Les cellules souches endothéliales circulantes: Utilisation potentielle en thérapie cellulaire

LES SOUC ES ENDOTHCLIALES TES : UTILISATION POTENTIELLE iF?APlE CELLUL Georges

Uzan a

CD1 33, Flk-I /KDR

[I 51, ou des marqueurs

thelium tels que la VE-cadherine. es don&es

accumulees ces dix dernieres an&es

ont montre que

specifiques

de I’endo-

Lorsque ces cellules sont mises en

culture, elles forment des foyers de cellules qui croissent

lentement

I’endothelium nest pas seulement un tissu adherent recouvrant I’ensemble de notre systeme vasculaire, mais aussi un organe plas-

pendant environ deux semaines. Par la suite, ces cellules acquierent

tique, distribue entre deux compartiments : dune part, le compartiment adherent est majoritaire, d’acces limit6 pour des approches cliniques,

semaines. Cette cinetique de proliferation cellules endotheliales

d’autre part un compartiment

divisions est beaucoup plus restreint. Si le role physiologique

circulant offrant de nouvelles pistes en

biologie vasculaire. Le developpement cifiques de I’endothelium

d’anticorps

monoclonaux

spe-

a permis de montrer que ce compartiment

un haut potentiel

proliferatif,

vasculaires

permettent d’envisager

cellules, presentes a des taux tres faibles chez le sujet normal (mains de trois celluleslml de sang), sont quiescentes. Leur nombre est aug-

I’angiogenese.

situations

pathologiques

et auto-immunes..

(accidents

plusieurs

matures

: en effet, leur nombre de reel des

une utilisation potentielle de ces cellules pour

de nouvelles therapeutiques

mente dans differentes

pendant

est differente de celle des

PEC nest pas encore clairement etabli, leurs proprietes fonctionnelles

circulant comporte des cellules endotheliales differenciees (DEC). Ces

miques, atteintes infectieuses

qui se maintient

dans des pathologies

mettant en cause

ische-

.) 1141.

Elles representent des marqueurs d’alteration vasculaire dont le phenotype est le reflet de !‘endothelium in situ. En plus de ces cellules endotheliales matures, le compartiment circulant de I’endothelium comprend egalement des cellules a haut potentiel proliferatif, identifiees recemment comme des progeniteurs endotheliaux (PEC). Ces cellules, qui expriment les marqueurs de la lignee endotheliale, se distinguent des DEC par un taux de renouvellement eleve et par I’expression marqueurs de cellules immatures, tel I’antigene CD1 33 [I 11.

de

L’existence de cellules souches a l’origine des cellules hematopo’ietiques et endotheliales,

les hemangioblastes,

est admise depuis long-

temps chez I’embryon, bien que reellement demontree recemment [3]. Chypothese

la plus couramment

admise est que les PEC sont issus

de cellules medullaires, analogues aux hemangioblastes I’embryon.

decrits chez

Deux arguments viennent etayer cette hypothese.

- Le premier provient de patients atteints de leucemie myeloide chronique 141. Cette leucemie est caracterisee par une translocation

chro-

mosomique unique t(9;22), qui produit un gene de fusion bcdabi Dans cette etude, les auteurs ont recherche la translocation La decouverte en 1997 de precurseurs circulants des cellules endotheliales chez I’homme adulte a revolutionne le concept d’angiogenese

des cellules endotheliales

circulantes

du sang peripherique

post-natale [I]. De nombreux travaux sont Venus confirmer I’existence de ces precurseurs, leur origine medullaire I1 Q] et leur aptitude a s’in-

clonal et son expression dans les cellules endotheliales

tegrer dans des structures

hematopoi’etiques

vasculaires

121. Les progeniteurs

endo-

theliaux circulants (PEC) peuvent etre mobilises dans la circulation par differents facteurs de croissance, comme le VEGF ou le G-CSF. Des populations enrichies en PEC peuvent etre obtenues en triant les cellules sanguines a I’aide de differents marqueurs, tels que CD34,

dans les cel-

lules endotheliales circulantes des patients. Une proportion significative mobilise

portent le gene de fusion bcrlabl. Ce gene de fusion est un marqueur

communes

et les cellules

va dans le sens de I’existence de cellules souches

aux deux types cellulaires.

