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n°120 - février/mars 05

 


Physiopathologie des lipodystrophies associées au VIH

L'importance des études in vitro pour clarifier l'impact des antirétroviraux sur l'adipocyte

 

Martine Caron, Claire Lagathu, Martine Auclair, Corinne Vigouroux, Jean Philippe Bastard, Jacqueline Capeau

Inserm U 680, Université Pierre et Marie Curie, Faculté de Médecine Saint-Antoine (Paris)








 

 

Le traitement antirétroviral induit fréquemment chez les patients un syndrome lipodystrophique caractérisé par une lipoatrophie périphérique associée ou non à une accumulation de graisse viscérale et à des troubles métaboliques tels que dyslipidémie, insulinorésistance et troubles de la tolérance au glucose1,2.
Parmi les nombreux facteurs impliqués dans la physiopathologie de ce syndrome, certains sont liés à l’infection, à la restauration immune ou à l’hôte (âge, sexe, durée de l’infection, index de masse corporelle), mais le traitement antirétroviral y joue un rôle majeur. Les deux principales classes de molécules, inhibiteurs de protéase (IP) et analogues nucléosidiques inhibiteurs de la transcriptase inverse virale (INTI) participent à ce syndrome par des mécanismes différents. A ce jour, les inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse (INNTI) efavirenz et névirapine ne semblent pas impliqués dans le syndrome lipodystrophique3.
Les études cliniques montrent que les IP sont le plus souvent associés à l’adiposité viscérale, l’insulino-résistance et la dyslipidémie et les INTI à la perte du tissu adipeux périphérique et que les traitements associant les deux classes de drogues augmentent l’incidence et la sévérité du syndrome lipodystrophique1,2. De plus au sein d’une classe thérapeutique, IP ou INTI, l’impact de chaque molécule peut être différent. Les IP et INTI peuvent être classés en molécules de première (indinavir, nelfinavir, saquinavir, ritonavir, stavudine, didanosine, zidovudine et zalcitabine) et de seconde génération (lopinavir, amprénavir, atazanavir, abacavir et ténofovir), ces dernières produisant en général moins d’effets secondaires métaboliques (sauf le lopinavir).
En raison des modifications fréquentes des traitements (dues aux résistances et aux effets secondaires) et de l’association des molécules dans les schémas thérapeutiques, il n’est pas aisé de conclure sur les effets propres de chaque IP ou INTI sur le tissu adipeux des patients traités. Trois types d’études ont donné des informations sur l’impact des classes thérapeutiques et des molécules individuellement :
1) les études cliniques sur sujets volontaires sains traités par une molécule particulière (IP ou INTI) ;
2) les études expérimentales in vitro sur lignées adipocytaires murines ou humaines et in vivo sur le tissu adipeux des animaux traités par les molécules et
3) les études ex vivo sur biopsies de tissu adipeux des patients VIH traités.

Apport des études cliniques sur sujets volontaires sains

Le traitement de sujets volontaires sains par IP ou INTI permet de s’affranchir des paramètres liés à l’infection mais ce sont toujours des études de courte durée, de quelques semaines au maximum. Elles ont porté sur l’indinavir4, le lopinavir, le ritonavir5 et l’atazanavir6. Les bithérapies associant lopinavir, indinavir ou atazanavir au ritonavir à faible dose et celles comportant la lamivudine associée à la zidovudine ou la stavudine ont été évaluées plus récemment.
Il est montré dans ces études qu’un traitement de 4 semaines par l’indinavir augmente la production du glucose et la glycogénolyse hépatiques sans modifier les paramètres lipidiques. De même le traitement des sujets sains par l’indinavir associé au ritonavir pendant 5h ou 1h induit une insulinorésistance. Dans ces deux études, l’association atazanavir/ritonavir est sans effet.
Après 2 ou 4 semaines de traitement, le ritonavir seul et l’association lopinavir/ritonavir induisent une dyslipidémie chez les sujets sains. A 4 semaines, on observe une élévation des triglycérides, acides gras libres et VLDL-cholestérol. Mais dans un traitement de courte durée (2h), le ritonavir ne modifie pas les paramètres lipidiques alors qu’il affecte le métabolisme glucidique. Ces études montrent que les IP indinavir et ritonavir induisent des troubles métaboliques chez les sujets sains sans affecter la masse et la répartition du tissu adipeux, probablement du fait de la courte durée des traitements.
Par contre, chez les sujets sains les bithérapies de 2 semaines associant la lamivudine à la zidovudine ou à la stavudine affectent le tissu adipeux au niveau des marqueurs de la fonction mitochondriale (diminution des ARN mitochondriaux codant pour COX1, COX3 et cytochromeb) mais sans changer le taux de mtDNA. La prise de ces INTI diminue également l’expression de PPARgamma un gène majeur de la différenciation adipocytaire et de la réponse à l’insuline.

