Mécanisme et régulation du transport épithélial alvéolaire Lucille JAYR Sophie LATAPIE Susie LARDY

PLAN I. Physio-anatomie de l’épithélium alvéolaire II. Mécanismes du transport épithélial alvéolaire A. Modèle expérimental B. Résultats C. Mécanismes III. Régulation du transport épithélial alvéolaire

I. Physio-anatomie de l’épithélium alvéolaire II. Mécanismes du transport épithélial alvéolaire A. Modèle expérimental B. Résultats C. Mécanismes III. Régulation du transport épithélial alvéolaire

Les pneumocytes Type I: diamètre 50-100 µm, volume: 2-3000µm3 1/3 des cellules épithéliales 8% des cellules pulmonaires: pneumocytes, cellules interstitielles, endothéliales et macrophages. 93% de la surface alvéolaire Type II: diamètre 10 µm, volume: 450-900µm3 2/3 des cellules épithéliales, 7% de la surface Son isolement a permis de bien comprendre sa fonction Sécretion: surfactant, Epidermal Growth factor, fibronectine, laminine, collagène type IV, Absorption

I. Physio-anatomie de l’épithélium alvéolaire II. Mécanismes du transport épithélial alvéolaire A. Modèle expérimental B. Résultats C. Mécanismes III. Régulation du transport épithélial alvéolaire

I. Physio-anatomie de l’épithélium alvéolaire II. Mécanismes du transport épithélial alvéolaire A. Modèle expérimental B. Résultats C. Mécanismes III. Régulation du transport épithélial alvéolaire

 Physiologie  Pathologie Absence de survie des souriceaux nouveau-nés Knock Out (EnaC) (Barker PM 1998; 102:1634-40)  Pathologie Mortalité plus élevée des patient avec un SDRA si altération de la clairance de l’eau alvéolaire (Ware LB 2001; 163: 1376-83)

Pour obtenir une alvéole sèche Le débit de l ’inondation alvéolaire doit être inférieur aux capacités de réabsorption de l ’épithélium L ’épithélium doit être suffisamment intact: pour assurer ce niveau de réabsorption pour répondre aux stimulations La stimulation peut être endogène (défense) ou exogène (thérapie)

Culture de cellules (rat) CLAIRANCE PULMONAIRE Culture de cellules (rat) Crandall et Goodman (Am J Physiol, 1982 ; 245 : C96-C100) Formation de domes Mason et Berry (Proc Natl Acad Sci, 1982 ; 79 : 6033-37) DDP = 0 : Amiloride (10-4 M) DDP ä : Terbutaline (10-3 M)

Poumons isolés de rat CLAIRANCE PULMONAIRE Basset, Crone et Saumon (J Physiol Lond, 1987 ; 384 : 311-324) Ouabaine (10-4 M) : æ 57 % Amiloride (10-3 M et 10-4 M) : æ 44 % Effros et Silverman (J Appl Physiol, 1989 ; 66 : 906-919) Amiloride (10-4 M) : æ 42 % Ouabaine (10-4 M) : æ Transport Na+

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Pôle apical Pneumocyte I Pneumocyte II Pôle basolatéral Corps lamellaire noyaux mitochondrie Pneumocyte I Pneumocyte II Pôle basolatéral 1/3 des cellules épithéliales 95-98% surface alvéolaire transport Na+ ? 2/3 des cellules épithéliales 2- 5% surface alvéolaire surfactant transport Na+

Gradient de concentration Pôle apical Corps lamellaire noyaux mitochondrie Pôle basolatéral HCO3- Na+ K+ Cl- Equation de NERNST: Ddp= RT/ZF ln C1/C2 R: cste de gaz T: température absolue Z: charge de l’ion F: cste de Faraday Gradient de concentration

Pôle apical + b2 Pôle basolatéral L-cis-diltiazem dichlorobenzamil H2O HgCl2 Pôle apical Canal ionique Pore à eau Amiloride Na+ ENaC Na+ noyaux Pneumocyte II mitochondrie H2O 3 Na+ 2K+ ATP + b2 Pneumocyte I Ouabaïne Pôle basolatéral

Pôle apical + b2 Pôle basolatéral L-cis-diltiazem dichlorobenzamil Canal ionique Pore à eau HgCl2 Pôle apical Amiloride Na+ Na+ H2O Na+ Cl- glucose ac. aminés phosphate ATP ENaC Na+ noyaux Pneumocyte II H+ HgCl2 Na+ Na+ H2O mitochondrie H2O 2 Cl- Cl- 2K+ + Na+ K+ ENaC ATP Pneumocyte I H2O 3 Na+ HCO3- H2O Cl- b2 Pôle basolatéral HgCl2 Ouabaïne

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Amélioration de la fonction épithéliale in vitro et in vivo Les b-agonistes Les glucocorticoïdes Les facteurs de croissance TNF-a La thérapie génique

Les b-agonistes Chez l ’homme: poumon isolé, œdème d ’altitude Aérosols ou par voie parentérale b2 récepteurs mais aussi b1 50-100% de stimulation Même en présence de lésions hyperoxie modérée œdème pulmonaire

Mode d ’action des b-agonistes

Facteurs de croissance Epidermal Growth Factor TGF-a TGF-b KGF

KGF et clairance alvéolaire * * 40 * 35 30 Clairance alvéolaire (%/h) 25 20 15 10 5 Contrôles 48 h-KGF 72 h-KGF 120 h-KGF 240 h-KGF * p < 0,05 vs contrôles Wang. JAP 87: 1852, 1999

KGF Le KGF entraîne une augmentation de la capacité de l’épithélium alvéolaire, à réabsorber le liquide intra-alvéolaire Cette augmentation est inhibée par l’amiloride, preuve que ce mécanisme dépend de l’activité des canaux sodiques L’augmentation de clairance (+ 66%) est bien corrélée avec l’augmentation du nombre des pneumocytes type II (86%) La terbutaline est capable de stimuler encore plus cette clairance alvéolaire

CONCLUSION L’épithélium alvéolaire a un rôle important dans l’intégrité de l’alvéole pulmonaire. Un de ses rôles primordiale est de maintenir l’alvéole sèche pour assurer les échanges gazeux. Cette fonction dépend essentiellement du transport actif du sodium (ENaC). Elle peut donc être régulée, en particulier stimulée.

Voies de recherche Meilleure compréhension de la physiologie Jonctions cellulaires et polarité Rôles respectifs des types I et II Les canaux de l ’eau aquaporines Utilisation de modèles transgéniques Les stratégies thérapeutiques les b-agonistes les facteurs de croissance la thérapie génique