Communication scientifique
Session of 12 mai 2009

Les défauts d’implantation placentaire et leurs conséquences sur la fonction endothéliale maternelle

MOTS-CLÉS : inhibiteurs de l’angiogenese. placenta. prééclampsie
Defective placental implantation and its effects on maternal endothelial function
KEY-WORDS : angiogenesis inhibitors. placenta. preeclampsia

Jean-Michel Foidart, Agnès Noël, Frédéric Chantraine, Sophie Lorquet *, Philippe Petit *, Carine Munaut **, Sarah Berndt, Christel Pequeux **, Jean-Pierre Schaaps *

Résumé

La prééclampsie, une maladie spécifique de la grossesse caractérisée par de l’hypertension, des œdèmes et une protéinurie guérit spontanément par la délivrance placentaire. Sa pathogénie est étroitement liée à une hypoxie placentaire. L’hypoxie placentaire est responsable d’une dysfonction vasculaire maternelle provoquée par une libération placentaire accrue de facteurs anti-angiogènes, tels que la forme soluble du récepteur de type 1 du VEGF (VEGFR1). Ce récepteur fixe le VEGF et le PlGF produits également par les cellules trophoblastiques villositaires. En l’absence de VEGF et de PlGF dans la circulation maternelle, une dysfonction endothéliale survient dans de nombreux territoires vasculaires (foie, reins, cerveau, cœur, poumons …). Expérimentalement, le sVEGFR1 exerce non seulement une action anti-angiogène ; il entraîne par des mécanismes de transduction intracellulaire une augmentation de l’expression endothéliale de la NO-synthase. Lorsque la production de NO est accrue, les péricytes et les cellules musculaires lisses périvasculaires sont recrutés et leur adhésion aux cellules endothéliales est fortement stimulée. Ceci peut contribuer à limiter l’invasion trophoblastique et à empêcher l’augmentation du débit utéroplacentaire au cours de la prééclampsie.

Summary

Preeclampsia, a pregnancy-specific syndrome characterized by hypertension, edema and proteinuria, resolves spontaneously on placental delivery. Its pathogenesis is thought to involve placental hypoxia, which leads to maternal vascular dysfunction through increased placental release of anti-angiogenic factors such as the soluble form of VEGF receptor-1 (VEGFR1). VEGFR1 binds VEGF and PlGF, which are also produced by villous trophoblastic cells. In the absence of VEGF and PlGF in the maternal circulation, endothelial dysfunction occurs in several vascular territories (liver, kidneys, brain, heart, lungs, etc.). In experimental models, sVEGFR1 not only has an anti-angiogenic action but also augments endothelial expression of NO synthase through intracellular transduction. When NO production is increased, pericytes and perivascular smooth muscle cells are recruited and their adhesion to endothelial cells is strongly stimulated. This can hinder both trophoblast invasion and increase uteroplacental flow during preeclampsia.

INTRODUCTION

L’implantation embryonnaire au cours de la fenêtre implantatoire, entraîne rapidement une prolifération des syncytiotrophoblastes et leur invasion dans la decidua maternelle. Vers le 13ème jour, les villosités commencent à apparaître sous forme de travées syncytiales séparées par des lacunes. C’est vers le 15ème jour qu’un axe cytotrophoblastique apparaît à l’intérieur de chaque colonne syncytiale. En progressant, ces cellules syncytiales ouvrent des vaisseaux maternels dont le contenu se répand dans les lacunes. Selon l’embryologie classique, c’est donc vers le 15ème jour que s’établit la circulation maternelle placentaire hémochoriale.

Les villosités placentaires du deuxième au quatrième mois grandissent et se multiplient. Les villosités libres et les villosités crampons sont couvertes de cellules trophoblastiques. Au niveau des villosités crampons, les cellules trophoblastiques extravilleuses envahissent la decidua maternelle puis le tiers interne du myomètre.

