INTRODUCTION

Les lésions traumatiques du rachis ont pour conséquences des atteintes médullaires se traduisant par des déficits fonctionnels dont le siège et l’étendue sont fonction du niveau de la lésion et de sa gravité. Les lésions basses, dorsales et lombaires entraînent des troubles sensitifs et moteurs des membres inférieurs et du tronc (paraplégie complète ou incomplète), les lésions hautes des troubles des quatre membres (tétraplégie), et des atteintes viscérales respiratoires et digestives. Ces lésions ont été longtemps considérées comme irréversibles, suivant en cela le postulat énoncé au début du siècle dernier par S. Ramon Y Cajal [1], de la régénération abortive des neurones centraux. Les progrès des techniques d’analyse, anatomiques, électrophysiologiques, biochimiques, ainsi que ceux de l’imagerie (IRM) ont progressivement modifié ce pronostic pessimiste, en décrivant plus précisément le processus physiopathologique déclenché par le traumatisme, et en identifiant des cibles possibles pour des interventions thérapeutiques [2]. Aujourd’hui, la mise au point de modèles animaux de plus en plus performants permet de tester, dans des conditions proches de celles de la clinique, des stratégies thérapeutiques innovantes, susceptibles d’être traduites en essais cliniques.

Analyse physiopathologique

Le déficit fonctionnel, conséquence du traumatisme, résulte de la lésion initiale, mort neuronale immédiate et irréversible, et d’une cascade pathologique, qui donne lieu à une lésion secondaire. Cette mort neuronale secondaire , ou retardée, qui se déroule au cours de la première semaine suivant la lésion, est sous-tendue par des altérations pathologiques des mécanismes neurochimiques intrinsèques, en particulier ceux de la neurotransmission. Ces modifications métaboliques, qui se développent dans les minutes qui suivent le traumatisme, incluent des perturbations de l’homéostasie ionique, et des métabolismes énergétiques locorégionaux, se traduisant par la libération massive d’acides aminés excitateurs [3], d’espèces réactives de l’oxygène (radicaux libres), qui conduisent directement ou indirectement à la destruction des neurones. Des travaux récents utilisant l’IRM à haute résolution, sur un modèle de lésion médullaire chez la souris [4, 5] ont mis en évidence, dans les deux heures qui suivent la lésion, des altérations tissulaires au niveau de la substance grise des cornes dorsales de la moelle épinière, ou se concentrent les récepteurs aux acides aminés excitateurs, puis leur extension secondaire à la substance blanche des cordons dorsaux et dorso-latéraux, d’où ces récepteurs sont absents, mais où en revanche la myéline est extrêmement sensible à l’action des radicaux libres.

Une deuxième phase est caractérisée principalement par la réaction gliale, impliquant la microglie activée et l’astrocyte, et par une importante réaction inflammatoire, comportant le recrutement et l’extravasation de polynucléaires et de monocytes. Sous l’influence de signaux spécifiques, (entre autres des cytokines), les cellules microgliales prolifèrent, rétractent leurs prolongements, se mobilisent, et expriment des molécules de surface, en particulier les antigènes de classe I et II, et le marqueur spécifique des macrophages ED1, se transformant ainsi en macrophages cérébraux.

La réponse des astrocytes au traumatisme est caractérisée par l’hyperplasie (multiplication cellulaire) et l’hypertrophie des prolongements. Ces modifications morphologiques sont le reflet de l’accroissement de la transcription en ARN, puis de la traduction, des gènes qui codent pour les protéines du cytosquelette astrocytaire, GFAP et plus accessoirement Vimentine [6]. Ceci résulte en la formation d’une cicatrice gliale, qui constitue un obstacle majeur à la régénération axonale. Cet obstacle est à la fois physique et chimique, par l’intermédiaire de glycoprotéines de surface qui conditionnent la permissivité de ce tissu pour la repousse axonale [7].

L’expression de l’un des marqueurs de cette repousse, la protéine GAP 43, est par ailleurs négativement corrélée avec le contenu en myéline du tissu nerveux au cours du développement, ce qui a motivé l’intérêt porté à la neutralisation de cet effet antagoniste [8].

Enfin, un dernier élément de ce tableau physiopathologique, longtemps négligé, est la persistance, au-dessous de la lésion, d’un tissu nerveux largement intact dont les potentialités pour la restauration de fonctions réflexes sont considérables. L’existence, au sein de la moelle épinière lombo-sacrée, de centres autonomes , régulant les fonctions sexuelles [9] et motrices [10] constitue un capital exploitable pour une récupération fonctionnelle.