- Le deuxieme argument vient d’etudes realisees en dilution limite sur des cellules de moelle osseuse ou de cordon ombilical, triees sur I’expression des marqueurs CD34 et KDR (recepteur population precoces,

a des caracteristiques

ayant des caracteristiques

de s’auto-renouveler, sous-population

du VEGF). Cette

de cellules hematopdr’etiques

t&s

de cellules souches, capables

et pouvant etre cultivees a t&s long terme. Une

de ces cellules est capable de generer de facon clo-

““Unite de recherche lnserm 506

nale, a la fois des cellules hematopoi’etiques

Ontogen&se des cellules sanguines Groupe hospjtalier Paul-Browse 12, av. Paul-Vaillant-Couturier 94807 Vlllejuif cedex

thekales. Ces cellules ont done des caracteristiques d’hemangioblastes

E-mail

: uran@?vjf.inserm.fr

0 Elsevier

6

et des cellules endo-

et pourraient etre a l’origine des PEC [i 61. Cependant, differencier

d’autres types de cellules souches sont capables de se en cellules endotheliales. Une etude realisee dans les

cellules embryonnaires

de souris a permis de mettre en evidence une

cellule souche vasculaire capable de donner a la fois des cellules endoSuppl&ment au N” 349, Revue Franqalse des Laboratolres. janvier 2003

theliales et des cellules de muscle lisse [23]. Plus recemment, des cellules souches a large spectre de differentiation appelees les MAPC ont BtB mises en Evidence dans la moelle. Ces cellules sont capables de se differencier non seulement en cellules mesenchymateuses,

mais

egalement en cellules ayant des caracteristiques

endodermiques

ectodermiques.

injectees dans des blastocystes

de souris, ces cel-

lules participent

a la formation de la plupart des cellules sornatiques

[6]. La differentiation ment ete d&rite

mangiomes lorsqu’il etait delivre de facon continue par le biais de retrovirus [I 01. Ce type d’approche

peripherique

et dans le sang

Censemble de ces don&es

circulent

de cordon

[5, 91.

montre qu’il nest pas simple cle deter-

miner quelle est I’origine des PEC. II est possible que ces cellules soient issues de cellules souches multipotentes medullaires. Ces dernieres peuvent aussi etre circulantes, soient en fait une population

et il est possible que les PEC

heterogene,

ayant un potentiel

de dif-

ferenciation

plus ou moins large. Parmi leurs differentes voies de dif-

ferenciation

possibies,

leur potentiel endothelial

evidence dans le rnicroenvironnement

serait alors mis en

vasculaire

ou par conditions

de culture particulieres.

peut done etre risque et il est fonda-

mental de pouvoir controler de facon precise les doses delivrees, airk que leur protocole

d’administration,

avant d’envisager

une utilisation

therapeutique. La decouverte

etudes ont montre que des cellules ayant des

de ceilules souches mesenchymateuses

dans le sang

a egale-

1161.

Par ailleurs, d’autws caracteristiques

des MAPC en cellules endotheliales

et

pro-angiogeniques tels que le VEGF est I’une des plus explorees [81. Cependant, des donnees recentes montrent que le VEGF, meme s’il a un reel pouvoir angiogenique, pouvait conduire a la formation d’he-

des PEC offre une alternative prometteuse

ches utilisant les facteurs de croissance Cette possibilite therapeutique

aux appro-

pro-angiogeniques.

a ete exploree dans un nombre crois-

sant d’experiences

realisees chez I’animal, qui indiquent que les cel-

lules endotheliales

circulantes

que

celle

du

myocarde

ou

peuvent corriger des ischemies telles des

membres

d’Asahara [7] a transplante des progeniteurs

inferieurs.

endotheliaux

L’equipe provenant

de sang peripherique dans des souris nude athymiques dont une art&e femorale a ete excisee. Sachant que les souris nude ne font pas de neovascularisation, n&rose

I’excision de I’artere provoque

du membre suivi d’une auto-amputation.

de progeniteurs

generalement

endotheliaux humains de sang peripherique

de sauver le membre ischemique contrairement

aux souris controles

endotheliales

microvasculaires

la

La transplantation a permis

dans 60 o/, des animaux testes, transplantees

avec des cellules

humaines (lignee HMVEC),

quelles a ete injecte du milieu condition&

ou aux-

par des progeniteurs endo-

theliaux de sang peripherique. Murohara et COIL [13] ont, par ailleurs, obtenu des resultats equivaDes experiences transplantation

recentes realisees sur des hommes ayant subi une cardiaque

de donneurs

femmes

montrent

que les

lents en transplantant

localement des progeniteurs

endotheliaux

du membre inferieur. Ces auteurs montrent de plus que les progeni-

PEC sont naturellement integrees dans les vaisseaux des tissus cardiaques [17]. Ceci suggere que ces progeniteurs participent natu-

teurs endotheliaux

rellement a la prevention

pherique induisent de la meme facon une augmentation

a I’angiogenese

de I’ischemie,

de reparation.

