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Transplantation.book Page 1 Lundi, 5. novembre 2007 6:08 06
Actualités et perspectives
en transplantation
News and prospects in transplantation
L’édition de cet ouvrage a été rendue possible grâce à l’Institut Servier.
This publication has been made possible through an educational grant from Institut Servier.
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© 2007 Elsevier-Masson SAS. Tous droits réservés.
62, rue Camille Desmoulins, 92442 Issy-les-Moulineaux
www.elsevier.fr
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permission of the publisher.
Photocomposition : Compo-Méca sarl 64990 Mouguerre.
Imprimé en France par Mame
Dépôt légal : novembre 2007
ISBN 978-2-84299-942-1
ISSN 1630-6201
Les colloques de L’Institut Servier
en transplantation
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L’INSTITUT SERVIER
Président : Docteur Jacques Servier
Comité permanent
Docteur Laurent Perret
Docteur Alain Le Ridant
Madame Béatrice Guardiola-Lemaître
Comité scientifique
Président : Professeur Pierre Godeau
Membres : Professeurs Jacques Barrat, Marie-Germaine Bousser,
Jean-Marie Brogard, Janine Chanteur, Bernard Devulder, Camille Francès,
Jean-François Giudicelli, Michel Haguenau, Lucien Israel, Henri Lôo,
Roger Luccioni, Charles-Joël Menkes, Jean-Pierre Michel, Gérard Milhaud,
Yves Pouliquen, Jacques Rochemaure, Michel Safar, Robert Slama
La découverte et la vie
Life through Discovery
Auteurs
Danièle Bachmann
Service de Psychiatrie, Lyon, France
Psychiatric Department, Lyon, France
Lionel Badet
Service d’Urologie et Transplantatologie, Hôpital Edourad Heriot, Lyon,
France
Department of Urology and Transplant surgery, Edouard Herriot Hospital,
Lyon, France
Esther Bettiol
Département de Pathologie et Immunologie, Faculté de Médecine, Genève,
Suisse
Pathology and Immunology Department, Faculty of Medicine, Geneva,
Switzerland
Gabriel Burloux
Service de Psychiatrie, Lyon, France
Janine Chanteur
Professeur émérite de Philosophie Morale et Politique à l’Université de
Paris Sorbonne. Membre du comité scientifique de l’Institut Servier, France
Emeritus Professor of Moral and Political Philosophy at the University of
Paris Sorbonne. Member of the Scientific Committee of the Servier
Institute, France
Lucienne Chatenoud
Laboratoire d’immunologie Biologie, INSERM U 580, Hôpital NeckerEnfants Malades, 161 rue de Sèvres 75743 Paris Cedex 15, France
Biological Immunology Laboratory, INSERM U 580, Necker Children’s
Hospital, 161 rue de Sèvres 75743 Paris Cedex 15, France
Sylvain Choquet
Service d’Hématologie clinique, Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
Department of Clinical Haematology, Pitié-Salpêtrière Hospital, Paris, France
Silla M. Consoli
Service de Psychologie Clinique et Psychiatrie de Liaison, Université
de Médecine Paris 5, AP-HP, Hôpital Européen Georges Pompidou,
Paris, France
Clinical Psychology and Psychiatry Liaison Department, University of
Medicine Paris 5, Public Assistance-Paris Hospitals, Georges Pompidou
European Hospital, Paris, France
Emanuele Cozzi
Department of Medical and Surgical Sciences, Clinica chirurgica IX, Via
Giustimiami 2, 25100 Padova, Italie
Sophie Cremades
Service de Psychiatrie, Amiens, France
Psychiatric Department, Amiens, France
Bernard Devauchelle
Service de Chirurgie Maxillo-faciale, Amiens, France
Department of Maxillofacial Surgery, Amiens, France
Jean-Michel Dubernard Service d’Urologie et Transplantatologie, Hôpital Edourad Heriot, Lyon,
France
Department of Urology and Transplant surgery, Edouard Herriot Hospital,
Lyon, France
Camille Frances
Service de Dermatologie et d’Allergologie, Paris, France
Dermatology and Allergology Department, Tenon Hospital, Paris, France
Alain Gazarian
France
Department of Urology and Transplant surgery, Edouard Herriot
Hospital, Lyon, France
Pierre Godeau
Président du Comité Scientifique de l’Institut Servier, membre de
l’Académie nationale de médecine, professeur émérite de la PitiéSalpêtrière, Paris, France
Chairman of the Scientific Committee of the Servier Institute, Member of
the French National Academy of Medicine, Emeritus Professor of PitiéSalpêtrière Hospital, Paris, France
Marisa Jaconi
Département de Pathologie et Immunologie, Faculté de Médecine,
Genève, Suisse
Pathology and Immunology Department, Faculty of Medicine, Geneva,
Switzerland
Véronique Leblond
Professeur des Universités- Praticien Hospitalier
University Professor - Hospital Practitioner.
Benoît Lengele
Service de Chirurgie plastique, Bruxelles, Belgique
Plastic Surgery, Brussels, Belgium
Christophe Legendre
Service de transplantation rénale adulte, Hôpital Necker-Enfants
Malades, Paris, France
Adult Renal Transplantation Department, Necker Children’s Hospital,
Paris, France
Bernard Loty
Agence de la biomédecine, Saint-Denis, France
Biomedicine Agency, Saint-Denis, France.
Xavier Martin
France
Urology and Transplant surgery Department, Edouard Herriot Hospital,
Lyon, France
Emmanuel Morelon
Service d’Urologie et Transplantatologie, Hôpital Edourad Heriot, Lyon
Urology and Transplant surgery Department, Edouard Herriot Hospital,
Lyon, France
Marc Peschanski
INSERM U421/Istem, Evry, France
INSERM U421/Istem, Evry, France
Angela Sirigu
Sciences cognitives, Lyon, France
Cognitive sciences, Lyon, France
Jean-Paul Soulillou
CHU Nantes, ITERT (Institut de Transplantation et de Recherche en
Transplantation), Faculté de Médecine, Nantes, France
Nantes University Hospital, ITERT (Transplant and Transplant Research
Institute), Faculty of Medicine, Nantes, France.
Sylvie Testelin
Service de Chirurgie Maxillo-faciale, Amiens, France
Maxillofacial Surgery Department, Amiens, France
Philippe Tuppin
Biomedicine Agency, Saint-Denis, France.
Sommaire
Introduction
Pierre Godeau ..............................................................................................................
15
Première partie : Tolérance immunitaire
Tolérance immunitaire en transplantation : mythe ou réalité ?
Lucienne Chatenoud .....................................................................................................
21
Nouveaux traitements immunosuppresseurs
Christophe Legendre ....................................................................................................
32
Deuxième partie : Risques oncologiques
Lymphoproliférations après transplantation
Véronique Leblond, Sylvain Choquet ...........................................................................
49
Cancers cutanés après transplantation d’organe
Camille Francès ...........................................................................................................
64
Troisième partie : Perspectives
Thérapie cellulaire, de la recherche fondamentale à l’essai clinique dans la maladie
de Huntington
Marc Peschanski ..........................................................................................................
Les cellules souches embryonnaires et la thérapie cellulaire du cœur
Marisa Jaconi, Esther Bettiol .......................................................................................
Xénotransplantation : qu’en est-il des applications cliniques ?
Emanuele Cozzi, Jean-Paul Soulillou ..........................................................................
Greffes composites de tissus
Jean-Michel Dubernard, Gabriel Burloux, Emmanuel Morelon, Alain Gazarian
Danièle Bachmann, Sylvie Testelin, Lionel Badet, Benoît Lengele, Angela Sirigu,
Sophie Cremades, Camille Francès, Xavier Martin, Bernard Devauchelle ................
Table ronde
Comment augmenter les prélèvements d’organes en France ?
Philippe Tuppin, Bernard Loty .....................................................................................
Mon corps, ma mort et l’autre
Janine Chanteur ...........................................................................................................
Conséquences psychologiques des transplantations
Silla M. Consoli ............................................................................................................
À propos des greffes de mains et de face
Gabriel Burloux ............................................................................................................
76
84
116
128
139
149
153
165
Contents
Introduction
Pierre Godeau ..............................................................................................................
175
First Section: Immune Tolerance
Immune tolerance in transplantation: myth or reality?
Lucienne Chatenoud .....................................................................................................
181
New immunosuppressant treatments
Christophe Legendre ....................................................................................................
191
Second Section: Oncological Risks
Post-transplantation lymphoproliferative disorders
Véronique Leblond, Sylvain Choquet ...........................................................................
207
Skin cancers after organ transplantation
Camille Francès ...........................................................................................................
222
Third Section: Prospects
Cell therapy, from basic research to clinical trials in Huntington’s disease
Marc Peschanski ..........................................................................................................
233
Embryonic stem cells and cardiac cell therapy
Marisa Jaconi, Esther Bettiol .......................................................................................
241
Xenotransplantation: How close are we from clinical application?
Emanuele Cozzi, Jean-Paul Soulillou ..........................................................................
271
Composite tissue grafts
Jean-Michel Dubernard, Gabriel Burloux, Emmanuel Morelon, Alain Gazarian
Danièle Bachmann, Sylvie Testelin, Lionel Badet, Benoît Lengele, Angela Sirigu,
Sophie Cremades, Camille Francès, Xavier Martin, Bernard Devauchelle ................
282
Panel
How to increase organ grafts in France?
Philippe Tuppin, Bernard Loty .....................................................................................
291
My body, my death and others
Janine Chanteur ...........................................................................................................
301
Psychological consequences of transplantations
Silla M. Consoli ............................................................................................................
305
Hand and face transplants
Gabriel Burloux ............................................................................................................
317
en transplantation
Introduction
Première partie :
Tolérance immunitaire
Deuxième partie :
Risques oncologiques
Table ronde
News and Prospects in Transplantation
© 2007 Elsevier-Masson SAS. Tous droits réservés
Pierre Godeau
Introduction
Introduction
Pierre Godeau
Président du comité scientifique de l’Institut Servier, membre de l’Académie nationale de
médecine, professeur émérite de la Pitié-Salpêtrière, Paris, France
La transplantation d’organes est arrivée à l’âge adulte. Pendant de nombreuses
années, elle a été considérée comme une thérapeutique d’exception ou de dernier
recours comportant le redoutable privilège d’offrir une possibilité de survie à des
patients que la gravité de leur état condamnait à une mort certaine – la transplantation cardiaque notamment – ou à un traitement à vie de suppléance d’un organe
déficient – la dialyse de l’insuffisant rénal.
Proposer à un patient une « greffe d’organe », selon la terminologie grand public,
c’était un peu, pour les patients concernés, le jeu de la « roulette russe ». Par
ailleurs, l’esprit de sacrifice d’un don d’organe comportait une grande ambiguïté : le
donneur d’organe se sentait magnifié par sa générosité et son altruisme alors que la
famille d’un patient décédé avait souvent tendance à s’opposer à des prélèvements
considérés comme une mutilation et le non-respect du cadavre de l’être cher.
La situation a heureusement évolué, et si le problème des prélèvements d’organe
reste hélas d’actualité, la technique des transplantations de rein, de cœur, de foie est
désormais parfaitement maîtrisée et en a banalisé l’indication. C’est pour cette raison que le conseil scientifique de l’Institut Servier a décidé, dans un choix nécessairement draconien, de ne pas inclure dans le thème Actualités et perspectives en
transplantation l’étude de ces trois organes pour ne pas allonger démesurément un
colloque qui se déroule déjà sur un jour et demi.
En dehors des perspectives d’avenir, des tentatives en cours d’investigation et
d’évaluation, comme les greffes de cellules neurologiques ou de cellules souches
et les greffes d’îlots de Langerhans qui comportent encore beaucoup d’inconnues
pour le corps médical non spécialisé, il nous est apparu que les points de contact
entre la transplantation d’organe et les traitements immunosuppresseurs étaient
susceptibles de s’adresser à un large éventail de spécialités médicales. Il est en
effet intéressant de saluer la sortie au deuxième semestre 2006 d’une nouvelle
publication médicale intitulée Maladies auto-immunes et transplantations. Ce
titre était apparemment surprenant car les problèmes spécifiques de la transplantation pourraient sembler étrangers aux préoccupations quotidiennes de la plupart
15
Pierre Godeau
des cliniciens, internistes, rhumatologues ou spécialistes d’organes concernés par
le traitement des maladies auto-immunes.
En réalité, trois arguments justifient ce rapprochement qui n’est paradoxal qu’à
une analyse sommaire et superficielle.
Le premier argument est d’ordre chronologique. L’expérience acquise dans le
contrôle immunologique des greffons et le blocage des réactions de rejet est un véritable modèle et en quelque sorte un laboratoire d’expérimentation pour les immunologistes. C’est souvent avec une décennie de retard que les enseignements issus de
l’expérience des transplanteurs s’appliquent à la conduite routinière des traitements
immunosuppresseurs qui en est alors soit totalement renouvelée, soit adaptée au
choix de traitements plus efficaces et moins toxiques. En effet, la nécessité de thérapeutiques, en principe « à vie », chez les transplantés est une source privilégiée
d’informations à l’opposé des traitements immunomodulateurs des malades autoimmuns pour lesquels on vise autant que possible à en limiter la durée d’utilisation
et la posologie.
Le deuxième argument concerne la prise en charge des formes les plus sévères
des maladies auto-immunes échappant aux traitements classiques. L’application à
un petit nombre de patients dûment sélectionnés d’une intensification thérapeutique
suivie de greffe est actuellement à l’origine de nombreux protocoles internationaux.
Une première étape d’évaluation a confirmé la validité d’une telle recherche et le
stade de l’application clinique est en cours de réalisation.
Le troisième argument découle de l’augmentation continue du nombre de greffés.
La surveillance au long terme des transplantés n’est plus réservée aux seuls médecins transplanteurs. Elle est de plus en plus polydisciplinaire. Internistes, dermatologues, neurologues, hématologistes, oncologues, microbiologistes et virologues sont
tous susceptibles d’intervenir et d’associer leurs compétences. En outre, l’âge
avancé des patients n’est plus une limite infranchissable dans la décision d’une
transplantation et l’expérience gériatrique sera de plus en plus utile.
Il n’était évidemment pas possible dans le cadre de ce colloque d’aborder des
aspects aussi divers et nous avons été contraints de faire des choix, abandonnant
ainsi tout le champ des problèmes infectieux. Nous avons, en revanche, privilégié
l’étude des risques oncologiques et réservé une place importante aux nouveaux traitements immunosuppresseurs et au concept de tolérance immunitaire, susceptible
ou non de créer une nouvelle filière de soins et un renouvellement complet de nos
conceptions physiopathologiques.
Restaient enfin à évoquer deux problèmes en apparence totalement différents :
– un problème pratique : comment augmenter les prélèvements d’organes en France ?
– un problème psychologique, voire philosophique : celui des conséquences psychologiques des transplantations et celui de l’identité du patient, du respect de son
moi et de sa personnalité profonde.
16
Introduction
Ces deux problèmes ne sont en réalité que la même facette, l’une individuelle
essentiellement, l’autre collective, de la compréhension de la personne humaine, de
son intégrité et de ses limites. C’est certainement dans le cadre des greffes composites de tissus que se regroupent dans un modèle privilégié les impératifs techniques
et les problèmes éthiques et philosophiques. Dépassionner le débat et rester résolument pragmatique pourrait être la conclusion de cette brève intervention.
Je me bornerai simplement, en évoquant un livre et un film, La Chambre des officiers, à rappeler le calvaire des « Gueules cassées » que j’eus le privilège de connaître au début de mes études médicales. Devant l’horreur de ces visages totalement
détruits et la perspective atterrante de plusieurs années de souffrances et d’interventions multiples pour un résultat aléatoire, il est évident pour les médecins qui ont
traité ou simplement côtoyé ces patients qu’ils auraient accueilli avec enthousiasme
et sans la moindre réticence les procédés modernes permettant aujourd’hui de
redonner un visage humain à ces déshérités.
17
Première partie :
Tolérance immunitaire
Lucienne Chatenoud
Tolérance immunitaire en transplantation :
mythe ou réalité ?
Lucienne Chatenoud
Laboratoire d’immunologie biologie, Inserm U 580, hôpital Necker-Enfants Malades, Paris,
France
INTRODUCTION
La transplantation d’organe demeure la seule issue thérapeutique pour bon nombre
de pathologies conduisant à une perte irréversible de la fonction d’organes vitaux
tels que le rein, le cœur, le foie ou le poumon. Au cours des 30 dernières années,
d’énormes progrès ont été accomplis dans le domaine des traitements immunosuppresseurs ayant pour but de prévenir ou de traiter le rejet d’allogreffe. De nombreux
agents biologiques ou chimiques ont ainsi été introduits en clinique qui ciblent de
manière sélective des sous-populations lymphocytaires impliquées dans les mécanismes de rejet ou des voies de signalisation intracellulaires indispensables à
l’expression de la fonction de ces cellules. Un problème majeur demeure néanmoins. La grande majorité de ces agents dépriment de manière globale l’immunité
et sont donc dépourvus de toute spécificité pour les antigènes responsables de la
réaction pathogène, à savoir les alloantigènes. C’est ce qui explique 1) que ces traitements immunosuppresseurs peuvent ne pas être totalement efficaces (force est de
constater que les traitements conventionnels actuels qui sont à l’évidence efficaces
pour la prévention et le traitement du rejet aigu d’allogreffe sont beaucoup moins
performants pour juguler le rejet chronique) ; 2) que leur efficacité implique une
administration chronique qui aboutit malheureusement dans de trop nombreux cas à
un état dit de « sur-immunosuppression », caractérisé par la fréquence accrue
d’infections et de tumeurs qui sont souvent, d’ailleurs, la conséquence d’infections
virales non contrôlées.
La seule manière efficace de pallier ce problème serait de pouvoir induire un état
de « tolérance immunitaire opérationnelle », c’est-à-dire empêcher la réponse immunitaire pathogène vis-à-vis des alloantigènes exprimés par le greffon sans affecter la
capacité du receveur de réagir de manière efficace contre divers antigènes exogènes,
notamment ceux exprimés par les agents infectieux. Notre but ici est de présenter un
ensemble d’arguments suggérant que la possibilité d’induire une tolérance immunitaire en transplantation n’est plus un mythe ou une possibilité exclusivement réservée
21
Lucienne Chatenoud
au domaine de la greffe expérimentale, mais est en passe de devenir une réalité en
clinique grâce à de nouvelles stratégies d’immuno-intervention. Ces stratégies mettent à profit des concepts qui nous viennent de l’immunologie fondamentale et qui
font appel, notamment, à la meilleure connaissance que nous avons désormais des
mécanismes mis à profit chez tout individu normal pour éviter que le système immunitaire ne se retourne de manière pathogène vis-à-vis des tissus de l’hôte qui
l’héberge, en d’autres termes pour éviter la survenue des maladies auto-immunes, et
donc pour maintenir ce qu’il est convenu d’appeler la « tolérance immunitaire
physiologique » ou tolérance au « soi ».
Dans un souci de clarté de l’exposé, nous allons tout d’abord décrire brièvement
quels sont ces mécanismes immunitaires impliqués dans le maintien de la tolérance
au soi. Nous discuterons en un deuxième temps comment certains d’entre eux peuvent être exploités pour induire une tolérance d’allogreffe.
MÉCANISMES DE LA TOLÉRANCE AU « SOI »
Le système immunitaire de tout individu normal ne développe pas de réaction agressive vis-à-vis des tissus de l’hôte qui l’héberge, bien qu’il soit désormais clairement
établi que tout individu, indemne de pathologie auto-immune, héberge des lymphocytes autoréactifs dirigés contre divers autoantigènes ou antigènes du soi. L’existence de ces lymphocytes B et T autoréactifs est prouvée par la présence d’autoanticorps naturels et par la possibilité d’induire des lignées ou des clones de
lymphocytes T autoréactifs à partir de sang humain normal. Chez l’animal, on peut
provoquer une maladie auto-immune par simple administration d’autoantigènes à
des animaux normaux, n’ayant pas de prédisposition particulière à développer une
pathologie auto-immune spontanée. L’absence de maladies auto-immunes malgré la
présence de lymphocytes B et T autoréactifs a été pendant longtemps un paradoxe
central de l’immunologie dont les mécanismes, que l’on comprend de mieux en
mieux désormais, sont d’autant plus importants que leur déficience ou leur mauvais
contrôle conduit à l’émergence des maladies auto-immunes.
Deux voies principales agissent de manière non mutuellement exclusive pour
maintenir la tolérance au soi ; il s’agit des mécanismes de tolérance centrale et de
tolérance périphérique.
La tolérance centrale, comme son nom l’indique, prend place au niveau des organes lymphoïdes centraux où s’opère l’ontogenèse et la différenciation des cellules
lymphocytaires. Il s’agit chez l’homme de la moelle osseuse pour les lymphocytes
B et du thymus pour les lymphocytes T.
Au cours de la différenciation, les lymphocytes « autoréactifs » les plus dangereux, car porteurs de récepteurs de très haute affinité pour les autoantigènes, sont en
règle générale détruits par un phénomène de sélection « négative ». Cette sélection
22
négative implique une mort cellulaire par apoptose, c’est-à-dire une mort cellulaire
programmée secondaire à la transduction de signaux intracellulaires aboutissant à
l’activation d’enzymes spécialisées, les caspases, qui vont fragmenter l’ADN.
Le filtre de la sélection négative qui concerne les autoantigènes exprimés par des
cellules spécialisées dans le thymus et la moelle osseuse est cependant loin d’être
parfait puisque l’on retrouve des lymphocytes autoréactifs à la périphérie. Il existe
des mécanismes, que l’on regroupe sous la dénomination de « tolérance
périphérique », qui permettent de contrôler le potentiel pathogène des effecteurs
autoréactifs ayant échappé à la sélection négative. Nous allons nous intéresser plus
particulièrement aux mécanismes de tolérance périphérique touchant les lymphocytes T, car ils sont les cibles privilégiées en matière de tolérance d’allogreffe, tout en
sachant que des phénomènes identiques sont opérationnels pour les lymphocytes B.
Les cellules T autoréactives peuvent ne pas « reconnaître » les cellules présentant
les autoantigènes dont leurs récepteurs sont spécifiques par un phénomène dit
d’« indifférence immunitaire ». Cette indifférence est due, du moins en partie, au fait
que la plupart des cellules de l’organisme qui portent les autoantigènes ne les
« présentent » pas de manière adéquate ou « professionnelle » aux cellules immunitaires, c’est-à-dire en présence de récepteurs spécialisés ou de « co-stimulation » qui sont
en mesure d’apporter aux lymphocytes T tous les signaux indispensables à leur activation. Ainsi, seules les cellules dendritiques sont des cellules « professionnelles » de la
présentation de l’antigène, capables de délivrer tous les signaux indispensables à la
stimulation efficace du lymphocyte T naïf. Ainsi, un état d’indifférence peut être
rompu lorsque l’autoantigène est présenté aux lymphocytes T d’une façon anormale,
notamment lorsque les cellules cibles sont localisées au sein d’un site inflammatoire,
par exemple induit par une infection virale [1].
Mais comment expliquer alors que la seule thymectomie réalisée chez une souris
normale dans les jours suivant la naissance induise un syndrome polyauto-immun
[2] ? Il s’est avéré que la thymectomie précoce prévient la dissémination à la périphérie d’une catégorie fonctionnelle particulière de lymphocytes T aux propriétés
régulatrices qui contrôlent l’autoréactivité physiologique [3, 4]. L’auto-immunité
peut donc découler d’un défaut ou d’un débordement de mécanismes d’immunorégulation qui modulent l’intensité des réponses immunitaires. L’existence d’une telle
immunorégulation est désormais bien prouvée. Elle fait intervenir deux grandes
catégories de cellules T régulatrices, appelées aussi Treg, les Treg naturelles et les
Treg adaptatives [5, 6].
Les cellules Treg naturelles d’origine thymique constituent une lignée de thymocytes distincte caractérisée par l’expression du marqueur CD25 (la chaîne α du
récepteur de l’interleukine [IL] 2) et du facteur de transcription FoxP3 [7, 8]. C’est
de ces cellules Treg d’origine thymique qu’il était question ci-dessus dans le cas de
la thymectomie qui, étant donné le déficit profond en cellules Treg naturelles
23
Lucienne Chatenoud
qu’elle induit, génère un syndrome polyauto-immun incluant une gastrite, une thyroïdite, une orchite ou une oophorite (suivant le sexe de la souris) et, plus rarement,
un diabète insulinodépendant. De même, chez l’homme, des mutations du gène
codant le facteur de transcription FoxP3 entraînent des déficits en cellules Treg
naturelles aboutissant au syndrome IPEX (dérèglement immunitaire, poly-endocrinopathie, entéropathie, liées à l’X) qui associe, dans les formes les plus graves, parfois même létales, diverses manifestations auto-immunes associées à une maladie
inflammatoire de l’intestin [9].
Les cellules Treg adaptatives sont, contrairement aux Treg naturelles, issues de
lymphocytes T matures, en majorité CD4+, présents à la périphérie, qui acquièrent
leur fonction régulatrice lorsqu’ils sont activés par divers antigènes dans des conditions adéquates, notamment dans un environnement incluant des cytokines, plus
particulièrement l’IL10, le TGF-β (transforming growth factor β) ou encore l’IL4
[10, 11]. La dépendance des cellules Treg adaptatives à l’égard des cytokines pour
leur différenciation et/ou leur fonction est une caractéristique majeure qui semble
les distinguer des cellules Treg naturelles qui, elles, semblent exercer leurs actions
en privilégiant le contact cellulaire mais de manière indépendante de toute cytokine
immunorégulatrice.
DE LA TOLÉRANCE AU « SOI » À LA TOLÉRANCE
EN TRANSPLANTATION
Au risque de paraître réductionnistes, nous allons nous concentrer sur deux des
mécanismes sous-jacents à la tolérance au « soi » que nous venons de discuter, à
savoir la tolérance centrale par délétion ou sélection négative et la tolérance périphérique faisant intervenir des cellules Treg, car ce sont là deux concepts qui ont été
exploités pour mettre en place des stratégies permettant d’aboutir à une tolérance de
transplantation.
La greffe de moelle osseuse du donneur permet-elle d’obtenir une tolérance
d’allogreffe d’organe ?
Le groupe de Peter Medawar réalisa, dans les années 1950, les expériences qui valurent à ce dernier le prix Nobel, montrant que l’administration à des souriceaux nouveau-nés de moelle osseuse et de cellules allogéniques (exprimant des antigènes
d’histocompatibilité distincts de ceux de l’hôte), en l’absence de tout autre traitement
immunosuppresseur, induit un état de tolérance qui se manifeste par le fait que ces
souris, une fois adultes, ne rejettent pas les allogreffes de peau provenant de donneurs
totalement identiques au donneur des cellules injectées à la naissance [12, 13], ou
histocompatibles avec ce donneur. Deux mécanismes expliquent cet effet. Tout
d’abord, à ce très jeune âge, les lymphocytes T se différencient de manière très active
dans le thymus. À l’instar des cellules présentant les autoantigènes que nous avons
24
citées précédemment, les cellules allogéniques injectées qui migrent dans le thymus
« forcent » la sélection négative par apoptose des lymphocytes T alloréactifs de haute
affinité. On peut en effet prouver grâce à des techniques dites de dilution-limite que
la fréquence des cellules T alloréactives chez les souris tolérantes est diminuée de
moitié environ par rapport à celle de souris normales. En deuxième lieu, on retrouve
chez les hôtes tolérants des cellules Treg capables de transférer la tolérance d’allogreffe à des hôtes naïfs de tout traitement. En d’autres termes, ces souris nouveaunées, dont le système immunitaire est encore immature, sont particulièrement sensibles à l’induction de la tolérance par l’injection de moelle osseuse ou de cellules allogéniques du donneur, et ce par le biais de mécanismes immunitaires qui combinent
des phénomènes de tolérance centrale et de tolérance périphérique.
La question de fond qui se pose avant qu’une telle démarche puisse avoir une
quelconque application thérapeutique en transplantation d’organe est de savoir s’il
est possible de reproduire un tel phénomène chez un individu adulte.
D’une manière générale, si l’on pratique chez un hôte receveur d’une greffe
d’organe une « vraie » transplantation de moelle allogénique provenant du même
donneur que la greffe d’organe, le système immunitaire de l’hôte est éliminé et
complètement remplacé par celui du receveur. C’est ce qui explique d’ailleurs la présence dans ce genre de situation d’un chimérisme complet : une fois que la reconstitution est complète, toutes les cellules hématopoïétiques du receveur sont de phénotype donneur. Dans ce cas, la greffe d’organe est parfaitement acceptée de manière
durable en l’absence de tout traitement immunosuppresseur. Toutefois, contrairement à la manipulation que nous avons discutée chez les souriceaux nouveau-nés, la
réalisation d’une greffe de moelle allogénique chez un receveur adulte pose deux
problèmes majeurs qui empêchent son application clinique en transplantation : tout
d’abord, cette stratégie impose un « conditionnement » drastique du receveur visant à
l’élimination complète de tout son système hématopoïétique ; ensuite, la greffe du
système immunitaire du donneur a pour conséquence la survenue fréquente d’une
réaction du greffon contre l’hôte (GvH), situation souvent létale qui représente un
risque totalement inacceptable.
C’est donc dans ce contexte que se sont développées des stratégies que l’on peut
qualifier d’« intermédiaires » qui consistent en l’inoculation de cellules hématopoïétiques du donneur à un receveur chez qui le conditionnement n’implique pas
une myéloablation complète. Plusieurs laboratoires se sont penchés sur cette problématique, mais c’est certainement celui de D. Sachs et de M. Sykes à Boston qui a le
plus contribué à développer cette voie en vue d’une application clinique, à laquelle
ils ont d’ailleurs très récemment abouti [14–17]. Le principe est simple. Il s’agit de
pratiquer une myéloablation partielle grâce un conditionnement comportant une
irradiation corporelle à faible dose associée à une irradiation de la loge thymique à
plus forte dose, suivie d’un traitement de courte durée par un sérum polyclonal ou
25
Lucienne Chatenoud
un anticorps monoclonal antilymphocytes. C’est sous couvert de ce dernier traitement qu’est pratiquée la transplantation de moelle osseuse du donneur, suivie de la
greffe d’organe. Un traitement par ciclosporine est institué au moment de la greffe
d’organe et maintenu pendant seulement quelques mois. Ce protocole, mis au point
après des années d’études effectuées tout d’abord chez la souris puis chez le singe,
permet des survies de greffes d’organe (peau chez la souris et rein chez le singe) à
très long terme, voire indéfiniment, en l’absence de tout traitement immunosuppresseur. Les mécanismes immunitaires sous-jacents varient quelque peu en fonction de
l’espèce concernée. Chez la souris, à l’évidence, les cellules de moelle du donneur
sont retrouvées dans le thymus du receveur, où elles jouent un rôle important dans la
sélection négative d’une certaine proportion des cellules alloréactives. Cela se
manifeste également par la présence d’un macrochimérisme : chez l’hôte reconstitué et tolérant, on observe une proportion significative de cellules hématopoïétiques
de phénotype donneur (au moins 20 à 30 %). En revanche, chez le singe, la situation
semble différente. Le macrochimérisme existe dans les quelques jours qui suivent la
greffe de moelle du donneur mais disparaît très rapidement, ce qui suggère que dans
ce cas les phénomènes de tolérance périphérique, impliquant notamment des cellules Treg, vraisemblablement plutôt de type adaptatif, sont essentiels dans le maintien de la tolérance d’allogreffe [18].
De manière remarquable, cette approche a récemment fait l’objet d’un transfert à
la clinique (D. Sachs, communication personnelle). Cinq patients receveurs d’allogreffe rénale à partir de donneurs vivants haplo-identiques ont été traités de la sorte.
Avec un recul qui atteint désormais de 8 à 18 mois après un arrêt total de l’immunosuppression, quatre patients ont conservé une fonction rénale complètement normale. Chez un patient, à l’arrêt du traitement immunosuppresseur, un rejet humoral
est survenu qui a été contrôlé par les traitements conventionnels. Chez l’homme
comme chez le primate, un macrochimérisme est observé uniquement dans les tout
premiers jours qui suivent la greffe de moelle allogénique.
Les anticorps monoclonaux anti-CD3 : des outils pour développer des
cellules T régulatrices adaptatives inductrices de tolérance
L’histoire des anticorps anti-CD3 est totalement paradoxale. L’anticorps monoclonal OKT3, une IgG2a de souris [19], a été le premier anticorps monoclonal introduit
en clinique au début des années 1980, avant même que la structure complexe de la
molécule CD3 et son importance fonctionnelle ne soient connues [20, 21]. Il a initialement été utilisé pour traiter et prévenir le rejet d’allogreffe rénale [22, 23, 24].
Du fait de sa très étroite spécificité d’espèce, on ne disposait pourtant d’aucune donnée préclinique. En effet, les anticorps anti-CD3 humains n’ont de réactivité croisée
interespèces qu’avec les lymphocytes T de chimpanzé. Au cours des années 1980,
toute une série d’études contrôlées ont clairement démontré que l’OKT3 était un
26
immunosuppresseur extrêmement puissant, très efficace pour le traitement des épisodes de rejet aigu d’allogreffe rénale [25, 26], indication pour laquelle il fut rapidement commercialisé aux États-Unis et en Europe. Le suivi des patients traités par
OKT3 a permis d’acquérir un énorme bagage de connaissances sur le mode d’action
et les effets secondaires des anticorps monoclonaux murins. Au cours des dix dernières années, l’utilisation de l’OKT3 a été quasi complètement abandonnée, en raison
des problèmes posés par sa mitogénicité [27–33] et de la disponibilité de nouveaux
immunosuppresseurs biologiques bien mieux tolérés (dont les anticorps anti-CD25).
Le travail expérimental conduit dans différents modèles de rat et de souris a rapidement suggéré qu’au-delà de leur puissante activité immunosuppressive, les anticorps anti-CD3 pouvaient induire une tolérance vis-à-vis d’alloantigènes et d’autoantigènes [34–36] et, peut-être de manière plus surprenante, qu’ils pouvaient aussi
restaurer la tolérance au « soi » dans le contexte de pathologies auto-immunes établies [27, 37–39]. Sur la base de ces derniers résultats, les anticorps anti-CD3 ont
été réintroduits en clinique dans le domaine des maladies auto-immunes, sous la
forme d’anticorps humanisés non mitogéniques [40, 41], pour être utilisés comme
agents tolérogènes.
Des essais sont conduits à l’heure actuelle chez des patients présentant un diabète
insulino-dépendant ou de type 1 d’apparition récente. Ces études cliniques s’appuient
sur les résultats obtenus dans notre laboratoire, il y a de nombreuses années, dans le
modèle du diabète auto-immun spontané chez la souris NOD (non obese diabetic).
Ainsi, un traitement par l’anticorps anti-CD3 de courte durée, pendant 5 jours consécutifs seulement, et à faible dose (5–20 μg/jour), suffit à induire une rémission complète de la maladie en restaurant la tolérance immunitaire vis-à-vis des antigènes
d’îlots [27, 37–39]. L’effet est durable et spécifique des autoantigènes des cellules β
[38, 39]. Les mécanismes immunitaires qui sous-tendent cet effet se développent en
deux phases distinctes et consécutives [27]. La rémission est déclenchée par la disparition de l’infiltrat de cellules T des îlots (ou « insulite »), mais cette disparition est
transitoire et n’est donc pas impliquée dans l’effet thérapeutique à long terme. Dès
2 semaines après la fin du traitement, l’insulite récidive mais sous la forme d’un
infiltrat périphérique qui n’envahit pas les îlots et ne détruit pas les cellules β résiduelles [27, 38]. L’effet thérapeutique initial est relayé par la différenciation de cellules Treg dont nous avons montré qu’elles appartiennent à la catégorie des Treg adaptatives [42] et qu’elles dépendaient étroitement de la production du TGF-β [27, 37,
43]. L’anticorps induit bien un état de tolérance (du moins opérationnelle) puisque
les lymphocytes T des souris protégées du diabète ne répondent pas de manière
pathogène vis-à-vis des antigènes d’îlots alors qu’elles récupèrent une capacité absolument normale de rejeter des greffes de peau allogéniques [38].
Le transfert à la clinique de cette stratégie a débuté en 2000. Dans une étude de
phase I/II utilisant l’anticorps humanisé non mitogénique OKT3γ1 Ala-Ala,
27
Lucienne Chatenoud
24 patients ont été inclus (12 traités par l’anticorps et 12 témoins non traités) [44].
Les résultats ont confirmé la bonne tolérance du produit, tout en suggérant la présence d’un effet thérapeutique favorable un an après le traitement [44]. Cette tendance a été récemment confirmée par les résultats du suivi à 2 ans d’un nombre plus
important de patients (24 traités par l’anticorps et 24 témoins) [45].
Pour notre part, nous avons coordonné, en collaboration avec des cliniciens et des
biologistes belges, allemands et anglais, une étude de phase II contrôlée, randomisée contre placebo, incluant un total de 80 patients et utilisant un autre anticorps
humanisé non mitogénique dénommé ChAglyCD3 [46]. Huit milligrammes d’anticorps ou de placebo ont été administrés chaque jour pendant 6 jours consécutifs seulement. Les résultats ont montré que le traitement par l’anticorps préserve très efficacement la production d’insuline endogène (évaluée par la mesure du peptide C
après stimulation par le glucose intraveineux) à 6, 12 et même 18 mois après le traitement. Cet effet se traduit également par une diminution significative des doses
d’insuline exogène nécessaires au maintien d’un bon contrôle métabolique [46].
Ainsi, de manière assez impressionnante, à 18 mois 75 % des patients traités par
l’anticorps (versus 0 % chez ceux traités par placebo) qui présentaient au début du
traitement une masse de cellules β plus importante montraient des besoins en insuline inférieurs ou égaux à 0,25 U/kg/jour, ce qui est une dose proche de l’insulinoindépendance [46].
La possibilité de restaurer la tolérance vis-à-vis des antigènes du soi grâce aux
anticorps anti-CD3 représente une étape importante du développement de l’immunothérapie à visée « pro-tolérogène ». Les données expérimentales indiquent clairement que les anticorps anti-CD3 suscitent un effet thérapeutique qui est spécifique
de l’antigène par leur capacité de stimuler sélectivement des cellules Treg adaptatives dépendantes du TGF-β.
Au vu de ces résultats, l’utilisation des anticorps anti-CD3 pourrait s’étendre rapidement à d’autres indications et en particulier à la transplantation où il est désormais
envisageable de les utiliser non plus comme simples immunosuppresseurs, comme
cela avait été fait dans les années 1980, mais comme agents inducteurs de tolérance
immunitaire.
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31
Christophe Legendre
Christophe Legendre
Service de transplantation rénale adulte, hôpital Necker-Enfants Malades, Paris, France
Si la transplantation rénale adulte est devenue le traitement de choix de l’insuffisance rénale chronique lorsqu’elle est parvenue à son stade terminal, c’est qu’elle
améliore non seulement la qualité de vie des patients mais aussi leur espérance de
vie [1]. Les progrès considérables réalisés au cours des 20 dernières années sont dus
à l’effet combiné d’une diminution très significative de l’incidence des rejets aigus,
témoin de l’efficacité de l’immunosuppression et d’une meilleure prévention des
complications infectieuses qui sont la rançon de cette efficacité [2, 3]. À l’heure
actuelle, dans la plupart des équipes, la survie des patients à un an excède 95 % et
celle des greffons se situe entre 90 et 95 % en fonction de la typologie des patients.
Mais si les effets bénéfiques à court terme de l’immunosuppression sont évidents,
les imperfections à plus long terme le sont aussi : peu de progrès sur l’évolution de
la néphropathie d’allogreffe, incidence élevée des cancers et des complications cardiovasculaires [4].
Les enjeux actuels du traitement immunosuppresseur, induction de tolérance mise
à part, sont multiples. Ils visent une immunosuppression forte initiale, efficace pour
la prévention des rejets aigus, relayée par une immunosuppression de maintenance,
dont les bénéfices et inconvénients sont mesurés. Cette dernière doit être efficace
pour contenir la partie immunologique de la néphropathie d’allogreffe, mais aussi
bien tolérée pour en améliorer l’observance. Sa néphrotoxicité doit être limitée et
son impact sur l’incidence de tumeurs au mieux réduite.
Les régimes immunosuppresseurs actuels tentent de combiner les nombreuses
molécules disponibles pour atteindre ces objectifs ambitieux et parfois
contradictoires !
Après un bref chapitre de présentation de la réponse allo-immune destinée à
mieux préciser les cibles des différentes molécules immunosuppressives, nous envisagerons successivement leurs mécanismes d’action avant de décrire les modalités
d’association de ces immunosuppresseurs dans une perspective historique. Nous
tenterons enfin de dégager les tendances actuelles et les pistes de recherche.
32
RÉPONSE ALLO-IMMUNE
L’activation complète d’un lymphocyte T naïf requiert plusieurs signaux [5]. Le premier naît de la reconnaissance d’un déterminant antigénique, les molécules HLA
par exemple, par le récepteur T (TCR) du lymphocyte. Ce premier signal est transmis par la molécule CD3, couplée aux protéines tyrosine kinases Lck et ZAP-70,
qui le relaient par trois voies de signalisation : celle des MAP-kinases, celle dépendante du couple calcium-calcineurine et, enfin, celle impliquant la protéine kinase C
théta (PKCθ), qui activent respectivement les facteurs de transcription AP-1, NFAT
et NFκB. Ces derniers conduisent à l’expression de CD154 (ligand de CD40), mais
aussi de l’interkeukine 2 (IL2) et de la chaîne α (CD25) de son récepteur. La molécule CD154 engage son ligand CD40 sur la cellule présentatrice d’antigène qu’elle
active, induisant ainsi une augmentation de l’expression des molécules CD80 et
CD86 [6].
Celles-ci permettent de délivrer le deuxième signal par l’engagement de la molécule de co-signal CD28 sur le lymphocyte. Ce co-signal renforce le signal transmis
par le TCR, en activant AP-1 qui, complexé à NFAT, transactive les gènes IL2 et
IL2R. Son absence ne permet pas au lymphocyte de s’activer totalement et celui-ci
devient anergique. La molécule CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen
4), dont l’expression est différée, reconnaît le même ligand CD80/86 que la molécule
CD28. Elle délivre un signal négatif à la cellule présentatrice d’antigène comme au
lymphocyte, en induisant, en particulier, l’expression de l’enzyme indoléamine 2,3dioxygénase (IDO). L’IDO dégrade le tryptophane nécessaire à la prolifération cellulaire. L’affinité de CTLA-4 pour CD80/86, 100 fois supérieure à celle de CD28, confère un avantage au signal négatif qui met un terme à l’activation. L’expression
induite de CD25 (IL2Ra), permet la formation du récepteur de haute affinité de l’IL2,
associant les chaînes α, β et γ. Les chaînes β et γ sont constitutivement exprimées et
partagées avec d’autres récepteurs aux cytokines, dont l’IL15R.
Ces récepteurs transmettent un troisième signal qui conduit à la prolifération cellulaire, à l’expression de gènes anti-apoptotiques et à la production de cytokines et
de chimiokines. Trois voies principales de signalisation sont décrites en aval du
récepteur de l’IL2. Une voie MAP-kinase, une voie initiée par la Janus kinase 3
(JAK3) [7], mettant en jeu les protéines STAT5, et une voie en aval de la phosphoinositide-3-kinase (PI-3K), impliquant mTOR [8]. La prolifération cellulaire
requiert la synthèse de nucléotides, purines et pyrimidines, respectivement dépendantes des enzymes inosine monophosphate déshydrogénase (IMPDH), et dihydroorotate déshydrogénase (DHODH). Enfin, un certain nombre de récepteurs aux chimiokines (CCR1, CXCR3, CCR5) et molécules d’adressage, comme le récepteur
sphingosine-1-phosphate (S1P), sont exprimés, permettant au lymphocyte de quitter
l’organe lymphoïde secondaire où il a été activé pour rejoindre le tissu cible [9].
33
Christophe Legendre
MÉCANISMES D’ACTION DES IMMUNOSUPPRESSEURS
On peut artificiellement classer les différents immunosuppresseurs en fonction de
leur mode d’action. Cette classification permet d’apprécier au mieux les associations complémentaires et synergiques.
Molécules impliquées dans l’inhibition ou la modulation du premier signal
La ciclosporine et le tacrolimus (FK506) ciblent tous deux la calcineurine, senseur de
l’augmentation du calcium intracellulaire, après engagement du TCR. À ce titre, ces
deux médicaments sont classés comme inhibiteurs de la calcineurine (figures 1 et 2)
[10]. La ciclosporine se lie à la ciclophiline, protéine intracytoplasmique, et le complexe
formé des deux molécules est capable d’inactiver la calcineurine. Le tacrolimus se complexe d’abord à une immunophiline, nommée FKBP12, avant d’inhiber la calcineurine.
L’affinité du tacrolimus pour la protéine FKBP12 est supérieure à celle de la ciclosporine pour la ciclophiline, expliquant sa plus grande efficacité à l’échelle molaire (d’un
facteur 10 à 100). Le blocage de cette voie de signalisation inactive le facteur de
transcription NFAT, dont l’effet promoteur sur la transcription de certains gènes proinflammatoires (IL2, IL4, IFN-γ, TNF-α, GM-CSF, IL2R) est bloqué (figures 1 et 2).
D’autres inhibiteurs pharmacologiques du premier signal sont à l’étude : les inhibiteurs des kinases Lck, ZAP-70, PKCθ et de la cascade des MAP-kinases (figure 1).
L’effet des corticoïdes est plus complexe et dépend en grande partie de leur association aux récepteurs des glucocorticoïdes [11]. Le mode d’action est principalement transcriptionnel, relayé par la liaison du complexe corticoïdes-récepteur à
l’ADN, et les interactions protéine-protéine avec les facteurs de transcription proinflammatoires AP-1 et NFκB.
Immunosuppresseurs bloquant le second signal
Le LEA29Y (bélatacept) est une protéine de fusion, associant la molécule CTLA-4
avec le fragment Fc d’une IgG [12] (figure 1). Son mode d’action est double. D’une
part, cette protéine entre en compétition avec la molécule de co-signal CD28 des lymphocytes, bloquant ainsi le deuxième signal. D’autre part, elle délivre un signal immunosuppresseur aux cellules présentatrices d’antigène, notamment par l’induction de
l’enzyme IDO. L’utilisation clinique du premier anticorps anti-CD154 (CD40L) [13],
hu5C8, s’est compliquée d’événements thrombo-emboliques, probablement par activation plaquettaire. Depuis, un autre anticorps, IDEC131, a été développé contre un
autre épitope de la même molécule. Il semble dépourvu d’effet procoagulant. Il y a
plusieurs avantages théoriques à bloquer l’axe de co-signal CD40-CD40L. D’une part,
cet anticorps devrait diminuer l’activation des cellules présentatrices d’antigènes, et
donc la densité d’expression des molécules de co-signal CD80/86. D’autre part, il est
vraisemblable que cet immunosuppresseur ait un effet sur l’immunisation humorale,
tant l’axe CD40-CD40L est important dans la collaboration entre lymphocytes T et B.
34
Cellule présentatrice d’antigène
+
IDO
CMH/peptide
CD80/86
CD40
IL2
CD4
CD8
– +
Signal 2
Signal 1
α
TCR
β
CD3
CTLA-4
ZAP-70
CD28
JAK3
CD40L
PI 3-K
–
PLC-γ
+
Akt
DAG
Ca2+
Ras°GTP
Rac°GTP
PKC θ
NFκB
G1
S
M
G2
NFAT
AP-1
Lymphocyte T
STAT5
mTOR
Calcineurine
ERK, JNK
Signal 3
γ
Récpteur
S1P
CCR1
CCR5
CXCR3
Figure 1. Représentation des différentes étapes de l’activation lymphocytaire T. Le premier signal est issu
de la reconnaissance de son ligand par le TCR, qui active les facteurs de transcription pro-inflammatoires
NFκB, NFAT et AP-1 par différentes voies de signalisation. Le deuxième signal est délivré par l’engagement des molécules de co-signal (CD28, ICOS-L, CD40-L), qui renforcent le premier signal. Enfin, le troisième signal naît de la fixation de l’IL2 sur son récepteur de haute affinité. Celui-ci délivre un message permettant la prolifération, la sécrétion de cytokines et de chimiokines, ainsi que des signaux protégeant de la
mort par apoptose. La prolifération cellulaire est dépendante de la synthèse de bases puriques et pyrimidiques. L’expression du récepteur S1P permet au lymphocyte de s’extraire du ganglion drainant pour atteindre
les tissus cibles sous l’effet des chimiokines pro-inflammatoires dont il exprime les récepteurs (CCR1,
CCR5, CXCR3).
Agents ciblant le troisième signal
Les anticorps humanisés ou chimériques dirigés contre la chaîne α du récepteur de
l’IL2 (CD25), à savoir le daclizumab et le basiliximab, ciblent le troisième signal
dépendant de l’IL2 (figures 1 et 3). In vitro, la prolifération lymphocytaire T, dépendante de l’IL2, est bloquée par ces anticorps. L’expression induite de CD25 postactivation lymphocytaire devrait leur conférer une spécificité vis-à-vis des cellules
activées, potentiellement alloréactives.
35
Christophe Legendre
CD4
CD8
TCR
OKT3
CD3
Ciclosporine
Cyclophiline
FK506
ZAP-70
Ca2+
Calcineurine
PLC-γ
Corticoïdes
DAG
PKC θ
FKB12
NFAT
AP-1
NFκB
Figure 2. Les voies de signalisation en aval du TCR constituent des cibles privilégiées pour les substances immunosuppressives. Celles-ci visent l’antagonisme des facteurs de transcription NFAT, AP-1
et NFκB, de façon spécifique de tissu, par le blocage des voies de signalisation propres au lymphocyte.
La ciclosporine et le tacrolimus, tous deux des promédicaments complexés à des immunophilines,
inhibent la calcineurine, senseur biologique de l’afflux de calcium dans la cellule après l’engagement
du TCR. Les corticoïdes ont un effet plus ubiquitaire, agissant directement sur les facteurs de transcription AP-1 et NFκB. Enfin, la molécule CD3, complexée au TCR, peut également être la cible
d’anticorps, déplétants ou non.
Les inhibiteurs de la mTOR (mammalian target of rapamycin), le sirolimus et
l’évérolimus, bloquent une voie de signalisation située en aval des récepteurs à
l’IL2 et l’IL15 [8]. Pour être actifs, ils doivent se lier, comme le tacrolimus, à la protéine FKBP12 mais n’ont aucun effet sur la phosphatase calcineurine. Ces substances ciblent les protéines RAFT1/FRAP, impliquées dans la progression du cycle
cellulaire en phase G1. In vitro, elles démontrent un puissant effet antiprolifératif,
mais sont moins efficaces sur la production de cytokines. In vivo, chez la souris, le
sirolimus ne bloque que très faiblement la prolifération lymphocytaire, mais en
revanche augmente la mort par apoptose postactivation. La voie de signalisation de
mTOR est en effet impliquée dans l’expression de gènes anti-apoptotiques, sous
l’effet de l’IL2 mais aussi de l’IL15.
36
IL2
Daclizumab,
basiliximab
α
β
CP-690,550
γ
Mycophénolate
mofétil
Sirolimus
JAK3
PI 3-K
STAT5
Akt
FKB12
mTOR
G1
Léflunomide
FK778
S
Anti-apoptose
M
Synthèse
des
nucléotides
G2
Cytokines
Chimiokines
Azathioprine
Figure 3. Le troisième signal peut être bloqué à différents niveaux. Les anticorps daclizumab et basiliximab reconnaissent la chaîne α du récepteur de l’IL2 (CD25). Le sirolimus et la molécule CP690550 bloquent des voies de signalisation différentes du récepteur de l’IL2, respectivement dépendantes de mTOR et de JAK3. Le mycophénolate mofétil et le FK778 inhibent respectivement la synthèse des bases puriques et pyrimidiques nécessaire à la prolifération cellulaire. Enfin, l’azathioprine
interfère avec la synthèse d’ADN, propriété à l’origine de son effet immunosuppresseur comme de son
effet procarcinogène.
D’autres inhibiteurs du troisième signal sont à l’étude. Le CP-690550 bloque la
kinase JAK3, couplée à la chaîne γ, commune aux récepteurs des cytokines IL2,
IL4, IL7, IL9, IL15 et IL21. La voie de signalisation dépendante de STAT5 est tout
particulièrement affectée par cette inhibition. Il en résulte un effet antiprolifératif et
une réduction de l’expression de cytokines et chimiokines.
Inhibiteurs de la multiplication cellulaire
L’acide mycophénolique est un puissant inhibiteur de l’enzyme IMPDH, cruciale dans la
voie de synthèse de novo des purines [14] (figures 1 et 3). Il induit ainsi une déplétion
sévère en nucléotides guanines. La voie de biosynthèse de novo est spécifiquement
requise par les lymphocytes en division, alors que la voie de recyclage est suffisante aux
cellules au repos. Cette particularité explique la relative spécificité de cette substance
pour les lymphocytes activés, qui se divisent. Cette dernière inhibe la prolifération des
lymphocytes T et B en réponse à un mitogène ou à une stimulation allogénique.
37
Christophe Legendre
Le léflunomide [15] et le FK778 [16] sont deux inhibiteurs de l’enzyme dihydroorotate déshydrogénase, impliquée dans la synthèse de novo des pyrimidines. On
leur prête un effet antiprolifératif sur les cellules T et B in vitro.
Enfin, l’azathioprine [17] libère la 6-mercaptopurine, qui interfère avec la synthèse de l’ADN. En effet, la 6-mercaptopurine est rapidement convertie en un agent
actif, le ribotide. Celui-ci entre en compétition avec l’acide inosinique pour les
enzymes impliquées dans la synthèse des acides guanyliques et adényliques. L’effet
global est une inhibition de la synthèse des acides nucléiques.
Anticorps visant une déplétion lymphocytaire
Le sérum antilymphocytaire (ou globulines polyclonales antithymocytaires) est
obtenu par l’immunisation de lapins ou de chevaux avec des lymphocytes ou des
thymocytes humains. Il contient de nombreux anticorps ciblant différentes populations cellulaires, au premier rang desquelles les lymphocytes T, mais aussi les lymphocytes B, les plasmocytes, les plaquettes. Il permet d’obtenir une lymphopénie
profonde et durable.
Le muromonab-CD3 (OKT3) se lie au complexe CD3, et provoque un syndrome
de libération massive de cytokines, suivi d’une déplétion profonde et d’une altération fonctionnelle des lymphocytes T [18].
L’alemtuzumab, anticorps humanisé dirigé contre la molécule CD52, exprimée
par toutes les cellules mononucléées sanguines, provoque une déplétion massive et
durable du compartiment lymphocytaire [19].
Le rituximab [20], anticorps dirigé contre la molécule CD20, induit une déplétion
des lymphocytes B naïfs et mémoires, mais est dépourvu de tout effet sur les plasmocytes.
Agents modifiant le trafic et l’adressage lymphocytaires
Le FTY720 [9], dont l’évaluation clinique a été interrompue par la survenue de
complications rétiniennes, a un mode d’action particulièrement innovant (figure 1).
Il cible les mécanismes de trafic des lymphocytes. In vivo, le FTY720 est rapidement phosphorylé, donnant un composé actif, FTY720-P, qui partage une homologie structurale avec le sphingosine 1-phosphate (S1P). Celui-ci est sécrété par les
plaquettes, mastocytes et cellules endothéliales après activation. Des cinq récepteurs
au S1P, le récepteur S1P1 est majoritairement exprimé par les lymphocytes. Des
données récentes établissent que le récepteur S1P1 est nécessaire à l’export des cellules thymiques simples-positives (récents émigrants thymiques), comme à la sortie
des lymphocytes des ganglions périphériques. En conclusion, le FTY720-P bloque
le récepteur S1P1, qui est internalisé, provoquant une séquestration des lymphocytes
dans les ganglions.
D’autres agents immunosuppresseurs, s’inscrivant dans la même stratégie, sont à
l’étude. Les récepteurs aux chimiokines, CCR1, CXCR3 et CCR5, impliqués dans
38
l’adressage des lymphocytes au site d’inflammation (rejet aigu), constituent des
cibles privilégiées. Deux anticorps antagonistes des récepteurs CCR1 et CXCR3
sont en cours de développement. Ils constitueront sans doute des agents d’appoint
très intéressants dans l’avenir.
SCHÉMAS IMMUNOSUPPRESSEURS EN TRANSPLANTATION RÉNALE
En transplantation en général, les immunosuppresseurs sont et ont toujours été utilisés en association.
Historiquement, au début de l’histoire de la transplantation, si l’on excepte un bref
recours à l’irradiation lymphoïde totale, les schémas immunosuppresseurs ont associé des corticoïdes à doses fortes et prolongées et de l’azathioprine (Imurel®) à la
dose de 3 mg/kg/j. Les complications des corticoïdes étaient fréquentes (diabète,
infections bactériennes, ostéonécrose aseptique, faciès cushingoïde, vergetures, fragilisation de la peau, HTA, retard à la cicatrisation, etc.) [21]. Sous l’influence de
cette bithérapie, l’incidence des rejets aigus dépassait largement 50 % dans la première année et le taux de survie des greffons à un an avoisinait à peine 50 % !
Vers la fin des années 1970, les sérums antilymphocytaires obtenus chez le cheval
puis le lapin furent utilisés comme traitement d’induction (sous-entendu : de tolérance), à la phase tout initiale de la transplantation, pour une durée de quelques
jours à quelques semaines. Ces sérums permirent certes une diminution de l’incidence du rejet aigu, mais au prix de complications infectieuses, en particulier virales, et de maladies sériques [22, 23].
Au début des années 1980, la ciclosporine (Sandimmun® puis, quelques années
plus tard, sa forme microémulsion, Néoral®) fut introduite, entraînant une diminution de l’incidence du rejet aigu, se traduisant elle-même par une augmentation très
significative de la durée de survie du greffon à un an post-transplantation [24, 25].
L’apport par une molécule d’un bénéfice aussi spectaculaire a représenté un événement unique dans l’histoire de la transplantation. L’avènement de la ciclosporine
permit ainsi de dessiner trois principaux schémas thérapeutiques, avec ou sans
induction :
– les trithérapies d’emblée : corticoïdes, ciclosporine, azathioprine ;
– les quadrithérapies d’emblée : sérum antilymphocytaire, corticoïdes, azathioprine, ciclosporine, plus particulièrement réservées aux patients à haut risque
immunologique ;
– les quadrithérapies séquentielles : sérum antilymphocytaire, corticoïdes, azathioprine,
avec introduction différée de la ciclosporine pour éviter la néphrotoxicité initiale.
Passé la phase initiale post-transplantation, le traitement dit de maintenance pouvait comporter une monothérapie (ciclosporine), une bithérapie (ciclosporine et corticoïdes, ou corticoïdes et azathioprine) ou une trithérapie !
39
Christophe Legendre
L’introduction de la ciclosporine permit une diminution significative des doses de
corticoïdes, voire un sevrage complet, et popularisa le concept de monitorage des
taux résiduels pour adapter les doses de cette molécule à spectre thérapeutique étroit
[26]. Toutefois, la principale complication de la ciclosporine est une néphrotoxicité
à court, moyen et long termes [27, 28].
Un autre immunosuppresseur très puissant fut également utilisé au début des
années 1980 [18], l’anticorps murin anti-CD3 (OKT3®). Cet anticorps permettait
certes une diminution de l’incidence du rejet aigu et même son traitement efficace,
mais au prix d’effets secondaires très sévères à la première et souvent à la seconde
administration, à type de frissons, de fièvre à 40 ˚C, d’œdème aigu pulmonaire, de
signes méningés, d’arthralgies. Cette toxicité, liée à un relargage de cytokines,
appelée effet de première dose, limita considérablement le recours à cet anticorps,
d’autant plus que l’incidence des complications virales (cytomégalovirus) était également augmentée.
Au début et à la fin des années 1990, furent introduits sur le marché le mycophénolate mofétil (MMF, Cellcept®, puis plus tard Myfortic®), le tacrolimus (Prograf®)
et les anticorps monoclonaux anti-récepteur de l’IL2 (Simulect® et Zenapax®).
En association avec les corticoïdes et la ciclosporine, le MMF a permis une diminution significative de l’incidence du rejet aigu, au prix d’une augmentation des
complications virales et d’effets secondaires à type de leucopénie et de troubles
digestifs [29, 30].
Le tacrolimus [31, 32], quant à lui, offrait une efficacité au moins égale à celle de
la ciclosporine et un profil de tolérance un peu différent, caractérisé par une augmentation de l’incidence de diabète sucré, moins d’HTA et de troubles cosmétiques,
et un profil pharmacocinétique plus constant. Cette molécule a été utilisée tout
d’abord dans les greffes à haut risque immunologique puis dans les autres catégories
de transplantation.
Utilisés à la phase d’induction, les anticorps antirécepteur de l’IL2 [33] ont permis, quelles que soient les autres molécules associées, une diminution de l’incidence du rejet aigu, et ce, fait quasi unique, sans augmentation de l’incidence des
infections ni des cancers. Il faut également signaler le regain d’intérêt pour les anticorps polyclonaux antithymocytes (Thymoglobuline®) et le recours plus confidentiel à un anticorps anti-CD52 (MabCampath®) qui aboutit à une déplétion lymphocytaire T profonde et durable [19].
L’association de ces nouvelles molécules a entraîné une diminution de l’incidence
de rejet aigu, qui n’est plus désormais que de 10 à 15 % dans la première année,
avec toutefois des stigmates de « sur-immunosuppression » comme l’émergence de
nouveaux virus tel le BK virus, responsable d’une redoutable néphropathie dont le
traitement est encore mal codifié [34].
40
L’efficacité des associations nouvelles a incité nombre d’équipes à profiter de
cette puissance immunosuppressive pour mettre en œuvre des stratégies d’épargne
vis-à-vis des autres médicaments :
– diminuer la dose de corticoïdes ou même les interrompre, voire ne plus les introduire [35] ;
– diminuer le recours aux anticalcineurines afin de diminuer leur néphrotoxicité [36].
Enfin, plus récemment, a été introduite la classe des inhibiteurs de mTOR – sirolimus
(Rapamune®) [37] et évérolimus (Certican®) – qui, outre leur mécanisme d’action novateur, ne sont que peu ou pas néphrotoxiques. Ces molécules ont de plus un effet antiprolifératif, bénéfique à long terme à l’encontre de la néphropathie d’allogreffe et des proliférations tumorales, mais délétère à court terme en entraînant un retard de cicatrisation. Ces
molécules ont été utilisées soit en association avec les anticalcineurines, soit en remplacement de ces dernières. L’association avec les anticalcineurines a malheureusement révélé
une potentialisation de leur néphrotoxicité qui limite ce type d’utilisation [38]. En remplacement des anticalcineurines, se posent les problèmes de l’utilisation immédiate après la
transplantation en raison des difficultés de cicatrisation et des problèmes de rejet aigu.
Une troisième voie d’utilisation a donc été essayée : le relais après une phase initiale de
traitement par des anticalcineurines [39]. Enfin, profitant des caractéristiques immunologiques des inhibiteurs de mTOR, c’est-à-dire la création d’un environnement plus propice
à l’instauration d’une induction de tolérance, quelques équipes ont utilisé de très fortes
doses en phase d’induction, suivies d’une monothérapie par le sirolimus [40, 41].
Une alternative aux inhibiteurs de mTOR est représentée par le bélatacept, qui
possède deux caractéristiques originales : son mode d’action (voir ci-dessus) et sa
voie d’administration. En effet, contrairement aux autres immunosuppresseurs, il
n’est pas administré par voie orale mais par voie intraveineuse à intervalles réguliers [42]. Son efficacité n’est pas inférieure à celle de la ciclosporine mais il n’est
pas néphrotoxique, ce qui peut faire envisager son utilisation sur de très longues
périodes.
Les immunosuppresseurs que nous venons d’évoquer sont actifs essentiellement
sur les lymphocytes T. Or, les rejets humoraux, médiés par les lymphocytes B, sont
de plus en plus fréquents, d’une part car ils sont mieux détectés grâce au marquage
par le C4d, d’autre part car le nombre de patients immunisés au moment de la transplantation ne cesse d’augmenter. En cas de rejet aigu humoral ou de risque accru de
rejet humoral, trois types de traitement sont utilisables, selon des modalités d’administration encore imparfaitement validées :
– le rituximab, anticorps monoclonal anti-CD20 (MabThera®) dont l’évaluation est
en cours ;
– les immunoglobulines polyvalentes (IV-Ig) qui, par leurs actions multiples, sont
utilisées pour désensibiliser certains patients immunisés contre des déterminants
HLA mais également en traitement du rejet aigu humoral [43, 44] ;
41
Christophe Legendre
– les échanges plasmatiques, qui permettent de diminuer rapidement le taux des
anticorps anti-HLA responsables du rejet aigu humoral [45].
Tentative de synthèse !
On peut, sans schématiser à outrance, définir les tendances actuelles.
1. En France, les traitements d’induction sont souvent utilisés :
– soit de principe, soit en cas de reprise retardée de fonction, soit en cas de
risque immunologique élevé ;
– plutôt les sérums polyclonaux en cas de risque immunologique élevé, plutôt les
anticorps monoclonaux en cas de risque immunologique faible ;
– la durée du traitement diminue régulièrement.