Ces éléments dont l’énumération est loin d’être exhaustive, et dont l’analyse approfondie justifie la poursuite de recherches fondamentales sur la physiologie médullaire [11], constituent autant de pistes thérapeutiques et de cibles potentielles pour des thérapies pharmacologiques, cellulaires et géniques.

Stratégies thérapeutiques

Neuroprotection

L’un des évènements les plus précoces de la séquence physiopathologique des lésions médullaires est l’augmentation massive de la concentration extracellulaire en glutamate [12], et la sur-stimulation qui s’ensuit des récepteurs glutamatergiques.

Parmi ceux-ci les récepteurs NMDA jouent un rôle essentiel dans le déclenchement de la mort cellulaire. L’administration systémique d’antagonistes spécifiques atté- nue significativement les déficits fonctionnels constatés dans des modèles expérimentaux de lésions médullaires [13, 14]. La gacyclidine, molécule dérivée de la phencyclidine, présente un intérêt particulier dans ce contexte. Elle présente une affinité pour les récepteurs NMDA égale à celle de la meilleure molécule de
référence (MK801) et à l’inverse de cette dernière ne présente pas de toxicité propre, en raison de son profil pharmacologique original [15]. Un essai clinique multicentrique de phase II, conduit en France avec cette molécule a donné des résultats qui, s’ils ne sont pas totalement concluants, apporte des enseignements précieux. Les patients présentant d’emblée des lésions complètes ne sont pas améliorés, ce qui était attendu. En revanche, les patients présentant des lésions cervicales incomplètes gagnent deux niveaux bilatéralement, au 30 jour, et conservent un an après un gain de 1,5 niveau en moyenne. Ceci peut être mis en parallèle avec la présence à ce niveau médullaire d’une forte concentration de récepteurs NMDA [16].

L’élaboration de futurs essais cliniques dans ce domaine devra tenir compte de plusieurs paramètres :

— d’une part, la dimension temporelle du développement des lésions, tant sur le plan anatomique que sur le plan biochimique, va être mieux appréhendée grâce aux études faisant appel aux techniques de RMN. La corrélation des images IRM obtenues dans les modèles animaux (voir ci-dessus) avec des images comparables obtenues chez les patients va permettre de « recaler » dans le temps les séquences physiopathologiques. Par ailleurs, l’utilisation des techniques de spectroscopie RMN permettant de quantifier dans le temps les concentrations de métabolites, et en particulier de glutamate, et de radicaux libres, donnera à ces images une pertinence accrue.

— d’autre part, l’association, dans une multi thérapie , d’antagonistes NMDA, de piégeurs de radicaux libres, d’activateurs ou de bloqueurs de cytokines, dans une séquence fondée sur l’analyse temporelle de la cascade pathologique, devrait permettre d’apporter une protection optimale.

Enfin, il est nécessaire de rappeler que ce traitement pharmacologique serait d’une piètre efficacité s’il ne s’associait pas à une prise en charge biologique (restauration de la volémie, contrôle de la TA) et chirurgicale (décompression), dont la nécessité a été confirmée, si besoin était, par les données les plus récentes des études expérimentales [4] et clinique [16]. Cette dernière étude a en particulier montré que la récupération fonctionnelle observée dans le groupe contrôle (placebo) était au moins égale à celle constatée dans les essais cliniques nord-américains chez les patients traités par la methylprednisolone, mais qui n’avaient pas bénéficié d’une décompression.

Régénération axonale

La restauration des fonctions motrices et sensitives repose sur le rétablissement des circuits nerveux interrompus par la lésion. La régénération axonale dans le système nerveux central a été longtemps considérée comme impossible [1] car on la croyait due à une incapacité intrinsèque des neurones centraux à régénérer leur axone, à la différence des axones périphériques. L’utilisation, il y a vingt ans par Aguayo et ses collègues de pontages de nerfs périphériques [17], a montré qu’il n’en était rien, et que l’élément responsable était l’environnement tissulaire de l’axone lésé.

Un élément essentiel de cet environnement est constitué par la cicatrice gliale qui se constitue dès les premières heures après la lésion (6]. Le substrat anatomique de cette réaction est l’hypertrophie astrocytaire, son substrat biochimique est la synthèse massive des protéines du cytosquelette astrocytaire, GFAP et Vimentine. L’utilisation des techniques de transgénèse (inactivation de gènes par recombinaison homologue) a permis d’obtenir des souris présentant l’inactivation des gènes codant pour ces deux protéines. La réalisation chez ces animaux d’hémisections médullaires (lésions incomplètes réglées) a mis en évidence l’absence de formation de cicatrices, la repousse des axones des faisceaux corticospinaux et raphé-spinaux (dont le neurotransmetteur est la sérotonine, qui joue un rôle essentiel dans le contrôle de la locomotion) et la récupération fonctionnelle du membre postérieur paralysé, à la différence des animaux témoins [18]. L’analyse ultrastructurale en microscopie électronique a confirmé la reconstitution des circuits détruits.

