Physiopathologie de la barrière Hémato Encéphaliqueduprat/documents/cours_bhe_2009.pdf · Neurones Pathologies ou le débit et/ou la pression sanguine sont modifiés. ... neuronale

Physiopathologie de la barrière Hémato‐Encéphalique

http://www.ipmc.cnrs.fr/~duprat (Rubrique "Enseignement")

Physiopathologie de la Barrière Hémato Encéphalique, Fabrice DUPRAT, 2008 1

Dr Fabrice DUPRATInstitut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire Décembre 2009

Plan• I) Vascularisation cérébrale• II) Concept de BHE• III) Composantes de la BHE) p• IV) Zones du cerveau sans BHEV) BHE d i téb é• V) BHE des invertébrés

• VI) Physiologie• VII) Méthodes d'étude• VIII) Pathologies• VIII) Pathologies• IX) Conclusion


I) Vascularisation cérébrale


STRUCTURE DES VAISSEAUX


Structure artérielle

Aorte Thoracique Artère BasilaireAorte Thoracique Artère Basilaire


PROPRIETES DES VAISSEAUXPROPRIETES DES VAISSEAUX


EFFETS DE LA PRESSION


Circulation cérébraleCirculation cérébrale


Types de vascularisation

Anastomotique Terminale

Efficacité + +++Efficacité : + +++

Risque anoxique : ‐‐ ++


Risque anoxique : ++

Anastomosesasto oses1) Extra‐ et intra‐ crâniennes :C tid t t i t ( tè ht l i )‐ Carotide externe et interne (artère ophtalmique)

‐ Vertébrale et cervicale ascendante (au niveau des muscles du cou)

2) Cortex :‐ Anastomoses terminales en surface‐ Pas d'anastomoses profondes‐ Pas d anastomoses profondes

3) Base du crâne :‐ Polygone ou cercle de WILLISPolygone ou cercle de WILLIS


II) Concept de BHE


Les observationsLes observations

SNC t è l é bl• SNC très vulnérable• Concentrations ioniques (Na+, K+, Ca2+) très réguléesrégulées

• Forte demande métabolique (20% de la conso O2)T è ibl i• Très sensible aux neurotoxiques

• 100 milliards de capillaires dans cerveau= 650 km, 20 m2, 8‐20 nm / neurone

==> Nécessite une protection sélective / sang• 90% des candidats‐médicaments à visée cérébrale ne traverse pas la BHE


Historique du concept de BHEHistorique du concept de BHE

I j i d’ l h d l bl d l• Injection d’un colorant hydrosoluble dans le sang marque tous les organes sauf le SNC (Ehrlich 1885)I j ti d bl t d l li id é éb i l• Injection de bleu trypan dans le liquide cérébro‐spinal (CSF) marque tous le cerveau mais pas la périphérie (Goldmann 1913)(Goldmann 1913)

• Terme "bluthirnschranke" = BHE (Lewandowsky 1900)• Tentative de détermination des propriétés• Tentative de détermination des propriétés électrochimiques des solutés passant la BHE (Friedemann 1942)( )

• Description de la présence de jonctions serrées (Reese& Karnovsky 1967)


y )

)II) Circulation cérébrale


)III) Composantes de la BHE


Description anatomique de la BHEDescription anatomique de la BHE

• U l ll l d théli l (EC) té i é• Une seule cellule endothéliale (EC) caractérisée par:

‐ Beaucoup de mitochondries‐ pas de fenestration‐ peu de pinocytose

présence de jonctions serrées (TJ)‐ présence de jonctions serrées (TJ)

• Présence de péricytes (PC)

• Lame basale (BL, matrice extracellulaire):‐ Epaisse membrane de 30‐40 nmEpaisse membrane de 30 40 nm‐ Composée de collagène type IV, héparine sulfate protéoglycane, laminine,

fibronectine‐ Contigue aux terminaisons des astrocytes (AC)


Contigue aux terminaisons des astrocytes (AC)