Au niveau des branches terminales des artères utérines, des cellules trophoblastiques extravillositaires pénètrent à contre-courant et remplacent les cellules endothéliales qui bordent la lumière vasculaire. Ces mêmes cellules trophoblastiques sont capables de détruire la limitante élastique interne et les cellules musculaires lisses de la média. Ainsi, de manière physiologique, tout au long du premier trimestre et au cours de la première partie du deuxième trimestre, les cellules trophoblastiques invasives modifient profondément la structure des artères spiralées utérines pour les transformer en artères utéro-placentaires. Ces artères utéro-placentaires ont un large calibre. Elles sont dépourvues de limitante élastique interne et de cellules musculaires lisses, et par conséquent, elles sont réfractaires aux agents vasoconstricteurs.

Cette adaptation physiologique permettra une importante augmentation du débit utéro-placentaire au cours de la grossesse. Le débit utérin en dehors de la gestation est inférieur à 20 ml/minute tandis qu’il atteint une valeur de 750 ml à 1 litre en fin de gestation.

 

Contrairement à la théorie classique, nous avons montré par des biopsies de lits placentaires, par des examens échographiques Doppler et par implantation de caméra endoscopique dans la chambre intervilleuse, que la circulation hémochoriale ne s’établit qu’à la 13e semaine de la grossesse. Préalablement, les bouchons trophoblastiques endovasculaires bloquent la circulation hémochoriale. Les villosités ne baignent que dans du plasma maternel.

Il apparaît donc que le trophoblaste villeux et le fœtus jeune croissent jusqu’alors dans une atmosphère pauvre en oxygène [1-3].

Par la suite, d’autres auteurs ont confirmé ces travaux et l’analyse directe des gaz sanguins de la circulation utérine et placentaire a confirmé qu’au cours du premier trimestre de la grossesse, la pression partielle en oxygène est particulièrement basse au sein de la chambre intervilleuse [4].

ÉTIOPATHOGÉNIE DE LA PRÉÉCLAMPSIE

L’invasion trophoblastique artérielle précoce est compromise chez les femmes qui développeront une prééclampsie en fin de grossesse.

En effet, l’invasion trophoblastique endovasculaire est limitée aux segments déciduaux des artères utéroplacentaires mais n’atteint pas les segments myométriaux des artères spiralées.

En conséquence de cette invasion trophoblastique réduite, les parois vasculaires gardent des cellules endothéliales intactes, une limitante élastique interne et un manchon musculaire lisse capable de réagir aux agents vasoconstricteurs.

Il s’ensuit une réduction relative du calibre artériel, ce qui entraînera en fin de grossesse une diminution de l’adaptation au débit [5].

Les conséquences en aval de cette hypoxie sont une réduction de la prolifération villositaire avec une diminution de la croissance des villosités intermédiaires immatures et matures.

Un placenta de petite taille est fréquemment observé chez les patients prééclamptiques !

L’ANGIOGENÈSE PLACENTAIRE

Le placenta produit de nombreuses cytokines angiogènes. Parmi celles-ci, le

Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) est une protéine puissamment angiogénique.

Elle induit la production de NO et de prostacyclines par les cellules endothéliales, favorisant ainsi la vasodilatation.

Le VEGF exerce son action endothéliale par l’intermédiaire de deux récepteurs membranaires : le VEGFR1 et le VEGFR2. Le VEGFR1, également appelé Flt1 ou fms-like tyrosine kinase est un récepteur du VEGF et du Placental Growth Factor (PlGF).

Les cellules endothéliales, mais aussi les cellules trophoblastiques, sont capables de produire un variant de ce récepteur. Ce variant n’est pas membranaire mais soluble.

Il est donc sécrété dans la circulation maternelle. Capable de lier le VEGF et le PlGF, il neutralise ces cytokines angiogènes et se comporte donc comme un anti-angiogène puissant.

Les travaux de Clark et de Charnock-Jones [6-8] ont montré que les villosités placentaires et, plus particulièrement, le trophoblaste expriment à la fois du VEGF, du PlGF, et leurs récepteurs le VEGFR1 et le VEGFR2, ainsi que le variant soluble anti-angiogène.

