Propriétés sécrétoires

de l'épithélium des voies aériennes

Isabelle FajacService de Physiologie, Hôpital Cochin

Mai 2006

Plan du cours

• Epithélium des voies aériennes, escalator muco-ciliaire

• Composition du mucus

• Mucus et maladies bronchiques

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

Epithélium bronchique

Glandes sous-muqueuses

• Tube étroit cilié en continuité avec épithélium de surface

• Tube collecteur : épithélium cylindrique

• Tubules sécréteurs et acini : - muqueux (40 %)- séreux (60 %)

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

Cellules à mucus

Cellule séreuse

Cellule de Clara

Escalator muco-ciliaire

• 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"

Liquide de surface des voies aériennes(ancien "mucus")

Liquide de surface des voies aériennes (ASL)

Mucus : 0,5-2 µm

liquide péri-ciliaire : 6-8 µm

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%

Structure des mucines

• Axe peptidique : sérine, thréonine

• Chaînes d'hydrates de carbone de 1 à 20 sucres

sérine ou thréonine

chaîne d'oligosaccharidesacides aminés

Structure des mucines

Liaison de type O-glycosidique entre N-acétyl-hexosamineet résidu sérine ou thréonine de chaîne peptidique.

N-acétyl-hexosamine

liaison O-glycosidique

sérine ou thréonine

Mucines et propriétés du mucus

• Propriétés rhéologiques

• viscosité• élasticité• adhésivité• filance

• Propriétés antibactériennes

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?

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

Lysozyme

• Origine : ¢ séreuses

• Enzyme bactériolytique

• Modulateur de l'inflammation

• Structurant du mucus

Transferrine

• Origine : ¢ séreuses

• Deux sites de fixation du fer

• Activité anti-bactérienne

Antiprotéases

• Origine : ¢ séreuses

• SLPI : secretory leucocyte proteinase inhibitor

• Anti-élastase des PNN

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

Pièce sécrétoire des IgAs

ß-défensines

• Peptides antibactériens

• Expression par les cellules épithéliales des voies aériennes :

• épithélium de surface• ¢ séreuses des glandes sous-

muqueuses

Activité bactéricide de la ß-defensine humaine : Synergie avec lysozyme et lactoferrine

Bals et al, J Clin Invest 1998

0

20

40

60

80C

MI (

µg

/ml)

E. coli P. aer.E. faec.

S. aur.D31 ATCC

hBD-2

+ Lysozyme+ Lactoferrine

Effet de la concentration en NaCl sur l'activité bactéride des ß-

défensines

Singh et al, PNAS 1998

0

25

50

75

100

125

% b

act

eria

kill

ed

0 50 150 200100 250

[NaCl] mM

0 50 150 200100 250

[NaCl] mM

12 µg/ml

6

1.2

0.5

0.1

0.05

0.01

hBD-1 hBD-2

Effets conjoints clairance muco-ciliaireet 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.

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

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

X

Normal Mucoviscidose

Basse [NaCl] Elevée [NaCl]

XX

Welsh, Cell 1996

ß-défensineactive

ß-défensineinactivée

BacteriesBacteries

Na+

Cl-

La théorie du " high salt "

Na+

Cl-

H2O H2O

Théorie du "low volume"

Normal Mucoviscidose

Na+

Cl-

H2O

CFTR

Na+

Cl-

H2O

CFTR

Cl-

- XX

Cl-

Boucher et al, 1998

ASL anormalet physiopathologie de la mucoviscidose

Knowles et al, 2002