Physiopathologie des pancréatites chroniques Journées de DES Avril 2016 ROUEN

INTRODUCTION PANCREAS EXOCRINE : SECRETION HYDRO-CARBONEE + ENZYMATIQUE PANCREAS ACINI Ilots de Languerrhans Le pancréas est organisé en lobules séparés par du tissu conjonctif. Dans ces lobules : Sécrétion exocrine assurée par les acini (85% de la masse pancréatique) cellules acineusessous influence de la CCK synthétisent les enzymes pancréatiques sous forme de pro-enzymes, drainées au sein de canaux excréteurs bordés par les cellules ductulaires (sécrétion hydro-carbonée sous l’influence de la sécrétine) jusqu’à la papille. Activation dans le duodénum. Sécrétion endocrine assurée par les ilôts de Languerrhans (1 à 2% de la masse pancréatique). 4 hormones : insuline/glucagon/somatostatine/polypeptide pancréatique. - CELLULES ACINEUSES : ENZYMATIQUE / CHOLECYSTOKININE - CELLULES DUCTULAIRES : HYDRO-CARBONEE / SECRETINE PANCREAS ENDOCRINE : INSULINE + GLUCAGON

PHYSIOPATHOLOGIE INFLAMMATOIRES (PCC) : OBSTRUCTIVES : TROPICALES Génétiques PC héréditaire Mutation du gène inhibiteur de la trypsine (SPINK1) Mutation du gène du Trypsinogène cationique PRSS1 Mutation du gène CFTR (Mucoviscidose) Alcoolisme chronique Hypercalcémie / Hyperparathyroïdie Auto-immunes OBSTRUCTIVES : Obstacle tumoral Sténose du Wirsung Traumatique Anomalie canalaire TROPICALES IDIOPATHIQUES Différentes cause de PC

Rappel : Sécrétion enzymatique PROENZYMES STIMULATION REGULATION MECANISMES D’INACTIVATION 1. pH élevé 2. Faible concentration de Ca2+ 3. Proenzymes inactives 4. Granules de zymogène 5. Inhibiteurs de protéases 6. Flux permanent du suc pancréatique Exocytose GRAINS DE ZYMOGENE ++ Ca2+ NOYAU 2/ SECRETION ENZYMATIQUE : 4 différents types d’enzymes pancréatiques : protéolytiques, lipolytiques, glycolytiques, nucléases. Ici illustration d’une cellule acineuse pancréatique. Mécanismes de régulation de cette sécrétion enzymatique : a/ STIMULATION : Par l’arrivée de protéines et de lipides dans le duodénum : sécrétion par les cellules endocrines pancréatiques de cholecystokinine CKK : Activation des récepteurs muscariniques (Surtout ce mécanisme, sinon stimulation par le nerf vague dans une moindre mesure) : qui permettent une augmentation de la concentration intracellulaire en calcium des cellules acineuses et donc une exocytose des grains de zymogène dans les canaux pancréatiques b/ REGULATION : Différents mécanismes de régulation permettant une inactivation enzymatique au sein du pancréas : pH élevé Synthèse de pro-enzymes sous forme inactive Granules de zymogènes imperméables Présence d’inhibiteurs des enzymes dans les sécrétions pancréatiques (notamment SPINK 1 pour la trypsine) Activation de la trypsine dans le duodénum Flux permanent du suc pancréatique A part : rôle de la lithostatine : Le suc pancréatique est, à l'état normal, sursaturé en calcium et bicarbonate => nécessité d’un mécanisme contrôlant la précipitation du calcium sous forme de CaCO3 (carbonate de calcium) pour prévenir l'obstruction des canaux pancréatiques = lithostathine, glycoprotéine synthétisée par les cellules acinaires et sécrétées dans le suc pancréatique : retarde la nucléation et inhibe la croissance des cristaux de CaCO3 en milieu sursaturé Cellule acineuse LITHOSTATINE CCK RETICULUM ENDOPLASMIQUE RUGUEUX Nucléation et croissance des cristaux de CaCO3 Nerf Vague

Rappel : Sécrétion enzymatique pH = 8 ENTEROPEPTIDASE pH = 6,5 AMPLIFICATION Trypsinogène Chymotrypsinogène Pro-élastase Kallikréinogène Pro-carbopeptidase Pro-phospholipase Pro-colipase Trypsine Chymotrypsine Elastase Kallikréine Carbopeptidase Phospholipase Colipase Quand présents dans la lumière digestive : activation des proenzymes. Nésessite : - pH bas 6,5 - Entéropeptidase (= entérokinase), protéase produite par les cellules bordantes de l’intestin Cascades : trypsinogène activé en trypsine par l’entéropeptidase + mécanisme d’amplification => la trypsine active à son tour plus de trypsinogène et d’autres protéases pancréatiques (chymotrypsinogène => chymotrypsine, pro-carboxypeptidase etc.). D’autres enzymes pancréatiques (amylase, triglycéride-lipase par ex.) sont sécrétées sous forme active mais nécessitent la présence d’ions ou de bile dans la lumière duodénale pour être pleinement actives

