 au sein de reins sains.
Cependant, deux heures après l’ischémie, la protéine est mise en évidence au sein de la partie
externe de la médullaire externe.
Il ressort de cette publication, qu’une induction protéique de Cyr61 à lieu au sein de la
médullaire externe et qu’elle peut être mise en évidence dans l’urine au cours des premières
heures suivant l’ischémie. Du fait de son induction et de son excrétion précoces les auteurs
présentent cette protéine comme un marqueur potentiel pouvant détecter des lésions
insidieuses suite à l’administration de produits de contrastes, de chimiothérapie ou
consécutives à des chirurgies vasculaires ou des transplantations rénales.
Dans une étude de 2013, Lai et al. évaluent l’expression de cette protéine grâce à un
modèle de fibrose rénale induite par une obstruction urétérale unilatérale chez des souris. Ils
observent une expression accrue de la protéine, principalement au niveau des cellules
épithéliales (sans localisation précise) dès le lendemain de la chirurgie. Cette augmentation
perdure au cours des dix jours suivant la procédure.
c. La Fetuine-A
Les analyses urinaires le plus couramment effectuées mesurent en général uniquement
une partie des protéines totales, car la fraction soluble (surnageant) contient environ 49 % des
protéines totales. 48 % des protéines totales urinaire sont contenues dans le sédiment urinaire
et 3 % sont retrouvées au sein des exosomes (Ennulat et Adler, 2015).
Les exosomes sont des vésicules membranaires se formant dans des compartiments
endosomaux contenant des compartiments internes appelés les multivesicular bodies (MVBs).
Ce mécanisme est présenté de manière simplifiée sur la figure 44 ci-dessous. Les exosomes
font partie des vésicules extracellulaires au sens large.
Ils interviennent dans la dégradation de l’ARN et sont émis de manière physiologique au sein
de l’urine part les différentes parties du néphron. La quantification des exosomes urinaires a
émergé au début des années 2000 (Gonzales et al., 2008).
99
Figure 44 : Formation des exosomes urinaires
(Gonzales et al., 2008)
CCV : Clathrin Coated Vesicles (Puits recouverts de Clathrine)
EE : Early Endosome (Endosome précoce)
ER : Endoplasmic Reticulum (Réticulum endoplasmique)
MVB : Multivesicular Bodies (Corps multivésiculaires)
RE : Recycling Endosome (Endosome de tri)
Ces exosomes contiennent des protéines cytosoliques qui varient quantitativement ou
qualitativement au cours de processus pathologiques rénaux. Après isolement, ils peuvent être
utilisés comme potentiels biomarqueurs de lésions rénales spécifiques.
En 2008, l’isolement de deux exosomes présents dans des urines lors d’insuffisance
aigue ont permis la mise en évidence de deux protéines : l’isoforme 3 de la pompe Na+/H+
(NHE3) et la Fetuine-A. Les particularités de NHE3 sont abordées dans la partie II.3.b car il est
considéré comme un marqueur d’atteinte mixte d’après Gonzales et al., 2008.
La Fetuine A est une protéine synthétisée au niveau hépatique puis libérée dans le
torrent sanguin. Elle est impliquée dans plusieurs mécanismes comme la résorption osseuse,
la régulation de l’activité de l’insuline et de la croissance des hépatocytes, l’inhibition de
minéralisations ectopiques. Elle intervient également au cours de diverses réponses
inflammatoires.
Dans une étude de 2008, Zhou et al. mettent en évidence une augmentation
significative de son excrétion urinaire chez des rats ayant reçu une injection de cisplatine
(Figure 45). Cette augmentation précède de deux jours les changements significatives de
concentration sérique en créatinine et la mise en place des lésions histologiques.
100
Des marquages immunohistochimiques ont permis de localiser la protéine au sein des
tubes proximaux, l’intensité de la réponse étant proportionnelle avec la sévérité des lésions
au sein de cette portion du néphron.
Figure 45 : Visualisation de Fetuine-A au sein de vésicules
(Microscopie Immunoélectronique)
(Zhou et al., 2008)
En médecine humaine, ce biomarqueur apparait prometteur notamment dans la mise
en évidence précoce d’une polykystose rénale autosomique dominante ou récessive. En effet
l’identification de la protéine au sein de kystes rénaux suggérerait une dédifférenciation des
cellules épithéliales compatible avec une polykystose rénale débutante (Lai et al., 2008). Cette
approche pourrait être envisagée pour la détection précoce d’une polykystose rénale chez les
races félines prédisposées comme le persan et apparentés : British Shorthair, Exotic Shorthair,
Sacré de Birmanie, Ragdoll.
La Fetuin-A peut également être utilisée à court terme durant la période post-transplantation
rénale où il est nécessaire de faire rapidement la distinction entre la mise en place d’une
insuffisance aigue ou le commencement d’un processus de rejet. En médecine humaine, les
exosomes et plus largement les vésicules extracellulaires sont considérés comme des
biomarqueurs prometteurs dans le cadre d’insuffisance rénale aigue, de glomérulonéphrite,
de fibrose rénale et même dans le cadre de carcinome rénal, et de processus néoplasiques
prostatiques et vésicaux (Gamez-Valero et al., 2015). L’ensemble de ces biomarqueurs
potentiels sont présentés sur la figure 46 ci-dessous
101
Figure 46 : Vésicules extracellulaires du tractus urinaire : potentiels biomarqueurs
(Gamez-Valero et al., 2015)
Cette figure présente les biomarqueurs potentiels identifiés au sein des différentes
régions du néphron et de la vessie. Les localisations des molécules sont considérées comme
hypothétiques.
Les recherches actuelles, ne sont pas uniquement centrées sur l’utilisation des
vésicules extracellulaire en tant que biomarqueurs potentiels. En effet différentes études
proposent leur utilisation dans une approche thérapeutique. Les micro-ARN contenus dans ces
vésicules semblent avoir des effets positifs sur les cellules tubulaires, réduisant l’apoptose tout
en promouvant la prolifération cellulaire (Gamez-valero et al., 2015).
La mise en évidence des exosomes passe par une technique d’ultracentrifugation,
méthode qui requière un équipement onéreux. L’ultrafiltration constitue une alternative, mais
ce procédé entraine une concentration des protéines solubles urinaires rentrant en
102
compétition avec les exosomes au cours de l’étape d’identification, diminuant ainsi la
sensibilité du test. La présence physiologique des protéines dites de Tamm-Horsfall constitue
une barrière à l’analyse des exosomes dans la mesure où elles forment de vastes agrégats
ayant la capacité de retenir les exosomes empêchant ainsi leur mise en évidence (Zhou et al.,
2008).
Protéines liant les acides gras : Fatty Acide Binding Protein
Les protéines liant les acides gras sont une famille de protéines cytoplasmiques d’une
quinzaine de kDa. Elles possèdent un rôle physiologique majeur de transport des acides gras à
longues chaînes vers les mitochondries et les péroxysomes, lieux de β-oxydation des acides
gras. En 2013, neuf types ont été identifiés. Parmi elles, on distingue deux formes de FABP
rénales : le type hépatique L-FABP ou FAPB1 et le type cardiaque (H-FABP3). La première forme
à initialement été identifiée au niveau hépatocytaire, constituant ainsi la protéine cytosolique
majeure. Ultérieurement elle a été mise en évidence dans les tubules rénaux humains.