2. La triple association corticoïdes + anticalcineurine + inhibiteur de l’IMPDH reste le
traitement de base :
– la tendance est à l’élimination précoce des corticoïdes, selon des modalités
variables, voire à leur non-introduction ;
– le choix de l’anticalcineurine est variable en fonction des équipes, avec
néanmoins une part croissante du tacrolimus ;
– l’azathioprine a été presque remplacée par les inhibiteurs de l’IMPDH, au
premier rang desquels le MMF.
3. En ce qui concerne le traitement dit de maintenance ou d’entretien :
– la tendance est à la minimisation soit des corticoïdes lorsqu’ils n’ont pas déjà
été interrompus, soit des anticalcineurines ;
– il est également possible de remplacer une anticalcineurine par un inhibiteur de
mTOR pour profiter de l’absence de néphrotoxicité et des propriétés
antitumorales de cette nouvelle classe.
PROBLÉMATIQUES ACTUELLES
Nous l’avons vu, au fil des années, l’efficacité des associations de traitements immunosuppresseurs a entraîné une diminution de l’incidence du rejet aigu et donc une
amélioration des succès à court terme. En revanche, le bénéfice à plus long terme est
modeste, voire discuté. Plusieurs explications sont possibles. Tout d’abord, les mécanismes immunologiques qui aboutissent à la destruction chronique du greffon sont
moins bien compris. En outre, la néphrotoxicité des anticalcineurines, dont l’importance est désormais bien évaluée à long terme, entraîne une perte significative de
greffons. Enfin, d’autres effets secondaires des immunosuppresseurs limitent la survie soit des patients par le biais des complications cardiovasculaires, des infections et
des cancers, soit des greffons par le bais de l’HTA, du diabète et des virus BK.
Nous sommes donc confrontés à l’heure actuelle à la nécessité de rechercher :
– des associations d’immunosuppresseurs efficaces mais mieux tolérées, et donc
probablement mieux acceptées et plus régulièrement prises par les patients ;
42
– l’adaptation des traitements immunosuppresseurs non plus seulement en fonction
de leur efficacité brute (rejet versus infection ou cancer), mais aussi grâce à des biomarqueurs qui permettront de mesurer plus finement et donc d’adapter la puissance
immunosuppressive [45] ;
– les moyens d’individualiser les traitements immunosuppresseurs en fonction des
facteurs de risque cliniques (poids, indice de masse corporelle, antécédents, etc.)
mais aussi génétiques, dans le cadre par exemple de la pharmacogénétique [46] ;
– une meilleure utilisation des données pharmacologiques disponibles [47] ;
– une meilleure utilisation des données de la surveillance histologique [48], virologique et immunologique.
La transplantation rénale devient de plus en plus complexe en même temps que
ses résultats s’améliorent. L’idéal – non encore atteint – sera bien sûr l’induction de
tolérance sans traitement immunosuppresseur d’entretien. Il n’est plus possible de
rêver à une association miracle ; il convient, au contraire, d’adapter nos traitements
et leur surveillance à la diversité des patients qui peuvent bénéficier d’une transplantation rénale.
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44 Muthukumar T, Dadhania D, Ding R, et al. Messenger RNA for FOXP3 in the urine of renal-allograft recipients. N Engl J Med 2006 ; 353 : 2342-51.
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18 : 131-9.
45
Deuxième partie :
Risques oncologiques
Véronique Leblond, Sylvain Choquet
Service d’hématologie clinique, hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France
L’immunosuppression au long cours favorise le développement de tumeurs malignes. Les lymphoproliférations (LP) représentent une complication fréquente et le
plus souvent létale des déficits immunitaires, soit génétiquement transmise comme
les déficits immunitaires combinés sévères (DICS), le syndrome de WiskottAldrich, le syndrome lymphoprolifératif lié à l’X, soit acquise après greffe de
moelle, transplantation d’organes ou infection par le virus de l’immunodéficience
humaine (VIH) [1]. Les LP observées après transplantation sont caractérisées par
une grande hétérogénéité clinique, histologique, moléculaire et évolutive. La physiopathogénie des syndromes lymphoprolifératifs post-transplantation est multifactorielle. La stimulation antigénique chronique liée au greffon, l’effet oncogénique
des traitements immunosuppresseurs, la diminution des réponses immunitaires et
l’infection par le virus d’Epstein-Barr (EBV) contribuent au développement d’une
LP. Ce sont en général des LP de lymphocytes B, souvent extraganglionnaires, pouvant régresser à la diminution de l’immunosuppression. À côté des LP liées à l’EBV
et le plus souvent de survenue précoce, des proliférations lymphomateuses non
associées à l’EBV peuvent se développer ; elles sont alors de survenue plus tardive
et répondent à des mécanismes physiopathogéniques différents dans lesquels les
anomalies génomiques sont prédominantes. La fréquence de ces LP et lymphomes
est faible ; le petit nombre de cas par centre de greffe et leur hétérogénéité expliquent l’absence de séries conséquentes dans la littérature et l’absence de consensus
thérapeutique.
FRÉQUENCE DES LYMPHOPROLIFÉRATIONS
APRÈS TRANSPLANTATION
L’incidence des LP observées après greffe dépend du type et de la durée de
l’immunosuppression ainsi que de l’organe greffé. Les patients ayant bénéficié
d’une transplantation d’organe ont un risque de développer une LP estimé de 20 à
120 fois supérieur à celui d’une population témoin. Le délai d’apparition de la LP
est inversement corrélé à l’intensité et au type de l’immunosuppression. Il est en
général inférieur à 1 an après les greffes de cœur, poumon ou cœur-poumon et
49
supérieur à 1 an après greffe de rein [2]. La fréquence est estimée entre 1 et 2 %
au décours des greffes de foie et entre 2 et 4 % au décours des greffes de cœur [3].
Après greffe de poumons, la fréquence des LP varie de 6,2 à 9,4 % et elle est deux
fois plus élevée que pour les autres organes greffés [4]. Le risque est plus important pendant la première année après la greffe, où l’immunosuppression est
majeure, et diminue au cours des années suivantes. Il est par exemple de 1,3 %
après greffe de cœur au cours de la première année, puis de 0,3 % au cours des
années suivantes [2]. Au cours des greffes de cellules souches hématopoïétiques,
le risque de développer une LP est inférieur à 1 %, augmente jusqu’à 20 % en
situation HLA-incompatible, en cas de greffe extrafamiliale et si l’on déplète le
greffon en cellules T [5]. La fréquence des LP est plus élevée chez l’enfant, en raison des séroconversions EBV, et peut atteindre 7,7 % au cours des greffes de cœur
et 19,5 % au cours des greffes pulmonaires. Le risque de développer une LP est de
10 à 20 fois supérieur quand le receveur est séronégatif pour l’EBV et que le donneur est séropositif [6, 7].
PHYSIOPATHOGÉNIE
Les mécanismes physiopathogéniques sont différents selon qu’il s’agit d’une LP
induite par l’EBV ou d’un lymphome non hodgkinien (LNH) monomorphe, non
associé à l’EBV et apparaissant tardivement. Dans les LP précoces, à côté de facteurs tels que la stimulation antigénique liée au greffon, c’est surtout la diminution
des réponses immunitaires, avec pour corollaire la perte du contrôle strict de l’infection de l’organisme par l’EBV, qui contribue au développement d’une LP.
Virus d’Epstein-Barr
Découvert en 1964 dans une lignée de lymphome de Burkitt, l’EBV est un γ-herpès
virus à double brin d’ADN de 172 kb. Entièrement cloné et séquencé, ce virus
n’exprime que 11 gènes à l’état de latence. Ces 11 gènes sont présents dans les
lignées lymphoblastoïdes obtenues à partir de cellules B infectées par l’EBV provenant de porteurs sains. Dans les lignées lymphoblastoïdes, les gènes exprimés aboutissent à la production de 6 protéines nucléaires, les Epstein-Barr nuclear antigens :
EBNA-1, -2, 3-A, -3B, -3C et -LP (leader protein) ; 3 protéines de membrane, les
latent membrane proteins : LMP-1, -2A, -2B ; et 2 petits ARN nucléaires, EBER-1
et -2 (EBV-encoded-RNAs). L’expression de l’ensemble de ces protéines définit la
latence de type III observée in vitro dans les lignées lymphoblastoïdes. Deux autres
types de latence sont aussi décrits, identifiés par l’expression restreinte des
protéines : la latence de type II, où LMP-1, LMP-2 et EBNA-1 sont présentes, et la
latence de type I, où seule la protéine EBNA-1 est exprimée. Ces différents types de
latence sont observés dans les pathologies tumorales associées à l’EBV. Identifié
comme l’agent causal de la mononucléose infectieuse, l’EBV est présent dans plus
50
de 90 % de la population mondiale adulte. Dans le sang périphérique, le nombre de
cellules infectées par l’EBV est faible (5 à 100 cellules/106 cellules mononucléées
du sang) et cette valeur reste stable tout au long de la vie, résultant d’un strict contrôle des cellules infectées par les cellules T cytotoxiques (CTL) spécifiques de
l’EBV restreintes par le complexe majeur d’histocompatibilité (HLA) de classe I
[8]. La persistance du virus dans ce compartiment de cellules B mémoire non activées est un des premiers mécanismes d’échappement au système immunitaire. On a
montré chez des patients, après immunosuppression acquise, que l’augmentation de
ce compartiment cellulaire pouvait être responsable de l’augmentation de la charge
virale de l’EBV [4]. L’analyse de la latence de l’EBV dans les différents compartiments cellulaires selon le stade de différenciation des lymphocytes B a montré que
les différents types de latence I, II et III pouvaient être identifiés dans les tissus lymphoïdes. Toutes ces protéines, sauf EBNA-1, sont reconnues par le système immunitaire, ce qui explique le contrôle exercé par les CTL. Les cibles antigéniques des
CTL sont principalement les protéines virales EBNA-3, EBNA-2, LMP-1 et
BZLF-1 [8]. La protéine de latence EBNA-1, du fait de la présence de séquences
répétées glycine-alanine, n’est pas reconnue par les CTL, ce qui rend compte de
l’échappement des LP associées à l’EBV exprimant une latence de type I [9]. De
plus, à côté de l’absence d’expression sur les cellules B de cibles antigéniques
immunodominantes des CTL, un défaut d’expression des molécules présentatrices
HLA ou des molécules d’adhésion sur les cellules tumorales contribue à l’échappement des cellules tumorales au système immunitaire. La perte des réponses T spécifiques au cours des déficits immunitaires explique en partie la survenue de LP et le
fait que la restauration de la surveillance immune lors de l’allègement des traitements immunosuppresseurs permette une régression spontanée de certaines LP
associées à l’EBV.
Rôle de l’EBV dans les LP et les LNH induits par l’EBV
Le rôle de l’EBV et plus précisément celui des protéines virales dans l’immortalisation et la prolifération des cellules lymphoïdes a été démontré par le pouvoir immortalisant pour les lymphocytes B conféré à la souche EBV P3HR1, déficiente pour
EBNA-2/EBNA-LP, après recombinaison avec le gène EBNA-2. Les protéines
EBNA-2, EBNA-3A, EBNA-3C et LMP1 sont les protéines nécessaires à l’immortalisation des cellules lymphoïdes. De plus, LMP1 possède des propriétés transformantes mises en évidence par la transformation maligne de fibroblastes de rat. En
fait, l’immortalisation et la transformation des cellules lymphoïdes résultent d’un
processus complexe faisant intervenir les produits de plusieurs gènes viraux ayant la
capacité de maintenir le virus dans la cellule infectée et de transactiver des gènes
cellulaires pouvant être impliqués dans la croissance des cellules lymphoïdes et
dans la dérégulation du cycle cellulaire ou de l’apoptose [8]. LMP1, protéine
51
majeure dans les phénomènes d’immortalisation des cellules B, impliquée dans la
lymphomagenèse [10], joue un rôle central dans l’immortalisation et la transformation des lymphocytes B en mimant les interactions des membres de la famille des
récepteurs du TNF (tumor necrosis factor), puissants médiateurs de l’activation et
de la prolifération des cellules B, comme CD30 et CD40. EBNA-1, protéine de
liaison à l’ADN, a pour principale fonction le maintien de la réplication virale. En
contribuant à donner un avantage prolifératif aux cellules tumorales, en plus du
maintien de la réplication de l’EBV, EBNA-1 est la seule protéine virale présente
dans les différentes conditions pathologiques. La dérégulation de l’apoptose est probablement un des mécanismes majeurs impliqués dans les proliférations lymphoïdes
liées à l’EBV. L’induction par LMP1 de l’expression des protéines de la famille
BCL2, molécules anti-apoptotiques, a été montrée in vitro. Des corrélations in vivo
ont été établies entre l’expression de BCL2 dans les lymphomes cérébraux primitifs
du sida et dans les LP après transplantation d’organe. L’EBV intervient aussi dans la
dérégulation du cycle cellulaire, comme il a été très bien montré lors de l’infection
des lymphocytes B quiescents. Les mécanismes de dérégulation du cycle cellulaire
interviennent essentiellement lors de la progression de la phase G0 à la phase G1 et
à la phase G1/S du cycle cellulaire, avec l’interaction des protéines virales EBNA-2,
EBNA-LP et EBNA-3C.
LNH non associés à l’EBV et d’apparition tardive
Ces lymphomes répondent pour la plupart aux critères morphologiques et
immuno-phénotypiques des LNH apparaissant au sein de la population générale.
Il s’agit de lymphomes B ou de lymphomes T et les mécanismes de lymphomagenèse sont essentiellement liés à des anomalies génomiques pouvant impliquer des
oncogènes connus dans les différentes catégories de proliférations lymphomateuses, comme BCL2, c-MYC et BCL-6. Dans ces proliférations, les anomalies
génomiques, lorsqu’elles peuvent être étudiées par des techniques de cytogénétique moléculaire comme l’hybridation génomique comparative, sont nombreuses
et complexes [11].
CLASSIFICATIONS MORPHOLOGIQUES ET MOLÉCULAIRES
Plusieurs propositions de classement de ces LP et lymphomes ont été rapportées
entre 1981 et 1988, reposant d’abord sur des critères morphologiques, puis sur des
critères immunophénotypiques et moléculaires [12–15]. Les catégories décrites,
publiées dans la récente classification de l’Organisation mondiale de la santé
(OMS), distinguent : 1) les lésions précoces, 2) les proliférations polymorphes,
3) les proliférations monomorphes correspondant aux LNH de la population générale, et 4) le lymphome de Hodgkin ou la forme « Hodgkin-like ».
52
Lésions précoces
Les lésions précoces comprennent les hyperplasies plasmocytaires et les lésions de
type mononucléose infectieuse. Ces lésions, observées préférentiellement chez les
sujets jeunes ou les patients non antérieurement infectés par l’EBV, sont caractérisées par une conservation partielle de l’architecture du tissu infiltré, avec la persistance des sinus ganglionnaires ou des cryptes amygdaliennes. Dans l’hyperplasie
plasmocytaire, les plasmocytes sont très nombreux et les immunoblastes rares. Ces
lésions sont polyclonales et fréquemment associées à l’EBV, mais des formes
d’hyperplasie plasmocytaire non associées à l’EBV sont aussi décrites. Dans les
lésions de type mononucléose, les immunoblastes sont très nombreux et préférentiellement localisés dans les zones paracorticales. À côté des immunoblastes, de
nombreux lymphocytes T et des plasmocytes sont présents [14]. Ces lésions de type
mononucléose infectieuse sont toujours associées à l’EBV, et des aspects oligoclonaux détectés par l’analyse des réarrangements des gènes des chaînes lourdes des
immunoglobulines ou par des sondes de l’EBV peuvent être démontrés.
Lymphoproliférations polymorphes
Les lésions polymorphes reconnues, depuis de nombreuses années, ont été nommées hyperplasies B polymorphes ou lymphomes B polymorphes [12]. De localisation souvent extraganglionnaire, ces lésions comportent un large spectre d’éléments
lymphoïdes de nature B, allant des petits lymphocytes aux grandes cellules d’allure
immunoblastique pouvant prendre l’aspect de cellules de Sternberg. Les mitoses
sont nombreuses et les zones de nécrose fréquentes. Ces proliférations peuvent être
polyclonales ou oligoclonales, mais la majorité d’entre elles sont monoclonales
[15]. Les anomalies génomiques sont absentes ou peu fréquentes et non complexes ;
il n’est pas décrit de modifications de c-MYC, de RAS ou de p53 [14]. L’EBV est
presque toujours présent dans ces lésions et cet aspect est un bon argument pour différencier une prolifération lymphoïde d’un rejet de l’allogreffe. Certaines de ces
proliférations peuvent régresser après la réduction de l’imunosuppression.
Proliférations monomorphes, lymphomes
Les proliférations monomorphes répondent aux critères des proliférations lymphomateuses classiques, développées dans la majorité des cas aux dépens des cellules
de nature B. La prolifération lymphomateuse est diffuse, constituée de grandes cellules qui prennent la forme soit de centroblastes, soit d’immunoblastes avec des
aspects de différenciation plasmocytaire, soit encore de grandes cellules anaplasiques. Dans de rares cas, des aspects de lymphome de Burkitt atypique sont rapportés. Ces proliférations sont monoclonales et associées à l’EBV dans la majorité des
cas. Toutefois, dans 10 à 20 % des cas, essentiellement lorsque le lymphome apparaît tardivement, la prolifération lymphomateuse n’est pas associée à l’EBV. Les
53
anomalies génomiques peuvent être fréquentes et complexes, surtout lorsque ces
lymphomes ne sont pas liés à l’EBV. Dans les aspects de lymphome de Burkitt, la
translocation t (8;14) est présente, associée à d’autres anomalies génomiques. Des
mutations clonales de BCL-6 sont décrites dans près de 90 % des cas qui appartiennent à cette catégorie de LP après transplantation [16]. Des formes « plasmocytomelike », souvent de localisation extraganglionnaire – surtout digestive –, ont aussi été
rapportées : leur association avec l’EBV est variable ; il s’agit de proliférations
monoclonales pour lesquelles des anomalies génomiques sont observées. Les lymphomes T monomorphes ou pléomorphes, dont la fréquence varie selon les séries
entre 4 et 15 % des LP après transplantation, présentent les anomalies morphologiques des lymphomes T périphériques et répondent aux critères de classification de
ces derniers. L’analyse combinée de la morphologie, de l’immunophénotype et des
données moléculaires (réarrangement monoclonal des gènes qui codent les chaînes
du récepteur des cellules T) permet de distinguer les entités actuellement reconnues
comme les lymphomes T périphériques de signification « indéterminée », les lymphomes T sous-cutanés de type panniculite, les lymphomes T hépatospléniques γδ,
les lymphomes natural killers NK/T et les leucémies à grands lymphocytes à grains
[17]. Ces lymphomes surviennent plus tardivement au cours de l’évolution postgreffe, et la fréquence de l’EBV, d’environ 60 % des cas de LP de type T après
transplantation, est plus faible que dans leurs contreparties B monomorphes [18].
Lymphome de Hodgkin et lésions « Hodgkin-like »
Des lymphomes de Hodgkin classiques, répondant aux critères morphologiques et
immuno-phénotypiques de ce lymphome, sont rapportés, ainsi que des formes dites
« Hodgkin-like », dont les aspects immuno-phénotypiques ne correspondent pas
aux critères stricts des cellules de Sternberg du lymphome de Hodgkin classique.
Origine des lymphoproliférations
Dans les greffes d’organes, la prolifération lymphoïde se développe dans la majorité
des cas à partir des lymphocytes B du receveur. Toutefois, après greffe de foie ou de
poumon, le développement d’une LP à partir des cellules du donneur est relativement fréquent, comme dans les greffes allogéniques de cellules souches hématopoïétiques où les proliférations lymphomateuses développées aux dépens des cellules du donneur sont majoritaires.
DIAGNOSTIC ET BILAN D’EXTENSION
Présentation clinique
L’étude clinique, morphologique et moléculaire a permis de diviser les LP posttransplantation en trois catégories [14, 15].
54
– Présentation de type mononucléose infectieuse, avec atteinte oropharyngée de
l’anneau de Waldeyer, hyperplasie ganglionnaire diffuse, souvent associée à des
signes généraux. L’histologie retrouve une hyperplasie polyclonale avec différenciation plasmocytaire, une infection EBV non clonale et l’absence d’altération des
gènes suppresseurs de tumeur ou des oncogènes. Cette situation correspond aux
lésions précoces de la classification de Harris.
– Une ou plusieurs localisations tumorales, le plus souvent extranodales, polymorphes, monoclonales, ne contenant qu’une seule forme d’EBV, sans anomalies oncogéniques. Il s’agit le plus souvent d’une localisation unique du système nerveux
central, du tractus digestif, du poumon ou du foie [15, 19]. Une atteinte du greffon
est décrite chez 60 % des patients au cours des greffes cœur-poumon et chez 15 à
30 % des patients au cours des greffes de rein [20]. Cette situation correspond aux
LP polymorphes ou monomorphes de la classification de Harris.
– Une atteinte disséminée avec des localisations médullaires, nodales et extranodales, monomorphes et monoclonales, associées à des événements oncogéniques. Le
développement de la LP est souvent tardif, après la première année de la greffe, est
inconstamment associé à l’EBV, et évolue comme des lymphomes immunoblastiques observés chez les patients non immunodéprimés. Cette situation correspond
aux syndromes lymphoprolifératifs monomorphes de la classification de l’OMS [15,
17]. Biologiquement, les LDH sont le plus souvent augmentées et il existe fréquemment un aspect oligoclonal ou monoclonal des immunoglobulines. Les LP de type T
représentent environ 15 % de ces cas. Leur petit nombre ne permet pas d’individualiser des aspects clinicobiologiques particuliers [18, 21].
Après greffe d’organe, la prolifération lymphoïde se développe dans la majorité
des cas à partir des lymphocytes du receveur. Dans de rares cas, le lymphome se
développe à partir des cellules du donneur [22]. Après greffe de cellules souches
hématopoïétiques, la prolifération se développe sur les cellules du donneur.
Diagnostic
La combinaison des techniques morphologiques cytologiques et histopathologiques,
des analyses immunophénotypiques sur coupe et des études moléculaires à partir de
fragments congelés permet d’obtenir une bonne précision diagnostique. Elle permet
surtout, dans les lésions polymorphes, de distinguer entre une LP et un rejet de l’allogreffe. La cytologie peut être informative, mais le diagnostic positif repose sur l’examen histologique de la tumeur prélevée par biopsie chirurgicale, complété par les
approches moléculaires caractérisant la clonalité de la tumeur, soit par l’analyse des
gènes des immunoglobulines ou du récepteur T, soit par l’étude de la clonalité de
l’EBV. La recherche de l’EBV est désormais réalisable en routine sur le matériel inclus
en paraffine, en utilisant la sonde reconnaissant les EBER-1 et -2 (Epsteim-Barr encoded RNA). Elle est devenue un élément très utile au diagnostic, plus particulièrement
55
en cas de LP polymorphe et lorsque l’infiltration est localisée au niveau du greffon [23].
L’obtention de matériel congelé permet de compléter les études indispensables pour le
diagnostic de LP par des études génomiques avec les techniques de biologie moléculaire – PCR ou séquençage –, de cytogénétique classique, de FISH ou d’hybridation
génomique comparative (CGH). Ces méthodes permettent l’étude d’événements oncogéniques ou de mutations des gènes codant pour les protéines virales de l’EBV [11,
14]. Principalement au cours des greffes de cellules souches hématopoïétiques, la présentation clinique peut être limitée à l’association d’une fièvre et d’un syndrome mononucléosique sans véritable syndrome tumoral. La quantification de la charge virale
EBV par PCR quantitative permet un diagnostic précoce. Elle doit être faite systématiquement pour permettre un traitement rapide dans les situations à haut risque [24]. Son
suivi permet également de vérifier l’efficacité des traitements.
Bilan d’extension
Il faut effectuer le bilan recommandé pour les lymphomes malins non hodgkiniens, en
sachant que les localisations extranodales sont fréquentes et qu’un bilan digestif
exhaustif avec fibroscopies est nécessaire s’il existe un point d’appel clinique. L’évaluation de l’index d’activité clinique est un élément pronostique [25]. Le dosage de la
β2-microglobuline et des LDH a un impact pronostique qui reste controversé. Il existe
fréquemment une anomalie des immunoglobulines (aspect oligoclonal ou monoclonal) mise en évidence par l’électrophorèse et l’immunofixation des protides.
FACTEURS DE RISQUE ET PRONOSTIC
Le risque de développer une LP est plus important après greffe d’organe en cas de
donneur EBV-positif et de receveur EBV-négatif [6]. Il est également plus important
pour des organes riches en lymphocytes B, comme les greffes intestinales, et chez
des patients présentant de nombreux épisodes de rejet nécessitant l’augmentation
des immunosuppresseurs [26]. Au cours des greffes de cellules souches hématopoïétiques, les facteurs de risque sont la T-déplétion, les greffes pour déficit immunitaire,
les traitements préventifs ou curatifs de la maladie du greffon contre l’hôte par
sérum antilymphocytaire ou anticorps monoclonaux OKT3, et les greffes en situation HLA partiellement identique [5].
Le pronostic des LP postgreffe est sombre, avec 40 à 60 % de décès au cours des
greffes d’organe et 90 % au cours des greffes de moelle. La probabilité de survie à
long terme est estimée entre 30 et 40 % [3, 25, 27]. Les facteurs pronostiques sont
variables selon les séries : la précocité de la LP par rapport à la greffe, le caractère
polyclonal, les localisations uniques sont des facteurs de bon pronostic ; les localisations du système nerveux central, un mauvais état général, des événements oncogéniques surajoutés sont des facteurs péjoratifs. L’absence de l’EBV au sein de la
tumeur semble définir une nouvelle entité clinique, histologique et pronostique [29].
56
TRAITEMENT
Il faut probablement dissocier, en termes de traitement, les LP observées précocement après la greffe, toujours associées à l’EBV, dont le mécanisme d’émergence
est lié à la rupture de l’équilibre hôte/virus, et les LP plus tardives, inconstamment
associées à l’EBV, dans lesquelles d’autres mécanismes oncogéniques sont impliqués.
Moyens thérapeutiques (tableau 1)
Tableau 1. Options thérapeutiques pour les lymphomes post-transplantation.
Traitement initial
Réduction de l’immunosuppression
Exérèse chirurgicale complète si possible
Anticorps monoclonaux anti-B*
Cellules T cytotoxiques du donneur si greffe de moelle
Options thérapeutiques en cas d’échec
Interféron alpha**
Chimiothérapie
Radiothérapie
Agents déméthylants**
* Des données sont disponibles pour les anticorps monoclonaux anti-CD21 et anti-CD24 [27] et pour les antiCD20 [35].
** Données très limitées sur l’efficacité.
Réduction de l’immunosuppression
Lorsqu’elle est techniquement possible, la réduction de l’immunosuppression peut
permettre la guérison de la LP par restauration d’une réponse naturelle antivirale
efficace. Vingt-cinq pour cent des patients guéris le seraient grâce à la diminution
des substances immunosuppressives. Certaines équipes de greffe rénale préfèrent
retirer le greffon pour pouvoir interrompre tous les traitements immunosuppresseurs, mais cela ne garantit pas la guérison. Le problème est différent au cours des
autres transplantations, où cette possibilité n’existe pas. Une étude rétrospective rapporte une probabilité de réponse à la diminution de l’immunosuppression de 80 % si
la LP se développe dans la première année et une inefficacité après la première
année [30]. Il faut souligner également que la régression de la tumeur est souvent
lente et peut s’observer sur plusieurs semaines, rendant souvent difficile l’interprétation des stratégies thérapeutiques utilisées successivement. Il s’agit cependant de la
seule attitude thérapeutique consensuelle au cours des LP de l’immunodéprimé,
bien que celle-ci expose toujours à un risque de rejet qui peut être mortel en dehors
des greffes de rein.
57
Antiviraux
Les traitements antiviraux (ganciclovir, aciclovir, etc.) ont été largement utilisés soit
en préventif, soit en curatif, avec des résultats controversés. Un traitement préventif
par ganciclovir ou aciclovir s’est montré efficace dans deux études non randomisées
[31, 32]. Leur rôle curatif est contesté, l’efficacité dépendant de l’activité thymidine
kinase observée en cas de réplication virale. L’administration d’antiviraux est toujours associée à une diminution de l’immunosuppression, rendant difficile l’évaluation de leur rôle propre.
Anticorps monoclonaux
Anticorps anticellules B
La majorité des proliférations étant de type B, les anticorps monoclonaux sont des
modalités thérapeutiques intéressantes au cours des LP post-transplantation. Benkerrou a rapporté les résultats d’un traitement par anticorps monoclonaux antiCD21 et anti-CD24 chez 58 patients. Soixante et un pour cent de rémissions complètes ont été observées, la survie globale étant de 46 % avec un suivi médian de
61 mois. La survie était meilleure (55 %) chez les patients greffés d’organe que chez
les transplantés de moelle (31 %) [27]. L’utilisation d’anticorps monoclonaux ne
passant pas la barrière hémato-encéphalique est difficile en cas de localisation dans
le système nerveux central. L’anticorps monoclonal anti-CD20 (rituximab) a été
testé au cours des LP après greffe de moelle et greffe d’organe [33, 34]. Les résultats
sont encourageants, avec 60 % de réponses dans une étude pilote chez 31 patients
greffés de moelle ou d’organes solides. Une étude prospective multicentrique a
confirmé la bonne tolérance du rituximab dans cette indication, avec cependant une
efficacité estimée chez 43 patients à 44 % avec une survie à 1 an de 67 % [35]. Un
protocole prospectif est en cours, associant le rituximab à une polychimiothérapie
afin d’augmenter le taux de réponse et la survie.
Anticorps monoclonaux anticytokine
L’utilisation d’un anticorps monoclonal anticytokine est fondée sur la physiopathologie des LP associées à l’EBV. L’IL6 joue un rôle majeur dans la prolifération du lymphocyte B infecté par l’EBV. Haddad a rapporté 5 réponses complètes et 3 réponses partielles chez 12 patients traités par anticorps monoclonaux
anti-IL6 [36].
Interféron
La modification du réseau cytokinique au cours des LP (augmentation des cytokines dites Th2, diminution des cytokines Th1) a permis d’envisager des stratégies
thérapeutiques visant à augmenter la réponse Th1 de type cytotoxique et à diminuer la réponse Th2 favorisant la prolifération B. L’interféron a été utilisé, associé
ou non à des immunoglobulines polyvalentes. O’Brien a rapporté les résultats
58
obtenus dans 13 cas colligés dans la littérature, la majorité présentant des LP
monoclonales (10/13). Huit patients ont été mis en rémission complète, trois en
rémission partielle. Cinq patients sont décédés, dont quatre de leur LP [37].
Thérapie cellulaire
La thérapie cellulaire antivirale EBV est développée au cours des greffes de moelle,
le donneur étant vivant et immunocompétent et la LP se développant sur les cellules
du donneur. Au cours des greffes de cellules souches hématopoïétiques, la T-déplétion est responsable d’une augmentation très importante des LP liées à l’EBV, surtout dans les situations de greffe non apparentée, la reconstitution T antivirale se faisant principalement par les précurseurs T du greffon. Des techniques de déplétion
portant à la fois sur les cellules T et sur les cellules B contenant l’EBV diminuent
considérablement ce risque. Dans son expérience relative à la purge de moelle allogénique par un anticorps monoclonal panlymphocytaire Campath1 (anti-CD52),
Hale a rapporté un risque actuariel de 1,3 % de développer une LP (30 % dans les
séries témoin) [38]. Papadopoulos a réinjecté des lymphocytes CD3+ du donneur
prélevés par cytaphérèse (1 × 106 CD3+/kg de poids) chez 5 patients présentant une
LP après greffe de moelle. Il a observé 5 rémissions complètes mais 2 décès liés à
une réactivation de la maladie du greffon contre l’hôte [39]. Cette réactivation peut
être évitée en utilisant des cellules T cytotoxiques anti-EBV.
Au cours des greffes d’organe, la tumeur se développe principalement sur les cellules du receveur. Une application potentielle de la thérapie cellulaire anti-EBV ne
peut être envisagée qu’en utilisant des lymphocytes autologues ou allogéniques
d’un donneur apparenté HLA-identique.
L’équipe de Memphis a utilisé en préventif et en curatif des CTL anti-EBV au cours
de greffes de moelle T déplétées de l’enfant [40–42]. Parmi 42 patients traités en prophylaxie, aucun n’a développé de LP EBV-induite, contrairement à 8/53 patients
(15 %) du groupe témoin. Trois patients ayant développé une LP ont été traités par
CTL et ont été mis en rémission. Les techniques de surveillance quantitative de la
charge virale EBV en postgreffe peuvent permettre d’instaurer ce type de traitement
chez des patients à risque, en réinjectant les CTL anti-EBV si la charge virale augmente, à titre préventif ou curatif précoce.
Au cours des greffes d’organe, certaines équipes ont amplifié des CTL anti-EBV à
partir des lymphocytes autologues avec succès [43]. La réinjection aux patients a
permis de faire chuter la charge virale à chaque réinjection. Il est donc possible de
dériver des CTL anti-EBV chez des patients greffés d’organe. Un protocole utilisant
des CTL anti-EBV compatibles dérivés de donneurs sains pour traiter des LNH
après greffe d’organe a permis d’obtenir chez 8 patients 4 réponses sans provoquer
de réaction du greffon contre l’hôte ni de rejet [44].
59
Modification des protéines virales
Les défauts d’expression de certaines protéines virales à la surface des cellules ont
été évoqués comme mécanisme d’échappement à la réponse immunitaire. L’utilisation d’agents déméthylants comme la 5-azacytidine ou l’arginine butyrate peut permettre la restauration de l’expression des protéines virales à la surface des cellules
tumorales et donc de l’immunogénicité. En induisant la transcription de la thymidine kinase, ces agents peuvent rendre la tumeur sensible à un traitement par le ganciclovir [45].
Chimiothérapie–radiothérapie
La chimiothérapie reste souvent le seul traitement lorsque la diminution de l’immunosuppression est un échec. Les polychimiothérapies utilisées restent celles le plus
souvent efficaces au cours des lymphomes chez l’immunocompétent (CHOP, PROMACE-CYTABOM, etc.). Leur toxicité est plus importante que chez l’immunocompétent, avec souvent une toxicité sur le greffon (rein, cœur, etc.). La mortalité
liée à ces traitements est très élevée. Cependant, la chimiothérapie semble efficace et
moins toxique au cours des LP dites « tardives ». Le choix de la chimiothérapie et
de son schéma d’administration dépend de l’organe greffé, en essayant de diminuer
la toxicité des anthracyclines au cours des greffes de cœur et d’adapter la chimiothérapie à la fonction rénale [46]. La chimiothérapie reste malheureusement la seule
arme thérapeutique au cours des LP du système nerveux central, dont le pronostic
est très sombre. Au cours des LP de type T (14 % environ), la majorité des patients
ont été traités par chimiothérapie [18]. Ces LP, souvent non associées à l’EBV, ont
un pronostic très péjoratif.
La radiothérapie est envisageable dans des LP localisées. Cohen a rapporté un
taux de survie de 20 % pour les LP traitées par radiothérapie [47].
Chirurgie
La chirurgie peut être proposée si la tumeur reste très localisée (tube digestif), en
associant une diminution de l’immunosuppression. Cependant, des rechutes sont
souvent observées [29].
Stratégies thérapeutiques
La diminution de l’immunosuppression reste la première attitude à adopter dès le
diagnostic. Lorsque cette mesure est efficace, la régression tumorale est lente, sur
plusieurs semaines, expliquant la difficulté à évaluer l’efficacité des traitements
appliqués successivement. En cas d’échec, si la tumeur est B, il faut proposer une
immunothérapie, si celle-ci est réalisable (anticorps monoclonaux). La thérapie cellulaire spécifique antivirale semble validée au cours des greffes de moelle, mais doit
faire l’objet d’une évaluation de sa faisabilité et de son efficacité au cours des greffes d’organe solide. La chimiothérapie est à envisager, soit de première intention
60
(LP de type T, localisation au système nerveux central), soit en cas d’échec de
l’immunothérapie. La radiothérapie n’a de place que dans les LP localisées. La
séquence optimale (diminution de l’immunosuppression, anticorps monoclonaux
seuls ou avec chimiothérapie, thérapie cellulaire) n’est pas connue et reste à valider
dans des protocoles prospectifs multicentriques.
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Camille Francès
Camille Francès
Service de dermatologie et allergologie, hôpital Tenon, Paris, France
RÉSUMÉ
L’allongement de la survie des transplantés d’organe a conduit à une augmentation importante des cancers cutanés dans cette population, suscitant une mobilisation des dermatologistes en collaboration avec les transplanteurs pour définir des règles de conduite curatives et
préventives.
Les carcinomes cutanés sont les tumeurs les plus fréquentes après transplantation d’organe.
Plusieurs facteurs interviennent dans leur genèse, notamment génétiques, environnementaux
et iatrogènes. Leur prévalence est particulièrement élevée chez les sujets de phototype clair,
âgés au moment de la transplantation, ayant eu un traitement immunosuppresseur de longue
durée avec de nombreuses expositions solaires et des kératoses multiples. La prévention
repose essentiellement sur l’éducation des transplantés, la photoprotection et le traitement
des lésions précancéreuses comme les kératoses. Ils sont traités par exérèse chirurgicale.
L’augmentation de la fréquence (multiplication par 2 à 8) des mélanomes ces dernières
années est en partie liée à un meilleur dépistage des formes précoces.
Quant à la maladie de Kaposi (MK), elle représente un modèle quasi expérimental de tumeur
viro-induite qui pose encore de nombreux problèmes non résolus. Elle apparaît lorsque
coexistent une infection par le virus herpès humain 8 (HHV-8) et une immunodépression. En
situation de transplantation, cette immunodépression est iatrogène, indispensable pour conserver la fonctionnalité de l’organe greffé. La surveillance clinique du transplanté diffère en
fonction de la date de contamination HHV-8 par rapport à la greffe.
Mots clés : Prévention. – Carcinomes cutanés. – Maladie de Kaposi.
INTRODUCTION
Après greffe d’organe, la majorité des manifestations cutanées en relation avec
l’insuffisance de l’organe transplanté régressent en quelques mois. Il en est ainsi du
prurit et de la mélanodermie diffuse qui contribue avec l’anémie au teint terreux
des insuffisants rénaux ; ou de la circulation collatérale, de l’ictère et des angiomes
stellaires des insuffisants hépatiques. En revanche, d’autres manifestations cutanées apparaissent, favorisées par l’immunosuppression chronique. Leur fréquence
augmente avec l’allongement de l’espérance de vie des malades. Certaines de ces
manifestations dermatologiques altèrent considérablement la qualité de vie des
64
transplantés et peuvent même parfois compromettre le pronostic vital, d’où la
nécessité d’une harmonisation de leur prise en charge et de mesures préventives
pour tenter de faire diminuer leur prévalence.
CARCINOMES CUTANÉS
Les carcinomes cutanés sont de loin les tumeurs les plus fréquemment observées
chez les transplantés, apparaissant en moyenne 20 à 30 ans plus tôt que dans le reste
de la population. Leur prévalence est élevée. Aux Pays-Bas, 10 % des transplantés
sont concernés 10 ans après la transplantation et 40 % 20 ans après la transplantation [1, 2]. En Australie, ces chiffres sont encore plus élevés, à 40 et 70 % respectivement [3]. Plusieurs facteurs interviennent dans la genèse de ces carcinomes,
notamment génétiques, environnementaux et iatrogènes.
FACTEURS GÉNÉTIQUES
Le phototype, défini en fonction de la couleur de la peau, la couleur des yeux, la couleur des cheveux et l’aptitude à bronzer, est le principal facteur génétique. En effet, les
carcinomes surviennent essentiellement chez les sujets à peau claire, aux yeux bleus
ou verts, aux cheveux roux ou blonds, qui bronzent difficilement [4, 5]. D’autres facteurs génétiques ont été incriminés, notamment le système d’histocompatibilité, qui
joue un rôle majeur dans la réponse immune vis-à-vis des antigènes viraux ou tumoraux. Ainsi, les transplantés porteurs de l’antigène HLA-A11 seraient partiellement
protégés des carcinomes, alors que ceux porteurs de l’antigène HLA-DR7 ou HLAB27 seraient plus exposés [6]. Le polymorphisme génétique des enzymes intervenant
dans la détoxication des ions superoxydes générés par les ultraviolets, comme la glutathion S transférase, pourrait également intervenir [7, 8]. Il sera vraisemblablement
possible dans les prochaines années de distinguer un sous-groupe de transplantés
génétiquement exposés à un risque élevé de cancers cutanés sur lequel devront principalement porter les efforts de prévention.
FACTEURS ENVIRONNEMENTAUX
L’irradiation solaire, notamment aux ultraviolets (UV), est un facteur de risque majeur
des carcinomes des transplantés, qui sont localisés principalement sur les zones exposées. Ce facteur explique les variations de prévalence des carcinomes du transplanté
en fonction des pays et à l’intérieur d’un pays en fonction de la latitude. L’irradiation
totale reçue depuis la naissance par le transplanté semble intervenir, d’où l’importance
d’une éducation de toute la population vis-à-vis du risque solaire. Les mécanismes de
photocarcinogenèse, encore incomplètement compris, font notamment intervenir les
altérations photo-induites de l’ADN, qui induisent des mutations ; l’activation de
65
Camille Francès
l’ornithine décarboxylase, qui joue un rôle de promotion ; la peroxydation lipidique,
qui induit la génération d’aldéhydes mutagènes ; la photo-immunosuppression en rapport avec une diminution des cellules présentatrices d’antigènes de l’épiderme (cellules de Langerhans) ; et enfin la libération photo-induite par les kératinocytes de cytokines immunosuppressives. Cette action immunosuppressive explique la tolérance des
cancers photo-induits. Les infections virales à papillomavirus humains (PVH) ont probablement aussi un rôle dans l’oncogenèse cutanée des transplantés. En effet, ces
infections sont particulièrement fréquentes dans cette population. Les PVH ont été
détectés en peau normale (32 %) avec un réservoir dans les follicules pileux, sur les
lésions kératosiques précédant les carcinomes ou qui leur sont associées, et dans les
carcinomes des transplantés [9]. Ainsi, dans l’étude de Harwood et al., des acides
désoxyribonucléiques de PVH ont été mis en évidence dans 82,5 % des carcinomes
épidermoïdes, 75 % des carcinomes basocellulaires, et 88 % des lésions kératosiques
[10]. Les PVH étaient souvent multiples au sein d’une même lésion, avec une nette
prédominance des types de l’épidermodysplasie verruciforme. Les mécanismes exacts
du rôle des PVH dans la carcinogenèse ne sont pas encore clairement élucidés. Un
effet promoteur de divers PVH ou de certains d’entre eux serait possible en coordination avec d’autres facteurs, telle l’irradiation solaire.
FACTEURS IATROGÈNES
L’immunosuppression thérapeutique chronique prescrite dans le but d’obtenir la
tolérance du greffon est un facteur important à l’origine de l’augmentation de la prévalence des carcinomes cutanés dans la population des transplantés par rapport à
une population non immunodéprimée. Bien que le degré d’immunodépression et les
différents médicaments utilisés aient probablement un rôle propre, aucune étude ne
permet actuellement d’incriminer plus particulièrement un schéma d’immunosuppression par rapport à un autre, alors que certains immunosuppresseurs tels que
l’azathioprine sont connus pour être mutagènes. Il n’existe d’ailleurs pas chez le
transplanté de critère simple et fiable, comparable au taux de CD4 chez les sujets
infectés par le VIH, qui permette de quantifier l’importance de l’immunodépression.
Un consensus existe en revanche quant à la corrélation entre la durée de l’immunosuppression et l’augmentation de la prévalence des carcinomes cutanés.
AUTRES FACTEURS
L’âge au moment de la transplantation est un facteur important, les carcinomes
apparaissant beaucoup plus rapidement après la transplantation chez les sujets âgés
que chez les sujets jeunes. Bien que, dans certaines études, la prévalence des carcinomes ait été trouvée plus élevée chez les transplantés cardiaques que chez les
transplantés rénaux, en fait le type d’organe transplanté n’intervient pas dans les
66
analyses multifactorielles [4]. L’intoxication tabagique passée ou présente pourrait
être associée à une augmentation du risque de carcinome épidermoïde [11].
Dans une étude cas-témoins (99 cas/169 témoins), rapportée à la Société française
de dermatologie, P. Joly a mis en évidence que les carcinomes épidermoïdes étaient
significativement associés à la durée médiane d’exposition solaire, à un nombre
plus élevé de rejets, à une dose cumulée élevée d’immunosuppresseurs, aux papillomes ou nappes verruqueuses, mais non aux verrues planes ou vulgaires [12].
CLINIQUE
Dans la population caucasienne, les carcinomes basocellulaires (b) sont plus fréquents que les carcinomes épidermoïdes (e), le rapport e/b étant en moyenne de
0,14. Chez les transplantés, les carcinomes épidermoïdes sont plus fréquents, avec
des rapports e/b variant de 0,7 à Glasgow jusqu’à 5,9 à Brisbane [13]. Les carcinomes épidermoïdes ont un aspect clinique souvent atypique : nodule ulcéré évoquant
un kérato-acanthome, verrue vulgaire à base parfois érythémateuse ou douloureuse,
ou aspect de kératose inflammatoire. En revanche, les carcinomes basocellulaires
n’ont pas de particularité séméiologique et conservent leur grand polymorphisme
clinique : lésion perlée, pigmentée, ulcérée, cicatricielle, sclérodermiforme ou
érythémato-squameuse pouvant simuler une maladie de Bowen. Alors que les carcinomes épidermoïdes sont électivement localisés sur les zones exposées, les carcinomes basocellulaires se développent également sur le dos.
Le traitement des carcinomes cutanés est essentiellement chirurgical, avec exérèse
carcinologique de la lésion. Il est indispensable de reprendre les exérèses incomplètes
avec une marge de sécurité suffisante. Dans certains cas, heureusement relativement
peu nombreux, l’évolution de ces carcinomes est très sévère, avec extension profonde
et destructrice, risque de dissémination fatale. Les facteurs considérés comme de mauvais pronostic sont la localisation céphalique de la tumeur, une croissance rapide, une
tumeur épaisse avec atteinte de l’hypoderme et des plans sous-jacents, une dédifférenciation cellulaire en histologie. Dans ces cas, la réduction du traitement immunosuppresseur doit être d’emblée discutée. Elle doit également être envisagée en cas de carcinomes multiples et récidivants. La radiothérapie n’est utilisée qu’en deuxième
intention ou en cas de contre-indication du traitement chirurgical.
Après un premier carcinome épidermoïde, le risque de survenue d’un deuxième a
été évalué à 30 % à 1 an et plus de 50 % à 3 ans [14, 15]. L’intérêt de remplacer
l’anticalcineurine par un dérivé de la rapamycine est probable. Le sirolimus, inhibiteur de mTOR (mammalian target of rapamycin), possède en effet des activités
immunosuppressives couplées à une activité antitumorale. Dans deux études rétrospectives, l’incidence de nouvelles tumeurs cutanées a été pratiquement réduite de
moitié [16, 17]. Ces résultats semblent confirmés par une étude prospective en cours.
67
Camille Francès
PRÉVENTION
La prévention des carcinomes repose sur l’éducation des transplantés, sur la photoprotection et sur la destruction systématique des dermatoses précarcinomateuses telles
que les kératoses et la maladie de Bowen. L’éducation des transplantés est fondamentale. Elle doit être faite le plus tôt possible. À cette fin, une fiche d’information rédigée
par les membres du groupe Peau et greffe d’organe de la Société française de dermatologie est donnée à tous les transplantés. Une visite annuelle chez un dermatologue est
préconisée. Celui-ci doit s’assurer à chaque consultation que les messages de cette
fiche ont été bien compris. L’auto-examen cutané y est expliqué avec le dogme que
tout bouton, croûte ou plaie ne guérissant pas rapidement doit être montré à un médecin. Les mesures de photoprotection y sont largement expliquées, notamment les intérêts de la photoprotection vestimentaire et les limites des écrans solaires [13].
Le traitement systématique des dermatoses précarcinomateuses comporte la destruction des kératoses par cryothérapie ou application locale de 5-fluoro-uracile. Les
maladies de Bowen sont volontiers atypiques, se présentant comme une kératose, un
kérato-acanthome, une verrue ou un carcinome épidermoïde. Aussi la confirmation
histologique du diagnostic est-elle indispensable avant d’envisager une destruction
locale par laser CO2 ou cryothérapie. Des applications locales de 5-fluoro-uracile
isolé ou en association avec de l’imiquimod – faisant sécréter de l’interféron – sont
des alternatives thérapeutiques. Au moindre doute diagnostique, l’exérèse chirurgicale est préférable.
MÉLANOMES
L’incidence des mélanomes est plus élevée (× 2 à 8) que dans la population témoin
[18]. Du fait de l’intensification et de l’harmonisation européenne et américaine de
la surveillance dermatologique des transplantés, un plus grand nombre de mélanomes est actuellement dépisté à un stade précoce sans augmentation de la mortalité.
Le traitement est chirurgical. La prévention repose sur la protection solaire et le
dépistage des formes précoces par l’autosurveillance et l’examen dermatologique
systématique.
MALADIE DE KAPOSI
La maladie de Kaposi (MK) est, à l’opposé des carcinomes, une maladie rare en
France. Elle apparaît lorsque coexistent une infection par le virus herpès humain 8
(HHV-8) et une immunodépression.
Épidémiologie et facteurs de risque
La prévalence de la MK après transplantation d’organe semble corrélée avec la prévalence de l’infection HHV-8 dans la population générale (tableau 1) [19]. Dans une
68
étude prospective épidémiologique nationale, ayant débuté en octobre 2000, portant
actuellement sur 1907 donneurs et 2534 receveurs de rein, la séroprévalence globale
chez les donneurs est de 1,15 % et chez les receveurs de 2,81 %, avec des variations
régionales, les zones de séroprévalence les plus élevées étant en Île-de-France et
dans le Midi. Différents modes de contamination par HHV-8 sont possibles. Le
virus est excrété par les muqueuses, notamment celles de la sphère oropharyngée
[20]. Dans les régions à forte séroprévalence, la transmission prédominante semble
être intrafamiliale (transmission mère–enfant et transmission à l’intérieur de la fratrie) [21]. À l’inverse, la transmission sexuelle semble prédominante dans les pays
occidentaux, surtout chez les homosexuels. Dans ces pays, le risque de transmission
du HHV-8 par les dérivés sanguins est faible [22, 23] mais possible [24]. La possibilité de transmission du virus par la transplantation d’un organe provenant d’un sujet
contaminé a été formellement démontrée [25] ; les risques de cette transmission
sont probablement faibles, avec cependant la possible constitution d’un tableau
sévère de primo-infection associant fièvre, cytopénies et syndrome d’activation
macrophagique. Des adénopathies, une MK ou des proliférations lymphoplasmocytaires peuvent être également présentes. La prévalence de la MK chez les malades
préalablement séropositifs ou développant une séroconversion après la transplantation n’a été calculée que dans des séries limitées (9/32 et 2/25 respectivement)
[26, 27]. La MK apparaît plus souvent chez les sujets préalablement infectés avant
la transplantation [27–30]. Le rôle respectif de cofacteurs favorisant ou prévenant la
survenue d’une MK a été soulevé par de nombreux auteurs [31, 32] sans être confirmé dans de grandes séries : choix des immunosuppresseurs, co-infections bactériennes – notamment tuberculeuse – [26] ou virales, traitement par le ganciclovir ou
le valaciclovir.
Prise en charge de la MK du transplanté
Les lésions cutanées, présentes dans 90 % des cas, sont multiples, localisées ou diffuses, souvent précédées d’un œdème lymphatique. Les lésions viscérales sont
essentiellement digestives, ganglionnaires et pulmonaires. La confirmation histologique du diagnostic est indispensable, montrant une double prolifération cellulaire
constituée de cellules fusiformes et vasculaires avec réaction de Perls positive. La
conduite thérapeutique n’est actuellement pas codifiée. La MK du transplanté pose
un problème cornélien au clinicien, partagé entre deux souhaits souvent
contradictoires : celui d’enrayer l’évolutivité de la MK, ce qui impose une réduction
de l’immunosuppression iatrogène, et celui de conserver la fonctionnalité de
l’organe transplanté, ce qui exige le maintien de cette immunodépression. La régression totale des lésions de Kaposi ne doit pas être l’objectif à atteindre quel qu’en
soit le prix, certains malades préférant notamment garder une bonne fonctionnalité
rénale avec une MK stable et peu gênante.
69
Camille Francès
Tableau 1. Prévalence de la maladie de Kaposi chez le transplanté d’organe.
Origine
géographique
Île-de-France
Lyon/Saint-Étienne
T. rénale %
(n de MT)
T. cardiaque
% (n de MT)
T. hépatique
% (n de MT)
T. organe
% (n de MT)
0,45 (6229)
0,41 (967)
1,24 (727)
0,52 (7923)
1,5 (389)
0 (267)
2 % (150)
Rennes
0 (804)
Suisse (Genève)
0,97 (206)
Espagne (Madrid)
0,5 (609)
Italie (Milan)
1,5 (854)
Italie (Rome)
3,3 (302)
Arabie Saoudite
4,1 (630)
Afrique du Sud
0,5 (989)
Israël
2,4 (330)
11 (18)
États-Unis (Cincinnati)
4,3 (8191)
États-Unis (Pittsburgh)
0,12 (1657)
États-Unis (Détroit)
Canada (Toronto)
0,98 (102)
0,54 (1300)
0,54 (189)
0,94 (426)
0,57 (2099)
MT : malades transplantés ; n : nombre ; T : transplantation.
En l’absence de risque vital immédiat, la réduction de l’immunodépression doit
être progressive, quelle que soit l’extension de la MK, avec des paliers d’au moins
3 mois. En effet, le délai moyen entre la première baisse du traitement immunodépresseur et la stabilisation était dans notre expérience de 4 mois [32]. Le remplacement le plus précoce possible de l’anticalcineurine par le sirolimus a permis de faire
disparaître la MK dans une vingtaine d’observations de la littérature, dont une avec
atteinte viscérale [33, 34]. Dans les cas où ce remplacement est fait tardivement, il
peut être inefficace, avec des échappements possibles après plusieurs mois [35].
Une destruction des lésions cutanées est envisagée en cas de gêne esthétique (cryothérapie, chirurgie, laser, etc.). La présence d’un handicap fonctionnel ou d’un risque vital peut conduire à envisager une chimiothérapie (anthracycline liposomique,
taxanes).
70
Prévention
L’évaluation précise du risque de MK transmise par le greffon ou secondaire à une
infection préalable à la greffe ainsi que l’identification des facteurs associés au
développement de la MK permettront dans un avenir proche de prévenir cette maladie tumorale souvent handicapante pour les malades, très rarement mortelle à condition d’être correctement prise en charge.
CONCLUSIONS
Le développement de consultations spécialisées pour la prise en charge des maladies cutanées des transplantés d’organe dans chaque service de dermatologie, ainsi
que la mise en commun de toutes nos expériences au sein d’un groupe d’étude de la
Société française de dermatologie permettent de mettre en œuvre assez rapidement
des programmes de prévention et d’espérer apprécier d’ici quelques années leurs
effets bénéfiques.
Références
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71
Camille Francès
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73
Marc Peschanski
Thérapie cellulaire, de la recherche fondamentale à l’essai clinique dans la maladie de Huntington
Thérapie cellulaire, de la recherche fondamentale
à l’essai clinique dans la maladie de Huntington
Marc Peschanski
Inserm U421/Istem, Évry, France
INTRODUCTION
La maladie de Huntington est une affection neurodégénérative caractérisée par une
perte progressive des cellules et une atrophie du corps strié et du néocortex. Héréditaire, elle se transmet sur un mode autosomique dominant. Les premiers symptômes
apparaissent seulement à l’âge adulte (médiane entre 35 et 40 ans). Ils se composent
d’une triade associant des troubles cognitifs, des mouvements anormaux et des troubles du comportement qui s’aggravent progressivement pour conduire à un tableau
de démence et au décès après 15 à 20 ans d’évolution. La nature des symptômes
neurologiques et psychiques, les données de l’imagerie et les constatations anatomopathologiques convergent pour montrer que le processus dégénératif à l’œuvre
dans la maladie de Huntington affecte en premier lieu et principalement le corps
strié, et plus spécifiquement les neurones de Golgi de type II ou neurones épineux
moyens (medium spiny neurons) [1]. La neurodégénérescence se manifeste par une
atrophie progressive du noyau caudé et du putamen et par une diminution du métabolisme du corps strié antérieures à l’apparition des symptômes cliniques [2]. Aux
stades plus avancés, il s’y associe une diminution de l’activité métabolique puis une
atrophie du cortex cérébral.
HISTORIQUE
Il n’est pas surprenant que la maladie de Huntington, par ses manifestations étranges, ait pu engendrer dans l’histoire des interprétations de type magique. L’épisode
le plus tristement célèbre est celui du procès des « sorcières de Salem » en 1692
dans le Massachusetts. D’après la description qu’en ont donnée les chroniqueurs de
l’époque, il est vraisemblable que nombre des « sorcières » souffraient en réalité de
la maladie de Huntington. Leurs mouvements désordonnés et leur comportement
déviant les ont fait accuser d’être possédées par le diable.
76
En avril 1872, un jeune médecin de 22 ans, George Huntington, lui-même fils de
médecin, publie dans l’hebdomadaire The Medical and Surgical Reporter de Philadelphie un article fondateur simplement intitulé « On chorea » [3]. S’appuyant sur
des observations de patients de son père, il donne une description des symptômes de
la maladie et souligne son caractère héréditaire. Elle gardera son nom.
Le XXe siècle est celui de la recherche du gène en cause. Dès 1981, Nancy Wexler,
chercheur à l’Université de Columbia, entreprend des travaux au Venezuela parmi
les riverains du lac Maracaibo, où vit la plus vaste famille au monde
(4200 membres) touchée par la maladie [4]. Cette équipe montre qu’il existe des
interactions entre l’anomalie génétique et l’environnement.
En 1983, un marqueur génétique étroitement lié à la maladie de Huntington est
découvert sur le bras court du chromosome 4 [5]. Dix ans plus tard, l’anomalie responsable de la maladie est enfin découverte [6].
Au tournant du siècle apparaissent les premières publications sur les résultats en
clinique humaine des thérapies cellulaires de la maladie de Huntington. L’équipe
française de Créteil a été pionnière dans ce domaine en réalisant dès 1996 la première greffe de précurseurs neuronaux en France [1].
SUPPORT GÉNÉTIQUE ET PHYSIOPATHOLOGIE
La maladie de Huntington est monogénique. Le gène responsable, baptisé IT15, se
situe sur le bras court du chromosome 4, en 4p16.3 [4]. Il contient dans sa région
codante un triplet répété C-A-G dont le nombre de répétitions est chez le sujet sain
inférieur à 30. Chez les sujets atteints, le nombre de répétitions du triplet nucléotidique est augmenté, ce qui permet de diagnostiquer la maladie avant tout symptôme
clinique. Plus le nombre de répétitions est élevé, plus la maladie se développe précocement. Au triplet répété C-A-G dans le gène correspond une polyglutamine
(poly-Q) dans la protéine codée par le gène. Le rôle physiologique de cette protéine,
dénommée huntingtine (htt), est encore largement inconnu [7]. Bien que le mécanisme de la cytotoxicité ne soit pas entièrement élucidé, on sait que la protéine
mutée est dotée de propriétés d’agrégation anormales et d’une cytotoxicité pour les
cellules nerveuses in vitro [8]. On ignore en revanche pourquoi la toxicité de la protéine se manifeste quasi exclusivement dans le corps strié et le cortex.
À mesure que la connaissance de la physiopathologie progresse, les pistes de recherche visant à contrecarrer le processus dégénératif se multiplient [9–11]. L’une des
voies les plus prometteuses à ce jour est celle des « petits ARN interférents » ou
siARN [12]. Cependant, il n’existe à ce jour aucune possibilité thérapeutique validée,
ni préventive ni curative, pour empêcher l’apparition des symptômes ou enrayer leur
aggravation. C’est pourquoi les recherches en transplantation neuronale dans la maladie de Huntington demeurent pleinement justifiées [13].
77
Marc Peschanski
APPORT DES MODÈLES ANIMAUX
Jusqu’à la découverte du gène muté, la recherche expérimentale a souffert du défaut de
modèles animaux réellement représentatifs de la maladie humaine. Des progrès importants ont été accomplis grâce à la production de différentes lignées de souris transgéniques, incorporant dans leur génome diverses portions du gène humain anormal. L’étude
des symptômes et des lésions développées par ces souris tend à montrer que les dysfonctionnements cellulaires sont la clé de la maladie et non la mort des cellules. Ces résultats
représentent un encouragement majeur pour la recherche de modalités thérapeutiques
tendant à corriger ou empêcher le dysfonctionnement chez l’homme.
TRANSPLANTATION DE TISSUS EMBRYONNAIRES CHEZ LA SOURIS
Avant de développer des essais cliniques de transplantation chez l’homme, il était
indispensable de valider chez l’animal de laboratoire les hypothèses sous-jacentes et
les protocoles.
La description complète de ces études dépasserait le cadre du présent exposé.
Elles ont montré que les cellules fœtales d’âge gestationnel compris entre 8 et
10 semaines représentent une source de cellules striées capables in situ de se différencier en neurones fonctionnels. Les études précliniques ont également permis de
mettre au point des protocoles de transplantation qui ont servi de base aux premiers
essais chez l’homme [14].
ESSAIS CLINIQUES CHEZ L’HOMME
S’appuyant sur les études expérimentales et précliniques, les premières tentatives de
transplantation neuronale chez l’homme ont été menées dès les années 1990. Les
observations rapportées à Cuba, en Tchécoslovaquie et au Mexique se sont révélées
encourageantes, mais les conditions aussi bien éthiques que scientifiques de ces
transplantations n’étaient pas satisfaisantes.
Avec une série de 14 patients rapportée en 1998, une équipe américaine a confirmé la faisabilité de la procédure de transplantation. Une amélioration clinique a
été obtenue, et des preuves de la survie et de la différenciation du greffon ont été
apportées par l’IRM [15].
TRANSPLANTATIONS À L’HÔPITAL HENRI-MONDOR
L’équipe de l’hôpital Henri-Mondor de Créteil a été la première à évaluer les bénéfices cliniques des transplantations neuronales pour maladie de Huntington par rapport à des critères définis à l’avance et reproductibles [16]. Elle a aussi été la première à donner une description complète des méthodes et des résultats, incluant une
imagerie fonctionnelle.
78
Un rapport préliminaire publié en 2000 [17] a montré des résultats prometteurs
suite à l’implantation intrastriatale de précurseurs neuraux et de neuroblastes striataux chez des patients atteints de maladie de Huntington. Parmi les cinq patients
greffés, quatre ont démontré une amélioration clinique claire des fonctions cognitives (figure 2) et motrices, bien corrélée avec la présence de sites de dépôts de cellules visibles en IRM. De plus, l’imagerie fonctionnelle par tomographie à émission
de positons après administration de 18-fluoro-désoxyglucose (TEP-scan) démontrait une augmentation significative de l’activité métabolique dans ces sites de
dépôts, ainsi que dans des secteurs corticaux frontaux reliés au striatum (figure 1)
[18]. L’amélioration a persisté plusieurs années chez trois des patients, alors que
chez le quatrième une perte soudaine et simultanée de l’amélioration clinique et des
signaux d’IRM et de TEP-scan est survenue. Chez les autres patients, un déclin
secondaire s’est enclenché 3 à 6 ans après la greffe, cohérent avec le caractère substitutif mais non neuroprotecteur de la procédure [19].
Ces résultats incomplets mais encourageants doivent avant tout être considérés
comme la preuve de validité du concept même de la greffe (proof of principle). Ils
ont dès lors justifié l’organisation d’une étude multicentrique et randomisée de plus
grande envergure.
FDG uptake
in grafts
Figure 1. Imagerie par résonance magnétique et scintigraphie par émission de positons après transplantation intracérébrale de cellules neurales fœtales au cours de la maladie de Huntington. À gauche :
IRM cérébrale en coupe horizontale permettant de repérer les greffons dans le noyau caudé (Ca) et
dans le putamen (Pu). À droite : scintigraphie au 18-fluorodésoxyglucose montrant une captation forte
du traceur par les greffons, ce qui témoigne de leur activité métabolique (d’après Marc Levivier et al.,
HI Erasme, Bruxelles, 2003).
79
Marc Peschanski
Avec la promotion de l’Assistance Publique–Hôpitaux de Paris et un financement du ministère de la Santé, un consortium clinique, le réseau MIG-HD (multicentric intracerebral grafting in Huntington’s disease) a été organisé pour
élargir les essais à 60 patients dans 6 centres (Créteil, Angers, Bruxelles, Lille,
Nantes/Rennes, Toulouse) dans le cadre d’une étude randomisée contrôlée avec
52 mois de suivi par patient. Des centres cliniques européens supplémentaires
sont venus s’ajouter au groupe francophone fondateur et ont d’ores et déjà commencé (Cambridge, Fribourg, Ulm) ou projettent (Cardiff, Lausanne, Milan) de
greffer des patients. Tous les groupes européens ont ainsi joint leurs forces pour
partager leurs compétences, appliquer des protocoles communs, évaluer les
résultats selon les mêmes échelles et les mêmes critères. Cette démarche doit
permettre de fournir à la communauté clinique une réponse claire quant au
potentiel thérapeutique de la greffe intrastriatale des précurseurs neuraux et des
neuroblastes striataux fœtaux.
