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Home All issues Volume 27 / No 2 (Février 2011) Med Sci (Paris), 27 2 (2011) 187-192 Full HTML
Free Access
Issue
Med Sci (Paris)
Volume 27, Number 2, Février 2011
Page(s) 187 - 192
Section M/S revues
DOI https://doi.org/10.1051/medsci/2011272187
Published online 08 March 2011

© 2011 médecine/sciences - Inserm / SRMS

L’ulcère de Buruli (UB) est une maladie tropicale infectieuse ulcéro-nécrotique causée par M. ulcerans. Elle est actuellement en pleine progression au Bénin et en Côte d’Ivoire, deux pays de l’Afrique de l’Ouest où l’on observe respectivement 1 000 et 2 000 nouveaux cas par an (Figure 1A). Elle est progressivement devenue la troisième maladie mycobactérienne du monde chez le sujet immunocompétent après la tuberculose et la lèpre. Son incidence mondiale est estimée à environ 7 000-8 000 nouveaux cas par année. Cette maladie débute habituellement par l’apparition d’un nodule indolore, d’une plaque parfois prurigineuse ou encore d’un important œdème du membre atteint. Non traitée, la maladie progresse vers un ulcère cutané sous l’action de la mycolactone qui est l’exotoxine polykétide dérivée de macrolide sécrétée par le M. ulcerans [1, 2] (Figure 1B). Une réponse réparatrice incomplète ou une fibrose tissulaire est souvent accompagnée de contractures, d’ankyloses et de déformations permanentes des membres. Ce type d’évolution physiopathologique affecte très fréquemment les plus démunis de ce monde [28].

thumbnail Figure 1

A. Les pays endémiques de l’ulcère de Buruli en Afrique apparaissent en orange (source : http://www.who.int/buruli/country/en/index.html). B. Vaste ulcération de la peau causée par l’ulcère de Buruli. On remarque l’exposition à vif du muscle tibial antérieur. Cette photo a été prise lors d’une visite organisée par l’Organisation mondiale de la santé (OMS) au Centre de dépistage et de traitement de l’ulcère de Buruli d’Allada au Bénin.

Bien que l’infection par M. ulcerans loge à proximité du tissu musculaire et que ce tissu constitue plus de 40 % de la masse totale du corps, aucun laboratoire n’a encore étudié l’effet néfaste du M. ulcerans et de la mycolactone sur les tissus musculaires. Deux modèles animaux ont été mis au point pour mieux comprendre cette maladie infectieuse négligée. Le premier modèle consistait à injecter, à proximité des muscles squelettiques de souris, 105 unités de M. ulcerans suspendues dans 30 μL de solution saline [3]. Ce premier modèle infectieux était conçu pour mimer physiologiquement l’ulcère de Buruli chez la souris tout en respectant le mode de contagion le plus probable [3]. Le second modèle animal, ou modèle toxique, consistait à injecter directement dans un muscle squelettique 300 μg de mycolactone diluée dans 10 μL d’éthanol à 70 % [4]. Les premiers résultats issus de ces travaux permettent enfin d’établir les premières données tangibles sur l’importance du muscle squelettique dans l’ulcère de Buruli.

Réponses inflammatoire et immunitaire du muscle squelettique en présence du M. ulcerans

L’injection sous-cutanée de 105 unités de M. ulcerans provoque dans les muscles sous-jacents de souris une réponse inflammatoire caractérisée à la fois par une accumulation significative de neutrophiles et de macrophages et par une réduction du nombre des mastocytes après six semaines d’infection. Cette réaction de défense est également caractérisée par une augmentation concomitante de l’expression des cytokines pro-inflammatoires (TNF-α [tumornecrosis factor-α], IL-1β, IL-6, IL-2 [interleukines-1β, -6, -2]) et anti-inflammatoires (IL-4 et IL-10) sur fond d’inhibition complète de l’interféron-γ (INF-γ) [3]. La réduction du nombre des mastocytes et l’inhibition complète de l’INF-γconfèrent à ce type de réponse inflammatoire un profil particulier (Tableau I).

Tableau I.

La présence de M. ulcerans a provoqué une accumulation de neutrophiles et de macrophages dans le muscle squelettique situé à proximité de l’infection [3] et une réduction des mastocytes. L’augmentation du nombre des neutrophiles et des macrophages a été également observée dans le muscle soleus de souris en présence de mycolactone [4]. En dehors de l’IFN-γ dont l’expression est complètement inhibée, l’ARN messager des cytokines pro- et anti-inflammatoires et des facteurs de croissance explorés dans le muscle sont concomitamment élevés [3]. CTGF : connective tissue growth factor ; TGFβ1 : transforming growth factor β1 ; IFN-γ : interféron γ ; IL : interleukine.