Son expression au niveau des tubules proximaux est à relier à l’importance du
métabolisme des acides gras au sein de ce segment dont les processus de transport cellulaire
nécessitent beaucoup d’énergie.
L’isoforme L-FABP est une protéine de faible poids moléculaire (kDa) qui n’est pas
exprimée dans le rein des rongeurs.
Cependant, des études portant sur des souris transgéniques exprimant le gène humain
ont montré que certaines maladies rénales expérimentales de forme aigue ou chronique,
étaient associées à une augmentation des concentrations urinaires de L-FABP. De plus,
l’élévation était généralement corrélée à la sévérité des lésions histologiques.
Un modèle expérimental de toxicité induite par l’acide folique dans un modèle murin
transgénique a montré une augmentation de l’expression rénale et de l’excrétion urinaire de
la protéine humaine, alors que les concentrations sériques d’urée et de créatinine ne
présentaient encore pas de modifications statistiquement significatives. La L-FABP étant
également exprimée dans le foie, une évaluation des concentrations sériques de L-FABP a été
effectuée, aucune augmentation n’a été observée chez les souris traitées à l’acide folique, ce
qui confirme la spécificité rénale de l’excrétion urinaire (Guffroy, 2011 ; Tsigou et al., 2013).
e. NAG
La N-acétyl- β-D glucosaminidase est une enzyme lysosomale de 140 kDa, de la bordure
en brosse du tube proximal. Sa présence dans l’urine est physiologique mais une augmentation
de son excrétion urinaire est la conséquence d’une lésion au sein de cette portion.
De plus, son excrétion urinaire basale est constante et peu affectée par les conditions
physiques et chimiques du milieu urinaire. Les changements de pH et de température
n’affectent pas la stabilité de cette enzyme (Ali et al., 2014 ; Bonventre, 2009).
Dans une étude de 2014, Ali et al. évaluent le ratio des concentrations urinaires
NAG/Créatinine (U-NAG/Cr) chez des enfants souffrants de reflux vésico-urétéral,
d’hydronéphrose, de pyélonéphrite ou de cystite. Les résultats montrent que le ratio n’est pas
dépendant du sexe de l’individu mais subit des variations en fonction de son âge. Un rapport
plus élevé a été mis en évidence chez les plus jeunes.
103
De plus, l’index U-NAG/Cr est significativement plus important chez les patients souffrants de
reflux vésico-urétéral, d’hydronéphrose ou de pyélonéphrite comparativement au groupe
témoin et aux individus atteints de cystite.
Des dommages tubulaires peuvent en effet être observés en cas de reflux vésico-urétéral et
d’hydronéphrose expliquant l’augmentation du ratio.
Les auteurs de cette étude considèrent l’évaluation de la concentration urinaire de NAG
comme prometteuse dans la détection des infections du haut appareil urinaire telle que la
pyélonéphrite.
Retinol Binding Protein : RBP
La RBP, protéine de faible poids moléculaire synthétisée par le foie, est le transporteur
principal du rétinol ou vitamine A. Au niveau plasmatique le complexe rétinol-RBP est lié à la
transthyrétine, ce qui de par la taille empêche une filtration glomérulaire.
Une fois le rétinol délivré aux tissus cible, l’affinité de la RBP pour sa protéine de liaison
diminue, une forme libre plasmatique est de ce fait présente.
La RBP non liée est filtrée librement au niveau glomérulaire et est efficacement réabsorbée au
niveau des tubes proximaux. La présence dans l’urine de cette protéine est donc proposée
comme marqueur d’un dysfonctionnement tubulaire proximal en médecine humaine et
vétérinaire.
Une élévation de la concentration urinaire a été observée chez des chiens souffrant
d’insuffisance rénale chronique, d’urolithiases et d’une néphropathie liée à l’X.
Cependant, lors d’études visant à évaluer la performance de ce marqueur, les résultats sont
contradictoires, mais la RBP reste un marqueur prometteur qui fera très certainement l’objet
de nombreuses études (Loor et al., 2013).
Le tableau IX et la figure 47 ci-après, récapitulent les principales informations
concernant les marqueurs non validés supposés spécifiques du tube contourné proximal.
104
Tableau X : Récapitulatif des différents biomarqueurs urinaires spécifiques d’une
région du néphron
Biomarqueur
IgG
Podocine-Néphrine
α1-microglobuline
Origine
-Immunoglobulines
plasmatiques
-Ne filtre pas au travers
d’une membrane basale
glomérulaire intacte
-Composants essentiels de
la membrane basale
glomérulaire
synthétisée essentiellement
par les hépatocytes.
Région atteinte
Glomérule
Glomérule
Tube proximal
quasi totale et
catabolisation tubulaire
proximale
Cyr 61
Fetuin-A
L-FABP
-Protéine de la famille des
CNN
-Induction lors de modèles
d’ischémique
-Protéine synthétisée au
niveau hépatique
-Induction de l’expression
rénale observée suite à une
injection de cisplatine
possible
-Protéine exprimée au
niveau des tubes proximaux
Tube proximal
Tube proximal
Tube proximal
(Protéine humaine)
-Rôle dans le transport des
acides gras à longues
chaines
NAG
-Enzyme de la bordure en
brosse du tube proximal
Tube proximal
RBP
-Protéine plasmatique dont
la forme libre est filtrée
librement au niveau
glomérulaire et réabsorbée
au niveau tubulaire proximal
Tube proximal
105
Marquage
Immuno
histochimique
possible
Figure 47 : Localisation des biomarqueurs prometteurs spécifiques de la région glomérulaire ou du tube contourné proximal chez le rat
106
Biomarqueurs d’atteinte mixte
a. NGAL
La NGAL (Neutrophil Gelatinase-Associated Lipocalin), également nommée lipocaline2 ou sidérocaline, est une protéine de bas poids moléculaire (25 kDa). Elle a été initialement
découverte dans des granules spécifiques des polynucléaires neutrophiles activés. Elle
s’exprime naturellement à des concentrations faibles au sein de différents organes comme
ceux des tracti urinaire et gastro-intestinal.
Son expression peut toutefois être fortement augmentée dans certains types tumoraux
comme les adénocarcinomes pulmonaires, du colon et du pancréas mais également lors de
situations physiologiques particulières telles que l’ischémie, l’inflammation ou l’infection.
La protéine est librement filtrée au niveau glomérulaire et est réabsorbée au niveau du tube
proximal (Ducheyron et al., 2008).
Toute excrétion urinaire de NGAL fait suite à une des lésions au niveau des tubes
(dommages tubulo-interstitiels, néphropathie par dépôts d’IgA…), empêchant ainsi une
réabsorption optimale et ou augmentant la synthèse de NGAL.