UTILISATION DE CELLULES SOUCHES EMBRYONNAIRES
Ce que nous devons viser pour l’avenir, si comme nous l’espérons l’essai en cours
valide pleinement le concept, est d’avancer vers des procédures qui nous permettent
d’inclure tous les patients qui en ont besoin sans être gênés par la lourde logistique
nécessaire pour rechercher et préparer le tissu à greffer dans le laps de temps directement lié à l’acte chirurgical. Nous avons besoin de cellules qui puissent être produites à volonté pour servir tous les neurochirurgiens impliqués. Les cellules fœtales
striatales humaines n’ont pas montré des propriétés compatibles avec cet objectif, en
dépit de nombreuses tentatives. Les cellules souches embryonnaires humaines peuvent, en revanche, répondre à ce défi, car elles sont à la fois dotées de capacités
d’autorenouvellement et de différenciation. Par leurs capacités d’autorenouvellement, elles peuvent être amplifiées in vitro à volonté. Sous certaines conditions,
elles peuvent aussi – du moins en théorie – être différenciées dans n’importe quel
phénotype cellulaire [20]. La réalité de cette différenciation et sa stabilité au cours
du temps dépendent toutefois de la mise au point de protocoles dont seuls quelques
modèles sont aujourd’hui disponibles.
Les sources possibles de cellules souches embryonnaires sont la fécondation in
vitro et les embryons soumis aux procédures de diagnostic génétique préimplantatoire. Les cellules souches embryonnaires peuvent être cultivées in vitro et leur
potentiel thérapeutique dans la maladie de Huntington est double : soit comme
source directe de cellules pour la thérapie biologique cellulaire, soit comme cellules productrices de protéines ciblées, en utilisant les outils de la génomique fonctionnelle pour induire la surexpression ou l’extinction génique dans des conditions de criblage à haut débit. Ces recherches sont menées en France au sein du
80
Génopole d’Évry par l’Institut des cellules souches pour le traitement et l’étude
des maladies monogéniques (I-STEM). Parmi d’autres thèmes de recherche sur
les maladies génétiques, l’I-STEM étudie la possibilité de produire à partir de cellules souches embryonnaires natives des neurones striataux GABA-ergiques différenciés (figure 2) susceptibles de remplacer les tissus neuraux fœtaux pour la
greffe intracérébrale chez les patients atteints de maladie de Huntington. Par
immunofluorescence, nous avons pu montrer que plus de 20 % des cellules souches convenablement cultivées exprimaient la phosphoprotéine DARP-32 (dopamine and c-AMP related phosprotein), la plus spécifique de la différenciation
striatale, impliquée dans la neurotransmission dopaminergique et les réponses
striatales au NMDA. Cette expression apporte la preuve de la différenciation
GABA-ergique des cellules souches embryonnaires.
Jours :
0
20-30
Facteurs
d’hyperstimulation
Induction neurale
CSEH
sur cellules
nourricières
CSEH
sur cellules
stromales
25-35
BDNF
Milieu KSR
Différenciation
neurale
Progression
neurale
Rosettes
Conditions
« standard » :
> 40
BDNF, SHH
Neurones
BDNF, AMpc
Milieu N2
MS5
Poly-ornithine/laminine
± DKK,
± FG2, ± SB
Variation de l’identité
dorsoventrale
Figure 2. Différenciation de cellules souches embryonnaires humaines (hES) en cellules neurostriatales GABA-ergiques. BDNF : brain-derived neurotrophic factor ; DKK : protéine dickkopf ; FGF :
fibroblast growth factor ; SHH : protéine sonic hedgehog.
CONCLUSION
Nous sommes entrés dans une période extrêmement riche en découvertes fondamentales, en recherche expérimentale et en études cliniques dans la maladie de
Huntington. Les approches thérapeutiques de type déterministe (corriger les anomalies induites par l’anomalie génétique) et les approches plus pragmatiques (les transplantations) ne sont pas concurrentes mais complémentaires. Elles ne doivent pas
81
Marc Peschanski
faire négliger la prise en charge globale, à la fois psychologique, neurologique,
sociale et familiale. Il est permis d’espérer que le nouveau siècle sera celui de progrès décisifs dans la lutte contre cette maladie dévastatrice.
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82
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83
Marisa Jaconi, Esther Bettiol
Les cellules souches embryonnaires
et la thérapie cellulaire du cœur
Département de pathologie et immunologie, Faculté de médecine, Genève, Suisse
RÉSUMÉ
Afin de trouver de nouveaux traitements contre l’insuffisance cardiaque, la recherche biomédicale a essentiellement centré ses efforts sur le soutien des cardiomyocytes restants, déjà surchargés. Ces dernières années, le concept de thérapie cellulaire comme possibilité de traitement des maladies cardiaques a permis d’ouvrir une nouvelle direction de recherche. Ce
concept implique la génération de cardiomyocytes in vitro et leur injection dans le myocarde
afin d’en améliorer la fonction. Ces cellules cardiaques pourraient être obtenues à partir de cellules souches embryonnaires ou adultes. Les connaissances que nous avons des mécanismes
fondamentaux de différenciation cardiaque, qui furent d’abord étudiés sur des modèles animaux in vivo, peuvent maintenant être complétées en utilisant des modèles de cardiogenèse in
vitro. Ceux-ci comprennent les cellules souches carcinomateuses de souris, les cellules souches embryonnaires de souris et, depuis peu, les cellules souches embryonnaires humaines. Par
ailleurs, des études récentes indiquent l’existence de cellules souches cardiaques dans le cœur
adulte et posent la question de leur possible utilisation pour la thérapie cellulaire autologue cardiaque. Nous avons comparé ici les spécificités propres des cellules souches embryonnaires
relatives à leur potentiel de différenciation en cardiomyocytes et nous résumons ce que ces
modèles in vitro nous ont appris sur les mécanismes de différenciation cardiaque. Nous passons ensuite en revue l’état de la thérapie cellulaire cardiaque à l’aide de cellules souches
embryonnaires. Nous décrivons enfin les dernières avancées dans le domaine de l’ingénierie
tissulaire comme stratégie de reconstruction optimale du tissu myocardique.
INTRODUCTION
Le cœur est un organe fascinant qui a toujours éveillé un grand intérêt. Traditionnellement représenté comme étant l’endroit où se trouvent les sentiments, le cœur est
cependant devenu le siège d’une des pathologies les plus communes et meurtrières de
notre temps et, donc, un des plus grands défis de la médecine moderne. Les maladies
cardiovasculaires sont une des causes principales de morbidité et de mortalité dans
les pays développés et les pays en voie de développement. C’est pourquoi la compréhension des mécanismes du développement cardiaque est devenue indispensable,
84
non seulement dans un but de recherche fondamentale et de connaissances de base,
mais aussi afin de permettre le développement de nouveaux traitements.
Contrairement à certains autres organes comme le foie, la peau ou l’os, le muscle
cardiaque n’est pas capable de se régénérer à la suite d’une blessure. Des études
poussées sur des cœurs fœtaux et adultes de mammifères, ainsi que sur des cardiomyocytes isolés, ont été essentielles par le passé pour permettre le développement
de traitements pharmacologiques et chirurgicaux de l’insuffisance cardiaque.
Cependant, ces traitements n’agissent que sur les cardiomyocytes restants [1] qui
sont déjà soumis à une surcharge de travail mécanique, ce qui mène inévitablement
à l’insuffisance cardiaque terminale.
La thérapie cellulaire cardiaque, aussi appelée médecine régénérative du cœur, se
profile comme une manière d’aider un cœur lésé en implantant de nouvelles cellules
saines qui remplaceront les cardiomyocytes morts et pourront ainsi régénérer le myocarde. La survie de cellules cardiaques exogènes après implantation dans le myocarde
a été démontrée, mais des études plus poussées sont encore nécessaires afin de déterminer si les cellules greffées sont fonctionnelles, couplées électriquement avec le
myocarde environnant et capables d’une performance contractile synchrone.
Quelle serait la meilleure source de cellules permettant de répondre au mieux à ces
conditions ? De nombreux laboratoires essaient actuellement de répondre à cette question, aussi bien par des études in vivo qu’in vitro. Des cardiomyocytes produits in
vitro, ou du moins des précurseurs à destinée cardiaque, seraient une source de choix.
Cependant, pour en obtenir une quantité suffisante pour la transplantation, pouvant
ainsi accomplir et assurer une fonction correcte du cœur, une connaissance approfondie des mécanismes fondamentaux de différenciation cardiaque s’impose. Dans cette
revue, nous décrivons les différents types de cellules souches embryonnaires capables
de se différencier en cardiomyocytes in vitro et résumons plus en détail ce que ces
modèles de différenciation in vitro nous ont appris sur la cardiogenèse.
Mécanismes de différenciation cardiaque in vivo
In vivo, les cardiomyocytes dérivent du mésoderme latéral. Des études conduites sur la
drosophile et sur les embryons d’amphibiens ou de poulet nous ont permis de mieux
comprendre certains des mécanismes menant à la cardiogenèse et à la différenciation
cardiaque. Le rôle prépondérant de facteurs de croissance et de morphogènes qui ont
un effet pro- ou anticardiogénique est crucial dans ce processus. Ces facteurs sont
sécrétés durant l’embryogenèse par les cellules d’origine endodermique, mésodermique ou ectodermique, qui entourent le mésoderme cardiogénique. Ils activent une
série de cascades de signaux qui induisent séquentiellement et temporellement
l’expression de facteurs de transcription cardiaques. Ceux-ci vont déclencher le programme d’expression de tous les gènes menant au développement d’un cardiomyocyte fonctionnel [2–4]. La figure 1 résume les voies de signalisation identifiées grâce à
85
ces modèles. La caractérisation des effets complexes de ces facteurs de croissance, des
cascades de signaux qu’ils activent ou inhibent, ainsi que de leurs gènes cibles est très
importante pour permettre un jour de pouvoir 1) spécifiquement diriger la différenciation de cellules souches embryonnaires en cardiomyocytes et 2) éventuellement
accomplir la reprogrammation de cellules souches issues d’autres tissus.
Des facteurs procardiogéniques cruciaux sont sécrétés par l’endoderme, comme plusieurs membres de la superfamille du facteur de croissance transformant β (TGF-β) [5].
Par exemple, le traitement d’explants d’embryon de Xenopus Laevis avec de l’activine
A peut induire la différenciation cardiaque [5]. De manière similaire, l’application
simultanée des facteurs tels que la bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) et le fibroblast growth factor-4 (FGF-4) peut déclencher la cardiogenèse à partir de mésoderme
non précardiaque d’embryons de poulet [7]. Cripto, facteur exprimé dans le mésoderme précoce de souris [8], a également un effet permissif en permettant à Nodal,
autre membre de cette superfamille du TGF-β, de se lier à son récepteur [9, 10].
Superfamille
du TGFβ :
Noggin
BMPs
FGFs
TGFβ
Nodal
Facteurs
de transcription
Nkx2.5, Nkx2.6
GATA 4,5,6
MEF2A,B,C,D
Tbx5, Tbx20
Cripto
Wnt1,3,8
(voie canonique)
Wnt11
(voie non canonique)
Figure 1. Schéma général des différentes familles de facteurs de croissance impliquées dans la différenciation cardiaque. Les résultats résumés dans cette figure ont été obtenus dans des modèles animaux comme
la drosophile, la souris et avec des embryons d’amphibiens et de poulet. L’activation des voies de signalisation en aval induit l’expression de facteurs de transcription de type Nkx, MEF2, GATA et T-box.
86
La Wnt/β-caténine joue aussi un rôle important in vivo [11]. La voie canonique,
impliquant Wnt1, 3 et 8 et qui conduit à l’activation de la β-caténine, a un effet anticardiogénique. En effet, le knock-out conditionnel du gène de la β-caténine dans
l’endoderme définitif induit une expression ectopique de BMP-2 et la formation de
cœurs multiples [12]. Certains antagonistes de la voie canonique comme Dickkopf1 ou Crescent jouent un rôle indirect dans l’induction cardiaque via le facteur de
transcription Hex [13]. À l’opposé, la voie non canonique, impliquant Wnt11 et
activant la signalisation dépendante de la protéine kinase C (PKC), favorise la cardiogenèse [14]. Des études sur les embryons de poulet ont mis en évidence un rôle
positif de Wnt11 sur la différenciation cardiaque, car ce facteur est capable
d’induire une cardiogenèse ectopique [15, 16].
Dans les cellules cardiaques précurseurs, des signaux activateurs ou inhibiteurs
(facteurs de croissance, morphogènes, peptides) déclenchent et modulent l’expression d’un réseau complexe de facteurs de transcription. Les familles de facteurs de
transcription Nkx [17, 18], MEF2 (myocyte enhancer factor-2) [19, 20], GATA [21,
22] et T-box [23, 24] jouent toutes un rôle dans la différenciation. Des membres de
différentes familles peuvent interagir entre eux ou influencer réciproquement leur
taux d’expression [25–27]. Plusieurs de ces facteurs sont principalement exprimés
dans le cœur mais, sur toute la durée du développement, aucun d’entre eux n’est
uniquement exprimé que dans les cellules cardiaques.
Cellules souches : définitions non essentialistes
Les cellules souches possèdent deux propriétés principales : la faculté de proliférer
en restant indifférenciées et celle de se différencier sous l’influence de signaux spécifiques qui déclenchent le processus. Elles sont classifiées en fonction de leur
potentiel de différenciation. Si une cellule souche peut produire des cellules différenciées dérivant des trois feuillets embryonnaires, elle est définie comme pluripotente. Si elle peut produire plusieurs types de cellules dérivant d’un seul feuillet
embryonnaire, elle est définie comme multipotente. Si le potentiel de différenciation
est limité à un seul type de cellules, la cellule souche est alors appelée unipotente.
Les lignées de cellules souches dérivées à partir d’embryons, comme les cellules
embryonnaires carcinomateuses (CEC) et les cellules souches embryonnaires (CSE)
sont pluripotentes. Ces lignées représentent un outil très puissant pour étudier in
vitro les étapes du développement, par exemple la spécification des feuillets
embryonnaires ou la différenciation précoce de cellules cardiaques [28, 29]. De leur
côté, les cellules souches adultes, qui se trouvent dans de nombreux organes du
corps et sont responsables du maintien et de la réparation des organes, sont multipotentes ou unipotentes.
En principe, les cardiomyocytes peuvent être dérivés de différents types de
cellules souches adultes [30] ou embryonnaires (figure 2). Ici, nous allons
87
essentiellement donner une vue d’ensemble des différentes études démontrant le
potentiel cardiogénique des cellules souches embryonnaires. Leur différenciation in vitro en cardiomyocytes constitue en effet un modèle de choix pour
l’étude des mécanismes fondamentaux du développement du cœur. Cela n’ouvre
pas seulement des portes à de potentiels traitements par thérapie cellulaire, mais
permet aussi d’augmenter nos connaissances en biologie du développement, cellulaire et moléculaire.
Cellules souches
dérivées d’embryons
Cellules souches adultes
Cellules souches
carcinomateuses de souris
Cellules souches
embryonnaires de souris
Cellules souches mésenchymateuses
Cellules souches multipotentes
Cellules souches
embryonnaires humaines
de novo
Cellules souches cardiaques
Cellules souches hématopoïétiques
Cellules satellites (myoblastes)
Différenciation
in vitro
?
Cardiomyocytes différenciés
Figure 2. Cardiogenèse de novo à partir de cellules souches embryonnaires ou carcinomateuses (en
haut à gauche). La différenciation in vitro à partir de cellules souches adultes d’origine cardiaque (en
haut à droite) ou extracardiaque (en pointillé) reste controversée, surtout pour ces dernières.
88
CARDIOMYOCYTES DÉRIVÉS DE CELLULES SOUCHES
EMBRYONNAIRES
Plusieurs modèles de cellules souches pluripotentes sont disponibles pour l’étude de
la différenciation cardiaque in vitro : 1) les cellules souches embryonnaires carcinomateuses de souris (CECs), dérivées de tératocarcinomes originaires de cellules germinales primordiales, 2) les cellules souches embryonnaires de souris (CSEs), et 3)
les cellules souches embryonnaires humaines (CSEh), ces deux dernières étant dérivées d’embryons précoces. Lorsqu’ils sont placés dans des conditions spécifiques,
ces trois types cellulaires peuvent se différencier spontanément en cardiomyocytes
qui se contractent de façon automatique. Cela permet donc leur étude in vitro et
l’identification des facteurs de transcription régulant la myofibrillogenèse et la mise
en place des caractéristiques électrophysiologiques cardiaques. De plus, les propriétés spécifiques des cardiomyocytes embryonnaires peuvent être comparées aux propriétés de cellules cardiaques néonatales ou adultes. Finalement, ces modèles peuvent permettre la découverte de nouveaux gènes jouant un rôle dans la
différenciation cardiaque ou de nouvelles manières de spécifiquement induire des
cellules pluripotentes dans la voie de différenciation cardiaque [CHO].
Cellules embryonnaires carcinomateuses de souris
Les cellules souches embryonnaires carcinomateuses de souris (CECs) constituent
le premier modèle qui permit l’étude in vitro de la différenciation cardiaque. Ces
cellules sont comparables à la population de cellules souches que l’on trouve dans
les tératocarcinomes dérivant de cellules germinales primordiales. Plusieurs lignées
cellulaires euploïdes et pluripotentes ont été dérivées de tératocarcinomes générés
par injection sous-cutanée d’embryons de souris au stade gastrula [31, 32]. Les
lignées de CECs peuvent être propagées en culture de manière simple et pratique
durant de très longues périodes et elles sont pluripotentes, car elles forment un tératome après injection sous-cutanée dans une souris « nue ». In vitro, la différenciation des CECs est induite en laissant ces cellules s’agréger en suspension et former
des structures tridimensionnelles appelées corps embryoïdes (CE) [33].
La plupart des études sur les CECs ont été effectuées sur la lignée P19 [34–39].
Avec cette lignée, la différenciation cardiaque peut être induite par l’agrégation cellulaire combinée avec l’ajout, dans le milieu de culture, de concentrations faibles de
diméthyl-sulfoxide [40, 41] ou d’acide rétinoïque (AR) [42]. En utilisant ce protocole, une partie des cellules se différencient en cardiomyocytes et commencent à se
contracter spontanément. Une autre lignée qui se différencie avec une efficacité
d’environ 90 % vers le phénotype cardiaque fut sous-clonée à partir des P19 et nommée P19CL6 [43–45]. Cependant, en l’absence de diméthyl-sulfoxide ou d’acide
rétinoïque, il n’y a pas de cardiogenèse spontanée.
89
Durant la différenciation cardiaque, des facteurs de croissance et des morphogènes, sécrétés surtout par des cellules dérivées des autres feuillets embryonnaires,
jouent un rôle très important (figure 1). La nécessité de la présence d’une couche
d’endoderme extra-embryonnaire primitif autour des futures cellules cardiaques fut
tout d’abord démontrée dans des CE formés avec des CECs [46]. Plus tard, Mummery et al. [47] montrèrent via la coculture de CEC avec une lignée cellulaire
d’endoderme viscéral, nommée END-2, que des cellules dérivées de l’endoderme
viscéral, et non de l’endoderme pariétal ou du mésoderme, peuvent induire la différenciation cardiaque indépendamment du diméthyl-sulfoxide. En fait, un milieu de
culture « conditionné » par des cellules END-2 est suffisant pour activer le processus, démontrant le rôle des facteurs solubles sécrétés par l’endoderme.
Les cardiomyocytes dérivés de CECs expriment des protéines sarcomériques cardiaques, comme les actines α-cardiaque et α-squelettique, les chaînes lourdes de
myosine (myosin heavy chain [MHC]), la chaîne légère de myosine (mlc) 2 atriale
et la mlc1 [48, 49]. Des potentiels d’action (PA) et des courants ioniques typiques
de cellules cardiaques peuvent être mesurés dans ces cellules, dont les propriétés
changent au fur et à mesure du temps en culture mais restent proches d’un stade
fœtal ou néonatal [50, 51]. Ces études indiquent que le modèle des CECs récapitule
de manière comparable la cardiogenèse murine in vitro.
Cellules souches embryonnaires de souris
Les premières lignées de cellules souches embryonnaires de souris (CSEs) furent
dérivées en 1981 à partir d’embryons de souris au stade blastocyste [52]. La propagation en culture de ces cellules nécessite des conditions plus strictes afin de prévenir la différenciation spontanée ; elle est donc plus laborieuse que celle des CECs.
En particulier, les CSEs doivent être cultivées le plus souvent en présence de cellules nourricières, comme des fibroblastes embryonnaires de souris (mouse embryonic
fibroblasts [MEF]) inactivés. En 1985, Doetschman et al. [53] ont décrit pour la première fois la présence de cellules cardiaques dans des CE dérivés de CSEs.
Caractérisation des cardiomyocytes dérivés à partir de CSEs
L’expression au cours du temps de différentes protéines sarcomériques dans des cardiomyocytes dérivés de CSEs a fait l’objet d’investigations extensives. Guan et al. [54] ont
montré que plusieurs protéines s’inséraient dans les sarcomères successivement et de la
même manière qu’au cours du développement du cœur de poulet fœtal in vivo.
D’autres études indiquent que la β-MHC, qui est exprimée in vivo pendant la vie
fœtale, apparaît après 3 à 4 jours de différenciation, alors que l’α-MHC, habituellement
exprimée in vivo seulement à l’âge adulte, peut être détectée après 8 jours de différenciation in vitro [55, 56]. L’analyse des isoformes de tropomyosine a montré que l’α-tropomyosine spécifique du muscle strié n’est exprimée dans des CE qu’après 6 jours de
différenciation, alors qu’elle est déjà présente dans des CSEs indifférenciées, tout
90
comme plusieurs autres isoformes de tropomyosines non musculaires [57]. En étudiant
l’apparition temporelle des chaînes légères de myosine, Miller-Hance et al. [58] ont
montré que l’isoforme ventriculaire mlc2v est exprimée dans des CE, indiquant la
capacité des cellules cardiaques de se spécialiser in vitro en un phénotype ventriculaire.
Concernant les différentes isoformes d’actine, les actines α-musculaire lisse, α-squelettique et α-cardiaque sont toutes exprimées dans les cardiomyocytes dérivés de CSEs et
sont incorporées dans des sarcomères organisés [59]. Afin d’étudier l’effet de la matrice
extracellulaire sur la maturation ultrastructurale de cardiomyocytes isolés de CE, des
cellules cardiaques furent placées dans des plaques de culture soit en plastique, soit
couvertes de matrigel ou de cardiogel, matrice déposée par des fibroblastes isolés de
cœur de souris nouveau-nées [60]. Sur cardiogel, les cellules avaient une meilleure
organisation sarcomérique, ce qui signifie qu’une matrice qui mime les conditions in
vivo permet une meilleure maturation des cellules en culture.
Fonctionnellement, des études électrophysiologiques ont tout d’abord révélé que
les formes des PA mesurés sur des cardiomyocytes dérivés de CSEs étaient principalement de type embryonnaire ou pacemaker, et que ces cellules répondaient à des
agents chronotropes et à des bloqueurs de canaux ioniques [61]. Plus tard, l’analyse
par « patch-clamp » de cardiomyocytes isolés a montré comment les caractéristiques des PA deviennent plus matures au fil du temps. En effet, dans des cardiomyocytes précoces, seuls des PA de type pacemaker peuvent être mesurés, alors que des
PA de types pacemaker, atrial et ventriculaire apparaissent à des temps de différenciation plus tardifs [62]. Plusieurs autres études ont identifié des aspects fonctionnels spécifiques ; en effet, les cellules cardiaques dérivées de CSEs montrent a) des
courants ioniques apparaissant d’une manière régulée au cours du développement
[63, 64], b) un système β-adrénergique fonctionnel [65], et c) des propriétés contractiles sensibles au calcium [66]. De plus, le courant calcique de type T a été
caractérisé en détail [67, 68], tout comme le couplage de l’échangeur Na+/Ca+ avec
la Na+/K+ ATPase [69]. L’apparition de sous-types de cardiomyocytes a pu être suivie au moyen de gènes rapporteurs placés sous le contrôle de différents promoteurs
cardiaques. On a ainsi pu augmenter le nombre des cellules pacemaker et atriales
lorsque le promoteur de l’α-MHC est utilisé [70], ou uniquement celui des cellules
pacemaker lorsqu’on utilise le promoteur du peptide atrial natriurétique (ANP) [71].
Dans cette dernière étude, le traitement des CE avec de l’endothéline-1 a également
permis d’augmenter le pourcentage total de cellules pacemaker. Quant aux cardiomyocytes ventriculaires, ils peuvent être isolés lorsqu’on utilise un gène rapporteur
placé sous le contrôle du promoteur de la mlc2v [72].
En résumé, la caractérisation in vitro des cardiomyocytes dérivés de CSEs montre
une corrélation claire avec le développement in vivo, ce qui permet de valider le
modèle de différenciation des CSEs comme approprié pour l’étude du développement cardiaque in vitro.
91
CSEs : facteurs et voies de signalisation impliqués dans la différenciation cardiaque
De nombreux facteurs et morphogènes jouant un rôle dans la différenciation cardiaque ont déjà été identifiés grâce aux modèles in vivo (figure 1). Ils ont également été
testés sur des CSEs en différenciation, dans le but de confirmer leur implication
dans la cardiogenèse ou d’augmenter le pourcentage de cellules à destinée cardiaque. Les facteurs connus à ce jour comme nécessaires au processus cardiogénique
des CSEs ou ayant l’aptitude de l’augmenter sont résumés dans la figure 3. La présence de cellules dérivées de l’endoderme dans les CE est nécessaire pour que la
cardiogenèse ait lieu. En fait, Bader et al. [73] ont montré qu’une couche de cellules
d’endoderme primitif se trouve autour des CE dès le deuxième jour de différenciation et que l’ablation enzymatique de ces cellules inhibe la cardiogenèse. Dans une
autre étude, la coculture de CE précoces avec des explants endodermiques précardiaques de poulet augmente la proportion de cellules contractiles dans les CE de 10
à 65 %, par rapport à des cocultures d’explants endodermiques non précardiaques
[74]. Il est à noter que des explants d’endoderme et de mésoderme précardiaque utilisés ensemble ont un effet potentialisant, car ils induisent la présence de cellules
cardiaques dans 100 % des CE, ce qui laisse penser que le mésoderme et les facteurs
qu’il sécrète jouent aussi un rôle très important. La coculture de CSEs avec la lignée
endodermique END-2 favorise aussi la cardiogenèse, confirmant les résultats obtenus sur les CECs [75].
L’étude de facteurs spécifiques sécrétés par l’endoderme a montré que le traitement de CSEs avec du BMP-2 et du TGF-β avant la formation de CE induit
l’expression des ARNm des protéines Brachyury, Nkx2.5 et MEF2C [76], conduisant à des zones contractiles plus grandes. Cet effet peut être contrecarré par la protéine, inhibiteur de la voie BMP/TGF-β. L’effet de noggin sur la différenciation cardiaque est cependant controversé. D’un côté, sa surexpression continue inhibe la
cardiogenèse dans les CE dérivés de CSEs [76] et de CECs [77–79]. Dans la même
étude, un milieu de culture conditionné sur des cellules exprimant noggin pouvait
même inhiber la différenciation cardiaque de CSEs en coculture avec des cardiomyocytes néonataux. D’un autre côté, Yuasa et al. [80] ont exploité l’observation
intéressante selon laquelle noggin est exprimée brièvement in vivo chez la souris
dans l’aire cardiogénique. En exposant des CSEs à noggin avant la formation de
CE, l’effet de noggin devient procardiogénique et le pourcentage de CE contenant
des cardiomyocytes passe de 10 % à plus de 95 %. En conclusion, l’inhibition de la
signalisation dépendant des BMP par noggin pourrait exercer sur la cardiogenèse
des effets opposés, en fonction du temps et de la durée du traitement.
En ce qui concerne les autres facteurs, il a été démontré que le TGF-β2 (et non le β1 ou le -β3) pouvait augmenter le pourcentage de CE contenant des cardiomyocytes [81]. Une étude avec des CSEs dérivées de souris knock-out pour le récepteur de
FGF1 a également indiqué que l’absence de ce récepteur réduit le pourcentage de
92
A
Cellules embryonnaires carcinomateuses de souris
Noggin
TGFβ
BMP-2,-4
FGF1
p38 MAPK
(TAK1)
Smad1,4
Wnt11
?
ATF2
PKC
PI-3-kinase
SHH
Gli2
B
Programme
de différenciation
cardiaque
Surexposition
de Nkx2.5, GATA4
ou MEF2C
Cellules souches embryonnaires de souris
Noggin
Cripto
Nodal
BMP-2
TGFβ2
BMPs BMPs
FGF1
Smad2
Shp2
ERK kinase
PI-3-kinase
ROS
Wnt11
Smad
p38 MAPK
?
PKC
Programme
de différenciation
cardiaque
Ca2+/Calréticuline
Cardiotrophine-1
Figure 3. Schéma des différents facteurs de croissance qui jouent un rôle dans la différenciation cardiaque des CECs (A) et des CSEs (B), ainsi que les voies de signalisation qu’ils activent. Tous ces
résultats ont été spécifiquement obtenus dans les modèles de CECs et de CSEs, excepté les parties de
voies de signalisation encadrées, qui correspondent aux molécules activées de manière consensuelle
dans les voies en question.
93
CE qui se contractent de 90 à 10 %, ce qui démontre l’implication de la signalisation dépendante de FGF1 dans la différenciation cardiaque [82, 83]. Cripto est un
autre facteur de croissance exprimé dans le cœur en développement, qui agit comme
cofacteur de Nodal, un des membres de la superfamille TGF-β. Xu et al. [84] ont
démontré le rôle de Cripto dans la cardiogenèse, car sa délétion dans des CSEs
empêche l’apparition de cellules cardiaques contractiles. L’effet de Cripto sur la
cardiogenèse est dépendant de l’attachement de Cripto au récepteur Alk4 et de
l’activation de la voie impliquant Smad2 [85].
L’implication de la voie non canonique dans la cardiogenèse a été confirmée par
Terami et al. [86]. Avec des CSEs exprimant la GFP sous le contrôle du promoteur
de Nkx2.5, l’utilisation d’un milieu conditionné avec Wnt11 augmente le pourcentage de CE contenant des cardiomyocytes de 7 à 15 %, indiquant l’effet positif de
Wnt11 sur la cardiogenèse.
Deux autres voies de signalisation ont été récemment impliquées dans la différenciation cardiaque des CSEs : la voie dépendante de l’héréguline et du récepteur
ErbB [87], et la voie de l’éphrine [88].
Les expériences de différenciation ont été effectuées, dans la plupart des études
citées plus haut, en présence de 20 % de sérum de veau fœtal (SVF). Dès lors, il
n’est pas possible d’exclure un éventuel effet d’interférence des facteurs déjà présents dans le SVF avec les facteurs à visée procardiogénique. Sachinidis et al. [89]
ont donc développé un protocole de différenciation sans sérum, le SVF étant remplacé au cinquième jour de différenciation par un milieu contenant un succédané de
sérum (composé d’albumine de sérum bovin, de transferrine et d’insuline, mais
dépourvu de facteurs de croissance). Dans ces conditions, 80 % des CE contenaient
des zones contractiles et ce chiffre atteignait 100 % si du PDGF-BB était ajouté.
Cependant, les cellules obtenues ne comportaient pas un haut degré d’organisation
sarcomérique, ce qui est l’indice d’un phénotype immature.
Le modèle des CSEs a aussi permis de confirmer l’implication d’autres voies de
signalisation dans la différenciation cardiaque. L’étude de CSEs déficientes pour
Shp2 a révélé que l’absence de cette tyrosine phosphatase, habituellement exprimée
d’une manière ubiquitaire durant le développement de la souris et impliquée dans la
signalisation en aval de facteurs de croissance, diminuait la cardiogenèse dans les
CE [90]. Shp2 est connue pour activer la voie de la kinase ERK et de la PI-3-kinase.
Le traitement de CE avec l’inhibiteur de la PI-3-kinase LY294002 ralentit la croissance cellulaire dans les CE et diminue de manière marquée les zones contractiles
[91]. Cet effet pourrait être dû à une implication directe de la voie de la PI-3-kinase
dans la prolifération et/ou la survie de cellules précurseurs cardiaques, plutôt qu’à
un effet direct sur la cardiogenèse [92, 93].
Une des conséquences possibles de l’activation de la PI-3-kinase est la génération
de radicaux libres (reactive oxygen species [ROS]). Une étude de Sauer et al. [94] a
94
rapporté que des CE de 2–3 jours produisent des quantités mesurables de ROS et que
l’inhibition de cette production endogène de ROS par des scavengers (littéralement :
« éboueurs ») diminue le pourcentage de zones contractiles. Un effet similaire a été
obtenu en utilisant des inhibiteurs de la PI-3-kinase. Ce phénotype pouvait cependant
être reversé par l’addition de ROS exogènes sur les CE traités par les inhibiteurs de la
PI-3-kinase. La même équipe a également montré que la cardiotrophine-1 est l’un des
facteurs endogènes qui favorisent la survie et la prolifération des cellules cardiaques
dans les CE à travers la génération de ROS [95]. En effet, le traitement de CE avec de
la cardiotrophine-1 augmente la quantité de ROS et active une voie de signalisation
qui implique JAK2, NFκB, STAT3 et ERK. Une autre étude a confirmé le rôle de
JAK2 et STAT3 dans les processus de cardiogenèse à partir de CSEs [96].
D’autres mécanismes intracellulaires, comme la signalisation induite par le calcium, ont été impliqués dans la différenciation cardiaque. Nous avons montré que la
calréticuline, protéine chaperonne résidant dans le réticulum endoplasmique, joue
un rôle dans la cardiogenèse ; en effet, les CE formés à partir de CSEs déficientes en
calréticuline se caractérisent par une mauvaise myofibrillogenèse [97]. En l’absence
de calréticuline, cette anomalie est réversible lorsqu’on induit de manière transitoire
une élévation de la concentration intracellulaire de calcium avec de l’ionomycine.
De manière similaire, l’inhibition des kinases dépendantes du calcium et de la calmoduline (CAMK) dans des CE de type sauvage peut mimer le phénotype de CE
déficients en calréticuline. Cela indique qu’un point de contrôle calcique est essentiel à l’activation des CAMK qui, à leur tour, induisent la translocation nucléaire de
MEF2c et l’expression, la phosphorylation et l’incorporation de la mlc2v dans des
sarcomères fonctionnels [98].
De petits composés chimiques connus pour augmenter la différenciation cardiaque de CECs ont aussi été testés sur des CSEs. Le diméthyl-sulfoxide pousse également les cellules vers une différenciation musculaire, mais l’effet n’était pas spécifique à la cardiogenèse, comme il a été démontré par la présence de cellules de
muscle squelettique et lisse parmi les cardiomyocytes [99]. À l’opposé des CECs,
l’effet de l’AR sur la différenciation des CSEs en cellules cardiaques est controversé
et apparemment extrêmement dépendant de la dose et de la durée d’application de
l’AR sur les cellules. Des concentrations plus élevées que 10–9 M semblent diminuer l’expression des gènes cardiaques et mésodermiques et favoriser la différenciation neuronale [99, 100]. Cependant, d’autres études ont relaté que l’AR à la
concentration de 10–9 M ne modifiait pas la quantité de zones contractiles [101],
voire au contraire pouvait augmenter la proportion de cardiomyocytes [102]. Dans
la dernière étude citée, un changement de la répartition des sous-types de cardiomyocytes a même pu être observé en présence d’AR 10–9 M. Le nombre de cellules
cardiaques ayant un phénotype de fibres de Purkinje ou de cardiomyocytes ventriculaires était en effet augmenté, par rapport à celui des cellules atriales et pacemaker.
95
L’application d’AR 10–6 M sur des CE active la voie d’ERK, impliquée dans la différenciation cardiaque, mais ces CE ne se contractent pas spontanément [103]. Le
traitement de CE avec du PD98059, inhibiteur de MEK1 (la kinase qui active ERK),
n’a pas d’effet sur le pourcentage de CE qui se contractent. En conclusion, l’effet de
l’AR sur la différenciation cardiaque semble être dépendant d’une voie de signalisation indépendante d’ERK.
D’autres approches originales ont été testées. Par exemple, il a été documenté que le
CD44, récepteur du hyaluronane (ou acide hyaluronique), est exprimé dans le cœur
embryonnaire [104], et qu’après son attachement au récepteur, le hyaluronane est internalisé dans la cellule et peut donc agir comme transporteur d’autres types de molécules.
Le traitement de CE avec du hyaluronane conjugué à de l’AR et de l’acide butyrique
induit une augmentation significative du nombre de zones contractiles, alors que du
hyaluronane conjugué à un seul de ces composants ne produit pas d’effet et que, seul, il
conduit même à une diminution du nombre de zones contractiles [105, 106].
En quête de molécules à effet procardiogénique, Takahashi et al. [107] ont testé
l’effet, sur des CSEs cultivées en couche plutôt que dans des CE, de 880 composés
chimiques approuvés pour l’usage chez l’homme. En utilisant une lignée exprimant
la GFP sous le contrôle du promoteur de l’α-MHC, ils ont trouvé que l’acide ascorbique (ou vitamine C) conduisait à produire cinq fois plus de cellules cardiaques contractiles et positives pour la GFP que les conditions témoin, alors que d’autres molécules anti-oxydantes, comme la N-acétylcystéine ou la vitamine E, n’avaient pas
d’effet. Dans une autre étude, une bibliothèque d’hétérocycles fut également testée
pour l’aptitude de chaque molécule à induire la cardiogenèse de CSEs en couche
[108]. Un composé en particulier, nommé cardiogénol C, mena à la différenciation
de 40 à 55 % des cellules en cardiomyocytes contractiles après 7 jours de culture.
L’oxyde nitrique ou monoxyde d’azote (NO) est une petite molécule produite par
plusieurs isoformes de l’enzyme nitric oxide synthase (NOS) et capable de réguler
des processus cellulaires via l’activation de la guanylate cyclase et la production de
GMP cyclique. Son implication dans la cardiogenèse a été rapportée, car plusieurs
des isoformes de NOS sont exprimées dans le cœur embryonnaire et dans des CE
[109]. De plus, des inhibiteurs de NOS peuvent diminuer le degré d’organisation
sarcomérique des cardiomyocytes dérivés de CSEs, sans en diminuer le nombre.
Une autre étude a également démontré que l’addition de NO exogène ou la surexpression des NOS augmente le pourcentage et la surface totale des zones contractiles, ainsi que l’expression totale de protéines spécifiquement cardiaques [110].
Cellules souches embryonnaires humaines
En 1998, Thomson et al. [111] dérivèrent les premières lignées de cellules souches
embryonnaires humaines (CSEh) à partir d’embryons humains parvenus au stade
blastocyste, embryons surnuméraires obtenus après fécondation in vitro. Auparavant,
96
les seuls cardiomyocytes humains disponibles pour la recherche provenaient de fœtus
récupérés après avortement et non d’embryons. Les CSEh constituent désormais un
outil unique pour l’étude des mécanismes de cardiogenèse humaine in vitro. La dérivation des CSEh a créé un énorme espoir et un véritable engouement, car les chercheurs espèrent parvenir à traiter un jour certaines maladies par thérapie cellulaire,
dont le cœur. Depuis 1998, plusieurs centaines de lignées de CSEh ont été dérivées à
travers le monde [112]. Les protocoles de culture classique impliquent une coculture
des CSEh indifférenciées avec des cellules nourricières, les MEF (figure 4). La présence de MEF pourrait aussi jouer un rôle dans la maintenance d’un caryotype normal
des CSEh en diminuant la pression de sélection dans la culture [113].
Afin d’induire la différenciation, la même technique que pour les CECs et les
CSEs a été utilisée, c’est-à-dire la formation de CE (figure 4). Parce que les CSEh
poussent sous forme de grosses colonies et ne tolèrent pas bien d’être sous forme de
cellules isolées, les CE sont formés en plaçant en suspension des colonies de CSEh
en présence de SVF. Cette technique permet à la différenciation d’être déclenchée.
La première démonstration du potentiel de CSEh de se différencier en cellules dérivées des trois feuillets embryonnaires, y compris en cardiomyocytes, fut publiée en
2000 [114].
Caractérisation des cardiomyocytes dérivés à partir de CSEh
Tout d’abord, la quantification du nombre de CE contenant des zones battantes
montra que le phénomène n’était pas très fréquent, car seuls 8 % des CE en contenaient après 30 jours de différenciation [115]. Ces cellules cardiaques exprimaient
des gènes cardiaques comme Nkx2.5, GATA4, les troponines cardiaques T et I, ANP,
α-MHC, mlc2v et mlc2a, transcrits en ARNm. Des structures sarcomériques étaient
visibles après immunomarquage, par exemple avec des anticorps dirigés contre la
troponine I cardiaque et la MHC. Les cellules cardiaques obtenues montraient également la présence d’élévations du calcium libre intracellulaire et leur fréquence de
contraction était sensible à des agents chronotropes. Dans une autre étude, la présence de zones battantes fut observée dans 68 % des CE après 15 jours de différenciation [116]. Ces différences importantes peuvent être expliquées par l’utilisation
de lignées de CSEh différentes, de conditions de culture différentes ou de protocoles
de différenciation différents.
L’évaluation par microscopie électronique de la maturation ultrastructurale des
cellules a montré que ces cardiomyocytes contenaient en fonction du temps de plus
en plus de sarcomères et qu’ils étaient de mieux en mieux organisés [117]. La taille
des cellules augmente également en fonction du temps et elles sont capables de se
diviser jusqu’au jour 35 de différenciation. Cependant, l’absence de tubules T,
même après 60 jours, semble indiquer que les cardiomyocytes dérivés de CSEh
n’atteignent pas un phénotype adulte in vitro.
97
a
b
1 cm
c
d
Jour 0
e
100 μm
Jour 2
f
Jour 5
Jour 15
g
10 μm
Figure 4. Cellules souches embryonnaires humaines en culture (a, b : colonies de CESh non différenciées sur fibroblastes murins irradiés). Procédure de différenciation par détachement et fragmentation
des colonies et création de corps embryoïdes (d, c), qui sont ensuite adhérés et cultivés (e). L’identification de cardiomyocytes différenciés est visible par l’apparition de zones contractiles (f, ligne hachurée) et par immunomarquage de protéines sarcomériques (g, α-actinine ; en sombre au milieu : noyau
coloré au DAPI) sur cellules isolées.
98
Plusieurs études fonctionnelles implémentent déjà nos connaissances des cardiomyocytes dérivés de CSEh. He et al. [118] ont enregistré la présence de PA de types
pacemaker, atriaux et ventriculaires dans ces cellules. De plus, un type de PA est en
général prédominant dans un groupe de cellules cardiaques donné, ce qui suggère
qu’un sous-type prédominant se développe dans chaque groupe.
La fonctionnalité des voies de signalisation muscarinique et β-adrénergique est
également démontrée [119], tout comme la présence des courants Na+ et pacemaker,
mais l’absence du courant rentrant rectifiant de K+, ce qui suggère que le courant
Na+ a une importance majeure dans le déclenchement du PA [120].
Le suivi des propriétés de conduction dans des groupes de cardiomyocytes connectés entre eux et isolés du reste du CE, puis mis dans des plaques de culture spéciales permettant des mesures fonctionnelles (multi-electrode arrays) a révélé que
des zones ayant des vitesses de conduction différentes étaient présentes [121]. Deux
groupes pouvaient être distingués : un groupe à conduction rapide et un groupe à
conduction lente. La vitesse de conduction semblait dépendre de la micro-architecture 3D de chaque zone battante, car la présence de faisceaux étroits de cardiomyocytes ralentit considérablement l’influx électrique. Les vitesses de conduction
mesurées dans ces expériences sont bien plus lentes que les valeurs du cœur humain
adulte ou obtenues avec des couches de cardiomyocytes néonatals de rat ou de souris en culture.
L’aptitude des cardiomyocytes dérivés de CSEh à se connecter électriquement
avec d’autres cellules cardiaques a été étudiée dans un modèle de coculture avec des
cardiomyocytes ventriculaires de rat nouveau-né [122]. Ces derniers déclenchèrent
des impulsions électriques qui étaient capables de se propager aux cardiomyocytes
humains, démontrant la présence de connexions. Dans la même étude, l’intégration
in vivo des cellules fut démontrée dans un modèle de bloc atrioventriculaire chez le
porc. En effet, l’implantation d’un groupe de cardiomyocytes dérivés de CSEh peut
instaurer un rythme d’échappement dans ce modèle, comme démontré par des
mesures ECG et une cartographie électro-anatomique.
De manière similaire, Xue et al. [123] ont montré dans un modèle de coculture
avec des cardiomyocytes quiescents néonatals de rat que, par contact direct, des
cardiomyocytes dérivés de CSEh et disséqués pouvaient restaurer la propagation d’un influx électrique et fonctionner comme pacemaker des cellules de rat.
De plus, après transplantation in vivo, cette fois dans un modèle de cryo-ablation du nœud atrioventriculaire chez le cochon d’Inde, les cellules cardiaques
humaines étaient également capables de se connecter et de fonctionner comme
pacemaker. Cela confirme les résultats de l’étude précédente et ces résultats
indiquent que les cardiomyocytes dérivés de CSEh pourraient être utilisés
comme pacemakers biologiques, au moins à court terme, car leur effet à long
terme n’a pas encore été étudié.
99
CSEh : facteurs et voies de signalisation impliqués dans la différenciation cardiaque
Le rôle procardiogénique de certains facteurs de croissance et morphogènes découvert dans les modèles de souris doit maintenant être démontré aussi pour la cardiogenèse humaine (figures 1 et 3). Des stratégies qui permettraient d’augmenter l’efficacité du processus cardiogénique dans des CE formés à partir de CSEh font
actuellement l’objet d’investigations très actives. L’effet de plusieurs facteurs de
croissance sur des cellules de CE dissociés après 5 jours de différenciation a été
exploré [124]. L’activine A et le TGF-β1 induisent l’expression de gènes mésodermiques, alors que l’AR, le BMP-4, le bFGF et l’EGF induisent l’expression de
gènes mésodermiques et ectodermiques et, finalement, NGF et HGF n’induisent pas
d’expression spécifique.
Comme observé dans les modèles de CECs et CSEs, le système de coculture avec
la lignée endodermique END-2 favorise la différenciation cardiaque sans formation
de CE [125]. Les cellules obtenues avec ce protocole montrent aussi des phénotypes
fonctionnels de cellules auriculaires, ventriculaires et pacemaker, comme observé
d’après la forme des PA mesurés. Étonnamment, ce groupe de recherche a également montré qu’en diminuant la concentration de SVF de 20 à 0 % dans le même
système de coculture, il pouvait obtenir 24 fois plus de zones contractiles [126].
C’est pourquoi, en conclusion, les facteurs endodermiques sécrétés par la lignée
END-2 sont suffisants pour déclencher la différenciation cardiaque, alors que le
SVF, utilisé traditionnellement dans les expériences de différenciation avec des CE,
semble contenir également des facteurs inhibiteurs.
Des molécules connues pour favoriser la cardiogenèse des CECs et des CSEs ont
également été testées sur des CE en train de se différencier. Cependant, ni le diméthyl-sulfoxide, ni l’acide rétinoïque n’ont augmenté le pourcentage de CE contenant
des zones contractiles [115]. À l’opposé, le traitement de CE du jour 6 au jour 8 de
différenciation avec de la 5-aza-2'-désoxycytidine augmente la quantité d’α-MHC
exprimée [116]. Il est à noter que l’addition d’acide ascorbique dans les cocultures
CSEh–END-2 en l’absence de SVF a même pu augmenter de 40 % le nombre de
zones battantes [126].
LEÇONS TIRÉES DES MODÈLES DE CELLULES SOUCHES
EMBRYONNAIRES
Les travaux scientifiques effectués sur les CECs, CSEs et CSEh ont chacun amené de
précieuses nouvelles informations sur le développement cardiaque, ce qui pourrait
mener un jour à l’utilisation des CSEh dans des thérapies de transplantation cellulaire. La figure 3 dresse une liste des facteurs de croissance et des voies de signalisation qui activent et régulent la cardiogenèse des CECs et des CSEs. Les CECs ont
permis pour la première fois d’étudier la différenciation cardiaque in vitro et une
100
meilleure caractérisation de l’expression génique, des interactions entre facteurs de
transcription, des interactions entre cellules et des facteurs de croissance requis pour
la cardiogenèse (figure 3A). La différenciation des CSEs en cardiomyocytes [129–
131] a permis la caractérisation fine des effets de ces facteurs de croissance, ainsi
qu’une étude poussée des processus de maturation fonctionnelle cardiaque durant le
développement (figure 3B). Certains facteurs semblent cependant avoir un effet
opposé en fonction du moment et de la concentration à laquelle ils sont appliqués
(par exemple, BMP-2 et noggin ou AR). L’étude des CSEh en est encore à un stade
précoce. Il faut encore en effet confirmer si les facteurs de croissance et les voies de
signalisation en aval requis sont similaires entre les modèles murin et humain. Les
prochaines étapes fondamentales dans la caractérisation des cardiomyocytes dérivés
de CSEh en vue de potentiels traitements par transplantation cellulaire chez l’homme
impliquent d’apporter une réponse aux deux questions suivantes. 1) Comment augmenter de manière importante la quantité de cardiomyocytes obtenue ? 2) Comment
se comportent ces cellules après transplantation dans des modèles animaux ?
Une certaine variabilité a souvent été observée entre les différentes études qui utilisent des CSE. Cela peut être expliqué par plusieurs raisons non mutuellement
exclusives. Tout d’abord, le pourcentage de CE contenant des zones battantes dans
les conditions témoin peut varier de manière très importante en fonction de la lignée
cellulaire, des protocoles, des milieux de culture et/ou de la composition du SVF.
Ensuite, les cellules en train de se différencier dans des CE forment une population
mixte, excepté si les cellules étudiées sont purifiées spécifiquement. C’est pourquoi,
selon la technique utilisée, il n’y a pas de certitude qu’un gène étudié soit spécifiquement exprimé ou actif dans la population de cellules cardiaques. L’effet peut
donc être direct ou indirect.
Travailler avec des cellules mésodermiques précurseurs purifiées pourrait éviter
ces problèmes techniques et permettre le test de facteurs de croissance dans des
populations purifiées. Par exemple, des cellules mésodermiques précoces furent isolées en utilisant des CSEs contenant le gène de la GFP introduit dans le locus du
gène Brachyury, facteur de transcription mésodermique précoce [130]. Ces cellules
deviennent positives pour GFP lorsqu’elles se différencient en cellules hématopoïétiques et cardiaques. L’isolement et la propagation de cellules progénitrices cardiaques à partir de CE ont aussi été rapportés récemment, en sélectionnant les cellules
qui exprimaient le marqueur mésodermique Flk1 et après coculture avec une lignée
stromale nommée OP9 [131].
Les modèles des CSE de souris et humaines récapitulent tous deux de manière très
similaire le développement cardiaque in vivo au niveau structurel et éléctrophysiologique. Dans les deux modèles, les mesures fonctionnelles ont montré que les cardiomyocytes dérivés de CSE étaient capables de devenir plus matures au fil du temps.
Les différences les plus importantes entre les deux modèles, mises en évidence par
101
plusieurs groupes de recherche, incluent le plus faible pourcentage de CE contenant
des zones battantes, la plus faible vitesse de différenciation et la fréquence de contraction plus basse chez l’homme que chez la souris, ce qui est compatible avec la
durée du développement plus longue de l’homme. Cependant, le degré d’organisation sarcomérique n’atteint encore un phénotype adulte dans aucun de ces modèles.
Nous avons récemment démontré que des cardiomyocytes humains dérivés de CSEh
et cultivés pendant plus de 3 mois sont capables de mûrir en culture [132]. En effet,
les différentes conductances ioniques (mesurées par des techniques classiques
d’électrophysiologie) qui contrôlent le potentiel d’action cardiaque subissent des
modifications fonctionnelles au cours du temps. Cela nous indique que ces cellules
passent d’un phénotype immature à un phénotype fonctionnellement proche de cardiomyocytes « fœtaux ».
Les stratégies pour promouvoir la différenciation cardiaque en traitant des CE ou
des CSE en couche, avec des facteurs procardiogéniques ont donné des résultats
préliminaires intéressants, qui donnent l’espoir de parvenir à déterminer dans le
futur la composition d’un « cocktail cardiogénique » capable d’induire la différenciation en une population hautement enrichie, voire pure, de cardiomyocytes. Tout
facteur ou composé chimique peut avoir un effet permissif sur la cardiogenèse à différents niveaux. Il peut, par exemple, favoriser la formation de mésoderme ou
d’endoderme, la prolifération de cellules cardiaques précurseurs et/ou leur survie.
La plupart des facteurs procardiogéniques ont un effet démontré sur un seul des trois
types cellulaires. Seul le système de coculture avec la lignée END-2 semble favoriser la cardiogenèse dans les trois modèles, ce qui confirme qu’un mélange de facteurs est le plus probablement nécessaire.
THÉRAPIE CELLULAIRE DU CŒUR
Le concept de régénération myocardique par implantation de cardiomyocytes, dérivés de cellules souches embryonnaires murines et sélectionnés par une résistance à
un antibiotique, a été validé il y a déjà une dizaine d’années par le groupe du professeur L. Field [133]. Ces cardiomyocytes injectés dans le myocarde non infarci de
souris adultes mdx déficientes en dystrophine ont pu s’implanter dans le tissu myocardique tout en réorganisant les sarcomères de la même manière que les cellules de
l’hôte, sans formation de tératome. À ce propos, la pureté des cellules injectées et le
risque de formation de tératome sont deux questions d’une importance cruciale, car
il a été montré que seulement deux CSEs indifférenciées peuvent suffire, après
injection sous-cutanée chez la souris « nue », à provoquer un tératome [134].
Plusieurs études ont démontré la faisabilité de transplanter dans le myocarde de rat
[76, 135–137] ou de mouton [138] des cardiomyocytes, mais aussi des cellules souches embryonnaires murines peu spécialisées. Plus particulièrement, Behfar et al. [76]
102
ont montré que l’implantation de cellules souches embryonnaires murines non différenciées dans le cœur de rat aboutissait à la spécialisation in situ de ces cellules en cardiomyocytes sans le besoin d’immunosuppression. Cette différenciation résulterait de
l’activation de la voie TGF-β par une action paracrine du cœur. Cette hypothèse serait
extrêmement intéressante, d’autant plus que des mécanismes réparateurs pourraient
être activés préférentiellement dans l’organe malade et non dans un tissu sain, bien
que ce dernier aspect n’ait pas été exploré. Remarquablement néanmoins, cela implique la notion de « niche » et l’importance de l’environnement dans lequel les cellules
souches se trouvent [139].
Avant toute possible application clinique, il reste bien entendu à mettre en œuvre
des stratégies visant à éviter que des CSE non différenciées puissent donner lieu à
des tératomes, par exemple des gènes suicide permettant d’éliminer les cellules non
cardiogéniques. De plus, bien que les CSE ne semblent pas exprimer les protéines
du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH de classe I faiblement exprimés et
CMH de classe II absents), il restera à résoudre le problème du possible rejet des
cellules dans un contexte allo- ou même xénogénique, surtout à long terme, dans
l’éventualité où les CSE différenciées ou exposées à des stimuli spécifiques seraient
induites à exprimer les antigènes du CMH.
Ingénierie tissulaire : nouvelles stratégies de reconstruction cardiaque
L’injection d’une suspension de cellules dans un myocarde en contraction conduit à
une implantation cellulaire très médiocre et plus de 90 % des cellules ne restent pas
au lieu d’injection. Les stratégies d’ingénierie tissulaire cardiaque en cours de développement ces dernières années constituent une solution de choix. En effet, on
explore actuellement le concept d’incorporer des cellules à des matrices tridimensionnelles et biodégradables afin de leur donner un soutien structurel et d’améliorer
leur implantation ainsi que leur intégration dans le tissu myocardique (pour revue,
voir [140]).
Plusieurs biomatériaux d’origine naturelle ou synthétique [141–143] sont actuellement à l’étude, car ils permettent 1) de mimer l’environnement extracellulaire et
2) d’incorporer des facteurs de croissance, des morphogènes ou même des cytokines
importantes pour la différenciation et/ou la survie des cellules, tout en permettant à
celles-ci d’en disposer de façon contrôlée. Récemment on a assisté à la génération
de tissus souples composés de polymères naturels tels le collagène [144], la gélatine, l’alginate [145], l’acide hyaluronique [146], le chitosane [147], ou de polymères synthétiques à base d’acide polyglycolique [148, 149]. À présent, plusieurs
méthodes visant à produire des tissus cardiaques tridimensionnels ont été proposées
[141, 150–155]. Récemment, l’équipe du professeur T. Eschenhagen a montré la
faisabilité d’implanter chez le rat des cardiomyocytes néonatals incorporés dans des
anneaux de collagène, en obtenant une amélioration de la fonction cardiaque [144].
103
Un des problèmes majeurs qui restent à résoudre est la vascularisation de ces tissus, soit par stimulation de la néo-angiogenèse, soit par incorporation de cellules
souches progénitrices de cellules endothéliales, cela afin d’en garantir la viabilité
après intégration. De plus, il semble que d’autres types cellulaires tels que fibroblastes et cellules musculaires lisses jouent un rôle important dans le développement et
le maintien de la fonction cardiaque [156–158].
Nous développons actuellement des hydrogels générés à partir du fibrinogène
plasmatique qui peut être polymérisé en fibres de fibrine sous l’action de la thrombine. Celles-ci peuvent être conjuguées de façon covalente par le facteur XIIa de la
coagulation [159–162], qui est une transglutaminase. Ce dernier permet également
l’incorporation de facteurs, cytokines ou morphogènes, qui seront ensuite relargués
par les métalloprotéinases sécrétées par les cellules, qui peuvent ainsi les métaboliser de façon contrôlée [161, 163, 164].
La figure 5 illustre notre stratégie actuellement à l’étude : elle consiste à générer des
« cardiopatches », c’est-à-dire des pansements cardiaques composés de fibrine et de
CSE à destinée cardiaque marquées avec des particules d’oxyde de fer. Ces cardiopatches sont ensuite appliqués sur la paroi ventriculaire d’un cœur de rat ayant subi un
infarctus par ligature coronarienne. L’évolution du cardiopatch ainsi que de la fonction cardiaque est contrôlée grâce à l’imagerie par résonance magnétique [165]
(manuscrit en préparation). Des premiers résultats encourageants pointent vers une
implantation cellulaire optimale ainsi qu’une amélioration de la fonction cardiaque.
CONCLUSION
Les cellules souches dérivées d’embryons sont un outil unique qui permet d’étudier
la cardiogenèse in vitro. Beaucoup de progrès ont été effectués dans notre compréhension des mécanismes de différenciation cardiaque, spécialement en ce qui concerne le rôle et l’effet de certains facteurs de croissance. Les cardiomyocytes dérivés
de CECs, de CSEs et de CSEh ont été caractérisés fonctionnellement et structuralement, et nous savons maintenant que leur développement récapitule la cardiogenèse
précoce, mais que leur stade de maturation reste, pour la plupart des caractéristiques, à un stade embryonnaire. La quantité de cardiomyocytes obtenus est suffisante
pour des études in vitro. Néanmoins, augmenter l’efficacité de la différenciation
avec des facteurs de croissance est nécessaire si l’on veut obtenir assez de cellules
cardiaques pour la thérapie cellulaire. De meilleures procédures de purification cellulaire sont également requises afin d’éliminer tout risque potentiel de tératome lié à
la présence résiduelle de cellules indifférenciées. D’autres études devront aussi
déterminer comment les cellules, différenciées ou non, répondent à l’environnement
après implantation in vivo, tout d’abord dans des modèles animaux, d’un point de
vue fonctionnel et immunologique.
104
Cardiopatches pour le traitement
de l’infarctus du myocarde chez le rat
A
Ligature
de l’artère
coronaire
Matrice 3D biodégradable
+ morphogènes,
facteurs de croissance
+ CSE à destinée cardiaque
+ facteurs de croissance
Transplantation in vivo
B
Nanoparticules
d’oxyde de fer
IRM
Cardiopatche
Philips Intera 1.5T
Magnétofection
Figure 5. Stratégie d’ingénierie tissulaire visant à générer des biomatrices sous forme de cardiopatches
contenant des cellules souches embryonnaires à destinée cardiaque. Ces cardiopatches sont utilisés
pour la régénération de la paroi ventriculaire dans un modèle d’infarctus du myocarde chez le rat (A).
L’évolution des cellules qui infiltrent la paroi ventriculaire est observée grâce au marquage des cellules magnétofectées avec nanoparticules d’oxyde de fer et à l’imagerie par résonance magnétique
(IRM), qui permet l’analyse dynamique de la fonction cardiaque.
Le débat sur la capacité des cellules souches adultes, telles que celles de la
moelle osseuse, du tissu adipeux ou du cœur lui-même, de générer des cardiomyocytes in vitro reste ouvert et la controverse persiste. Il n’y a pas encore de
consensus quant à savoir quelles cellules souches adultes ont le potentiel de se
différencier en cardiomyocytes. Cependant, les connaissances acquises en
105
étudiant les CSE aideront sûrement à pousser la différenciation cardiaque des
cellules souches adultes.
Les cellules souches adultes autologues sont une source de cellules à considérer
très sérieusement pour la thérapie cellulaire, car leur utilisation réglerait un certain
nombre de problèmes soulevés par la transplantation de cellules dérivées de CSE,
comme le rejet immunitaire et le risque de formation de tératomes.
De futures études sur les cellules souches au moyen d’analyses génomiques et
protéomiques de large échelle aideront sûrement à découvrir des molécules qui
régulent les processus de différenciation. D’autres champs de recherche pour lesquels les cellules souches pourraient permettre de répondre à des questions cruciales
incluent la reprogrammation du génome et le contrôle des modifications épigénétiques. L’effet de la sous- ou surexpression de gènes de type sauvage ou mutés dans
certaines maladies humaines pourra aussi être étudié en utilisant ces modèles de cellules souches. Des études pharmaceutiques sur les CSE seront également utiles afin
de déterminer la sûreté ou la tératogénicité de substances chimiques ou de médicaments.
Pour finir, il est important de souligner qu’autant la recherche sur les CSE que
celle sur les cellules souches adultes sont indispensables et complémentaires. À ce
point de nos connaissances, aucune option ne doit être négligée, car l’usage de cardiomyocytes dérivés de cellules souches adultes pour la thérapie cellulaire cardiaque supprimerait les problèmes de rejet immunitaire et éthiques, deux points de controverse quant à l’utilisation de CSE pour ces applications cliniques. La recherche
sur ces deux grandes classes de cellules doit progresser en parallèle afin de mener à
un traitement efficace de l’insuffisance cardiaque par thérapie cellulaire.
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Emanuele Cozzi, Jean-Paul Soulillou
Xénotransplantation :
qu’en est-il des applications cliniques ?
Emanuele Cozzi1, Jean-Paul Soulillou2
1 Direzione Sanitaria, Padua General Hospital ; CORIT (Consorzio per la Ricerca sul Trapianto d’Organi) ; Department of Medical and Surgical Sciences, University of Padua,
Padoue, Italie
2 Inserm 0643, Nantes ; Université de Nantes, Faculté de médecine ; CHU Nantes, ITERT
(Institut de transplantation et de recherche en transplantation), Faculté de médecine, Nantes,
France
La xénotransplantation est l’une des voies actuellement explorées pour pallier la
pénurie d’organes humains. Les progrès réalisés dans ce domaine sont indéniables
et concernent notamment la survie prolongée de primates non humains xénogreffés
et la démonstration que les organes de porc satisfont aux exigences physiologiques
et prolongent la vie de primates pendant plusieurs mois. En outre, des données rassurantes sur la tolérance ont également été établies. Cependant, les données précliniques existantes ne sont pas encore suffisantes pour justifier le passage aux essais cliniques.
INTRODUCTION
Du fait des progrès médicaux et technologiques réalisés dans le domaine de la transplantation, un plus grande nombre de patients sont candidats à cette approche thérapeutique. Par conséquent, l’offre d’organes étant nettement inférieure à la demande,
les listes d’attente continuent de s’allonger de manière exponentielle, empêchant de
nombreux patients atteints de défaillance terminale d’un organe de bénéficier d’une
allogreffe.
Les efforts consentis pour encourager le don d’organes, pour accroître l’intérêt
des organes sous-optimaux, pour utiliser les organes de donneurs vivants apparentés
au receveur et pour prolonger la survie du greffon constituent des étapes correctives
importantes. Toutefois, les chiffres actuels montrent que ces approches ont peu de
chances de répondre pleinement à la demande. En effet, seule une minorité des
patients pouvant recevoir une transplantation en bénéficieront. En outre, le taux de
mortalité des patients en attente de transplantation d’organe est assez élevé [1].
116
Aussi, toute nouvelle source d’organes susceptible de réduire cette pénurie, même
faiblement, aurait un impact significatif sur la santé publique.
Afin de répondre à la demande de transplantation d’organes, de nombreuses pistes
ont été explorées. Elles incluent le développement d’organes artificiels, l’ingénierie
tissulaire et la xénotransplantation utilisant le porc comme donneur d’organe.