Oldendorf 1977, Fenstermacher 1988, Sedlakova 1999, Kniesel 2000, …

Notion d' "Unité neurovasculaire"Notion d Unité neurovasculaire


Vaisseaux sanguins


Structure des vaisseauxStructure des vaisseaux

Cleaver Nature Medicine 2003


Capillairesp

<10 nm <100 nm


<600‐3000 nm



Capillairesp

Discontinu

Fenestrae (diaphragme perméable de 100 nm)


http://www.udel.edu/biology/Wags/histopage/empage/ebv/ebv.htm

Neurones


NeuronesNeurones

Pathologies ou le débit et/ou la pression sanguine sont modifiés. ‐> modification de perméabilité de la BHEp= Mécanisme sélectif de compensation ?

Communication avec les neurones régule la débit ET la perméabilité de la BHE

Innervation directe de l'endothélium microvasculaire et/ou des astrocytes par les neurones:‐ Noradrénergiques‐ Cholinergiques‐ GABA‐ergiques


‐ Sérotonergiques

Cellules glialesg


Glie

Oligodendrocytes(gaine de myéline)(gaine de myéline)

Pi d t t i

Microglie(immunité)


Pied astrocytaire

Glie

Pied astrocytaire

Astrocytes

Pied astrocytaire


y

AstrocytesAstrocytes1) Greffe d'un morceau de cerveau immature non vascularisé dans la cavité cœlomique d'un embryon (‐> péritoine) ) ff ' é ( l2) Greffe d'un morceau de mésoderme (‐> muscles, sang, vaisseaux, etc …) dans un ventricule cérébral

Résultat de la néovascularisation :1) Lame basale épaisse, cellules endothéliales avec de nombreuses

mitochondries peu de vésicules de pinocytose nombreusesmitochondries, peu de vésicules de pinocytose, nombreusesjonctions serrées. => injection de bleu trypan reste localisée

2) Cellules endothéliales avec peu de mitochondries, beaucoup de vésicules de pinocytose peu de jonctions serrées => injection devésicules de pinocytose, peu de jonctions serrées. => injection de bleu trypan diffuse en‐dehors de la greffe

Interaction nécessaire avec le tissu nerveux

Physiopathologie de la Barrière Hémato Encéphalique, Fabrice DUPRAT, 2008 27Stewart & Wiley 1981

Interaction nécessaire avec le tissu nerveux

AstrocytesCortex de ratCortex de rat


AstrocytesRôle actif:

• Couvre 90% de l'endothélium

• Nombre croissant avec l'évolution

• Reçoit des signaux des neurones :

‐ présence de récepteurs pour la plupart des neuromédiateurs

d l t t l f t l' t i d é t ti‐ module notamment la forme et l'extension du réseau astrocytique

• Signalisation par vagues calciques (ATP, récepteurs purinergique)

• Subit un remodelage et une forme de plasticité

• Sécrète des substances neuroactives tels que glutamate, eicosanoides, stéroides, neuropeptides, facteurs de croissance: TGFa, GDNF (glial derived neurotrophicfactor))


factor))

• Rôle dans l'induction et le maintient de la BHE

Unité gliovasculaireg


Unité gliovasculaireg

Nombreux transporteurs sur les boutons terminaux:Aquaporine 4 = spécifique de l'interface gliovasculaire


q p p q g

Couplage neurovasculaire

Neurones glutamate Activité électrique

locale

Cellules gliales

locale

mGluRCe u es g a es mGluR

Calcium intracellulaireCalcium intracellulaire

COXCOX

PG

Cellules musculairesl ti

Augmentation


lisses vasculairesrelaxation

g

débit sanguin local

Couplagesp g

Artérioles

Couplageneurovasculaire Muscle lisse

Artérioles

Débit sanguin

astrocyteneurone

CouplageCouplageneurométabolique(stimule glycolyse)

Capillaires

CouplageNeurobarrière

(activité GLUT‐1) ?