En effet, cette protéine est également synthétisée dans la portion ascendante de l’anse de
Henlé et au sein des tubes collecteurs. La NGAL est donc soumise d’une part à une
réabsorption au sein du tube proximal et d’autre part son expression peut être induite au
niveau du tube distal. Ces deux composantes font de cette protéine un marqueur d’atteinte
tubulaire proximale et distale. Les valeurs plasmatiques et urinaires en NGAL ont démontré
une sensibilité élevée dans la détection précoce d’une insuffisance fonctionnelle aigue
(Ennulat et Adler, 2015).
Il est dorénavant reconnu que cette protéine est celle dont la synthèse est augmentée le plus
précocement lors d’ischémie rénale et dont l’augmentation urinaire est directement corrélée
avec la durée de l’ischémie. De plus, des analyses récentes montrent que la valeur urinaire de
NGAL est utilisée pour évaluer des points critiques cliniques comme la mise en place d’une
dialyse. La NGAL est aujourd’hui l’un des marqueurs rénaux les plus prometteurs et fait l’objet
de nombreuses études en médecine vétérinaire et humaine. En milieu hospitalier, des études
réalisées montrent que ce marqueur est utile dans de nombreuses situations : insuffisance
rénale aigue dans les services de pédiatrie, chez des patients atteints de septicémie, chez des
patients grands brulés, chez des patients ayant subis une transplantation rénale mais
également lors d’insuffisance cardiaque (Guffroy, 2011 ; Lucarelli et al., 2014 ; Luk et al., 2013 ;
Segev et al., 2013 ; Tsigou et al., 2013).
b. GST-α et GST-π/µ
Les glutathion-S-transférases (GST) sont des enzymes cytosoliques solubles qui
participent activement au métabolisme des xénobiotiques et à la détoxification des cellules en
conjuguant le glutathion (GSH) aux composés électrophiles et radicaux libres.
Il existe plusieurs isoformes rénales de ces enzymes dont l’expression varie selon le segment
du néphron et les espèces. En effet, il apparait que GST-α est l’isoenzyme prédominante dans
les tubules proximaux chez le rat et l’homme. Dans les tubules distaux, ce sont les isoenzymes
µ et π qui prédominent respectivement chez le rat et chez l’homme. L’augmentation de
107
l’excrétion urinaire de ces protéines est observée après lyse cellulaire et témoigne d’une
atteinte de l’intégrité cellulaire et l’identification des isoformes permet une localisation de la
lésion tubulaire (Guffroy, 2011).
Dans une étude de 2010, Gautier et al., mettent en évidence une augmentation de
l’excrétion urinaire de GST-α et de GST-µ après des injections intra-péritonéales de cisplatine
chez des rats. Une injection unique est réalisée. Les différents groupes reçoivent des doses de
0.3 mg/kg, 1 mg/kg ou 3 mg/kg. Des prélèvements sanguins, urinaires et des analyses
histologiques sont effectués afin de comparer ces biomarqueurs aux marqueurs traditionnels
à savoir urée et créatinine et d’évaluer une potentielle corrélation entre les valeurs de GST
urinaires et les lésions histologiques.
Les auteurs ont ainsi mis en évidence une augmentation de l’excrétion de GST-α
urinaire. Cette élévation était précoce (jusqu’à 48 h avant toute modifiction d’urée ou de
créatinine) et plus sensible que ces paramètres traditionnels. Cinq jours après une injection
unique de cisplatine à 3 mg/kg, il a été observé une augmentation de l’excrétion urinaire de
GST-α urinaire associée à une nécrose tubulaire proximale chez l’ensemble des différents
groupes de rats. Cependant, l’élévation d’urée et de créatinine n’était présente que dans le
groupe ayant reçu une dose de 5 mg/kg. Individuellement il est mis en évidence dans cette
étude une bonne corrélation entre les valeurs de GST-α urinaires et les lésions histologiques
de nécrose tubulaire du segment S3. Concernant les valeurs de GST-µ il a également été
observé une augmentation de l’excrétion chez les rats traités à 3 mg/kg en association avec
des lésions au niveau des tubes distaux.
Contrairement à l’espèce murine où peu d’études sur ces marqueurs sont disponibles, de
nombreuses évaluations cliniques ont été réalisées en médecine humaine.
À ce jour, la GST-α et la GST-µ sont considérées comme des marqueurs d’atteinte
respectivement tubulaire proximale et distale. Cependant les GST de par leur rôle de
détoxification peuvent subir l’action de xénobiotiques conduisant ainsi leur induction ou leur
inhibition ce qui peut potentiellement modifier leur excrétion rénale en l’absence d’atteinte
rénale (Gautier et al., 2010).
c. Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)
Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) promeut la prolifération,
la différentiation et la survie des cellules endothéliales, intervient dans les phénomènes de
vasodilatation et de perméabilité microvasculaire. Elle participe également au remodelage des
tissus interstitiels. Au niveau rénal, son expression prédomine au niveau des podocytes et des
cellules épithéliales tubulaires (Schrijvers et al., 2004).
d. NHE-3
L’isoforme 3 de l’échangeur Na+/H+ est le transporteur sodique le plus abondant au
sein des tubes rénaux. Il est responsable de 60 à 70% de la réabsorption proximale du sodium
et des bicarbonates filtrés chez la souris. Il est localisé au niveau de la membrane apicale et au
sein de vésicules intracellulaires au niveau des tubes proximaux et de l’anse de Henlé. Cette
protéine, à l’instar de la Fetuine-A est présente au sein d’exosomes et est émise de manière
physiologique dans l’urine (Ducheyron et al., 2008).
108
En 2013, Luk et al. mettent en évidence une élévation significative de de la
concentration de NHE3 urinaire dans un modèle murin de nécrose tubulaire ischémique. Dans
cette situation, l’augmentation semble plus importante que dans les autres modèles
d’insuffisance rénale aigue.
e. La calbindine-D28k
La calbindine-D28k est une protéine intracellulaire de la famille de la troponine C
possédant une affinité importante pour le calcium. Elle est présente dans le cerveau, l’intestin,
les ilots pancréatiques et le rein au sein duquel elle se situe exclusivement au niveau du tube
distal et au sein de la partie proximale du tube collecteur, segment au sein duquel la
réabsorption de calcium est hautement régulée. Elle possède ainsi un rôle clé dans le transport
et dans l’absorption du calcium dans la partie distale du néphron (Wu et al., 2004).
Un traitement à base de cyclosporine A, provoquant des nécroses au niveau de tubules
rénaux, engendrait une diminution de la synthèse de cette protéine dans les tubes distaux
(jusqu’à 85 % de diminution pour des doses toxiques) (Gimié, 2010).