Si la xénotransplantation devenait une réalité, elle fournirait une source d’organes
illimitée, de tous types et de toutes tailles pour la transplantation humaine [2]. La
disponibilité de tels organes réduirait le délai d’attente, éviterait la détérioration progressive de l’état clinique qui s’observe généralement quand le patient est en attente
de transplantation et permettrait la pratique d’interventions chirurgicales électives,
programmées dans des conditions cliniques idéales. La réduction du délai d’attente
réduirait considérablement le coût du traitement des patients en défaillance terminale d’un organe (tels que les patients dialysés). La durée d’ischémie, considérée
comme un facteur majeur pour la survie à long terme de l’allogreffe, serait substantiellement réduite par le recours à la xénotransplantation. La grande disponibilité
d’organes mettrait heureusement également un terme au trafic illégal d’organes
humains dont il est souvent fait état. Enfin, les xénogreffes, si elles sont bien surveillées, pourraient paradoxalement aussi offrir un meilleur profil de sécurité que
les allogreffes de donneurs cadavres (Soulillou et al., soumis). Par conséquent, la
xénotransplantation pourrait représenter l’alternative la plus prometteuse à l’allotransplantation, pour faire face à la pénurie de dons d’organes.
Cependant, malgré les progrès substantiels réalisés dans l’ingénierie de tissus de
porc et le développement de nouvelles stratégies immunosuppressives ayant conduit
à des améliorations significatives de la survie des xénogreffes chez les primates non
humains, plusieurs obstacles immunologiques et liés à la tolérance ont retardé
l’application clinique de la xénotransplantation. Trois conditions essentielles doivent en effet être totalement remplies dans les études conduites sur les primates non
humains. En premier lieu, les mécanismes immunologiques qui sous-tendent le rejet
d’une xénogreffe porcine chez le primate doivent être suffisamment bien compris,
et il faut apporter la preuve que la réponse immunitaire antixénogreffe peut être efficacement contrôlée par un traitement immunosuppresseur cliniquement acceptable.
En deuxième lieu, les données d’efficacité doivent clairement montrer que les xénotransplantations satisfont aux exigences physiologiques du receveur. Enfin, le profil
de sécurité de cette nouvelle approche doit être démontré par des données in vivo
rassurantes chez les primates. Dans cette perspective, cet article se propose de
décrire le statut actuel de la xénotransplantation, d’en effectuer un examen critique,
avec des références à des données précliniques récentes indiquant les résultats
d’études conduites sur des transplantations cardiaques et rénales porc-primates non
humains, et de discuter des problèmes qui doivent être résolus avant de pouvoir
envisager une application clinique.
117
PROBLÈMES IMMUNOLOGIQUES
En matière de connaissances sur l’immunologie de la xénotransplantation porc-primate, des progrès considérables ont été réalisés récemment, notamment l’acquisition d’une compréhension plus poussée des mécanismes de la réponse immunitaire
contre la xénogreffe, le développement de stratégies visant spécifiquement à résoudre le problème de rejet hyperaigu (RHA) et de rejet humoral aigu de la xénogreffe
(RHAX) (également appelé rejet vasculaire aigu [RVA] [3] ou rejet retardé de la
xénogreffe [RCX] [4]), les deux obstacles immunologiques clés affectant la survie à
long terme des organes porcins greffés au primate.
Jusqu’à récemment, le RHA constituait la principale barrière immunologique à la
xénotransplantation d’organes de porc chez le primate. Le RHA se caractérise par
des hémorragies interstitielles diffuses, des œdèmes et des thromboses des petits
vaisseaux et des capillaires [5]. Ces modifications sont secondaires à l’activation
endothéliale et aux lésions induites par les anticorps antiporc préexistants. Très tôt
après la xénotransplantation, des cellules tueuses naturelles (NK) et des infiltrats de
neutrophiles s’observent dans le greffon, de même que d’importants dépôts de
fibrine, d’immunoglobulines et de fractions du complément (C3b et C5b-9). La
compréhension des mécanismes responsables de l’apparition du RHA a montré le
rôle central joué par le complément et les anticorps dans sa pathogenèse [6]. Par
conséquent, les approches retenues visent à interférer soit dans l’interaction des
anticorps naturels xénoréactifs avec leur principale cible, les structures Galα13Galβ1-4GlcNAc-R (connues sous le nom d’épitopes αGal) [7, 8], soit dans la cascade du complément.
Dans ce contexte, la recherche s’est orientée vers la production de porcs transgéniques exprimant des inhibiteurs de la cascade du complément humain, tels que la
protéine membranaire DAF humaine (hDAF ; CD55) [9–12], la protéine MCP
(MCP ; CD46 [13]) ou le CD59 [14]. L’intérêt de cette approche a désormais été
démontré de manière convaincante par plusieurs groupes [12, 15, 16] qui ont
observé que des porcs transgéniques similaires ne présentent pas de RHA lorsqu’ils
sont transplantés chez des primates. Toutefois, on a récemment montré que le CD55
peut réguler négativement les réponses des lymphocytes T [17] et que certains régulateurs du complément humain agissent comme récepteurs à la surface des cellules
pour les virus [18, 19].
En outre, les xénogreffes qui survivent au RHA échouent inévitablement presque
toutes par la suite du fait d’un RHAX. Plusieurs éléments ont été impliqués dans la
pathogenèse du RHAX et son mécanisme se caractérise principalement par la
thrombose vasculaire, l’hémorragie et l’œdème [5]. Les dépôts de fibrine, d’immunoglobulines et de complément dans la greffe ne diffèrent pas beaucoup de ceux
observés dans le RHA. Les infiltrats cellulaires concernent les neutrophiles, les
118
macrophages, les lymphocytes T CD8+ ainsi que quelques cellules NK [5]. Le
RHAX est également associé à l’apoptose et à la nécrose des cellules endothéliales
et contribue de ce fait à l’agrégation plaquettaire et à la thrombose de la greffe. Globalement, les données existantes corroborent les opinions actuelles selon lesquelles
des anticorps xénoréactifs (spécifiques d’αGal mais aussi des épitropes non-αGal
[20, 21]) se fixent sur les cellules endothéliales porcines, conduisant à une activation de type II et à une régulation positive des gènes, favorisant l’inflammation et la
thrombose, ce qui annule les effets des molécules potentiellement protectrices et
enfin aboutit à des modifications pro-inflammatoires et procoagulantes [22, 23]. En
outre, le rôle des lésions de reperfusion ischémique secondaires dans la pathogenèse
du RHAX reste à définir. En effet, les événements apoptotiques précoces, tels que
ceux observés après une lésion de reperfusion ischémique, peuvent aboutir à des
modifications endothéliales et au développement d’un phénotype procoagulant et
pro-adhésif [24, 25].
À la lumière de ces observations, les interventions visant à prévenir l’apparition
d’un RHAX sont essentiellement fondées sur trois approches. En premier lieu, on a
tenté de modifier le profil antigénique des organes de porc afin de réduire leur antigénicité. À cette fin, des porcs dépourvus du gène de la galactosyltransférase, et
par conséquent des épitopes αGal (αGalT–/–), ont récemment été produits [26].
Bien qu’à ce jour seul un nombre très limité de laboratoires aient eu accès à de tels
porcs, ils prouvent déjà qu’ils constituent une avancée importante dans ce
domaine. En effet, des cœurs et des reins de porcs invalidés pour αGalT–/– transplantés à des primates non humains n’ont pas présenté de RHA [27, 28] et ont permis une survie de la xénogreffe allant jusqu’à 179 et 83 jours, respectivement. En
deuxième lieu, des stratégies ont été développées pour abolir ou limiter le rôle de la
réponse immunitaire humorale antixénogreffe (directement ou par le cocontrôle
des lymphocytes T du receveur). Pour ce faire, deux approches immunosuppressives ont été adoptées et elles ont conduit à des résultats substantiellement distincts,
malgré l’utilisation d’organes de porcs dépourvus des épitopes αGalT–/– dans les
deux séries. Dans la première étude, une stratégie immunosuppressive récemment
développée, qui inclut l’utilisation d’un anticorps monoclonal anti-CD154 humain,
a été adoptée dans un modèle de xénotransplantation porcine à des babouins [27].
La survie de la xénogreffe a été considérablement allongée par le recours à ces
porcs transgéniques. Toutefois, en dépit de l’absence d’épitopes αGal, un RHAX a
été observé dans la majorité des cas et associé à la formation d’anticorps et à une
microangiopathie trhrombotique systématique, suggérant que les anticorps
non-αGal jouent un rôle dans l’apparition de cette complication. En revanche, il
n’a pas été observé de RHAX dans une seconde étude où des xénogreffes rénales
αGalT–/– ont été transplantées à des babouins exposés à un nouveau protocole
conçu pour améliorer la tolérance chez le primate [28]. En effet, Yamada et al. ont
119
pu montrer que le cogreffage de tissu thymique permet une fonction normale du
greffon avec une absence de rejet pouvant aller jusqu’à 83 jours. Fait remarquable,
ces investigateurs ont pu aussi montrer l’absence de réponse spécifique du porc via
des réactions lymphocytaires mixtes chez deux receveurs ayant bénéficié d’une
survie à long terme, et l’absence d’activation des lymphocytes T cytotoxiques spécifiques du porc dans un cas. En outre, des complications thrombotiques légères
ont été signalées dans cette étude. Ces résultats sont indubitablement notables. Ils
soulignent les formidables progrès réalisés dans la dernière décennie grâce au
développement de protocoles visant à améliorer la tolérance chez le primate et
démontrent sans conteste que, grâce à un contrôle adéquat de la réponse immunitaire et à une production de porcs transgéniques bien ciblée, la survie à long terme
des organes de porc chez le primate est un objectif réaliste.
Enfin, outre l’altération du profil immunogénique des organes de porc ou l’amélioration de la stratégie immunosuppressive, fondée sur les résultats histopathologiques des organes αGalT–/– rejetés chez les primates, certains ont proposé de résoudre le problème du RHAX en interférant sur l’activation de la cascade de
coagulation accompagnant le processus de rejet qui pourrait, au moins en partie, être
le résultat des incompatibilités physiologiques observées entre le porc et le primate
[29]. Ces aspects seront discutés ultérieurement dans ce texte.
Si la composante humorale de la réponse immunitaire constitue actuellement le
plus important obstacle à la survie à long terme et à la fonction normale des greffons
vascularisés, le risque d’endommagement de la greffe par des mécanismes cellulaires ne doit pas être écarté [30]. En effet, les fortes concentrations du traitement
immunosuppresseur utilisé (qui, dans certains cas, ne peuvent pas être appliquées en
clinique) pourraient conduire à la sous-estimation de l’importance des lymphocytes
T. Des xénogreffes d’organes solides explantées chez des primates immunosupprimés ont montré, dans certaines études, la présence d’un infiltrat lymphocytaire multifocal composé de lymphocytes T et B, de macrophages et de certaines cellules NK,
associés à des lésions tissulaires directes. Ce tableau histologique est défini comme
un rejet cellulaire aigu de la xénogreffe (RCAX) [5]. Le RCAX n’est associé ni à
une thrombose vasculaire, ni à une hémorragie interstitielle, ni à des dépôts significatifs de fibrine, d’immunoglobulines et de complément. En dépit des démonstrations indéniables in vitro de réponses cellulaires (revues par Buhler et Cooper [31]),
et contrairement aux résultats in vivo obtenus pour le modèle hamster/rat [32], il est
important de souligner que le RCAX ne conduit pas en soi à un échec de la greffe
après xénotransplantation d’un organe solide de porc à un primate. Par conséquent,
à ce stade, les études conduites sur des modèles de xénotransplantation porc-primate
non humain semblent suggérer qu’il est au moins possible de prévenir un endommagement de la greffe directement lié à l’action des cellules immunitaires, grâce aux
traitements immunosuppresseurs actuellement disponibles [31].
120
ASPECTS PHYSIOLOGIQUES
Bien que plusieurs incompatibilités physiologiques aient été signalées entre le porc
et le primate, ces incompatibilités, qui portent sur les différences moléculaires entre
le complément [33] et les systèmes de coagulation [29], ne semblent pas à l’heure
actuelle représenter un obstacle insurmontable à la survie à long terme des xénogreffes rénales et cardiaques de porc.
En ce qui concerne la coagulation, il est à noter que le facteur von Willebrand
(vWF) porcin interagit avec les récepteurs des plaquettes humaines de haute affinité, phénomène pouvant être à l’origine d’une augmentation de l’activité procoagulante. Malgré tout, l’utilisation d’organes de porc présentant un déficit en vWF n’a
pas permis d’avancées majeures, bien qu’il soit désormais admis que la stratégie
immunosuppressive adoptée dans ces études préliminaires ait eu peu d’effet sur le
RHAX [34]. L’inhibiteur de la voie du facteur tissulaire TFPI (tissue factor pathway
inhibitor) porcin n’est pas capable de neutraliser le facteur Xa humain, et il est par
conséquent incapable d’inhiber l’activation directe de prothrombine humaine en
thrombine. En outre, bien qu’on ait pu montrer que la thrombomoduline porcine se
fixe sur la thrombine et la protéine C humaines, le complexe thrombine humaine–
thrombomoduline porcine active faiblement la protéine C. La production insuffisante de protéine C activée contribue à l’élévation des taux de thrombine, qui favorise l’apparition du processus de coagulation. Les approches telles que l’utilisation
d’antagonistes de récepteurs plaquettaires glycoprotéiques (GPIIbIIIa), de l’inhibiteur de la P sélectine et de la diphosphohydrolase ATP (ATPDase/CD39, le principal nucléoside vasculaire triphosphate diphosphohydrolase, dont l’activité génère le
médiateur adénosine antithrombotique et anti-inflammatoire) pourraient présenter
certains avantages en terme de prolongation de la survie d’organes xénogreffés à
des primates, mais doivent maintenant être testées (revues par Robson et al. [29]).
De plus, la modulation transgénique de la cascade de coagulation par l’expression
de novo d’anticoagulants (directement ou indirectement) ou l’élimination de molécules procoagulantes sur l’endothélium vasculaire xénogénique peut représenter une
stratégie thérapeutique potentielle supplémentaire. Des résultats encourageants,
même s’ils n’ont été obtenus qu’in vitro [35, 36] et dans des modèles animaux de
petite taille [37–41], ont fourni une base pour la future manipulation génétique des
organes porcins, capables de surmonter les obstacles liés aux événements thrombotiques qui compromettent la survie de la xénogreffe.
Globalement, les données existantes indiquent qu’en dépit des différences physiologiques signalées, le cœur et le rein de porc peuvent fonctionner chez les primates
et prolonger leur vie de plusieurs mois dans certains cas [27, 28, 42]. Les organes
supportent des niveaux d’activité normale et les receveurs ont un comportement
social normal. Dans le cas de la xénotransplantation rénale, ces observations se sont
121
confirmées malgré l’existence de données indiquant que la filtration rénale porcine
induit une protéinurie non négligeable (2–3 g/jour), une faible capacité de concentration de l’urine et une faible sensibilité aux hormones antidiurétiques humaines.
Ces observations suggèrent également qu’un contrôle adéquat de la réponse
immunitaire, telle que celle obtenue par Lin et al. [43], pourrait limiter la signification fonctionnelle de certaines des différences physiologiques signalées, ce qui prolongerait d’autant la survie des organes de porc transplantés au primate. Néanmoins,
l’observation d’une protéinurie et d’une hypoalbuminémie évocatrices d’un syndrome néphrotique chez les primates dont la fonction de la greffe est stable souligne
la nécessité d’évaluer de manière approfondie les effets des différences physiologiques observées chez les receveurs xénogreffés bénéficiant d’une survie à long
terme.
ASPECTS DE SÉCURITÉ SANITAIRE
La xénotransplantation ne pénétrera pas la sphère clinique tant que l’on n’aura pas pu
démontrer de manière convaincante un profil de sécurité élevée. À cet égard, des travaux de recherche ont été entrepris au cours de ces dernières années par de nombreux
groupes dans ce domaine, qui ont permis de réaliser des progrès considérables (revus
par Fishman et Patience [44]). En effet, grâce à l’utilisation de colonies non porteuses
de certains agents pathogènes et à l’élevage spécialisé d’animaux, il est désormais
possible d’exclure la grande majorité des agents bactériens, viraux et parasitaires
connus des élevages de porcs. De plus, des études rétrospectives conduites chez des
humains exposés à des cellules et des tissus de porcs vivants n’ont pas montré de
transmission d’agents infectieux potentiels à l’homme par ces procédures [44].
La biologie des rétrovirus endogènes porcins (PERV) est également mieux
connue, ce qui peut les rendre moins préoccupants à l’heure actuelle que par le
passé. Notamment, trois classes de PERV contaminants ont été identifiées (PERVA,
-B et -C) [45]. Les PERV ont été isolés sur des lignées cellulaires et des cellules primaires porcines. Toutefois, les particules virales issues de cellules primaires de porc
sont généralement présentes en faible concentration et leur capacité de se répliquer
est limitée, ce qui constitue un aspect favorable à la xénotransplantation d’organes
de porc. Si le PERV-A et le PERV-B peuvent infecter les cellules humaines in vitro,
le sous-groupe PERV-C n’a pas ce pouvoir infectieux [45]. Toutefois, des observations récentes montrent que la recombinaison in vitro entre le PERV-A et le PERVC est possible et peut produire un virus recombinant ayant un tropisme humain [46,
47]. Néanmoins, les provirus PERV-A/C n’ont pas été identifiés dans l’ADN de la
lignée germinale des porcs capables de transmettre le PERV [48]. Fait plus important, aucune infection humaine par l’un des PERV n’a été mise en évidence, même
avec le virus PERV-A/C recombinant.
122
En outre, il convient de noter qu’il est maintenant démontré que le PERV et
d’autres virus sont sensibles à certains agent antiviraux actuellement disponibles
[49] et des lignées porcines ont été récemment identifiées comme étant incapables
de transmettre le PERV à des cellules humaines in vitro [46, 50]. La cartographie
des épitopes a aussi permis de mettre en évidence des séquences spécifiques qui
sont identiques dans tous les PERV et les anticorps dirigés contre ces séquences
sont capables de neutraliser le PERV in vitro, indiquant que ces épitopes pourraient
former la base du développement d’un vaccin [51]. Enfin, l’application de la technologie de knock-out d’un gène peut fournir une stratégie supplémentaire d’élimination du risque de contamination virale [51].
En ce qui concerne les virus exogènes, l’activation du cytomégalovirus porcin
(PCMV) a été documentée dans les xénogreffes de porc à des primates et a conduit
à des maladies cliniques de l’organe et à la détection d’ADN viral dans les tissus des
primates. Toutefois, ils ne semblent pas provoquer de maladies invasives chez ces
mêmes primates [52]. En outre, on a pu démontrer que le PCMV peut être efficacement éliminé chez les donneurs porcins par un sevrage précoce [53]. Sur les trois
virus lymphotropes porcins (PLHV) identifiés (PLHV-1, -2 et -3), seul le PLHV-1
est associé à un syndrome lymphoprolifératif similaire à ceux observés après une
allogreffe de moelle osseuse chez des suidés, mais un tel trouble n’a pas été retrouvé
dans la xénotransplantation porc-primate [52].
De plus, le développement de la technologie des puces à ADN peut permettre une
identification et un contrôle rapides des agents infectieux potentiels connus mais
non identifiés jusqu’alors [54].
En conclusion, les procédures génétiques décrites, associées à des conditions
d’élevage maîtrisées et à un contrôle permanent des animaux donneurs, aboutiront à
la production d’animaux donneurs présentant un profil de sécurité élevée et des risques limités de zoonoses.
PERSPECTIVES D’AVENIR
À la lumière des dernières données examinées et discutées dans cet article, il apparaît clairement que, grâce aux avancées du génie génétique et à l’affinement des
stratégies immunosuppressives, la xénotransplantation utilisant le porc comme
source de dons d’organes a beaucoup progressé depuis les premiers rapports de
Calne et al. [55] et Cooper et al. [56]. Des avancées considérables ont été réalisées :
elles concernent la survie prolongée des primates xénogreffés non humains et la
démonstration que les organes de porc satisfont aux exigences physiologiques et
prolongent de plusieurs mois la vie de primates non humains [27, 28, 42]. Par
ailleurs, des données de sécurité sanitaire rassurantes ont également été générées
récemment.
123
Néanmoins, si les progrès réalisés dans ce domaine sont indéniables, les auteurs
pensent qu’au vu des données précliniques existantes nous ne sommes pas encore
capables de surmonter certains obstacles, condition prérequise pour envisager la
conduite d’essais cliniques en présence d’un rapport risque/bénéfice clairement
favorable [57]. L’efficacité demeure l’un des éléments fondamentaux du processus
de prise de décision et, dans l’état actuel des connaissances, les données n’indiquent
pas que la xénotransplantation a, pour l’heure, plus à offrir que les cœurs ou les
reins artificiels disponibles. Par conséquent, étant donné les possibles incertitudes
qui planent toujours sur la sécurité sanitaire de la xénotransplantation, il est probablement trop tôt pour passer aux essais cliniques. Aussi, le développement de
recommandations acceptées par la communauté internationale et qui amélioreraient
considérablement le profil de sécurité de la xénotransplantation est toujours vivement attendu. À cet égard, la résolution adoptée récemment par l’Organisation mondiale de la santé [58] qui prévoit, comme objectif clé, un renforcement de la coopération et l’harmonisation des pratiques mondiales en matière de xénotransplantation
représente indubitablement une étape importante vers une application clinique en
toute sécurité de la xénotransplantation.
Quoi qu’il en soit, l’exposé de principe du Comité d’éthique de l’Association
internationale de xénotransplantation [59] demeure le document de référence, car il
précise la conduite à tenir pour les essais cliniques et convainc de la nécessité
d’obtenir des données d’efficacité dans des modèles précliniques, avant de pouvoir
passer aux applications cliniques. Enfin, l’opinion des auteurs, et de bien d’autres,
est que seules des études cliniques opportunes, bien planifiées, scientifiquement
rigoureuses et éthiquement acceptables offriront à la société tout entière la confiance nécessaire pour permettre à ce domaine émergent d’accéder à son potentiel
clinique.
Remerciements
Les auteurs souhaitent remercier le Dr Erika Bosio pour son examen critique du
manuscrit.
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127
Jean-Michel Dubernard, Gabriel Burloux, Emmanuel Morelon et al.
Jean-Michel Dubernard1, Gabriel Burloux2, Emmanuel Morelon1,
Alain Gazarian1, Danièle Bachmann2, Sylvie Testelin3, Lionel Badet1,
Benoît Lengele4, Angela Sirigu5, Sophie Cremades6, Camille Francès7,
Xavier Martin1, Bernard Devauchelle3
1 Transplantatologie, hôpital Édouard Heriot, Lyon, France
2 Psychiatrie, Lyon, France
3 Chirurgie maxillo-faciale, Amiens, France
4 Chirurgie Plastique, Bruxelles, Belgique
5 Sciences cognitives, Lyon, France
6 Psychiatrie, Amiens, France
7 Dermatologie, Hôpital Tenon, Paris, France
Dans l’histoire de la transplantation, la fin du XXe siècle et le début du XXIe seront
marqués par les greffes de tissus composites. La première greffe de main a ouvert
cette nouvelle ère : main [1] face [2], mais aussi articulation du genou [3], larynx
[4], paroi abdominale [5] et même pénis [6]… toutes parties du corps non vitales
mais très difficiles, voire impossibles à reconstruire par les techniques chirurgicales
conventionnelles. Encore expérimentales chez l’homme, ces greffes conduisent à
relever trois défis :
– technique et fonctionnel ;
– immunologique ;
– psychologique.
ASPECTS TECHNIQUES ET FONCTIONNELS
Les aspects techniques et fonctionnels apparaissent plus complexes pour la greffe
de face que pour la greffe de main, qui a bénéficié de la longue expérience des
réimplantations après amputation traumatique. Les différentes techniques de
l’intervention sont résumées dans plusieurs articles [1, 2]. Le principe, chez le
donneur comme chez le receveur, est d’isoler et de bien individualiser les principales structures vasculaires, nerveuses, musculaires ou tendineuses au niveau des
greffons comme au niveau des moignons ou du site de réimplantation de la face
(figures 1 et 2). Grâce à une rééducation sophistiquée, les résultats fonctionnels
sont très satisfaisants [7] ; la régénération nerveuse, qui progresse d’environ
128
2 mm par jour, permet de retrouver une sensibilité et une motricité. Pour les greffes de main, la sensibilité à la pression légère (test de Semmes-Weinstein) et au
chaud-froid atteint l’extrémité des doigts entre 6 et 8 mois après l’intervention,
en fonction du niveau de l’amputation. La motricité des muscles intrinsèques se
manifeste à partir de 12 mois. Après la greffe de face, la sensibilité à la pression
légère et au chaud-froid est réapparue en moins de 6 mois. La fermeture complète des lèvres est devenue possible 8 mois après la transplantation, ce qui a
considérablement amélioré la phonation.
Ces résultats très satisfaisants mettent en jeu les mécanismes complexes illustrés
au niveau cérébral par les IRM fonctionnelles : en quelques mois, l’image de la
main ou de la face dans le cortex sensitif et moteur retrouve sa place naturelle, d’où
elle avait disparu après l’accident [8]. Il en résulte une amélioration de la qualité de
la vie de tous les jours. Les transplantés de la main retrouvent les principaux gestes
leur permettant de mener une vie normale : toilette, alimentation, conduite de véhicule, travail, etc. La transplantée de la face a pu se réalimenter dès le 8e jour (elle
était nourrie par une sonde gastrique) ; elle a retrouvé une voix normale et une
expressivité très satisfaisante dès le 8e mois. Un an après la transplantation, elle a pu
reprendre une activité professionnelle.
Figure 1. Première greffe de main : schéma du greffon avant réimplantation.
129
Figure 2. Première greffe de face : schéma du greffon avant réimplantation.
ASPECTS IMMUNOLOGIQUES
Les mécanismes immunologiques qui conduisent au rejet aigu des greffes de tissus
composites sont similaires à ceux observés dans les greffes d’organes solides. Cependant, les tissus composites, et tout particulièrement les mains, ont deux caractéristiques qui les différencient des organes transplantés. D’une part, ils contiennent des tissus d’immunogénicité variable (figure 3), chacun d’entre eux pouvant interagir avec le
système immunitaire du receveur [9]. La peau, structure particulièrement immunogénique, peut déclencher une forte réponse immune, de sorte que les tissus composites
comportant de la peau ont été longtemps considérés comme impossibles à transplanter
avant l’ère de l’immunosuppression moderne [10]. D’autre part, ils contiennent des
tissus lymphoïdes, moelle et ganglions, qui ont théoriquement le potentiel d’induire
une maladie du greffon contre l’hôte, et qui pourraient aussi moduler négativement la
réponse immune et induire une tolérance. Il faut cependant noter que la survenue
d’une maladie du greffon contre l’hôte n’a pas encore été décrite dans les greffes de
main. De plus, bien que la création d’un microchimérisme par la transplantation de
cellules souches hématopoïétiques soit un des moyens les plus sûrs pour induire la
tolérance allogénique chez l’homme, la démonstration de l’existence d’un tel chimérisme n’a pas encore pu être démontrée dans les greffes de mains. Des données très
récentes établies chez le patient transplanté des deux mains à Lyon montrent l’existence de cellules régulatrices CD4+/FoxP3+ dans la peau greffée [11]. Ces cellules
130
régulatrices pourraient expliquer l’absence de rejet chronique, près de 8 ans après la
transplantation. Les mécanismes immunologiques permettant le développement et le
maintien de ces cellules régulatrices ne sont pas encore bien connus.
Les expériences animales et les premières transplantations chez l’homme ont
montré qu’en dépit de l’immunogénicité importante de la peau, la transplantation
de tissus composites est possible en utilisant une immunosuppression conventionnelle, avec un recul de plus de 6 ans pour le premier patient greffé des deux mains.
La plupart des équipes utilisent une triple immunosuppression conventionnelle
associant un inhibiteur de la calcineurine, du mycophénolate mofétil, des corticoïdes et un traitement d’induction à base d’anticorps antilymphocytaires ou d’anticorps monoclonaux dirigés contre les récepteurs de l’interleukine 2. Le traitement
du rejet aigu fait appel aux immunosuppresseurs en topiques locaux – corticoïdes et
tacrolimus – et aux corticoïdes à fortes doses par voie générale. Les rejets corticorésistants peuvent être traités par anticorps polyclonaux antilymphocytaires ou anticorps monoclonaux, OKT3 ou Campath-1H. Le traitement précoce du rejet aigu et
sa réversibilité sont importants pour assurer une fonction optimale du greffon.
GREFFE COMPOSITE DE TISSUS
(Face et mains)
Face
Main
Immunogénicité
Rejet
Peau
+++
Agressif
Muscles
+++
Marqué
Vaisseaux
+++
Modéré
Nerfs
++
Modéré
Graisse
+
Faible
Cartilage
+
Faible
Muqueuse buccale
?
?
Os
+
Faible
Moelle osseuse
+++
Agressif
Figure 3. Immunogénicité et profil du rejet des tissus des greffes composites de tissus. (D’après Murray, 1971.).
131
L’immunosuppression doit, comme pour toutes les transplantations d’organe, être
donnée de façon permanente, et soumet le receveur aux risques de l’immunosuppression non spécifique : infections, cancers, effets secondaires métaboliques,
insuffisance rénale et autres effets secondaires propres des immunosuppresseurs.
La surveillance de ces patients et la prévention des effets secondaires des immunosuppresseurs doivent donc suivre les mêmes règles que celles qui régissent le suivi
des patients transplantés d’organe.
ASPECTS PSYCHOLOGIQUES
Greffes de mains
Les aspects psychologiques ont principalement été étudiés après les greffes de
mains [12, 13]. Lorsqu’une greffe est envisagée, le temps du deuil laisse la place à
celui de l’espoir. Les patients peuvent maintenant oublier le passé et commencer à
regarder l’avenir : désirer au lieu de déprimer, et attendre un grand changement dans
la vie. Il est très important à ce moment qu’ils soient suivis par un psychiatre qui a
l’habitude de la transplantation. Avant la greffe, deux raisons poussaient notre premier patient à souhaiter être transplanté. D’abord il avait besoin de ses deux mains
pour accomplir certaines tâches, comme piloter un avion ou, bien évidemment,
jouer du piano. La deuxième raison, moins importante (disait-il) était qu’il ne pouvait supporter facilement le regard de l’autre et qu’il en était très perturbé. Il ne pouvait accepter d’être considéré comme un infirme.
Avant la greffe, évaluer un patient ne suffit pas. Il faut l’expertiser soigneusement,
le « scruter », car existe un fossé inévitable entre l’imaginaire et la réalité. Les
somaticiens doivent informer les patients et les psychiatres doivent vérifier que ces
derniers ont bien compris l’information. Plus encore, les psychiatres doivent également décrire en détail aux patients les épreuves qui les attendent, afin de lutter
contre une idéalisation toujours décevante et trompeuse. Cela les aidera beaucoup.
Après la greffe, quand le patient reprend conscience, la vision qu’il a est celle
d’un énorme pansement au bout de son (ou ses) poignets ou avant-bras. Il se
retrouve dans les mêmes conditions qu’après son amputation. Avec une différence
notable : il a des mains ! Mais hélas ne peut les utiliser.
Ce qui suit est l’histoire d’une reconquête. Plusieurs points doivent être considérés.
– L’anxiété. Elle se manifeste souvent sous la forme d’un sentiment de dépersonnalisation. Elle est liée à la nature étrangère de la main greffée, à son aspect cadavérique et
aussi à la vision de la limite très apparente qui sépare le bras du donneur de la main du
receveur, symbolique de la coexistence troublante du mort et du vivant, du familier et
de l’inquiétant. Une bouffée d’angoisse se produit souvent lors du premier pansement,
132
mais elle n’est pas exprimée, car il n’y a pas de mots pour qualifier cette vision. Le
patient voit qu’il est mortel.
– La régression. Elle est nécessaire et désirable dans les suites immédiates de la
greffe car le patient est alors totalement dépendant. Elle ne doit pas durer trop longtemps et empêcher l’esprit de redevenir actif.
– La dépression. Le risque de dépression dépend de la personnalité préalable du
patient et aussi de la différence entre ce qu’il avait imaginé et la réalité de son
impuissance.
– La confusion. Le choc postopératoire, la cortisone, une réaction sérique ou celle
de la greffe sur l’hôte peuvent entraîner un état de confusion plus ou moins délirant.
Par exemple, un patient voyait des mains sur le mur, qui lui faisaient des signes.
C’était une projection au dehors de ce qui l’effrayait dedans : les mains greffées.
– La réactivation du trauma initial, cause de la perte des mains, et de la chirurgie
qui avait suivi. Le patient peut se mettre à revivre son accident initial, voir ses mains
exploser ou mises en pièces et du sang partout, avoir des cauchemars ou des pensées
obsédantes. Généralement, cela ne dure pas. Le patient doit peu à peu reconstruire
son image.
– L’appropriation. Quand la greffe somatique a été réalisée, la greffe psychique ne
fait que commencer. C’est le temps de l’appropriation. Les réactions psychologiques et les fantasmes des patients sont liés à l’aspect visible et à la non-fonctionnalité de la main greffée. Mais assez rapidement le patient retrouve ce qu’il avait
perdu : enthousiasme et désir. « Le rêve est devenu réel » a énoncé l’un d’entre eux.
Une nouvelle période commence. Ce temps de l’appropriation doit être assisté et
favorisé par le psychiatre, car il est fondamental mais aussi menacé par le double
phénomène du déni et du clivage. Le déni consiste pour le patient à dire – ou plutôt
penser – en même temps deux énoncés contradictoires : « Je sais que les mains
viennent d’un cadavre » et « Je ne veux rien en savoir ». L’esprit se clive donc en
deux, ce qui est le meilleur moyen d’éliminer la contradiction. C’est un moyen de
défense bien connu en psychologie. Il est très efficace mais ne peut durer très longtemps car la réalité a toujours le dernier mot (sauf dans certaines organisations psychiques). Il est utilisé quand quelque chose est insupportable. Il n’est pas toujours
possible d’y recourir, en particulier devant des émotions et des tensions trop fortes.
Dans ces cas, le patient régresse à d’autres moyens de défense, par exemple les
rêves et les rêveries, si c’est possible. Sinon, c’est l’envahissement du psychisme par
l’angoisse, voire la détresse ou le recours à la pensée magique.
Mais à moyen terme, la ou les mains greffées apportent beaucoup au patient sur le
plan fonctionnel comme au niveau de l’image corporelle. L’un des premiers patients
s’exprimait en ces termes : « Cette greffe ne sauve pas la vie. Elle fait bien plus.
Elle donne la vie. »
133
Greffe de face
Notre expérience de la première greffe de face est réduite à un suivi de 18 mois.
Nous avons été surpris par la facilité qu’a eue la patiente à intégrer et à s’approprier la face greffée. Il est vrai que les psychiatres avaient insisté, au cours de longs
entretiens quelques mois avant l’intervention, sur ces notions d’intégration et
d’appropriation. L’intégration était peut-être un faux problème car tout vaut mieux
qu’une absence de visage, de sorte que les problèmes anticipés ne se sont pas vraiment posés : dès l’immédiate période postopératoire, la patiente avait un visage au
lieu d’un trou. S’il est vrai que pour les mains l’enjeu est principalement fonctionnel, pour la face il est avant tout esthétique dans l’esprit de la personne amputée. En
fait, l’aspect fonctionnel existe évidemment aussi, mais apparaît, à tort, secondaire.
Le fantasme, avancé dans les médias, de vivre avec « le visage d’une autre » ne s’est
pas présenté de la façon traumatique annoncée. Les psychiatres avaient insisté sur
deux points : la face greffée se modèlerait sur la structure ostéomusculaire personnelle de la receveuse ; le résultat ne ressemblerait ni au visage de la personne donneuse ni à l’ancien visage de la patiente.
Enfin, ils avaient parlé en détail de la nécessaire appropriation psychique, que
nous avions constatée à propos des greffes de mains, démarche qui permet à un
patient de faire de la main greffée sa main, ce qui représente un travail du psychisme pour lequel nous pourrions l’aider. Globalement et en l’état actuel de notre
expérience, la greffe de face apparaît plus facile.
En conclusion, les greffes de tissus composites donnent un grand espoir à des
patients victimes d’accidents ayant entraîné la perte de parties non vitales du corps.
Les résultats fonctionnels et esthétiques permettent de se réinsérer dans une vie
sociale normale. Ces greffes restent encore expérimentales, imposant aux équipes
multidisciplinaires impliquées de travailler en réseau et de partager leurs données
pour progresser ensemble plus rapidement. C’est le rôle dévolu à l’IHCTAS (International Hand and Composite Tissue Allografts Society) et du registre qu’elle a mis
en place (www.handregistry.com).
Références
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report on first 6 months. Lancet 1999 ; 353 : 1315-20.
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components of a vascularized limb allograft. Plast Reconstr Surg 1991 ; 87 : 401-11.
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Enabling technologies : body image and body function. Dublin : Churchill Livingstone ; 2004.
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13 Bachman D, Burloux G. The physchiatrist and the hand transplant. Composite tissue allografts.
Paris : John Libbey Eurotext ; 2001. p. 85-91.
135
Table ronde
Philippe Tuppin, Bernard Loty
Comment augmenter les prélèvements
d’organes en France ?
Dans le domaine des greffes d’organes, les perspectives d’évolution des activités sont
fortement conditionnées par la pénurie de greffons (tableau 1), qu’elle soit quantitative (rapport de l’offre à la demande) ou qualitative (groupes sanguins et HLA rares,
etc.). Une estimation du potentiel de donneurs en état de mort encéphalique en
France est nécessaire aux décideurs de santé publique. Pour mettre en place des stratégies, ceux-ci doivent confronter cette estimation au nombre de donneurs effectivement recensés et prélevés et aux besoins exprimés par les inscriptions en liste
d’attente. Néanmoins, il est difficile d’appréhender l’offre et les besoins de greffons
car il n’existe pas de registres exhaustifs des individus en état de mort encéphalique
et en défaillance terminale d’organes. La mise en place progressive du Rein (Réseau
épidémiologie et information en néphrologie) sur l’insuffisance rénale chronique terminale (IRCT) doit permettre de mieux évaluer la demande de greffon rénal [1]. Pour
la France, le potentiel de donneurs a été estimé entre 3300 et 3819 (53–61 par million
d’habitants, pmh) selon la prise en compte ou non des contre-indications, mais ils ne
sont pas tous signalés aux coordinations hospitalières de prélèvement. Ce nombre a
été calculé à l’aide des résultats d’études internationales et françaises fondées sur un
recensement exhaustif des donneurs à l’échelon national ou suprarégional [2–8]. En
2005, 5655 malades étaient toujours en attente d’une greffe de rein au début de
l’année et 3158 ont été inscrits en cours d’année, soit 8813 malades à greffer en théorie dans l’année 2005 [9] (tableau 1). Même en supposant que les deux reins soient
prélevés (soit 6600–7638), l’effectif des patients est supérieur à l’estimation du nombre de greffons potentiels. La demande de greffons rénaux étant plus élevée que le
potentiel de donneurs en état de mort encéphalique en France, il est nécessaire d’optimiser le potentiel de donneurs en état de mort encéphalique, mais aussi de développer le recours à d’autres types de donneurs, d’autant plus que le contexte épidémiologique des causes de décès associées à la mort encéphalique évolue de façon
péjorative en France. L’Agence de la biomédecine se trouve donc dans l’obligation
de gérer des ressources rares. La transplantation est une procédure coûteuse mais
139
coût-efficace, notamment pour la greffe de rein. L’optique est celle du rapport bénéfices/risques plutôt que celle du risque zéro, car le pronostic vital des malades est le
plus souvent compromis à plus ou moins brève échéance et les caractéristiques des
donneurs évoluent vers la prise en charge de greffons plus fragiles.
Tableau 1. Évolution des nombres de malades inscrits chaque année, toujours en attente au début de
chaque année, de malades inscrits dans l’année par greffon disponible, et de greffes.
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Cœur
Nouveaux inscrits
511
477
464
472
392
429
440
Malades toujours inscrits au 01/01
269
336
334
340
355
306
277
Total malades
780
813
798
812
747
735
717
Total malades pour un greffon
2,4
2,5
2,5
2,5
2,6
2,3
2,1
Greffes
321
328
316
319
283
317
339
261
Cœur-poumons
Nouveaux inscrits
54
34
64
36
27
29
33
69
65
58
70
61
55
38
Total malades
123
99
122
106
88
84
71
Greffes
28
25
26
20
16
22
21
28
Poumons
Nouveaux inscrits
133
121
137
168
152
176
174
109
117
117
125
154
174
144
Total malades
242
238
254
293
306
350
318
Greffes
71 (1)
70 (1)
91 (2)
89 (1)
76
145 (1)
184
91
Foie
Nouveaux inscrits
933
1028
1050
1052
1093
1160
1229
261
346
403
451
423
448
473
Total malades
1194
1374
1453
1503
1516
1608
1702
1,7
1,7
1,8
Greffes
699 (23) 806 (52) 803 (48)
1,7
1,8
1,7
1,6
882 (45)
833 (42)
931 (48)
1033 (49)
483
Rein
Nouveaux inscrits
2517
2334
2540
2663
2600
3032
3147
4502
4856
4911
5132
5212
5368
5647
Total malades
7019
7190
7451
7795
7812
8400
8794
3,8
3,7
3,7
3,5
3,7
3,5
3,4
Greffes
1842 (77) 1924 (84) 2022 (101) 2253 (108) 2127 (136) 2421 (162) 2574 (196)
5917
Pancréas
Nouveaux inscrits
111
102
80
88
105
111
133
132
175
194
190
190
201
177
Total malades
243
277
274
278
295
312
310
Greffes
49
54
60
59
70
101
92
( ) dont donneurs vivants hors domino.
140
166
L’OFFRE ET LA DEMANDE DE GREFFONS
L’offre
De 1995 à 2005, l’activité de prélèvement a fortement augmenté en France, passant
de 889 à 1365. Le taux de mortalité standardisé par accident vasculaire cérébral
(AVC) a au contraire fortement chuté, pour devenir l’un des plus faibles d’Europe :
il est passé de 155 pour 100 000 habitants en 1979–1981 à 56,6 en 2000–2002, et
pour les moins de 65 ans de 14,9 à 6 pour 100 000 habitants. En 2002,
8013 personnes de moins de 75 ans sont décédées d’un AVC. Le nombre de décès
suite à un accident de la voie publique a également diminué, de 7242 en 2002 à
4990 en 2005 [10, 11]. Le nombre de donneurs potentiels recensés et déclarés aux
services de régulation et d’appui de l’Agence de la biomédecine a pourtant augmenté de 1562 en 1994 (25,2 pmh) à 2803 en 2005 (45,2 pmh). Celui de donneurs
prélevés est passé de 881 (14,2 pmh) à 1361 (22,1 pmh) pour la même période, mais
il existe une hétérogénéité régionale [9, 12] (figure 1). L’efficience reste constante
sur cette période, car 50 % seulement des donneurs potentiels sont prélevés d’au
moins un organe. Cela est à relier à la proportion importante de non-prélèvement lié
au refus, qui oscille depuis des années autour de 30 % des donneurs recensés. Les
20 % restants sont liés aux contre-indications et aux obstacles médicaux, qui
demeurent relativement stables. La progression du nombre de donneurs prélevés est
générée par une augmentation de la part des donneurs de 61 ans et plus, qui est passée de 6,7 % des donneurs recensés en 1996 à 29 % en 2005. Il faut souligner que
cette augmentation ne se fait pas au détriment des donneurs âgés de 16 à 45 ans,
dont le nombre absolu demeure relativement stable, autour de 950. L’évolution de
l’âge des donneurs demeure néanmoins hétérogène en France, avec une proportion
plus élevée de donneurs de plus de 60 ans dans les régions de l’est et de l’ouest, et
beaucoup plus faible dans celles du sud, où la pénurie de greffons est élevée [12].
L’augmentation de l’âge des donneurs peut s’expliquer par l’évolution des critères
d’acceptation des greffons prélevés ; par un recensement plus actif en dehors des
services hospitaliers, vers les urgences et les Samu, avec une réanimation en vue
d’un éventuel prélèvement d’organe ; ou par l’orientation vers des causes de décès
autres que celles classiquement associées à la mort encéphalique.
La demande
Les évolutions démographiques et épidémiologiques sont susceptibles d’entraîner une
augmentation de la demande de greffon. C’est surtout le cas pour la greffe rénale, avec
une augmentation de l’incidence et de la prévalence de l’insuffisance rénale chronique
terminale (IRCT) liée, entre autres, au vieillissement de la population. Une enquête
nationale a recensé en 2003 30 882 malades en dialyse, soit une prévalence brute de
513,1 pmh. L’ajout des 21 233 malades estimés comme porteurs d’un greffon fonctionnel au 31 décembre 2002 porte à 865,9 pmh la prévalence de l’IRCT en France [13].
141
Taux de donneurs recencés
44,9 pmh
47,7
30,9
48,6
41,7
59,8
43,9
51,0
42,9
53,0
58,4
52,8
45,2
63,5
64,1
42,6
40,7
39,9
41,7
36,3
30,9
83,5
35,3
45,8
26,2
Taux de donneurs prélevés
22,1 pmh
21,7
16,6
24,3
23,8
23,6
20,4
20,2
25,1
28,0
29,4
30,4
22,3
30,1
29,4
31,2
23
10,7
20,8
17
20
23,1
19,6
19,1
7,5
< 10 %
National ± 10 %
> 10 %
Figure 1. Taux de donneurs recensés et de donneurs prélevés en 2005 par région et par million d’habitants.
142
Une augmentation de la demande de greffe de foie est envisageable au vu du nombre
important de contaminations par le virus de l’hépatite C (VHC) avant la mise en place
d’un dépistage et leur évolution vers l’hépatite chronique et la cirrhose. Le nombre de
personnes séropositives pour le VHC était estimé entre 500 000 et 650 000 en 1994–
1995 [14]. Pour le poumon, on peut envisager une augmentation de la demande pour la
mucoviscidose, dont les traitements ont amélioré la survie, retardant l’indication d’une
greffe.
Hormis la mise en place progressive du Rein, les seules données disponibles sont
celles relatives aux inscriptions en liste nationale d’attente à la greffe, qui permettent d’approcher la demande de greffe et le calcul du niveau de pénurie. Ce dernier
est calculé en additionnant le nombre de candidats à la greffe toujours inscrits au
début de l’année au nombre de nouveaux inscrits la même année et en divisant cette
somme par le nombre de greffons prélevés et greffés dans l’année. Pour 2005, on
observait pour la greffe de rein un niveau de pénurie de 3,4 candidats pour un greffon, pour le foie de 1,65, pour le cœur de 2,1. Cela a bien sûr des conséquences sur
la durée d’attente avant greffe et le nombre de décès en liste d’attente. Il faut souligner qu’il existe en terme de pénurie une hétérogénéité régionale qui peut être liée à
un faible niveau de prélèvement, comme dans les régions du grand Sud et du Nord,
avec pour corollaire des délais médians d’attente élevés, surtout pour la greffe de
rein et de cœur [9]. Les flux de malades vers des pôles d’attraction peuvent aggraver
le niveau de pénurie de la région (flux entrants) ou la masquer (flux sortants). Le risque est alors de croire à tort que le niveau de prélèvement est en adéquation avec
l’activité de la région, sans essayer de l’accroître en vue d’échanges.
STRATÉGIES ADOPTÉES POUR LIMITER LA PÉNURIE
Optimisation du potentiel de donneurs d’organes en état de mort encéphalique
Accroître l’implication des établissements de santé et la mise en place de réseaux
L’organisation opérationnelle des prélèvements d’organes sur personne en état de
mort encéphalique repose sur les établissements ayant sollicité une autorisation de
prélèvement d’organes : 162 sont autorisés en 2004, équivalant à 2,6 pmh pour
3,6 pmh en Espagne. Cette comparaison dépend bien sûr du niveau d’activité des
établissements autorisés, mais suggère un maillage plus important en Espagne, où le
taux de donneurs prélevés est le plus important (34,6 pmh). En 2004,
12 départements ne disposaient pas d’un hôpital autorisé et 14 autres n’avaient pas
d’activité de prélèvement, malgré la présence d’établissements autorisés [9]. La
demande d’autorisation repose sur la volonté des acteurs de l’établissement. Il est
évident que cette démarche dépend du niveau d’activité de l’hôpital, mais rien
n’empêche un établissement n’ayant pas sollicité d’autorisation de prélèvement de
143
fonctionner en réseau avec un hôpital autorisé et doté d’une coordination hospitalière des prélèvements, vers lequel peuvent être transférés les donneurs potentiels.
Le plan greffe 2000–2003 s’était fixé pour objectif de faire évoluer le taux de prélèvement de 15 à 20 pmh. La mise en place de 140 équivalents temps-plein médicaux ou paramédicaux au sein des coordinations de prélèvement a permis d’atteindre et de dépasser cet objectif (22 pmh en 2005). Des actions de formation de ces
personnels, dont certains n’ont été mis en place que récemment, doivent encore être
menées. La mise en place d’une démarche qualité et d’un système d’audit reste également à développer dans une large mesure. Depuis la loi de bioéthique du 6 août
2004, le prélèvement est défini comme une activité médicale, et le prélèvement et la
greffe constituent une priorité nationale. Par ailleurs, cette activité devrait bénéficier
de l’application de la tarification à l’activité.
Promouvoir et augmenter le recensement
Une étude régionale française a montré que le potentiel de donneurs en mort
encéphalique parmi les décès en réanimation est compris entre 7 et 13 % selon la
typologie des hôpitaux (neurochirurgie, plateaux techniques, etc.) et les caractéristiques des malades [2]. Ces chiffres sont similaires à ceux de l’Espagne [3]. Il existe
donc une sous-déclaration des donneurs potentiels de la part des services hospitaliers aux services de régulation et d’appui de l’Agence de la biomédecine. Il est bien
sûr primordial que le personnel des coordinations hospitalières dispose des ressources et des moyens nécessaires à cette activité transversale et fortement mobilisatrice
de différentes spécialités. Afin d’optimiser le potentiel, il est fortement recommandé
à la coordination hospitalière d’effectuer un recensement actif et prospectif des
éventuels donneurs en collaboration avec les réanimations et les urgences, mais
aussi en amont avec les services mobiles d’urgence.
Diminuer le taux de refus du don
Ce taux demeure élevé en France (35 % des donneurs recensés). Cependant, il varie
fortement d’un centre à l’autre. Plus qu’un phénomène culturel, il faut certainement
y voir le reflet de la quantité et de la qualité des moyens affectés. Des actions de formation spécifiques des personnels sont en cours, destinées aux 120 postes de coordination hospitalière créés entre 2000 et 2003. Par ailleurs, des actions de communication en direction du grand public sont conduites par l’Agence et devraient s’orienter
vers des groupes plus spécifiques, au vu de la multiplicité des origines et des religions de la population française de métropole ou d’outre-mer. Certaines de ces communautés ont d’ailleurs une demande plus élevée de greffon rénal [15, 16].
Limiter les facteurs de risque de perte du greffon
Le facteur pronostique majeur sur lequel il est possible d’agir, contrairement aux
facteurs intrinsèques liés aux donneurs ou aux greffons, demeure la durée d’ischémie froide. Ce facteur joue d’autant plus que les greffons sont fragiles. La réduction
144
de la durée d’ischémie n’est possible que si l’on conçoit et organise la greffe,
notamment de rein, comme une urgence, avec un plateau technique et médical disponible en termes de ressources et de moyens.
Favoriser le multiprélèvement et le partage d’organes
Devant la pénurie de greffon, les transplanteurs hépatiques pratiquent des « splits »
ou partages de foie. Leur proportion demeure néanmoins stable car ce geste
demande une expertise particulière. En 2003, 72 foies prélevés sur donneur décédé
ont été partagés, contre 60 en 2005. En 2004, des actions spécifiques pour augmenter la proposition de greffons pulmonaires et leur prélèvement ont permis d’augmenter le nombre de greffes de 76 en 2003 à 184 en 2005.
Diminuer le taux de refus de greffon par les équipes
Ce taux varie de façon importante selon les équipes, qui peuvent être amenées à
refuser un greffon pour des raisons logistiques alors qu’elles ont un receveur disponible. L’analyse des moyens et de l’organisation des équipes est en cours afin
d’améliorer l’efficacité des prélèvements et du suivi des greffés, mais aussi d’assurer une greffe dans les meilleurs délais.
Limiter les contre-indications infectieuses au prélèvement et à la greffe
Outre les lois encadrant le prélèvement et la greffe d’organes, les règles de sécurité
sanitaire portant sur la sélection des donneurs permettent de réduire les risques de
maladie transmissible chez le receveur. Actuellement, la sélection repose sur l’histoire médicale du donneur et sur un dépistage de certaines infections (virus de
l’immunodéficience humaine, hépatites B et C, HTLV-I et II) pour lesquelles un risque de transmission interdit la greffe. Cette réglementation introduisait déjà la
notion de rapport bénéfices/risques spécifique à la transplantation d’organes en
autorisant des dérogations aux règles de sélection des donneurs pour l’hépatite B et
la syphilis (cœur, poumon, foie) en cas d’urgence vitale et sous couvert de l’information du receveur. Dans un contexte de consensus international, s’il est établi qu’il
n’est aucunement justifié de faire courir un risque de transmission d’une maladie
infectieuse chez un patient dont la vie n’est pas en danger, des organes provenant
d’un donneur à risque de transmission peuvent cependant être proposés à un patient
en cas de menace vitale. De nouvelles dérogations à l’étude devraient permettre de
greffer des organes issus de donneurs porteurs de marqueurs de l’hépatite B et de
l’hépatite C à des receveurs selon leur profil sérologique et virologique. Ainsi, il
devrait être possible de greffer un organe d’un donneur VHC positif à un receveur
VHC positif et virémique. Le patient éligible à ce type de greffe dérogatoire,
dûment informé, peut accepter le risque d’une infection et donne alors son consentement pour entrer dans un tel protocole dérogatoire avec prise en charge adaptée. Ces
dérogations, autorisées pour une période de 5 ans, font l’objet d’un suivi du receveur par l’équipe de greffe et d’une évaluation par l’Agence de la biomédecine.
145
Autres types de donneurs
Promouvoir le don du vivant
La proportion de greffe d’un rein issu d’un donneur vivant demeure très faible en
France (4,8 % des greffes rénales en 2002 et 7,7 % en 2005). Cette proportion est de
20 à 40 % dans les pays d’Europe du Nord et approche 50 % aux États-Unis [17].
La révision de la loi de bioéthique en 2004 comporte un élargissement des possibilités de don du vivant. L’augmentation observée en 2005 a surtout porté sur les conjoints, mais aussi sur les ascendants et les collatéraux. La proportion d’étrangers
pour ce type de greffe demeure stable (21,9 % en 2005). La proportion de donneur
vivant pour la greffe de foie demeure faible (4,7 % en 2005), ce qui est compréhensible au vu des exigences de technicité et des risques plus élevés encourus par le
donneur.
Mettre en place le prélèvement à partir de donneurs à cœur arrêté
Les greffons rénaux issus de ces donneurs ont une durée de survie équivalente à
celle des greffons prélevés chez des donneurs à cœur battant lorsqu’un protocole
spécifique est utilisé pour limiter le plus possible l’ischémie des organes. Cette activité s’est développée aux Pays-Bas, en Grande-Bretagne et en Espagne. Une mise à
jour de la réglementation française vient de rendre possible cette activité en France,
qui doit débuter sous forme d’expérimentations dans des sites pilotes.
Impact des greffes à partir de donneurs vivants et à cœur arrêté sur la pénurie
à l’étranger
Pour ces deux types de donneurs, il est possible de comparer la France aux autres
pays européens de plus de 10 millions d’habitants et aux États-Unis (figure 2) [17].
On observe alors la proportion importante de donneurs vivants dans les pays du nord
de l’Europe et aux États-Unis, mais aussi en Grèce et en Roumanie où la greffe sur
donneur en état de mort encéphalique est peu développée. À partir des données
européennes disponibles, il est possible de calculer pour chaque pays le niveau de
pénurie de greffon rénal issu de donneurs en état de mort encéphalique (nombre de
malades toujours inscrits en attente au début de l’année et inscrits en cours d’année
divisé par le nombre de greffes à partir de donneurs en mort encéphalique) et d’évaluer l’effet des autres types de donneurs (nombre d’inscrits divisé par l’ensemble
des greffes, quel que soit le type de donneur). On observe que le recours à ces deux
types de donneurs s’accompagne d’une diminution proche de 50 % de la pénurie
aux États-Unis et en Grèce, importante en Grande-Bretagne, tandis que les Pays-Bas
approchent l’absence de pénurie (figure 3). Pour la France, l’impact est très faible,
au vu de la faible activité en dehors des donneurs en état de mort encéphalique.
146
pmh
40
1,6
0,4
20
0,5
6,8
0,2
1,5
34,6
24,1
22,6
22,2
21,8
21,1
21,0
20,5
16,0
15,2
14,7
13,8
13,0
0,5
6,0
Ita
li
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0
Mort encéphalique
Cœur arrêté
Figure 2. Taux de donneurs prélevés par million d’habitant (pmh) selon le type de donneur et le pays
en 2004.
10
9,4
9
8
7,3
7
6
6,1
5,6
5,5
5
5,2
4,9
4,4
4
4,9 4,9 4,7
4
3,9 3,7 3,8
3,6 3,5
3
3
2
2,6 2,4
2,3 2,2 2,2
2
2
1,1
1
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Mort encéphalique
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0
Tous donneurs
Figure 3. Impact de la greffe de rein à partir de donneur vivant et à cœur arrêté sur la pénurie de greffons rénaux issus de donneurs en état de mort encéphalique en 2004 selon le pays. Exemple : aux
États-Unis, 9,4 malades sont inscrits en liste d’attente de greffe de rein pour une greffe possible à partir
d’un donneur en état de mort encéphalique et 5,5 malades pour une greffe tous types de donneurs
confondus.
147
Références
1 Jacquelinet C, Briançon S. Le Réseau épidémiologique et information en néphrologie (Rein) : un
registre national des traitements de suppléance de l’insuffisance rénale chronique. Bulletin Épidémiologique Hebdomadaire 2005 ; 37-38 : 185-7.
2 Senouci K, Guerrini P, Diene E, Atinault A, Claquin J, Bonnet F et al. A survey of the follow-up of
patients in severe coma : implications for brain death diagnosis and organ procurements. Intensive
Care Med 2004 : 30 ; 38-44.
3 Cuende Melero N, Canon Campos JF, Miranda Serrano B, Alonso Gil M. The organ donation
process : a program for its evaluation and improvement. Organs and Tissues 2002 : 2 ; 109-18.
4 Gore SM, Cable DJ, Holland AJ. Organ donation from intensive care units in England and Wales :
two year confidential audit of death in intensive care. BMJ 1992 : 304 ; 349-55.
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7 Sheehy E, Conrad SL, Brigham LE, Luskin R, Weber P, Eakin M et al. Estimating the number of
potential organ donors in the United States. N Engl J Med 2003 ; 349 : 667-74.
8 Tuppin P, Pessione F. Estimating the number of potential organ donors. N Engl J Med 2003 ; 349 :
2073-5.
9 Rapport annuel de l’activité de prélèvement et de greffe d’organes en France en 2005. www.agencebiomedecine.fr
10 Observatoire national interministériel de la sécurité routière. www.securiteroutiere.equipement.gouv.fr.
11 Service d’information sur les causes de décès. CépiDC-INSERM. www.cepidc.vesinet.inserm.fr
12 Activité régionale de prélèvement et de greffe. www.agence-biomedecine.fr
13 Macron-Nogues F, Vernay M, Ekong E, Lemaire N, Salavane B, Marty M, et al. La prévalence de
l’insuffisance rénale chronique terminale traitée par dialyse en France en 2003 : L’enquête nationale
Sros-IRCT. Bulletin Épidémiologique Hebdomadaire 2005 ; 37-38 : 182-4.
14 Desenclos JC, Dubois F, Couturier E, Pillonel J, Rodot-Thoraval F, Guignard E, et al. Estimation
du nombre de sujets infectés par le V.H.C. en France, 1994-1995. Bulletin Épidémiologique Hebdomadaire 1996 ; 5 : 185-7.
15 Cantrelle C, Laurens C, Luciolli E, Loty B, Tuppin P. Access to kidney transplantation in France of
non-French patients and French patients living in overseas territories. Transplantation 2006 ; 81 :
1147-52.
16 Tuppin P, Dunbavand A, Chalem Y, Claquin J, Colpart, C. Hiesse. Disparités d’accès à la greffe
rénale pour les malades résidant dans les Départements et Territoires d’Outre-Mer. Néphrologie
2004 ; 25 : 23-8.
17 International figures on organ donation and transplantation activity. Year 2005. Conseil de l’Europe. Newsletter Transplant 2006 ; 11 n˚ 1. http : //www.coe.int/t/e/social_cohesion/health/
NEWSLETTER_TRANSPLANT_2006.pdf
148
Janine Chanteur
Janine Chanteur
Professeur émérite de philosophie morale et politique à l’Université de Paris Sorbonne, France
Membre du comité scientifique de l’Institut Servier, France
Cette année, pour cette communication, j’ai préféré m’exprimer à la première personne, parce que le don d’organe concerne chacun individuellement, mais j’espère
que cette rapide réflexion peut être partagée par chacun de nous.
MON CORPS
Je dis ces mots : mon corps. Je ne le dis pas comme je le dirais d’un objet. Entre
mon corps et moi, il n’y a pas de distance. Nous sommes à ce point intimes l’un à
l’autre que, sans mon corps, il n’y a pas de moi. Je dis aussi : mon mari (ou ma
femme, si c’est un homme qui parle), mes enfants, mes amis, ma maison, etc. Non
seulement je nomme des entités bien différentes les unes des autres et qui ne sont
reliées entre elles que par le même adjectif possessif, mais, en dépit de toutes les
illusions fusionnelles, propriétaires ou captatives que nous pouvons nous faire, ce
dont je parle n’est pas moi. Seul, mon corps est moi sans que j’ai besoin de me projeter en lui. Nous sommes inextricables l’un à l’autre au point que vivre, c’est être
corps, avant de le parler en disant : j’ai un corps.
Peut-être mon corps et moi ne se suffisent-ils pas à eux-mêmes, sans doute faudraitil encore considérer l’âme qui se profile derrière ce moi pour que je sois et que je
puisse me dire, mais ce n’est pas aujourd’hui notre problème. Ce qui nous intéresse, et
qui m’intéresse, ici, en particulier, puisque je me parle moi-même corps devant vous,
c’est ce corps vivant, parlant, travaillant, dormant, aimant, qui, tout au long de ma vie,
est moi, dont je prends soin, que je soigne s’il est malade, qui m’apprend, par sa mobilité, que je suis espace dans l’espace et, par ses transformations, que je suis temps dans
le temps. Nous vivons, mon corps qui est moi et moi qui suis à la fois consciente
d’avoir ce corps qui me fait être et me fait vivre, une histoire personnelle, déroulée et
située dans l’histoire de tous les corps, de tous les temps et de tous les lieux.
Comment ne l’aimerais-je pas ? Comment ne serais-je pas attachée à son intégrité, c’est-à-dire à moi ? Comment ne pas chercher à le connaître, puisque, sans
lui, je n’existe pas ? Et pourquoi continuer à parler de mon corps et de moi, puisque nous ne sommes qu’un ? La rapide mise au point qui précède me permet de
149
Janine Chanteur
faire la synthèse en disant « je », car « je » inclut mon corps conscient, mon corps
sujet du déroulement de mon existence.
Ajoutons que je me sais solide, mais aussi bien fragile quand je pense qu’un de mes
organes peut être atteint de maladie et surtout de maladie grave, au pronostic sans
appel, ou qu’il me suffit de rencontrer un chauffard sur mon chemin. On a dit de la
santé qu’elle était « le silence des organes » ; mon corps le sait, je le sais intuitivement :
le plaisir de vivre, la force d’entreprendre, la joie d’apprendre et de comprendre, mais
aussi la préoccupation de ce que je serai sont liés à l’alacrité heureuse que développe la
bonne santé, comme ils dépendent du souci, du doute, de l’angoisse du temps qui
passe, avec la certitude qu’un jour il n’y aura plus, de toute cette vie, qu’un cadavre,
sans espace ni temps, ou bien un corps décérébré, en état de mort cérébrale, dont les
machines actionnent le cœur avec acharnement, sans pouvoir lui rendre la vie : il n’y
aura plus ce qu’on peut appeler un corps, plus de moi pour le dire. Ce sera la mort.
LA MORT
Pas n’importe quelle mort : la mienne, dont je peux parler sans la moindre connaissance de ce qu’elle est, sauf qu’elle se produira indiscutablement. Je ne sais pas où.
Je ne sais pas quand. Je ne sais pas comment. Mais je sais. Je sais que mon corps
vivant, parlant, sentant, a une fin absolue en ce qui me concerne. Je m’aperçois que
les états que prendra la matière dont je dis aujourd’hui qu’elle est mienne ne sont
miens en aucune façon. Je ne vivrai pas mon cadavre qui ne sera mien que pour les
autres, pour ceux qui sont en vie : famille, amis, administrations diverses qui ont
pour rôle essentiel de le retirer de l’espace des vivants. Pour la vie, telle que nous la
vivons sur la terre, mon corps-cadavre sera néant.
Je ne peux pas évoquer le néant, parce que je n’en ai pas l’expérience. Aucun être
humain n’est revenu de la mort pour que nous puissions nous en faire une représentation par ouï-dire. Je sais ce qu’est un mort parce que j’en ai vu, je ne sais pas ce qu’est
ma mort. Et si mon imagination tente d’en former une image, l’image ne peut qu’être
fausse et mon imagination se comporte en « folle du logis », comme disait
Malebranche : elle me fait peur, elle me désole, elle m’empêche de vivre, alors que je
suis en vie, ce qui est, pour le moins, paradoxal. Bien sûr, je vivrai, corps-sujet, dans le
souvenir de ceux qui sont en ce moment mes proches, mais eux-mêmes mourront et il
ne faudra pas beaucoup de temps pour que la néantisation d’un corps qui fut plein de
vie soit totale. Cette certitude glacée m’atteint, il est vrai, car elle est, elle aussi, sans
possible représentation. Si l’on est poète, on écrit comme Ronsard :
« Je serai sous la terre et, fantôme sans os
Par les ombres myrteux je prendrai mon repos. »
Ou comme Baudelaire :
« Les morts, les pauvres morts, ont de grandes douleurs. »
150
J’aime ces vers depuis que je les connais et qu’ils me murmurent le destin de tous.