en participant

direatement

Une autre etude, qui confirrne cette

provenant

du sang de cordon ou du sang peride la densite

des vaisseaux au niveau de I’ischemie, ainsi que ie retablissement

hypothese, montre que P’infarctus aigu du myocarde induit la mobilisation des PEC en peripherie. Enfin, des donnees publiees recem-

la circulation sanguine.

ment montrent que la baisse du nombre de progeniteurs

laires comme outil de therapie cellulaire par transplantation

endothe-

liaux dans le sang circulant est correlee avec une augmentation facteurs de risque d’infarctus indiquent

du myocarde

des

[22]. Ces observations

que les PEC peuvent etre impliquees dans la prevention

a et6 apportee

recemment

a des patients souffrant d’ischemie

strategies d’angiogelnese therapeutique,

de I’endothelium Ii&es

Si le role de I’anglogenese depuis plusieurs an&es,

dans la progression

encore mal connue. Cependant, ment que des

souris

ayant

tumorale est etabli

la participation des PEC ace processus est I’equipe de Rafii a demontre recem-

un defaut d’angiogenese

sont resistantes

aux tumeurs. L.agreffe de cellules medullaires provenant de souris sauvages a des souris mutantes id confere a ces souris la permissivite tumorale, selon un mecanisme qui fait intervenir les PEC de la

SOU-

ris donneuse [I 21. En revanche, la greffe de cellules provenant de

cardiaque

autologue

par les premieres etudes cliniques.

etudes montrent que des cellules mononuclees d’ischemie

ou plus precisement de neo-

de

Enfin, la confirmation de I’utilite d’utiliser des cellules d’origine medul-

de l’ischemie et pourraient done etre utilisees comme outil dans des vascularisation.

cir-

culants de sang de cordon a des rats nude ayant subi une ischemie

des membres inferieurs [21

[20] participent

I&se. Cependant,

Ces

medullaires injectees

efficacement

il s’agit d’etudes

I ou

a la reparation pionnieres,

rea-

sur un faible nombre de patients, et elles utilisent des popu-

lations de cellules peu purifiees. Elles posent cependant tions importantes, notamment sur I’opportunite

injectees. En effet, parmi les cellules mononuclees cellules hematopdietiques et stromales se&tent croissance

proangiogeniques.

des ques-

de purifier les cellules de la moelle, les des facteurs de

Par ailleurs, les differentes

compo-

santes du stroma de la moelle, en particulier les composantes vasculaires, peuvent participer a la reparation du tissu ischemie. II est

SOU-

egalement probable que parmi les cellules injectees, les progeniteurs

ris mutantes id ne leve pas la resistance aux tumeurs. Ces donnees

endotheliaux jouent un role important dans la regeneration vasculaire

sont les premieres qui montrent une relation directe entre recrutement

des tissus ischemies.

des PEC et le developpement

de tumeurs.

II est done important de continuer les recherches pre-cliniques

et c/i-

niques dans deux directions, l’une utilisant des cellules peu purifiees, et

I’autre utilisant des progeniteurs

laires davantage

endotheliaux

circulants ou medul-

purifies et caracterises.

Censemble de ces don&es

indique que les cellules endotheliales cir-

culantes pourraient constituer un outil therapeutique revasculariser

les tissus ischemiques.

interessant pour

Le fait que ces cellules pre-

sentent un tropisme tres fort pour les sites de neoangiogenese

_-___.~..-.

---- - .-

Cangiogenese therapeutique

dent particulierement

constitue un enjeu important dans le trai-

et/au I’hypoxie aient un puissant pouvoir attractif sur les PEC. Dans

tement de I’ischerrie cardiaque ou des membres inferieurs. Parmi les

ce contexte, I’amplification

strategies testees ces dernieres annees, I’injection locale de facteurs

rait constituer

Suppl6ment

au N” 349.

Revue kncai%?

des Laboratoires, janvier 2003

les ren-

interessantes. II est probable que I’inflammation in vitro des angioblastes

un enjeu clinique considerable

circulants pour-

!2I. 7

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Supplement au N” 349, Revue Frarqaise des Laboratoires, janvier 2003