Au niveau rénal, elle semble intervenir dans la réabsorption du calcium et possiblement
du magnésium au sein du tube distal. Des tests d’immunofluorescence réalisables sur les
urines et les reins de rats ont été développés (Sourial et al., 2009).
f. Urinary Epidermal Growth Factor et Monocyte Chemotactic Protein-1
Plusieurs études ont exploré la succession d’événements associés au développement
d’une atrophie tubulaire et d’une fibrose interstitielle notamment consécutive à une
obstruction du tractus urinaire. Il a été noté qu’une obstruction urétérale engendrait une
augmentation significative de la Monocyte Chemotactic Protein 1 (MCP-1) et une diminution
de l’urinary Epidermal Growth Factor (EGF). La MCP-1 est une cytokine spécifique qui promeut
le chimiotactisme monocytaire, son expression au sein des tubules conduit au recrutement de
cellules inflammatoires au niveau du rein subissant l’obstruction.
Une augmentation de l’expression de cette protéine a été mise en évidence au cours
de différentes pathologies intéressant l’espace interstitiel et est spécifique de dommage
tubulaires associés à une infiltration monocytaire. Lors d’une obstruction, les nombreux
facteurs inflammatoires sont présents et conduisent au développement d’une fibrose
interstitielle en augmentant la matrice extracellulaire, la différenciation des cellules
épithéliales, l’infiltration cellulaire et l’apoptose au sein des tubules.
D’une autre part, EGF est un polypeptide exprimé au niveau de la portion ascendante de l’anse
de Henlé et du tube contourné distal, ayant un rôle modulateur dans la croissance cellulaire et
intervenant lors de dommages au niveau tubulo-interstitiel. Dans des cas de néphropathies
obstructives, il a été constaté une diminution de l’expression de ce facteur. Face à ces
différentes observations, la quantification urinaire du ratio EGF/MCP-1 a été proposée comme
marqueur d’une pathologie rénale aigue ou chronique chez l’homme.
À ce jour, il y a très peu de données disponibles chez les espèces murines, mais ce ratio pourrait
être une piste d’investigation à l’avenir (Lucarelli et al., 2014).
109
Un tableau récapitulatif (Tableau XII) et un schéma (Figure 48) présentent une vision
d’ensemble de ces marqueurs traduisant une atteinte mixte.
110
Tableau XI : Marqueurs mixtes dosables dans l’urine
Biomarqueur
Calbindine D28-k
Origine
Protéine de la famille de la
troponine C possédant une
grande affinité pour le
calcium
Localisation de l’atteinte
Partie proximale du tube
collecteur et tube distal
EGF
Polypeptide ayant un rôle
modulateur dans la
croissance cellulaire
Partie ascendante de l’anse
de Henlé
GST-α
Enzyme intervenant dans la
détoxification des cellules
Tube proximal
GST-µ
Enzyme intervenant dans la
détoxification des cellules
Tube distal
NGAL
Protéine de bas poids
moléculaire, exprimée au
niveau de différentes
tumeurs
Tube proximal, distal, anse
de Henlé et partie proximale
du tube collecteur
NHE 3
Isoforme du transporteur
sodique Na+/H+.
Tube proximal, distal, anse
de Henlé et partie proximale
du tube collecteur
VEGF
Rôle dans la réabsorption
proximale du sodium et des
bicarbonates chez la souris.
Facteur de croissance de
l’endothélium vasculaire
Atteinte glomérulaire et
tubulaire proximale
possiblement
Les marqueurs dont les informations sont en italiques, sont ceux pour lesquels peu
d’information sont disponibles. Pour le détail des sigles, se référer à la table des abréviations
en début de manuscrit.
111
Figure 48 : Localisation des biomarqueurs prometteurs indiquant une atteinte mixte
112
Biomarqueurs supposés caractéristiques d’une atteinte lésionnelle mixte
a. Protéine liant la vitamine D : marqueur d’inflammation interstitielle et de fibrose
La VDBP ou Vitamine D Binding Protein est une alpha-globuline glycosylée de 58 kDa.
Elle a un rôle de transport des métabolites de la vitamine D au sein de la circulation sanguine.
La VDBP est librement filtrée au niveau glomérulaire et réabsorbée au niveau du tubule
proximal. Ce mécanisme est très important car il permet l’activation de la vitamine D par l’1alpha hydroxylase.
Dans leur étude Mirkovíc et al. (2013) montrent, en utilisant un modèle murin de
néphrotoxicité induit par l’adriamycine, que les concentrations urinaires en VDBP étaient
augmentés de manière précoce par rapport à la mise en place des premières lésions tubulointerstitielles de fibrose et d’inflammation. De plus, ce marqueur apparait significativement
corrélé avec des marqueurs comme KIM-1, la bêta-2-microglobuline et la cystatine C,
indépendamment d’une quelconque albuminurie. Cette étude est la première à montrer les
potentialités de cette protéine pour apprécier la mise en place précoce de lésions tubulointerstitielles.
b. La Netrin-1
Cette protéine récemment identifiée chez l’Homme et l’animal est considérée comme
un biomarqueur d’une atteinte rénale aigue (Ramesh et al., 2010). Elle intervient notamment
dans la croissance axonale et également dans la morphogénèse du système vasculaire.
Dans une étude de 2013, White et al. évaluent les concentrations urinaires de Netrin-1 chez
des rats et des souris chez lesquels ils induisent à l’aide d’une injection de Streptozotocine,
substance particulièrement toxique pour les cellules β des îlots de Langerhans, un diabète de
type 1. Une hypertension est induite au sein d’un second groupe d’animaux.
Le diabète est à l’origine d’anomalies fonctionnelles et structurelles rénales comme
une hyperfiltration associée à une hypertension glomérulaire, une hypertrophie rénale, une
augmentation de l’épaisseur de la membrane basale glomérulaire, une atrophie tubulaire et
une fibrose interstitielle.
Les résultats révèlent une excrétion urinaire de Netrin-1 augmentée de manière
significative chez les animaux dont un diabète sucré a été induit. Une concentration sept fois
plus importante est mise en évidence au bout de 4 semaines post-injection. La concentration
est multipliée par dix au cours de la dixième semaine suivant l’administration de
Streptozotocine. Cette augmentation est du même ordre de grandeur même après
normalisation par rapport à la concentration en créatinine. Comparativement, l’excrétion de
KIM-1 n’est pas significativement augmentée au cours de la quatrième semaine post-injection.
Une augmentation modérée de ce marqueur est mise en évidence à partir de la douzième
semaine dans l’urine des individus diabétiques par rapport aux individus témoins.
Une augmentation significative de la concentration urinaire de Netrin-1 et de KIM-1 est
mise en évidence à partir de la quatrième semaine chez les individus hypertendus.
113
Les analyses immunohistochimiques permettent une localisation précise de l’induction
de Netrin-1 (Figure 49). Dans les deux cas, une coloration intense est présente au sein du
cortex, aucune n’est en revanche révélée au niveau de la médulla. En revanche chez les
animaux diabétiques, le marquage est présent uniquement au sein des tubes proximaux,
contrairement aux animaux hypertendus, où les tubes distaux présentent également un
marquage positif.
Figure 49 : Localisation immunohistochimique de Netrin-1
(White et al., 2013)
(Coloration : Immunohistochimie)
Localisation par immunohistochimie de Netrin-1 chez des individus sains (A) et chez
des individus diabétiques de type 1 (C). L’annotation PT signale une coupe de tube proximal.