Tableau II

Nécrose et régénération du muscle squelettique en présence de m. ulcerans. La nécrose et la fibrose du muscle squelettique situé à proximité de l’infection ont été évaluées sur des tissus colorés respectivement à l’hématoxyline éosine (H/E) et au trichrome masson. À l’aide du logiciel ImageJ, l’étendue de la nécrose a été mesurée sur des images captées à l’aide d’un microscope inversé Nikon (grossissement × 400). Pour évaluer la capacité régénérative de ces muscles, le nombre de fibres centronucléées a été déterminé ensuite manuellement et le total exprimé en mm2 de surface de section des muscles. La nécrose a progressé alors que le nombre de noyaux centronucléés est resté quasi constant suggérant un dérèglement de la régénération. La fibrose devient l’ultime moyen de réparation des tissus blessés, comme en témoigne la progression de la surface occupée par du tissu fibreux.

Plusieurs mécanismes immunophysiologiques presque uniques au M. ulcerans pourraient expliquer la présence de cette inflammation modérée mais chronique. Premièrement, la mycolactone, en infiltrant progressivement le tissu musculaire, pourrait, au fur et à mesure qu’elle s’accumule, détruire les cellules inflammatoires recrutées dans le muscle squelettique agressé [5]. Le deuxième mécanisme repose sur l’observation que les cellules musculaires expriment des TLR (toll-like receptors) capables de reconnaître plusieurs variétés d’antigènes associés aux pathogènes [6, 7]. Une fois agressées par les pathogènes, les cellules musculaires peuvent répondre et libérer des facteurs pro-inflammatoires et chimiotactiques tels que TNF-α, IL-1β et IL-6 [6, 7]. Ces facteurs pro-inflammatoires libérés activent les mastocytes résidents qui libéreront ensuite une panoplie de molécules immunorégulatrices telles que les interleukines (IL-3, 4, 5, 6, 9, 13), TNF-α, MIP-2, des prostaglandines et des leucotriènes [8]. Le résultat biologique immédiat correspondant à cette réponse se traduit par l’augmentation de la perméabilité vasculaire, l’attraction et l’activation des leucocytes (principalement, les neutrophiles et les macrophages [9]) et l’activation des lymphocytes T. Le nombre de mastocytes est significativement plus bas dans les cas d’ulcère de Buruli que dans ceux du groupe contrôle [3]. Ce phénomène pourrait être à la base d’une altération de cette cascade physiologique. Qui plus est, un déséquilibre Th1/Th2 semble caractériser cette maladie infectieuse. Face à un pathogène intracellulaire, la réponse immunitaire à médiation cellulaire est activée et les lymphocytes Th1, qui en sont les principaux acteurs, agissent en produisant les cytokines pro-inflammatoires IFN-γ, IL-2 et surtout TNF-α qui est une des cytokines essentielles dans la maîtrise des infections mycobactériennes comme l’ulcère de Buruli [10]. En revanche, la présence d’un agent pathogène dans l’espace extracellulaire conduit à une réponse de défense de type Th2 [11]. Cette dernière réponse est dominée par les cytokines anti-inflammatoires IL-4 et IL-10 qui favoriseraient la progression des infections mycobactériennes [12]. Dans l’ulcère de Buruli, les M. ulcerans semblent passer par une phase à la fois intra- et extracellulaire [5, 13, 14]. En effet, ils sont ingérés dans un premier temps par les phagocytes [5, 13, 14] puis relargués dans l’espace extracellulaire après la lyse des phagocytes par la mycolactone [5, 13–15]. En conséquence, des M. ulcerans se retrouvent vraisemblablement dans la phase à la fois intra et extracellulaire au stade avancé de la maladie. Cette double localisation peut rendre inadéquates les réponses inflammatoires et immunitaires de l’hôte infecté (Figure 2). On comprend donc que, dans ce contexte, les voies de signalisation cellulaire et moléculaire de la résolution de l’inflammation ne pourront qu’être inopérantes, conduisant ainsi à de nombreux dommages tissulaires et à la fibrose comme ultime moyen de réparation tissulaire.

thumbnail Figure 2

Schéma hypothétique de l’évolution de l’infection à M. ulcerans (Mu) et de la réponse immunitaire. Au stade avancé (5), on retrouve un environnement nécrotique fait de mycobactéries foisonnantes et de réponses inflammatoires et immunitaires mixtes Th1 et Th2. Les Th1 exercent un rétrocontrôle négatif sur les Th2 par l’intermédiaire de l’IFN-γ et les Th2 en font de même grâce à l’IL-4 qu’ils produisent. La costimulation Th1/Th2 pourrait être source de la dérégulation du système de défense du sujet atteint.