Je me les redis, mais ils ne se rapportent pas à moi : leur charme relève de la créativité de l’imaginaire, il berce mon ignorance, il ne renseigne pas ma mort, il ne la
console pas, il lui fait à peine écran. Jamais je ne saurai ce qu’est ma mort. Sans
doute est-ce une des raisons pour laquelle notre temps est si précautionneux envers
la mort. Il est étonnant d’observer que tout est mis en œuvre pour escamoter la mort
dont chacun ignore ce qu’elle est. C’est en ce sens que Pascal écrivait qu’on « meurt
seul » et il ajoutait : « les autres n’y font rien ».
LES AUTRES
Les autres corps qui disent je. Au milieu desquels je vis… jusqu’à ma mort. Si je
suis en vie, c’est que deux « autres » se sont aimés, unis pour que je vienne au
monde. Ils ont veillé sur moi, ils m’ont nourrie, soignée, élevée. En cas d’extrême
nécessité, l’un ou l’autre, ou mon frère ou ma sœur, un parent, un ami, aurait sûrement donné un de ses reins pour me sauver si les miens ne pouvaient plus fonctionner. Autant que je puisse le dire, j’en aurais fait autant. Admirable don d’un vivant à
un vivant. L’organe donné ne pourra plus, chez le donneur, remplacer l’organe restant, si celui-là vient à mourir. Celui qui n’a plus qu’un rein vit tout à la fois sa fragilité et la joie de rendre à l’autre la possibilité de vivre. C’est un pari : le beau risque
de la vie, que seul assume l’amour. L’un et l’autre se connaissaient et s’aimaient.
L’amour est confirmé.
Quoi qu’il en soit, sans les autres, aucun de nous n’aurait pu vivre. Tout au long
de ma vie, jusqu’à ma mort, j’ai besoin des autres, d’abord pour survivre. Mais pas
seulement. Tous les mammifères, même les plus solitaires, ont besoin des autres
pour exister, pour grandir et pour se reproduire. Tandis que les animaux, même ceux
qui vivent en groupe, répètent, au long des siècles, une vie analogue, un seul dit je :
c’est l’humain. Mais il ne le dirait pas si d’autres ne lui avaient pas appris à le dire.
Chacun de nous dit je parce qu’il y a tu à qui le dire, face à lui, je et tu qui sommes
nous. La vie humaine ne se développe dans toutes les directions que nous connaissons, mais aussi dans la nouveauté, voire l’imprévisible, que dans la mesure où il y
a langage, parce que les individus s’entre-parlent. Ainsi prend-on des décisions,
décrète-t-on des lois de la communauté humaine, inaugure-t-on la multiplicité
jamais achevée des activités.
Envers les autres, j’ai les sentiments les plus divers : toute la gamme, de l’amour
ou l’amitié, à la haine ou la répulsion, en passant par l’indifférence, l’ignorance ou
l’oubli. Les uns sont en bonne santé, d’autres sont plus ou moins malades, certains
vont mourir. De tous ceux-là, même des mourants, on dit : « c’est la vie », mais l’on
souhaite les progrès de la médecine pour retarder, autant qu’il est possible, l’impensable fatalité de la mort. Mon corps, cependant, se sait promis à l’ultime avatar
151
Janine Chanteur
qu’est pour lui le cadavre, il ne peut pas empêcher qu’advienne, même le plus tard
possible, l’inéluctable mort.
Mais je sais aussi qu’au moment où la mort me prendra de la façon la plus irréversible, sans que vraiment soit possible le moindre retour en arrière vers la vie qui m’a
quittée, certains de mes organes, dans l’inconscience la plus totale, et tout en étant
totalement inutiles à mon corps, à ma vie, peuvent sauver une autre vie. Sans mon
cœur, désormais inutile à mon corps, sans mon foie, mes poumons, mes artères, etc.,
qui, pour moi, ne peuvent plus rien, ni ensemble ni séparément, un autre corps
humain va mourir qui aurait pu survivre et revivre, si j’avais pris la décision de lui
en faire don, au cours de ma vie, quand mon corps était en pleine forme, en prévoyant qu’au moment de ma mort, ces organes ne seraient plus, très rapidement, que
cadavre, que pourriture, s’ils restaient en place dans mon corps sans vie.
L’autre : celui qui ne ressuscitera pas mon corps pour lequel tout est fini, avec ou
sans organes. L’autre, celui qui ne saura jamais qu’il vit avec mon cœur ou mon foie
qui ne sont plus miens puisque je ne les parle plus, ne les vis plus miens, pas plus
que je ne les vis dans un autre. L’autre, celui dont je n’aurai jamais rien su, quand
j’étais consciente. L’autre à jamais anonyme, inconnu, inconnaissable, dont j’aurai
seulement anticipé de mon vivant l’angoisse de mourir et le désir de vivre, sans
qu’il m’enlève jamais rien, sans qu’il me prive de quoi que ce soit. L’autre, qui ne
saura jamais rien de moi, sinon qu’il a en lui un organe inconnu.
Il y a dans le don d’organes un sens humain majeur : c’est la prise de conscience de
l’existence de l’autre, de l’importance, de la valeur d’une vie humaine, quelle
qu’elle soit. Ma décision de donner mes organes après ma mort cérébrale, sans autre
participation de ma part que cette détermination, n’exige ni courage, ni grandeur
d’âme, ni générosité particulière. Simplement la reconnaissance de notre réalité :
nous ne sommes des êtres humains que si nous nous vivons solidaires les uns des
autres. Une solidarité qui implique le respect du corps de chacun : celui de l’autre et
le mien, respect qui ne requiert évidemment pas un absurde remplacement factice
des organes prélevés. Solidarité minimale d’ailleurs puisque le prélèvement ne me
concernera en rien, car je ne serai plus là. Je ne saurai pas ce qu’on prendra, ni pour
qui on le prendra.
C’est la fraternité la plus abstraite, puisque ceux que l’on pourrait appeler les
« frères d’organes » sont destinés à s’ignorer toujours. Mais c’est un beau défi à
l’omnipotence de la mort ! Si beau qu’il en est presque une espérance : la vie n’est
pas absurde, au contraire, elle a un sens, un sens infini si, en suivant les avancées
médicales, l’entraide, sans réciprocité possible, que je peux donner, sans le savoir,
au frère inconnu, peut être posée souverainement (c’est-à-dire sans contrainte et
sans en attendre un bénéfice). La souveraineté est liberté. La liberté est esprit. Et
l’esprit ne saurait mourir.
152
Silla M. Consoli
Conséquences psychologiques
des transplantations
Silla M. Consoli
Service de psychologie clinique et psychiatrie de liaison, Université de Médecine Paris 5,
AP–HP, Hôpital Européen Georges-Pompidou, Paris, France
INTRODUCTION
Les transplantations d’organe représentent par excellence un champ de la médecine
où la réalité en vient parfois à dépasser la fiction, constituant ainsi une source inépuisable de fascination, d’inquiétante étrangeté, d’interrogations éthiques et de
mobilisation pluridisciplinaire [1].
Rappelons qu’avec les greffes, la médecine réalise, au sens figuré comme au sens
propre, des « chimères », c’est-à-dire à la fois des productions qui enfreignent les lois
de la nature et qui renvoient aux méandres de l’imagination humaine, et des êtres
« composites », bricolés, issus d’identités vivantes séparées, des « créatures » hybrides
comme l’était la créature du Dr Frankenstein dans l’œuvre visionnaire de Mary Shelley, créature qui, pour le grand public, allait en définitive être appelée par le nom de son
créateur, par une sorte de permutation en miroir, très significative quant aux rapports
symétriques entre réel et imaginaire, science et magie, raison et forces occultes.
Quel est, en effet, le personnage du côté du monstre, dans ce roman prototypique
de science-fiction qu’est l’histoire du Dr Frankenstein ou de Frankenstein ? Et qui
est le plus inquiétant ? L’auteur du prodige ou le prodige lui-même ?
Souvenons-nous, en passant, que les mots « monstre », « monstruosité », mais
aussi « moniteur » viennent de la même origine latine, le verbe monere, qui signifie
« montrer », mais aussi… « donner à penser ».
Les transplantations d’organe, quelle qu’en soit la progressive banalisation qui en a
été faite par la protocolisation des techniques chirurgicales et immunologiques, confrontent nos repères symboliques, et tout particulièrement ceux des patients qui vont
en bénéficier et ceux de l’entourage de ces derniers, à l’ordre de l’impensable, à des
amalgames de concepts – le mort et le vif – dont la séparation reste généralement
nécessaire à l’ordre social et au maintien du sentiment d’identité. Plus exactement,
les transplantations d’organe nous obligent à repenser ce qui, par excellence, est difficilement pensable et, grâce à un tel travail de la pensée, à conquérir de nouveaux
153
Silla M. Consoli
champs de liberté, symboliques, philosophiques, juridiques, au-delà même des avancées strictement techniques qu’elles réalisent sur le plan scientifique.
Aborder les conséquences psychologiques des transplantations implique que nous
parcourions rapidement ce chemin semé d’embûches, d’incertitudes et de représentations affolantes, que représente le « passage » de l’avant- à l’après-transplantation, du
statut de « candidat » à une greffe à celui de transplanté, de l’état de sursis à celui de
survie, de l’attente à la renaissance, mais aussi, dans un certain nombre de cas, de
l’illusion naïve à une certaine désillusion, d’une maladie à une autre, d’une distinction
sécurisante entre le soi et l’autre à l’étrangeté de vivre à deux dans le même corps et à
la sensation d’être hanté par l’autre, avant de pouvoir intégrer l’autre en soi et de
s’acheminer vers une reconnaissance de la « dette » sous ses multiples aspects.
PRINCIPES ET BUTS DE L’ÉVALUATION PSYCHOLOGIQUE
DES CANDIDATS À UNE TRANSPLANTATION D’ORGANE
Si l’on excepte les greffes de rein, du moins celles effectuées par un prélèvement sur
un cadavre, mais pas celles avec donneur vivant apparenté ou non, et en dehors des
cas où une intervention est effectuée en extrême urgence, la réalisation de la transplantation d’un organe vital implique de nos jours, parmi les multiples procédures
prévues dans le cadre du bilan de prétransplantation, une évaluation psychologique
méthodique, effectuée par un psychologue ou un psychiatre.
Le but d’une telle évaluation n’est pas de détecter d’éventuelles contre-indications psychiatriques au projet de greffe : ces dernières ne peuvent que relever d’une
approche médicochirurgicale et, malgré le décalage dramatique qui existe entre le
nombre de patients à greffer et le nombre d’organes disponibles, il n’appartient pas
aux psychologues ou psychiatres d’interférer avec une sélection aussi implicante sur
le plan éthique. Il revient en revanche aux spécialistes du psychisme de repérer chez
le candidat à la greffe de possibles facteurs de vulnérabilité psychique, ainsi qu’un
ensemble de ressources psychosociales de caractère favorable ou protecteur, de
façon à accompagner au mieux et, le cas échéant, à préparer au mieux les futurs
greffés (et si nécessaire l’entourage de ces derniers) aux multiples épreuves que
constituent la greffe et ses conséquences.
Une telle évaluation peut tenter, avec bien entendu une marge d’erreur liée à la prise
en compte de données éminemment subjectives, de cerner le risque de survenue de
complications psychiatriques, liées d’une part au fait de recevoir un organe
« étranger », et d’autre part à l’ensemble des contraintes thérapeutiques prévisibles, en
particulier à la prise d’un traitement immunosuppresseur (notamment aux effets iatrogènes des corticoïdes). Elle peut également espérer détecter les éléments prédicteurs
d’une mauvaise observance ultérieure et tenter de mettre en place les supports nécessaires pour prévenir cette dernière. Il s’agit enfin, à partir de cette connaissance initiale
154
du candidat à la greffe et du contexte dans lequel se pose l’indication d’une transplantation, de disposer des repères qui permettront de soutenir patient et entourage dans la
période d’attente, mais aussi lors des péripéties propres aux suites de greffe (complications somatiques, complications psychiatriques, comportements à problème), sans
oublier l’aide qui pourra être apportée aux équipes soignantes, confrontées aux aléas
de projets médicochirurgicaux aussi lourds, ballottées entre l’enthousiasme et le
découragement, le soulagement d’avoir sauvé une vie qui ne tenait qu’à un fil, l’irritation de constater la négligence de soins et la prise de risques de patients sortis d’affaire
à grand-peine, et la tristesse de perdre des patients très investis [2].
Il y a plus de 15 ans, notre équipe avait élaboré un manuel d’évaluation psychologique des candidats à une transplantation d’organe, afin de standardiser les domaines à explorer pour chaque candidat et de lister, au sein de chaque domaine exploré,
un ensemble de facteurs supposés de pronostic favorable ou défavorable [3].
D’autres grilles ont été publiées depuis par divers auteurs et sont utilisées couramment par des équipes engagées dans les transplantations d’organe [4–7].
Les domaines ainsi explorés dans notre propre grille sont :
– les investissements du sujet dans divers secteurs de l’existence et la représentation
de soi (variété des intérêts, présence de projets de vie, estime de soi, identifications
aux personnages parentaux et aux figures marquantes de son entourage) ;
– les relations aux autres (sociabilité, soutien perçu, aptitude à recevoir des autres) ;
– la qualité des défenses psychiques contre l’angoisse ;
– la solidité de la santé mentale (notamment l’existence actuelle ou les antécédents
de troubles dépressifs) ;
– le comportement pendant l’entretien (confiance, spontanéité, aptitude à tirer profit
de l’aide proposée par l’examinateur) ;
– la manière habituelle de gérer les problèmes de santé (notion de comportements à
risque, rigueur de l’observance) ;
– les représentations de la greffe et de ses conséquences.
À titre d’exemple, au sein de ce dernier domaine, les facteurs supposés favorables
sont :
– l’implication personnelle du patient dans le projet de greffe ;
– la bonne intégration de l’information médicale concernant le projet de greffe ;
– une attente réaliste à l’égard de la transplantation ;
– la présence de projets après la transplantation ;
– une motivation pour la greffe due à un lien affectif.
Quant aux facteurs supposés défavorables, il s’agit de :
– l’expression d’une angoisse de mort relative à la greffe et à ses conséquences ;
– l’évocation, avant même la réalisation de la greffe, de fantasmes concernant le
donneur ;
– l’émergence d’émotions négatives à l’évocation du donneur.
155
Silla M. Consoli
Nous avons pu nous-mêmes réaliser une première étude prospective chez
50 candidats à la transplantation cardiaque, dont 42 avaient pu bénéficier d’une
greffe et dont 30 étaient toujours vivants 2 ans après leur greffe, les 12 étant morts
soit dans les suites immédiates de la transplantation, soit de complications plus tardives. L’étude avait donc pour objectif principal de repérer les facteurs psychologiques prédictifs d’une survie à 2 ans après transplantation cardiaque [3]. Trois facteurs s’étaient révélés de bon pronostic, même après justement sur la sévérité de
l’état somatique, et plus précisément sur l’urgence de l’indication de la greffe :
– la répression de l’angoisse de mort (risque relatif [RR] de survie = 1,75 ; intervalle de confiance à 95 % [IC 95 %] : 1,27–2,41) ;
– la motivation du conjoint pour la transplantation cardiaque de son partenaire
malade (RR de survie = 1,75 ; IC 95 % : 1,08–6,98) ;
– enfin, la qualité de l’élan vital observée chez le patient, c’est-à-dire la capacité
manifestée par le patient, tout au long de sa vie, de se projeter dans l’avenir et
d’aller de l’avant, malgré les obstacles éventuels rencontrés, aptitude renvoyant au
concept plus classique de résilience (RR de survie = 1,38 ; IC 95 % : 0,97–1,95).
D’autres publications font état des résultats intéressants à prendre en compte. Par
exemple celle de l’équipe de Zipfel [8] portant sur des candidats à une greffe cardiaque dans un contexte de cardiopathie ischémique (n = 57) ou de cardiomyopathie
dilatée (n = 95). Les auteurs notent en passant que l’humeur dépressive et ce que
l’on appelle l’anxiété-état (ou symptomatologie anxieuse récente) sont plus élevées
en période préopératoire dans le sous-groupe de patients avec cardiopathie ischémique. Trois facteurs se sont révélés prédictifs, dans cette étude, de la mortalité après
greffe, mais uniquement dans le sous-groupe de patients présentant une cardiopathie
ischémique : l’âge du receveur, l’âge du donneur, enfin la présence d’une symptomatologie dépressive avant la greffe.
LES DIFFICULTÉS D’OBSERVANCE AVANT OU APRÈS GREFFE
Le repérage de difficultés d’observance avant la greffe, qu’elles soient manifestes ou
plus subtiles, reste une obsession légitime de tout transplanteur. Les patients le
savent d’ailleurs bien et, selon les cas, tentent de minimiser les difficultés existantes
ou de jouer franc jeu, partant du principe qu’il vaut sans doute mieux établir une
relation de confiance avec les équipes médicochirurgicales que d’essayer de les
tromper. Encore faut-il savoir distinguer la présence ou les antécédents de conduites
addictives, notamment un abus d’alcool, ou encore de difficultés à s’astreindre à un
régime sans sel chez un insuffisant cardiaque, et une négligence du traitement médicamenteux, de pronostic bien plus préoccupant.
Avec les réserves liées aux conditions d’un tel repérage, les travaux publiés dans
ce domaine soulignent à la fois la relative rareté du phénomène et les facteurs qui
156
semblent y concourir le plus. Ainsi, dans une série portant sur 174 patients en
attente d’une transplantation (72 greffes de foie ; 69 de poumon et 33 de cœur), une
observance médicamenteuse défectueuse au cours des 14 derniers jours a été notée
dans 16,7 % des cas [9]. Les auteurs n’ont pas retrouvé de relation entre observance
défectueuse et type de greffe, ni entre observance défectueuse et présence d’une
humeur dépressive (une tendance inverse a même été observée, paradoxalement, à
savoir une plus grande fréquence de troubles dépressifs chez les observants stricts).
En revanche, l’observance s’est révélée moins bonne chez les sujets de niveau
d’études plus élevé et chez ceux qui percevaient le soutien apporté par leur environnement social comme plus défaillant.
Après la greffe, hélas, les données publiées sont assez préoccupantes, puisque
d’après la revue de la question effectuée par Laederach-Hofmann et al., une observance défectueuse concernerait entre 20 et 50 % des greffés [10]. Les chiffres sont,
heureusement, plus modestes si l’on se limite à la négligence dans la prise des
immunosuppresseurs (3 à 13 %), les prévalences les plus élevées étant retrouvées en
cas de greffe rénale et les plus basses en cas de greffe cardiaque. Pour certains
auteurs, un tiers des rejets du rein greffé serait d’ailleurs imputable à une non-observance. Les chiffres retrouvés sont plus élevés pour les autres médicaments (25 % et
plus) ou pour le régime (15 à 30 %). Enfin, 7 % de sujets se déclarent fumeurs après
une greffe de cœur, ce qui est déjà beaucoup ! Toutefois, un taux de cotinine élevé
est noté dans les urines dans 18 % de cas…
LES SÉQUELLES TRAUMATIQUES DE LA PÉRIODE
PÉRIOPÉRATOIRE ET DE LA GREFFE EN GÉNÉRAL
La période périopératoire entourant la réalisation effective d’une greffe d’organe
représente à maints égards pour beaucoup de patients un véritable « parcours du
combattant ».
Lorsque survient l’appel téléphonique tant attendu, l’urgence de la situation et
l’emprise de la réalité peuvent avoir, pendant un temps, un effet paradoxal sur les
émotions du patient : la mécanique est en marche, les pensées sont suspendues, ce
n’est plus le moment d’avoir peur. L’engrenage ainsi enclenché ne changera de
régime qu’avec le réveil en réanimation, tantôt avec une reprise rapide d’une conscience lucide et une impression de délivrance à laquelle il faudra un certain temps
pour que le patient accepte de croire et de se laisser aller, tantôt après un passage
pénible, avec sommeil perturbé, rêves chargés d’émotions et cauchemars, voire un
véritable épisode confuso-onirique. Ce temps de réamorçage d’une dynamique
vitale est parallèlement un temps de relâchement des mécanismes psychiques de
défense contre l’angoisse, un temps de lever des censures mises en place pour
« tenir le coup », ou encore un temps de « retour du refoulé ».
157
Silla M. Consoli
Une vignette clinique recueillie par notre psychologue clinicienne, Sylvie Pucheu,
peut illustrer de façon exemplaire la transition chaotique entre l’avant- et l’aprèsgreffe que peuvent expérimenter certains patients.
« Tout a commencé – raconte M. A., 40 ans, greffé depuis un an – il y a trois ans de
cela, où je me suis retrouvé très essoufflé, dans les actes de la vie quotidienne. Donc je
suis allé consulter un cardiologue qui a mis ça sur le compte de…, qui m’a dit que
c’était de l’anxiété et qu’il n’y avait rien de médical, malgré un test à l’effort… Donc
je ne savais plus trop comment me diriger. Je commençais à souffrir de plus en plus
physiquement. Je suis allé voir des spécialistes qui m’ont dit que j’étais dépressif.
J’étais vraiment livré à moi-même, j’étais perdu avec cette souffrance physique […].
Et donc là j’ai été hospitalisé en urgence à la clinique. J’y suis resté 15 jours, et
donc là on a décelé une cardiopathie dilatée avec des arythmies. Là j’ai découvert
pour la première fois ce que c’était de souffrir physiquement ! […]
Donc là ça a été mon premier traumatisme psychologique. C’est-à-dire que là je
me suis vu mourir et je me suis vu ramener à la vie. Là j’ai pris vraiment conscience
de la fragilité de la vie, où j’ai eu très très peur… J’ai vraiment eu très peur… Petit à
petit j’ai été remis sur pied […].
J’ai été inscrit en liste d’attente il y a un an. Parallèlement à cela, mon état continuait à se dégrader. Moi je savais que j’allais mourir… parce que je l’avais déjà
vécu. J’ai oublié de dire qu’il y a un an, juste après le bilan prégreffe, j’ai fait un
orage rythmique, donc plusieurs arrêts cardiaques… J’ai eu un défibrillateur et ce
défibrillateur m’a sauvé la vie. Mais alors là, pareil, j’ai senti que j’allais mourir, j’ai
senti l’arrêt cardiaque, Pour moi c’était terminé… J’étais en train de mourir dans
l’ambulance du Samu […].
Quatre mois après avoir été inscrit sur liste d’attente, on m’a téléphoné pour me
dire qu’il y avait un greffon de prêt. On m’a appelé le [donne la date précise]. Donc
là je vais à l’hôpital en ambulance [on peut noter le passage du temps verbal au présent], anxieux mais en même temps soulagé parce que je sentais qu’il ne fallait pas
attendre trop longtemps. J’étais vraiment au bout… J’avais beau résister… Je faisais
de la résistance pour rester en vie. Psychologiquement je me dis : “Allez tiens, tiens
le coup !”… [à nouveau utilisation du présent]. Donc voilà, je suis arrivé ici [à
l’hôpital où il a été greffé et où a lieu cet entretien à distance de la greffe] en
[redonne la date précise], apeuré parce que… j’avais peur de ne pas me réveiller, et
puis sur les deux heures et demie de route [trajet de sa ville de résidence à l’hôpital
parisien où il allait être greffé] je savais que je partais avec mon ancien cœur et que
je reviendrais avec un autre cœur… Donc voilà, là j’ai été endormi. Donc là je me
souviens d’un premier « flash »… de rêve, je ne sais pas trop ce qu’on m’a injecté,
dès qu’on m’a endormi… C’est un rêve dont je me suis souvenu bien après. Et je me
suis dit : “Ah ben oui, j’ai rêvé à cela”. J’étais tout simplement en Amazonie, sur
158
une barque [rit], accompagné d’une fée. Il y avait des couleurs partout. Il y a eu un
gros flash de lumière et voilà. Là je ne me souviens plus de rien. […]
Et j’ai fait des rêves successifs qui ont duré plus ou moins longtemps. Différentes
aventures. Des cauchemars, des rêves, des rêves éveillés avec beaucoup d’hallucinations. Tout était plus ou moins cohérent. On ne peut pas comparer tout cela à des
rêves et des cauchemars qu’on fait quand on dort dans la nuit. Alors moi je peux
comparer cela à un voyage dans la quatrième dimension. Ça me fait penser à un
feuilleton qu’il y avait à la télé il y a longtemps… Et j’étais vraiment dans un monde
parallèle. C’était très réaliste. Et ça ne s’arrêtait pas ! Il y avait des fois des morceaux de la réalité qui s’intégraient un petit peu dans ces rêves ou ces cauchemars.
Par exemple… Tout commence, je suis dans ma salle de bains chez moi, on me
téléphone sur mon portable : “Il y a une greffe qui t’attend !” Donc je recommence
[le parcours du greffé] et je me retrouve dans une école. Je suis en salle d’attente
et… je me retrouve dans une faculté, avec plein de gens […].
Je me suis retrouvé attaché [fait le geste] avec une jeune fille de 16 ans, très jeune,
qui, elle, attendait aussi une greffe. On était coincés dans des boxes. Et pour moi je
ne comprenais pas qu’on m’attache à cette jeune fille qui elle aussi allait être greffée
et qui ne voulait pas être greffée. D’ailleurs je lui avais dit dans mon rêve : “Bon,
allez, on arrête là, on remet la greffe à plus tard, c’est trop dur !” […]
En tout j’ai été greffé trois fois [continue à décrire son vécu onirique], j’ai fait
trois hôpitaux, trois fois ça s’est mal passé, j’ai souffert, j’ai vu la personne mourir
devant moi si c’était celle qui devait m donner le cœur [désigne de la main une personne imaginaire à l’emplacement où se trouvait la jeune fille dont il vient de parler
juste avant]… Je me suis vu mourir plusieurs fois aussi dans mes rêves. Mon corps
était porté, et j’étais mené comme ça [fait le geste] et hop, je mourais. Pour moi,
dans mes rêves, trois fois, j’étais mort. Et hop, je revivais. Donc c’était terrible.
Enfin… c’était effrayant. Et j’allais dans un pays comme l’enfer, où il y avait des
démons. Et là on pouvait demander de l’aide pour moi, pour me guérir. Et il y avait
un autre étage [fait le geste], c’était le paradis… C’est aussi bête que cela… Mais
c’est surtout l’environnement qui ma terrifié, tellement il semblait irréel : des montagnes, des monstres… Jamais j’ai vécu une chose pareille ! […]
Ma machine à dialyse c’était devenu Catherine, une jeune fille qui était là, qui
m’aidait, avec qui je discutais… Quand la machine ne fonctionnait pas, les infirmiers frappaient un petit peu dessus. Moi j’entendais la machine pleurer, tout ça…
C’était devenu une amie toute proche. D’ailleurs quand on m’a enlevé la machine,
j’étais tout bête… de me dire : “Mince, c’est ma machine, j’ai parlé longuement à
cette machine !” »
À distance d’une telle épreuve initiatique, M. A. évoque donc avec un certain
humour la mise en scène extravagante et rocambolesque que ses rêves, cauchemars
159
Silla M. Consoli
et hallucinations liés aux périodes confusionnelles lui ont fait subir et lui ont permis
en même temps d’agir, grâce à l’imagination et à la « créativité » qui étaient les
siennes, tentant ainsi de reprendre une position active et donc quelque distance par
rapport à une expérience vécue dans la passivité, l’affolement et la quête éperdue de
sens.
On mesure, à la lecture d’un tel récit, le caractère potentiellement traumatique de
la période périopératoire pour un certain nombre de greffés. D’ailleurs plusieurs
publications se sont efforcées d’estimer la prévalence des états de stress post-traumatique faisant suite à une transplantation.
À titre d’exemple, Mintzer et al. ont évalué 104 adolescents greffés (52 du foie,
39 du rein et 13 du cœur) en moyenne 7 ans après la greffe (extrêmes de un à
14 ans) et ont constaté 16 % d’états de stress post-traumatique complets et 14 % de
tableaux incomplets [11]. Rappelons que les taux en population générale sont de
l’ordre de 8 %. La présence de tels états n’était liée ni au sexe, ni à l’âge, ni à l’ethnie d’origine de l’adolescent, ni non plus au type de greffe ou au temps écoulé
depuis cette dernière. En revanche, deux facteurs de risque se révélaient prédictifs
de tels états psychopathologiques : le caractère aigu plutôt que chronique de la
maladie causale ayant conduit à l’indication de la greffe et la survenue de complications au cours de l’année précédente.
Les parents d’enfants ou adolescents ne sont pas non plus à l’abri de telles répercussions psychopathologiques, une étude chez 170 parents d’adolescents
(92 greffes de foie, 46 de rein, 31 de cœur et 25 greffes multiples) évalués également en moyenne 7 ans après la transplantation ayant retrouvé 27 % d’états de
stress post-traumatique [12]. La survenue de tels états n’était liée ni au sexe, ni à
l’âge de l’enfant ou adolescent, ni à l’âge ou au niveau d’études du parent, ni non
plus au type d’assurance maladie, au type de greffe ou au temps écoulé depuis la
transplantation, mais à la notion d’une santé altérée de l’enfant ou adolescent avant
ou après la greffe, à l’existence d’un impact important des problèmes de santé de
l’enfant ou adolescent sur les relations sociales de la famille, à une perception négative des structures de soins, et à l’incapacité de prendre prétexte de la greffe pour
souder le groupe familial.
LES TROUBLES PSYCHIATRIQUES APRÈS GREFFE :
UNE PRÉVALENCE IMPORTANTE, SOUS-ESTIMÉE
La prévalence des troubles anxieux et/ou dépressifs survenant dans les suites d’une
transplantation est diversement estimée. Beaucoup d’études sont de type transversal,
avec des durées d’évolution variables depuis la greffe, se limitant généralement à la première ou aux deux premières années de suivi, et peu d’études recourent à des entretiens
standardisés pour détecter la présence de troubles psychiatriques chez les transplantés.
160
40 %
Dépression majeure
35 %
30 %
Trouble de l'adaptation avec
anxiété
25 %
Trouble de l'adaptation avec
dépression
20 %
15 %
état de stress post-traumatique
10 %
Au moins un trouble mental
5%
0%
2 mois
7 mois
12 mois
36 mois
Temps écoulé depuis la greffe
Figure 1. Prévalence cumulée de troubles mentaux selon le temps écoulé depuis la transplantation
(adapté de [13]).
La publication de Dew et al. rapporte l’évolution sur 3 ans des troubles psychiatriques survenus à un moment donné de l’évolution après la transplantation sur une
cohorte de greffés revus régulièrement en entretien standardisé [13]. Ainsi, à 3 ans
de la transplantation, 38 % des greffés ont présenté au moins un trouble mental pendant cet intervalle de temps, dont 26 % d’épisodes dépressifs majeurs, 18 % de troubles de l’adaptation avec anxiété, 17 % d’états de stress post-traumatique et 7 % de
troubles de l’adaptation avec humeur dépressive (figure 1).
Les troubles survenant après la première année sont moins souvent dus à des événements médicaux liés à la transplantation et plus souvent à d’autres événements de
vie, personnels, affectifs ou professionnels, éventuellement indirectement liés à la
transplantation. Quant aux facteurs de risque de troubles mentaux postgreffe, toutes
catégories confondues, on retrouve le sexe féminin, la notion d’antécédents psychiatriques avant la greffe, une durée longue de l’hospitalisation après la greffe, un état
physique plus précaire et une limitation du soutien social apporté par les proches ou
les soignants.
LA QUALITÉ DE VIE APRÈS GREFFE
La qualité de vie s’améliore significativement dans les suites immédiates et à moyen
terme d’une transplantation, par exemple d’une transplantation cardiaque. Malgré
161
Silla M. Consoli
quelques désillusions, les transplantés ne « regrettent » généralement pas de s’être
fait greffer. Cependant, les données dont nous disposons sont davantage mitigées
quant au devenir plus tardif.
Ainsi, sur une population de 122 patients issus d’une cohorte de 276 transplantés
cardiaques, encore en vie au bout de 10 ans, les scores de la composante « mentale »
du questionnaire de qualité de vie SF36 se révèlent comparables aux scores de la
population générale, alors que ceux de la composante « physique » sont significativement plus bas. Un âge supérieur à 65 ans, le fait d’être marié, la notion de complications de la transplantation ou du traitement sont autant de facteurs prédictifs d’une
altération de la qualité de vie chez les transplantés [14].
L’INTÉGRATION DU « CORPS ÉTRANGER » ET SES ÉTAPES
L’intégration du greffon est un processus long, passant par une série d’étapes successives.
Au début de ce processus, les patients ne peuvent considérer l’organe transplanté
comme une partie d’eux-mêmes, mais comme un objet étranger sur lequel ils n’ont
aucun droit. Un véritable travail psychique est nécessaire pour intégrer progressivement ce nouveau greffon aux pouvoirs plus ou moins magiques et l’assimiler
comme un élément naturel. Certains auteurs ont ainsi forgé le terme d’accorporation pour désigner ce processus d’intégration psychique, parallèle à l’instauration
d’une tolérance biologique de l’organe greffé et qui peut être suivi à la trace en
notant attentivement les mots employés par les patients pour parler de l’organe
transplanté : « le greffon », « le cœur greffé », puis « mon nouveau cœur » ou tout
simplement « mon cœur » [15].
Ce processus de transformation psychique s’inscrit sur un fond de profonds remaniements de l’image corporelle et de l’image de soi. Toute greffe confronte d’abord
le patient à la représentation de sa propre mort, mais aussi au deuil d’un organe vital
auquel le patient pouvait être « attaché » comme à un compagnon de route, avec
lequel il a partagé bien des épreuves et des moments d’espoir. Elle oblige également
à assumer et à dépasser la représentation d’une mutilation et celle, encore plus
inquiétante, car vécue dans l’ambivalence, de la mort même du donneur (à l’exception des greffes de rein et de moelle osseuse avec donneur vivant apparenté).
Le thème corrélatif qui apparaît fréquemment après une transplantation d’organe
concerne effectivement le sentiment d’être possédé, « hanté », habité par l’esprit du
donneur. Les patients peuvent avoir parfois l’impression de « vivre à deux dans le
même corps » ou entretenir le fantasme d’une nouvelle jeunesse, fantasme partagé,
non sans quelque jalousie, par les conjoints. L’identité sexuelle du donneur est aussi
une source d’interrogations. C’est particulièrement le cas lorsque le donneur est de
sexe opposé et que le receveur craint d’en acquérir les caractéristiques sexuelles.
162
À cette dimension fantasmatique s’ajoutent dans la réalité les modifications corporelles, liées surtout aux corticoïdes, à l’aménagement du point de biopsie, aux cicatrices.
La verbalisation de fantasmes se fait surtout au cours de la période
postopératoire : la personne du donneur peut ainsi être évoquée, de même que, parfois, la culpabilité du receveur d’avoir souhaité secrètement la mort d’un donneur
pour que la transplantation puisse avoir lieu. Il importe d’aider les patients à surmonter un tel mouvement de culpabilité, sans en étouffer pour autant l’expression,
et de savoir reconnaître dans les élans de gratitude des greffés à l’égard de telle
infirmière « élue » parmi les autres, ou de tel médecin ou chirurgien, considéré
comme un « sauveur », la dimension de la dette contractée à l’égard d’un donneur
anonyme et de sa famille.
De retour chez eux, certains greffés ont tendance à jouir intensément de leur vie
nouvelle avec parfois l’allure d’un véritable déni de l’intervention et de ses
conséquences ; d’autres, au contraire, entrent avec scrupule dans cette phase, se surveillant sans cesse, toujours prêts à revenir à l’hôpital pour se mettre à l’abri d’une
angoisse de mourir qui ne les quitte plus ; d’autres, enfin, manifestent une attitude
de vigilance attentive à l’égard du greffon et de leur santé en général, témoignant
ainsi du « respect » que leur inspire le « cadeau précieux » qui leur a été fait.
Toute transplantation oblige le patient à une réflexion sur ses objectifs prioritaires.
Certains redécouvrent au travers de cette épreuve leur famille, leurs amis, de nouveaux centres d’intérêt, tels que le sport ou les voyages. En contrepartie, de nombreux greffés se heurtent à la dure épreuve de la réalité, lorsqu’ils s’efforcent de
retrouver leur statut social antérieur : déclassement professionnel, surprotection de
l’entourage, aussi bien professionnel que familial, difficulté à souscrire une assurance-vie sont là pour leur rappeler leur différence. Face à de telles difficultés, certains préfèrent la préretraite ou l’invalidité.
Les transplantés, surtout lorsqu’il s’agit d’organes aussi symboliques que le cœur
ou le foie, entretiennent dans l’imaginaire collectif une fascination qui peut certes
les valoriser, mais aussi les piéger. Héros, malgré eux, entraînés à témoigner dans
les médias sur les prodiges de la médecine moderne ou en faveur des dons d’organe,
nombreux sont ceux qui, en privé, expriment leur aspiration secrète à ne plus être
regardés comme des êtres surnaturels et à se sentir à nouveau des « gens comme
tout le monde ». Un travail psychique de longue haleine attend donc les transplantés
et peut nécessiter parfois un accompagnement par des professionnels pour mieux
aboutir : il s’agit, dans ce travail, non seulement d’oublier l’organe greffé et le donneur qui en est à l’origine, mais aussi de pouvoir oublier son ou ses sauveurs, son
« créateur » génial qui a permis que la survie soit possible, mais dont on peut tout
autant souhaiter, légitimement, pouvoir se détacher, pour pouvoir désormais évoluer de façon plus autonome.
163
Silla M. Consoli
Références
1 Consoli SM, Baudin ML. Vivre avec l’organe d’un autre : fiction, fantasmes et réalités… Psychologie Médicale 1994 ; 26 (spécial 2) : 102-10.
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Godeau S, Herson S, Piette JC, eds. Traité de médecine. Paris : Médecine-Sciences Flammarion ;
1996. p. 2853-4.
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revision of the psychosocial levels system for evaluating organ transplant candidates. Psychosomatics 1993 ; 34 : 144-53.
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of self-reported pretransplant nonadherence with medication in heart, liver, and lung transplant candidates. Transplantation 2005 ; 79 : 1588-95.
10 Laederach-Hofmann K, Bunzel B. Noncompliance in organ transplant recipients : a literature review. Gen Hosp Psychiatry 2000 ; 22 : 412-24.
11 Mintzer LL, Stuber ML, Seacord D, Castaneda M, Mesrkhani V, Glover D. Traumatic stress symptoms in adolescent organ transplant recipients. Pediatrics 2005 ; 115 : 1640-4.
12 Young GS, Mintzer LL, Seacord D, Castaneda M, Mesrkhani V, Stuber ML. Symptoms of posttraumatic stress disorder in parents of transplant recipients : incidence, severity, and related factors. Pediatrics 2003 ; 111 : e725-31.
13 Dew MA, Kormos RL, DiMartini AF, Switzer GE, Schulberg HC, Roth LH, Griffith BP. Prevalence and risk of depression and anxiety-related disorders during the first three years after heart
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quality of life among heart transplantation survivors. Transplantation 2004 ; 78 : 257-63.
15 Crombez JC, Lefebvre P. Etude de la fantasmatique des greffés rénaux. Can Psychiatr Assoc J
1972 ; 17 : 11-5.
164
Gabriel Burloux
Gabriel Burloux
Psychiatrie, Lyon, France
Les années 1960 et 1970 ont vu naître une nouvelle ère, celle des greffes. Certaines
firent une très forte impression sur le public. Par exemple la première greffe du cœur
en 1968, pratiquée par Barnard, fit véritablement sensation, probablement parce que
le cœur tient une place spéciale dans l’imaginaire collectif : certes il s’agit de
l’organe dont les battements symbolisent la vie, mais en dehors de sa fonction
somatique, le cœur est aussi le siège mythique de bien d’autres qualités, tels le courage, la volonté, l’intelligence.
Ainsi, on pense volontiers qu’un cœur greffé apportera beaucoup plus que la vie
sauve ou une meilleure santé : des choses mystérieuses et inconnues qui viendraient
du donneur et dont hériterait le receveur, telles que des pensées, des idées, des pulsions, des émotions, etc. Au contraire, les greffes du rein, du foie, des poumons,
ainsi d’ailleurs que toutes les nouvelles greffes de tissus composites frapperaient
moins l’esprit du grand public.
Qu’en est-il des mains ? Elles font aussi surgir bien des fantasmes. Les langues
font souvent référence à elles pour exprimer l’habileté (avoir la main sûre), l’amitié
(la main dans la main), l’aptitude artistique (avoir des doigts de fée). Les locutions
et formules créées autour du mot « main » sont innombrables ; cela parce que les
mains sont à la frontière entre le symbole et la réalité. Elles ne seraient rien ou pas
grand-chose sans le cerveau (voir le singe, par exemple). Il en est de même pour le
cerveau : que ferait-il sans la motricité fournie par les mains ? C’est l’ensemble
main–cerveau qui est efficace. L’alliance des deux organes, avec l’aide des gènes, a
permis la naissance de l’humanité et sa maîtrise sur le monde.
En fait, la complicité entre les mains et le cerveau est beaucoup plus que l’addition de deux compétences travaillant ensemble. Le couple qu’ils forment est comme
un troisième organe né de leur alliance. Cet organe est spécifique de l’être humain.
Par conséquent, perdre ses mains constitue un énorme traumatisme et occasionne un
handicap difficile à imaginer. Au cours des siècles, les mains ont lentement amélioré les performances du cerveau et vice versa : ce dernier s’est lentement amélioré.
Le cerveau a ainsi appris, outre les qualités nécessaires à l’Homo faber, à penser, à
réfléchir et surtout à fantasmer, à fabriquer des images mentales et à en avoir
165
Gabriel Burloux
conscience ; bien plus, à avoir conscience de cette conscience. En particulier, une de
ces images est celle du corps. Notre corps est représenté dans notre esprit.
C’est Paul Schilder qui a défini l’image du corps comme celle que nous nous formons dans notre esprit. Cette idée mérite d’être développée. Il faut ajouter qu’elle
concerne, la plupart du temps, dans notre esprit, un corps sain et surtout entier, de
plus idéalisé, c’est-à-dire comme nous souhaiterions qu’il soit. Cette image fait partie du courant de la conscience. Elle se précise quand le hasard de nos associations
d’idées la rencontre, la fait remonter dans notre esprit, mais elle reste toujours là,
dans l’arrière-fond de notre pensée. Notre corps y est toujours plus ou moins présent
et nos mains jouent leur rôle dans ce processus continu. Quand nous communiquons
avec les autres, elles accompagnent le langage et lui donnent un tour plus vivant,
plus coloré, surtout plus expressif. Les mains liées derrière le dos, nous ne dirions
pas les mêmes choses et pas de la même façon. Nos gestes vont avec les mots. La
gestuelle des mains souvent les précède et souvent les précise.
Si les représentations de notre corps ne sont pas figées, si elles sont animées, c’est
grâce à notre désir constant d’avoir un corps vivant et en bonne santé. C’est le cas
quand ce dernier est intègre, sain, ni malade ni amputé. C’est-à-dire, pour ce qui
concerne notre propos, quand nos deux mains sont valides et efficaces. La vie est
plus facile dans la mesure où nous avons accepté profondément l’image de notre
corps, quelle qu’elle soit, dans la mesure où nous l’avons réellement acceptée.
Toutefois, nous devons constater que certaines personnes ne sont pas contentes de
leur image corporelle, même si cette dernière apparaît raisonnablement bonne aux
yeux des autres, et même parfois très belle.
C’est le cas par exemple de certaines femmes qui voudraient « se faire refaire le
nez » ou avoir une poitrine plus avantageuse. C’est souvent le cas des adolescents,
dont le corps est en train de changer, ou des personnes dysmorphophobiques, qui
désireraient aussi être différentes. Si on les opère et qu’ils ont obtenu ce qu’ils semblaient désirer, ils restent souvent insatisfaits. Que voulaient-ils donc réellement ?
Tout cela introduit la notion de narcissisme et d’imago narcissique.
Le mieux à faire serait pour les humains de se contenter de ce qu’ils ont. Nous
verrons plus bas quels sont les demandes et les désirs de certains sujets dont l’organisation psychique est narcissique. Mais nous verrons aussi leurs souffrances et les
raisons qu’ils ont de demander à changer d’aspect physique. Il s’agit bien sûr de cas
particuliers. En revanche, personne ne peut s’étonner du désir qu’a un être humain
de rester entier et intact.
APRÈS L’AMPUTATION
Que se passe-t-il chez un sujet qui a subi une amputation d’une ou des deux mains ?
Bien évidemment, perdre une main n’a rien à voir avec le fait d’en perdre deux. Je me
166
souviens de l’entretien que j’ai eu avec un candidat à la greffe de la main, donc un
patient éventuel, encore dans la phase d’évaluation. Il avait accepté d’aider la science
médicale au travers de son expérience. Il m’a beaucoup appris. Il me dit un jour :
« Avec une seule main (la directrice), je peux faire 80 à 90 % de ce que je faisais normalement. Mais dans certains cas, je suis un peu plus lent. » Je lui demandai alors
pourquoi il voulait une greffe. Il évoqua en gros deux sortes de raisons : d’abord, il
avait besoin de ses deux mains pour accomplir certaines tâches, comme piloter un
avion ou, bien évidemment, jouer du piano ; la deuxième raison, moins importante
(disait-il), était qu’il ne pouvait supporter facilement le regard de l’autre et qu’il en
était très perturbé : il ne pouvait accepter d’être considéré comme un infirme.
J’ai compris alors que la demande de ce type de greffe pouvait être d’ordre fonctionnel, et c’était évidemment recevable, mais aussi d’ordre narcissique. Pourquoi
ne pas considérer ces deux aspects ? Quand le corps est blessé, l’image du corps est
également blessée. Il existe des blessures narcissiques, des atteintes insupportables à
notre propre image. Rappelons-nous que Narcisse adorait se contempler dans l’eau
de la rivière, et qu’il en mourut, noyé, tombé dans l’image qui l’avait englouti.
Les frontières entre ces deux images, somatique et narcissique, ne sont pas très
précises. Elles se chevauchent, s’entremêlent et se mélangent car le moi peut aussi
se sentir fier de ses capacités fonctionnelles.
Si le handicap provoqué par la perte des deux mains est infiniment plus important
que dans le cas où une seule main a été perdue, de même l’atteinte, la blessure de
l’image corporelle est beaucoup plus sévère dans le premier cas. Surtout parce que
le patient devient dépendant des autres pour les actes les plus simples de la vie de
tous les jours. L’aide qu’apporte une prothèse myoélectrique ne permet pas une
grande autonomie.
Au début, les patients sont dépressifs et se sentent diminués. Leur image corporelle est attaquée. De plus, ils peuvent ressentir une honte de leur nouvelle condition, parfois même en être coupables. Ils n’osent pas affronter le regard de l’autre.
Tout cela est aggravé par l’incapacité fonctionnelle.
C’est ainsi que devaient vivre les patients amputés de la main avant l’époque de la
greffe. Ils n’avaient pas la possibilité d’une transplantation ; ni de choisir, de dire oui ou
non à une offre de greffe. Ils n’avaient qu’à se résoudre, à accepter. Actuellement, alors
que la greffe est possible, certains patients ne l’acceptent pas, surtout à cause du traitement antirejet à prendre toute la vie et aussi pour d’autres raisons, personnelles. Ils préfèrent s’adapter. Tout dépend de leur position psychique. Est-ce que la pensée, l’idée de
la greffe est installée ou ne fait que simplement exister dans leur esprit ? Peuvent-ils la
discuter, l’anticiper, donc la programmer ou pas ? Nous devons nous souvenir que les
greffes de mains n’ont pas été très nombreuses, du moins en Occident. Si rien n’est programmé ou installé dans l’esprit, alors arrivent le temps de la douleur, de la perte et du
deuil puis, plus tard, celui de la cicatrisation physique et de la résignation.
167
Gabriel Burloux
L’IMAGE DU CORPS AVANT LA GREFFE
Lorsqu’une greffe est envisagée, le temps du deuil laisse la place à celui de l’espoir.
Les patients peuvent maintenant oublier le passé et commencer à regarder l’avenir :
désirer au lieu de déprimer, et attendre un grand changement dans leur vie. Il est très
important à ce moment qu’ils soient suivis par un psychiatre qui a l’habitude des
problèmes de la greffe. En effet, tout ce qu’on peut dire à des patients sera traduit
dans ce qui est signifiant pour eux. Leur intellect peut tout à fait comprendre ce
qu’on leur dit, mais leur besoin, leur désir d’avoir des mains, de les utiliser, de faire
ce qu’avant ils pouvaient faire, leur fait imaginer un monde qui tient peu ou pas du
tout compte des choses importantes qu’on leur transmet au sujet de leur future
greffe : le très long temps à attendre (une année) avant de commencer à utiliser les
mains de façon un peu utile (les nerfs ne progressent que d’un millimètre par jour) ;
les difficultés et les contraintes de la rééducation et de la physiothérapie, quotidiennes et fastidieuses ; sans compter l’hospitalisation, si longue. Ils ont tendance à
oublier tout cela.
Par ailleurs, il peut exister chez eux le désir de retrouver la maîtrise d’un instrument de musique, par exemple, ou la précision d’un geste professionnel, alors que
les médecins viseront plutôt la récupération des gestes élémentaires de la vie ordinaire. Le désir d’avoir à nouveau des mains est forcément accompagné d’un certain
niveau d’idéalisation. Un enthousiasme trop fort mène à la déception dans la mesure
où la demande de greffe est parfois faite pour dénier et annuler la perte des mains.
Cela peut conférer au geste chirurgical un aspect grandiose et tout-puissant.
Avant la greffe, évaluer un patient ne suffit pas, m’a dit un greffé. Il faut l’expertiser soigneusement, le « scruter ». Ce sujet voulait montrer par là le fossé inévitable
qui existe entre l’imaginaire et la réalité, en souhaitant qu’il ne soit pas trop profond. Il parlait d’expérience. Les somaticiens doivent informer les patients et les
psychiatres doivent vérifier que ces derniers ont bien compris l’information. Plus
encore, les psychiatres doivent également décrire en détail aux patients les épreuves
qui les attendent, afin de lutter contre une idéalisation toujours décevante et trompeuse. Cela les aidera beaucoup.
APRÈS LA GREFFE
Les greffes sont toutes différentes les unes des autres, mais la greffe des mains pose
des problèmes extrêmement spécifiques :
– parce qu’elle est visible ;
– parce qu’elle provient d’un cadavre ;
– parce qu’elle n’est pas immédiatement fonctionnelle.
Heureusement, un cœur greffé fonctionne immédiatement, un rein ou un foie presque immédiatement. Mais la main, organe à la fois moteur et sensitif, est faite d’un
168
tissu composite et, comme je l’ai dit plus haut, une personne greffée doit attendre
longtemps avant de pouvoir l’utiliser. Une année est nécessaire pour permettre aux
patients de faire à peu près ce qu’ils faisaient avec une prothèse myoélectrique (avec
des plus et des moins).
Les organes transplantés proviennent souvent d’un cadavre. Mais quand des
mains viennent d’être greffées, il est évident qu’elles viennent d’une personne décédée. Elles semblent mortes et elles sont mortes. Elles doivent revenir à la vie.
Après la greffe, quand le patient reprend conscience, la vision qu’il a (je dis il car je
n’ai suivi que des hommes) est celle d’un énorme pansement au bout de son ou ses
poignets ou avant-bras. Il se retrouve dans les mêmes conditions qu’après son amputation. Avec une différence notable : il a des mains ! Mais hélas ne peut les utiliser.
Ce qui suit est l’histoire d’une reconquête. Plusieurs points doivent être considérés.
– L’anxiété, souvent sous la forme d’un risque de dépersonnalisation, est liée à la
nature étrangère de la main greffée, à son aspect cadavérique et aussi à la vision de
la limite très apparente qui sépare le bras du donneur de la main du receveur, symbolique de la coexistence troublante du mort et du vivant, du familier et de l’inquiétant. Une bouffée d’angoisse se produit souvent lors du premier pansement, mais
elle n’est pas exprimée, car il n’y a pas de mots pour qualifier cette vision. Le
patient voit qu’il est mortel.
– La régression est nécessaire et désirable dans les suites immédiates de la greffe
car le patient est alors totalement dépendant. Elle ne doit pas durer trop longtemps et
empêcher l’esprit de redevenir actif.
– Le risque de dépression dépend de la personnalité préalable du patient et aussi de
la différence entre ce qu’il avait imaginé et la réalité de son impuissance.
– Le choc postopératoire, la cortisone, une réaction sérique ou celle de la greffe sur
l’hôte peuvent entraîner un état de confusion plus ou moins délirant. Un patient
voyait des mains sur le mur qui lui faisaient des signes. C’était une projection audehors de ce qui l’effrayait dedans : les mains greffées.
– Une réactivation du trauma initial, cause de la perte des mains et de la chirurgie
qui avait suivi. Le patient peut revivre son accident initial, voir ses mains exploser
ou mises en pièces et du sang partout, avoir des cauchemars ou des pensées obsédantes. Généralement, cela ne dure pas. Le patient doit reconstruire son image.
L’APPROPRIATION DES MAINS
Quand la greffe somatique a été réalisée, la greffe psychique ne fait que commencer.
C’est le temps de l’appropriation. Les réactions psychologiques et les fantasmes des
patients sont liés à l’aspect visible et à la non-fonctionnalité de la main greffée.
Mais assez rapidement, le patient retrouve ce qu’il avait perdu : enthousiasme et
169
Gabriel Burloux
désir. « Le rêve est devenu réel », me dit l’un d’entre eux. Une nouvelle période
commence.
J’avais expliqué à un patient anglophone qu’il aurait à dompter et apprivoiser ses
mains. L’anglais ne différencie pas les deux mots qui se traduisent tous deux par to
tame. Aussi me demanda-t-il : « Comme un tigre ou un écureuil ? » « Les deux »,
lui ai-je répondu. Et c’était vrai.
Une autre image m’est venue : celle d’un adolescent, et plus encore d’une adolescente lorsqu’ils découvrent et doivent s’approprier leur nouveau corps.
Ce patient (d’accord pour qu’on communique à son sujet) me dit plus tard : « Je
touche ma main et c’est comme une vieille amie. » Les mains étaient alors devenues
ses mains.
Ce temps de l’appropriation doit être assisté et favorisé par le psychiatre, car il est
fondamental mais aussi menacé par le double phénomène du déni et du clivage.
Le déni consiste pour le patient à dire, ou plutôt penser, en même temps : « Je sais
que les mains viennent d’un cadavre » et « Je ne veux rien en savoir ». L’esprit se
clive donc en deux, ce qui est le meilleur moyen d’éliminer la contradiction. C’est
un moyen de défense bien connu en psychologie. Il est très efficace mais ne peut
durer très longtemps car la réalité a toujours le dernier mot (sauf dans certaines
organisations psychiques). Il est utilisé quand quelque chose est insupportable. Il
n’est pas toujours possible, en particulier devant des émotions et des tensions trop
fortes. Dans ces cas, le patient régresse à d’autres moyens de défense, par exemple
les rêves et les rêveries, si c’est possible. Sinon, c’est l’envahissement du psychisme
par l’angoisse, voire la détresse ou le recours à la pensée magique. Un patient, pourtant solide psychiquement, me raconta qu’un esprit bien connu dans son pays, un
genre de diable, avait essayé à deux reprises de l’étouffer en pressant sa main sur sa
bouche alors qu’il dormait. La première fois, il eut le temps de se retourner et de lui
échapper. La seconde fois, c’était heureusement un esprit mâle, qui a un trou dans la
paume, et il put respirer à travers ce trou.
L’ASPECT FRANKENSTEIN
Nous savons que le héros de Mary Shelley, Frankenstein, était fait de morceaux de
corps humains cousus ensemble. Quand un patient voit sa main greffée pour la première fois, la vision qu’il en a est assez horrible : l’enflure, les fils, les points, les
rajouts, la possible différence de teinte entre les deux peaux, tout cela nous fait comprendre pourquoi un patient doit opposer un déni à sa perception visuelle. C’est un
traumatisme. Les fantasmes qui envahissent alors le psychisme sont aussi traumatiques et font surgir des images et des pensées inquiétantes de mort revenant à la vie.
Est-ce que la main qui est encore la main de « l’Autre » peut redevenir
autonome ? Que va-t-elle faire ? Va-t-elle prendre sur moi un contrôle alors que je
170
n’en ai aucun sur elle, et faire des choses inimaginables qui pourtant seraient secrètement désirées par moi ? Tous ces fantasmes ont nourri la littérature fantastique car
ils font partie de l’imaginaire humain. Ils sont fréquents et on les observe dans tous
les types de greffes, mais dans celles des mains, ils sont beaucoup plus conscients,
parce qu’il s’agit des mains et à cause de leur caractère de visibilité.
Même dans le cas de greffes non visibles, ces fantasmes peuvent apparaître de
façon soudaine. Avant de recevoir une greffe de moelle osseuse, un jeune garçon
s’interrogeait : « Si le donneur est une fille, est-ce que je deviendrai une fille ? Mais
je pense qu’il est Américain et donc je pourrai parler américain… »
Ce fantasme d’être contrôlé par le donneur vient rompre la sensation rassurante et
continue que nous avons de notre propre corps et de notre image corporelle. Cette
image est déjà fortement attaquée par la perte des mains. La greffe qui devrait la
réparer la rend au début encore plus mauvaise. S’y ajoutent l’idée de la dette contractée vis-à-vis du donneur, et la vision de ces mains étrangères qu’il faudra
s’approprier. Tous ces processus nécessitent une élaboration mentale et par conséquent l’assistance d’un psychiatre expérimenté.
La greffe des mains représente un grand pas dans l’histoire des greffes. Je
n’apporterai pas moi-même de conclusion. Je préfère laisser la parole à un patient. Il
m’avait dit un jour : « Cette greffe ne sauve pas la vie. Elle fait bien plus. Elle donne
la vie. »
LA GREFFE DE LA FACE
Notre expérience est réduite à l’unique cas français et premier au monde. Il s’agissait d’une femme dont la partie inférieure du visage avait été arrachée. Elle portait
en permanence un masque chirurgical.
Nous avons été surpris par la facilité qu’a eue la patiente pour intégrer et s’approprier la face greffée. Il est vrai que j’avais insisté, lors de notre long entretien quelques mois avant l’intervention, sur ces notions d’intégration et d’appropriation.
L’intégration était peut-être un faux problème, car tout vaut mieux qu’une
absence de visage, et les problèmes prévus ne se sont pas vraiment posés : la
patiente avait, et cela dès l’immédiate période postopératoire, un visage au lieu d’un
trou.
S’il est vrai que pour les mains l’enjeu est principalement fonctionnel, pour la face
il est avant tout esthétique, dans l’esprit de la personne amputée. En fait, l’aspect
fonctionnel existe évidemment aussi mais apparaît, à tort, secondaire.
Le fantasme, avancé par la presse, de vivre avec « le visage d’une autre » ne s’est
pas présenté de la façon traumatique annoncée. J’avais insisté sur deux points :
– la face greffée se modèlerait sur sa structure ostéomusculaire personnelle ;
171
Gabriel Burloux
– le résultat ne ressemblerait ni au visage de la personne donneuse ni à l’ancien
visage de la patiente.
Enfin, j’avais parlé en détail de la nécessaire appropriation psychique, que nous
avions constatée à propos des greffes de mains, qui permettait à un patient de faire
de la main greffée sa main, ce qui représente un travail du psychisme pour lequel
nous pourrions l’aider.
Tout s’est passé du mieux possible et nous devons remercier la patiente pour sa
compréhension et sa coopération.
172
News and prospects
in transplantation
Introduction
First Section: Immune Tolerance
Second Section: Oncological Risks
Panel
© 2007 Elsevier-Masson SAS. All rights reserved
Pierre Godeau
Introduction
Introduction
Pierre Godeau
Chairman of the Scientific Committee of the Servier Institute, member of the French
National Academy of Medicine, emeritus professor at the Pitié-Salpêtrière Hospital, Paris,
France
Organ transplantation has attained adulthood. For many years, it was considered a
treatment in the absence of any alternative or a treatment of last resort, involving the
terrifying privilege of offering possible survival to patients whose condition was so
severe as to condemn them to certain death – heart transplantation in particular – or
to a lifetime of replacement therapy for a defective organ – dialysis in patients with
renal failure.
Offering a patient an “organ graft”, to use the lay terminology, was rather like a
game of “Russian roulette” for the patients concerned. Moreover, the spirit of sacrifice of an organ donation involved considerable ambiguity: the organ donor feeling
exalted by his generosity and altruism, whereas the family of a deceased patient
often tended to oppose donations which were viewed as mutilation and as evidence
of a lack of respect for the corpse of the beloved.
Fortunately, the situation has progressed and although the problem of organ donations is still, alas, a topical one, the technique of kidney, heart and liver transplantations is now fully mastered and the indication has become commonplace. It is for
this reason that the scientific council of the Servier Institute decided, in a necessarily draconian choice, not to include the study of these three organs in the subject of
Current Topics and Future Prospects in Transplantation so as not to prolong unnecessarily a conference that already extends over a day and a half.
Apart from the future prospects, trial approaches currently under investigation and
evaluation such as nerve cell or stem cell grafts and islet grafts, which still constitute many unknowns for the non-specialist medical profession, it seemed to us that
the points of contact between organ transplantation and immunosuppressant treatments were likely to appeal to a broad range of medical specialties. It is in fact interesting to welcome the appearance in the second half of 2006 of a new medical publication entitled Maladies auto-immunes et transplantations (Autoimmune Diseases
and Transplantations). This title was apparently surprising as the specific problems
of transplantation might appear extraneous to the daily concerns of the majority of
175
Pierre Godeau
clinicians, internal specialists, rheumatologists or organ specialists involved in the
treatment of autoimmune diseases.
In fact, three arguments justify this association, which is only paradoxical on a
brief and superficial analysis.
The first argument is chronological in nature. Experience acquired in the immunological control of grafts and the prevention of rejection reactions is a genuine
model and to some extent an experimental laboratory for immunologists. It is often
not until a decade later that the lessons learnt from the experience of transplant surgeons are applied to the routine conduct of immunosuppressant treatments, which is
then either totally revised or adapted to the choice of more effective and less toxic
treatments. In fact, the need in principle for “lifelong” treatments in transplantees, in
contrast to the immunomodulatory treatment of autoimmune patients where the aim
is to limit the duration of use and the dosage as far as possible, is a privileged source
of information.
The second argument concerns the management of the more severe forms of
autoimmune diseases that are not amenable to conventional treatment. Application
of therapeutic intensification followed by transplantation to a small number of
appropriately selected patients is currently the source of a number of international
protocols. Preliminary evaluation has confirmed the validity of this research, which
is now in the process of moving to the clinical application stage.
The third argument arises from the constant increase in the number of transplant
patients. Long-term monitoring of transplantees is no longer the preserve of transplant physicians alone. It is increasingly becoming multidisciplinary. Internal specialists, dermatologists, neurologists, haematologists, oncologists, microbiologists
and biologists are all likely to intervene and add their own particular skills. In addition, the advanced age of the patients is no longer an insurmountable barrier in the
decision to transplant and geriatric experience will increasingly be more useful.
It was obviously not possible within the scope of this conference to tackle such
diverse aspects and we have been constrained to make choices, for example abandoning the whole field of infectious problems. By contrast, we have given precedence to the study of oncological risks and reserved an important place for the new
immunosuppressant treatments and the concept of immune tolerance, which might
or might not give rise to a new approach to care and the complete revision of our
pathophysiological conceptions.
Finally, two apparently totally different problems remain to be mentioned:
– a practical problem: how to increase organ donations in France?
– a psychological, and even possibly a philosophical, problem: that of the psychological consequences of transplantations and of patients’ identity, their respect for
self and for their deeper personality.
176
Introduction
These two problems are in fact only two sides of the same coin, one essentially
individual, the other collective, of the understanding of the human person, its integrity and its limits. It is certainly in the area of composite tissue grafts that the technical imperatives and the ethical and philosophical problems merge in a special
model. Rationalising the debate and remaining resolutely pragmatic might be the
conclusion of this brief talk.
I shall simply confine myself, in mentioning a book and a film, La Chambre des
officiers (The Officers’ Room), to recalling the ordeal of the soldiers with severe
facial injuries whom I had the privilege to meet at the beginning of my medical
studies. Confronted with the horror of these totally destroyed faces and the shattering prospects of several years of suffering and numerous operations with an arbitrary outcome, it is clear to those doctors who treated or simply came across these
patients that they would have welcomed enthusiastically and without the slightest
reservation the modern processes that would allow these deprived individuals to
regain a human face.
177
First Section:
Immune Tolerance
Lucienne Chatenoud
Immune tolerance in transplantation:
myth or reality?