Ces résultats suggèrent donc que l’induction de Netrin-1 peut avoir lieu au niveau des
tubes proximaux majoritairement mais également au niveau des tubes distaux.
À ce jour, les mécanismes cellulaires d’induction de Netrin-1 au niveau rénal restent inconnus
mais cette expérience fait de cette protéine, un biomarqueur potentiel à l’avenir.
c. Macrophage migration inhibiting factors MIF
Le facteur d’inhibition de la migration des macrophages, est une cytokine découverte
en 1966. Elle possède des rôles multiples en tant que molécule pro-inflammatoire et interagit
avec monocytes, macrophages, lymphocytes B et T, cellules endothéliales et éosinophiles et
promeut la synthèse d’autres cytokines telles que le Tumor Necrosis Factor-α (TNF α).
Ce facteur est libéré à partir d’un stock intracellulaire en réponse à des stimuli pathologiques
incluant un processus infectieux
Ce facteur a été identifié comme molécules pro-inflammatoire dans des maladies telles que
l’arthrite rhumatoïde, le lupus érythémateux et dans le développement d’athérosclérose en
médecine humaine. Les thérapies utilisant des anticorps anti-MIF sont envisagées notamment
dans des états inflammatoires chroniques et dans la mise en place d’une maladie rénale
chronique.
L’expression rénale de MIF est constitutive et on observe une surexpression chez des
patients atteints de glomérulonéphrite ou lors de rejet de greffes rénales. Cette régulation
114
positive est associée à une infiltration leucocytaire, des lésions histologiques et une fonction
rénale altérée chez des patients présentant une inflammation rénale (Bruchfeld et al., 2009 ;
Hong et al., 2012)
La concentration urinaire de MIF est significativement corrélée à une augmentation de
l’expression protéique au niveau rénal. La concentration sérique restant elle constante, cela
suggère que l’augmentation de concentration urinaire de MIF est due à l’augmentation de sa
production et de son excrétion rénale. Par ailleurs, une corrélation positive entre
l’augmentation des valeurs urinaires de MIF et de KIM-1, protéine spécifique surexprimée au
niveau du tubule proximal lors d’atteinte aigue, suggère une origine tubulaire de MIF (Hong et
al., 2012).
Dans leur étude, Bruchfeld et al. (2009), évaluent le taux de MIF circulant chez des
patients présentant différents stades de maladie rénale chronique. Les valeurs sériques de MIF
sont significativement plus élevées chez les patients atteints de maladie rénale chronique
comparativement aux individus sains. Cette augmentation ne semble pas corréler au taux de
filtration glomérulaire ni associée aux marqueurs habituels de souffrance rénale.
En revanche, cette étude suggère une association entre l’élévation des concentrations
sériques de MIF et les concentrations sériques de marqueurs de stress oxydatif.
115
D. Nouvelles perspectives
1. Apports de la métabolomique
Ce domaine de recherche développé à partir des années 2000. Il repose sur des mesures
quantitatives exhaustives et non sélectives de tous les métabolites d’un système biologique
en réponse à une stimulation physiologique ou à une modification génétique (Nicholson et al.,
1999). Des molécules de faible poids moléculaire comme les acides aminés, les sucres, les
lipides, des nucléotides, des acides organiques, des peptides de petites tailles et des
xénobiotiques, sont évalués dans cette approche. Elle repose sur des techniques de résonance
magnétique et de spectrométrie de masse : la première permettant la détection des
substances présentes en concentration relativement importante alors que la seconde permet
de révéler des molécules présentes dans des concentrations faibles. L’utilisation de ces
méthodes complémentaires, est actuellement en plein essor dans les études de toxicité et
notamment en néphrotoxicité (Boudonck et al., 2009). Plus de 1000 protéines différentes ont
été isolées par l’établissement de profil de protéomes urinaires (Ennulat et Adler, 2015).
Cette partie a pour objet de présenter l’apport de la métabolomique à partir de deux
modèles de néphrotoxicité. Les molécules citées dans cette partie ne sont pas validées, mais
constituent une source prometteuse de marqueurs potentiels.
Apports la métabolomique dans un modèle de toxicité induite par la gentamicine
La gentamicine est responsable de toxicité rénale dans 10-15 % des cas (Zhao et Lin,
2014).
En 2013, Hanna et al. mettent en évidence une diminution de l’excrétion urinaire
d’oxyde de triméthylamine, d’acide xanthurénique et kinurénique ainsi qu’une altération des
processus de sulfatation chez des rats nouveaux nés recevant entre 10 et 20 mg/kg par jour
pendant sept jours de gentamicine. Les acides kinuréniques et xanthuréniques sont deux
métabolites du tryptophane dont le métabolisme est supposé altéré lors d’exposition à la
gentamicine. L’apparition de ces potentiels marqueurs de néphrotoxicité précède l’élévation
de l’urémie et de la créatininémie.
Il a été montré que la supplémentation en mélatonine avait un rôle protecteur vis-à-vis
du rein lors de traitement à base de gentamicine. Les concentrations urinaires de molécules
appartenant à la famille de la dopamine dont son principal métabolite, l’acide homovanilique,
sont significativement augmentées précocement. Ils pourraient être considérés comme des
marqueurs d’une réponse d’adaptation lors de toxicité chimiquement induite. D’autre part, la
tyrosine, la valine et l’hydroxy-proline reflètent des changements histopathologiques (Zhao et
Lin, 2014).
Apports la métabolomique dans un modèle de toxicité induite par les métaux
Comme décrit dans la première partie, les métaux sont potentiellement néphrotoxiques
et causent des lésions au sein des tubes proximaux même lors d’exposition à doses faibles.
Des analyses de résonnances magnétiques sur l’urine de rats recevant du chlorure de mercure
mettent en évidence une augmentation urinaire de l’acétate, alanine, lactate, succinate et
éthanol conjointement à une diminution des concentrations en allantoïne, citrate, formate,
taurine et hippurate (Zhao et Lin, 2014).
116
Ces paragraphes mettent en lumière le fait que les biomarqueurs aujourd’hui validés
ne représentent qu’une partie très réduite des substances potentiellement prometteuses en
toxicité rénale. La métabolomique est une méthode d’analyse puissante et fiable dans ce
domaine. En 2014, Nkuipou-Kenfack et al. ont identifié treize métabolites urinaires dont la
quantité détectée varie en fonction du stade d’insuffisance rénale chronique présenté par les
patients. La métabolomique constitue donc une voie d’approche prometteuse pour évaluer la
fonction rénale dans des maladies aigues et chroniques.
2. Modèle in-vitro
En 2013, Li et al. proposent un nouveau modèle in vitro de prédiction de toxicité au
sein des tubes proximaux chez les humains, basé sur l’expression des interleukines IL-6 et IL8. Ces interleukines sont exprimées au niveau des cellules des tubes proximaux et
interviennent dans les processus pro-inflammatoires faisant suite à des lésions.
Les résultats qu’ils obtiennent sont encourageants et leur modèle possède une valeur
prédictive importante quant au développement précoce des lésions du tube proximal lors
d’études pré-cliniques.