La traduction en termes de stratégie thérapeutique de cette preuve de principe nécessite d’avoir recours à une approche ciblée non sur une modification de l’ ADN, irréalisable en clinique, mais sur l’ARN. La technique de l’ARN interférentiel (siARN) permet de cibler et de bloquer la traduction d’ARN identifiés. Cette approche, actuellement en cours, en collaboration avec le groupe de J. Mallet (CNRS Paris) a permis de bloquer la synthèse de GFAP et de Vimentine sur des astrocytes en culture. Ces ARN incorporés dans un vecteur viral (lentivirus) seront injectés au voisinage d’une lésion médullaire chez une souris non transgénique, et l’effet sur la cicatrice et sur la repousse axonale sera testé en parallèle avec des souris transgénique et des souris non traitées. Un tel outil peut être utilisé en clinique et permettre ainsi de réduire l’influence néfaste de la gliose astrocytaire sur la repousse axonale.

Une autre approche s’adresse à l’effet inhibiteur de certaines protéines de la myéline (protéine NOGO) au moyen d’anticorps spécifiques [8]. Le mécanisme d’action de cette protéine n’est pas totalement élucidé. Il semble qu’elle interagisse avec un récepteur situé sur les axones en régénération. Un essai clinique fondé sur l’injection locale d’anticorps est projeté.

Enfin, des approches complémentaires ont pour objectif d’agir directement au niveau des axones pour neutraliser le facteur RHO lié à l’effet obstructif de la protéine NOGO [19].

Prise en charge de la moelle sous lésionnelle

La prise en charge de la moelle sous lésionnelle est fondée sur la réorganisation des circuits neuraux intacts et leur utilisation optimale. Les circuits spinaux sous-jacents à une lésion sont susceptibles, chez l’animal comme chez l’homme [20] du fait de leur organisation en centres autonomes , de générer une activité de type locomoteur, même en l’absence de contrôle supra spinal. Dans ce contexte, nos efforts se sont concentrés depuis plus d’une décennie sur une technique de transplantation originale : le remplacement d’afférences supra spinales dans la moelle sous lésionnelle par des
neurones embryonnaires monoaminergiques, qui sont impliqués dans l’activation de circuits médullaires impliqués dans les activités motrices et viscérales [21, 22].

Après une section complète au niveau D8-D9 chez des rats adultes, une suspension de cellules du raphé d’embryons de 14 jours, ou du Locus Coeruleus d’embryons de 13 jours est injectée au dessous de la lésion entre D11 et D12. Les neurones injectés survivent, s’intègrent dans le tissu hôte, et viennent innerver avec une grande précision les sites synaptiques laissés vacants par la dégénérescence des afférences supra spinales, à plusieurs centimètres de distance de la greffe [23, 24].

Sur le plan fonctionnel, deux cibles ont été identifiées :

— d’une part les circuits responsables de la séquence érection-éjaculation chez le rat mâle [21]. Le rat spinal, après stimulation pénienne, présente une érection soutenue, confinant au priapisme, qui n’est pas suivie d’éjaculation. Après transplantation de neurones sérotonergiques, l’érection déclenchée par la stimulation est réduite, et elle est suivie par une éjaculation comparable à celle d’un animal témoin [9].

— d’autre part, les circuits responsables de la locomotion, identifiés au générateur de locomotion lombaire (CPG). À l’aide de greffes pratiquées à différents niveaux sous lésionnels chez le rat spinal, nous avons pu localiser au niveau L1-L2, ces circuits dont l’activation, par le mouvement d’un tapis roulant, déclenche une locomotion dont l’analyse cinématique et électromyographique montre qu’elle est globalement comparable à celle d’un animal intact [25].

De façon intéressante, chez les animaux greffés, l’analyse histologique des muscles impliqués dans la locomotion, soléaire et gastrocnémien, montre un certain degré de préservation des fibres de type I (lentes) qui sont remplacées à plus de 90 % par des fibres de type II (rapide) chez les animaux spinaux non greffés. Ceci suggère qu’une sous-population de motoneurones des membres postérieurs est activée de façon tonique par les afférences monoaminergiques provenant des cellules greffées.