Au cours de la prééclampsie, nous avons montré une importante surexpression du récepteur soluble du VEGF dans le trophoblaste villositaire. Les taux de mRNA codant pour le sVEGFR1 sont multipliés par dix, ce qui explique que le VEGF et le PlGF circulant deviennent indosables dans le sang maternel puisqu’ils sont entièrement complexés à la forme soluble du récepteur.

La neutralisation du VEGF et du PlGF par des taux élevés d’un récepteur soluble plasmatique maternel entraîne des lésions endothéliales, une perte de la prolifé- ration et des capacités migratoires et angiogènes des cellules endothéliales maternelles.

De nombreux travaux ont contribué à montrer que le trophoblaste villeux des femmes prééclamptiques produit des taux élevés de sVEGFR1, et qu’à son tour cette molécule suffit à entraîner une souffrance endothéliale maternelle responsable de l’hypertension, de la protéinurie, du HELLP syndrome et des formes sévères de la prééclampsie qui se manifestent par des convulsions éclamptiques et par une coagulation intravasculaire disséminée. Expérimentalement chez l’animal, l’administration de sVEGFR1 est capable de reproduire les signes de la maladie humaine.

L’HYPOXIE PLACENTAIRE EST RESPONSABLE DE LA PRODUCTION ACCRUE DU VEGFR1 SOLUBLE.

Nous avons montré expérimentalement à l’aide de cultures d’explants villositaires placentaires de douze semaines que l’hypoxie expérimentale entraîne une augmentation de la production par le trophoblaste villositaire de VEGF mais aussi du récepteur soluble.

Il apparaît clairement que c’est donc bien une hypoxie précoce qui, à elle seule, est capable d’enclencher un programme génique spécifique aboutissant à la production de molécules fortement anti-angiogènes [9].

 

LES CONSÉQUENCES ENDOTHÉLIALES DE LA PRODUCTION ACCRUE DE sVEGFR1

Afin d’étudier l’impact du sVEGFR1 sur l’angiogenèse, nous avons utilisé le modèle classique d’anneaux d’aortes dans lequel des fragments d’aortes sont cultivés en présence de la molécule à tester. De manière très surprenante, nous avons mis en évidence un effet très fortement stimulant du sVEGFR1 sur la formation de néo-vaisseaux à partir d’anneaux d’aortes de rats mis en culture.

Ces données paraissent paradoxales puisque les effets anti-angiogènes du sVEGFR1 sont particulièrement bien établis.

La caractérisation des vaisseaux néoformés montre en réalité que les tubes vasculaires sont essentiellement constitués non plus de cellules endothéliales mais de cellules endothéliales entourées de cellules musculaires lisses périvasculaires, et qu’une partie importante des structures issues des anneaux d’aortes ne sont en réalité pas des vaisseaux mais des cordons de cellules musculaires lisses. Nous avons pu montrer que le sVEGFR1 stimule considérablement l’adhésion des cellules endothéliales aux cellules musculaires lisses. En présence de sVEGFR1, les cellules endothéliales augmentent l’expression d’un récepteur membranaire, le S1P1. Ce récepteur lie la sphingosine 1-phosphate (S1P). Lorsque ces cellules endothéliales activées par le sVEGFR1 expriment le récepteur S1P1, la S1P entraîne par sa fixation à son récepteur une activité accrue d’eNOS.

La NO synthase endothéliale produit alors du NO. Ce gaz volatil diffuse et stimule la migration puis l’adhésion des péricytes aux cellules endothéliales [Pequeux et coll., 2009 soumis].

 

CONCLUSION

Nos travaux démontrent que le placenta, contrairement à une opinion répandue, se développe au cours des premières semaines de la grossesse dans une atmosphère pauvre en oxygène. Les villosités baignent dans du plasma. L’ouverture des artères spiralées à la 13e semaine de la grossesse par les cellules trophoblastiques invasives entraîne alors une augmentation de la pression partielle en oxygène et l’établissement d’une circulation hémochoriale.

Si l’hypoxie des villosités placentaires jeunes persiste, les cellules trophoblastiques produisent une quantité élevée du sVEGFR1, un récepteur du VEGF aux proprié- tés anti-angiogènes bien connues.

