L'oedème

• Qu'est ce qu'un œdème           

L'oedème cérébral se définit par une augmentation du volume cérébral lié à une accumulation liquidienne localisée ou diffuse au sein du parenchyme cérébrale.
Celle-ci provoque une augmentation de la pression intracrânienne qui réduit la pression de perfusion et peut entraîner l'altération du tissu cérébral.

Il existe deux types d'oedèmes :

- L'oedème cytotoxique, qui est une accumulation anormale d’eau au sein de cellules altérées (cellules nerveuses et gliales).
Les astrocytes (cellules gliales) sont les principales cellules concernées par l’oedème cytotoxique. L'ischémie cérébrale est une situation pathologique en rapport avec une dysfonction des pompes Na+ ATPdépendante qui s'accompagne alors d'une accumulation de Na+ dans le milieu intra-cellulaire à l'origine d'un appel d'eau par effet osmotique (vue précèdement). L'équilibre hydrique étant bouleversée, les astrocytes se "gorgent" d'eau par les aquaporines. On voit alors apparaître en quelques jours une accumulation d'oedèmes cytotoxiques qui aggrave l'ischémie cérébrale.

- L'oedème vasogénique qui est dû à l’altération (ou rupture) de la barrière hémato-encéphalique (BHE).

L’œdème vasogénique ce forme car la barrière hémato-encéphalique (étant altérée) ne permet pas le passage des protéines et de l’eau vers le milieu extracellulaire. L'eau est bloquée et s'accumule au sein de la BHE.

La rupture de la barrière hémato-encéphalique peut être due à des lésions traumatiques, à une augmentation de la pression artérielle qui rompt les jonctions serrées entre cellules endothéliales, ou à la perfusion rapide de solutions hypertoniques qui provoque la contraction des cellules endothéliales et donc l’ouverture des jonctions serrées. 

Formation de l'oedème vasogénique (schéma explicatif):

Cassure des jonctions étanches entre les cellules endothéliales qui forme la BHE --> augmentation de la perméabilité de la BHE --> passage des protéines plasmique et de l'eau facilité à travers les "fissure de cette barrière altérée vie les aquaporines 4 --> accumulation de cette eau --> formation de l'oedème vasogénique.

• Ce qu'il faut savoir d'abord sur l'aquaporine 4        

 L'aquaporine 4 joue un rôle important dans la régulation de l'homéostasie de l'eau dans le cerveau; elle intervient également dans la production du liquide céphalo-rachidien. Cette protéine de transport est de loin le canal à eau le plus abondant dans le système nerveux central.

Localisation: En forte concentration sur les pieds astrocytaires en contact direct avec les vaisseaux sanguins. Mais on le trouve aussi principalement concentrée au sein des membranes gliales à l’interface hémato-encéphalique et LCR-cerveau. 
L’expression d’AQP4 est très polarisée avec une forte concentration sur les pieds astrocytaires en contact direct avec les vaisseaux sanguins.
La polarisation de l’AQP4 sur les pieds astrocytaires se fait au moyen d’un ancrage de cette protéine par un domaine PDZ sur l’α-syntrophine (α-Syn) ou la dystrophine. En effet, la polarisation de l’AQP4 autour des vaisseaux disparaît dans les cerveaux de souris présentant une délétion du gène de l’α-Syn (souris α-Syn^-/-) ou de la dystrophine (souris Mdx). Le niveau d'expression de l'AQP4 peut être aussi régulé positivement par la vasopressine via les récepteurs V1A.


Résolution de l’œdème vasogénique par l'AQP4: La résorption de l’œdème vasogénique se produit après la fermeture de la BHE. Les mécanismes de clairance d'une substance donnée du liquide comprennent la digestion des protéines sériques dans l'espace extracellulaire par les astrocytes et le retour des protéines extravasées dans le sang à travers les cellules endothéliales. La disparition des protéines sériques induit une modification du gradient osmotique, qui à son tour induit un retour de la teneur en eau à des valeurs normales. L'eau peut être éliminée vers le sang ou le LCR dans les espaces sous-arachnoïdiens ou les ventricules. L'eau doit traverser des membranes et des barrières intactes (BHE restaurée, limitantes gliales, épendyme) pour rejoindre ces voies potentielles de sortie. Le passage de l'eau à travers la bicouche lipidique des membranes par simple diffusion est très limité, mais est très fortement facilitée par l’aquaporine 4 (AQP4).

Schéma explicatif de ce mécanisme : BHE réparée (reformation des jonctions étanches dans l'endothélium) --> protéines sériques éliminées et retour des protéines extravasées dans sang --> modification du gradient osmotique dans le capillaire --> retour à une concentration en eau normal (car eau éliminée vers le sang, via les AQP-4 ancré dans les cellules endothéliales).

• L'AQP4 dans le système nerveux central

L'aquaporine 4 : un facteur favorable ou défavorable à la formation de l'oedème cérébrale?

L’AQP4 semble avoir un rôle très important dans le développement de l’œdème après un traumatisme crânien, une lésion ou un accident vasculaire cérébral.

Les souris AQP4 -/- ou les souris a-Syn-/- (c'est-à-dire dépourvu d'APQ4) présentent une diminution de la formation de l’œdème après une ischémie cérébrale ou une intoxication à l’eau, suggérant un rôle important de l’AQP4 dans le développement de l’œdème cytotoxique en facilitant les mouvements d’eau. 

Mais des études récentes sur les souris AQP4-/- montrent que l’absence d’AQP4 favorise aussi le développement de l’œdème vasogénique. 

Ces résultats suggèrent que l’AQP4 contribue aux processus œdémateux, mais le rôle positif ou négatif de l’AQP4 dans la formation de l’œdème cérébral n’est pas encore clairement élucidé.

Pourquoi cette ambiguité selon le type d'oedème?

Représentation schématique illustrant les voies de formation et de résolution de l'oedème au niveau de la BHE.

 

        A --> Dans le cas de l'oedème cytotoxique, la BHE est intacte et la force osmotique dirige l’eau depuis le sang à travers les cellules endothéliales (où AQP4 est modérément exprimée) et vers les pieds astrocytaires (où une concentration élevée d’AQP4 est présente). Dans ce cas, l'absence d'aquaporine diminue la sévérité de l'oedème cytotoxique.

B --> En revanche, dans l'oedème vasogénique, l'eau entre du sang vers l'espace extra-cellulaire le long d’un gradient de pression hydrostatique à travers des altérations de la BHE, indépendamment d’AQP4. Donc dans ce cas l'absence d'aquaporine 4 aggrave la sévérité de l'oedème cérébral vasogénique

En conclusion: la formation de l'oedème cytotoxique est AQP4-dépendante car la BHE est intacte, mais la formation de l'oedème vasogénique est AQP4 indépendant car la BHE est altérée.

C --> Toutefois, l'élimination de l’excès d'eau dans le cerveau, à la fois dans l’oedème cytotoxique et vasogénique, est AQP4 dépendante, car cet excès de liquide doit franchir des membranes et des barrières où AQP4 est exprimée. Par conséquent, AQP4 est un acteur clé dans la résolution de l’oedème.

• Et pour aller plus loin avec l'AQP4...

Une modification dans l'expression de l'aquaporine 4 peut également entraîner des pathologies comme les tumeurs mais aussi la dystrophie musculaire et la neuromyélite optique.