Nécrose du muscle squelettique en présence du M. ulcerans

La présence du M. ulcerans provoque une nécrose des fibres musculaires situées à proximité de l’infection [3]. Fait intéressant, les muscles soleus dans lesquels on injecte de la mycolactone présentent le même profil histologique de nécrose [4]. Le mécanisme moléculaire qui sous-tend ces dommages est encore peu connu. Cependant, des travaux menés par Synder et Small [16] donnent certaines informations précieuses sur la toxicité de la mycolactone. Ces travaux démontrent que la mycolactone, principal agent responsable de la pathogenèse de l’ulcère de Buruli, diffuse passivement, pénètre dans le cytoplasme cellulaire et fait augmenter de façon dose-dépendante le calcium intracellulaire. La mycolactone respecterait toutefois la barrière nucléaire [16]. Cette toxine déclenche ensuite une altération du cytosquelette de la cellule qui, plus tard, meurt par apoptose [5]. La myofibre, bien qu’elle soit multinucléée et dotée d’un excellent potentiel de régénération, finit par subir les effets néfastes de la mycolactone. Dans une étude antérieure (Figure 3), nous avons mis en évidence, par une injection au colorant bleu d’Evans in vivo, l’augmentation de la perméabilité du sarcolemme et la nécrose des myofibres du muscle squelettique au site adjacent à l’infection [3]. Les observations ex vivo par incubation des muscles biceps dans le procion orange ont confirmé cette perméabilité du sarcolemme de la myofibre (Figure 3C).

thumbnail Figure 3

Analyse histologique des muscles biceps de souris infectées par injection sous-cutanée de M. ulcerans. La méthode de Ziehl-Neelsen qui colore les bacilles acido-alcoolo-résistants (en pourpre) n’a révélé la présence d’aucune mycobactérie dans les tissus musculaires (A), alors qu’elles sont abondantes dans la peau de ces mêmes souris (B) comme l’attestent les biopsies. Tout indique que l’agression du tissu musculaire serait causée par la mycolactone, la toxine libérée à proximité des tissus musculaires. Finalement, pour observer les dommages causés par cette agression, certains muscles biceps ont été incubés pendant une heure dans une solution saline contenant 1 % de procion orange. Le procion orange est un colorant qui pénètre préférentiellement dans les fibres musculaires dont les membranes cellulaires ont perdu leur intégrité. La présence du M. ulcerans entraîne une perte d’intégrité cellulaire et le marquage en rouge de nombreuses fibres musculaires (C). Barre = 50 μm.

L’atrophie des tissus musculaires en présence de M. ulcerans

Nos premières publications dans ce domaine démontrent avec certitude que M. ulcerans n’altère pas seulement la peau mais aussi les tissus musculaires de façon locale et possiblement systémique [3, 4]. La dysfonction musculaire observée invite à considérer de nombreux scénarios physiopathologiques. Il est possible que cette dysfonction musculaire soit associée à une surexpression des marqueurs spécifiques de la voie protéolytique ubiquitine-protéasome : atrogine-1/MAFbx et MuRF-1 (muscle RING-finger protein-1). L’atrogine-1 et le MuRF-1 sont deux gènes qui codent pour les enzymes ubiquitines ligases, qui se fixent sur les protéines myofibrillaires et entraînent leur dégradation via un processus qui conduit à l’atrophie. Des données récentes nous indiquent que l’atrogine-1 entraîne la lyse de MyoD [17] et que MuRF-1 interagit avec plusieurs protéines musculaires dont la titine, la troponine et la chaîne légère de myosine [18]. De plus, il est probable que la calpaïne et la caspase-3, deux protéases dépendantes du calcium et responsables du début ou de l’amorce de l’atrophie musculaire [19], soient activées en présence de M. ulcerans et de sa toxine. En effet, le taux de calcium augmente de plus de vingt fois dans le cytoplasme des fibroblastes L929 en présence de mycolactone [16], ce qui serait nettement suffisant pour activer les protéases musculaires [19]. Une fois les protéases activées, la dégradation des myofilaments se poursuit via le système protéasome-ubiquitine [20].