Endothélium

Transport


(activité GLUT 1) ? TransportBHE

Couplage neurovasculaireCouplage neurovasculaire• Le couplage entre débite coup age e t e déb tsanguin et activiténeuronale est la base deneuronale est la base del'imagerie cérébralef ti ll (IRM PETfonctionnelle (IRM, PET,SPECT, …)


Régulations par les astrocytes


Anderson TINS 2003

PéricytesPéricytes


Péricytesy

• Présents dans les microvaisseaux(capillaires, veinules, artérioles)

• Cellules contenant des protéines contractiles

• Sécrète de l'angiopoietine qui stabilise la BHE

• Facteurs Tie‐2 PDGF‐B N‐cadherinFacteurs Tie 2, PDGF B, N cadherinnécessaires aux interactionspéricytes‐endothélium

• Rôle dans la maturation desRôle dans la maturation des vaisseaux et de support structural


Lame basale


Matrice extracellulaire

• La MEC est maintenue par ç endothéliale et astrocytes• La MEC est maintenue par ç endothéliale et astrocytes

• Rupture pathologique de la matrice extracellulaire (MEC) p p g q ( )fortement liées à l'augmentation de la perméabilité de la BHE

• Protéines de la MEC (collagène type IV, laminine, …):‐ sert d'ancrage à l'endothélium via interaction avec les

récepteurs aux intégrines et dystroglycane (récepteursrécepteurs aux intégrines et dystroglycane (récepteurs d'adhésion de la matrice)

‐ influence l'expression des protéines des jonctions p p jserrées

Implication dans la maintenance de la BHE


MEC

Collagene type IV laminineCollagene type IV


Tilling et al. Cell Tissue Res. 2002

Endothélium vasculaire


Les jonctions intercellulairesLes jonctions intercellulaires

Jonction adherens desmosome

Jonction gap Jonction serréeg p Jonction serrée


Endothélium: Jonctions gapEndothélium: Jonctions gap

• Présence entre les cellules endothéliales de la BHE ?

• Communication intercellulaire ?


Endothélium: Jonctions adherens: rôles

• Ubiquitaire dans la vasculature

• Adhésions entre cellules endothélialesAdhésions entre cellules endothéliales

• Inhibition de contact lors de la croissance et le d lremodelage

• Initie polarité cellulairep

• Régulation de la perméabilité paracellulaire


Endothélium: J ti dh itiJonctions adherens: composition

• VE‐Cadherine (vascularendothelial)

• Intéraction homophiliqueentre domaines extracellulaires

• Régulée par le calcium

• Queue cytoplasmique interagit avec la β‐catenine et la plakoglobine, liée via l'α‐catenine, α‐actinine et vinculine à l'actine du t l tt


cytosquelette

Endothélium: Jonctions serrées: rôles

• Structures complexes qui relient les espaces intercellulaires des épithéliums et des endothéliumsp

• = LE PRINCIPAL ACTEUR de la faible perméabilité paracellulaire(haute résistance électrique), donc de la BHE

• Rôle de séparation entre les membranes apicales et• Rôle de séparation entre les membranes apicales et basolatérales, permettant une distribution assymétrique des constituants membranaires


Endothélium: Jonctions serrées: composition


Endothélium:Jonctions serrées BHE: compositionJonctions serrées BHE: composition

• JAM‐1 (Junctional Adhesion Molecule)40kDa, superfamille des IgG+ JAM‐2, JAM‐3, rôle ?

• Occludine65kDa, 4 STM, augmente RC‐terminus associe avec ZO‐1 et ZO‐2(zona occludens)

• Claudines24 kDa, 24 membres

• MAGUK(Membrane‐Associated GUanylate Kinase‐like proteins)ZO‐1 (zona occludens, 220 kDa), lien actine + signaling ?ZO 2 (160 kD ) li j ti é f t t i ti

• Autres protéinesCinguline (160kDa), liée à ZO‐1, JAM‐1 et myosine

ZO‐2 (160 kDa), lien jonction serrée + facteurs transcription


Cinguline (160kDa), liée à ZO 1, JAM 1 et myosineAF‐6 (180 kDa), ras‐associated domains7H6 (155 kDa), rôle ?