Apport des études in vitro sur lignées adipocytaires

Les modèles cellulaires étudiés ont été en premier lieu les préadipocytes murins 3T3-L17,8 et 3T3-F442A9-13 et les cellules souches C3H10T1/214, qui se différencient en culture en adipocytes matures. D’autres études ont porté sur des préadipocytes humains15 ou de rat et sur du tissu adipeux de souris ou de rat traités par les antirétroviraux. Malgré certaines controverses, il apparaît que les IP de première génération (indinavir, ritonavir, saquinavir, nelfinavir) et le lopinavir ont un impact direct sur le fonctionnement adipocytaire en altérant la différenciation adipocytaire, la réponse à l’insuline et la survie cellulaire.
L’indinavir, la drogue la plus liée au syndrome lipodystrophique inhibe la mise en place de la différenciation adipocytaire dans les cellules 3T3-F442A en altérant une étape précoce de la différenciation. Nelfinavir, ritonavir et saquinavir altèrent la différenciation adipocytaire dans les lignées 3T3-F442A9,12, 3T3-L17,12 et les cellules souches C3H30T1/2. Il est noté que l’indinavir n’agit pas sur les cellules déjà différenciées (3T3-L113) ou en présence d’une glitazone, inducteur puissant de différenciation utilisé dans les cellules 3T3-L17 et les cellules souches14. L’indinavir et le nelfinavir induisent l’apoptose dans les deux lignées cellulaires 3T3-L1 et F442A7,9,10. A part pour une étude, l’amprénavir est sans effet sur la différenciation et la survie adipocytaire9,10,12.
Comme attendu des études cliniques, les IP (indinavir, nelfinavir, saquinavir et ritonavir) agissent également sur la réponse à l’insuline des cellules 3T3-L1 et 3T3-F442A mesurée par l’activation du transport du glucose8 et l’inhibition de la lipolyse14. L’indinavir et le nelfinavir (mais pas l’amprénavir) inhibent l’effet de l’insuline sur l’activation des MAP kinases et de Akt/PKB, voies distales dans la signalisation de l’insuline sans altérer les étapes précoces, phosphorylation du récepteur de l’insuline et de son substrat majeur IRS-19. Finalement, certains IP (indinavir, nelfinavir, ritonavir, mais pas amprénavir) agissent sur les fonctions sécrétrices de l’adipocyte en activant la production et la sécrétion du TNFalpha, IL6 et IL1beta13,15, cytokines proinflammatoires impliquées dans l’insulinorésistance. De plus, les IP inhibent la production et la sécrétion de l’adiponectine, un modulateur positif de la sensibilité à l’insuline sécrété par l’adipocyte. En ce qui concerne l’atazanavir, les études in vitro sur cultures cellulaires sont encore très parcellaires et ont fait seulement l’objet d’abstract. L’atazanavir ne modifie pas le transport du glucose ni le recrutement de GLUT4 à la membrane contrairement à l’indinavir et au nelfinavir. Nos études récentes sur cellules 3T3-F442A montrent que l’atazanavir seul ne modifie pas la différenciation adipocytaire, la réponse à l’insuline et la survie cellulaire.
Ces études in vitro montrent que les mécanismes d’action des IP sur l’adipocyte sont complexes. L’indinavir, le nelfinavir et le saquinavir agissent probablement sur la différenciation adipocytaire en inhibant la maturation terminale du facteur de transcription SREBP-1 et en prévenant sa pénétration nucléaire qui pourrait impliquer la lamine A/C10. Les IP peuvent induire une résistance à l’insuline du fait de leur action sur SREBP-1 et/ou sur les transporteurs du glucose ou par le biais de la sécrétion du TNFalpha. Les effets des IP sur la mort cellulaire sont probablement indirects et liés à la présence d’adipocytes mal différenciés, peu sensibles à l’insuline et hypersécrétant le TNFalpha, facteur proapoptotique. Les effets proapoptotiques des IP sont probablement médiés via leur toxicité directe sur la mitochondrie (via le TNFalpha, comme le suggèrent des études préliminaires effectuées au laboratoire). De façon intéressante, nous observons dans les cellules 3T3-L1 différenciées13 que l’indinavir et le ritonavir, qui n’augmentent pas (ou peu) la sécrétion et l’expression du TNFalpha, n’induisent pas ou peu l’apoptose.
De nombreuses études cliniques ont décrit une relation entre traitement INTI (sans IP) et perte du tissu adipeux périphérique suggérant une toxicité au niveau mitochondrial16. Les quelques études in vitro qui ont concerné l’impact des INTI sur l’adipocyte ont montré que les INTI stavudine et zidovudine pénètrent dans l’adipocyte mais affectent peu ou pas la mise en place de la différenciation7. Dans une étude récente11 nous observons que les analogues de la thymidine, stavudine et zidovudine altèrent le phénotype lipidique de l’adipocyte (en diminuant leur contenu en lipides et la lipogénèse) mais ne modifient pas l’activation des voies de signalisation par l’insuline, MAPK et Akt/PKB, en accord avec l’absence d’effet direct des INTI sur la sensibilité à l’insuline. Par contre, stavudine et zidovudine sont proapoptotiques et directement toxiques pour la mitochondrie : ils diminuent l’ADN mitochondrial, l’expression des protéines de la chaîne respiratoire et le potentiel mitochondrial et, en réaction, augmentent la masse mitochondriale. Les INTI lamivudine, abacavir, ténofovir et didanosine sont sans effet sur les adipocytes 3T3-L1 et 3T3-F442A.
Comme certains IP (indinavir, ritonavir), les INTI stavudine et zidovudine augmentent l’expression et la sécrétion des cytokines pro-inflammatoires TNFalpha IL-6 et IL-1beta, et diminuent l’expression de l’adiponectine in vitro, pouvant par ce biais et par l’augmentation de sécrétion des acides gras libres contribuer à l’insulinorésistance au niveau du foie et du muscle. L’hypersecrétion de TNFalpha induite par les INTI peut expliquer en partie leurs effets proapoptotiques.
A ce jour les études cliniques n’ont pas montré de lien entre les traitements par les inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse (INNTI) efavirenz et névirapine et le syndrome lipodystrophique3. Deux études in vitro concernent les effets de ces molécules dans les cellules 3T3-F442A. L’efavirenz à dose submaximale affecte le métabolisme lipidique adipocytaire alors que la névirapine reste sans effet.