D’autres mécanismes qui font intervenir les cellules inflammatoires et le facteur pro-inflammatoire NF-κB ont été envisagés pour expliquer l’installation de l’atrophie. En particulier, les macrophages et les neutrophiles provoquent la lyse des cellules musculaires respectivement par l’intermédiaire de NO (monoxyde d’azote) et du peroxyde [21]. Le facteur pro-inflammatoire NF-κB activé en présence de M. ulcerans [22] est, quant à lui, capable d’entraîner la dégradation de la protéine MyoD [17, 23] et l’activation des ubiquitines ligases musculaires atrogine-1 et MuRF-1 [24], conduisant respectivement à un déficit de la régénération et à une lyse des protéines musculaires (Figure 4). De futures études sont nécessaires pour clarifier le mécanisme moléculaire qui provoque l’atrophie du muscle squelettique en présence de M. ulcerans et de sa toxine mycolactone.

thumbnail Figure 4

Schéma hypothétique de la dysfonction musculaire impliquant le facteur nucléaire-κB (NF-κB). Le NF-κB peut provoquer, d’une part, une réduction de la synthèse de MyoD et, d’autre part, une augmentation de la protéolyse musculaire consécutive à l’augmentation de MuRF-1 et d’atrogine-1. L’ensemble conduit à une atrophie et à une dysfonction du muscle squelettique.

Réparation/régénération des muscles squelettiques dans l’UB

Bien que le muscle squelettique altéré s’engage habituellement dans un processus dynamique de régénération, assuré principalement par les cellules satellites et les facteurs de régulation myogéniques dont MyoD et myogénine, nos résultats ont démontré pour la première fois que le muscle squelettique nécrosé en présence des M. ulcerans ou de sa toxine mycolactone ne présente aucun signe de régénération six semaines après la lésion [4]. Cette faible capacité régénératrice du muscle a été caractérisée sur le plan histologique par une augmentation progressive de la surface nécrosée. Parallèlement, le nombre de fibres musculaires centronucléées (cellules musculaires en voie de régénération) est resté faible et quasi constant (Tableau II). Le déficit de régénération du muscle nécrosé s’était traduit aussi par une réduction de 45 % des forces maximales isométriques spécifiques (sP0) provenant du muscle soleus dans lequel de la mycolactone a été injectée [4]. Les données préliminaires d’une étude actuellement en cours dans notre laboratoire indiquent que les niveaux de production de MyoD et myogénine restent faibles et stables dans ces muscles tout au long des six semaines d’expérimentation. Ce résultat semble en parfaite adéquation avec un déficit de régénération.

Plusieurs facteurs peuvent expliquer l’absence de régénération des fibres nécrosées en présence de M. ulcerans ou de sa toxine. Premièrement, la mycolactone pourrait provoquer l’apoptose ou empêcher l’activation des cellules satellites. Ce qui se traduirait par une faible biodisponibilité locale des facteurs de régulation myogéniques comme MyoD et la myogénine. Il est acquis que la délétion du gène codant pour la myogénine entraîne une absence de régénération des dommages musculaires chez la souris [25, 26]. On comprend donc que l’augmentation progressive de la surface nécrosée, jumelée à une absence de régénération musculaire, s’accompagne d’une dégradation progressive du tissu musculaire. Dans ces conditions, il y a tout lieu de croire que la régulation positive de cytokines et de facteurs de croissance pro-fibrotiques tels que CTGF (connective tissue growth factor) et TGF-β (transforming growth factor) [3] pourrait accroître la stimulation des fibroblastes et, par conséquent, augmenter la synthèse et le dépôt de matrice extracellulaire [27] conduisant ainsi à la fibrose. Il a été démontré que la présence de M. ulcerans ou de la mycolactone augmentait très significativement la rigidité des tissus musculaires étirés passivement et le contenu total de ces muscles en hydroxyproline, un indicateur de fibrose [3, 4]. L’ensemble de ces données indique que les muscles squelettiques subissent des modifications histologiques profondes et que les dommages musculaires seraient réparés par des tissus fibreux non contractiles.

Conclusion

L’ulcère de Buruli produit une nécrose et une inflammation aiguë puis chronique des tissus musculaires. Cette maladie provoque également une atrophie marquée par une diminution de la masse musculaire et une réduction des surfaces de section des fibres. Par la suite, la réparation des dommages créés par la présence de M. ulcerans et de sa toxine ne se déroule pas normalement et évolue vers la formation de fibrose. La fibrose augmente la rigidité des muscles, altère leurs fonctions physiologiques et sert de support ou de facteur aggravant aux incapacités fonctionnelles observées chez certains patients. Bien que des études supplémentaires soient nécessaires pour comprendre le mécanisme moléculaire qui gouverne la nécrose et les conditions de la régénération du muscle squelettique dans l’ulcère de Buruli, nous pensons que nos observations pourraient éventuellement servir de tremplin à la conception d’un programme de médecine physique plus approprié à cette maladie.

Conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent n’avoir aucun conflit d’intérêts concernant les données publiées dans cet article.

Références

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Liste des tableaux

Tableau I.

La présence de M. ulcerans a provoqué une accumulation de neutrophiles et de macrophages dans le muscle squelettique situé à proximité de l’infection [3] et une réduction des mastocytes. L’augmentation du nombre des neutrophiles et des macrophages a été également observée dans le muscle soleus de souris en présence de mycolactone [4]. En dehors de l’IFN-γ dont l’expression est complètement inhibée, l’ARN messager des cytokines pro- et anti-inflammatoires et des facteurs de croissance explorés dans le muscle sont concomitamment élevés [3]. CTGF : connective tissue growth factor ; TGFβ1 : transforming growth factor β1 ; IFN-γ : interféron γ ; IL : interleukine.

Dans le texte
Tableau II

Nécrose et régénération du muscle squelettique en présence de m. ulcerans. La nécrose et la fibrose du muscle squelettique situé à proximité de l’infection ont été évaluées sur des tissus colorés respectivement à l’hématoxyline éosine (H/E) et au trichrome masson. À l’aide du logiciel ImageJ, l’étendue de la nécrose a été mesurée sur des images captées à l’aide d’un microscope inversé Nikon (grossissement × 400). Pour évaluer la capacité régénérative de ces muscles, le nombre de fibres centronucléées a été déterminé ensuite manuellement et le total exprimé en mm2 de surface de section des muscles. La nécrose a progressé alors que le nombre de noyaux centronucléés est resté quasi constant suggérant un dérèglement de la régénération. La fibrose devient l’ultime moyen de réparation des tissus blessés, comme en témoigne la progression de la surface occupée par du tissu fibreux.

Dans le texte

Liste des figures

thumbnail Figure 1

A. Les pays endémiques de l’ulcère de Buruli en Afrique apparaissent en orange (source : http://www.who.int/buruli/country/en/index.html). B. Vaste ulcération de la peau causée par l’ulcère de Buruli. On remarque l’exposition à vif du muscle tibial antérieur. Cette photo a été prise lors d’une visite organisée par l’Organisation mondiale de la santé (OMS) au Centre de dépistage et de traitement de l’ulcère de Buruli d’Allada au Bénin.
Dans le texte
thumbnail Figure 2

Schéma hypothétique de l’évolution de l’infection à M. ulcerans (Mu) et de la réponse immunitaire. Au stade avancé (5), on retrouve un environnement nécrotique fait de mycobactéries foisonnantes et de réponses inflammatoires et immunitaires mixtes Th1 et Th2. Les Th1 exercent un rétrocontrôle négatif sur les Th2 par l’intermédiaire de l’IFN-γ et les Th2 en font de même grâce à l’IL-4 qu’ils produisent. La costimulation Th1/Th2 pourrait être source de la dérégulation du système de défense du sujet atteint.
Dans le texte
thumbnail Figure 3

Analyse histologique des muscles biceps de souris infectées par injection sous-cutanée de M. ulcerans. La méthode de Ziehl-Neelsen qui colore les bacilles acido-alcoolo-résistants (en pourpre) n’a révélé la présence d’aucune mycobactérie dans les tissus musculaires (A), alors qu’elles sont abondantes dans la peau de ces mêmes souris (B) comme l’attestent les biopsies. Tout indique que l’agression du tissu musculaire serait causée par la mycolactone, la toxine libérée à proximité des tissus musculaires. Finalement, pour observer les dommages causés par cette agression, certains muscles biceps ont été incubés pendant une heure dans une solution saline contenant 1 % de procion orange. Le procion orange est un colorant qui pénètre préférentiellement dans les fibres musculaires dont les membranes cellulaires ont perdu leur intégrité. La présence du M. ulcerans entraîne une perte d’intégrité cellulaire et le marquage en rouge de nombreuses fibres musculaires (C). Barre = 50 μm.
Dans le texte
thumbnail Figure 4

Schéma hypothétique de la dysfonction musculaire impliquant le facteur nucléaire-κB (NF-κB). Le NF-κB peut provoquer, d’une part, une réduction de la synthèse de MyoD et, d’autre part, une augmentation de la protéolyse musculaire consécutive à l’augmentation de MuRF-1 et d’atrogine-1. L’ensemble conduit à une atrophie et à une dysfonction du muscle squelettique.
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