Endothélium:Jonctions serrées: signalisation

• Augmentation calcium intracellulaire = augmente perméabilité BHE

l ll l é b l é• Diminution calcium extracellulaire = augmente perméabilité BHE

• Nombreuses phosphorylations• Nombreuses phosphorylations‐ PP Serine régule la localisation subcellulaire de l'occludine‐ perméabilité liée à la PP de ZO‐1p

• Protéines Géi G hé é i é i é d d héli l‐ Protéines G hétérotrimériques présentent dans ç endothéliales

‐ GTPases de la famille de Rho présentent


Unité neurovasculaire(glioneurovasculaire)


IV) Z d BHEIV) Zones du cerveau sans BHE


Zones du cerveau sans BHEZones du cerveau sans BHE

Plexus choroïdes


Plexus choroïdesPlexus choroïdes

• Composée d'une monocouche de cellule pseudo‐épithéliales, beaucoup de mitochondries, jonctions serrées

E ithéli "l h " ibilité d• Epithélium "lache" avec possibilités de passage

• Microvascularisation avec fenestrations d’où:

é bili é i lé l h d hil d li id‐ perméabilité petites molécules hydrophiles dans liquide interstitiel

molécules polaires limitées‐molécules polaires limitées

‐ perméabilité paracellulaire limitée par jct serrée

S f BHE 5000 > f LCR• Surface BHE 5000x > surface sang‐LCR


Plexus ChoroïdesPlexus Choroïdes


Plexus choroïdes: transportsp

Capillaires sanguins


Exemple: l'azidothymidine (antiHIV) passe la barrière sang‐LCR

Liquide céphalorachidien (LCR)Liquide céphalorachidien (LCR)

V l t t l d LCR 150 270 l (~25% d• Volume total de LCR =150–270 ml (~25% dansventricules)

• Production (0.4 ml/min) dans les 4 plexus choroïdes:‐ 2 dans les ventricules latéraux2 dans les ventricules latéraux‐ 1 dans le IIIème ventricule‐ 1 dans le IVème ventricule

• Circulation dans les ventricules puis passe dans p pl'espace subarachnoïde et finalement dans le sang veineux au niveau des granulations arachnoïdiennes


Circulation LCR

Physiopathologie de la Barrière Hémato Encéphalique, Fabrice DUPRAT, 2008 57Ransohoff Nat Rev Immunol 2003

Pathologie: Hydrocéphalieg y p

Déf t d’é ti d LCRDéfaut d’évacuation du LCR


enfants‐hydrocephales‐dafrique.com

Zones du cerveau sans BHEZones du cerveau sans BHE

Les Organes Circumventriculaires


Organes Circumventriculaires (9)Organes Circumventriculaires (9)Plexus choroïdes

l d é lGlande pinéale

Plexus choroïde

Area postrema

Organe subfornical

Eminence

Organe subcommissuraleOrgane vasculaired l l t i l

Organe subfornical

Eminencemédiane

Neurohypophyse(hypophyse postérieure)

de la lame terminale

Organe


(hypophyse postérieure)paraventriculaire

Joly et al. Sem Cell Dev Biol 2007

Organes Circumventriculaires: structure

IIIème ventricule Exemple:é i édiéminence médiane

tanycyte


Joly et al. Sem Cell Dev Biol 2007

Organes Circumventriculaires: rôles

• Rôle de détection (équilibre hydrominérale):(Organe subfornical, Organe vasculaire de la lame terminale)( g , g )

‐ Osmolarité du plasma soif‐ Récepteurs au sodium‐ Récepteur au calcium

• Régulation cardiovasculaire:

é l d b é é

(Organe subfornical, area postrema)‐ Récepteurs à l'angiotensine II, vasopressine

• Régulation des besoins énergétiques :(area postrema, Organe subfornical, Organe vasculaire de la lameterminale )terminale …)

