Propriétés sécrétoires de l'épithélium des voies aériennes Isabelle Fajac

1. Propriétés sécrétoires de l'épithélium des voies aériennes Isabelle Fajac Service de Physiologie, Hôpital Cochin Mai 2006

2. Plan du cours •Epithélium des voies aériennes,escalator muco-ciliaire •Composition du mucus •Mucus et maladies bronchiques

3. Epithélium bronchique • • Epithélium cylindrique pseudo-stratifié • • Au moins 8 types cellulaires: • ¢ ciliées • ¢ basales • - ¢ en brosse • - ¢ à mucus ou caliciformes (goblet cells) • - ¢ séreuses • - ¢ de Clara • • Escalator muco-ciliaire

4. Epithélium bronchique

7. Glandes sous-muqueuses • Tube étroit cilié en continuité avec épithélium de surface • Tube collecteur : épithélium cylindrique • Tubules sécréteurs et acini :- muqueux (40 %) - séreux (60 %)

9. Cellules sécrétoires de l'épithélium des voies aériennes • Epithélium de surface : - ¢ à mucus ou caliciformes (goblet cells) - ¢ séreuses - ¢ de Clara • Glandes séro-muqueuses : ¢ des acini - ¢ à mucus - ¢ séreuses

10. Cellules à mucus

11. Cellule séreuse

12. Cellule de Clara

13. Escalator muco-ciliaire

14. Liquide de surface des voies aériennes (ancien "mucus") • 10 à 100 ml de liquide sécrétés par jour • 90 % : glandes sous-muqueuses •  Fonctions : • piège et élimine aérocontaminants •humidifie les voies aériennes • protège et isole les ¢ épithéliales • Deux phases : • mucus = ancienne "phase gel" • liquide péri-ciliaire = ancienne "phase sol"

15. Liquide de surface des voies aériennes (ASL) Mucus : 0,5-2 µm liquide péri-ciliaire : 6-8 µm

16. Composition du mucus (phase gel) •H2O et électrolytes : 95% • Glycoprotéines : mucines : 2% Synthétisées par ¢ à mucus • Protéines : 1% Synthétisées par ¢ séreuses • Lipides, lipoprotéines : 1% • Sels inorganiques : 1%

17. Structure des mucines •Axe peptidique : sérine, thréonine •Chaînes d'hydrates de carbone de 1 à 20 sucres sérine ou thréonine acides aminés chaîne d'oligosaccharides

18. Structure des mucines Liaison de type O-glycosidique entre N-acétyl-hexosamine et résidu sérine ou thréonine de chaîne peptidique. liaison O-glycosidique sérine ou thréonine N-acétyl-hexosamine

19. Mucines et propriétés du mucus • Propriétés rhéologiques • viscosité • élasticité • adhésivité • filance • Propriétés antibactériennes

20. Gènes des mucines humaines • Au moins 13 identifiés : MUC1, 2, 3, 4, 5A, 5B, 6, 7, 8, 13… • Expression dans les voies aériennes humaines Bronches : MUC5B : glandes, MUC5AC : ¢ califormes • Rôle spécifique?

21. Autres composants protéiques du mucus • Protéines à activité anti-bactérienne • Origine sérique : Ig G, Ig A, Ig M, transferrine, complément, anti-protéases • Origine locale : ¢ séreuses • lysozyme • transferrine • antiprotéases • pièce sécrétoire des IgAs • défensines

22. Lysozyme • Origine : ¢ séreuses • Enzyme bactériolytique • Modulateur de l'inflammation • Structurant du mucus

23. Transferrine • Origine : ¢ séreuses • Deux sites de fixation du fer • Activité anti-bactérienne

24. Antiprotéases • Origine : ¢ séreuses • SLPI : secretory leucocyte proteinase inhibitor • Anti-élastase des PNN

25. Pièce sécrétoire des IgAs •Dimère d'IgA+chaîne J synthétisé par plasmocytes de la sous-muqueuse bronchique • Pièce sécrétoire synthétisée par les ¢ séreuses Exprimée au pôle basolatéral des ¢ séreuses et constitue le récepteur à IgAs • Endocytose, protéolyse partielle du récepteur et sécrétion : IgAs : dimère + chaîne J + pièce sécrétoire • Propriétés anti-bactériennes et structurant du mucus

26. Pièce sécrétoire des IgAs

27. ß-défensines • Peptides antibactériens • Expression par les cellules épithéliales des voies aériennes : • épithélium de surface • ¢ séreuses des glandes sous-muqueuses

28. Activité bactéricide de la ß-defensine humaine : Synergie avec lysozyme et lactoferrine 80 60 hBD-2 40 + Lysozyme CMI (µg/ml) + Lactoferrine 20 0 E. coli P. aer. S. aur. D31 ATCC E. faec. Bals et al, J Clin Invest 1998

29. Effet de la concentration en NaCl sur l'activité bactéride des ß-défensines hBD-1 hBD-2 125 0.5 12 µg/ml 0.1 100 6 0.05 1.2 75 0.01 % bacteria killed 50 25 0 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 [NaCl] mM [NaCl] mM Singh et al, PNAS 1998

30. Effets conjoints clairance muco-ciliaire et substances anti-bactériennes Normalement : • Bactéries éliminées par transport muco-ciliaire en # 6 h (4-10 mm/mn) • Multiplication bactérienne toutes les 20 min : substances antibactériennes du mucus inhibent croissance bactérienne pendant les 6 h nécessaires à leur clairance. • Mais, si clairance inefficace, les bactéries acquièrent rapidement une résistance à ces substances et recommencent à se multiplier au bout de 24 h.

31. Maladies des voies aériennes Modification de : • la composition ¢ de l'épithélium • l'expression des gènes de mucines (MUC 2 : CF et Pyo) • l'expression des enzymes responsables de la glycosylation des mucines •Altération des propriétés rhéologiques du mucus • Colonisation bactérienne • Dégradation du film muqueux, désquamation ciliaire • Adhérence bactérienne à l'épithélium

32. Méthodes d'exploration de la clairance muco-ciliaire 4 à 10 mm/mn • In vivo : vitesse de transport du mucus • VAS : test à la saccharine • VAI : marqueurs radioactifs • In vitro : • Mucus : - capacité de transport du mucus - étude rhéologique • Etude des cellules ciliées

33. La théorie du " high salt " Normal Mucoviscidose H2O H2O Bacteries Cl- Bacteries Cl- X X X Na+ Na+ ß-défensine active ß-défensine inactivée Basse [NaCl] Elevée [NaCl] Welsh, Cell 1996

34. Théorie du "low volume" Normal Mucoviscidose H2O H2O X X Cl- Cl- - CFTR CFTR Na+ Na+ Cl- Cl- Boucher et al, 1998

35. ASL anormal et physiopathologie de la mucoviscidose Knowles et al, 2002