Expérimentalement, le sVEGFR1 altère les fonctions endothéliales (migration, prolifération cellulaire, angiogenèse).

Ce récepteur soluble stimule également l’expression endothéliale du récepteur de la sphingosine 1-phosphate. La fixation de sphingosine 1-phosphate à son récepteur déclenche alors l’expression et l’activation de NO-synthase endothéliale. Le NO recrute des péricytes et des cellules musculaires lisses, ce qui peut contribuer à réduire l’adaptation physiologique à la grossesse et favorise la prééclampsie.

BIBLIOGRAPHIE [1] Foidart J.M., Hustin J., Dubois M., Schaaps J.P. — The human placenta becomes haemochorial at the 13th week of pregnancy. Int. J. Dev. Biol., 1992, 36 , 451-453.

[2] Hustin J., Schaaps J.P. — Echo(cardio)graphic and anatomic studies of the materno trophoblastic border during the first trimester of pregnancy. Am. J. Obstet. Gynecol ., 1987, 157 , 162-168.

[3] Schaaps J.P., Foidart J.M. — Uteroplacental circulation. Rev. Fr. Gyn. Obs ., 1991, 86 , 579-584.

[4] Rodesch F., Simon P., Donner C., Jauniaux E. — Oxygen measurements in endometrial and trophoblastic tissues during early pregnancy. Obstet. Gynecol., 1992, 80 , 283-285.

[5] Redman C.W., Sargent I.L. — Latest advances in understanding preeclampsia.

Science , 2005, 308 , 1592-1594.

[6] Charnock-Jones D.S., Sharley A.M., Boocock C.A., Ahmed A., Plevin R., Ferrara N., Smith S.K. — Vascular endothelial growth factor receptor localization and activation in human trophoblast and choriocarcinoma cells. Biol. Reprod ., 1994, 51 , 524-530.

[7] Clark D.E., Smith S.K., Sharkey A.M., Charnock-Jones D.A. — Localization of VEGF and expression of its receptors flt and KDR in human placenta throughout pregnancy. Hum.

Reprod ., 1996, 11 , 1090-1098.

[8] Clark D.E., Smith S.K., He Y., Day K.A., Licence D.R., Corps A.N., Lammoglia R., Charnock-Jones D.S. — A vascular endothelial growth factor antagonist is produced by the human placenta and released into the maternal circulation. Biol. Reprod ., 1998, 59 , 1540-1548.

[9] Munaut C., Lorquet S., Pequeux C., Blacher S., Berndt S., Frankenne F., Foidart J.M.

— Hypoxia is responsible for soluble vascular endothelial growth factor receptor-1 (VEGFR-1) but not for soluble endoglin induction in villous trophoblast. Hum. Reprod. , 2008, 23 , 1407-1415.

 

DISCUSSION

Monsieur Claude SUREAU

Compte tenu de ces remarquables observations, concernant la circulation et la faiblesse de celle-ci dans la chambre intervilleuse en début de gestation, comment expliquer la présence de cellules d’origine embryonnaire dans la circulation maternelle ? Quelle explication donnez-vous à la survenue d’éclampsie après l’accouchement ?

Nos travaux en échocardiographie et les études anatomiques de la jonction entre le trophoblaste et l’endomètre maternel au cours du 1er trimestre de la grossesse démontrent que le placenta humain devient hémochorial à la 13e semaine de la gestation.

Différents auteurs confirment qu’au cours du premier trimestre de la gestation, les segments terminaux des artères utéroplacentaires sont fonctionnellement oblitérés par des bouchons trophoblastiques qui disparaissent à la 13ème semaine de la gestation.

