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Propriétés sécrétoires
de l'épithélium des voies aériennes
Isabelle FajacService de Physiologie, Hôpital Cochin
Mai 2006
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Plan du cours
• Epithélium des voies aériennes, escalator muco-ciliaire
• Composition du mucus
• Mucus et maladies bronchiques
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Epithélium bronchique
• Epithélium cylindrique pseudo-stratifié
• Au moins 8 types cellulaires:- ¢ ciliées- ¢ basales- ¢ en brosse- ¢ à mucus ou caliciformes (goblet cells)- ¢ séreuses- ¢ de Clara
• Escalator muco-ciliaire
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Epithélium bronchique
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Glandes sous-muqueuses
• Tube étroit cilié en continuité avec épithélium de surface
• Tube collecteur : épithélium cylindrique
• Tubules sécréteurs et acini : - muqueux (40 %)- séreux (60 %)
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Cellules sécrétoires de l'épithélium des voies aériennes
• Epithélium de surface : - ¢ à mucus ou caliciformes (goblet cells)- ¢ séreuses- ¢ de Clara
• Glandes séro-muqueuses : ¢ des acini - ¢ à mucus- ¢ séreuses
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Cellules à mucus
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Cellule séreuse
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Cellule de Clara
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Escalator muco-ciliaire
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• 10 à 100 ml de liquide sécrétés par jour
• 90 % : glandes sous-muqueuses
• Fonctions : • piège et élimine aérocontaminants• humidifie les voies aériennes• protège et isole les ¢ épithéliales
• Deux phases : • mucus = ancienne "phase gel"• liquide péri-ciliaire = ancienne "phase sol"
Liquide de surface des voies aériennes(ancien "mucus")
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Liquide de surface des voies aériennes (ASL)
Mucus : 0,5-2 µm
liquide péri-ciliaire : 6-8 µm
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Composition du mucus (phase gel)
• H2O et électrolytes : 95%
• Glycoprotéines : mucines : 2% Synthétisées par ¢ à mucus
• Protéines : 1% Synthétisées par ¢ séreuses
• Lipides, lipoprotéines : 1%
• Sels inorganiques : 1%
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Structure des mucines
• Axe peptidique : sérine, thréonine
• Chaînes d'hydrates de carbone de 1 à 20 sucres
sérine ou thréonine
chaîne d'oligosaccharidesacides aminés
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Structure des mucines
Liaison de type O-glycosidique entre N-acétyl-hexosamineet résidu sérine ou thréonine de chaîne peptidique.
N-acétyl-hexosamine
liaison O-glycosidique
sérine ou thréonine
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Mucines et propriétés du mucus
• Propriétés rhéologiques
• viscosité• élasticité• adhésivité• filance
• Propriétés antibactériennes
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Gènes des mucines humaines
• Au moins 13 identifiés : MUC1, 2, 3, 4, 5A, 5B, 6, 7, 8, 13…
• Expression dans les voies aériennes humaines Bronches : MUC5B : glandes, MUC5AC : ¢ califormes
• Rôle spécifique?
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Autres composants protéiques du mucus
• Protéines à activité anti-bactérienne
• Origine sérique : Ig G, Ig A, Ig M, transferrine, complément, anti-protéases
• Origine locale : ¢ séreuses• lysozyme• transferrine• antiprotéases• pièce sécrétoire des IgAs• défensines
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Lysozyme
• Origine : ¢ séreuses
• Enzyme bactériolytique
• Modulateur de l'inflammation
• Structurant du mucus
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Transferrine
• Origine : ¢ séreuses
• Deux sites de fixation du fer
• Activité anti-bactérienne
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Antiprotéases
• Origine : ¢ séreuses
• SLPI : secretory leucocyte proteinase inhibitor
• Anti-élastase des PNN
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Pièce sécrétoire des IgAs
• Dimère d'IgA+chaîne J synthétisé par plasmocytes de la sous-muqueuse bronchique
• Pièce sécrétoire synthétisée par les ¢ séreuses Exprimée au pôle basolatéral des ¢ séreuses et constitue le récepteur à IgAs
• Endocytose, protéolyse partielle du récepteur et sécrétion : IgAs : dimère + chaîne J + pièce sécrétoire
• Propriétés anti-bactériennes et structurant du mucus
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Pièce sécrétoire des IgAs
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ß-défensines
• Peptides antibactériens
• Expression par les cellules épithéliales des voies aériennes :
• épithélium de surface• ¢ séreuses des glandes sous-
muqueuses
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Activité bactéricide de la ß-defensine humaine : Synergie avec lysozyme et lactoferrine
Bals et al, J Clin Invest 1998
0
20
40
60
80C
MI (
µg
/ml)
E. coli P. aer.E. faec.
S. aur.D31 ATCC
hBD-2
+ Lysozyme+ Lactoferrine
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Effet de la concentration en NaCl sur l'activité bactéride des ß-
défensines
Singh et al, PNAS 1998
0
25
50
75
100
125
% b
act
eria
kill
ed
0 50 150 200100 250
[NaCl] mM
0 50 150 200100 250
[NaCl] mM
12 µg/ml
6
1.2
0.5
0.1
0.05
0.01
hBD-1 hBD-2
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Effets conjoints clairance muco-ciliaireet substances anti-bactériennes
Normalement :
• Bactéries éliminées par transport muco-ciliaire en # 6 h (4-10 mm/mn)
• Multiplication bactérienne toutes les 20 min : substances antibactériennes du mucus inhibent croissance bactérienne pendant les 6 h nécessaires à leur clairance.
• Mais, si clairance inefficace, les bactéries acquièrent rapidement une résistance à ces substances et recommencent à se multiplier au bout de 24 h.
![Page 31: Propriétés sécrétoires de l'épithélium des voies aériennes Isabelle Fajac](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062321/5681374e550346895d9ee093/html5/thumbnails/31.jpg)
Maladies des voies aériennes
Modification de : • la composition ¢ de l'épithélium • l'expression des gènes de mucines (MUC 2 : CF et Pyo)• l'expression des enzymes responsables de la glycosylation des mucines
• Altération des propriétés rhéologiques du mucus• Colonisation bactérienne• Dégradation du film muqueux, désquamation ciliaire• Adhérence bactérienne à l'épithélium
![Page 32: Propriétés sécrétoires de l'épithélium des voies aériennes Isabelle Fajac](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062321/5681374e550346895d9ee093/html5/thumbnails/32.jpg)
Méthodes d'exploration de la clairance muco-ciliaire
4 à 10 mm/mn
• In vivo : vitesse de transport du mucus• VAS : test à la saccharine• VAI : marqueurs radioactifs
• In vitro : • Mucus :
- capacité de transport du mucus- étude rhéologique
• Etude des cellules ciliées
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X
Normal Mucoviscidose
Basse [NaCl] Elevée [NaCl]
XX
Welsh, Cell 1996
ß-défensineactive
ß-défensineinactivée
BacteriesBacteries
Na+
Cl-
La théorie du " high salt "
Na+
Cl-
H2O H2O
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Théorie du "low volume"
Normal Mucoviscidose
Na+
Cl-
H2O
CFTR
Na+
Cl-
H2O
CFTR
Cl-
- XX
Cl-
Boucher et al, 1998
![Page 35: Propriétés sécrétoires de l'épithélium des voies aériennes Isabelle Fajac](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062321/5681374e550346895d9ee093/html5/thumbnails/35.jpg)
ASL anormalet physiopathologie de la mucoviscidose
Knowles et al, 2002