‐ Détection de glycémie‐ Détection de peptides, ghreline (sécrété par estomac vide),


p p g ( p )amyline (cosécrété avec insuline) satiété

V) BHE des invertébrés


BHE des invertébrésdrosophile humain

Complexesub‐apical Jonctionsub apical

Jonctionadhérente

serrée

JonctionProtéines transmembranaires:Jonctionseptée

adhérenteProtéines transmembranaires:Crb, CrumbsCad, cadherinNrx, neurexinClau, claudinOcc, occludinHer, human epithelial growth factor receptor

Protéines PDZ:Dlt, dics lostPati,Pals‐associated tight junction protein

Protéines MAGUK:

Protéines ERM:DMoe, DrosophilamoesinEzrin

Autres protéines:Baz/PAR3, BazookaaPKC, atypical protein kinase C


Protéines MAGUK:Sdt, StardustPals, protein associated with Lin‐7Dlg, discs large;ZO, zonula occludens

EzrinProtéines LAP:LRR: leucin‐rich repeats

PAR, polarity proteinCat, cateninLgl, Lethal giant larvae

BHE des invertébrésJonction septée (embryon drosophile)Neurexin IV et neuroglian ‐/‐g

Jonction septée

Ç gliales

Jonction septée

eline


Banerjee Cell Biochem Biophys 2006Banerjee Ann Rev Neurosci. 2007xones

VI) Physiologie de la BHE


VI‐A) Rappels transports membranaires


Types de transports membranairesTypes de transports membranaires

Symports GradientsA et B

UniportsAntiports

A B A+A+ C

B+ ATP


Mécanismes de diffusion

Diffusion passive au travers de la membrane

Tend vers l'équilibre des concentrations

Gradient de [A](ex: tétracycline)Diffusion passive au travers de la membrane

Gradient de [C]Qté transportée

Diffusion passive (transporteurs non sélectifs)(ex: beta‐lactames)

‐ Transport peu ou pas spécifique‐ Symétrique‐ Non saturable


Gradient de [ ]

Non saturable

Diffusion facilitée (canaux sélectifs)Tend vers l'équilibre des concentrations

Gradient de [A]

Gradient de [C]Qté transportée

‐ Transport spécifique‐ Non symétriqueSaturable‐ Saturable

‐ Régulation (inhibiteurs, activateurs)‐ Expression tissus‐spécifique


Gradient de [ ](ex: imipenem, catécholamines)

Protéines canalProtéines canal

KcsAKcsA


Superfamille des Porines

Aquaporines (18 genes)


Mécanismes actifsl'é à

Gradient de [A]CA C

Consomment de l'énergie et tendent à concentrer dans un compartiment

ATPTransports actifs secondaires(H+, Na+, …)

Transports actifs avec consommation d’ATP

Gradient de [C]( , , )

Qté transportée

‐ Transport spécifique‐ Q10 élevéQ10 élevé‐ Non symétrique‐ Saturable‐ Régulation (inhibiteurs, activateurs)


Gradient de [ ]

Régulation (inhibiteurs, activateurs)‐ Expression tissus‐spécifique

Superfamille gènes ABC (49)p g


Structure protéines ABC


Vautier J Pharm Clin 2006

Transporteurs ABCGlycoprotéine P (Pgp) :

• Gène MDR1 (MultiDrug Resistance) ou ABCB1S f ill d t t ABC (t t tif ATP d t)• Superfamille des transporteurs ABC (transport actif ATP‐dpt)

• Rôle dans le phénomène de résistance multiple aux drogues (MDR) = capacité des cellules à développer une résistance croisée vis‐à‐vis d'un large spectre de drogues structurellement et fonctionnellement différentes (près de 1000 substrats)drogues structurellement et fonctionnellement différentes (près de 1000 substrats).• Présent sur membrane luminale des capillaires BHE retour dans le sang de molécules• Présent sur mb apicale de l'épithélium des plexus choroïdes LCR

Barrière sang‐LCR

Physiopathologie de la Barrière Hémato Encéphalique, Fabrice DUPRAT, 2008 76Deeken Clin Cancer Res 2007