3. Gènes et néphrotoxicité
Une surexpression tissulaire de certains gènes est corrélée avec la mise en évidence de
lésions histologiques, voire précède même leur apparition. Ceci suggère, que des lésions
minimes non détectées via une technique histologique, considérée comme le gold standard,
peuvent être découverte via d’autres techniques comme la PCR (Hoffmann et al., 2010).
La prédictibilité de lésions de dégénérescence tubulaire a été mise en évidence par Fielden et
al. (2005) en étudiant des signatures génétiques de 35 gènes, présentes précocement par
rapport à la mise en place des lésions histologiques.
Conclusion de la deuxième partie
Au travers de cette partie, nous avons mis en évidence, la nature et les caractéristiques
de nombreux marqueurs. Il apparaît que parmi eux, seuls quelques-uns sont validés et utilisés
en routine au niveau des phases pré-cliniques des études de toxicologie. De plus l’étude de
ces molécules permet, dans certains cas, de mieux comprendre les modes d’action
néphrotoxiques de molécules.
Dans la partie suivante, des éléments de comparaison de différents biomarqueurs seront
présentés, puis nous essaierons d’établir une cartographie des processus aboutissant à une
néphrotoxicité. Le but étant, en utilisant les différentes données présentées au cours des
précédentes parties, d’intégrer les différents marqueurs au sein de ce cheminement lésionnel
néphrotoxique.
117
118
III.
Comparaison de la performance de biomarqueurs et essai de
cartographies
Dans cette partie nous allons, apporter des éléments de comparaison entre les
différents biomarqueurs et ainsi évaluer leur performance notamment lors de lésions
tubulaires proximales.
1.
Performances de différents biomarqueurs dans des modèles de dégénérescence
tubulaire proximale
a. Corrélation analyse histologique et immunomarquage
 Evaluation de Kim-1
Une détection de l’expression de Kim-1 par immunomarquage est possible chez des
individus sains, ceci pouvant être attribué à la présence de « lésions physiologiques »
compatibles avec une régénération. Tous les animaux traités au cisplatine et présentant un
marquage positif de Kim-1, présentent des lésions histologiques. La figure 50, présente la
correspondance entre les lésions histologique et la mise en évidence par immunomarquage
de Kim-1 chez des rats recevant 2.5 mg/kg de cisplatine (dose moyenne). On observe à cette
dose, une bonne correspondance entre les deux analyses (Wadey et al., 2013).
Dans leur étude, Wadey et al. (2013) ne mettent pas en évidence de différence
significatives, quant à l’expression de Kim-1 chez des animaux traités à faible dose et
présentant des lésions histologiques. En 2012, Vinken et al., observent une augmentation de
l’expression de Kim-1 dès 24h après la première injection chez des rats traités à la dose de 1
mg/kg/jour. L’immunomarquage de Kim-1 paraît moins sensible que l’analyse histologique
(gold standard). La corrélation entre les valeurs de KIM-1 urinaire et l’intensité du marquage
immunohistochimique est satisfaisante (Figure 51) (Wadey et al., 2013).
 Evaluation de α-GST
De par sa présence physiologique cytosolique au sein du tube proximal, l’α-GST est
mise en évidence dans cette portion d’un rein sain.
Une diminution significative de ce marquage est observée à partir du 5 ème jour chez les
animaux ayant reçus des doses moyennes à fortes. Cependant, à partir du 8 ème jour la
significativité du marquage est présente uniquement pour des doses élevées (Figure 52).
Ceci va à l‘encontre de ce qu’on observe avec d’autres biomarqueurs, où le marquage
immunohistochimique reflète les lésions histologiques. On observe également une mauvaise
corrélation entre les valeurs urinaires et le marquage tissulaire pour ce marqueur (Wadey et
al., 2013).
119
Cisplatine
2.5mg/kg
Intrapéritonéal
JO
Figure 50 : Correspondance entre les images histologiques et le marquage de Kim-1 par
immunofluorescence
(D’après Wadey et al., 2013 – Coloration Hémalun Eosine et Immunofluorescence)
Après 5 jours, KIM-1 est localisée de manière abondante au niveau de la bordure en brosse au niveau du segment S3, soit au niveau de la
zone interne de la médullaire externe alors qu’histologiquement on observe des images modérées de nécrose. 8 jours post-injection, des
lésions sévères de nécrose sont présentes et le marquage positif s’étend également au niveau de la zone externe de la médullaire
externe.
J5
J22
J8
Histologie
25 µm
25 µm
25 µm
25 µm
Immunomarquage
250 µm
Quelques individus
présentent un marquage
positif
(destruction/régénération
physiologique)
250 µm
250 µm
Marquage présent au niveau
du segment S3.
Intensification du marquage
et progression au sein de la
médullaire
externe.
120
250 µm
Négativité du marquage.
Régénération épithéliale
Figure 51 : Corrélation entre les valeurs urinaires de Kim-1 et α-GST et l’intensité du
marquage immunohistochimique
(Wadey et al., 2014)
Corrélation entre les valeurs urinaires de KIM-1 et de α-GST et l’intensité du marquage
immunhistochimique.
Les cercles rouges représentes les individus témoins, les bleus la dose minimale, les verts la
dose intermédiaires et les jaunes la dose de 2.5mg/kg. Les lésions histologiques sont d’autant
plus importantes que la largeur du cercle est importante.
121
Figure 52 : Correspondance entre les images histologiques et les résultats du marquage par
immunofluorescence de α-GST
Cisplatine
2.5mg/kg
Intrapéritonéal
(D’après Wadey et al., 2013) – (Coloration Hémalun Eosine et Immunofluorescence)
On observe une diminution de l’expression enzymatique 5 jours après l’injection. Cependant, à 8 jours, la diminution de
l’expression n’est pas aussi marquée que l’ampleur des lésions histologiques.
J5
JO
25 µm
250 µm
Mise en évidence d’α-GST de manière
uniforme au sein du cortex et de la partie
externe de la médullaire externe
J8
25 µm
250 µm
Diminution du marquage au sein de la
portion S3
122
J22
25 µm
250 µm
Diminution significative du marquage au
sein de la portion S3 uniquement pour des
doses élevées
25 µm
b. Performances de différents biomarqueurs
A ce stade, il est intéressant de comparer la performance des différents biomarqueurs
dans deux modèles de nécrose tubulaires, consécutives à l’administration de cisplatine à des
rats (Wadey et al., 2013) et de gentamicine à des beagles (Zhou et al., 2014). Ces deux
molécules, induisent une nécrose tubulaire bien que des effets glomérulaires et vasculaires
ont récemment été mis en évidence suite à l’utilisation d’aminoglycosides (Lopez-Novoa et al.,
2011).
Les figures 53 et 54 présentent les courbes ROC pour différents biomarqueurs. Les courbes
ROC sont établies afin de déterminer la sensibilité et la spécificité de chaque biomarqueurs
dans la prédictibilité des lésions de nécrose tubulaire aigue.