Jusqu’à ce moment, du plasma maternel percole entre ces bouchons trophoblastiques et la paroi de ces artères et remplit la chambre intervilleuse. Ce plasma peut être aisément visualisé par l’implantation de petites caméras dans la chambre intervilleuse tout au long du 1er trimestre de la gestion. Il s’écoule lentement vers les veines utérines maternelles et au cours de ce transit il emporte de très rares cellules trophoblastiques et surtout des débris de ces cellules contenant l’ADN embryonnaire. Ce sont ces cellules trophoblastiques et surtout l’ADN embryonnaire libre qui sont accessibles pour le diagnostic moléculaire à partir d’un prélèvement de sang maternel. Concernant l’explication relative à l’éclampsie après l’accouchement, il est exact que l’augmentation du sVEGFR1 d’origine placentaire entraîne une souffrance endothéliale maternelle. Ce dysfonctionnement des cellules endothéliales maternelles entraîne à son tour des lésions d’hypoxie et de la vasoconstriction dans l’ensemble des territoires maternels concernés (rein, myocarde, cerveau, foie). Il est probable que, chez certaines patientes, les cercles vicieux physiopathologiques continuent à progresser en dépit de l’élimination du placenta et de la source du sVEGFR1 à l’origine des lésions fonctionnelles endothéliales maternelles. Ceci est toutefois une hypothèse, non une démonstration.

Monsieur Gilles CREPIN

Les perturbations hémodynamiques aboutissent à des troubles sanguins avec CIVD syndrome. En s’appuyant sur le mécanisme que vous avez développé, à partir de quel moment de la grossesse les héparines de bas poids moléculaire ont-elles leur place ?

Les héparines de bas poids moléculaire ont leur place très tôt dans la gestation, de manière à éviter l’activation des processus de coagulation dans la chambre intervilleuse.

Il est donc logique de commencer ce traitement anticoagulant dès la 8e semaine de la gestation. De nombreux travaux ont été consacrés à la prescription d’héparine de bas poids moléculaire pour la prévention des récidives de retards de croissance intra-utérines ou de décès fœtal liés à un syndrome des anti-phospholipides ou à diverses trombophilies.

Monsieur Paul VERT

Avec Danièle Evain-Brion vous avez évoqué les variations du taux d’oxygène au niveau de la chambre intervilleuse selon le stade de la grossesse. Est-ce lié à l’absence ou à la présence d’hémoglobine maternelle, donc à un contenu en oxygène différent, ou est-ce la Po2 et l’oxygène dissout qui changent ? L’embryogénèse précoce se fait-elle dans un relatif environnement hypoxique ?

Le développement de l’embryon a effectivement lieu dans un environnement relativement hypoxique. Nos propres mesures de la pO montrent qu’en moyenne, la pression partielle 2 en oxygène dans l’artère utérine maternelle est de 93 mm Hg. Elle est de 31 mm Hg dans la chambre intervilleuse et lorsque le sang artérialisé dans le placenta retourne vers le fœtus par la veine ombilicale, la pression partielle en oxygène n’est que de 21,30 mm Hg.

Ceci démontre bien que l’embryon, au cours des treize premières semaines de la gestation, se développe dans un environnement d’hypoxie relative. Il ne semble pas que cette hypoxie relative soit liée à une diminution de la saturation partielle en oxygène mais plutôt à une diminution de la disponibilité de l’hémoglobine maternelle dans la chambre intervilleuse. Il faut se rappeler, qu’au cours des treize premières semaines de la gestation, seul du plasma percole à travers les segments distaux des artères utérines pour entrer dans la chambre intervilleuse. Les globules rouges maternels n’ont pas accès à la chambre intervilleuse placentaire jusqu’au milieu de la 13e semaine de la gestation.

 

<p>* Gynécologie-Obstétrique, Université de Liège, Hôpital de la Citadelle, 1 boulevard du 12e ligne, B-4000 Liège — Belgique e-mail : eliane.welliquet@chrcitadelle.be ** Laboratoire de Biologie des tumeurs et du développement, Université de Liège, Tour de pathologie, Sart Tilman, B-4000, Liège — Belgique Tirés à part : Professeur Jean-Michel Foidart, même adresse Article reçu et accepté le 24 avril 2009</p>

Bull. Acad. Natle Méd., 2009, 193, no 5, 1059-1066, séance du 12 mai 2009