Transporteurs ABCMultiple Resistance Protein (MRPs):

• Gène ABCC1 à C6Gène ABCC1 à C6• Membrane basolatérale des plexus choroïdes•Membranes endothéliales

Breast cancer‐resistant protein (BCRP):

• Gène ABCG2• Membrane luminal


Substrats transporteurs ABC


Transports des ionsp

O i A i T t (OAT)Organic Anion Transporter (OAT):

‐ Fonctionne en antiport avec les gradients ioniquesOAT1 dans plexus choroïde‐ OAT1 dans plexus choroïde

‐ OAT2 sur membrane apicale et basolatérale de l'endothélium‐ OAT3 sur membrane basolatérale‐ OATP‐A (Organic Anion Transporting Polypeptide) sur l'endothélium‐ OATP‐A (Organic Anion Transporting Polypeptide) sur l endothélium‐ OATP‐2 (anions organiques) et OATP‐14 (hormone thyroides)

Organic CationTransporter (OCT):

‐ OCT2 présent dans plexus choroïde‐ OCTN2 : transport de carnitine


Autres transporteurs

Transport des acides aminés: Transport des nucléosidesTransport des acides aminés:

‐ LAT1 (gros acides aminés neutres)ATA2 (petits acides aminés neutres)

Transport des nucléosides:

‐ CNT2‐ ATA2 (petits acides aminés neutres)‐ CAT1 (aa cationiques)‐ EAAT1,2,3 (aa anioniques)‐ ASCT2 (L‐asp L‐glu)

L‐lactate, monocarboxylates:ASCT2 (L asp, L glu)

‐ TAUT, ASC, ….. ‐MCT1

Transport des neurotransmetteurs:

GAT2/BGT1 ( b )

Créatine:

‐ GAT2/BGT1 (gaba)‐ SERT (sérotonine)‐ NET (norépinéphrine)

‐ CRT


Transport du glucose

Transporteurs: GLUT1 et GLUT‐3


VI‐B) Transporteurs de la BHE) p


Transporteurs de la BHETransporteurs de la BHE


Transporteurs de la BHETransporteurs de la BHE

• Propriétés physicochimiques de 18 molécules traversant bien la BHE:

‐ peu de donneur de liaison hydrogène

‐ peu de charge positivepeu de charge positive

‐ très lipophile

pe de s rface polaire‐ peu de surface polaire

‐ peu de flexibilité (forte permèabilité membanaire)

Diffusion passive : <400 Da, non polaire, lipophile


Mesure des flux au travers de la BHEMesure des flux au travers de la BHE


Un équilibre complexe

Equilibre entre transports entrants (influx)

et sortants (efflux)


Transcytoseb) T t é ifi• b) Transcytose non spécifique

= adhésion non spécifique de molécules polycationiques

• a) Transcytose médiée par des récepteurs‐ liaison du ligand

d‐ endocytose‐ transcytose‐ exocytoseexocytose


Transcytose médiée par des récepteurs

• Récepteurs à la transferrineécepteu s à a t a s e e

Glycoprotéine (2x90kDa), transferrine = cargo pour le fer

Greffe de transferrine sur une molécule (ex: antiviral azidothymidine) permet son transport

• Récepteurs à l'insulineGlycoprotéine (300 kDa)

• Récepteurs à "insulin‐like growth factor"Glycoprotéine (300 kDa)

• Low density lipoprotein receptor related protein 1, 2Structuralement proche des récepteurs LDLLa mélanotransferrine (p97) passe par LRP1.L'adriamycine‐p97 (anticancéreux) à pu être sélectivement ciblée dans le cerveauL adriamycine p97 (anticancéreux) à pu être sélectivement ciblée dans le cerveau (souris).

• Récepteur à la toxine diphtérique(dé é ) l é éd l


CRM197 (dérivé non toxique) utilisé comme vecteur pour médicament visant le cerveau

Migration des leucocytes• Migration des leucocytes à travers la BHE est très régulée:

‐ Si accumulation: inflammation‐ Si imperméable: pas de surveillance immunitaire

• Migration principalement par voie paracellulaire

• Possibilité de transcytose ?