D’après les aires sous les courbes (AUC) ROC, Kim-1 (Wadey et al., 2013) et NAG (Zhou et al.,
2014) semble être les marqueurs les plus performants dans ce modèle de néphrotoxicité.
Il est également intéressant de regarder la cinétique d’apparition urinaire ou
plasmatique de différents marqueurs. A partir d’un modèle de dégénérescence tubulaire
induite par l’ingestion de paraquat chez des rats, il a été montré une augmentation significative
de KIM-1 dès la 8 ème heure. Cette élévation urinaire est durable et se poursuit au cours des
48 heures post-ingestion. Cependant, les augmentations d’albumine, de cystatine C (urinaire
et plasmatique), de NGAL et de créatinine sont moins précoces (Wunnapuk et al., 2013).
Les cinétiques d’apparition de ces différents marqueurs sont présentées figure 55.
123
Figure 53 : Courbe ROC (1) : Spécificité et sensibilité de différents biomarqueurs
(Wadey et al., 2013)
Courbe ROC : Spécificité et sensibilité des différents biomarqueurs pour la détection de
nécrose tubulaire aigue post-injections de cisplatine
Cette courbe montre que les deux marqueurs Kim-1 et ostéopontine semblent plus
performants dans la détection des lésions de nécrose du tube proximal. Cependant l’aire sous
la courbe représentant Kim-1 est plus importante. Ce marqueur apparait comme le plus
performant dans la détection des lésions de nécrose du tube proximal dans l’étude de Wadey
et al. (2013).
124
Figure 54 : Courbe ROC (2) : Sensibilité et spécificité de différents biomarqueurs
(Zhou et al., 2014)
Dans cette étude évaluant la toxicité de la gentamicine la NGAL et la NAG sont les deux
marqueurs pour lesquels les courbes représentatives possèdent les AUC les plus importantes.
Ces biomarqueurs sont donc présentés par Zhou et al. (2014) comme des indicateurs
performants dans l’évaluation de lésions de nécrose du tube proximal.
125
Figure 55 : Cinétique de différents marqueurs après ingestion de paraquat
(Wunnapuk et al., 2013)
126
2. Essais de cartographies
a. Exemple de la ciclosporine
Dans cette partie nous allons à partir d’un exemple, proposer un essai de cartographie
couplant lésions histologiques, défaillance physiologique et biomarqueurs.
Pour mémoire, la ciclosporine peut provoquer une artériolopathie, une fibrose interstitielle
aboutissant à une glomérulosclérose chez les individus traités (Groupe Expert Inserm, 2009).
Dans une étude de 2014, Carlos et al., réalisent plusieurs observations chez des rats
recevant quotidiennement une dose de 15 mg/kg pendant 7, 14 ou 21 jours.
Les analyses précoces à 7 jours, indiquent une augmentation significative de Kim-1, de TNF-α
et de fibronectine urinaire chez les animaux traités comparativement au groupe témoin. Une
augmentation de la micro albuminurie est également présente. Ces marqueurs indiquent la
présence d’une toxicité aigüe en l’absence de visualisation de fibrose rénale. On observe par
la suite une augmentation de l’expression rénale de biomarqueurs suggérant l’activation
précoce des mécanismes aboutissant à une fibrose interstitielle.
A compter du 14 ème jour de traitement, une augmentation de l’expression de α-SMA (αSmooth Muscle Actin), marqueur de l’activation fibroblastique, est observée
concomitamment à une augmentation des macrophages. Ces données sont fondamentales et
indiquent le passage d’une toxicité aigüe à chronique.
A partir de trois semaines de traitement, les marqueurs indiquent le développement d’une
toxicité chronique. Par ailleurs les images histologiques révèlent une fibrose interstitielle, ce
qui n’était pas mise en évidence auparavant via les ce type d’analyse.
La figure 56 propose une synthèse concernant la toxicité de la ciclosporine. On observe
l’intérêt des biomarqueurs dont les variations peuvent être précoces par rapport à
l’observation des lésions histologiques. En effet des images de fibrose tubulo-interstitielle ne
sont visibles qu’à partir du 21 ème jour, alors que des changements de concentrations de
certains marqueurs surviennent dès le 7 ème jour.
Cartographie - bilan
Les figures 57-58-59, dressent une synthèse des différents éléments abordés au cours
de ce travail. Des essais de cartographie combinant les mécanismes d’action toxiques et
l’expression des différents marqueurs sont réalisés.
Contrairement aux marqueurs conventionnels, la majorité des marqueurs étudiés permettent
de localiser la portion du néphron atteinte. À ce jour, il est difficile d’établir une corrélation
précise entre l’apparition des lésions et les variations de concentrations de ces molécules
indicatrices. Cependant, ces biomarqueurs permettent de détecter de manière précoce une
insuffisance aigue. En effet le dosage sérique de cystatine C, et les concentrations urinaires de
Kim-1 et d’IL-18 sont actuellement considérées comme les plus sensibles et spécifiques pour
la mise en évidence d’une IRA. Les concentrations en NGAL et en GST permettent également
d’intervenir précocement (Khan et al., 2010).
La figure 59, présente l’intérêt de l’utilisation de la Netrin-1 et de la NGAL dans la mise en
évidence d’une IRA. On observe une augmentation des concentrations de ces deux marqueurs
dès la première heure suivant l’injection de toxique ischémiant, précédant ainsi de plusieurs
127
heures l’augmentation d’urée et toute modification du GFR. Le RPA-1 permet également
d’anticiper des lésions de nécrose papillaire, dans la mesure où l’augmentation à lieu au stade
où les lésions sont encore réversibles (Khan et al., 2010).
Cependant, des marqueurs de l’inflammation comme IL-18 et VDBP, permettent une détection
précoce de l’exacerbation du processus inflammatoire. D’autres, comme l’ostéopontine, αSMA ou le TGF-β semblent permettre d’apprécier une aggravation du processus fibrotique et
ce avant la mise en place de lésions visibles.
Conclusion de la troisième partie
A travers différents exemples, nous avons présenté les corrélations existantes entre
des lésions et les marqueurs. La plupart des marqueurs sont évalués dans des conditions
d’insuffisance rénale aigue ischémique. Leur rôle dans la prédictibilité de lésion structurelle
est souvent peu étudié. De manière générale, les marqueurs sont considérés soit comme
marqueur d’une ischémie précoce, soit d’une inflammation plus tardive laissant place à un
processus fibrotique.
Bien qu’ils ne permettent pas encore, à l’heure actuelle, une bonne prédictibilité des lésions,
ils précisent, pour la plupart d’entre eux, la zone du néphron endommagée. Des marqueurs de
l’inflammation et fibrose semblent toutefois permettre d’anticiper ces processus lésionnels.
Notons également que la majorité des biomarqueurs, ont des sensibilités et des spécificités
meilleures que l’urée et la créatinine.