Mutation SPINK1/PSTI (N34S) Pancréatite chronique héréditaire pH = 8 ENTEROPEPTIDASE pH = 6,5 AUTO-REGULATION MUTATION PRRS1 (Chr 7) Autosomique dominante R122H ou N29i (site de l’autolyse) Trypsinogène Trypsine 2 mécanismes de contrôle pour éviter une activation explosive des zymogènes 1°) synthèse d’un inhibiteur des protéases à sérine PTSI qui se fixe sur le trypsinogène et bloque son site actif 2°) mécanisme d’autolyse de la trypsine produite en excès engendrant une forme inactive (mis en œuvre si PTSI insuffisant). Mutation du gène codant pour le trypsinogène cationique (PRSS1) : autosomique dominante, chromosome 7 (7q35-qter), pénétrance 80% : Mutation R122H (exon 3) et N29i (exon 2 sont les plus fréquentes) Perte de l’autorégulation de la trypsine sur elle même car arginine R122 = site de l’autolyse, donc pas de destruction des tryspinogènes mutants. Accumulation de trypsine mutée et autodigestion. mort cellulaire Poussées : svt plus sévères, risque 50x/pop G d’avoir un ADK pancréas. Mutation du gène SPINK1 (N34S) : chez 25-50% des sujets avec PC. Cf ci-dessus pour mécanisme d’action. Fixation sur le site actif de la trypsinogène. Peut inhiber environ 20% de l’activité de la trypsine. Mode de transmission + pénétrance indéterminés (récessif ?) Cette mutation est présente chez 1% de la population normale, donc nécessité d’un/plusieurs autre(s) cofacteur(s) => mutation présente chez PC idiopathique, alcoolique ?, tropicale, héréditaire (CFTR/PRSS1) Histoire naturelle non modifiée. ++ poussées dans l’enfance. Auto-activation Gène du trypsinogène cationique Mutation SPINK1/PSTI (N34S) 25-50% des patients Co-facteurs ++ Cascade enzymatique Autodigestion Pancréatite PSTI Pancreatic Secretory Trypsin Inhibitor Inhibe l’activation du trypsinogène en bloquant son site actif Witt Nature Genet 2000 Howes Clin Gastroenterol Hepatol 2004

Rappel : Sécrétion électrolytique Suc pancréatique EAU BASE PERIODE POST-PRANDIALE CATIONS : Na+ / Ca2+ / K+ / Mg2+ Le suc pancréatique : Composition : Eau Cations : Na, Ca, K, Mg => concentrations stables Anions : HCO3-, Cl- => concentrations variables selon le débit sécrétoire. Période post-prandiale, le débit sécrétoire augmente et donc la concentration en HCO3- de manière à neutraliser l’acidité gastrique dans le duodénum. Idem, neutralisation de cette acidité par la sécrétion de sécrétine NEUTRALISATION DE L’ACIDITE GASTRIQUE ANIONS : HCO3- / Cl-

Rappel : Sécrétion électrolytique CO2 pH élevé K+ CO2 + H20 Cl- Anhydrase carbonique H+ HCO3- CO2H2 1/ Sécrétion électrolytique : Concentration élevée en bicarbonates = pH élevé (8,2 à 8,4) nécessaire pour une activité optimale des enzymes pancréatiques dans la lumière intestinale. L’arrivée d’HCl dans le duodénum entraine une sécrétion de sécrétine par les cellules endocrines duodénales => permet la sécrétion d’un suc pancréatique riche en HCO3- Mécanisme : Dans les cellules ductulaires proches des acini : 1 => Diffusion du CO2 vers le cytoplasme et hydratation en acide carbonique grâce à l’anhydrase carbonique 2 => Puis dissociation en H+ et HCO3- 3 => Ions HCO3- sortent ensuite vers la lumière en utilisant un échangeur chlorure/HCO3-, dont le flux dépend de la concentration de chlorure dans la lumière canalaire. Point clé +++ = AMPc (formé lors de la stimulation par la sécrétine) permet l’ouverture des canaux chlorure CFTR et donc la diffusion de chlorure vers la lumière ductulaire => concentration élevée en chlorure intra-canalaire => diffusion du HCO3- à travers la membrane apicale via l’échangeur chlorure/HCO3- +++ 4 => Ion H+ transporté via ATPase ou échangeur Na/K Dans les cellules ductulaires plus distales : concentration plus faible en chlorure dans la lumière canalaire => diminution de la concentration intra-cellulaire de chlorure. => Par l’activation de différentes kinases, augmentation de la perméabilité du CFTR aux HCO3- H+ HCO3- Cl- HCl dans le duodénum Cl- SECRETINE Perméabilité Au niveau des canaux distaux AMPc CFTR Milieu intérieur Cellule ductulaire Lumière canalaire

Pancréatite chronique héréditaire Mutation du gène CFTR Précipités protéiques Calculs CO2 Obstruction canalaire CO2 + H20 Cl- Anhydrase carbonique HCO3- CORRELATION GENOTYPE PHENOTYPE % CFTR FONCTIONNELS CO2H2 Canaux CFTR présents au niveau des cellules canalaires pancréatiques Une mutation du gène CFTR = blocage du canal chlore => quantité insuffisante d’excrétion hydrocarbonée rendant les sécrétions acineuses acides et trop concentrées et précipitant dans la lumière => blocage des petits canaux. Corrélation génotype, taux de protéine CFTR fonctionnelle et phénotype +++ Si mucoviscidose associée : Près de 85 % des malades = insuffisance pancréatique. (porteurs de 2 mutations majeures M/M). Dans 15 % des cas = patients dits suffisants pancréatiques (au moins 1 mutation mineure du gène CFTR (M/m) = taux de protéine CFTR fonctionnelle compris entre 5 et 25 %). Des poussées de pancréatite peuvent être observées chez les patients suffisants pancréatiques Chez patients avec une PC idiopathique : imputabilité chez hétérozygotes composites (M+ mineur/mineur ou majeur/mineur). ne modifie pas l’histoire naturelle de la PC. Plus d'un malade sur 3 atteint de pancréatite idiopathique âgé de moins de 35 ans avait au moins une mutation du gène CFTR. H+ HCO3- Cl- Baisse pH Viscosité ++ MUCIVISCIDOSE : SUFFISANTS PANCREATIQUES (85%) INSUFFISANTS PANCREATIQUES (15%) PC IDIOPATHIQUE : PRESENT 1/3 CAS < 35 ANS Cl- AMPc CFTR Milieu intérieur SECRETINE Cellule ductulaire Lumière canalaire Teich J Gastroenterol 2002

Pancréatite chronique alcoolique OBSTRUCTION CANALAIRE CHRONIQUE  pH et flux Précipitation protéique Cristaux de CaCO3  Activité lithostatine Lumière canalaire Proenzymes : Activation précoce Lésions épithéliales Inflammation péri-canalaire Nécrose TGF β => Régénération (fibroblastes + réplication) => Stress oxydatif => Activation = dédifférenciation des cellules étoilées en myofibroblastes CHRONICITE : FIBROSE Cellule acineuse PC Alcoolique Homme, 45 ans, OH chronique > 10 ans, fortes doses > 80-100g/j Toxicité de l’alcool : Augmentation de la synthèse protéique pancréatique via l’activation des récepteurs cholinergiques Activation plus précoce des pro-enzymes pancréatiques Diminution de l’activité lithostatine entrainant une sursaturation en carbonate de calcium du suc pancréatique Diminution du pH par diminution de la sécrétion hydro-carbonée (augmentation de la gastrine) => Obstruction canalaire par précipitation Augmentation du tonus du sphincter d’Oddi Obstruction canalaire chronique => inflammation locale + augmentation de la pression intra-canalaire => lésions des cellules canalaires + inflammation péri-canalire Normalement : régénération tissulaire par prolifération transitoire de fibroblastes + réplication des cellules acinaires via la production de TGF-b + IGF-1. => en cas d’inflammation chronique : produits en excès, entrainant des dépôts excessifs de matrice extra cellulaire et donc une fibrose irréversible via le stress oxydatif et l’activation des cellules stellaires synthèse protéique R CCK ALCOOL Alain Vonlaufen, Role of Alcohol Metabolism in Chronic Pancreatitis, NIAAA (2007)

Pancréatite chronique alcoolique Cellule stellaire Stress oxydatif Cytokines Inflammation/Nécrose chronique quiescente activée Dédifférenciation en myofibroblastes Rôles multiples Module MEC Prolifération Production de cytokines (auto-entretien) Recrutement/Adhésion C Inflammatoires Phagocytose « macrophage-like » Sécrétion VEGF Séquence nécrose-fibrose +++ La cellule étoilée (ou stellaire) du pancréas (l'équivalent de ce que l'on trouve dans le foie) semble en être la principale cause. La cellule stellaire pancréatique au repos est chargée de gouttelettes de lipides (vitamine A), Elle est capable de se dédifférencier en myo-fibroblastes et de sécréter, une fois activée, du collagène et d'autres protéines de la matrice extra-cellulaire en réponse au TGF-b, TGF-a et PDGF (platelet-derived growth factor) et lors de l'exposition à de l'éthanol. Donc en réponse au stress oxydatif + aux cytokines produites lors de l’inflammation/nécrose chronique. Rôles multiples suite à l’activation : module MEC, prolifération, recrutement et adhésion des cellules inflammatoires, phagocytose, sécrétion VEGF Si persistance de cette activation => conduit à la fibrose. Apoptose ou Redédifférenciation en cellules quiescentes Activation persistante . Bishr Omary, The pancreatic stellate cell: a star on the rise in pancreatic diseases J Clin Invest. 2007 REPARATION FIBROSE

Hyperparathyroïdie  Ca2+ intracellulaire Libération pro-enzymes Au niveau acinaire, l’augmentation du calcium intracellulaire provoque une libération accrue d’enzymes Au niveau ductulaire, la sécrétion accrue de calcium entraine une précipitation de celui-ci => Accumulation de précipités protéiques et calciques entrainant des lésions/obstruction des canaux Précipitation Ca2+ Cristaux protéiques CaCO3 OBSTRUCTION

Obstructive  P canalaire d’amont pH Flux FIBROSE intralobulaire et péricanalaire En amont d’un obstacle canalaire pancréatique => Augmentation de la pression canalaire d’amont avec dilatation Diminution du flux et du pH conduisant à la formation de précipités protéiques Inflitrats inflammatoires consécutifs, avec atrophie du parenchyme acineux et fibrose intralobulaire et périlobulaire !! Recherche systématique d’une tumeur Précipités protéiques Infiltrats inflammatoires Atrophie parenchyme acineux

Tropicale MULTIFACTORIELLE FACTEURS ENVIRONNEMENTAUX Malnutrition Détoxification Alimentation Glucosides cyanogenes acide cyanhydrique (magnoc) Elimination des radicaux libres FACTEURS ENVIRONNEMENTAUX Malnutrition Pancréatite chronique tropicale Mécanisme multifactoriel mêlant des facteurs environnementaux et génétiques : jeune âge de révélation, pas de consommation d’alcool. 10% cas ADK pancréas. ENVIRONNEMENT : zone intertropicale + Inde - la malnutrition alimentation : les racines de manioc non ébouillantées contiennent des glucosides cyanogènes qui se transforment en acide cyanhydrique en l’absence de mécanisme de détoxification OR : inhibition de la détoxification de certains produits de l’alimentation, conduisant à l’accumulation de produits toxiques inhibition de l’élimination des radicaux libres - les inducteurs enzymatiques favorisant le stress oxydatif par la production de radicaux libres Lésions pancréatiques, FIBROSE GENES : - mutation spink 1 pas de différence entre les modifications biochimiques du suc pancréatique et les lésions histologiques rencontrées dans les PCT et les pancréatites chroniques calcifiantes (PCC) d’origine alcoolique Inducteurs enzymatiques (OH, tabac) Radicaux libres Stress oxydatif FACTEURS GENETIQUES MUTATION SPINK1

Pancréatite Auto-immune Rare Atrophie acini Infiltration lympho-plasmocytaire péri-veineuse + péri-canal Lymphocytes T CD4+ HLA-DR+ Auto-anticorps (FR, AAN, anti-lactoferrine, anti-anhydrase carbonique) IgG4 circulants ++ Pathogénie encore à déterminer FIBROSE Infiltration lympho-plasmocytaire péri-veineuse + péri-canalaire Lymphocytes T CD4+ HLA-DR+ Maladie rare qui ne représenterait que moins de 2% des cas de pancréatite chronique Les lésions consistent en une fibrose, une atrophie des acini, une infiltration lympho-plasmocytaire péri-veineuse et surtout péri-canalaire L’infiltrat lymphocytaire est composé en majorité de lymphocytes T CD4+ HLA-DR+ Présence d’auto-anticorps : facteur rhumatoïde, des anticorps anti-nucléaire, anti-lactoferrine, et anti-anhydrase carbonique Mais pathogénie des IgG4 reste à confirmer (pas de dépots de CIC).

CONCLUSION Maladie multifactorielle Facteurs environnementaux : Interactions ++ entre environnement/facteurs génétiques Facteurs environnementaux : P. alcoolique (OH/tabac) Tropicale (nutrition) Idiopathique héréditaire (tabac ?) Facteurs génétiques : P. héréditaire (PRSS1 et SPINK1) Tropicale (SPINK1) Alcoolique (SPINK1) Dans quelles proportions ? La composante multifactorielle de la pancréatite chronique est de plus en plus mise en évidence interaction ++ entre les facteurs environnementaux et génétiques - Rôle des facteurs environnementaux : P. alcoolique (alcool, tabac) > tropicale (nutrition) > idiopathique et héréditaire (tabac?) - Rôle des facteurs génétiques : tendance inverse : P. héréditaire(PRSS1 et SPINK1) >idiopathique (SPINK1 et CFTR) > tropicale (spink1) > alcoolique (spink1) Mais les proportions sont inconnues