Greenwood Vasc Pharm 2002

Migration des leucocytesInteraction leucocyte/endotheliumvia ICAM (InterCellular Adhesion Molecule) membranaires ou solublesvoies rho/racsignal calcique endothélialrétraction de la membranemigration des leucocytes

Migration lymphocyte (rétine)

G d V Ph 2002Greenwood Vasc Pharm 2002

Physiopathologie de la Barrière Hémato Encéphalique, Fabrice DUPRAT, 2008 90Engelhardt J Neural Transm 2006

VII) Méthodes d'étude de la BHE


Modèles in silicoModèles in‐silico

• Phase préliminaire de la recherche d'un nouveau médicament

• Modèles simples basés sur propriétés physico‐chimiqueschimiques

• Préselection parmi des milliers de molécules


Choix d'une méthode in vitroChoix d une méthode in‐vitro

– Coût

– Capacité (haut débit)

– Durée

– Proche ou non de l'in‐vivo:– Proche ou non de l in‐vivo:

jonctions, transporteurs, transcytose, …

– Reproductible


Capillaires cérébraux isolésCapillaires cérébraux isolés

Avantages:

Très proche de l'in‐vivoTrès proche de l in vivo

Inconvénients:

Limité au passage subluminal vers luminalLimité au passage subluminal vers luminal

Faible capacité


BHE in‐vitroC ll l d théli l lt i i ( t i ) t d ll èCellules endothéliales en culture primaires (rat, souris) sur support de collagèneLignées immortalisées de rat (RBE4), souris (cEND) ou humaine (SV‐HCEC)Lignée non cérébrales

+ Eventuellement coculture avec cellules glialesRouge: vimentine (endothélium)Vert: occludine (jct serrées)(j )

Cecchelli 2007Nat Rev Drug Discov


Rouge: glial fibrillary acidic proteinVert: ED‐1, microglie

g

BHE in vitroBHE in‐vitro

Test de transport sur BHE in‐vitro

Test de fixation sur récepteurs BHE in‐vitro


Culture 3D

• Tubules recouvert de cellules endothéliales, ,coculture avec cellules gliales

EspaceEspaceextracapillaire

Cellules endothéliales

lumière


Stanness Brain Res 1997

Paramètres mesurésLDL fixé Brain Uptake Index (in‐vitro)

Résistance électrique


Cecchelli 2007Nat Rev Drug DiscovPerméabilité

Mesures in‐vivoSur rats et souris:

• Injection intraveineuse

[ ] / [ ] / [ l ]‐mesure [cerveau] et/ou [LCR] / [plasmatique]

Attention les barrières sang‐LCR et BHE sont différentes.

Ex: Azidothymidine passe dans le LCR mais ne passe pas la BHE

• Injection intra carotidienne mesure d'un ratio de 14C et 3H = BUI(Brain Uptake Index)

• Microdialyse: sonde avec membrane semi‐perméable

• Autoradiography

• Microscopie intravitaleMicroscopie intravitale

Clinique:• PET: méthode non invasive utilisable chez humains


• PET: méthode non invasive, utilisable chez humains• Gadolinium et IRM

VIII) Pathologies de la BHE


Pathologies : hypoxie/ischémie

Ischémie = diminution du débit sanguin avec baisse du taux d'O2(hypoxie) et baisse de l'apport en nutriments

Production de MMP (matrix metalloprotease) récepteursProduction de MMP (matrix metalloprotease), récepteurs d'adhésion de la matrice diminue, terminaisons des astrocytes se détachent

Augmentation de la perméabilité microvasculaireAugmentation de la perméabilité microvasculaire

Hypoxie/réoxygénationAugmentation de la perméabilité et baisse expression occludine