Apport des études sur biopsies de tissu adipeux des patients VIH traités

Les études ex vivo sur biopsies de tissu adipeux sous-cutané de patients VIH lipodystrophiques montrent des altérations profondes du tissu adipeux par rapport au tissu de sujets contrôles ou VIH non-lipodystrophiques. Ces données indiquent que ce tissu est une cible directe du traitement antirétroviral. La morphologie du tissu adipeux est anormale avec des zones de fibrose, des vaisseaux et une infiltration par les macrophages donnant un aspect de tissu inflammatoire. Les adipocytes sont de taille hétérogène et plus petits17,19. L’étude des marqueurs de la différenciation adipocytaire (facteurs de transcription SREBP-1, PPARgamma C/EBPalpha) et des protéines spécifiques de l’adipocyte (enzymes impliqués dans le stockage des lipides) montre un état de différenciation anormal. Les marqueurs de la signalisation de l’insuline sont également altérés, en accord avec un état de résistance à l’insuline. Ces altérations sont proches de celles induites par les IP in vitro, suggérant que ces molécules antirétrovirales sont impliquées en priorité. Cependant un rôle spécifique et synergique des INTI sur les fonctions adipocytaires est probable, comme suggéré par les études in vivo chez les volontaires sains et in vitro sur les adipocytes en culture.
L’expression des cytokines proinflammatoires (TNFalpha, IL-6) et des adipokines (leptine, adiponectine) est profondément modifiée dans les biopsies de tissu adipeux des patients VIH lipodystrophiques. Les cytokines peuvent être sécrétées aussi bien par les adipocytes et préadipocytes que par les macrophages infiltrant le tissu adipeux. Mais les données in vitro13,15 montrent que l’adipocyte peut participer directement à l’hypersécrétion des cytokines proinflammatoires induite par les IP et les INTI, confirmant leur rôle probable dans les anomalies adipocytaires.
Finalement, l’apoptose des adipocytes et des autres cellules infiltrant le tissu adipeux a été repérée dans les biopsies de tissu adipeux des patients, mais principalement chez ceux traités par stavudine et zidovudine. Les effets des analogues de la thymidine pouvant être liés en premier lieu à leur toxicité mitochondriale16, comme le montrent les modifications importantes de morphologie des mitochondries et la diminution de l’ADN mitochondrial19,20. Là encore, les anomalies sont proches de celles observées in vitro.
Ainsi les anomalies rapportées dans le tissu adipeux sous-cutané des patients lipodystrophiques sont en faveur d’un effet délétère de certains IP et INTI qui agissent en synergie sur ce tissu.

Conclusions

Les nombreuses altérations morphologiques et moléculaires du tissu adipeux des patients VIH lipodystrophiques sont retrouvées dans les cellules en culture. L’ensemble de ces données permet de penser que les traitements antirétroviraux inhibent la mise en place et le maintien de la différenciation adipocytaire, altèrent la réponse à l’insuline et les fonctions sécrétrices des adipocytes et sont proapoptotiques conduisant en final à la perte du tissu adipeux et à une lipodystrophie. Ces désordres associés à une augmentation des acides gras circulants contribuent à l’insulinorésistance des patients et à leurs troubles métaboliques. Contrairement à la lipohypertrophie viscérale, la lipoatrophie périphérique est difficile à réverser. Le choix de molécules thérapeutiques avec des effets adverses moins importants pourrait aider à éviter ou au moins retarder l’apparition et le développement du syndrome.

Remerciements
Nos travaux ont bénéficié de financements de l’Inserm, l’Agence nationale pour la recherche sur le sida (ANRS), Sidaction, GlaxoSmithKline, Bristol Myers Squibb, Merck Sharp & Dohme Laboratories, Gilead, Boehringer Ingelheim et Vertex Pharmaceuticals. Les antirétroviraux proviennent des firmes pharmaceutiques sous forme de poudre base. Claire Lagathu recoit une bourse doctorale du MENESR.



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