Ici encore la stratégie choisie pour apporter une preuve de principe ne peut être utilisée telle quelle chez des patients, pour des raisons pratiques et éthiques évidentes : la transposition des conditions techniques impliquerait l’utilisation de neurones embryonnaires humains provenant d’une dizaine de fœtus à 8-10 semaines de gestation pour greffer une seule moelle [26].

Deux sources alternatives possibles font actuellement l’objet d’études approfondies :

— des cellules souches d’origine neurale ou autre (moelle osseuse, tissu adipeux, cordon) pré-différenciées en neurones après culture en neurosphères [27].

— des cellules non neurales transfectées avec le gène codant pour l’enzyme de synthèse de la sérotonine, la tryptophane hydroxylase [28].

Par ailleurs, nous mettons en œuvre deux approches complémentaires destinées à conforter le fiabilité de cette stratégie de transplantation : d’une part, nous réalisons une cartographie précise des récepteurs sérotoninergiques de la moelle lombaire humaine ; d’autre part, nous envisageons un essai clinique préliminaire faisant appel à des injections chroniques par cathéter sous dural d’un agoniste sérotoninergique chez des patients paraplégiques incomplets. Cette stratégie pharmacologique a été expérimentée avec succès chez l’animal spinal [29].

CONCLUSION

L’analyse physiopathologique de l’histoire naturelle de la lésion traumatique médullaire permet d’identifier une série de cibles pour une stratégie thérapeutique raisonnée. Neuroprotection, régénération axonale, greffes substitutives constituent autant d’étapes de cette prise en charge, étapes complémentaires dans une approche théorique, qui nécessite d’être adaptée en fonction de chaque cas individuel. La mise au point de ces stratégies, et ensuite leur mise en œuvre, nécessitent à l’évidence une très forte interaction entre les différents groupes d’acteurs : urgentistes, chirurgiens, rééducateurs, chercheurs fondamentaux et cliniciens-chercheurs. Cette interaction dont l’Institut pour la Recherche sur la Moelle épinière et l’Encéphale (IRME), a été le pionnier en France, en impulsant et coordonnant des programmes de recherche et un essai clinique (16], devrait pouvoir s’intensifier par la mise en place sur l’ensemble du territoire d’Unités Spinales réunissant au sein de départements spécialisés cliniciens et chercheurs.

Remerciements

Ces travaux ont bénéficié de l’aide de l’ IRME, de l’AFM, de l’Association Verticale et de la Fondation de l’Avenir. Ils n’auraient pu être menés à bien sans la cohésion et à la compétence d’une équipe : N. Rajaofetra, C. Levallois, J. Vignon, M. Gimenez y Ribotta, M. Gaviria, H. Hirbec, V. Menet, M.J. Drian, F. Sandillon, H. Haton en ont été les principaux acteurs.

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DISCUSSION

M. Alain LARCAN

Ayant participé à deux études multimétriques (corticoïdes et gk11), je savais l’inefficacité des corticoïdes mais je croyais que les résultats obtenus avec la gacyclidine avaient été intéressants (gain de deux ou trois points sur l’échelle ASIA) ?

C’est tout à fait exact pour GK11, qui a montré, dans un sous groupe, celui des patients cervicaux incomplets, une amélioration de l’ ASIA ; malheureusement, il s’agit d’une analyse post-hoc, qui ne peut être prise en compte pour la validation de l’étude.

M. Bernard PESSAC

Quel est le rôle possible des acides aminés dans l’interaction de glutamate avec ses récepteurs neuronaux (ou astrocytaires) ?

Les cibles du GK11, autres que le récepteur NMDA, peuvent être responsables de la non toxicité de la molécule, ce qui n’est pas le cas des autres antagonistes non-compétitifs du NMDA, dont l’utilisation en clinique est prohibée en raison de cette toxicité.

M. Michel BOUREL

Quel type de modulateurs des radicaux libres envisagez-vous d’utiliser dans le domaine de la protection ? Quelle origine de cellules souches est à utiliser pour la greffe dans le domaine de remplacement ?

Nous envisageons d’utiliser des piégeurs de radicaux libres aussi courants que le salicylate. En ce qui concerne les cellules souches, elles peuvent provenir soit de la moelle
osseuse, soit du tissu sous-cutané (fibroblastes) et éventuellement du tissu adipeux qui serait une source extrêmement intéressante, en raison de son abondance, et de sa facilité de prélèvement. Toutes ces sources permettent évidemment des autogreffes, ce qui simplifie le geste thérapeutique. La détermination de la source optimale est l’objet même du programme européen « Rescue » dont la coordination m’a été confiée.

Bull. Acad. Natle Méd., 2005, 189, no 6, 1109-1118, séance du 7 juin 2005