Pathologies : inflammationg

Augmentation de la perméabilité BHEAugmentation de la perméabilité BHE

= caractéristique des maladies neuroinflammatoires

Ex: sclérose en plaque, encéphalite HIV, Alzheimer

Perte de l'occludine et de ZO‐1

Inflammation périphérique

Diminution de l'expression de l'occludine,Diminution de l expression de l occludine, augmentation de ZO‐1


Pathologies: cancersPathologies: cancers

d é éb lDeux types de tumeurs cérébrales:

Tumeurs primaires, ex: gliome

Métastases :

P i i l i d i d ê i iPrincipalement issues des tissus de même origine embryonnaire (neuroectoderme): poumons, peau ( él ) i(mélanome), seins.


Vascularisation de la tumeur

Propriétés de la BHE proche de celle du tissu d’ i i d ld’origine de la tumeur


Métastases

Structure des jonctions serrées altérée:Structure des jonctions serrées altérée:Diminution de l'expression d'occludine et de claudine‐3

Augmentation de la perméabilitéAugmentation de la perméabilitéApparition de fénestrationsA mentation d nombre et de l'a ti ité des a olesAugmentation du nombre et de l'activité des vacuoles

de pinocytoseDiminution du niveau de glycoprotéine P (jusquàDiminution du niveau de glycoprotéine P (jusquà ‐

95%)

IMPORTANT : BHE moins altérée dans les gliomes (origine SNC)


= SNC)

Tumeurs cérébrales: traitementLa BHE est rompue au niveau des tumeurs:

Accessibité aux anti‐cancéreux est comparable aux tumeurs périphériquep p p q

Deeken Clin Cancer Res 2007

Mais le pronostique en cas de tumeur cérébrale reste très mauvais

Stratégies pour augmenter l'accès des médicaments:

Mais le pronostique en cas de tumeur cérébrale reste très mauvais

1) Injection directe dans le SNC (intrathécal, intra‐artériel, hautes doses)2) Chimiothérapie + inhibiteurs des transporteurs de la BHE

(inhibiteurs de Pgp arrêté en phase 3)


(inhibiteurs de Pgp arrêté en phase 3)3) Augmenter la perméabilité BHE avant la chimiothérapie

(RMP‐7, modulateur jct serrée, arrêté en phase 2)

Répartition d’un anticancéreux (paclitaxel)

Gerstner & Fine 2007, J Clin Oncol 25(16), p. 2309

GliomeMétastase (mélanome) >Physiopathologie de la Barrière Hémato Encéphalique, Fabrice DUPRAT, 2008 107

IRM

Formulation pour traverser la BHEp

Nanoparticules:Ø 250 nm poly(butyl)cyanoacrylate recouverte d'apolipoprotéine E endocytose

Immunoliposomes:Liposomes (Ø 85 nm) avec anticorps anti‐récepteur endothélium transport rec‐dptEx: anti‐transferrin, insuline, leptine

Vecteurs peptidiques:p p qEx: doxorubicin lié à deux peptides améliore sa pénétration membranaire

Utilisation des transporteurs spécifiques:p p qEx: L‐type Amino acid Transporter 1 (LAT‐1) transporte le L‐DOPA (précurseur dopamine)


Formulation pour traverser la BHEp


Autres pathologies

Cocaine

Effets directs sur l'endothélium

NicotineNicotineDiminution du transport de glucose et d'ionDiminution de l'expression de ZO‐1Diminution de l expression de ZO 1Augmentation de la perméabilité

Di bèDiabète

Diminution de l'expression d'occludine (rétine)

Augmentation de la perméabilité


IX) ConclusionIX) Conclusion


Barrière Hémato EncéphaliqueBarrière Hémato‐Encéphalique

• Système complexeSystème complexe

• Rôle majeur des jonctions serrées

• Nombreux transporteurs spécifiques

• Importance thérapeutiqueImportance thérapeutique


Documents

Physiopathologie de la barrière Hémato Encéphaliqueduprat/documents/cours_bhe_2009.pdf · Neurones Pathologies ou le débit et/ou la pression sanguine sont modifiés. ... neuronale