Lucienne Chatenoud
Biological Immunology Laboratory, Inserm U 580, Necker-Enfants Malades Hospital, Paris,
France
INTRODUCTION
Organ transplantation remains the only therapeutic option for a large number of diseases resulting in an irreversible loss of function of vital organs such as the kidney,
heart, liver or lung. Over the last 30 years, enormous progress has been achieved in
the field of immunosuppressant treatments designed to prevent or treat allograft
rejection. A number of biological or chemical agents have therefore been introduced
into clinical use, selectively targeting lymphocyte subpopulations involved in the
mechanisms of rejection or the intracellular signalling pathways essential for the
expression of the function of these cells. A major problem nevertheless remains. The
great majority of these agents generally depress immunity and are therefore devoid
of all specificity for the antigens responsible for the pathogenic reaction: allo-antigens. This explains why: 1) these immunosuppressant treatments may not be totally
effective (one cannot help noting that current conventional treatments, which are
obviously effective in preventing and treating acute allograft rejection, are much
less effective in suppressing chronic rejection); 2) their efficacy involves chronic
administration, which unfortunately culminates in too many cases in a state of socalled “over-immunosuppression”, characterised by the increased frequency of
infections and tumours which, moreover, are often the consequence of uncontrolled
viral infections.
The only effective way of remedying this problem would be to be able to induce a
state of “operational immune tolerance”, in other words to prevent the pathogenic
immune response to the allo-antigens expressed by the graft without affecting the
recipient’s capacity to react effectively to various exogenous antigens, particularly
those expressed by the infectious agents. Our objective here is to present a series of
arguments suggesting that the possibility of inducing immune tolerance in transplantation is no longer a myth or a possibility reserved exclusively for the field of experimental transplants, but is in the process of becoming a clinical reality thanks to new
immune intervention strategies. These strategies utilise concepts that emanate from
181
Lucienne Chatenoud
basic immunology and which rely in particular on the improved knowledge we now
have of the mechanisms employed in all normal individuals to prevent the immune
system from turning pathogenically against the tissues of the host that harbours it, in
other words to prevent the occurrence of auto-immune diseases and hence to maintain what is conventionally known as “physiological immune tolerance” or “self”tolerance.
Out of a desire for clarity in this presentation, we shall first of all describe briefly
what are these immune mechanisms that are involved in the maintenance of self-tolerance. We shall then discuss how some of these can be utilised to induce allograft
tolerance.
MECHANISMS OF “SELF”-TOLERANCE
The immune system of any normal individual does not develop an aggressive reaction against the tissues of the host harbouring it, although it is now clearly established that any individual free from auto-immune disease harbours autoreactive
lymphocytes directed against various auto-antigens, or self-antigens. The existence
of these autoreactive B and T lymphocytes is demonstrated by the presence of natural auto-antibodies and by the possibility of inducing lines or clones of autoreactive
T lymphocytes from normal human blood. In animals, an auto-immune disease can
be induced simply by administering auto-antigens to normal animals without any
particular predisposition to develop a spontaneous auto-immune disease. The
absence of auto-immune diseases despite the presence of autoreactive B and T lymphocytes has long been a central paradox of immunology, the mechanisms of which
are increasingly better understood now and particularly important in that any deficiency or lack of control in them results in the emergence of auto-immune diseases.
Two principal pathways act in a non-mutually exclusive way to maintain self-tolerance: mechanisms of central tolerance and of peripheral tolerance.
Central tolerance, as its name indicates, takes place in the central lymphoid organs
where ontogenesis and the differentiation of lymphocyte cells occur. In humans,
these are the bone marrow for B lymphocytes and the thymus for T lymphocytes.
During differentiation, the most dangerous “autoreactive” lymphocytes, since
they are carriers of very high affinity receptors for auto-antigens, are generally
destroyed by a phenomenon of “negative” selection. This negative selection implies
cell death by apoptosis, in other words programmed cell death secondary to the
translation of intracellular signals culminating in the activation of specialist
enzymes, caspases, which fragment DNA.
The negative selection filter that affects the auto-antigens expressed by specialist
cells in the thymus and bone marrow is, however, far from perfect, since autoreactive
lymphocytes are found in the periphery. There are a series of mechanisms, combined
182
under the name of “peripheral tolerance”, that enable the pathogenic potential of
autoreactive effectors that have eluded negative selection to be controlled. We shall
focus specifically on the mechanisms of peripheral tolerance affecting T lymphocytes as these are the primary targets in terms of allograft tolerance, while bearing in mind that identical phenomena are operational for B lymphocytes.
Autoreactive T cells may not “recognise” auto-antigen-presenting cells with specific receptors through a phenomenon known as “immune indifference”. This indifference is due, at least in part, to the fact that the majority of cells in the body that
carry auto-antigens do not “present” them adequately or “professionally” to the
immune cells, in other words in the presence of specialist or “costimulation” receptors that are capable of providing the T lymphocytes with all the signals essential to
their activation. Thus, only dendritic cells are “professional” antigen-presenting
cells, capable of providing all the signals essential to the effective stimulation of
naive T lymphocytes. Thus, a state of indifference may be disrupted when the autoantigen is presented abnormally to the T lymphocytes, particularly when the target
cells are localised within an inflammatory site, for example one induced by a viral
infection [1].
How then is it possible to explain that thymectomy alone in a normal mouse during the days following birth induces a polyauto-immune syndrome [2]? It has been
shown that early thymectomy prevents dissemination to the periphery of a specific
functional category of T lymphocytes with regulatory properties that control physiological autoreactivity [3, 4]. Auto-immunity may therefore derive from a defect or
an excess of immunoregulatory mechanisms that modulate the intensity of the
immune responses. The existence of such immunoregulation is now well demonstrated. It causes the intervention of two major categories of regulatory T cells, also
known as Treg: natural Treg and adaptive Treg [5, 6].
Natural Treg cells of thymic origin constitute a distinct thymocyte line characterised by expression of the CD25 marker (the α chain of the interleukin [IL] 2 receptor) and the transcription factor FoxP3 [7, 8]. It is these Treg cells of thymic origin
that were concerned above in the case of thymectomy which, in view of the profound deficit in natural Treg cells which it induces, generates a polyauto-immune
syndrome involving gastritis, thyroiditis, orchiditis or oophoritis (depending on the
sex of the mouse) and, more rarely, insulin-dependent diabetes. Likewise, in
humans, gene mutations coding for the transcription factor FoxP3 cause deficits of
natural Treg cells culminating in the IPEX (immune dysregulation, poly-endocrinopathy, enteropathy, X-linked) syndrome which, in the most severe and sometimes
even fatal forms, includes various auto-immune manifestations associated with
inflammatory bowel disease [9].
Adaptive Treg cells, as opposed to natural Treg, resulting from mature T lymphocytes are predominantly CD4+ present in the periphery, which acquire their
183
Lucienne Chatenoud
regulatory function when they are activated by various antigens in appropriate conditions, particularly in an environment containing cytokines, specifically IL10,
TGF- β (transforming growth factor β) or again IL4 [10, 11]. The dependence of
adaptive Treg cells on cytokines for their differentiation and/or their function is a
major characteristic which appears to distinguish them from natural Treg cells,
which for their part appear to exert their action predominantly by cell contact, but
independently of any immunoregulatory cytokines.
FROM “SELF”-TOLERANCE TO TOLERANCE IN TRANSPLANTATION
At the risk of appearing reductionist, we shall concentrate on two of the underlying
mechanisms of “self”-tolerance which we have just discussed: central tolerance by
deletion or negative selection and peripheral tolerance involving Treg cells, as these
are two concepts that have been exploited to institute strategies for achieving transplantation tolerance.
Does donor bone marrow transplantation achieve organ allograft tolerance?
Peter Medawar’s group in the 1950s undertook experiments which earned him the
Nobel prize and which showed that administration to neonatal mice of bone marrow
and allogenic cells (expressing different histocompatibility antigens from those of
the host), in the absence of any other immunosuppressive treatment, induces a state
of tolerance as evidenced by the fact that, once adult, these mice did not reject skin
allografts from totally identical donors to the donor of the cells injected at birth [12,
13], or histocompatible with this donor. Two mechanisms explain this effect. First of
all, at this very young age, T lymphocytes differentiate very actively in the thymus.
Like the auto-antigen-presenting cells which we mentioned earlier, the injected allogenic cells that migrate into the thymus “force” negative selection by apoptosis of
the high affinity and reactive T lymphocytes. It is in fact possible to prove by means
of so-called dilution limit techniques that the frequency of alloreactive T cells in tolerant mice is increased by about a half compared to that in normal mice. Secondly,
Treg cells are found in tolerant hosts that are capable of transferring allograft tolerance to hosts naive of all treatment. In other words, these neonatal mice whose
immune system is still immature are particularly sensitive to tolerance induction by
the injection of donor bone marrow or allogenic cells via immune mechanisms that
unite phenomena of central tolerance and peripheral tolerance.
The fundamental question that arises before such a procedure can find any therapeutic application in organ transplantation is whether it is possible to reproduce this
phenomenon in an adult individual.
In general, if a “true” transplantation of allogenic bone marrow is performed in a
host receiving an organ graft from the same donor, the host’s immune system is
eliminated and completely replaced by that of the recipient. This, moreover,
184
explains the presence in this type of situation of complete chimerism: once the
reconstitution is complete, all the haematopoietic cells of the recipient are of the
donor phenotype. In this case, the organ graft is perfectly accepted permanently in
the absence of any immunosuppressive treatment. However, in contrast to the operation that we discussed in neonatal mice, the performance of an allogenic bone marrow graft in an adult recipient poses two major problems which prevent its clinical
application in transplantation: first of all, the strategy requires a dramatic “conditioning” of the recipient designed to completely eliminate his whole haematopoietic
system; secondly, the graft of the donor’s immune system frequently results in the
occurrence of a graft versus host (GvH) reaction, an often fatal situation which represents a totally unacceptable risk.
It is therefore against this background that strategies have been developed that may
be described as “intermediate”, consisting of the inoculation of donor haematopoietic cells to a recipient in whom conditioning does not involve complete myeloablation. Several laboratories have tackled this problem, but it is certainly that of D.
Sachs and M. Sykes in Boston which has contributed the most to developing this
approach with a view to a clinical application, which moreover they have very
recently achieved [14–17]. The principle is simple. It involves performing partial
myeloablation by means of conditioning involving low-dose body irradiation combined with high-dose irradiation of the anterior mediastinal cavity, followed by
short-term treatment with polyclonal serum or an antilymphocyte monoclonal antibody. It is under the cover of this last treatment that the donor bone marrow is transplanted, followed by the organ graft. Treatment with cyclosporin is instituted at the
time of the organ graft and maintained for only a few months. This protocol, developed after years of studies, first of all in the mouse and then in the monkey, produced
very long-term, if not indefinite, survival of organ grafts (skin in the mouse and kidney in the monkey) in the absence of any immunosuppressive treatment. The underlying immune mechanisms vary somewhat with the species concerned. In the mouse,
the donor bone marrow cells are clearly found in the recipient’s thymus where they
play an important role in the negative selection of a certain proportion of alloreactive
cells. This is also evidenced by the presence of macrochimerism: a significant proportion of donor phenotype haematopoietic cells is observed in the reconstituted, tolerant host (at least 20 to 30%). In the monkey, however, the situation appears different. Macrochimerism exists within the first few days following the donor bone
marrow graft but disappears very rapidly, suggesting that in this case the phenomena
of peripheral tolerance, involving in particular Treg cells, probably more of the
adaptive type, are essential in the maintenance of allograft tolerance [18].
Remarkably, this approach has recently undergone a transfer to clinical use (D.
Sachs, personal communication). Five patients receiving a renal allograft from alloidentical live donors were treated in this way. With a follow-up period now of 8 to
185
Lucienne Chatenoud
18 months since the total discontinuation of immunosuppression, four patients have
preserved completely normal renal function. In one patient, humoral graft rejection
occurred on discontinuation of the immunosuppressive treatment, which was controlled by conventional treatments. As in primates, macrochimerism is observed in
humans only during the very first days following the allogenic bone marrow graft.
Anti-CD3 monoclonal antibodies: tools for developing tolerance-inducing
adaptive regulatory T cells
The history of anti-CD3 antibodies is totally paradoxical. The monoclonal antibody
OKT3, a mouse IgG2a [19], was the first monoclonal antibody introduced into clinical
use at the beginning of the 1980s, even before the complex structure of the CD3 molecule and its functional importance were known [20, 21]. It was initially used to treat
and prevent renal allograft rejection [22, 23, 24]. Because of its very narrow species
specificity, however, no preclinical data were available. In fact, human anti-CD3 antibodies only have interspecies cross-reactivity with chimpanzee T lymphocytes. During the 1980s, a whole series of controlled studies clearly demonstrated that OKT3
was an extremely potent immunosuppressant, very effective in the treatment of episodes of acute renal allograft rejection [25, 26], an indication in which it was rapidly
commercialised in the United States and Europe. The follow-up of patients treated
with OKT3 enabled an enormous baggage of knowledge to be acquired about the
mode of action and side effects of murine monoclonal antibodies. Over the last
10 years, the use of OKT3 has been more or less totally abandoned because of problems posed by its mitogenicity [27–33] and the availability of new and much better
tolerated biological immunosuppressants (including anti-CD25 antibodies).
The experimental work undertaken in different rat and mouse models rapidly suggested that, over and above their potent immunosuppressant activity, anti-CD3 antibodies might induce tolerance of allo-antigens and auto-antigens [34–36] and, perhaps more surprisingly, that they might also restore “self”-tolerance in the context
of established auto-immune diseases [27, 37–39]. On the basis of these last results,
anti-CD3 antibodies were re-introduced into clinical use in the area of auto-immune
diseases in the form of non-mitogenic humanised antibodies [40, 41] for use as
tolerogenic agents.
Studies are currently being conducted in patients with insulin-dependent diabetes
or type 1 diabetes of recent onset. These clinical studies are based on the results
obtained in our laboratory a number of years ago in the model of spontaneous autoimmune diabetes in the NOD (“non-obese diabetic”) mouse. Thus, short-term treatment with anti-CD3 antibodies for five consecutive days only and at low doses (5–
20 µg/day) was sufficient to induce complete disease remission while restoring
immune tolerance to islet antigens [27, 37–39]. The effect is sustained and specific
to β-cell auto-antigens [38, 39]. The immune mechanisms that subtend this effect
186
progress in two distinct and consecutive phases [27]. Remission is induced by the
disappearance of the T cell infiltrate from the islets (or “insulitis”), but this disappearance is transient and is therefore not involved in the long-term therapeutic
effect. The insulitis returns from 2 weeks after the end of treatment, but in the form
of a peripheral infiltrate that does not invade the islets and does not destroy the
residual β-cells [27, 38]. The initial therapeutic effect is then taken up by the differentiation of Treg cells that we have shown to belong to the category of adaptive
Treg [42] and to depend closely on the production of TGF- β [27, 37, 43]. The antibody induces a state of (at least operational) tolerance, since the T lymphocytes of
mice protected from diabetes do not respond pathogenically to the islet antigens but
recover a totally normal capacity to reject allogenic skin grafts [38].
Transfer of this strategy to clinical use began in 2000. Twenty-four patients were
included in a phase I/II study using the non-mitogenic humanised antibody OKT3γ1
Ala-Ala (12 treated with the antibody and 12 untreated controls) [44]. The results
confirmed the good tolerance of the product, while suggesting the presence of a
beneficial therapeutic effect one year after treatment [44]. This tendency has
recently been confirmed by the results of the two-year follow-up of a larger number
of patients (24 treated with the antibody and 24 controls) [45].
We, for our part, in association with Belgian, German and English clinicians and
biologists, have coordinated a phase II, randomised, placebo-controlled study
including a total of 80 patients and using another non-mitogenic humanised antibody known as ChAglyCD3 [46]. Eight milligrams of antibody or placebo were
administered daily for six consecutive days only. The results showed that treatment
with the antibody very effectively preserves the production of endogenous insulin
(evaluated by the measurement of C-peptide after stimulation with intravenous glucose) 6, 12 and even 18 months after treatment. This effect is also seen in a significant reduction in the doses of exogenous insulin necessary to maintain good metabolic control [46]. Thus, very impressively, 75% of antibody-treated patients
(versus 0% of those treated with placebo) with a greater mass of β-cells at the beginning of treatment exhibited insulin requirements at 18 months that were less than or
equal to 0.25 U/kg/day, which is a dose bordering on insulin independence.
The possibility of restoring tolerance to self-antigens by means of anti-CD3 antibodies represents an important stage in the development of “protolerogenic” immunotherapy. The experimental data clearly indicate that anti-CD3 antibodies induce a
therapeutic effect that is specific to the antigen through their capacity to selectively
stimulate TGF-β-dependent adaptive Treg cells.
In the light of these results, use of anti-CD3 antibodies might rapidly spread to
other indications, particularly transplantation, where it is now possible to envisage
their use not only as simple immunosuppressants, as was done in the 1980s, but as
immune tolerance-inducing agents.
187
Lucienne Chatenoud
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190
Christophe Legendre
Christophe Legendre
Adult Renal Transplantation Department, Necker-Enfants Malades Hospital, Paris, France
If adult renal transplantation has become the treatment of choice of chronic renal
failure when it has reached the terminal stage, this is because it improves not only
the quality of life of patients but also their life expectancy [1]. The considerable
progress achieved over the course of the last 20 years is due to the combined effect
of a very significant reduction in the incidence of acute rejections, demonstrating
the efficacy of immunosuppression, and the better prevention of infectious complications that are the price of this efficacy [2, 3]. For most teams, one-year patient survival currently exceeds 95% and one-year graft survival is between 90 and 95%
depending on the type of patient.
However, although the short-term beneficial effects of immunosuppression are
clear, so are the longer-term inadequacies: little progress in the outcome of allograft
nephropathy and a high incidence of cancer and cardiovascular complications [4].
The current challenges of immunosuppressant treatment, apart from tolerance
induction, are numerous. The aim is to obtain pronounced initial immunosuppression that is effective in preventing acute rejects, followed by maintenance immunosuppression with measured benefits and drawbacks. This maintenance immunosuppression must be effective so as to hold in check the immunological part of
allograft nephropathy, but also well tolerated so as to improve compliance. Its
nephrotoxicity must be limited and its impact on the incidence of tumours reduced
as far as possible.
Current immunosuppressant regimens attempt to combine the numerous compounds available to achieve these ambitious and sometimes contradictory objectives!
After a brief introductory section on the allo-immune response that is intended
to define the targets of the different immunosuppressant compounds as far as possible, we will subsequently consider their mechanisms of action before describing
the procedures for combining these immunosuppressants from a historical perspective. Finally we shall attempt to identify the current tendencies and avenues
of research.
191
Christophe Legendre
ALLO-IMMUNE RESPONSE
Complete activation of a naive T lymphocyte requires several signals [5]. The first
arises from the recognition of an antigen determinant, HLA molecules for example,
by the lymphocyte T receptor (TCR). This first signal is transmitted by the CD3
molecule coupled to the tyrosine kinase proteins Lck and ZAP-70, which relay it by
three signalling pathways: that of MAP-kinases, that dependent on the calcium-calcineurin pairing and, lastly, that involving protein kinase C theta (PKCθ), which
activate the transcription factors AP-1, NFAT and NFκB, respectively. These result
in the expression of CD154 (ligand of CD40), but also interleukin 2 (IL2) and the α
chain (CD25) of its receptor. The CD154 molecule engages its ligand CD40 on the
antigen-presenting cell that it activates, thereby engendering an increase in the
expression of CD80 and CD86 molecules [6].
This allows the second signal to be delivered by engaging the CD28 co-signal
molecule on the lymphocyte. This co-signal reinforces the signal transmitted by
the TCR by activating AP-1 which, when complexed with NFAT, transactivates
the IL2 and IL2R genes. Its absence does not enable the lymphocyte to activate
totally, which becomes anergic. The CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen 4) molecule, expression of which is deferred, recognises the same
CD80/86 ligand as the CD28 molecule. It delivers a negative signal to the antigen-presenting cell and the lymphocyte by specifically inducing the expression
of the enzyme indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO). IDO degrades the tryptophan
necessary for cell proliferation. The affinity of CTLA-4 for CD80/86, 100 times
greater than that of CD28, confers an advantage on the negative signal, which
ends the activation. The induced expression of CD25 (IL2Rα) allows the formation of the high-affinity IL2 receptor, combining the α, β and γ chains. The α and
β chains are expressed constitutively and shared with other cytokines receptors,
including IL15R.
These receptors transmit a third signal that results in cell proliferation, expression
of anti-apoptotic genes and production of cytokines and chemokines. Three principal signalling pathways are described upstream from the IL2 receptor. An MAPkinase pathway, a pathway initiated by Janus kinase 3 (JAK3) [7], involving
STAT5 proteins, and a pathway upstream from phopho-inositide-3-kinase (PI-3K),
involving mTOR [8]. Cell proliferation requires the synthesis of nucleotides,
purines and pyrimidines, dependent respectively on the inosine monophosphate
dehydrogenase (IMPDH) and dihydro-orotate dehydrogenase (DHODH) enzymes.
Lastly, a certain number of chemokine receptors (CCR1, CXCR3, CCR5) and
addressing molecules, such as the sphingosine-1-phosphate (S1P) receptor, are
expressed, enabling the lymphocyte to exit from the secondary lymphoid organ,
where it has been activated, to join the target tissue [9].
192
MECHANISMS OF ACTION OF IMMUNOSUPPRESSANTS
The different immunosuppressants can be artificially classified according to their
mode of action. This classification enables the complementary and synergistic combinations to be assessed optimally.
Compounds involved in the inhibition or modulation of the first signal
Cyclosporin and tacrolimus (FK506) both target calcineurin, a sensor of the
increase in intracellular calcium after the engagement of TCR. In this respect, these
two drugs are classed as calcineurin inhibitors (figures 1 and 2) [10]. Cyclosporin
binds to cyclophilin, an intracytoplasmic protein, and the complex formed by the
two molecules is capable of inactivating calcineurin. Tacrolimus first complexes
with an immunophilin, known as FKBP12, before inhibiting calcineurin. The affinity of tacrolimus for the protein FKBP12 is greater than that of cyclosporin for
cyclophilin, which explains its greater efficacy on the molar scale (by a factor of 10
to 100). Blockade of this signalling pathway inactivates the transcription factor
NFAT, the promoter effect of which on the transcription of certain pro-inflammatory
genes (IL2, IL4, IFN-γ, TNF-α, GM-CSF, IL2R) is blocked (figures 1 and 2).
Other pharmacological inhibitors of the first signal are under study: inhibitors of
Lck, ZAP-70 and PKCθ kinases and the MAP-kinase cascade (figure 1).
The effect of steroids is more complex and depends to a large extent on their combination with glucocorticoid receptors [11]. The mode of action is principally transcriptional, followed by binding of the steroid-DNA receptor complex and proteinprotein interactions with the pro-inflammatory transcription factors AP-1 and
NFκB.
Immunosuppressants blocking the second signal
LEA29Y (belatacept) is a fusion protein combining the CTLA-4 molecule with the
Fc fragment of an IgG that has a dual mode of action [12] (figure 1). Firstly, this
protein competes with the lymphocyte CD28 co-signal molecule, blocking the second signal. Secondly, it delivers an immunosuppressive signal to the antigen-presenting cells, in particular by inducing the enzyme IDO. The clinical use of the first
anti-CD154 antibody (CD40L) [13], hu5C8, was complicated by thrombo-embolic
events, probably by platelet activation. Since then, another antibody has been developed against another epitope of the same molecule, IDEC131, that appears to be
devoid of procoagulant effect. There are several theoretical advantages to blocking
the axis of the CD40-CD40L co-signal. Firstly, this antibody should reduce the activation of antigen-presenting cells, and hence the density of expression of the CD80/
86 co-signal molecules. Secondly, it is likely that this immunosuppressant has an
effect on humoral immunisation as the CD40-CD40L axis is so important in the
cooperation between T and B lymphocytes.
193
Christophe Legendre
Antigen-presenting cell
+
IDO
CMH/peptide
CD80/86
CD40
IL2
CD4
CD8
– +
Signal 2
Signal 1
α
TCR
β
CD3
CTLA-4
ZAP-70
CD28
JAK3
CD40L
PI 3-K
–
PLC-γ
+
Akt
DAG
Ca2+
Ras°GTP
Rac°GTP
PKC θ
NFκB
G1
S
M
G2
NFAT
AP-1
T lymphocyte
STAT5
S1P
receptor
mTOR
Calcineurin
ERK, JNK
Signal 3
γ
CCR1
CCR5
CXCR3
Figure 1. Representation of the different stages of T lymphocyte activation. The first signal results
from the recognition by TCR of its ligand, activating the pro-inflammatory transcription factors NFκB,
NFAT and AP-1 by different signalling pathways. The second signal is delivered by the engagement of
co-signal molecules (CD28, ICOS-L, CD40-L), which reinforce the first signal. Finally, the third signal results from the binding of IL2 to its high affinity receptor. This delivers a message allowing the
proliferation and secretion of cytokines and chemokines, as well as signals protecting from death by
apoptosis. Cell proliferation is dependent on the synthesis of purine and pyrimidine bases. Expression
of the S1P receptor enables the lymphocyte to extract itself from the draining lymph node to reach the
target tissues under the effect of the pro-inflammatory chemokines whose receptors it expresses
(CCR1, CCR5, CXCR3).
Drugs targeting the third signal
Humanised or chimeric antibodies directed against the α chain of the IL2 receptor
(CD25), daclizumab and basiliximab, target the third, IL2-dependent signal
(figures 1 and 3). In vitro, T lymphocyte proliferation, which is IL2-dependent, is
blocked by these antibodies. The induced expression of CD25 post-lymphocyte activation should impart them with specificity towards the activated, potentially alloreactive cells.
194
CD4
CD8
TCR
OKT3
CD3
Cyclosporin
Cyclophilin
FK506
ZAP-70
Ca2+
Calcineurin
PLC-γ
Corticosteroids
DAG
PKC θ
FKB12
NFAT
AP-1
NFκB
Figure 2. The upstream signalling pathways of TCR represent prime targets for immunosuppressant drugs.
These are directed at antagonising the transcription factors NFAT, AP-1 and NFκB tissue-specifically by
blocking lymphocyte-specific signalling pathways. Cyclosporin and tacrolimus, both prodrugs complexed to
immunophilins, inhibit calcineurin, a biological sensor of calcium afflux into the cell after engagement of
TCR. Steroids have a more ubiquitous effect, acting directly on the transcription factors AP-1 and NFκB.
Lastly, the CD3 molecule, complexed to TCR, can also be the target of depleting or non-depleting antibodies.
The mTOR (mammalian target of rapamycin) inhibitors, sirolimus and everolimus,
block a signalling pathway located upstream from the IL2 and IL15 receptors [8]. To
be active, they must bind to the FKBP12 protein like tacrolimus, but have no effect on
the phosphatase calcineurin. These drugs target the RAFT1/FRAP proteins involved
in cell cycle progression in the G1 phase. In vitro, they demonstrate a potent antiproliferative effect but are less effective on cytokine production. In vivo, in the mouse,
sirolimus only very weakly blocks lymphocyte proliferation, but in return increases
death by postactivation apoptosis. The mTOR signalling pathway is in fact involved
in the expression of anti-apoptotic genes under the effect of IL2 but also of IL15.
Other inhibitors of the third signal are under study. The drug CP-690550 blocks
JAK3 kinase coupled to the γ chain, common to the cytokine IL2, IL4, IL7, IL9,
IL15 and IL21 receptors. The STAT5-dependent signalling pathway is very specifically affected by this inhibition. It results in an antiproliferative effect and a reduction in the expression of cytokines and chemokines.
195
Christophe Legendre
IL2
Daclizumab,
basiliximab
α
β
CP-690,550
γ
Mycophenolate
mofetil
Sirolimus
JAK3
PI 3-K
STAT5
Akt
Nucleotide
synthesis
FKB12
mTOR
G1
S
Anti-apoptosis
M
Leflunomide
FK778
G2
Cytokines
Chemokines
Azathioprine
Figure 3. The third signal can be blocked at different levels. The daclizumab and basiliximab antibodies recognise the α chain of the IL2 receptor (CD25). Sirolimus and the CP-690550 molecule block the
different signalling pathways of the IL2 receptor, dependent on mTOR and JAK3, respectively. Mycophenolate mofetil and FK778 respectively inhibit the synthesis of the purine and pyrimidine bases necessary for cell proliferation. Lastly, azathioprine interferes with DNA synthesis, the property underlying its immunosuppressant effect and its procarcinogenic effect.
Cell multiplication inhibitors
Mycophenolic acid is a potent inhibitor of the enzyme IMPDH that is crucial in
the de novo purine synthesis pathway [14] (figures 1 and 3). It thus induces
severe depletion of guanine nucleotides. The de novo biosynthesis pathway is
specifically required by lymphocytes during division, whereas the recycling pathway is sufficient for resting cells. This specific feature explains the relative specificity of this drug for activated dividing lymphocytes. This drug inhibits the
proliferation of T and B lymphocytes in response to a mitogen or to an allogenic
stimulation.
Leflunomide [15] and FK778 [16] are two inhibitors of the enzyme dihydro-orotate dehydrogenase involved in de novo pyrimidine synthesis. They are credited
with an in vitro antiproliferative effect on T and B cells.
Lastly, azathioprine [17] releases 6-mercaptopurine, which interferes with DNA
synthesis. In fact, 6-mercaptopurine is rapidly converted to an active agent,
196
ribotide. This enters into competition with inosinic acid for the enzymes involved
in the synthesis of guanylic and adenylic acids. The global effect is inhibition of
nucleic acid synthesis.
Antibodies intended for lymphocyte depletion
Antilymphocyte serum (or antithymocyte polyclonal globulins) is obtained by
immunising rabbits or horses with human lymphocytes or thymocytes. It contains a
number of antibodies targeting different cell populations, principal among which are
T lymphocytes, but also B lymphocytes, plasmocytes and platelets. It produces profound and sustained lymphopenia.
Muromonab-CD3 (OKT3) binds to the CD3 complex and causes a syndrome of
massive cytokine release followed by profound T lymphocyte depletion and functional impairment [18].
Alemtuzumab, a humanised antibody directed against the CD52 molecule
expressed by all blood mononuclear cells, causes massive and sustained depletion
of the lymphocyte compartment [19].
Rituximab [20], an antibody directed against the CD20 molecule, causes depletion of naive and memory B lymphocytes, but is devoid of any effect on plasmocytes.
Agents modifying lymphocyte traffic and addressing
FTY720 [9], whose clinical evaluation has been discontinued following the
development of retinal complications, has a particularly innovative mode of
action (figure 1). It targets lymphocyte traffic mechanisms. In vivo, FTY720 is
rapidly phosphorylated, yielding an active compound, FTY720-P, which shares
structural homology with sphingosine 1-phosphate (S1P). This is secreted by
platelets, mastocytes and endothelial cells following activation. Of the five S1P
receptors, the S1P1 receptor is predominantly expressed by lymphocytes.
Recent data have established that the S1P1 receptor is necessary for the export
of simple-positive thymic cells (recent thymic immigrants) and for the egress of
lymphocytes from the peripheral lymph nodes. In conclusion, FTY720-P blocks
the S1P1 receptor, which is internalised, causing lymphocytes to be sequestrated
in lymph nodes.
Other immunosuppressant agents are under study as part of the same strategy. The
chemokine receptors, CCR1, CXCR3 and CCR5, involved in addressing lymphocytes at the site of inflammation (acute rejection), represent the prime targets.
Two CCR1 and CXCR3 receptor antagonist antibodies are in the process of development. They will undoubtedly constitute very interesting supplementary drugs in
the future.
197
Christophe Legendre
IMMUNOSUPPRESSANT REGIMENS IN RENAL TRANSPLANTATION
In transplantation in general, immunosuppressants are and always have been used in
combination.
Historically, with the exception of the brief use of total lymphoid irradiation, at
the beginning of the history of transplantation, immunosuppressant regimens combined prolonged, high-dose steroids and azathioprine (Imurel®) at a dose of 3 mg/
kg/day. Steroid complications were frequent (diabetes, bacterial infections, aseptic
osteonecrosis, Cushingoid facies, stretch marks, thinning of the skin, hypertension,
delayed wound healing, etc.) [21]. Under the effect of this dual therapy, the incidence of acute rejections considerably exceeded 50% in the first year and the oneyear graft survival rate barely reached 50%!
Towards the end of the 1970s, antilymphocyte sera obtained in the horse and rabbit were used as (by implication, tolerance-) induction treatment in the very initial
phase of transplantation for a period of a few days to a few weeks. These sera certainly achieved a reduction in the incidence of acute rejection, but at the cost of
infectious and in particular viral complications and serum sickness [22, 23].
At the beginning of the 1980s, cyclosporin (Sandimmun® and then a few years
later its micro-emulsion form Neoral®) was introduced, producing a reduction in the
incidence of acute rejection, which was itself reflected in a very significant increase
in graft survival time one year post-transplantation [24, 25]. The achievement of so
spectacular a benefit with a compound represented a unique event in the history of
transplantation. The advent of cyclosporin thus provided the framework for three
main therapeutic regimens, with or without induction:
– triple therapy from the outset: steroids, cyclosporin, azathioprine;
– quadruple therapy from the outset: antilymphocyte serum, steroids, azathioprine,
cyclosporin, specifically reserved for patients at high immunological risk;
– sequential quadruple therapy: antilymphocyte serum, steroids, azathioprine, with
the delayed introduction of cyclosporin to prevent initial nephrotoxicity.
Once the initial post-transplantation phase had passed, so-called maintenance
treatment could comprise monotherapy (cyclosporin), dual therapy (cyclosporin and
steroids, or steroids and azathioprine) or triple therapy!
The introduction of cyclosporin produced a significant reduction in the doses of
steroids or even their complete withdrawal, and popularised the concept of monitoring residual levels to adapt the doses of this compound with a narrow therapeutic
spectrum [26]. However, the principal complication of cyclosporin is short-,
medium- and long-term nephrotoxicity [27, 28].
Another very potent immunosuppressant was also used at the beginning of the
1980s [18], murine anti-CD3 antibody (OKT3®). This antibody did achieve a reduction in the incidence of acute rejection and even its effective treatment, but at the
198
cost of very severe side-effects on the first and often the second administration in
the form of chills, fever of 40˚C, acute pulmonary oedema, meningeal signs and
arthralgia. This toxicity, associated with the release of cytokines and known as the
first dose effect, considerably limited the use of this antibody, particularly as the
incidence of viral complications (cytomegalovirus) was also increased.
At the beginning and end of the 1990s, mycophenolate mofetil (MMF, Cellcept®
and later Myfortic®), tacrolimus (Prograf®) and the monoclonal anti-IL2 receptor
antibodies (Simulect® and Zenapax®) were launched on the market.
In combination with steroids and cyclosporin, MMF produced a significant reduction in the incidence of acute rejection, at the cost of an increase in viral complications and side effects such as leucopenia and digestive disorders [29, 30].
Tacrolimus [31, 32], for its part, offered at least equal efficacy to that of
cyclosporin and a slightly different safety profile, characterised by an increase in the
incidence of diabetes mellitus, less hypertension and cosmetic disorders and a more
consistent pharmacokinetic profile. This compound was used initially in grafts at
high immunological risk and then in other categories of transplantation.
Used in the induction phase, and irrespective of the other compounds used in
combination, anti-IL2 receptor antibodies [33] caused a reduction in the incidence
of acute rejection and at the same time, almost uniquely, did not increase the incidence of infections or cancers. Mention should also be made of the revival of interest in polyclonal antithymocyte antibodies (Thymoglobuline®) and the more confidential use of an anti-CD52 antibody (MabCampath®) that culminated in profound
and sustained T lymphocyte depletion [19].
The combination of these new compounds resulted in a reduction in the incidence
of acute rejection, which was now no more than 10 to 15% in the first year, although
with stigmata of “over-immunosuppression” such as the emergence of new viruses
like BK virus that is responsible for a frightening nephropathy whose treatment is
still poorly codified [34].
The efficacy of the new combinations encouraged a number of teams to exploit
this immunosuppressant potency to implement sparing strategies for other medications:
– reducing the dose of steroids or withdrawing them, or even not introducing them
at all [35];
– reducing the use of anticalcineurins so as to reduce their nephrotoxicity [36].
Lastly, the class of mTOR inhibitors has been introduced more recently –
sirolimus (Rapamune®) [37] and everolimus (Certican®) – and these, in addition
to their novel mechanism of action, have little or no nephrotoxicity. These compounds also have an antiproliferative effect that is beneficial in the long-term
against allograft nephropathy and tumour proliferation, but detrimental in the
short term by delaying wound healing. These compounds have been used either in
199
Christophe Legendre
combination with anticalcineurins or as replacement of them. Unfortunately combination with anticalcineurins has revealed a potentiation of their nephrotoxicity,
limiting this type of use [38]. In the replacement of anticalcineurins, problems of
immediate post-transplantation use arise because of the difficulties of wound
healing and acute rejection problems. A third approach to their use has therefore
been tried: taking over from an initial treatment phase with anticalcineurins [39].
Finally, exploiting the immunological characteristics of mTOR inhibitors, in other
words a more propitious environment for the institution of tolerance induction,
some teams have used very high doses in the induction phase followed by monotherapy with sirolimus [40, 41].
An alternative to mTOR inhibitors is represented by belatacept, which possesses
two original characteristics: its mode of action (see above) and its route of administration. In fact, in contrast to the other immunosuppressants, it is not administered
orally, but intravenously at regular intervals [42]. It is no less effective than
cyclosporin, but it is not nephrotoxic, which may enable it to be considered for use
over very long periods.
The immunosuppressants we have just mentioned are essentially active against T
lymphocytes. However, B lymphocyte-mediated humoral rejections are increasingly frequent, firstly because they are better detected by means of C4d labelling,
and secondly because the number of immunised patients at the time of transplantation is constantly increasing. In the case of an acute humoral rejection or an
increased risk of humoral rejection, three types of treatment can be used, according
to administration modalities that are still not completely validated:
– rituximab, a monoclonal anti-CD20 antibody (MabThera®), currently under evaluation;
– polyvalent immunoglobulins (IV-Ig) which, because of their multiple action, are
used to desensitise patients immunised against HLA determinants but also undergoing treatment for acute humoral rejection [43, 44];
– plasma exchanges, which enable the levels of anti-HLA antibodies responsible
for acute general rejection to be rapidly reduced [45].
Attempted summary!
The current trends may be defined without excessive oversimplification.
1. In France, induction treatments are often used:
– either on principle, or in the case of the delayed restoration of function, or in the
case of a high immunological risk;
– polyclonal sera more in the case of a high immunological risk, monoclonal
antibodies more in the case of a low immunological risk;
– the duration of treatment is decreasing regularly.
200
2. The triple combination steroids + anticalcineurin + IMPDH inhibitor remains the
basic treatment:
– the tendency is for the early elimination of steroids according to various
modalities, or even their non-introduction;
– the choice of anticalcineurin varies with the team, although with the increasing
involvement of tacrolimus;
– azathioprine has been virtually replaced by IMPDH inhibitors, predominant
among which is MMF.
3. In terms of so-called maintenance treatment:
– the tendency is to minimise the use of either steroids, when these have not
already been discontinued, or anticalcineurins;
– it is also possible to replace an anticalcineurin by an mTOR inhibitor in order to
benefit from the lack of nephrotoxicity and the antitumour properties of this new
class.
CURRENT PROBLEMS
Over the course of the years, the efficacy of combinations of immunosuppressant
treatments has been seen to cause a reduction in the incidence of acute rejection and
hence an improvement in the short-term success rate. Conversely, the longer-term
benefit is modest and even disputed. Several explanations are possible. First of all,
the immunological mechanisms that culminated in chronic destruction of the graft
are less well understood. In addition, the nephrotoxicity of the anticalcineurins, the
long-term importance of which has now been evaluated, results in a significant loss
of grafts. Finally, other immunosuppressant side effects limit the survival both of
patients through cardiovascular complications, infections and cancers, and of grafts
through hypertension, diabetes and BK viruses.
We are therefore confronted at present with the need to investigate:
– combinations of effective but better tolerated immunosuppressants, and hence
probably better accepted and more regularly taken by patients;
– the adaptation of immunosuppressant treatments no longer just in terms of their
crude efficacy (rejection versus infection or cancer) but by means of biomarkers that
will enable the immunosuppressant potency to be measured more precisely and
hence adapted [45];
– the means of individualising immunosuppressant treatments according to clinical
risk factors (weight, body mass index, previous history, etc.) but also genetic factors,
for example in conjunction with pharmacogenetics [46];
– a better use of the available pharmacological data [47];
– a better use of the histological [48], virological and immunological surveillance
data.
201
Christophe Legendre
Renal transplantation is becoming increasingly more complex, at the same time as
its results are improving. The ideal, which has still to be achieved, will obviously be
tolerance induction without maintenance immunosuppressant treatment. It is no
longer possible to dream of a miracle combination, but instead we should adapt our
treatments and their monitoring to the variety of patients who may benefit from
renal transplantation.
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204
Second Section:
Oncological Risks
Post-transplantation lymphoproliferative
disorders
Clinical Haematology Department, Pitié-Salpêtrière Hospital, Paris, France
Long-term immunosuppression promotes the development of malignant tumours.
Lymphoproliferative disorders (LD) are a frequent and usually fatal complication of
immune deficiencies, either transmitted genetically as in the case of severe combined immunodeficiency (SCID), Wiskott-Aldrich syndrome and X-linked lymphoproliferative syndrome, or acquired following bone marrow transplant, organ transplantation or infection with human immunodeficiency virus (HIV) [1]. Posttransplantation LD disorders are characterised by marked clinical, histological,
molecular and evolutional heterogeneity. The physiopathogenesis of post-transplantation lymphoproliferative syndromes is multifactorial. Graft-related chronic antigen stimulation, the oncogenic effect of immunosuppressive treatments, a reduction
in immune responses and infection with Epstein-Barr virus (EBV) contribute to the
development of LD. Generally, it is a B-cell LD disorder, often extranodal, which
may regress on the reduction of immunosuppression. Apart from EBV-related LD,
which is usually of early onset, non-EBV-associated lymphomatous proliferation
can occur; this is then of later onset and responds to different physiopathogenetic
mechanisms in which genomic anomalies predominate. The incidence of these LD
and lymphomas is low; the small number of cases in each transplant centre and their
heterogeneity explain the lack of any consistent series in the literature and the lack
of therapeutic consensus.
FREQUENCY OF POST-TRANSPLANTATION
LYMPHOPROLIFERATIVE DISORDERS
The incidence of post-transplantation lymphoproliferative disorders (PTLD)
depends on the type and duration of immunosuppression and the organ transplanted.
Patients who have undergone an organ transplantation are 20 to 120 times more
likely to develop PTLD than a control population. The time to onset of PTLD is
inversely correlated with the intensity and type of immunosuppression. It is generally less than 1 year after heart, lung or heart-lung transplants and more than 1 year
207
after a kidney transplant [2]. The incidence is estimated as between 1 and 2% following liver transplants and between 2 and 4% following heart transplants [3]. The
incidence of LD disorders following lung transplants ranges from 6.2 to 9.4% and is
twice as high for other transplanted organs [4]. The risk is greatest during the first
year post-transplantation, when immunosuppression is pronounced, and decreases
over the course of the following years. For example, it is 1.3% after heart transplants
during the first year and then 0.3% doing the following years [2]. During haematopoietic stem cell transplants, the risk of developing PTLD is less than 1%, but
increases to 20% in an HLA-mismatch situation with an unrelated transplant and if
the graft is T cell-depleted [5]. The incidence of LD disorders is higher in children
because of EBV seroconversion and may reach 7.7% during heart transplants and
19.5% during lung transplants. The risk of developing a LD disorder is 10 to
20 times greater when the recipient is EBV-seronegative and the donor is seropositive [6, 7].
PHYSIOPATHOGENESIS
The physiopathogenetic mechanisms differ according to whether the PTLD is EBVinduced or whether it is induced by monomorphic non-Hodgkin’s lymphoma
(NHL), not associated with EBV and develops at a late stage. In early PTLD, in
addition to factors such as graft-related antigen stimulation, it is the reduction in
immune responses in particular, with the corollary of a loss of strict control of the
infection of the body by EBV, that contributes to the development of a PTLD.
Epstein-Barr virus
Discovered in 1964 in a Burkitt’s lymphoma cell line, EBV is a double-stranded
DNA gamma herpes virus of 172 kb. Fully cloned and sequenced, this virus
expresses only 11 genes in the latent state. These 11 genes are present in lymphoblastoid cell lines obtained from B cells infected with EBV from healthy carriers. In
the lymphoblastoid cell lines, the expressed genes culminate in the production of
6 nuclear proteins, Epstein-Barr nuclear antigens: EBNA-1, -2, 3-A, -3B, -3C, and LP (leader protein); 3 membrane proteins, latent membrane proteins: LMP-1, -2A, 2B; and 2 small nuclear RNA, EBER-1 and -2 (EBV-encoded RNAs). Expression of
all these proteins defines type III latency, observed in vitro in lymphoblastoid cell
lines. Two other types of latency are also described, identified by limited expression
of the proteins: type II latency in which LMP-1, LMP-2 and EBNA-1 are present,
and type I latency in which only the EBNA-1 protein is expressed. These different
types of latency are observed in EBV-associated tumour diseases. Identified as the
causal agent of infectious mononucleosis, EBV is present in more than 90% of the
adult population worldwide. The number of EBV-infected cells in the peripheral
blood is low (5 to 100 cells/106 peripheral blood mononuclear cells) and this value
208
remains stable throughout life, resulting from strict control of infected cells by
EBV-specific cytotoxic T cells (CTL) restrained by the class I major histocompatibility complex (HLA) [8]. The persistence of the virus in this non-activated memory
B cell compartment is one of the first escape mechanisms from the immune system.
It has been shown in patients after acquired immunosuppression that the increase in
this cell compartment might be responsible for the increase in EBV viral load [4].
Analysis of EBV latency in the different cell compartments according to the stage of
B lymphocyte differentiation has shown that the different types of latency, I, II and
III, could be identified in lymphoid tissues. With the exception of EBNA-1, all these
proteins are recognised by the immune system, which explains the control exerted
by CTL. The CTL antigen targets are principally the viral proteins and EBNA-3,
EBNA-2, LMP-1 and BZLF-1 [8]. Because of the presence of repeated glycinealanine sequences, the EBNA-1 latency protein is not recognised by CTL, which
accounts for the escape of EBV-associated PTLD expressing a type I latency [9]. In
addition, beside the lack of expression of CTL immunodominant antigen targets on
B cells, a lack of expression of HLA-presenting molecules or adhesion molecules
on tumour cells contributes to the tumour cells escaping from the immune system.
The loss of specific T responses in immune deficiencies partly explains the development of PTLD and the fact that restoration of immune surveillance when immunosuppressant treatments are reduced allows the spontaneous regression of certain
EBV-associated PTLD.
Role of EBV in EBV-induced PTLD and NHL
The role of EBV, and more specifically that of viral proteins, in the immortalisation
and proliferation of lymphoid cells has been demonstrated by the immortalisation
potency for B lymphocytes conferred on the P3HR1 EBV strain, deficient in EBNA2/EBNA-LD, after recombination with the EBNA-2 gene. The EBNA-2, EBNA-3A,
EBNA-3C and LMP1 proteins are the proteins necessary for immortalisation of
lymphoid cells. In addition, LMP1 possesses transforming properties, demonstrated
by the malignant transformation of rat fibroblasts. In fact, the immortalisation and
transformation of lymphoid cells result from a complex process involving the products of several viral genes with the capacity to maintain the virus in the infected cell
and to transactivate the cell genes that may be involved in the growth of lymphoid
cells and in the deregulation of the cell cycle or apoptosis [8]. LMP1, the major protein in the phenomena of B cell immortalisation involved in lymphomagenesis [10],
plays a central role in the immortalisation and transformation of B lymphocytes by
mimicking the interactions of the members of the TNF (tumour necrosis factor)
receptor family, potent mediators of B cell activation and proliferation such as
CD30 and CD40. EBNA-1, a DNA binding protein, has the principal function of
maintaining viral replication. By helping to confer a proliferative advantage on
209
tumour cells in addition to maintaining EBV replication, EBNA-1 is the only viral
protein present in the different pathological conditions. Deregulation of apoptosis is
probably one of the major mechanisms involved in EBV-related lymphoid proliferation. LMP1 induction of expression of the BCL2 family of proteins, anti-apoptotic
molecules, has been demonstrated in vitro. In vivo correlations have been established for the expression of BCL2 in AIDS-related primary brain lymphomas and in
PTLD after organ transplantation. EBV also intervenes in deregulation of the cell
cycle, as has been very clearly shown in infection of quiescent B lymphocytes. The
mechanisms of deregulation of the cell cycle essentially intervene during the progression from the G0 phase to the G1 and the G1/S phase of the cell cycle with the
interaction of the viral proteins EBNA-2, EBNA-LD and EBNA-3C.
Non-EBV-associated, late onset NHL
The majority of these lymphomas meet the morphological and immunophenotypical
criteria for NHL occurring within the general population. These are B or T lymphomas and the mechanisms of lymphomagenesis are essentially related to genomic
anomalies that may involve known oncogenes in the different categories of lymphomatous proliferation, such as BCL2, c-MYC and BCL-6. In these proliferative disorders, the genomic anomalies, where they can be studied by molecular cytogenetic
techniques such as comparative genomic hybridisation, are numerous and complex
[11].
MORPHOLOGICAL AND MOLECULAR CLASSIFICATIONS
Several proposed classifications of these PTLD and lymphomas were reported
between 1981 and 1988, based first of all on morphological criteria and subsequently on immunophenotypical and molecular criteria [12–15]. The categories
described, published in the recent WHO classification, distinguish: 1) early lesions,
2) polymorphic proliferation, 3) monomorphic proliferation corresponding to NHL
in the general population, and 4) Hodgkin’s lymphoma or a “Hodgkin-like” form.
Early lesions
Early lesions comprise plasmacytic hyperplasia and infectious mononucleosis-like
lesions. These lesions, observed predominantly in young subjects or patients not
previously infected with EBV, are characterised by partial preservation of the architecture of the infiltrated tissue with the persistence of lymph node sinuses or tonsillar crypts. In plasmacytic hyperplasia, plasmacytes are very numerous and immunoblasts rare. These lesions are polyclonal and frequently associated with EBV, but
forms of non-EBV-associated plasmacytic hyperplasia are also described. In infectious mononucleosis-like lesions, immunoblasts are very numerous and predominantly localised in the paracortical zones. In addition to immunoblasts, numerous T
210
lymphocytes and plasmacytes are present [14]. These infectious mononucleosis-like
lesions are always associated with EBV and oligoclonal features detected by analysis of immunoglobulin heavy chain gene rearrangements or by EBV probes can be
demonstrated.
Polymorphic lymphoproliferative disorders
Polymorphic lesions that have been recognised for many years have been termed
polymorphic B-cell hyperplasia or polymorphic B-cell lymphomas [12]. Often of
extranodal localisation, these lesions have a broad spectrum of B-type lymphoid
features, ranging from small lymphocytes to large, immunoblastic types of cells that
can assume the appearance of Reed-Sternberg cells. There are numerous mitoses
and frequent areas of necrosis. These types of proliferative disorder may be polyclonal or oligoclonal, but the majority are monoclonal [15]. Genomic anomalies are
absent or infrequent and not complex and no changes of c-MYC, RAS or p53 are
described [14]. EBV is almost always present in these lesions and this appearance is
a good argument for distinguishing lymphoid proliferation from an allograft rejection. Some of these types of proliferative disorder may regress following reduction
of immunosuppression.
Monomorphic proliferative disorders, lymphomas
Monomorphic proliferative disorders meet the criteria of classic lymphomatous
proliferation, which develops in the majority of cases at the expense of B type
cells. Lymphomatous proliferation is diffuse, composed of large cells that
assume the form either of centroblasts or immunoblasts with features of plasmacyte differentiation, or again large anaplastic cells. In rare cases, features of
atypical Burkitt’s lymphoma are reported. These proliferative disorders are
monoclonal and EBV-associated in the majority of cases. However, in 10 to 20%
of cases, essentially when the lymphoma occurs belatedly, the lymphomatous
proliferation is not EBV-associated. Genomic anomalies may be frequent and
complex, particularly when these lymphomas are not EBV-related. In features of
Burkitt’s lymphoma, the translocation t (8;14) is present, associated with other
genomic anomalies. Clonal mutations of BCL-6 are described in almost 90% of
cases belonging to this category of PTLD [16]. “Plasmacytoma-like” forms,
often of extranodal and in particular digestive localisation, have also been
reported: their association with EBV varies and they are monoclonal forms of
proliferative disorder for which genomic anomalies are observed. Monomorphic
or pleomorphic T lymphomas, which vary in incidence according to the series
from 4 to 15% of PTLD, exhibit the morphological anomalies of peripheral T
lymphomas and meet the criteria of classification for the latter. Combined analysis of the morphology, immunophenotype and molecular data (monoclonal
rearrangement of genes coding for the T cell receptor chains) distinguishes
211
currently recognised entities such as peripheral T lymphomas of “indeterminate” significance, subcutaneous T-cell lymphomas of the panniculitis type,
hepatocyte δγ T-cell lymphomas, natural killer NK/T lymphomas and large
granular lymphocyte leukaemias [17]. These lymphomas occur later during the
post-transplantation period and the frequency of EBV – about 60% of cases of
post-transplantation T-cell lymphoproliferative disorder – is lower than in their
monomorphic B counterparts [18].
Hodgkin’s lymphoma and “Hodgkin-like” lesions
There are reports of classic Hodgkin’s lymphomas that meet the morphological and
immunophenotypical criteria of this lymphoma, together with so-called “Hodgkinlike” forms whose immunophenotypical aspects do not meet the strict criteria of
Reed-Sternberg cells of classic Hodgkin’s lymphoma.
Origin of lymphoproliferative disorders
In organ transplants, lymphoid proliferation develops in the majority of cases from
recipient B lymphocytes. However, after a liver or lung transplant, the development
of a LD from donor cells is relatively common, as well as in allogeneic bone marrow transplants in which lymphomatous proliferation that has developed at the
expense of the donor cells is the predominant form.
DIAGNOSIS AND ASSESSMENT OF SPREAD
Clinical presentation
Clinical, morphological and molecular studies have enabled PTLD to be divided
into three categories [14, 15].
– Infectious mononucleosis-like presentation, with oropharyngeal involvement of
Waldeyer’s ring and diffuse lymph node hyperplasia, often associated with general
signs. Histology reveals polyclonal hyperplasia with plasmacytic differentiation,
non-clonal EBV infection and the absence of any change in tumour suppressor
genes or oncogenes. This situation corresponds to the early lesions of Harris’s classification.
– One or more tumour localisations, usually extranodal, polymorphic, monoclonal,
containing only a single form of EBV, without oncogenic anomalies. There is usually a single localisation in the central nervous system, digestive tract, lung or liver
[15, 19]. A transplant lesion is described in 60% of patients during heart-lung transplants and in 15 to 30% of patients during kidney transplants [20]. This situation
corresponds to the polymorphic or monomorphic LD of Harris’s classification.
– A disseminated lesion with monomorphic and monoclonal medullary, nodal and
extranodal localisations associated with oncogenic events. PTLD often develops
late, after the first year of transplantation, is irregularly associated with EBV and
212
develops in the same way as immunoblastic lymphomas observed in non-immunodepressed patients. This situation corresponds to the monomorphic lymphoproliferative syndromes of the WHO classification [15, 17]. In terms of laboratory findings,
LDH is usually elevated and there are frequently oligoclonal or monoclonal features
to the immunoglobulins. LD of the T cell type account for about 15% of these cases.
Their small number precludes the individualisation of specific clinical and laboratory features [18, 21].
After an organ transplant, lymphoid proliferation develops in the majority of cases
from recipient lymphocytes. In rare cases, the lymphoma develops from donor cells
[22]. After a haematopoietic stem cell transplant, proliferation develops in donor
cells.
Diagnosis
The combination of cytological and histopathological morphological techniques,
immunophenotypical analyses on sections and molecular studies on frozen fragments provides good diagnostic precision. In polymorphic lesions in particular, it
enables a distinction to be drawn between a LD and allograft rejection. Cytology
may be informative, but a positive diagnosis is based on histological examination of
the tumour obtained by surgical biopsy, supplemented by molecular approaches
characterising the clonality of the tumour, either by analysis of immunoglobulin or
T-cell receptor genes, or by the study of EBV clonality. Tests for EBV can now be
performed routinely on paraffin-embedded material using the probe recognising
EBER-1 and -2. It has become a very useful tool in the diagnosis, particularly in the
case of polymorphic LD where the infiltration is localised in the graft [23]. The
acquisition of frozen material supplements the essential studies for the diagnosis of
LD by genomic studies using molecular biology techniques – PCR or sequencing –,
conventional cytogenetics, FISH or comparative genomic hybridisation (CGH).
These methods allow oncogenic events or mutations of genes coding for EBV viral
proteins to be studied [11, 14]. The clinical presentation may be confined to the
combination of fever and an infectious mononucleosis syndrome without a true
tumour syndrome, principally during haematopoietic stem cell transplants. Quantification of the EBV viral load by quantitative PCR provides an early diagnosis. It
should be done systematically to allow rapid treatment in high-risk situations [24].
Follow-up also enables the efficacy of treatment to be verified.
Assessment of spread
The assessment recommended for non-Hodgkin’s malignant lymphomas needs to be
carried out in the awareness that extranodal localisations are frequent and that an
exhaustive digestive assessment with fibre-optic endoscopy is necessary if there is a
clinical presenting feature. Evaluation of the clinical activity index is an element in
the prognosis [25]. The assay of β2-microglobulin and LDH has a prognostic impact
213
that remains disputed. There is frequently an immunoglobulin abnormality (oligoclonal or monoclonal features) detected by protein electrophoresis and immunoelectrophoresis.
RISK FACTORS AND PROGNOSIS
The risk of developing PTLD is greater after an organ transplant in the case of an
EBV-positive donor and an EBV-negative recipient [6]. It is also greater for B lymphocyte-rich organs, such as intestinal transplants, and in patients with numerous
rejection episodes requiring an increase in immunosuppressants [26]. During haematopoietic stem cell transplants, risk factors are T-cell depletion, transplants for
immunodeficiency, preventive or curative treatment of graft versus host disease with
antilymphocyte serum or OKT3 monoclonal antibodies and transplants in a partly
HLA-matched situation [5].
The prognosis for PTLD is poor, with 40 to 60% deaths during organ transplants
and 90% during bone marrow transplants. The probability of long-term survival is
estimated as between 30 and 40% [3, 25, 27]. The prognostic factors vary with the
series: the early onset of PTLD in relation to the transplant, a polyclonal aspect and
a single localisation are factors with a good prognosis. Localisations in the central
nervous system, poor general status and superimposed oncogenic events are detrimental factors. The absence of EBV within the tumour appears to define a new clinical, histological and prognostic entity [29].
TREATMENT
There is probably a need to differentiate in terms of treatment between a LD
observed early after the transplant, always associated with EBV and the mechanism
of emergence of which is related to disruption of the host/virus balance, and a later
LD, irregularly associated with EBV and in which other oncogenic mechanisms are
involved.
Therapeutic measures (table 1)
Reduction of immunosuppression
Where reduction of immunosuppression is technically possible, it may enable
PTLD to be cured by restoring an effective natural antiviral response. Twenty-five
percent of patients cured are so as a result of the reduction in immunosuppressive
drugs. Certain renal transplant teams prefer to remove the transplant in order to discontinue all immunosuppressant treatments, but this does not guarantee a cure. The
problem is different in other transplantations where this option does not exist. A retrospective study reports a probability of response to the reduction in immunosuppression of 80% if PTLD develops during the first year and inefficacy after the first
214
year [30]. It should also be stressed that tumour regression is often slow and may be
observed over several weeks, often making it difficult to interpret therapeutic strategies used successively. However, this is the only consensual therapeutic approach to
PTLD in immunosuppressed patients, although it always exposes the patient to a
risk of rejection that may be fatal other than in the case of kidney transplants.
Table 1. Therapeutic options for post-transplantation lymphomas.
Initial treatment
Reduction of immunosuppression
Complete surgical resection if possible
Anti-B monoclonal antibodies*
Cytotoxic T cells from donor if bone marrow transplant
Therapeutic options in the event of failure
Interferon alpha**
Chemotherapy
Radiotherapy
Demethylating agents **
* Data are available for anti-CD21 and anti-CD24 [27] and for anti-CD20 [35] monoclonal antibodies.
** Very limited data on efficacy.
Antivirals
Antiviral treatments (ganciclovir, aciclovir, etc.) have been widely used either preventively or curatively with contradictory results. Preventive treatment with ganciclovir or aciclovir has been shown to be effective in two non-randomised studies
[31, 32]. Their curative role is disputed, efficacy depending on the thymidine kinase
activity observed in the case of viral replication. The administration of antiviral
agents is always associated with a reduction in immunosuppression, which makes it
difficult to evaluate their specific role.
Monoclonal antibodies
Anti-B cell antibodies
As the majority of proliferative disorders are of the B-cell type, monoclonal antibodies are interesting therapeutic modalities in PTLD. Benkerrou reported the
results of treatment with anti-CD21 and anti-CD24 monoclonal antibodies in
58 patients. Sixty-one percent complete remissions were observed, with an overall
survival of 46% and a median follow-up of 61 months. Survival was better (55%) in
organ transplant patients than in bone marrow transplantees (31%) [27]. The use of
monoclonal antibodies which do not cross the blood-brain barrier is difficult in the
case of a localisation in the central nervous system. The monoclonal antibody antiCD20 (rituximab) has been tested in PTLD following bone marrow and organ transplants [33, 34]. The results are encouraging, with 60% responses in a pilot study in
215
31 bone marrow or solid organ transplant patients. A prospective multicentre study
confirmed the good tolerability of rituximab in this indication, although with efficacy estimated as 44% in 43 patients and a 1-year survival of 67% [35]. A prospective protocol combining rituximab with polychemotherapy to increase the response
rate and survival is currently in progress.
Anticytokine monoclonal antibodies
The use of an anticytokine monoclonal antibody is based on the pathophysiology of
EBV-associated PTLD. IL6 plays a major role in the proliferation of the EBVinfected B lymphocyte. Haddad reported 5 complete responses and 3 partial
responses in 12 patients treated with anti-IL6 monoclonal antibodies [36].
Interferon
The modification of the cytokine network during PTLD (increase in so-called Th2
cytokines, decrease in Th1 cytokines) has enabled therapeutic strategies to be put
forward that are designed to increase the cytotoxic Th1 response and reduce the Th2
response, which promotes B-cell proliferation. Interferon has been used with or
without polyvalent immunoglobulins. O’Brien reported the results obtained in
13 cases collected in the literature, the majority suffering from monoclonal PTLD
(10/13). Eight patients went into complete remission, three into partial remission.
Five patients died, four of them from their LD [37].
Cell therapy
Anti-EBV cell therapy was developed during bone marrow transplants with a live
and immunocompetent donor and with the LD developing in the donor cells. During
bone marrow transplants, T-cell depletion is responsible for a very substantial
increase in EBV-related PTLD, particularly in unrelated transplant situations, with
antiviral T-cell reconstitution occurring principally via T-cell precursors of the transplant. Depletion techniques involving both T and B cells containing EBV considerably reduce this risk. In his experiment relating to allogeneic bone marrow purging
by a panlymphocyte monoclonal antibody Campath-1 (anti-CD52), Hale reported
an actuarial risk of developing PTLD of 1.3% (30% in control series) [38]. Papadopoulos re-injected donor CD3+ lymphocytes obtained by cytapheresis (1 × 106
CD3+/kg of weight) in 5 patients presenting with PTLD after bone marrow transplant. He observed 5 complete remissions but 2 deaths associated with a reactivation
of graft versus host disease [39]. This reactivation can be avoided by using antiEBV cytotoxic T cells.
During organ transplants, the tumour develops mainly in the recipient cells. A
potential application of anti-EBV cell therapy can only be envisaged if autologous
or allogeneic lymphocytes from an HLA-matched related donor are used.
The Memphis team used anti-EBV CTL preventively and curatively during
T-depleted bone marrow transplants in children [40–42]. Of 42 patients treated
216
prophylactically, none developed EBV-induced PTLD, in contrast to 8/53 patients
(15%) in the control group. Three patients who developed PTLD were treated with
CTL and went into remission. Quantitative surveillance techniques of post-transplantation EBV viral load may allow this type of treatment to be instituted in at-risk
patients by re-injecting anti-EBV CTL if the viral load increases as early prevention
or cure.
During organ grafts, some teams successfully amplified anti-EBV CTL from
autologous lymphocytes [43]. Re-injection to patients caused a fall in viral load on
each re-injection. It is therefore possible to derive anti-EBV CTL in organ transplant patients. A protocol using compatible anti-EBV CTL derived from healthy
donors to treat post-organ transplantation NHL achieved 4 responses in 8 patients
without causing a graft versus host reaction or rejection [44].
Change of viral proteins
Expression defects of certain viral proteins on the cell surface have been proposed
as a mechanism of escape from the immune response. The use of demethylating
drugs such as 5-azacyclidine or arginine butyrate may restore the expression of viral
proteins on the surface of tumour cells and hence immunogenicity. By inducing thymidine kinase transcription, these agents may render the tumour susceptible to treatment with ganciclovir [45].
Chemotherapy–radiotherapy
Chemotherapy often remains the only treatment when a reduction of immunosuppression fails. The polychemotherapy used remains that which is most often effective in lymphomas in immunocompetent patients (CHOP, PROMACE-CYTABOM,
etc.). Its toxicity is greater than in immunocompetent subjects, often with toxicity to
the transplant (kidney, heart, etc.). Mortality associated with these treatments is very
high. However, chemotherapy appears effective and less toxic during so-called
“late” PTLD. The choice of chemotherapy and its dosage regimen depends on the
transplanted organ, the intention being to reduce the toxicity of anthracyclines during heart transplants and to adapt the chemotherapy for renal function [46]. Chemotherapy unfortunately remains the sole therapeutic weapon in a LD of the central
nervous system, the prognosis for which is very bleak. In PTLD of the T cell type
(about 14%), the majority of patients were treated by chemotherapy [18]. These
PTLD, often not associated with EBV, have a very poor prognosis.
Radiotherapy may be considered in localised PTLD. Cohen has reported a 20%
survival rate for PTLD treated by radiotherapy [47].
Surgery
Surgery may be proposed if the tumour remains highly localised (digestive tract), in
combination with a reduction in immunosuppression. However relapses are often
observed [29].
217
Therapeutic strategies
Reduction in immunosuppression remains the first approach to adopt at the time of
diagnosis. Where this measure is effective, tumour regression is slow and takes several weeks, which explains the difficulty in evaluating the efficacy of treatments
applied successively. In the event of failure, if the tumour is B cell, immunotherapy
should be proposed where feasible (monoclonal antibodies). Specific antiviral cell
therapy appears to be validated during bone marrow transplants, but its feasibility
and efficacy in solid organ transplants remains to be evaluated. Chemotherapy
should be considered either as first-line treatment (PTLD of the T cell type, localisation in the central nervous system) or in the event of the failure of immunotherapy.
Radiotherapy only has a place in localised PTLD. The optimum sequence (reduction
in immunosuppression, monoclonal antibodies alone or with chemotherapy, cell
therapy) is not known and remains to be validated in prospective multicentre protocols.
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221
Camille Francès
Camille Francès
Dermatology and Allergology Department, Tenon Hospital, Paris, France
SUMMARY
The prolonged survival of organ transplant recipients has resulted in a marked increase in skin
cancers in this population, prompting the mobilisation of dermatologists in conjunction with
transplant surgeons to define curative and preventive rules of behaviour.
Carcinomas of the skin are the most common tumours following organ transplantation. There
are several factors that are involved in their genesis, particularly genetic, environmental and
iatrogenic. Their prevalence is particularly high in subjects of light phototype, elderly at the
time of transplantation, having received long-term immunosuppressant treatment with heavy
sun exposure and multiple keratoses. Prevention is based essentially on educating transplant
recipients, photoprotection and the treatment of precancerous lesions such as keratoses. These
are treated by surgical excision.
The increase in frequency (by a factor of 2 to 8) of melanomas over the past few years is partly
related to better screening of the early forms.
In the case of Kaposi’s sarcoma (KS), this represents a semi-experimental model of virusinduced tumour that still poses a number of unresolved problems. It occurs in the combined
presence of human herpesvirus 8 (HHV-8) infection and immunodepression. In a transplantation situation, this immunosuppression is iatrogenic and essential to preserve the functionality
of the transplanted organ. Clinical monitoring of transplant recipients differs according to the
date of HHV-8 contamination relative to the transplant.
Key words: Prevention. – Skin carcinomas. – Kaposi’s sarcoma.
INTRODUCTION
After an organ transplant, the majority of cutaneous manifestations associated with
the insufficiency of the transplanted organ regress within a few months. This is the
case with the pruritus and the diffuse melanoderma which, with anaemia, contributes to the sickly colour of renal failure patients; or with the collateral circulation,
jaundice and spider angiomas of liver failure patients. Conversely, other cutaneous
manifestations appear, promoted by the chronic immunosuppression. Their incidence increases as patients’ life expectancy is prolonged. Some of these dermatological manifestations considerably impair the quality of life of transplant recipients
222
and may even sometimes be life-threatening, hence the need for harmonisation of
their management and preventive measures to try to reduce their prevalence.
CARCINOMAS OF THE SKIN
Carcinomas of the skin are by far the most commonly observed tumours in transplant recipients, appearing on average 20 to 30 years earlier than in the rest of the
population. They have a high prevalence. In the Netherlands, 10% of transplant
recipients are affected 10 years after transplantation and 40% 20 years after transplantation [1, 2]. In Australia, these figures are even higher, 40 and 70%, respectively [3]. There are several factors that are involved in the genesis of these carcinomas, particularly genetic, environmental and iatrogenic.
GENETIC FACTORS
The phototype, defined on the basis of skin colour, eye colour, hair colour and ability to tan, is the principal genetic factor. In fact, carcinomas essentially occur in subjects with light skin, blue or green eyes, red or blonde hair and who have difficulty
tanning [4, 5]. Other genetic factors have been implicated, in particular the histocompatibility system, which plays a major role in the immune response to viral or
tumour antigens. Thus, transplant recipients carrying the HLA-A11 antigen are partially protected from carcinomas, whereas those carrying the HLA-DR7 or HLAB27 antigen are more prone to them [6]. The genetic polymorphism of enzymes
involved in detoxification of the superoxide ions generated by ultraviolet light, such
as glutathione S transferase, might also be involved [7, 8]. It will probably be possible in the coming years to distinguish a subgroup of transplant recipients genetically
exposed to a high risk of skin cancers, towards whom preventive efforts will mainly
have to be directed.
ENVIRONMENTAL FACTORS
Exposure to sunlight, particularly ultraviolet (UV) light, is a major risk factor for carcinomas in transplant recipients, localised principally on exposed regions. This factor
explains the variations in the prevalence of carcinomas in transplant recipients by
country and within countries by latitude. The total sun exposure of the transplant
recipient since birth appears to play a role, hence the importance of educating the
whole population about the risk of sunlight. The mechanisms of photocarcinogenesis, which are still incompletely understood, particularly involve photo-induced DNA
changes that cause mutations; activation of ornithine decarboxylase, which plays a
promoting role; lipid peroxidation, which induces the generation of mutagenic aldehydes; photo-immunosuppression related to a reduction in antigen-presenting cells in
223
Camille Francès
the epidermis (Langerhans cells); and finally the photo-induced release of immunosuppressive cytokines by keratinocytes. This immunosuppressive action explains the
tolerance of photo-induced cancers. Human papillomavirus (HPV) viral infections
probably also play a role in the cutaneous oncogenesis of transplant recipients. In
fact, these infections are particularly common in this population. HPV have been
detected in normal skin (32%) with a reservoir in hair follicles, in keratotic lesions
preceding or associated with carcinomas, and in carcinomas in transplant recipients
[9]. Thus, in the study by Harwood et al., HPV deoxyribonucleic acids were demonstrated in 82.5% of squamous cell carcinomas, 75% of basal cell carcinomas and
88% of keratotic lesions [10]. There were often multiple HPV within the same lesion
with a marked predominance of the epidermodysplasia verruciformis type. The exact
mechanisms of the role of HPV in carcinogenesis are not clearly elucidated. A promoter effect of a variety of or some HPV in conjunction with other factors such as
exposure to sunlight is possible.
IATROGENIC FACTORS
Chronic therapeutic immunosuppression prescribed with the aim of obtaining tolerance of the graft is an important factor behind the increased prevalence of carcinomas of the skin in the population of transplant recipients compared to the nonimmunodepressed population. Although the degree of immunodepression and the
different drugs used probably play a role in themselves, no study at present implicates one immunosuppression regimen in particular rather than another, whereas
certain immunosuppressants such as azathioprine are known to be mutagenic. There
is moreover no simple and reliable criterion in the transplant recipient that is comparable to CD4 levels in HIV-infected subjects for quantifying the degree of immunodepression. There is, however, a consensus on the correlation between the duration
of immunosuppression and the increased prevalence of carcinomas of the skin.
OTHER FACTORS
Age at the time of transplantation is an important factor, as post-transplantation carcinomas appear much more rapidly in elderly subjects than in young subjects.
Although in some studies the prevalence of carcinomas has been found to be higher
in heart transplant recipients than in renal transplant recipients, in fact the type of
transplanted organ plays no role in multifactorial analyses [4]. A previous or current
smoking habit might be associated with an increase in the risk of squamous cell carcinoma [11]. In a case-control study (99 cases/169 controls) reported to the French
Dermatology Society, P. Joly showed that squamous cell carcinomas were significantly associated with median duration of exposure to sunlight, a higher number of
224
rejections, a high cumulative dose of immunosuppressants, and papillomas or wartlike patches, but not with planar or common warts [12].
CLINICAL USE
In the Caucasian population, basal cell carcinomas (b) are more common than squamous cell carcinomas (s), the s/b ratio being on average 0.14. In transplant recipients, squamous cell carcinomas are more common with s/b ratios ranging from 0.7
in Glasgow to 5.9 in Brisbane [13]. Squamous cell carcinomas have an often atypical clinical appearance: ulcerated nodule reminiscent of a keratoacanthoma, common wart sometimes with an erythematous or painful base, or features of inflammatory keratosis. Conversely, basal cell carcinomas have no specific symptoms or
features and retain a high degree of clinical polymorphism: a pearly, pigmented,
ulcerated, sclerodermiform or erythematosquamous scar lesion, which may simulate
Bowen’s disease. Whereas squamous cell carcinomas are localised electively on
exposed regions, basal cell carcinomas also develop on the back.
The treatment of carcinomas of the skin is essentially surgical, with oncological
excision of the lesion. It is essential to undertake surgical revision in the case of
incomplete excisions with an insufficient safety margin. In some cases, fortunately
relatively few, the course of these carcinomas is very unfavourable, with a deep and
destructive extension and the risk of fatal dissemination. Factors considered to be of
poor prognostic significance are cephalic localisation of the tumour, rapid growth, a
thick tumour involving the hypodermis and underlying layers and cellular dedifferentiation on histology. In these cases, reduction of the immunosuppressive treatment must be discussed from the outset. It should also be considered in cases of
multiple and recurrent carcinomas. Radiotherapy is only used as second-line treatment or in the event of a contra-indication to surgical treatment.
After a first squamous cell carcinoma, the risk of a second one occurring has been
estimated as 30% at 1 year and more than 50% at 3 years [14, 15]. The replacement
of anticalcineurin by a derivative of rapamycin is of probable benefit. Sirolimus, an
mTOR (mammalian target of rapamycin) inhibitor, in fact possesses immunosuppressive activities combined with antitumour activity. In two retrospective studies,
the incidence of new skin tumours was practically halved [16, 17]. These results
appear to be confirmed by an ongoing prospective study.
PREVENTION
The prevention of carcinomas is based on educating transplant recipients, photoprotection and the systematic destruction of precarcinomatous dermatoses such as keratoses and Bowen’s disease. Education of transplant recipients is essential. It must be
done as early as possible. To this end, an information sheet compiled by members of
225
Camille Francès
the Skin and Organ Graft group of the French Dermatology Society is given to all
transplant recipients. An annual visit to a dermatologist is recommended. He or she
should ensure at each consultation that the message in this sheet has been clearly
understood. Skin self-examination is explained there with the proviso that any spot,
scab or wound that does not heal rapidly should be shown to the doctor. Photoprotection measures are extensively discussed, in particular the benefits of photoprotection
by clothing and the limits of sunscreens [13]. Systematic treatment of precarcinomatous dermatoses involves the destruction of keratoses by cryotherapy or the local
application of 5-fluor-uracil. Bowen’s disease is necessarily atypical, presenting as
keratosis, keratoacanthoma, a wart or a squamous cell carcinoma. Thus, histological
confirmation of the diagnosis is essential before considering local destruction by CO2
laser or cryotherapy. Local application of 5-fluoro-uracil alone or in combination
with imiquimod – causing interferon to be secreted – is a therapeutic alternative.
Where there is the slightest diagnostic doubt, surgical excision is to be preferred.
MELANOMAS
The incidence of melanomas is higher (× 2 to 8) than in the control population [18].
Because of the intensification and the European and American harmonisation of dermatological surveillance of transplant recipients, a larger number of melanomas is
currently detected at an early stage without any increase in mortality. Treatment is
surgical. Prevention is based on protection from sunlight and screening for early
forms by self-monitoring and systematic dermatological examination.
KAPOSI’S SARCOMA
Kaposi’s sarcoma (KS), unlike carcinomas, is a rare disease in France. It occurs in
the combined presence of human herpesvirus 8 (HHV-8) infection and immunodepression.
Epidemiology and risk factors
The prevalence of KS after organ transplantation appears to be correlated with the
prevalence of HHV-8 infection in the general population (table 1) [19]. In a national
epidemiological prospective study beginning in October 2000 and currently involving
1907 donors and 2534 kidney recipients, the global seroprevalence is 1.15% in donors
and 2.81% in recipients with regional variations, the highest zones of seroprevalence
being in the Ile-de-France and in the Midi. Different modes of contamination by
HHV-8 are possible. The virus is shed by the mucosae, particularly those of the
oropharyngeal sphere [20]. In regions with a high seroprevalence, the predominant
mode of transmission appears to be intrafamilial (transmission from mother to child
and between siblings) [21]. Conversely, sexual transmission appears predominant in
226
Western countries, particularly in homosexuals. In these countries, the risk of HHV-8
transmission by blood derivatives is low [22, 23], but possible [24]. The possibility of
viral transmission by organ transplantation from a contaminated subject has been formally demonstrated [25]; the risks of such transmission are probably low, but with the
possible development of a severe presentation of a primary infection, associating
fever, cytopenia and macrophage activation syndrome. Lymphadenopathy, KS or lymphoplasmacyte proliferation may also be present. The prevalence of KS in previously
seropositive patients or those developing seroconversion post-transplantation has only
been calculated in limited series (9/32 and 2/25, respectively) [26, 27]. KS appears
more often in subjects infected prior to transplantation [27–30]. The respective role of
cofactors promoting or preventing the occurrence of KS has been raised by numerous
authors [31, 32], but without being confirmed in large series: choice of immunosuppressants, bacterial – particularly tuberculous – [26] or viral coinfections, treatment
with ganciclovir or valaciclovir.
Table 1. Prevalence of Kaposi’s sarcoma in organ transplant recipients.
Geographic origin
Ile-de-France
Lyon/Saint-Étienne
Kidney T.
% (n of TP)
Heart T.
% (n of TP)
Liver T.
% (n of TP)
Organ T.
% (n of TP)
0.45 (6229)
0.41 (967)
1.24 (727)
0.52 (7923)
1.5 (389)
0 (267)
2 % (150)
Rennes
0 (804)
Switzerland (Geneva)
0.97 (206)
Spain (Madrid)
0.5 (609)
Italy (Milan)
1.5 (854)
Italy (Rome)
3.3 (302)
Saudi Arabia
4.1 (630)
South Africa
0.5 (989)
Israel
2.4 (330)
11 (18)
United States (Cincinnati)
4.3 (8191)
United States (Pittsburgh)
0.12 (1657)
United States (Detroit)
Canada (Toronto)
0.98 (102)
0.54 (1300)
0.54 (189)
0.94 (426)
0.57 (2099)
n: number; T: transplantation; TP: transplanted patients.
227
Camille Francès
Management of KS in transplant recipients
The skin lesions present in 90% of cases are multiple, localised or diffuse, and
often preceded by lymphoedema. Visceral lesions are essentially digestive, nodal
and pulmonary. Histological confirmation of the diagnosis is essential, revealing a
dual cell proliferation consisting of fusiform and vascular cells with positive Perls’
reaction. The therapeutic procedure is not currently codified. KS in transplant
recipients poses a Cornelian dilemma to the clinician, torn between two often contradictory desires: that of blocking KS progression, which requires the reduction of
iatrogenic immunosuppression, and that of preserving the functionality of the
transplanted organ, which requires the maintenance of this immunosuppression.
Total regression of the Kaposi’s lesions should not be the goal at any price since
some patients prefer in particular to maintain good renal functionality with a stable
and relatively benign KS.
In the absence of an immediate threat to life, the reduction in immunosuppression
should be progressive, irrespective of the spread of KS, in stages of at least
3 months. In fact, the mean time between the first reduction in immunosuppressive
treatment and stabilisation in our experience was 4 months [32]. The replacement of
anticalcineurin by sirolimus as early as possible resulted in the disappearance of KS
in some 20 literature cases, one of them with visceral involvement [33, 34]. Where
this replacement is performed at a late stage, it may be ineffective with possible
escapes after several months [35]. Destruction of the skin lesions is considered in
the case of cosmetic impairment (cryotherapy, surgery, laser, etc.). The presence of
a functional handicap or a threat to life may result in chemotherapy being considered (liposomal anthracycline, taxanes).
Prevention
Precise evaluation of the risk of KS transmitted by the graft or secondary to an
infection prior to the transplant as well as the identification of factors associated
with the development of KS will enable this tumour disease, which is often handicapping to patients but very rarely fatal provided that it is managed correctly, to be
prevented in the near future.
CONCLUSIONS
The development of specialist consultations for the management of skin diseases in
organ transplant recipients in each dermatology department and the pooling of all
our experience in a study group of the French Dermatology Society have allowed
the fairly rapid implementation of prevention programmes and have raised the hope
that it will be possible to assess their beneficial effects in a few years time.
228
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230
Marc Peschanski
Cell therapy, from basic research to clinical
trials in Huntington’s disease
Marc Peschanski
Inserm U421/Istem, Évry, France
INTRODUCTION
Huntington’s disease is a neurodegenerative condition characterised by a progressive loss of cells and atrophy of the striate body and neocortex. A hereditary disease,
it is transmitted by an autosomal dominant mode of inheritance. The first symptoms
do not appear until adulthood (median age between 35 and 40 years). They consist
of a triad of cognitive disorders, abnormal movements and behavioural disorders
that gradually worsen to culminate in a clinical picture of dementia and death after
15 to 20 years of progression. The nature of the neurological and mental symptoms,
the imaging data and the pathological observations combine to demonstrate that the
degenerative process at work in Huntington’s disease affects first and foremost the
striate body and more specifically the type II Golgi neurons or medium spiny neurons [1]. Neurodegeneration is evidenced by progressive atrophy of the caudate
nucleus and putamen and by a decrease in the metabolism of the striate body prior
to the appearance of the clinical symptoms [2]. In the more advanced stages, this is
associated with a reduction in metabolic activity and subsequently atrophy of the
cerebral cortex.
HISTORY
It is not surprising that Huntington’s disease with its strange manifestations should
have given rise to magical interpretations over the course of history. The most sadly
famous episode is that of the trial of the “witches of Salem” in 1692 in Massachusetts. According to the description given by the chroniclers of the time, it is probable
that a number of the “witches” in reality suffered from Huntington’s disease. Their
disordered movements and their deviant behaviour led to the accusation that they
were possessed by the devil.
In 1872, a young 22-year-old doctor, George Huntington, himself the son of a
doctor, published a seminal article in the weekly The Medical and Surgical
233
Marc Peschanski
Reporter of Philadelphia simply entitled “On chorea” [3]. Based on observations of
his father’s patients, he gives a description of the symptoms of the disease and
stresses its hereditary nature. It was to retain his name.
The XXth century is that of the search for the causative gene. Starting in 1981,
Nancy Wexler, a researcher at the University of Colombia, conducted studies in
Venezuela among the lakeside dwellers of Lake Maracaibo where the largest
family in the world affected by the disease (4200 members) lives [4]. This team
showed there to be interactions between the genetic abnormality and the environment.
In 1983, a genetic marker closely related to Huntington’s disease was discovered
on the short arm of chromosome 4 [5]. Ten years later the abnormality responsible
for the disease was finally discovered [6].
The first publications on the clinical results of cell therapy of Huntington’s disease in humans appeared at the turn of the century. The French team from Créteil
pioneered this approach by carrying out the first neuronal precursor cell transplant
in France in 1996 [1].
GENETIC BASIS AND PATHOPHYSIOLOGY
Huntington’s disease is monogenic. The gene responsible, christened IT15, is
located on the short arm of chromosome 4 at 4p16.3 [4]. In its coding region it
contains a CAG triplet repeat with fewer than 30 repeats in healthy subjects. In
affected subjects, the number of nucleotide triplet repeats is increased, enabling
the disease to be diagnosed before any clinical symptoms appear. The greater the
number of repeats, the earlier the disease develops. The CAG triplet repeat in the
gene corresponds to a polyglutamine (poly-Q) in the protein coded by the gene.
The physiological role of the protein, known as huntingtin (htt), is still largely
unknown [7]. Although the mechanism of cytotoxicity is not entirely elucidated, it
is known that the mutated protein is endowed with abnormal aggregation properties and cytotoxicity to nerve cells in vitro [8]. On the other hand, it is not known
why the toxicity of the protein is manifested almost exclusively in the striate body
and the cortex.
As understanding of the pathophysiology advances, the avenues of research
designed to counter the degenerative process are multiplying [9–11]. One of the
most promising pathways to date is that of “small interfering RNA”, or siRNA [12].
However, there is at the moment no validated prophylactic or curative therapeutic
option to prevent the development of the symptoms or to check their exacerbation.
That is why research into neuronal transplantation in Huntington’s disease remains
fully justified [13].
234
CONTRIBUTION OF ANIMAL MODELS
Until the discovery of the mutated gene, experimental research suffered from a lack
of animal models that were truly representative of the human disease. Major
progress has been achieved by the production of different lines of transgenic mice
incorporating various portions of the abnormal human gene in their genome. Study
of the symptoms and lesions developed by these mice tends to show that cell dysfunctions are the key to the disease and not cell death. These results represent a
major boost to research into therapeutic modalities designed to correct or prevent
the dysfunction in humans.
TRANSPLANTATION OF EMBRYONIC TISSUES IN MICE
Before developing clinical trials of transplantation in humans, it was essential to
validate the underlying hypotheses and protocols in laboratory animals.
A full description of these studies would go beyond the scope of this presentation.
They showed that foetal cells with a gestational age between 8 and 10 weeks represent a source of striate cells capable of differentiating in situ into functional neurons. The preclinical studies also enabled transplantation protocols to be developed
that served as a basis for the preliminary studies in humans [14].
CLINICAL TRIALS IN HUMANS
Based on the experimental and preclinical studies, the first attempts at neuronal
transplantation in humans were conducted in the 1990s. The observations reported
in Cuba, Czechoslovakia and Mexico proved encouraging, but both the ethical and
the scientific conditions of these transplantations were unsatisfactory.
An American team confirmed the feasibility of the transplantation procedure
with a series of 14 patients reported in 1998. A clinical improvement was
achieved and proof of the survival and differentiation of the graft was provided
by MRI [15].
TRANSPLANTATIONS AT THE HENRI-MONDOR HOSPITAL
The team from the Henri-Mondor hospital in Créteil was the first to evaluate the
clinical benefit of neuronal transplantations for Huntington’s disease against predefined and reproducible criteria [16]. It was also the first to give a complete description of the methods and results, including functional imaging.
A preliminary report published in 2000 [17] showed promising results following
intrastriatal implantation of neural precursor cells and striatal neuroblasts in patients
suffering from Huntington’s disease. Of the five patients transplanted, four exhibited a clear clinical improvement in cognitive (figure 1) and motor functions, highly
235
Marc Peschanski
correlated with the presence of sites of cell deposits visible by MRI. In addition,
functional imaging by positron emission tomography following administration of
18-fluorodeoxyglucose (PET-scan) showed a significant increase in metabolic
activity at these deposit sites and in the frontal cortical sectors linked to the striatum
(figure 1) [18]. The improvement persisted for several years in three of the patients,
while in the fourth a sudden and simultaneous loss of clinical improvement and
MRI and PET scan signals occurred. In the other patients, a secondary decline
began 3 to 6 years after the transplant, consistent with the substitutive but non-neuroprotective nature of the procedure [19].
FDG uptake
in grafts
Figure 1. Magnetic resonance imaging and positron emission tomography scanning after intracerebral
transplantation of foetal neural cells in Huntington’s disease. Left: horizontal section on cerebral MRI
identifying grafts in the caudate nucleus (Ca) and putamen (Pu). Right: 18-fluorodeoxyglucose scan
showing marked tracer uptake by the grafts as evidence of their metabolic activity from Marc Levivier
et al., HI Erasme, Bruxelles, 2003.
These incomplete but encouraging results must be considered primarily as evidence of the validity of the concept of transplantation itself (proof of principle).
They consequently justified the organisation of a multicentre randomised study on a
larger scale.
Sponsored by the Assistance Publique-Hôpitaux de Paris and with finance from
the Ministry of Health, a clinical consortium, the MIG-HD (multicentric intracerebral grafting in Huntington’s disease) network, was set up to extend the studies to
236
60 patients in 6 centres (Créteil, Angers, Brussels, Lille, Nantes/Rennes, Toulouse)
as part of a randomised controlled study with a 52-month follow-up for each patient.
Additional European clinical centres were added to the founding French-language
group and have already begun (Cambridge, Freiburg, Ulm) or are planning (Cardiff,
Lausanne, Milan) to transplant patients. All the European groups therefore have
joined forces to share their skills, to apply common protocols and to evaluate the
results according to the same scales and the same criteria. This procedure should
provide the clinical community with a clear response to the therapeutic potential of
intrastriatal grafting of foetal neural precursor cells and striatal neuroblasts.
USE OF EMBRYONIC STEM CELLS
Our aim for the future, if as we hope the current study fully validates the concept,
should be to progress towards procedures that will enable us to include all patients
who are in need of it, without being inconvenienced by the complicated logistics
involved in looking for and preparing the tissue to be grafted during the period of
time relating directly to the surgical procedure. We need cells that can be produced
at will to serve all the neurosurgeons involved. Despite numerous trials, human striatal foetal cells have not exhibited properties compatible with this objective. Human
embryonic stem cells, however, may meet this challenge as they possess capacities
both of self-renewal and of differentiation. By virtue of their self-renewal capacity,
they may be amplified in vitro at will. Under certain conditions, they can – at least
theoretically – also be differentiated into any cell phenotype [20]. The actual reality
of this differentiation and its stability over time, however, depend on the development of protocols of which only a few models are currently available.
Possible sources of embryonic stem cells are in vitro fertilisation and embryos
subjected to preimplantation genetic diagnosis procedures. Embryonic stem cells
can be cultured in vitro and their therapeutic potential in Huntington’s disease is
twofold: either as a direct source of cells for biological cell therapy, or as cells producing targeted proteins, using the tools of functional genomics to induce overexpression or gene extinction under high-throughput screening conditions. These
researches are being conducted in France at the Genopole in Évry by the Institute
for Stem Cells in the Treatment and Study of Monogenic Diseases (I-STEM).
Among other subjects of research on genetic diseases, I-STEM is studying the possibility of producing differentiated GABA-ergic striatal neurons from native embryonic stem cells (figure 2) capable of replacing foetal neural tissues for intracerebral
grafting in patients suffering from Huntington’s disease. We have been able to show
by immunofluorescence that more than 20% of suitably cultured stem cells
expressed the phosphoprotein DARP-32 (dopamine and c-AMP regulated phosphoprotein), the most specific to striatal differentiation, involved in dopaminergic
237
Marc Peschanski
neurotransmission and striatal responses to NMDA. This expression provides evidence of the GABA-ergic differentiation of embryonic stem cells.
Days:
0
20-30
Patterning
factors
Neural induction
hES
on feeder
hES
on stromal
feeder
25-35
BDNF
KSR medium
Neural
differentiation
Neural
Progression
Rosettes
“Standard”
conditions :
> 40
BDNF, SHH
Neurons
BDNF, AMpc
N2 medium
MS5
Poly-ornithine/laminin
± DKK,
± FG2, ± SB
Variation of the dorsoventral
identity
Figure 2. Differentiation of human embryonic stem cells (hES) into GABA-ergic neurostriatal cells.
BDNF: brain-derived neurotrophic factor; FGF: fibroblast growth factor; DKK: dickkopf protein;
SHH: sonic hedgehog protein.
CONCLUSION
We have embarked on a period that is extremely rich in fundamental discoveries,
experimental research and clinical studies in Huntington’s disease. The deterministic type of therapeutic approach (correcting the abnormalities induced by the
genetic abnormality) and the more pragmatic approaches (transplantations) are
not competing but complementary. However, they should not detract from global
psychological, neurological, social and family management. It is to be hoped that
the new century will be one of decisive progress in the battle against this devastating disease.
238
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239
Marc Peschanski
29 Bachoud-Lévi AC, Gaura V, Brugières P, Lefaucheur JP, Boisse MF, Maison P, et al. Effect of fetal
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279-92.
240
Pathology and Immunology Department, Faculty of Medicine, Geneva, Switzerland
SUMMARY
In order to find new treatments for heart failure, biomedical research has essentially focused
its efforts on supporting of the already overburdened remaining cardiomyocytes. Over the
last few years, the concept of cell therapy as a possible treatment of heart diseases has
opened a new avenue of research. This concept implies the generation of cardiomyocytes in
vitro and their injection into the myocardium in order to improve its function. These heart
cells could be obtained from embryonic or adults stem cells. Our knowledge of the basic
mechanisms of cardiac differentiation, which were first studied in vivo in animal models,
can now be supplemented by using in vitro models of cardiogenesis. These include murine
embryonal carcinoma stem cells, murine embryonic stem cells and, more recently, human
embryonic stem cells. On the other hand, recent studies indicate the existence of cardiac
stem cells in the adult heart and raise the question of their possible use for cardiac autologous cell therapy. We have compared here the features specific to embryonic stem cells in
relation to their potential for differentiation into cardiomyocytes and we summarise what
these in vitro models have taught us about the mechanisms of cardiac differentiation. We
then review the state of cardiac cell therapy with embryonic stem cells. Finally, we describe
the most recent advances in the field of tissue engineering as a strategy for the optimum
reconstruction of myocardial tissue.
INTRODUCTION
The heart is a fascinating organ that has always aroused considerable interest. Traditionally represented as the seat of the emotions, the heart has however become the
site of one of the most common and deadly diseases of our time and, consequently,
one of the greatest challenges of modern medicine. Cardiovascular diseases are one
of the main causes of morbidity and mortality in the developed and the developing
countries. That is why an understanding of the mechanisms of cardiac development
has become essential, not only for the purposes of fundamental research and basic
knowledge, but also to allow the development of new treatments.
Unlike certain other organs such as the liver, skin or bone, cardiac muscle is
not capable of self-regeneration after injury. In-depth studies of foetal and adult
241
mammalian hearts and on isolated cardiomyocytes were essential in the past to
allow the development of pharmacological and surgical treatment of heart failure. However, these treatments only acted on the remaining cardiomyocytes [1],
which are already subject to a mechanical overload, resulting inevitably in terminal heart failure.
Cardiac cell therapy, also known as cardiac regenerative medicine, is viewed as a
means of helping the damaged heart by implanting healthy new cells to replace the
dead cardiomyocytes and thus regenerate the myocardium. The survival of exogenous heart cells after implantation into the myocardium has been demonstrated, but
more in-depth studies are still required to determine whether the transplanted cells
are functional, electrically coupled with the surrounding myocardium and capable
of synchronous contractile performance.
What ideally would be the best source of cells to fulfil these conditions? A
number of companies are currently attempting to answer this question by both in
vivo and in vitro studies. Cardiomyocytes produced in vitro, or at least precursors
destined for the heart, would be a source of choice. However, to obtain a sufficient
quantity for transplantation, capable of accomplishing and ensuring the correct
functioning of the heart, detailed knowledge of the basic mechanisms of cardiac differentiation is required. In this review, we describe the different types of embryonic
stem cells capable of differentiating into cardiomyocytes in vitro and summarise in
greater detail what these in vitro differentiation models have taught us about cardiogenesis.
Mechanisms of cardiac differentiation in vivo
In vivo, cardiomyocytes derive from the lateral mesoderm. Studies conducted in
drosophila and in amphibian or chicken embryos have given us a better understanding of some of the mechanisms resulting in cardiogenesis and cardiac differentiation. The predominant role of growth factors and morphogenes with a pro- or anticardiogenic effect has proved vital in this process. These factors are secreted during
embryogenesis by cells of endodermal, mesodermal or ectodermal origin surrounding the cardiogenic mesoderm. They activate a series of signal cascades that induce
the expression of cardiac transcription factors sequentially and temporally. These
then trigger the gene expression programme resulting in the development of a functional cardiomyocyte [2–4]. Figure 1 summarises the signalling pathways identified
by means of these models. Characterisation of the complex effects of these growth
factors, the signal cascades which they activate or inhibit, and their target genes is
very important to allow the possibility one day of 1) specifically guiding the differentiation of embryonic stem cells into cardiomyocytes and 2) achieving the reprogramming of stem cells obtained from other tissues.
242
TGFβ Superfamily
Noggin
BMPs
FGFs
TGFβ
Nodal
Transcription
Factor
Nkx2.5, Nkx2.6
GATA 4,5,6
MEF2A,B,C,D
Tbx5, Tbx20
Cripto
Wnt1,3,8
Wnt11
(canonical pathway) (no-canonical pathway)
Figure 1. General outline of the different families of growth factors involved in cardiac differentiation.
The results summarised in this figure have been obtained in animal models such as drosophila, mice
and amphibian and chicken embryos. Activation of the upstream signalling pathways induces the
expression of Nkx, MEF2, GATA and T-box type transcription factors.
Vital procardiogenic factors, such as several members of the superfamily of transforming growth factor-β (TGF-β), are secreted by the endoderm [5]. For example,
the treatment of explants of Xenopus Laevis embryos with activin A can induce cardiac differentiation [5]. Similarly, the simultaneous application of factors such as
bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) and fibroblast growth factor-4 (FGF-4) can
induce cardiogenesis from chicken non-precardiac embryonic mesoderm [7].
Cripto, a factor expressed in murine early mesoderm [8], also has a permissive
effect by allowing Nodal, another member of this TGF-β superfamily, to bind to its
receptor [9, 10].
The Wnt/β-catenin pathway also plays an important role in vivo [11]. The canonical pathway, which involves Wnt1, 3 and 8 and results in the activation of β-catenin, has an anticardiogenic effect. In fact, conditional knockout of the β-catenin
gene in the definitive endoderm induces ectopic BMP-2 expression and multiple
243
heart formation [12]. Certain antagonists of the canonical pathway such as Dickkopf-1 or Crescent play an indirect role in cardiac induction via the transcription
factor Hex [13]. Conversely, the non-canonical pathway, involving Wnt11 and
activating protein kinase C (PKC)-dependent signalling promotes cardiogenesis
[14]. Studies in chicken embryos have demonstrated a positive effect of Wnt11 on
cardiac differentiation, as this factor is capable of inducing ectopic cardiogenesis
[15, 16].
In cardiac precursor cells, activating or inhibiting signals (growth factors, morphogenes, peptides) trigger and modulate the expression of a complex network of
transcription factors. The families of transcription factors Nkx [17, 18], MEF2
(myocyte enhancer factor-2) [19, 20], GATA [21, 22] and T-box [23, 24] all play a
role in differentiation. Members of different families may interact with one another
or mutually affect their expression rate [25–27]. Several of these factors are
expressed principally in the heart, but none of them is expressed solely in cardiac
cells throughout the whole of development.
Stem cells: non-essentialist definitions
Stem cells possess two main properties: the faculty of proliferating while remaining
undifferentiated and that of differentiating under the action of specific signals that
trigger the process. They are classified according to their potential for differentiation. If a stem cell can produce differentiated cells deriving from the three embryonal germ layers, it is defined as pluripotent. If it can produce several types of cells
deriving from a single embryonal germ layer, it is defined as multipotent. If the
potential for differentiation is limited to a single cell type, the stem cell is then
known as unipotent.
Stem cell lines derived from embryos, such as embryonal carcinoma cells (ECC)
and embryonal stem cells (ESC), are pluripotent. These lines represent a very powerful tool for studying the stages of development in vitro, for example the specification of embryonal germ layers or the early differentiation of heart cells [28, 29].
Conversely, adult stem cells, which are found in a number of organs in the body and
are responsible for the maintenance and repair of organs, prove to be multipotent or
unipotent.
In principle, cardiomyocytes may be derived from different types of adult [30] or
embryonic stem cells (figure 2). Here, we shall essentially provide an overview of
the different studies demonstrating the cardiogenic potential of embryonic stem
cells. Their in vitro differentiation into cardiomyocytes in fact represents a model of
choice for the study of the fundamental mechanisms of the development of the
heart. This not only opens the door to potential treatments by cell therapy, but also
enables us to increase our knowledge of molecular, cell and developmental biology.
244
Embryonic stem cells
Adult stem cells
Mouse carcinoma stem cells
Cardiac stem cells
Mesenchymal stem cells
Mouse embryonic stem cells
Multipotent stem cells
Haematopoietic stem cells
Human embryonic stem cells
Satellite cells myoblast
de novo
In vitro
differentiation
?
Differentiated cardiomyocytes
Figure 2. De novo cardiogenesis from embryonic or carcinoma (top left) stem cells. In vitro differentiation from adult stem cells of cardiac (top right) or extracardiac (dotted) origin remains a matter of dispute, particularly in the latter case.
CARDIOMYOCYTES DERIVED FROM EMBRYONIC STEM CELLS
Several pluripotent stem cell models are available for the study of cardiac differentiation in vitro: 1) mouse embryonal carcinoma stem cells (mECC) derived from teratocarcinomas originating from primordial germ cells, 2) mouse embryonic stem
cells (mECS), and 3) human embryonic stem cells (hECS), the last two being
derived from early embryos. When they are placed in specific conditions, these three
types of cell can differentiate spontaneously into cardiomyocytes which contract
245
automatically. This therefore allows the in vitro study and identification of transcription factors regulating myofibrillogenesis and the establishment of cardiac electrophysiological characteristics. In addition, the specific properties of embryonic cardiomyocytes can be compared with the properties of neonatal or adult heart cells.
Lastly, these models can allow the discovery of new genes that play a role in cardiac
differentiation or new ways of specifically inducing pluripotent cells in the cardiac
differentiation pathway [CHO].
Mouse embryonal carcinoma cells
Mouse embryonal carcinoma stem cells (mECC) represent the first model that enabled cardiac differentiation to be studied in vitro. These cells are comparable to the
population of stem cells found in teratocarcinomas deriving from primordial germ
cells. Several euploid and pluripotent cell lines have been derived from teratocarcinomas generated by subcutaneous injection of gastrula stage mouse embryos [31,
32]. The mECC lines can be propagated in culture simply and practically for very
long periods and they are pluripotent as they form a teratoma after subcutaneous
injection into a “naked” mouse. In vitro, differentiation of mECC is induced by
leaving the cells to aggregate in suspension and to form three-dimensional structures known as embryoid bodies (EB) [33].
The majority of the studies on mECC were conducted on the P19 line [34–39]. In
this line, cardiac differentiation can be induced by cell aggregation combined with
the addition to the culture medium of weak concentrations of dimethylsulphoxide
[40, 41] or retinoic acid (RA) [42]. Using this protocol, some of the cells differentiate into cardiomyocytes and start to contract spontaneously. Another line which differentiates into the cardiac phenotype with about 90% efficacy was subcloned from
P19 and called P19CL6 [43–45]. However, in the absence of dimethylsulphoxide or
retinoic acid, there is no spontaneous cardiogenesis.
During cardiac differentiation, growth factors and morphogenes secreted in particular by cells derived from the other embryonal germ layers play a very important
role (figure 1). The need for the presence of a primitive extra-embryonic endoderm
layer around the future heart cells was demonstrated first of all in EB formed with
mECC [46]. Later, Mummery et al. [47] showed that cells derived from visceral
endoderm and not from parietal endoderm or mesoderm could induce cardiac differentiation independently of dimethylsulphoxide by coculturing ECC with a cell line
of visceral endoderm known as END-2. In fact, a culture medium “conditioned”
with END-2 cells is sufficient to activate the process, demonstrating the role of soluble factors secreted by the endoderm.
The cardiomyocytes derive from mECC express cardiac sarcomeric proteins such
as α-cardiac and α-skeletal actins, myosin heavy chains (MHC), atrial myosin light
chain (mlc) 2 and mlc1 [48, 49]. Action potentials (AP) and typical ion currents of
246
cardiac cells can be measured in these cells, the properties of which change over
time in culture, but remain close to a foetal or neonatal stage [50, 51]. The studies
indicate that the mECC model comparably reproduces murine cardiogenesis in
vitro.
The first mouse embryonic stem cell lines (mECS) were derived in 1981 from blastocyst-stage mouse embryos [52]. The propagation of these cells in culture requires
stricter conditions to prevent spontaneous differentiation; it is therefore more laborious than that of mECC. In particular, mECS must usually be cultured in the presence of nurse cells, such as inactivated mouse embryonic fibroblasts (MEF). In
1985, Doetschman et al. [53] described for the first time the presence of cardiac
cells in EB derived from mECS.
Characterisation of mECS-derived cardiomyocytes
The expression over time of different sarcomeric proteins in mECS-derived cardiomyocytes has been the subject of extensive investigations. Guan et al. [54]
showed that several proteins were inserted successively and in the same way into
sarcomeres during the development of the foetal chicken heart in vivo. Other studies indicate that β-MHC, which is expressed in vivo during foetal life, appears
after 3–4 days of differentiation, whereas α-MHC which is usually expressed in
vivo only in adulthood may be detected after 8 days of differentiation in vitro [55,
56]. Analysis of the isoforms of tropomyosin showed that the β-tropomyosin specific to striated muscle is only expressed in EB after 6 days of differentiation,
whereas it is already present in undifferentiated mECS, like several other nonmuscle tropomyosin isoforms [57]. By studying the chronological appearance of
myosin light chains, Miller-Hance et al. [58] showed that the ventricular isoform
mlc2v is expressed in EB, indicating the capacity of cardiac cells to specialise in
vitro into a ventricular phenotype. As regards the different isoforms of actin, the
α-smooth muscle, α-skeletal and α-cardiac actins are all expressed in mECSderived cardiomyocytes and are incorporated in organised sarcomeres [59]. In
order to study the effect of the extracellular matrix on the ultrastructural maturation of cardiomyocytes isolated from EB, cardiac cells were placed either in plastic culture dishes or culture dishes covered with matrigel or cardiogel, a matrix
deposited by isolated neonatal mouse heart fibroblasts [60]. The cells had a better
sarcomeric organisation on cardiogel, which indicates that a matrix which mimics
in vivo conditions allows cultured cells to mature better.
Functionally, electrophysiological studies first of all revealed that the forms
of AP measured in mECS-derived cardiomyocytes were principally of the
embryonic or pacemaker type and that these cells responded to chronotropic
agents and to ion channel blockers [61]. Subsequently, patch-clamp analysis of
247
isolated cardiomyocytes showed how the AP characteristics became more
mature over the course of time. In fact, in early cardiomyocytes, only pacemaker AP can be measured, whereas pacemaker, atrial and ventricular AP
appear at later differentiation times [62]. Several other studies have identified
specific functional aspects; in fact, mECS-derived heart cells show a) ionic currents appearing in a regulated fashion during development [63, 64], b) a functional β-adrenergic system [65], and c) calcium-sensitive contractile properties
[66]. In addition, the T-type calcium current has been characterised in detail
[67, 68], as well as the coupling of the NA+/Ca+ exchanger with Na+/K+ ATPase
[69]. The appearance of cardiomyocyte subtypes has been monitored by means
of reporter genes placed under the control of different cardiac promoters. It has
therefore been possible to increase the number of pacemaker and atrial cells
when the α-MHC promoter is used [70], or of pacemaker cells alone when the
atrial natriuretic peptide (ANP) promoter is used [71]. In this last study, treatment of EB with endothelin-1 also enabled the total percentage of pacemaker
cells to be increased. As far as the ventricular cardiomyocytes are concerned,
these can be isolated when a reporter gene placed under the control of the mlc2v
promoter is used [72].
In summary, the in vitro characterisation of mECS-derived cardiomyocytes
shows a clear correlation with in vivo development, enabling the mECS differentiation model to be validated as suitable for the study of cardiac development in
vitro.
mECS: factors and signalling pathways involved in cardiac differentiation
A number of factors and morphogenes that play a role in cardiac differentiation have
already been identified by means of in vivo models (figure 1). They have also been
tested on differentiating mECS in order to confirm their involvement in cardiogenesis or to increase the percentage of cells destined for the heart. Factors currently
known to be necessary to the cardiogenic process of mECS or having the capacity to
increase it are summarised in figure 3. The presence of endoderm-derived cells in
EB is necessary for cardiogenesis to take place. In fact, Bader et al. [73] showed that
a layer of primitive endoderm cells is found around EB from the second day of differentiation and enzyme ablation of the cells inhibits cardiogenesis. In another
study, coculture of early EB with chicken precardiac endoderm explants increases
the proportion of contractile cells in the EB from 10 to 65% compared to cocultures
of non-precardiac endoderm explants [74]. It should be noted that precardiac endoderm and mesoderm explants used together have a potentiating effect as they induce
the presence of cardiac cells in 100% of EB, which suggests that the mesoderm and
the factors it secretes also play a very important role. Coculture of mECS with the
END-2 endodermal cell line therefore promotes cardiogenesis, confirming the
results obtained in mECC [75].
248
A
Mouse embryonic carcinoma stem cells
Noggin
TGFβ
BMP-2,-4
FGF1
p38 MAPK
(TAK1)
Smad1,4
Wnt11
?
ATF2
PKC
PI-3-kinase
SHH
Gli2
Cardiogenic
differentiation
programme
B
Overexpression
of Nkx2.5, GATA4
or MEF2C
Noggin
Cripto
Nodal
BMP-2
TGFβ2
BMPs BMPs
FGF1
Smad2
Shp2
ERK kinase
PI-3-kinase
ROS
Wnt11
Smad
p38 MAPK
?
PKC
Cardiogenic
differentiation
programme
Ca2+/Calreticuline
Cardiotrophin-1
Figure 3. Outline of the different growth factors that play a role in the cardiac differentiation of mECC
(A) and mECS (B), and the signalling pathways they activate. All these results have been specifically
obtained in models of mECC and mECS, except the boxed parts of signalling pathways, which correspond to the molecules activated consensually in the pathways concerned.
249
The study of specific factors secreted by endoderm has shown that treatment of
mECS with BMP-2 and TGF-β before the formation of EB induces mRNA expression of the Brachyury, Nkx2.5 and MEF2C proteins [76], resulting in larger contractile zones. This effect may be countered by the noggin protein, the inhibitor of
the BMP/TGF-β pathway. The effect of noggin on cardiac differentiation, however,
is disputed. On the one hand, its continuous overexpression inhibits cardiogenesis in
EB derived from mECS [76] and mECC [77–79]. In the same study, a culture
medium conditioned on noggin-expressing cells even inhibited the cardiac differentiation of mECS in coculture with neonatal cardiomyocytes. On the other hand,
Yuasa et al. [80] exploited the interesting observation whereby noggin is expressed
briefly in vivo in the mouse in the cardiogenic area. By exposing mECS to noggin
before the formation of EB, the effect of noggin becomes procardiogenic and the
percentage of EB containing cardiomyocytes increases from 10% to more than
95%. In conclusion, inhibition of BMP-dependent signalling by noggin might exert
opposite effects on cardiogenesis depending on the time and duration of treatment.
As far as the other factors are concerned, it has been shown that TGF-β2 (and not
-β1 or -β3) might increase the percentage of EB containing cardiomyocytes [81]. A
study with mECS derived from FGF1 receptor knock-out mice has also indicated
that the absence of this receptor reduces the percentage of EB that contract from 90
to 10%, demonstrating the involvement of FGF1-dependent signalling in cardiac
differentiation [82, 83]. Cripto is another growth factor expressed in the developing
heart which acts as a cofactor of Nodal, one of the members of the TGF-β superfamily. Xu et al. [84] demonstrated the role of Cripto in cardiogenesis, as its deletion in mECS prevents the appearance of contractile heart cells. The effect of Cripto
on cardiogenesis is dependent on the attachment of Cripto to the Alk4 receptor and
activation of the pathway involving Smad2 [85].
The involvement of the non-canonical pathway in cardiogenesis has been confirmed by Terami et al. [86]. With GFP-expressing mECS under the control of the
Nkx2.5 promoter, the use of a Wnt11-conditioned medium increases the percentage
of EB containing cardiomyocytes from 7 to 15%, indicating the positive effect of
Wnt11 on cardiogenesis.
Two other signalling pathways have recently been implicated in the cardiac differentiation of mECS: the heregulin and ErbB receptor-dependent pathway [87] and
the ephrin pathway [88].
Differentiation experiments have been conducted in the majority of studies mentioned earlier in the presence of 20% foetal calf serum (FCS). Consequently, it is not
possible to exclude a possible interfering effect of the factors already present in FCS
with procardiogenic factors. Sachinidis et al. [89] therefore developed a serum-free
differentiation protocol, replacing FCS on day five of differentiation by a medium
containing a serum substitute (composed of bovine serum albumin, transferrin and
250
insulin, but devoid of growth factors). Under these conditions, 80% of EB contained
contractile zones and this figure increased to 100% if PDGF-BB was added. However, the cells obtained did not contain a high degree of sarcomeric organisation,
which is an indicator of an immature phenotype.
The mECS model also enabled the involvement of other signalling pathways in
cardiac differentiation to be confirmed. The study of Shp2-deficient mECS revealed
that the absence of this tyrosine phosphatase, usually expressed ubiquitously during
the development of the mouse and involved in the upstream signalling of growth
factors, reduced cardiogenesis in EB [90]. Shp2 is known to activate the ERKkinase and PI-3-kinase pathway. Treatment of EB with the PI-3-kinase inhibitor
LY294002 delays cell growth in EB and markedly reduces the contractile zones
[91]. This effect might be due to direct involvement of the PI-3-kinase pathway in
the proliferation and/or survival of cardiac precursor cells, rather than a direct effect
on cardiogenesis [92, 93].
One of the possible consequences of activation of PI-3-kinase is the generation of
free radicals (reactive oxygen species [ROS]). A study by Sauer et al. [94] reported
that 2–3 day old EB produce measurable quantities of ROS and that inhibition of
this endogenous ROS production by scavengers reduces the percentage of contractile zones. A similar effect was obtained using PI-3-kinase inhibitors. This phenotype, however, could be reversed by the addition of exogenous ROS to the EB
treated with PI-3-kinase inhibitors. The same team also showed that cardiotrophin-1
is one of the endogenous factors that promotes survival and proliferation of cardiac
cells in EB through ROS generation [95]. In fact, treatment of EB with cardiotrophin-1 increases the quantity of ROS and activates a signalling pathway that
involves JAK2, NFκB, STAT3 and ERK. Another study confirmed the role of
JAK2 and STAT3 in the processes of cardiogenesis from mECS [96].
Other intracellular mechanisms, such as calcium-induced signalling, have been
implicated in cardiac differentiation. We have shown that calreticulin, a chaperone
protein residing in the endoplasmic reticulum, plays a role in cardiogenesis; in fact,
EB formed from calreticulin-deficient mECS are characterised by poor myofibrillogenesis [97]. In the absence of calreticulin, this anomaly is reversible when an elevation of intracellular calcium concentration is induced transiently with ionomycin.
Similarly, inhibition of calcium- and calmodulin-dependent kinases (CAMK) in
wild type EB may mimic the phenotype of calreticulin-deficient EB. This indicates
that a calcium checkpoint is essential for activation of CAMK, which in turn induce
nuclear translocation of MEF2c and the expression, phosphorylation and incorporation of mlc2v in functional sarcomeres [98].
Small chemical compounds known to increase cardiac differentiation of mECC
have also been tested on mECS. Dimethylsulphoxide also pushes cells towards
muscular differentiation, but the effect is not specific to cardiogenesis, as has been
251
shown by the presence of skeletal and smooth muscle cells among cardiomyocytes
[99]. In contrast to mECC, the effect of RA on the differentiation of mECS into cardiac cells is disputed and apparently extremely dependent on the dose and duration
of application of RA to the cells. Concentrations greater than 10–9 M appear to
reduce the expression of cardiac and mesodermal genes and promote neuronal differentiation [99, 100]. However, other studies have reported that RA at a concentration of 10–9 M did not modify the quantity of contractile zones [101], or conversely
increased the proportion of cardiomyocytes [102]. In the last study mentioned, a
change in distribution of cardiomyocytes subtypes was even observed in the presence of 10–9 M RA. The number of cardiac cells with a Purkinje fibre or ventricular
cardiomyocyte phenotype was in fact increased compared to that of atrial and pacemaker cells. The application of 10–6 M RA to EB activates the ERK pathway implicated in cardiac differentiation, but these EB do not contract spontaneously [103].
Treatment of EB with PD98059, an inhibitor of MEK1 (the kinase that activates
ERK), has no effect on the percentage of EB that contract. In conclusion, the effect
of RA on cardiac differentiation appears to be dependent on an ERK-independent
signalling pathway.
Other original approaches have been tested. For example, it has been documented
that CD44, the hyaluronan (or hyaluronic acid) receptor, is expressed in the embryonic heart [104], and that after its attachment to the receptor, hyaluronan is internalised in the cell and can therefore act as a transporter of other types of molecules.
Treatment of EB with RA- and butyric acid-conjugated hyaluronan induces a significant increase in the number of contractile zones, whereas hyaluronan conjugated
with only one of these components produces no effect and, alone, it even results in a
reduction in the number of contractile zones [105, 106].
In the search for molecules with a procardiogenic effect, Takahashi et al. [107]
tested the effect on mECS cultured in layers rather than in EB of 880 chemical compounds approved for use in humans. Using a GFP-expressing cell line under the
control of the α-MHC promoter, they found that ascorbic acid (or vitamin C)
resulted in the production of five times more GFP-positive contractile cardiac cells
than control conditions, whereas antioxidant molecules such as N-actylcysteine and
vitamin E had no effect. In another study, a library of heterocycles was also tested
for the capacity of each molecule to induce cardiogenesis of mECS in layers [108].
One compound in particular, known as cardiogenol C, resulted in the differentiation
of 40 to 50% of cells into contractile cardiomyocytes after 7 days of culture.
Nitric oxide or nitrogen monoxide (NO) is a small molecule produced by several
isoforms of the enzyme nitric oxide synthase (NOS) capable of regulating cell processes via activation of guanylate cyclase and production of cyclic GMP. Its involvement in cardiogenesis has been reported as several of the NOS isoforms are
expressed in the embryonic heart and in EB [109]. In addition, NOS inhibitors can
252
reduce the degree of sarcomeric organisation of mECS-derived cardiomyocytes
without reducing their number. Another study also demonstrated that the addition of
exogenous NO or the overexpression of NOS increases the percentage and total surface area of contractile zones and the total expression of specifically cardiac proteins [110].
Human embryonic stem cells
In 1998, Thomson et al. [111] derived the first human embryonic stem cell lines
(hECS) from human embryos that had reached the blastocyst stage, superfluous
embryos obtained after in vitro fertilisation. Previously, the only human cardiomyocytes available for research came from foetuses recovered after abortion and not
from embryos. hECS from then on constituted a unique tool for the study of mechanisms of human cardiogenesis in vitro. The derivation of hECS created an enormous
hope and a veritable craze as researchers hoped one day to be able to treat certain
diseases by cell therapy, including those of the heart. Since 1998, several hundreds
of hECS lines have been derived across the world [112]. Conventional culture protocols involved a coculture of undifferentiated hECS with nurse cells, MEF (figure 4).
The presence of MEF might also play a role in maintaining a normal karyotype of
hECS by reducing the selection pressure in culture [113].
In order to induce differentiation, the same technique was used as for mECC and
mECS, in other words the formation of EB (figure 4). Because hECS grow in the
form of large colonies and do not tolerate well being in the form of isolated cells,
EB are formed by suspending colonies of hECS in the presence of FCS. This technique allows the induction of differentiation. The first demonstration of the potential of hECS to differentiate into cells derived from the three embryonic germ layers, including cardiomyocytes, was published in 2000 [114].
Characterisation of cardiomyocytes derived from hECS
First of all, the quantification of the number of EB containing beating zones showed
that the phenomenon was not very common as only 8% of EB contained such zones
after 30 days of differentiation [115]. These cardiac cells expressed cardiac genes
such as Nkx2.5, GATA4, the cardiac troponins T and I, ANP, α-MHC, mlc2v and
mlc2a, transcribed into mRNA. Sarcomeric structures were visible after immunolabelling, for example with antibodies directed against cardiac troponin I and MHC.
The cardiac cells obtained also showed the presence of elevations of intracellular
free calcium and their frequency of contraction was sensitive to chronotropic agents.
In another study, the presence of beating zones was observed in 60% of EB after
15 days of differentiation [116]. The major differences may be explained by the use
of different hECS lines, different culture conditions or different differentiation protocols.
253
a
b
1 cm
c
d
Day 0
e
100 μm
Day 2
f
Day 5
Day 15
g
10 μm
Figure 4. Cultured human embryonic stem cells (a, b: colonies of undifferentiated hECS on irradiated
murine fibroblasts). Differentiation procedure by detachment and fragmentation of colonies and creation of embryoid bodies (d, c), which are then adhered and cultured (e). The identification of differentiated cardiomyocytes is visible from the appearance of contractile zones (f, shaded line) and by immunolabelling of sarcomeric proteins (g, α-actinin; middle, dark: nucleus stained with DAPI) on isolated
cells.
254
Evaluation of the ultrastructural maturation of the cells by electron microscopy
showed that these cardiomyocytes contained increasingly more sarcomeres with
time and that they were increasingly better organized [117]. The size of the cells
also increases with time and they are capable of providing up to day 35 of differentiation. However, the absence of T tubules, even after 60 days, appears to indicate
that hECS-derived cardiomyocytes do not achieve an adult phenotype in vitro.
Several functional studies have already implemented our knowledge of hECSderived cardiomyocytes. He et al. [118] recorded the presence of pacemaker, atrial
and ventricular types AP in these cells. In addition, one type of AP is generally predominant in a given group of cardiac cells, suggesting that a predominant subtype
develops in each group.
The functionality of the muscarinic and β-adrenergic signalling pathways has also
been demonstrated [119], as well as the presence of Na+ and pacemaker currents,
but the absence of the inward rectifier K+ current, suggesting that the Na+ current is
of major importance in the induction of AP [120].
Monitoring of the conduction properties in groups of cardiomyocytes connected
to one another and isolated from the rest of the EB and then placed in special culture
dishes allowing functional measurements (multi-electrode arrays) revealed the presence of zones with different conduction rates [121]. Two groups were distinguished:
a rapid conduction group and a slow conduction group. The conduction rate
appeared to depend on the 3D micro-architecture of each beating zone, as the presence of narrow bundles of cardiomyocytes considerably delayed the electrical
influx. The conduction rates measured in these experiments are much slower than
the values for the adult human heart or those obtained with cultured neonatal rat or
mouse cardiomyocyte layers.
The capacity of hECS-derived cardiomyocytes to connect electrically with other
cardiac cells has been studied in a coculture model with neonatal rat ventricular cardiomyocytes [122]. The latter triggered electrical impulses capable of being propagated to human cardiomyocytes, demonstrating the presence of connections. In the
same study, the in vitro integration of the cells was demonstrated in a pig model
with atrioventricular block. In fact, implantation of a group of hECS-derived cardiomyocytes can institute an escape rhythm in this model, as demonstrated by ECG
measurements and electro-anatomical mapping.
Similarly, Xue et al. [123] showed in a coculture model with quiescent neonatal
rat cardiomyocytes that hECS-derived and dissected cardiomyocytes could restore
the propagation of an electrical impulse by direct contact and function as a pacemaker of rat cells. Moreover, after in vitro transplantation, this time in a guinea-pig
model of cryo-ablation of the atrioventricular node, human cardiac cells were also
capable of connecting and functioning as a pacemaker. This confirms the results of
the previous study and indicates that hECS-derived cardiomyocytes might be used
255
as biological pacemakers, at least in the short-term, as their long-term effect has not
yet been studied.
hECS: factors and signalling pathways involved in cardiac differentiation
The procardiogenic role of certain growth factors and morphogenes discovered in
murine models must now also be demonstrated for human cardiogenesis (figures 1
and 3). Strategies for increasing the efficacy of the cardiogenic process in EB
formed from hECS are currently the subject of very active investigations. The effect
of several growth factors on EB cells dissociated after 5 days of differentiation has
been explored [124]. Activin A and TGF-β1 induce the expression of mesodermal
genes, whereas RA, BMP-4, bFGF and EGF induce the expression of mesodermal
and ectodermal genes and, lastly, NGF and HGF do not induce any specific expression.
As was observed in the mECC and mECS models, the system of coculture with
the END-2 endodermal cell line promotes cardiac differentiation without the formation of EB [125]. The cells obtained with this protocol also show functional atrial,
ventricular and pacemaker cell phenotypes, as observed from the shape of the AP
measured. Astonishingly, this research group also demonstrated that, by reducing
the concentration of FCS from 20 to 0% in the same coculture system, it could
obtained 24 times more contractile zones [126]. In conclusion, it is for this reason
that the endodermal factors secreted by the END-2 cell line are sufficient to induce
cardiac differentiation, whereas FCS traditionally used in differentiation experiments with EB appears to contain inhibitory factors as well.
Molecules known to promote the cardiogenesis of mECC and mECS have also
been tested on EB in the process of differentiation. However, neither dimethylsulphoxide nor retinoic acid increase the percentage of EB containing contractile zones
[115]. Conversely, treatment of EB from day 6 to day 8 of differentiation with 5aza-2'-deoxycytidine increases the quantity of α-MHC expressed [116]. It should be
noted that the addition of ascorbic acid to hECS–END-2 cocultures in the absence
of FCS even enabled the number of beating zones to be increased by 40% [126].
LESSONS DRAWN FROM EMBRYONIC STEM CELL MODELS
The scientific studies conducted on mECC, mECS and hECS have each provided
precious new information about cardiac development, which might result one day in
the use of hECS in cell transplantation therapies. Figure 3 provides a list of growth
factors and signalling pathways which activate and regulate cardiogenesis of mECC
and mECS. mECC have for the first time allowed cardiac differentiation to be studied in vitro and provided a better characterisation of gene expression, interactions
between transcription factors, and interactions between cells and growth factors
required for cardiogenesis (figure 3A). The differentiation of mECS cardiomyocytes
256
[129–131] has allowed the fine characterisation of the effects of these growth factors
and an in-depth study of cardiac functional maturation processes during development (figure 3B). Some factors however appear to have an opposite effect depending on the time and concentration at which they are applied (for example, BMP-2
and noggin or RA). The study of hECS is still in its early stages. In fact, it still
remains to be confirmed whether growth factors and upstream signalling pathways
are similar in murine and human models. The next essential stages in the characterisation of hECS-derived cardiomyocytes for the purpose of potential treatments by
cell transplantation in humans involves providing a response to the following two
questions. 1) How to increase substantially the quantity of cardiomyocytes
obtained? 2) How do cells behave after transplantation in animal models?
A certain variability has often been observed between the different studies using
ESC. This may be explained by several non-mutually exclusive reasons. First of all,
the percentage of EB containing beating zones under control conditions may vary
substantially according to the cell line, the protocols, the culture media and/or the
composition of FCS. Secondly, cells in the process of differentiating into EB form a
mixed population unless the cells studied are specifically purified. That is why,
depending on the technique used, there is no certainty that a gene studied is specifically expressed or active in the population of cardiac cells. The effect may therefore
be direct or indirect.
Working with purified precursor mesodermal cells might prevent these technical
problems and allow growth factors to be tested in purified populations. For example, early mesodermal cells were isolated using mECS containing the GFP gene
introduced into the locus of the Brachyury gene, an early mesodermal transcription
factor [130]. These cells become GFP-positive when they differentiate into haematopoietic and cardiac cells. The isolation and propagation of cardiac progenitor cells
from EB have also been reported recently with the selection of cells that expressed
the mesodermal marker Flk1 and after coculture with a stromal cell line known as
OP9 [131].
The murine and human ESC models both reproduce in vitro cardiac development
structurally and electrophysiologically very similarly. In both models functional
measurements have shown that ESC-derived cardiomyocytes are capable of becoming more mature over time. The main differences between the two models demonstrated by several research teams include the lower percentage of EB containing
beating zones, the slower rate of differentiation and the lower contraction frequency
in humans than in mice, which is compatible with the longer duration of development of humans. However, the degree of sarcomeric organisation still does not
achieve an adult phenotype in any of these models. We have recently demonstrated
that hECS-derived human cardiomyocytes cultured for more than 3 months are
capable of maturing in culture [132]. In fact, the different ionic conductances (meas257
ured by conventional electrophysiological techniques) that control cardiac action
potential undergo functional modifications over time. That indicates to us that these
cells pass from an immature phenotype to a phenotype functionally similar to “foetal” cardiomyocytes.
The strategies to promote cardiac differentiation by treating EB or ESC in layers
with procardiogenic factors have yielded interesting preliminary results that have
raised the hope that in future it will be possible to determine the composition of a
“cardiogenic cocktail” capable of inducing differentiation in a highly enriched or
even pure population of cardiomyocytes. Any factor or chemical compound may
have a permissive effect on cardiogenesis at different levels. It may, for example,
promote the formation of mesoderm or endoderm, the proliferation of precursor cardiac cells and/or their survival. The majority of procardiogenic factors have a demonstrated effect on only one of the three cell types. Only the system of coculture
with the END-2 cell line appears to promote cardiogenesis in the three models,
which confirms the fact that a mixture of factors is most probably necessary.
CARDIAC CELL THERAPY
The concept of myocardial regeneration by implantation of cardiomyocytes derived
from murine embryonic stem cells and selected by antibiotic resistance was validated some 10 years ago by the group under Professor L. Field [133]. These cardiomyocytes injected into the non-infarcted myocardium of adult dystrophin-deficient
mdx mice were able to implant themselves into myocardial tissue while reorganising the sarcomeres in the same way as the host cells without the formation of a teratoma. In this respect, the purity of the injected cells and the risk of teratoma formation are two questions of vital importance as it has been shown that only two
undifferentiated mECS may suffice after subcutaneous injection in the “naked”
mouse to cause a teratoma [134].
Several studies have demonstrated the feasibility of transplanting cardiomyocytes into rat [76, 135–137] or sheep [138] myocardium, but also unspecialised
murine embryonic stem cells. More specifically, Behfar et al. [76] have shown
that implantation of undifferentiated murine embryonic stem cells into the rat
heart culminated in the in situ specialisation of these cells into cardiomyocytes
without the need for immunosuppression. This differentiation appears to result
from activation of the TGF-β pathway by a paracrine action of the heart. This
hypothesis would be extremely interesting, particularly as repair mechanisms
might be activated preferentially in the diseased organ and not in healthy tissue,
although this last aspect has not been explored. Remarkably, nevertheless, this
implies the notion of a “niche” and the importance of the environment in which
the stem cells are located [139].
258
Before any possible clinical application, strategies designed to prevent undifferentiated ESC from giving rise to teratomas obviously remain to be implemented, such
as suicide genes enabling non-cardiogenic cells to be eliminated. In addition,
although ESC do not appear to express major histocompatibility complex proteins
(class I MHC weakly expressed and class II MHC absent), the problem of possible
rejection of the cells in an allo- or even a xenogenic context, particularly in the longterm, remains to be resolved in the event that differentiated ESC or those exposed to
specific stimuli are induced to expressed MHC antigens.
Tissue engineering: new strategies of cardiac reconstruction
The injection of a suspension of cells into a contracting myocardium results in very
poor cell implantation and more than 90% of the cells do not remain at the injection
site. The cardiac tissue engineering strategies under development over the past few
years constitute a solution of choice. In fact, the concept is currently being explored
of incorporating cells with three-dimensional and biodegradable matrices in order to
give them a structural support and to improve their implantation as well as their integration into myocardial tissue (for review, see [140]).
Several biomaterials of natural or synthetic origin [141–143] are currently under
study as 1) they mimic the extracellular environment and 2) they enable growth factors, morphogenes or even cytokines that are important for the differentiation and/or
survival of cells to be incorporated, while enabling these cells to dispose of them in
a controlled fashion. Recently, we have seen the generation of flexible tissues composed of natural polymers such as collagen [144], gelatin, alginate [145], hyaluronic
acid [146], chitosan [147] or polyglycolic acid-based synthetic polymers [148, 149].
Recently, the team under Professor T. Eschenhagen demonstrated the feasibility of
implanting neonatal cardiomyocytes incorporated in collagen rings into rats and
obtaining an improvement in cardiac function [144].
One of the major problems that remain to be solved is the vascularisation of these
tissues, either by stimulation of neo-angiogenesis, or by incorporation of progenitor
stem cells of endothelial cells to ensure their viability after integration. In addition,
it appears that other cell types such as fibroblasts and smooth muscle cells play an
important role in the development and maintenance of cardiac function [156–158].
We are currently developing hydrogels generated from plasma fibrinogen that can
be polymerised into fibrin fibres under the action of thrombin. These can be conjugated covalently by coagulation factor XIIa [159–162], a transglutaminase, which
also allows factors, cytokines or morphogenes, to be incorporated. These will then
be released by metalloproteinases secreted by the cells, which can therefore metabolise them in a controlled way [161, 163, 164].
Figure 5 illustrates our strategy currently under study: it involves generating “cardiopatches”, in other words cardiac dressings composed of fibrin and ESC destined for
259
the heart and labelled with iron oxide particles. These cardiopatches are then applied
to the ventricular wall of a rat heart that has undergone infarction by coronary ligature.
The development of the cardiopatch and cardiac function is monitored by magnetic
resonance imaging [165] (manuscript in preparation). Encouraging preliminary results
point to optimal cell implantation and an improvement of cardiac function.
Cardiopatches for the therapy of myocardial
infarction in the rat
A
Ligature
of the
coronary
artery
3D biodegradable matrix
+ morphogens,
growth factors
+ cardiac ESC
+ growth factors
In vivo transplant
B
Iron oxide
Nanoparticules
IRM
Cardiopatch
Philips Intera 1.5T
Magnetofection
Figure 5. Tissue engineering strategy designed to generate biomatrices in the form of cardiopatches
containing embryonic stem cells with a cardiac destination. These cardiopatches are used to regenerate
the ventricular wall in a rat model of myocardial infarction (A). The fate of the cells that infiltrate the
ventricular wall is observed by means of the labelling of magnetofected cells with iron oxide nanoparticles and by magnetic resonance imaging (MRI), which allows a dynamic analysis of cardiac function.
260
CONCLUSION
Stem cells derived from embryos are a unique tool for studying cardiogenesis in
vitro. Considerable progress has been achieved in our understanding of the mechanisms of cardiac differentiation, particularly as regards the role and effect of
certain growth factors. mECC-, mECS- and hECS-derived cardiomyocytes have
been characterised functionally and structurally and we now know that their
development reproduces early cardiogenesis, but that their stage of maturation
remains, for the majority of characteristics, at an embryonic stage. The quantity
of cardiomyocytes obtained is sufficient for in vitro studies. Nevertheless, the
efficacy of differentiation must be increased by growth factors if we are to obtain
sufficient cardiac cells for cell therapy. Better cell purification procedures are
also required to eliminate any potential risk of teratoma associated with the
residual presence of undifferentiated cells. Other studies should also determine
how the cells, whether differentiated or otherwise, respond to the environment
after in vitro implantation, in animal models to begin with, from a functional and
immunological viewpoint.
The debate about the capacity of adult stem cells, such as those of bone marrow,
adipose tissue or the heart itself, to generate cardiomyocytes in vitro remains unresolved and the dispute persists. There is still no consensus as to which adult stem
cells have the potential to differentiate into cardiomyocytes. However, the knowledge acquired from studying ESC will surely help advance the cardiac differentiation of adult stem cells.
Autologous adult stem cells are a source of cells which should be considered very
seriously for cell therapy as their use would resolve a certain number of problems
raised by the transplantation of ESC-derived cells, such as immune rejection and the
risk of teratoma formation.
Future studies on stem cells by means of large-scale genomic and proteomic analyses will surely help discover molecules that regulate the processes of differentiation. Other fields of research for which stem cells might provide an answer to crucial questions include genome reprogramming and the control of epigenetic
modifications. The effect of under- or overexpression of wild type or mutated genes
in certain human diseases might also be studied using these stem cell models. Pharmaceutical studies on ESC will also be useful to determine the safety or teratogenicity of chemical substances or drugs.
To conclude, it is important to stress that research into ESC and research into
adult stem cells are essential and complementary. At this stage of our knowledge, no
option should be neglected as the use of adult stem cell-derived cardiomyocytes for
cardiac cell therapy would eliminate immune rejection and ethical problems, two
points of dispute relating to the use of ESC for these clinical applications. Research
261
into these two main cell classes should progress in parallel in order to result in an
effective treatment for heart failure by cell therapy.
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270
Xenotransplantation: How close are we from
clinical application?
Emanuele Cozzi1, Jean-Paul Soulillou2
1 Direzione Sanitaria, Padua General Hospital; CORIT (Consorzio per la Ricerca sul Trapianto d’Organi); Department of Medical and Surgical Sciences, University of Padua,
Padua, Italy
2 Inserm 0643, Nantes; University of Nantes, faculty of medicine, Nantes; CHU Nantes,
ITERT (Institut de Transplantation et de Recherche en Transplantation), faculty of medicine,
Nantes, France
Xenotransplantation is one of the avenues currently being explored in an attempt to
overcome the shortage of human organs. Progress in the field is undeniable and
includes the prolonged survival of xenografted nonhuman primates and demonstration that pig organs meet the physiological requirements and sustain the life of primates for several months. In addition, reassuring safety data have also been generated. However, as yet, existing preclinical data are not sufficient to justify the
initiation of clinical trials.
INTRODUCTION
As a result of improved medical and technological interventions in the field of transplantation, an increasing number of people are now referred to this life-saving
approach. As a consequence, the need for organs far exceeds supply, resulting in
waiting lists that continue to grow exponentially and preventing many patients in
terminal organ failure from receiving a human organ.
Efforts to increase organ donation, to improve the usefulness of sub-optimal
organs, to utilise organs from living related donors, and to prolong graft survival
represent important corrective steps. However, current figures indicate that these
approaches are unlikely to ever fully meet demand. Indeed, only a minority of those
patients who can benefit from a transplant will be able to receive one. In addition,
mortality on the waiting list for an organ transplant is rather high [1]. Therefore, any
novel source of organs which could reduce this shortage by even a relatively small
margin would significantly impact on public health.
271
In an attempt to meet the demand for organs for transplantation, many different
avenues are being explored. These include the development of artificial organs, tissue engineering and xenotransplantation using the pig as the organ source.
Should xenotransplantation become a reality, it would provide an unlimited supply of organs of any type or size for human transplantation [2]. The availability of
such organs would minimise the time spent on the waiting list, avoid the progressive
clinical deterioration that usually occurs while waiting for an organ and enable programmed, elective surgery in ideal clinical conditions. The shorter time spent on the
waiting list would considerably reduce the cost of treating patients with terminal
organ failure (such as with dialysis). Ischaemia time, which is considered an important factor for the long-term survival of an allograft, would be substantially reduced
by the use of xenotransplantation. The widespread availability of organs would
hopefully also eliminate the repeatedly reported illegal trading of human organs.
Finally, tightly monitored xenotransplants could paradoxically also offer a better
safety profile as compared to cadaveric donor allografts (Soulillou et al., submitted). Therefore, xenotransplantation could possibly represent the most promising
alternative to allotransplantation to meet the shortage of donor organs.
However, despite substantial progress in pig engineering and the development of
new immunosuppressive strategies which have resulted in significant improvements
in xenograft survival in nonhuman primates, several immunological and safetyrelated barriers have delayed the clinical application of xenotransplantation. Indeed,
three essential requirements have yet to be satisfactorily addressed in nonhuman primates studies. First, a sufficient understanding of the immunological mechanisms
underlying the rejection of a porcine xenograft in the primate must be provided,
along with evidence that the antixenograft immune response can be adequately controlled with a clinically acceptable immunosuppressive regimen. Second, efficacy
data must clearly show that xenografted organs meet the physiological requirements
of the recipient. Finally, the safety profile of this novel approach must be demonstrated by reassuring in vivo data in primates. In this light, this paper will describe
and critically review the current status of xenotransplantation with reference to
recent preclinical data describing results in pig-to-nonhuman primate cardiac and
renal transplantation studies, and discuss the issues which need to be met before
clinical application can be envisioned.
IMMUNOLOGICAL ISSUES
As far as the immunology of pig-to-primate xenotransplantation is concerned, considerable progress has recently been achieved. In particular, significant insight into
the mechanisms of the immune response towards a xenograft has been acquired and
strategies have been developed specifically to tackle hyperacute rejection (HAR)
272
and acute humoral xenograft rejection (AHXR) (also called acute vascular rejection
[AVR] [3] or delayed xenograft rejection [DXR] [4]), the two key immunological
hurdles affecting the long-term survival of pig organs in the primate.
Until recently, HAR was the primary immunological barrier to xenotransplantation of pig organs in the primate. HAR is characterised by diffuse interstitial haemorrhage, oedema and thrombosis of small vessels and capillaries [5]. These changes
are secondary to endothelial activation and damage caused by pre-existing anti-pig
antibodies. At early time points following xenotransplantation, natural killer (NK)
cells and neutrophil infiltrates are observed in the graft, as is the extensive deposition of fibrin, immunoglobulins and complement (C3b and C5b-9). Clarification of
the mechanisms responsible for the onset of HAR has demonstrated the central role
of complement and antibodies in its pathogenesis [6]. As a consequence, approaches
have been undertaken which interfere with either the interaction of xenoreactive
natural antibodies with their primary target, Galα1-3Galβ1-4GlcNAc-R structures
(known as αGal epitopes) [7, 8] or, alternatively, with the complement cascade.
In this context, the emphasis of research has been on the production of genetically
engineered pigs expressing inhibitors of the human complement cascade such as
human decay accelerating factor (hDAF; CD55) [9–12], membrane cofactor protein
(MCP; CD46 [13]) or CD59 [14]. The validity of this approach has now been convincingly demonstrated by several groups [12, 15, 16] who have shown that similarly
engineered pigs do not undergo HAR once transplanted into primates. However, it has
recently been recognised that CD55 can down-regulate T cell responses [17] and that
some human complement regulators act as cell surface receptors for viruses [18, 19].
In addition, xenografts which survive HAR almost inevitably fail eventually as a
consequence of AHXR. Several elements have been implicated in the pathogenesis
of AHXR and its pathology is primarily characterised by vascular thrombosis, blood
extravasation and oedema [5]. Deposits of fibrin, immunoglobulins and complement in the graft do not differ substantially from those observed in HAR. Cellular
infiltrates include neutrophils, macrophages, CD8+ T cells and few NK cells [5].
AHXR is also associated with the apoptosis and necrosis of endothelial cells, contributing to platelet aggregation and thrombosis in the graft. Taken together, the
existing data support the current view that elicited xenoreactive antibodies (specific
for αGal but also non-αGal epitopes [20, 21]) bind to porcine endothelial cells,
leading to type II activation and the up-regulation of genes promoting inflammation
and thrombosis, overwhelming the effects of potentially protective molecules and
ultimately resulting in pro-inflammatory and procoagulant changes [22, 23]. In
addition, the role of secondary ischaemia reperfusion injury (IRI) in the pathogenesis of AHXR has yet to be defined. Indeed, early apoptotic events, such as those
observed following IRI, can result in changes in the endothelium resulting in the
development of a procoagulant and proadhesive phenotype [24, 25].
273
In the light of these observations, interventions aimed at preventing the onset of
AHXR have essentially followed three approaches. First, attempts have been made
to modify the antigenic profile of pig organs in order to reduce their antigenicity. In
this context, pigs lacking the galactosyltransferase gene, and hence αGal epitopes
(αGalT–/–), have recently been produced [26]. Despite the fact that to date, only a
very limited number of laboratories have had access to such pigs, they are already
proving to be an important step forward to the field. Indeed, hearts and kidneys
from αGalT–/– pigs transplanted into nonhuman primates did not undergo HAR
[27, 28], and allowed xenograft survival for up to 179 and 83 days, respectively.
Second, strategies have been developed to abolish or mitigate the role of the antixenograft humoral immune response (either directly or through the cocontrol of
recipient T cells). In this regard, two different immunosuppressive approaches have
been applied that have resulted in substantially distinct outcomes, despite the use of
organs from αGalT–/– pigs in both these series. In the first study, a recently developed immunosuppressive strategy, that includes the use of a human anti-CD154
monoclonal antibody, was applied in a pig-to-baboon xenotransplantation model
[27]. Xenograft survival was considerably extended using such engineered pigs.
However, notwithstanding the absence of αGal epitopes, AHXR was observed in
the majority of cases and associated with antibody deposition and consistent thrombotic microangiopathy, suggesting that nonαGal antibodies play a role in its onset.
In contrast, AHXR was not observed in a second study where αGalT–/– renal
xenografts were transplanted into baboons exposed to a novel protocol designed to
achieve tolerance in the primate [28]. Indeed, Yamada et al. could demonstrate that
cografting thymic tissue enables normal graft function in the absence of rejection
for up to 83 days. Remarkably, these investigators could also show pig-specific
unresponsiveness via mixed lymphocyte reactions in two long-term surviving recipients, and the absence of a pig-specific cytotoxic T lymphocyte response in one
case. In addition, mild thrombotic complications were reported in this study. These
results are undoubtedly notable. They underscore the tremendous progress achieved
in the last decade by the development of protocols aimed at achieving tolerance in
the primate and unquestionably demonstrate that, with adequate control of the
immune response and specifically targeted pig engineering, long-term survival of a
pig organ in the primate is an attainable goal.
Finally, in addition to altering the immunogenic profile of the porcine organ or
improving the immunosuppressive strategy, based on the histopathological findings
of rejected αGalT–/– organs in primates, some have proposed to tackle AHXR by
interfering with the activation of the coagulation cascade accompanying this rejection process that might, at least in part, be the result of the reported physiological
incompatibilities between pig and primate [29]. These aspects will be discussed
later on in this article.
274
Whilst the humoral component of the immune response currently represents the
most important hurdle to the long-term survival and function of vascularised grafts,
the risk of graft damage by cellular mechanisms should not be ignored [30]. Indeed,
the strength of the immunosuppressive regimen used (which, in some cases, cannot
be applied in the clinic) might result in the underestimation of the importance of T
cells. Solid organ xenografts explanted from immunosuppressed primates have been
shown, in some studies, to contain a multifocal lymphocytic infiltrate composed of
T and B cells, macrophages and some NK cells in association with the presence of
direct tissue damage. This histological picture is defined as ACXR [5]. ACXR is
neither associated with vascular thrombosis or interstitial haemorrhage, nor with
significant deposits of fibrin, immunoglobulin or complement components. Notwithstanding strong in vitro demonstrations of cellular xenograft responses
(reviewed by Buhler and Cooper [31]), and in contrast to in vivo results in the hamster-to-rat model [32], it is important to underline that ACXR per se does not lead to
graft failure following pig-to-primate solid organ xenotransplantation. At this stage,
therefore, from the studies conducted in pig-to-nonhuman primate models, it would
seem that at least early graft damage directly mediated by immune cells can be prevented by the immunosuppressive regimens currently available [31].
PHYSIOLOGICAL ASPECTS
Although several physiological incompatibilities have been reported between pigs and
primates, to date these incompatibilities, that include molecular differences between the
complement [33] and coagulation systems [29], do not appear to represent an insurmountable obstacle to the long-term survival of porcine renal or cardiac xenografts.
As far as coagulation is concerned, it is of note that porcine von Willebrand Factor
(vWF) interacts with human platelet receptors with high affinity, possibly resulting in
elevated procoagulant activity. In this context, the use of pig organs deficient for vWF
did not result in major advancements although it is now recognised that these preliminary studies were performed using an immunosuppressive strategy with little effect
on AHXR [34]. Porcine tissue factor pathway inhibitor (TFPI) is not able to neutralise
human factor Xa, and is therefore unable to inhibit the direct activation of human prothrombin to thrombin. In addition, although porcine thrombomodulin has been shown
to bind human thrombin and protein C, the human thrombin–porcine thrombomodulin complex is a poor activator of protein C. The insufficient production of activated
protein C contributes to enhanced levels of thrombin favouring the initiation of clotting. Approaches such as the use of platelet fibrinogen receptor antagonist (GPIIbIIIa), P-selectin inhibitor and soluble ATP diphosphohydrolase (ATPDase/CD39, the
major vascular nucleoside triphosphate diphosphohydrolase, whose activity generates
the antithrombotic and anti-inflammatory mediator adenosine) might provide some
275
benefit in prolonging the survival of xenografted organs in primates but have yet to be
tested (as reviewed by Robson et al. [29]).
Furthermore, transgenic modulation of the clotting cascade by de novo expression
of anticoagulants (either directly or indirectly) or elimination of procoagulant molecules on xenogenic vascular endothelium can represent an additional potential therapeutic strategy. Encouraging results, although only obtained in vitro [35, 36] and in
small animal models [37–41], have provided a basis for the future genetic manipulation of porcine organs, able to overcome thrombotic events that compromise
xenograft survival.
Together, the existing data indicate that, notwithstanding the physiological differences reported, porcine heart and kidney are able to work in primates and sustain
their life for up to several months [27, 28, 42]. The organs support normal levels of
activity, with the recipients exhibiting normal social behaviour. In the case of renal
xenotransplantation this was true notwithstanding the existence of data indicating
that pig kidneys present a physiologically relevant proteinuria (2–3 g/day), a low
urine concentration capacity and a low sensitivity to human antidiuretic hormones.
These observations also suggest that an adequate control of the immune response
such as that achieved by Lin et al. [43] could mitigate the functional significance of
some of the physiological differences reported, further extending the survival of
transplanted pig organs in the primate. Nonetheless, the observation of proteinuria
and hypoalbuminaemia in the nephrotic range in primates with stable graft function
underscores the need to fully assess the effects of the reported physiological differences in long-term surviving renal xenograft recipients.
SAFETY ASPECTS
Xenotransplantation will never enter the clinical arena unless a high safety profile
can be convincingly demonstrated. To this end, research has been undertaken by
many groups in this area in the last few years allowing considerable progress to be
achieved (reviewed by Fishman and Patience [44]). Indeed, using specific pathogenfree colonies and specialised animal husbandry, it is now possible to exclude the
vast majority of known bacterial, viral and parasitic pathogens from pig herds. In
addition, retrospective studies in humans exposed to live porcine cells and tissues
have not shown transmission through these procedures of any potential infectious
agents to man [44].
Much insight has also been gained into the biology of the porcine endogenous retroviruses (PERV), possibly making them a lesser concern today than in the past. In
particular, three classes of infectious PERV have been identified (PERVA, -B and
-C) [45]. PERV have been isolated from both porcine cell lines and primary cells
although viral particles derived from primary pig cells are generally present in low
276
titres and show limited replication competence, a favourable aspect with respect to
the xenotransplantation of pig organs. Whilst PERV-A and PERV-B can infect
human cells in vitro, the PERVC subgroup lacks this capacity [45]. However, it has
recently been observed that in vivo recombination between PERV-A and PERV-C
is possible and can produce a human-tropic recombinant virus [46, 47]. Nevertheless, recombinant PERV-A/C proviruses have not been identified in the germ line
DNA of pigs capable of transmitting PERV [48]. Most importantly, no evidence of
human infection with any PERV, even with the recombinant PERV-A/C virus, has
been reported.
In addition, it is noteworthy that PERV and other viruses have now been demonstrated to be susceptible to some of the currently available antiviral agents [49] and
pig lines have recently been identified which are incapable of transmitting PERV to
human cells in vitro [46, 50]. Furthermore, epitope mapping has identified specific
sequences that are identical in all PERV and antibodies raised against these sequences
are able to neutralise PERV in vitro, indicating that such epitopes could potentially
form the basis for the generation of a vaccine [51]. Finally, application of gene knockout technology can provide an additional strategy to remove the viral risk [51].
As far as exogenous viruses are concerned, the activation of porcine cytomegalovirus (PCMV) has been documented in pig-to-primate xenografts, causing clinical
disease in the xenotransplanted organ and the detection of viral DNA in primate tissues. However, it does not appear to cause invasive disease in transplanted primates
[52]. Moreover, it has been demonstrated that PCMV can be effectively excluded
from source pigs by early weaning [53]. Of the three porcine lymphotropic viruses
(PLHV) identified (PLHV-1, -2 and -3), only PLHV-1 is associated with a lymphoproliferative syndrome similar to post-transplantation lymphoproliferative disease
following allogeneic bone marrow transplantation in swine, but such a disorder has
not been observed in pig-to-primate xenotransplantation [52].
Moreover, the development of microarray-based technology capable of rapidly
identifying known and as yet unidentified potential infectious agents [54] might
allow their timely identification and control in the xenotransplantation setting.
In conclusion, the described genetic procedures, in combination with controlled
breeding conditions and lifelong source animal monitoring will ultimately result in
the availability of source animals with a high safety profile and minimised risk of
zoonoses.
THE WAY AHEAD
In the light of the latest data reviewed and discussed in this article, it is clear that,
thanks to the advent of genetic engineering and the refinement of the immunosuppressive strategies, xenotransplantation using the pig as a source of organs has come
277
a long way since the early reports by Calne et al. [55] and Cooper et al. [56].
Considerable advances have included the prolonged survival of xenografted nonhuman primates and demonstration that pig organs can meet the physiological requirements and sustain the life on nonhuman primates for several months [27, 28, 42]. In
addition, reassuring safety data have also been generated recently.
Nonetheless, whilst advances in this field are undeniable, it is the authors’ view
that considering the existing preclinical data, we are not yet able to bridge the gap
deemed indispensable for the initiation of clinical trials in the presence of a convincingly favourable risk–benefit ratio [57]. Efficacy remains one of the cornerstone
elements in the decision-making process and, to the best of our knowledge, the current data do not yet indicate that xenotransplantation has, at this moment of time,
more to offer than available renal or cardiac artificial organs. As a consequence, in
view of the possible safety uncertainties still surrounding xenotransplantation, it is
probably too early to proceed with clinical trials. In this light, the development of
internationally accepted guidelines that would considerably enhance the safety profile of xenotransplantation is still eagerly awaited. In this respect, the recent resolution adopted by the World Health Organization [58] which includes, as a key objective, promotion of cooperation and harmonization of global practices related to
xenotransplantation procedures unquestionably represents a substantial step forward
for a safe application of clinical xenotransplantation.
In all cases, the position paper of the Ethics Committee of the International
Xenotransplantation Association [59] remains the cornerstone document governing
the conduct necessary for clinical trials and convincing efficacy data in nonhuman
primate preclinical models continue to be an indispensable requirement for progression to the clinic. Ultimately, it is the authors’ opinion, and that of many, that only
timely, well-planned, scientifically rigorous and ethically acceptable clinical studies
will provide the confidence that will be needed by society at large to allow this
emerging field to meet its clinical potential.
Acknowledgement
The authors would like to thank Dr Erika Bosio for her critical review of the manuscript.
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280
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retroviruses: basis for a vaccine for xenotransplantation? Virology 2003; 307: 406-13.
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281
Jean-Michel Dubernard1, Gabriel Burloux2, Emmanuel Morelon1,
Alain Gazarian1, Danièle Bachmann2, Sylvie Testelin3, Lionel Badet1,
Benoît Lengele4, Angela Sirigu5, Sophie Cremades6, Camille Francès7,
Xavier Martin1, Bernard Devauchelle3
1 Department of Urology and Transplant Surgery, Édouard Herriot Hospital, Lyon, France
2 Psychiatric Department, Lyon, France
3 Maxillofacial Surgery Department, Amiens, France
4 Plastic surgery, Brussels, Belgium
5 Cognitive sciences, Lyon, France
6 Psychiatric Department, Amiens, France
7 Dermatology and Allergology Department, Tenon Hospital, Paris, France
In the history of transplantation, the end of the XXth century and the beginning of the
XXIst will stand out as the era of composite tissue grafts. This new era was launched
by the first hand graft: hand [1], face [2], but also knee joint [3], larynx [4], abdominal wall [5] and even penis [6]… all non-vital part of the body that are very difficult,
if not impossible, to reconstruct using conventional surgical techniques. Still experimental in humans, these grafts present three challenges that need to be met:
– technical and functional;
– immunological;
– psychological.
TECHNICAL AND FUNCTIONAL ASPECTS
Technical and functional aspects appear more complex for face grafts than for hand
grafts, which have benefited from a long experience of reimplantation following traumatic amputation. The different techniques of the procedure are summarised in several
articles [1, 2]. The principle, in the donor as in the recipient, is to isolate and clearly
individualise the main vascular, nervous, muscle or tendon structures in the grafts and
in the stumps or the reimplantation site of the face (figures 1 and 2). With sophisticated rehabilitation, the functional results are very satisfactory [7]; nerve regeneration,
which progresses by about 2 mm daily, restores sensory and motor function. For hand
grafts, sensitivity to light pressure (Semmes-Weinstein test) and to heat and cold
reaches the extremity of the fingers between 6 and 8 months after the procedure,
depending on the level of amputation. Motor function in the intrinsic muscles is manifested after 12 months. Following the face graft, sensitivity to light pressure and to
282
heat and cold reappeared within 6 months. Complete closure of the lips became possible 8 months after transplantation, which considerably improved phonation.
Figure 1. First hand graft: diagram of the graft before reimplantation.
Figure 2. First face graft: diagram of the graft before reimplantation.
283
These very satisfactory results involve the complex mechanisms illustrated in
the brain by functional MRI: within a few months, the image of the hand or face
returns to its natural place in the sensory and motor cortex from which it had disappeared after the accident [8]. This results in an improvement in everyday quality of life. Hand transplant recipients rediscover the main gestures that enable
them to lead a normal life: washing, eating, driving, working, etc. The face transplant recipient was able to feed herself from day 8 onwards (she was fed by gastric tube); she rediscovered a normal voice and very satisfactory expressiveness
from the 8th month onwards. One year after the transplantation, she was able to
resume work.
IMMUNOLOGICAL ASPECTS
The immunological mechanisms which result in the acute rejection of composite
tissue grafts are similar to those observed in solid organ grafts. However, composite tissues, and hands in particular, have two characteristics that distinguish them
from transplanted organs. Firstly, they contain tissues of varying immunogenicity
(figure 3), each of which is capable of interacting with the recipient’s immune system [9]. The skin, a particularly immunogenic structure, can trigger a marked
immune response, to the extent that composite tissues containing skin were for a
long time considered impossible to transplant before the era of modern immunosuppression [10]. Secondly, they contain lymphoid tissues – bone marrow and
lymph nodes – which theoretically have the potential to induce graft versus host
disease and which might thus negatively modulate the immune response and
induce tolerance. It should, however, be noted that the occurrence of graft versus
host disease has yet to be described in hand grafts. In addition, although the creation of microchimerism by the transplantation of haematopoietic stem cells is one
of the safest means of inducing allogeneic tolerance in humans, the existence of
such chimerism has not yet been demonstrated in hand grafts. Very recent data
obtained in the double-hand transplant patient in Lyon show the existence of
CD4+/FoxP3+ regulatory cells in the grafted skin [11]. These regulatory cells
might explain the absence of chronic rejection more than 7 years after transplantation. The immunological mechanisms that allow these regulatory cells to develop
and persist are not yet well known.
Animal experiments and the first transplantations in humans showed that,
despite the substantial immunogenicity of the skin, composite tissue transplantation is possible using conventional immunosuppression with a follow-up of
about 8 years for the first double-hand transplant patient. The majority of
teams use conventional triple immunosuppression involving a calcineurin
inhibitor, mycophenolate mofetil, corticosteroids and induction treatment
284
based on antilymphocyte antibodies or monoclonal antibodies directed against
interleukin 2 receptors. Curative treatment of acute rejection involves local
immunosuppressants – corticosteroids and tacrolimus – and high-dose systemic corticosteroids. Corticosteroid-resistant rejections can be treated by antilymphocyte polyclonal antibodies or monoclonal antibodies, OKT3 or Campath-1H. Early treatment of acute rejection and its reversibility are important to
ensure optimum functioning of the graft. As with any organ transplantation,
immunosuppression must be given permanently and exposes the recipient to
risks of non-specific immunosuppression: infections, cancers, metabolic side
effects, renal failure and other side effects specific to immunosuppressants.
Monitoring of these patients and prevention of the side effects of immunosuppressants must therefore follow the same rules as those governing the followup of organ transplant patients.
COMPOSITE TISSUE GRAFT
(Face and hands)
Face
Hand
Immunog enicity
Rejection
Skin
+++
Aggressive
Muscles
+++
Marked
Vessels
+++
Moderate
Nerves
++
Moderate
Fat
+
Weak
Cartilage
+
Weak
Oral mucosa
?
?
Bone
+
Weak
Bone marrow
+++
Aggressive
Figure 3. Immunogenicity and profile of tissue rejection in composite tissue grafts. (After Murray,
1971.)
285
PSYCHOLOGICAL ASPECTS
Hand grafts
Psychological aspects have principally been studied in hand grafts [12, 13]. When a
graft is considered, the period of mourning gives way to a period of hope. Patients
can now forget the past and start to look to the future, to want instead of being
depressed, and expect a major change in their life. It is very important at this point
that they should be monitored by a psychiatrist who is accustomed to transplantation. Before the graft, there were two reasons that pushed our first patient to want a
transplant. First of all he needed both hands to carry out certain tasks, such as piloting an aeroplane or, obviously, playing the piano. The second, less important reason
(according to him) was that he had difficulty in coping with other people looking at
him and this upset him. He could not accept being viewed as an invalid.
Before the graft, it is not sufficient simply to assess the patient. He must be examined carefully, “scrutinised”, as there is an inevitable gap between the imaginary
and the real. Physicians must inform patients and psychiatrists must ensure that the
latter have properly understood the information. Furthermore, the psychiatrists must
also describe in detail to patients the trials that await them in order to combat any
idealisation, which is always disappointing and deceptive. This will help them considerably. After the graft, when the patient regains consciousness, the vision that he
has is that of an enormous dressing at the end of his wrist(s) or forearm(s). He is in
the same situation as he was after his amputation – with one major difference: he
has hands! But unfortunately he cannot use them.
What follows is the history of recovery. Several points need to be considered.
– Anxiety. This is often manifested in the form of a feeling of depersonalisation. It
is related to the foreign nature of the grafted hand, its corpse-like appearance and
also the vision of the very apparent limit that separates the donor’s arm from the
recipient’s hand, symbolic of the disturbing coexistence of the dead and the living,
the familiar and the worrying. A bout of anxiety often occurs on the first change of
dressing but is not expressed as there are no words to describe this vision. The
patient sees that he/she is mortal.
– Regression. This is necessary and desirable in the immediate aftermath of the
graft as the patient is then totally dependent. It should not last too long and prevent
the mind from becoming active again.
– Depression. The risk of depression depends on the previous personality of the patient
and also on the difference between what they imagined and the reality of their impotence.
– Confusion. The postoperative shock, cortisone, a serum reaction or a graft versus
host reaction may cause a state of delusional confusion to a greater or lesser extent.
For example, one patient saw hands on the wall that were making signs at him. This
was an external projection of what was frightening him internally: the grafted hands.
286
– Revival of the initial trauma, the cause of the loss of the hands and the surgery that
followed. The patient may start to relive his initial accident, see his hands exploding or
being shredded with blood everywhere, have nightmares or obsessive thoughts. Generally this does not last. The patient gradually has to reconstruct his image.
– Appropriation. Once the physical graft has been performed, the psychological graft
is only just beginning. This is the period of appropriation. Patients’ psychological
reactions and fantasies are related to the visible aspect and the non-functionality of the
grafted hand. However, the patient fairly rapidly rediscovers what he had lost: enthusiasm and desire. “Dream has become reality”, one of them declared. A new period
begins. This time of appropriation must be assisted and encouraged by the psychiatrist
as it is essential, but it is also threatened by the dual phenomenon of denial and splitting. Denial involves the patient saying – or rather thinking – two contradictory statements at the same time: “I know that the hands come from a corpse” and “I do not
want to know anything about it”. The mind therefore splits in two, which is the best
means of eliminating the contradiction. It is a well-known psychological means of
defence. It is very effective but cannot last very long as reality always has the last word
(except in certain psychological organisations). It is used when something is unbearable. It is not always possible to resort to it, particularly when faced with excessively
strong emotions and tensions. In these cases, the patient regresses to other means of
defence, for example dreams and reverie, if possible. Otherwise the psyche is invaded
by anxiety or even distress, or the patient resorts to magical thinking.
However, in the medium term, the grafted hand or hands offer much to the patient,
both functionally and in terms of body image. One of the first patients expressed it
in these terms: “This graft isn’t just life-saving. It’s much more. It’s life-giving.”
Face graft
Our experience of the first face graft is limited to a 18-month follow-up. We were
surprised by the ease with which the patient integrated and appropriated the grafted
face. It is true that over the course of long discussions some months before the operation psychiatrists had stressed these ideas of integration and appropriation. Integration was perhaps a false problem because anything is better than no face at all, so
that the anticipated problems did not actually materialise: from the time of the
immediate postoperative period the patient had a face rather than a hole. While it is
the case for the hands that the challenge is principally functional, for the face it is
primarily aesthetic in the mind of the amputee. In fact, the functional aspect also
obviously exists but, mistakenly, appears subordinate. The fantasy propounded in the
media of living with “someone else’s face” did not occur in the predicted traumatic
way. Psychiatrists had insisted on two points: the grafted faced should be modelled
on the personal osteomuscular structure of the recipient, and the result should not
resemble either the donor’s face or the patient’s former face.
287
Finally, they talked in detail of the necessary mental appropriation that we had
observed in the case of hand grafts, a procedure that allows a patient to make the
grafted hand his hand, involving the workings of the psyche, with which we can
help. Overall, and in the current state of our experience, face grafts appear easier.
In conclusion, composite tissue grafts are a major source of hope to patients who
have been the victim of accidents resulting in the loss of non-vital parts of their
anatomy. The functional and aesthetic results enable them to return to a normal
social life. The grafts still remain experimental, requiring the multidisciplinary
teams involved to work in a network and to share their data in order to achieve more
rapid progress together. This is the role that has been assigned to the IHCTAS (International Hand and Composite Tissue Allografts Society) and the registry that it has
established (www.handregistry.com).
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288
Panel
Biomedicine Agency, Saint-Denis, France
In the field of organ grafts, the prospects for progress are heavily conditioned by the
shortage of grafts (table 1), both quantitatively (ratio of supply to demand) and qualitatively (rare blood groups and HLA, etc.). An estimate of the potential number of braindead donors in France is needed for public health decision-makers. In order to implement strategies, they need to compare this estimate with the number of donors actually
identified and from whom organs have been recovered and the demand in terms of registrations on the waiting list. However, it is difficult to assess the supply and demand for
transplants as there is no exhaustive register of brain-dead individuals and those with
terminal organ failure. The gradual implementation of the Rein (Réseau épidémiologie
et information en néphrologie; Epidemiology and Information Network in Nephrology)
on end-stage chronic renal failure (ESCRF) should allow a better assessment of the
demand for renal transplants [1]. In France, the potential number of donors is estimated
as between 3300 and 3819 (53–61 per million population, pmp) depending on whether
or not allowance is made for contra-indications, but not all are reported to hospital
organ procurement coordination units. This number has been calculated using the
results of international and French studies based on an exhaustive survey of donors at
the national or supraregional level [2–8]. In 2005, 5655 patients were still awaiting a
kidney transplant at the beginning of the year and 3158 were registered during the year,
i.e. 8813 patients theoretically to be transplanted in the year 2005 [9] (table 1). Even
assuming that both kidneys were removed (i.e. 6600–7638), the number of patients is
greater than the estimated number of potential grafts. As the demand for kidney grafts
is greater than the number of potential brain-dead donors in France, the number of
potential brain-dead donors needs to be optimised, but other types of donor should also
be used, particularly as there is an adverse development in the epidemiological context
of the causes of death associated with brain death in France. The Biomedicine Agency
is as a result obliged to manage rare resources. Transplantation is an expensive but costeffective procedure, particularly for kidney transplants. The approach adopted is more
that of a risk/benefit ratio than of zero risk as the prognosis for survival in patients is
usually compromised in the shorter or longer term and donor characteristics are changing in the direction of the management of more fragile grafts.
291
Table 1. Change over time in the numbers of patients registered each year, still waiting at the
beginning of each year, patients registered in the year per graft available, and transplants.
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Heart
New registrations
511
477
464
472
392
429
440
Patients still registered at 01/01 269
336
334
340
355
306
277
Total patients
780
813
798
812
747
735
717
Total patients per graft
2.4
2.5
2.5
2.5
2.6
2.3
2.1
Transplants
321
328
316
319
283
317
339
54
34
64
36
27
29
33
65
58
70
61
55
38
Total patients
123
99
122
106
88
84
71
Transplants
28
25
26
20
16
22
21
133
121
137
168
152
176
174
117
117
125
154
174
144
Total patients
242
238
254
293
306
350
318
Transplants
71 (1)
70 (1)
91 (2)
89 (1)
76
145 (1)
184
261
Heart and lungs
New registrations
28
Lungs
New registrations
91
Liver
New registrations
933
1028
1050
1052
1093
1160
1229
346
403
451
423
448
473
Total patients
1194
1374
1453
1503
1516
1608
1702
1.7
1.7
1.8
1.7
1.8
1.7
1.6
Transplants
699 (23) 806 (52) 803 (48) 882 (45) 833 (42) 931 (48) 1033 (49)
483
Kidney
New registrations
2517
2334
2540
2663
2600
3032
3147
4856
4911
5132
5212
5368
5647
Total patients
7019
7190
7451
7795
7812
8400
8794
3.8
3.7
3.7
3.5
3.7
3.5
3.4
Transplants
1842 (77) 1924 (84) 2022 (101) 2253 (108) 2127 (136) 2421 (162) 2574 (196)
5917
Pancreas
New registrations
111
102
80
88
105
111
133
175
194
190
190
201
177
Total patients
243
277
274
278
295
312
310
Transplants
49
54
60
59
70
101
92
( ) of which domino living donors.
292
166
SUPPLY AND DEMAND FOR GRAFTS
Supply
From 1995 to 2005, donor activity increased markedly in France, rising from 889 to
1365. By contrast, the standardised mortality rate due to cerebrovascular accident
(CVA) has dropped markedly to become one of the lowest in Europe, falling from
155 per 100,000 population in 1979–1981 to 56.6 in 2000–2002, and in the case of
under 65-year-olds from 14.9 to 6 per 100,000 population. In 2002, 8013 people
aged under 75 years old died from CVA. The number of deaths from traffic accidents also fell, from 7242 in 2002 to 4990 in 2005 [10, 11]. The number of potential
donors registered and notified to the regulatory and support services of the Biomedicine Agency, however, has increased from 1562 in 1994 (25.2 pmp) to 2803 in 2005
(45.2 pmp). That of donors from whom organs were recovered increased from 881
(14.2 pmp) to 1361 (22.1 pmp) in the same period, but there is regional heterogeneity [9, 12] (figure 1). Efficiency remained constant over this period as only 50% of
potential donors had at least one organ recovered. This may be related to the large
proportion of non-recoveries due to refusal, which has fluctuated for years at about
30% of registered donors. The remaining 20% is related to contra-indications and
medical obstacles, which remained relatively stable. The progression in the number
of donors from whom an organ has been recovered is due to an increase in the proportion of donors aged 61 years and over, which has risen from 6.7% of donors registered in 1996 to 29% in 2005. It should be stressed that this increase is not at the
expense of donors aged 16 to 45 years, numbers of which have remained relatively
stable in absolute terms at about 950. The change in donors’ age, however, remains
heterogeneous in France, with a higher proportion of donors aged over 60 years in
the eastern and western regions and a much lower proportion in the southern regions
where there is a large shortage of grafts [12]. The increase in donors’ age may be
explained by the change in the criteria for acceptance of recovered grafts; by more
active identification outside hospital departments, with greater involvement of emergency departments and the mobile emergency medical services (Samu), and resuscitation with a view to the possible recovery of an organ; or by turning more towards
causes of death other than those conventionally associated with brain death.
Demand
Demographic and epidemiological changes are likely to cause an increase in the
demand for grafts. This is particularly the case for renal grafts with an increase in
the incidence and prevalence of end-stage chronic renal failure (ESCRF) related,
among other things, to the ageing of the population. A national survey in 2003
counted 30,882 patients on dialysis, a crude prevalence of 513.1 pmp. The addition
of an estimated 21,233 patients with a functioning graft at 31 December 2002
increases the prevalence of ESCRF in France to 865.9 pmp [13]. An increase in the
293
Rate of identified donors 44.9 pmh
47.7
30.9
48.6
41.7
59.8
43.9
51.0
42.9
53.0
58.4
52.8
45.2
63.5
64.1
42.6
40.7
39.9
41.7
36.3
30.9
83.5
35.3
45.8
26.2
Rate of recovered donors 22.1 pmh
21.7
16.6
24.3
23.8
23.6
20.4
20.2
25.1
28.0
29.4
30.4
22.3
30.1
29.4
31.2
23
10.7
20.8
17
20
23.1
19.6
19.1
7.5
< 10 %
National ± 10 %
> 10 %
Figure 1. Rate of identified donors and recovered donors in 2005 by region per million population.
294
demand for kidney grafts may be expected in view of the large number of hepatitis
C virus (HCV) infections prior to the institution of screening and their progression
towards chronic hepatitis and cirrhosis. They number of subjects seropositive for
HCV was estimated as between 500,000 and 650,000 in 1994–1995 [14]. In the case
of lungs, an increase in demand may be expected for cystic fibrosis where treatment
has improved survival and delayed the indication for a graft.
Apart from the progressive implementation of the Rein network, the only data
available are those relating to registrations on the national transplant waiting list,
which allow an approximation of the demand for grafts and a calculation of the
shortfall. The latter is calculated by adding the number of transplant candidates still
registered at the beginning of the year to the number of new registrations in the
same year and dividing the total by the number of grafts recovered and transplanted
during the year. For 2005, a shortage for kidney transplants was observed of
3.4 candidates per graft, for the liver of 1.65 and for the heart of 2.1. This obviously
has consequences for the waiting time before transplantation and the number of
deaths on the waiting list. It should be emphasised that there are regional discrepancies in terms of shortage which may be related to a low recovery level, as in the
regions of the deep south and north, with the corollary of high median waiting
times, particularly for kidney and heart transplants [9]. The flow of patients towards
poles of attraction may exacerbate the level of shortage in the region (incoming
flow) or mask it (outgoing flow). There is then a risk of falsely believing that the
recovery level is appropriate to the activity in the region without trying to increase it
for the purpose of exchanges.
STRATEGIES ADOPTED TO LIMIT THE SHORTAGE
Optimisation of the potential number of brain-dead organ donors
Increasing the involvement of healthcare institutions and the establishment
of networks
The operational organisation of organ recovery from brain-dead people is based on
institutions that have requested an organ procurement authorisation: 162 were
authorised in 2004, equivalent to 2.6 pmp as against 3.6 pmp in Spain. This comparison obviously depends on the level of activity of the authorised institutions but suggests a larger network in Spain where there is a higher level of donors from whom
organs are recovered (34.6 pmp). In 2004, 12 départements (departments) did not
have an authorised hospital and 14 others had no recovery activity despite the presence of authorised institutions [9]. The application for an authorisation is dependent
on the willingness of the protagonists in the institution. It is clear that this procedure
depends on the level of activity of the hospital, but there is nothing to prevent a hospital that has not applied for a procurement authorisation to operate in conjunction
295
with an authorised hospital that possesses a hospital organ procurement coordination unit towards which potential donors may be transferred. The transplant plan
2000–2003 set itself the objective of increasing the procurement level from 15 to
20 pmp. The appointment of 140 full-time equivalent medics or paramedics within
the procurement coordination units has enabled this objective to be achieved and
exceeded (22 pmp in 2005). Programmes for training these staffs, some of whom
have only been engaged recently, still need to be carried out. Implementation of a
quality procedure and an audit system also remains to be developed to a large
extent. Since the bioethics law of 6 August 2004, procurement has been defined as a
medical activity and procurement and transplantation constitute a national priority.
In addition, this activity should benefit from the application of a tariff scale.
Promoting and increasing registration
A French regional study showed that the potential number of brain-dead donors
among deaths in intensive care units was between 7 and 13%, depending on the type
of hospital (neurosurgery, technical platforms, etc.) and the patients’ characteristics
[2]. These figures are similar to those in Spain [3]. There is an under-reporting of
potential donors by hospital departments to the regulatory and support services of
the French Transplant Establishment. It is obviously essential that staff in hospital
coordination units have the necessary resources and means for this cross-disciplinary activity which involves a high degree of mobilisation of different specialties. In
order to optimise the potential, it is strongly recommended that hospital coordination units undertake an active and prospective census of potential donors in association with intensive care units and emergency departments, but also upstream with
mobile emergency services.
Reducing donation refusal levels
This level remains high in France (35% of donors registered), but it varies markedly
from one centre to another. Rather than a cultural phenomenon, this should certainly
be seen as the reflection of the quantity and quality of resources allocated. Specific
training programmes are in progress for staff appointed to the 120 hospital coordination posts created between 2000 and 2003. In addition, communication programmes directed at the general public are run by the Agency and should be geared
to more specific groups in view of the multiplicity of origins and religions of the
metropolitan and overseas French population. Some of these communities moreover
have a higher demand for kidney transplants [15, 16].
Limiting the risk factors for graft losses
The main prognostic factor over which it is possible to exert an influence, as opposed
to the intrinsic factors associated with donors or grafts, remains the duration of cold
ischaemia. This factor is all the more important if the grafts are fragile. A reduction in
the duration of ischaemia is only possible if the transplant, particularly of the kidney,
296
is viewed and organised as an emergency, with a technical and medical platform
available in terms of resources and facilities.
Encouraging multiple recovery and sharing of organs
In view of the shortage of grafts, liver transplant surgeons undertake “splits” or divisions of the liver. The proportion of such split-liver transplants, however, remains
unchanged as this procedure requires particular expertise. In 2003, 72 livers taken
from a deceased donor were split, as against 60 in 2005. In 2004, specific programmes to increase the offer of lung grafts and their recovery enabled the number
of grafts to be increased from 76 in 2003 to 184 in 2005.
Reducing the level of graft rejection by teams
This level varies substantially with the team, which may be obliged to refuse a graft
for logistical reasons despite having a recipient available. Analysis of the facilities
and organisation of the teams is currently ongoing to improve the efficacy of recoveries and follow-up of graft recipients, but also to ensure transplantation in the
shortest possible time.
Restricting infectious contra-indications to recovery and transplant
Apart from the laws covering the recovery and transplantation of organs, health
safety rules relating to the selection of donors enable the risks of transmissible disease in the recipient to be reduced. Currently, selection is based on the donors’ medical history and screening for certain infections (human immunodeficiency virus,
hepatitis B and C, HTLV-I and II) where a risk of transmission prohibits transplantation. This regulation already introduced the concept of a risk/benefit ratio specific to
organ transplantation by authorising exemptions from the rules governing donor
selection for hepatitis B and syphilis (heart, lung, liver) in the event of a threat to life
and subject to information of the recipient. Against a background of international
consensus, it has been established that, while it is not in any way justified to incur a
risk of transmission of an infectious disease in a patient whose life is not jeopardised, organs recovered from a donor with a risk of transmission may be offered to a
patient in a life-threatening situation. Further exemptions currently under study
should allow organs to be transplanted from donors carrying hepatitis B and hepatitis C markers to recipients depending on their serological and virological profile. It
should therefore be possible to transplant an organ from an HCV-positive donor to
an HCV-positive and viraemic recipient. The duly informed patient eligible for this
type of exempt transplant may accept the risk of an infection and then give his consent to enter into an exemption protocol of this kind with appropriate management.
These exemptions, authorised for a period of 5 years, are the subject of follow-up of
the recipient by the transplant team and an evaluation by the Biomedicine Agency.
297
Other types of donors
Encouraging live donations
The proportion of kidney transplants from live donors remains very low in France
(4.8% of kidney transplants in 2002 and 7.7% in 2005). This proportion is 20 to
40% in Northern European countries and close to 50% in the United States [17].
The revision of the law on bioethics in 2004 includes an extension of the possibilities of live donations. The increase observed in 2005 related in particular to partners,
but also to parents and relatives. The proportion of non-relatives for this type of
graft remains stable (21.9% in 2005). The proportion of live donors for liver transplants remains low (4.7% in 2005), which is understandable in view of the technical
demands and higher risks incurred by the donor.
Instituting procurement from cardiac arrest donors
Kidney transplants from these donors have an equivalent survival time to transplants
taken from beating heart donors when a specific protocol is used to limit the ischaemia of the organs as much as possible. This activity has been developed in the Netherlands, Great Britain and Spain. An update of the French regulations has just made
this activity possible in France, which should begin in the form of experiments at
pilot sites.
Impact of transplants from live donors and cardiac arrest donors on the shortage abroad
In respect of these two types of donor, France may be compared with other European countries with more than 10 millions inhabitants and with the United States
(figure 2) [17]. The high proportion of live donors in Northern European countries
and the United States is apparent, but also in Greece and Romania where transplants from brain-dead donors are not very extensive. Using available European
data it is possible to calculate the extent of the shortage of kidney grafts from
brain-dead donors for each country (number of patients still registered as waiting
at the beginning of the year and registered during the year, divided by the number
of grafts from brain-dead donors) and to assess the effect of other types of donors
(number of registrations divided by all transplants, irrespective of type of donor).
It can be seen that the use of these two types of donors is associated with an
almost 50% reduction in shortage in the United States and Greece, a considerable
reduction in Great Britain, while the Netherlands have almost no shortage at all
(figure 3). For France, the impact is very slight in view of the lack of activity other
than with brain-dead donors.
298
pmh
40
1.6
0.4
20
0.5
6.8
0.2
1.5
34.6
24.1
22.6
22.2
21.8
21.1
21.0
20.5
16.0
15.2
14.7
13.8
13.0
0.5
6.0
Ita
l
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p.
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Un
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Sp
ai
n
0
Brain death
Cardiac death
Figure 2. Rate of recovered donors per million population (pmp) by type of donor and country in
2004.
10
9.4
9
8
7.3
7
6.1
6
5.6
5.5
5.2
4.9
5
4.4
4
4.9 4.9 4.7
4
3.9 3.7 3.8
3.6 3.5
3
3
2.6 2.4
2.3 2.2 2.2
2
2
2
1.1
1
Brain death
Sp
ai
n
Po
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Br
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G
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e
US
A
0
All donors
Figure 3. Impact of a kidney transplant from living and cardiac death donors on the shortage of kidney
grafts from brain death donors in 2004 by country. E.g.: in the United States 9.4 patients are registered
on the waiting list for a kidney transplant for a possible transplant from a brain death donor and
5.5 patients for a transplant from all types of donors combined.
299
References
1 Jacquelinet C, Briançon S. Le Réseau épidémiologique et information en néphrologie (Rein): un
registre national des traitements de suppléance de l’insuffisance rénale chronique. Bulletin Épidémiologique Hebdomadaire 2005; 37-38: 185-7.
2 Senouci K, Guerrini P, Diene E, Atinault A, Claquin J, Bonnet F et al. A survey of the follow-up of
patients in severe coma: implications for brain death diagnosis and organ procurements. Intensive
Care Med 2004: 30; 38-44.
3 Cuende Melero N, Canon Campos JF, Miranda Serrano B, Alonso Gil M. The organ donation process: a program for its evaluation and improvement. Organs and Tissues 2002: 2; 109-18.
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8 Tuppin P, Pessione F. Estimating the number of potential organ donors. N Engl J Med 2003; 349:
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9 Rapport annuel de l’activité de prélèvement et de greffe d’organes en France en 2005. www.agencebiomedecine.fr
10 Observatoire national interministériel de la sécurité routière. www.securiteroutiere.equipement.gouv.fr.
11 Service d’information sur les causes de décès. CépiDC-INSERM. www.cepidc.vesinet.inserm.fr
12 Activité régionale de prélèvement et de greffe. www.agence-biomedecine.fr
13 Macron-Nogues F, Vernay M, Ekong E, Lemaire N, Salavane B, Marty M, et al. La prévalence de
l’insuffisance rénale chronique terminale traitée par dialyse en France en 2003: L’enquête nationale
Sros-IRCT. Bulletin Épidémiologique Hebdomadaire 2005; 37-38: 182-4.
14 Desenclos JC, Dubois F, Couturier E, Pillonel J, Rodot-Thoraval F, Guignard E, et al. Estimation
du nombre de sujets infectés par le V.H.C. en France, 1994-1995. Bulletin Épidémiologique Hebdomadaire 1996; 5: 185-7.
15 Cantrelle C, Laurens C, Luciolli E, Loty B, Tuppin P. Access to kidney transplantation in France of
non-French patients and French patients living in overseas territories. Transplantation 2006; 81:
1147-52.
16 Tuppin P, Dunbavand A, Chalem Y, Claquin J, Colpart, C. Hiesse. Disparités d’accès à la greffe
rénale pour les malades résidant dans les Départements et Territoires d’Outre-Mer. Néphrologie
2004; 25: 23-8.
17 International figures on organ donation and transplantation activity. Year 2005. Conseil de
l’Europe. Newsletter Transplant 2006; 11 n˚1. http: //www.coe.int/t/e/social_cohesion/health/
NEWSLETTER_TRANSPLANT_2006.pdf
300
Janine Chanteur
Janine Chanteur
Emeritus professor of moral and political philosophy at the University of Paris Sorbonne,
France
Member of the scientific committee of the Servier Institute, France
This year, for this talk, I have opted to express myself in the first person because
organ donation affects everyone individually, but I hope that these rapid reflections
can be shared by each of us.
MY BODY
I say the words: my body. I do not say them in the same way that I would say them
of an object. There is no distance between my body and me. We are so intimately a
part of one another that without my body there is no me. I also say: my husband (or
my wife, if it is a man who is speaking), my children, my friends, my home, etc. Not
only am I mentioning entities that are very different from one another and which are
only related to one another by the same possessive adjective, but, whatever symbiotic, proprietorial or possessive illusions we might evoke for ourselves, what I am
talking of is not me. Only my body is me, without the need for me to project myself
into it. We are inextricable to the extent that living is to be a body, before speaking it
by saying: I have a body.
Possibly my body and I are not sufficient in themselves and consideration should
probably be given to the soul that lurks behind this I which enables me to be and
allows me to say me, but that today is not our problem. What interests us, and what
interests me here in particular, since I am speaking to myself as body before you, is
the living, speaking, working, sleeping, loving body which, throughout my life, is
me, which I look after, which I tend if it is ill, which teaches me, by its mobility, that
I am space within space and, by its transformation, that I am time within time. We
live, my body which is I and I who am at the same time aware of having this body
that causes me to be and causes me to live, a personal history, progressing and
located in the history of all bodies, of all times and of all places.
How could I not love it? How could I not be attached to its integrity, in other
words to me? How could I not search to know it, since without it I do not exist? And
why continue to talk of my body and me since we are but one? The rapid overview I
301
Janine Chanteur
have just given enables me to summarise by saying “I”, as “I” includes my conscious body, my body subject to the progression of my existence.
It should be added that I know that I am solid, but I am also fragile when I think
that one of my organs may be affected by illness, and above all by a severe illness
with a terminal prognosis, or that it is sufficient for me to meet with a motorist on
my path. It has been said of health that it is “the silence of the organs”; my body
knows it, I know it intuitively: the pleasure of living, the strength of undertaking,
the joy of learning and understanding, but also the concern of what I will become
are associated with the joyful alacrity that good health produces, just as they depend
on worry, doubt and anxiety about the time that passes, with the certainty that one
day all that will remain of this life will be a corpse without time or space, or a decerebrate body in a state of brain death, whose heart is kept functioning desperately by
machines but without giving it life: there will no longer be what might be called a
body, no longer a me to say it. It will be death.
DEATH
Not any death: mine, of which I may speak without the least knowledge of what it is,
except that it will happen without any inkling of doubt. I do not know where. I do
not know when. I do not know how. But I know it. I know that my living, talking,
feeling body has an absolute end as far as I am concerned. I am aware that the state
which the matter that today I call my own will assume is not mine in any way. I will
not live my corpse, which will only be mine for others, for those who are alive: family, friends, the various authorities whose essential role it is to remove it from the
space of the living. For life, as we live it on earth, my body-corpse will be nothing.
I cannot conjure up nothing because I have no experience of it. No human being
has returned from the dead to allow us to picture it to ourselves from hearsay. I
know what a dead person is because I have seen some; I do not know what is my
death. And if my imagination tries to form an image of it, the image can only be
wrong and my imagination behaves like Malebranche’s “madwoman in the attic”: it
frightens me, it distresses me, it prevents me from living when I am alive, which is,
to say least, paradoxical. Obviously I will live, as a body object, in the memory of
those who at present are my nearest and dearest, but they themselves will die and it
will not be long before a body that was full of life ceases to exist entirely. This icy
certainty afflicts me, it is true, because it too has no possible representation. If one is
a poet, one writes like Ronsard:
“I shall lie beneath the earth and, boneless phantom,
My rest I shall take beneath the myrtle’s shade.”
Or like Baudelaire:
“The dead, poor things, have sorrows of their own.”
302
I have liked these verses since I first came across them and they murmured to me
the fate of everyone. I repeat them to myself, but they do not relate to me: their
charm comes from the creativity of the imaginary, it indulges my lack of knowledge, it does not tell me about my death, it does not offer consolation for it, it barely
shields it. I will never know what is my death. This is probably one of the reasons
why our age is so careful about death. It is astonishing to observe that everything is
done to conjure death away, of which no-one knows what it is. It is in this sense that
Pascal wrote that one “dies alone” and he added: “others have nothing to do with it”.
THE OTHERS
The other bodies who say I. Among whom I live… until my death. If I am alive, this
is because two “others” loved one another, joined together so that I came into the
world. They looked over me, fed me, cared for me, raised me. In case of extreme
need, one or other of them, or my brother or my sister, a relative, a friend, would
surely have given one of their kidneys to save me if mine could no longer function.
As far as I can say, I would have done the same. A wonderful donation from one living being to another. The donated organ, in the donor, will no longer be able replace
the remaining organ if this one should come to die. The person who has only one
remaining kidney experiences both his or her fragility and the joy of giving the other
the possibility of life. It is a wager: the beautiful risk of life which love alone
assumes. Both knew each other and loved one another. Love is confirmed.
Whatever the case, without others, none of us could have lived. Throughout my
life, until my death, I need others first of all to survive. But not just that. All mammals, even the most solitary, need others to exist, to grow and to reproduce. While
animals, even those that live in groups, repeat the same life throughout the centuries, only one says I: the human. But he would not say it if others had not taught
him to say it. Each one of us says I because there is a you to whom it can be said,
to their face, I and you who are we. Human life only develops in all the directions
that we know, but also in novelty and even the unforeseeable, to the extent that
there is language, because individuals intercommunicate. Thus, we take decisions, we decree laws of human community, we instigate an endless multiplicity
of activities.
I have the most varied of feelings towards others: the full gamut, from love or
friendship to hatred or repulsion, passing through indifference, ignorance or forgetting. Some are in good health, others are ill to some degree, some will die. Of all of
them, even the dying, we say: “that’s life”, but we want progress in medicine to
delay as long as possible the inconceivable fatality of death. My body, however,
knows that it is promised to the ultimate metamorphosis, which is for it the corpse;
it cannot prevent, for however long, the inevitability of death.
303
Janine Chanteur
However, I know that at the moment that death takes me in the most irreversible
of ways, without there being the slightest possibility of turning back towards the life
that has left me, some of my organs, in the most complete unawareness, and totally
useless to my body, to my life, may save another life. Without my heart, now useless to my body, without my liver, my lungs, my arteries, etc., which, for me, can no
longer do anything, either together or separately, another human body will die
which might have survived and revived if I had taken the decision to donate it to
them during my life when my body was in good form, by foreseeing that at the time
of my death these organs would very rapidly be no more than a corpse, than decay,
if they remained in place in my lifeless body.
The other: the person who will not resuscitate my body, for which everything is
finished, with or without organs. The other, the person who will never know that
they are living with my heart or my liver, which are no longer mine because I no
longer say them, no longer see them as mine, any more than I see them in another.
The other, the person about whom I will never have known anything when I was
aware. The other, ever anonymous, unknown, unknowable, whose anxiety about
dying and desire to live I will only have anticipated while I was alive, without them
ever taking anything from me, without them depriving me of any thing. The other,
who will never know anything of me, except that they have within them an
unknown organ.
There is in organ donation a major human meaning: it is the awareness of the existence of the other, of the importance, of the value of a human life, whatever that
might be. My decision to give my organs after my brain death, and without any
other involvement on my part than this determination, requires neither courage, nor
greatness of spirit, nor particular generosity. Simply the recognition of our reality:
we are human beings only if we live in solidarity with one another. A solidarity that
implies the respect of each other’s body: that of the other and of mine, a respect
which obviously does not require an absurd artificial replacement of the organs
recovered. A minimal solidarity moreover since the recovery will not concern me at
all as I will no longer be there. I will not know what is taken nor for whom it is
taken.
It is the most abstract fraternity since those that one might call “organ brothers”
are destined to be for ever unaware of one another. But it is an admirable defiance of
the omnipotence of death! So admirable that it is almost a hope: life is not absurd,
on the contrary, it has a sense, an infinite sense if, by pursuing medical advances,
the assistance without any possible reciprocity that I can give unknowingly to an
unknown brother can be offered sovereignly (in other words, without constraint and
without expecting any benefit). Sovereignty is liberty. Liberty is spirit. And the
spirit cannot die.
304
Silla M. Consoli
Silla M. Consoli
Clinical Psychology and Psychiatry Liaison Department, School of Medicine Paris 5, AP–
HP, Georges-Pompidou European Hospital, Paris, France
INTRODUCTION
Organ transplantations are the prime example of a field of medicine in which reality
is sometimes stranger than fiction, providing an inexhaustible source of fascination,
disquieting strangeness, ethical debates and multidisciplinary mobilisation [1].
With transplants, medicine produces “chimera” in both the figurative and the literal senses, in other words both products that violate the laws of nature and which
evoke the intricacies of the human imagination and “composite”, cobbled-together
beings resulting from separate living identities, hybrid “creatures” like the creature
of Dr Frankenstein in Mary Shelley’s visionary work. For the general public, the
creature ultimately came to be known, by a sort of mirror permutation, by the name
of its creator, which is highly significant in terms of the symmetrical relationships
between the real and imaginary, science and magic, reason and occult forces.
What in fact is the personage of the monster in this prototype science-fiction novel
that is the history of Dr Frankenstein or Frankenstein? And who is the most worrying? The author of the prodigy or the prodigy itself?
We should recall, in passing, that the words “monster”, “monstrosity”, but also
“monitor”, have the same Latin origin, the verb monere, which means both “to
show” and “to give cause for thought”.
However much they have been progressively trivialised by the protocolisation of
surgical and immunological techniques, organ transplantations confront our symbolic points of reference, and particularly those of the patients who will benefit from
them and of their immediate family, with the order of the unthinkable, an amalgamation of concepts – death and life – whose separation generally remains necessary
for social order and for the preservation of the sense of identity. More specifically,
organ transplantations oblige us to rethink what, more than anything else, is difficult
to conceive and, through such thought processes, to conquer new symbolic, philosophical and legal fields of freedom beyond the strictly technical progress that they
produce in scientific terms.
305
Silla M. