Physiopathologie de la pancréatite chronique Journées DES Mars 2012

Plan Physiologie du pancréas exocrine Physiopathologie Sécrétion enzymatique Sécrétion hydro-bicarbonatée Physiopathologie Pancréatite chronique calcifiante Alcoolique Génétique Hyperparathyroidie PC obstructive PC tropicale

Introduction PANCREAS ENDOCRINE : insuline + glucagon Îlots de Langerhans estomac PANCREAS ENDOCRINE : insuline + glucagon Pancréas exocrine = 90% de la masse parenchymateuse, responsable de la sécrétion enzymatique et hydroélectrolytique Pancréas endocrine : ilots de Langerhans parsemés dans le parenchyme PANCREAS EXOCRINE : sécrétion enzymatique + hydro éléctrolytique acinus Lumière duodénale

Physiologie du pancréas exocrine Cellule ductulaire : sécrétion hydrobicarbonatée Canal pancréatique principal HCO3- H2O HCO3- H2O Pro-enzymes Canal ductulaire 2 types de sécrétion pancréatique : Sécrétion enzymatique par les cellules acineuses (cellules glandulaires regroupées en acini), sous forme de proenzymes déversés dans les canaux ductulaires puis dans le canal pancréatique principal pour rejoindre la lumière duodénale où ils seront activés sécrétion hydroéléctrolytique par les cellules ductulaires Sphincter d’oddi Cellule acineuse : sécrétion enzymatique Lumière intestinale duodénale (activation enzymatique)

1. Sécrétion enzymatique Sécrétion des proenzymes lithostatine NaCl proenzymes Ca2+ CaCO3 REGULATION Pôle apical Mécanisme d’inactivation cellulaire : pH élevé Faible concentration en Ca 2+ Inhibiteurs de protéases (ex SPINK 1) Grains de zymogène Noyau Cellule acineuse SECRETION ENZYMATIQUE : Stimulation : CCK : augmentation du Ca cytosolique des cellules acineuses -> exocytose des grains de zymogènes dans les canaux pancréatiques Le nerf vague a une action faible sur la sécrétion enzymatique Régulation Mécanisme de contrôle permettant une inactivation intracellulaire : pH élevé, faible concentration en calcium intracytosolique et rôle des inhibiteurs de protéases empêchant l’activation des proenzymes en enzymes avant l’arrivée dans le duodénum 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 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 REG Pôle basolatéral + R CCK R muscarinique Nerf vague CCK + SECRETION

1. Sécrétion enzymatique Transport et activation des proenzymes estomac pH < 4,5 pancréas pH = 8 Cellules épithéliales entéropeptidase pH = 6,5 + Une fois sécrétés dans le duodénum, les proenzymes vont pouvoir être activés. Plusieurs conditions nécessaires : - pH bas - présence d’entéropeptidase (=entérokinase), protéase de la bordure en brosse des cellules bordantes de l’intestin) Cascades : le trypsinogène activé en trypsine par l’entéropeptidase la trypsine active à son tour plus de trypsinogène et 2 autres protéases pancréatiques qu’elle transforme en chymotrypsine et carboxypeptidase. D’autres enzymes pancréatiques (amylas, lipase, nucléases) sont sécrétées sous forme active mais nécessitent la présence d’ions ou de bile dans la lumière duodénale pour être pleinement actives A noter, la trypsine possède un mécanisme d’autorégulation (rétrocontrôle négatif), pathologiquement inhibé en cas de mutation du gène PRSS1 (cf physiopathologie, diapo 18) - Trypsinogène Chymotrypsinogène Procarboxypeptidase Trypsine Chymotrypsine Carboxypeptidase Intestin grêle Physiologie humaine, Sherwood 2e édition Ed De Boeck

2. Sécrétion hydro bicarbonatée CO2 lumière Milieu intérieur Cl- K+ CO2 + 0H2 Ca2+ Anhydrase carbonique H+ HCO3- C03H2 Na+ H+ H+ HCO3- Cl- SECRETION HYDRO BICARBONATEE : 1 et 2 :Le point de départ est la diffusion du CO2 vers le cytoplasme de la cellule canalaire et son hydratation en acide carbonique grâce à l’anhydrase carbonique 3.L’acide carbonique se dissocie en H+ et HCO3- 4. Les ions HCO3 sortent ensuite vers la lumière à travers la membrane apicale en utilisant un échangeur Cl-/HCO3-. Le flux à travers cet échangeur dépend de la disponibilité du chlorure du côté luminal. 5. L’ouverture du canal chlorure est activée par l’AMPc formé lors de la stimulation sécrétinique et représente le point principal de contrôle du mécanisme sécrétoire Canal chlorure : protéine CFTR (présente dans les cellules canalaires mais pas acineuses) En cas de mutation du gène CFTR => quantité insuffisante de fluide ductal rendant les sécrétions protéiques acineuses trop concentrées et précipitant dans la lumière, ce qui contribue au blocage des petits canaux et à la destruction de la glande 6. Le proton est transporté à travers la membrane basolatérale par ATPase électrogène ou un échangeur Na/K (transport actif car conduit à une accumulation de HCO3 dans la cellule canalaire K+ Na+ Cl- Gs AMPc AMPc CFTR Sécrétine Cellule ductulaire Modifié d’après C. ROZE, physiologie du pancréas exocrine 1998

2. Sécrétion hydro bicarbonatée 4 8 12 16 20 Débit de sécrétion pancréatique (µl/g/min) Concentration ionique 40 80  120 160 (mmol/L) Na HCO3 Cl K Elle contient de l'eau, des électrolytes et des substances organiques. Parmi le électrolytes, les plus importants sont Na+, K+, Cl- et HCO3-. - Pour le Na+ et K+ la concentration ne dépend pas du débit - Pour HCO3- la concentration dépend du débit (plus le débit est élevé plus la concentration ionique augmente). - Pour Cl- la concentration augmente lorsque le débit baisse. La concentration en HCO3- dépend du débit car dans la sécrétion primitive au niveau des acini et des premiers canaux, il y a une retouche le long du système canalaire. => Si le débit est rapide les bicarbonates restent concentrés (les échanges n'ont pas le temps de se faire, et la concentration reste élevée). => Si le débit est bas, les échanges ont le temps de se faire et la concentration baisse (échanges le long des canaux avec Cl-). Au total, la concentration en cations est indépendante du débit sécrétoire et est voisine de celle du plasma La concentration en anions varie avec le débit mais la somme est constante = 160mEq/L La sécrétion est donc modifiée en fonction du débit sécrétoire. Elle est également modifiée par l’acidité présente dans le duodénum par l’intermédiaire de la sécrétine, qui va enrichir la sécrétion pancréatique en bicarbonates => La sécrétion hydro électrolytique est active, elle a pour rôle de neutraliser l’acidité gastrique Na+ HCO3- Neutralisation HCl gastrique sens du flux HCl Lumière duodénale SECRETINE Physiologie humaine, Hervé Guénard, Editions Pradel

Contrôle hormonal de la sécrétion exocrine Lipides et protéines dans la lumière du duodénum Acide dans la lumière du duodénum ↑ libération de sécrétine par cellules endocrines de la muqueuse duodénale ↑ libération de CCK par cellules endocrines de la muqueuse duodénale neutralisation digestion Cellules des canaux pancréatiques Cellules des canaux pancréatiques La sécrétion exocrine du pancréas dépend essentiellement de mécanismes hormonaux Une faible part de la sécrétion exocrine est causée par la stimulation parasympathique durant la phase céphalique de la digestion et une part minime a lieu sous l’effet de la gastrine pendant la phase gastrique. Mais la stimulation de la sécrétion pancréatique a lieu essentiellement pendant la phase intestinale de la digestion quand le chyme est dans l’intestin grêle. => deux hormones intestinales, la sécrétine et la Cholécystokinine ont un rôle majeur dans le contrôle de cette sécrétion ↑ sécrétion d’une solution aqueuse de HCO3- dans la lumière duodénale ↑ sécrétion d’enzymes pancréatiques digestifs dans la lumière duodénale

Physiopathologie

2 types de pancréatite chronique Physiopathologie 2 types de pancréatite chronique Inflammatoire = PC calcifiante PC Obstructive - Sténose - Inflammation - Tumeur papillaire ou pancréas - Trauma - Alcoolique - Idiopathique - Héréditaire - Autres : auto-immune, tropicale, hyperparathyroïdie PC de la mucoviscidose Lésions histologiques de répartition irrégulière, lésions inflammatoires, nécrose et fibrose, lésions canalaires, lésions épithéliales ductales, calcifications Dilatation harmonieuse des canaux Fibrose uniforme Rarement calcifications Pas atteinte épithélium ductal

Pancréatite chronique calcifiante 1. Pancréatite alcoolique ↑ gastrine ↓ pH et flux Obstruction, Lésions épithéliales ductales Inflammation périductale Précipité protéique + Cristaux de CaCO3 ↓ activité lithostatine ↑TGF Beta Cellule acineuse Pôle apical Proenzymes : activation précoce FIBROSE ↑synthèse ARNm enzymes Noyau TOXICITE DE L’ALCOOL : Toxicité directe : activation précoce des proenzymes + augmentation de la synthèse des enzymes Toxicité indirecte : - acidification de la sécrétion par augmentation de la gastrine - diminution du tonus du sphincter d’oddi - stress oxydatif avec production de radicaux libres - diminution de l’activité lithostatine entrainant un obtruction des canaux par précipitation (en présence d’une sécrétion plus acide, plus riche en protéine et en calcium avec diminution du flux) - Activation cellules étoilées par stress oxydatif et par la nécrose secondaire à l’activation des proenzymes par l’intermédiaire des cytokines nécrose 2. TOXICITE INDIRECTE 1. TOXICITE DIRECTE REG CK Stress oxydatif, RL Pôle basolatéral R CCK Ach Activation cellules étoilées ALCOOL Alain Vonlaufen, Role of Alcohol Metabolism in Chronic Pancreatitis, NIAAA (2007)

Pancréatite chronique calcifiante 1. Pancréatite alcoolique Cellule étoilée pancréatique activée quiescente Lésions pancréatiques / inflammation Initiation de l’activation des cellules étoilées Lésions / inflammation soutenues / répétées ? La cellule étoilée pancréatique joue un rôle clé dans le développement de la fibrose pancréatique. En réponse à des lésions ou une inflammation, la cellule étoilée quiescente va s’activer en cellule « myofibroblaste-like ». La cellule étoilée activée va alors proliférer, migrer, produire des composants de la matrice extracellulaire et exprimer des cytokines et des chémokines. Si les lésions ou l’inflammation du pancréas sont soutenues ou répétées, l’activation des cellules étoilées est maintenue, conduisant au développement de la fibrose pancréatique. Poursuite de l’activation OUI NON Apoptose? Retour à la quiescence FIBROSE PANCREATIQUE M. Bishr Omary, The pancreatic stellate cell: a star on the rise in pancreatic diseases J Clin Invest. 2007

Pancréatite chronique calcifiante 1. Pancréatite alcoolique Cellule étoilée pancréatique Production cytokines Auto entretien de l’activation Production éléments matrice extracellulaire Production chémokines Recrutement cellules inflammatoires Conséquences de l’activation des cellules étoilées Expression molécules d’adhésion Adhésion cellules inflammatoires recrutéés Phagocytose (« macrophage-like ») Production VEGF Expression protéines α-SMA contractilité Rôle dans la fonction immune pancréatique Rôle dans la cancérogénèse M. Bishr Omary, The pancreatic stellate cell: a star on the rise in pancreatic diseases J Clin Invest. 2007

Pancréatite chronique calcifiante 2. pancréatite chronique génétique Mutation PRSS1 Mutation SPINK1 Mutation CFTR

x 900 si double mutation CFTR Pancréatite chronique calcifiante 2. pancréatite chronique génétique B. SPINK1 / PSTI (Pancreatic Secretory Trypsin Inhibitor) Inhibition trypsinogène en bloquant son site actif Mutation la + fréquente : N34S (asparagine  sérine) A. Mutation PRSS1 : Gène du trypsinogène cationique Transmission AD, pénétrance 80% 2 types de mutation les plus fréquentes (R122H / N29l) Trypsinogène (inactif) - autorégulation PSTI - Trypsine (active) A. Mutation PRSS1 : Cette mutation portée par le chromosome 7 est autosomique dominante avec une pénétrance de 80%. Elle provoque une perte de l’autorégulation de la trypsine sur elle-même, résultant en un emballement de l’activité de celle-ci en intracellulaire ou dans la glande pancréatique elle-même. Elle se révèle souvent dans l’enfance par des poussées de pancréatites aigues ou des douleurs chroniques puis suit une histoire naturelle parallèle à celle de la pancréatite chronique alcoolique. En l’absence d’antécédent familial, les risques qu’un malade ayant une pancréatite chronique sans cause évidente ait cette mutation sont inférieurs à 5% B. Mutation du gène SPINK1 : L’inhibiteur du trypsinogène (PSTI) peut inhiber environ 20% de l’activité de la trypsine. Une mutation portée sur son gène pourrait faciliter la survenue d’une pancréatite chronique. Le mode de transmission est encore mal compris mais il semble que’il s’agit d’un gène facilitateur dont l’expression nécessite d’autres cofacteurs Elle peut être retrouvée dans les pancréatites chroniques alcoolique, tropicale, idiopathique ou héréditaire (cf tableau diapo 13) Mutation PRSS1 Mutation SPINK1 Risque de pancréatite x 20 si mutation N34S x 900 si double mutation CFTR et N34S Cascade enzymatique Autodigestion Pancréatite Pr Philippe RUSZNIEWSKI Fédération Médico-Chirurgicale d’HGE Hôpital Beaujon, Clichy

Pancréatite chronique calcifiante 2. pancréatite chronique génétique C. Mutation CFTR CO2 CO2 + 0H2 C03H2 H+ HCO3- Cl- Ca2+ CFTR K+ Na+ Sécrétine Gs AMPc lumière Milieu intérieur ↓ pH ↑ viscosité Précipités protéiques et calculs Obstruction canalaire Mutation du gène CFTR : - Les mutations du gène CFTR sont responsables de la mucoviscidose. Différents types de mutation peuvent aboutir à des phénotypes de gravité variée. En cas d’homozygotie de mutations sévères (ex deltaF508), la mucoviscidose d’exprime dans toute sa sévérité avec une atteinte respiratoire précoce et très sévère + insuffisance pancréatique exocrine totale sans poussée aigue. En revanche des mutations moins sévères sont associées à pas ou peu de manifestations pulmonaires et à une fonction pancréatique préservée. Dans ce cas, la maladie ne peut s’exprimer que par des poussées itératives de pancréatite survenant généralement entre l’adolescence et la quarantaine. => Chez un malade ayant eu des poussées itératives de pancréatite sans cause évidente dont le début est survenu avant l’âge de 35 ans, les risques qu’il ait une mutation sur le gène CFTR sont de 35% - Une mutation du gène CFTR entraine un blocage du canal chlore => quantité insuffisante de fluide ductal rendant les sécrétions protéiques acineuses trop concentrées et précipitant dans la lumière, ce qui contribue au blocage des petits canaux et à la destruction de la glande > 900 mutations

Pancréatite chronique calcifiante 3. Hyperparathyroïdie Cellules acineuses ↑ enzymes Cellules ductulaires Hyperparathyroïdie 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 Ca2+ précipitation

Pancréatite chronique obstructive Infiltrats inflammatoires Atrophie parenchyme acineux FIBROSE intralobulaire et périlobulaire 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 ↓flux ↓pH STENOSE ↑ pression canalaire d’amont Précipités protéiques

Pancréatite chronique tropicale Inducteurs enzymatiques (alcool, tabac..) Cyt p450 Stress oxydatif Radicaux libres élimination - malnutrition Pancréatite chronique tropicale Mécanisme multifactoriel mêlant des facteurs environnementaux et génétiques : ENVIRONNEMENT : - la malnutrition 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 - alimentation : les racines de manioc non ébouillantées contiennet des glucosides cyanogènes qui se transforment en acide cyanhydrique en l’absence de mécanisme de détoxification GENES : - mutation spink 1 Alimentation (racine de manioc) - ! Acide cyanhydrique ! Mutation SPINK 1 détoxification Glucosides cyanogènes thiocyanates

Modèle multifactoriel Physiopathologie Modèle multifactoriel Pancréatite alcoolique Pancréatite tropicale Pancréatite idiopathique Pancréatite héréditaire Environ-nement Alcool Tabac nutrition Génétique SPINK1 PRSS1 CFTR 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

Conclusion Modèle multifactoriel (gènes / environnement) Progrès en recherche génétique : Mutation SPINK1, PRSS1 et CFTR Rôle de la cellule étoilée pancréatique de découverte récente => avenir pour la thérapeutique ?