128
Figure 56 : Intérêt des biomarqueurs dans la pathogénie des lésions provoquées par la ciclosporine
129
Figure 57 : Cartographie néphrotoxique et place des biomarqueurs validés
130
Figure 58 : Place des marqueurs dans l’évaluation de la nature et ou de la localisation des lésions rénales
131
Figure 59 : Détection précoce d'une IRA ischémique avec la Netrin-1 et la NGAL
(D’après Khan et al., 2010)
132
CONCLUSION
Le rein de par ses multiples rôles est un organe complexe. Il est la cible de nombreux
toxiques et notamment de médicaments qui conduisent le plus souvent à la mise en place
d’une insuffisance rénale aigue. Parfois, l’inflammation est telle, qu’une fibrose
s’accompagnant de lésions alors irréversibles se mettent en place. Cet organe possède une
grande capacité de réserve fonctionnelle dans la mesure où l’on estime que 60 % des néphrons
doivent être lésés pour avoir des répercussions physiologiques et biochimiques décelables
avec des marqueurs conventionnels comme le sont l’urée et la créatinine. L’intérêt de pouvoir
mettre en évidence des lésions de manière précoce prend donc toute son importance d’un
point de vue clinique mais également lors des phases d’essais pré-cliniques du développement
des molécules. En effet, les effets néphrotoxiques de nombreuses substances, ne sont mis en
évidence que trop tardivement, ce qui met en jeu la santé des patients humains et animaux.
De ce fait, au cours de la dernière décennie, de nombreuses molécules ont été
proposées en tant que marqueur d’atteinte rénale. Elles permettent de localiser plus
précisément la zone du néphron concernée par les lésions d’origine toxique. Cependant, ces
biomarqueurs sont davantage corrélés de manière précoce aux insuffisances d’un point de vue
fonctionnel, qu’à des lésions précises. En effet, bien que le rein présente peu de modifications
histologiques différentes face aux agents toxiques, les mécanismes intervenant dans cette
pathophysiologie sont nombreux et complexes. Il n’est de ce fait pas évident de relier les
changements de concentrations de ces marqueurs avec la mise en place certains mécanismes
ou de certaines lésions.
Cependant, ce domaine d’études étant en plein essor, il est possible que dans les
années à venir, d’autres biomarqueurs soient mis en évidence grâce aux nouvelles techniques
comme la métabolomique. Nous pouvons espérer que de nouvelles études permettent de
mieux préciser la place de ces molécules dans la prédictibilité des lésions néphrotoxiques et
que leur utilisation puisse se systématiser.
Au cours de ce travail, de nombreux marqueurs prometteurs ont été présentés,
cependant très peu sont utilisés actuellement en recherche toxicologique ou en médecine
clinique. En effet, leur systématisation requière la connaissance de valeurs de références d’une
part et le développement de méthodes de dosage rapides, fiables et disponibles pour une
utilisation en clinique d’autre part. Cela laisse donc supposer, que la mise au point de nouvelles
méthodes d’évaluations de la nature et ou de la localisation de lésions néphrotoxiques
nécessite un travail de recherche de nombreuses années.
La validation de nouveaux biomarqueurs, ainsi que l’utilisation clinique des biomarqueurs
actuellement validés au stade pré-clinique, permettraient d’appréhender précocement les
insuffisances fonctionnelles rénales couramment rencontrées en médecine vétérinaire des
carnivores domestiques.
133
134
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144
TOXIQUES RÉNAUX ET BIOMARQUEURS : ESSAI DE CARTOGRAPHIE DES DIFFÉRENTS MODES
D’ACTION DES SUBSTANCES NÉPHROTOXIQUES EN MÉDECINE VÉTÉRINAIRE
NOM et Prénom : CHALAMET Marion
Résumé :
L’étude et la compréhension des modes d’action des substances néphrotoxiques (médicaments,
métaux, plantes, produits ménagers …) permettent d’appréhender le cheminement aboutissant
aux conséquences lésionnelles et fonctionnelles rénales. Ces connaissances sont essentielles en
pharmacologie lors de l’évaluation de la potentielle toxicité rénale des nouvelles molécules en
développement. Bien que l’analyse histologique soit considérée comme la référence, il est
important de disposer de marqueurs précoces et fiables permettant d’évaluer le degré
d’atteinte. De plus la mise en évidence d’une inadéquation entre la présence de lésions rénales
et de troubles fonctionnels tel que l’insuffisance rénale aigue à motivé la mise en évidence de
biomarqueurs précoces et spécifiques de segments du néphron.
Dans les années 2000, grâce au partenariat entre groupes privée et publics, de nouveaux
biomarqueurs sont ainsi identifiés et validés dans le cadre d’études pré-clinique chez le rat.
Depuis de très nombreuses molécules prometteuses ont été mises en évidence. L’étude de ces
biomarqueurs nécessite donc une connaissance des différentes voies de néphrotoxicité mais
permet également d’en approfondir les mécanismes cellulaires et moléculaires.
Ce travail bibliographique met en parallèle des données actuelles permettant de comparer
l’apport de l’analyse histologique et celui provenant de l’étude de ces nouveaux biomarqueurs
afin d’évaluer l’intérêt de ces molécules dans la précocité de détection des lésions rénales
structurelles ou fonctionnelles.
Mots clés : BIOMARQUEUR / NEPHROLOGIE / NEPHROTOXICITE / MODE D’ACTION / LESION /
CARTOGRAPHIE / SUBSTANCE TOXIQUE / MEDECINE VETERINAIRE
Jury :
Président : Pr.
Directeur : Pr Enriquez Brigitte
Assesseur : Dr Cordonnier Nathalie
145
RENAL TOXICS AND BIOMARKERS: EXAMPLE OF CARTOGRAPHY ABOUT
SEVERAL PATHOPHYSIOLOGIC MECHANISMS LEADING TO NEPHROTOXICITY
IN VETERINARY MEDICINE
SURNAME: CHALAMET
Given name: Marion
Summary:
A more comprehensive understanding of pathways of nephrotoxic substances (drugs, metals,
plants, household products …) allows to better understand how they can lead to changes in renal
structure and functional renal impairment. In pharmacology, this knowledge has a pivotal role in
nephrotoxicity risks assessment during drug development process. Even though the
histopathology is considered to be gold standard, it is essential to have early and reliable
biomarkers which permit evaluation of impairment. Moreover, the recognition of mismatch
between kidney injury and functional renal impairment, such as acute kidney injury, has led to the
widespread evaluation of early and specific nephron segments biomarkers.
Over, the past decade, efforts by public-private partnerships have led to identification, evaluation
and qualification of several new biomarkers during preclinical studies in rats. Since, many
promising molecules have been detected. Study of these biomarkers needs specific knowledge
about nephrotoxic pathways. These markers allow a better understanding of cellular and
molecular pathways in renal toxicity.
This bibliographical work tries to draw a parallel between histopathology studies and biomarkers
studies during the evaluation of these markers as early tools in detection of histopathology or
functional change.
Keywords: BIOMARKER / NEPHROLOGY / NEPHROTOXICITY / PATHWAYS / INJURY /
CARTOGRAPHY / TOXIC SUBSTANCES / VETERINARY MEDECINE
Jury:
President : Pr.
Director : Pr Enriquez Brigitte
Assessor : Dr Cordonnier Nathalie
146

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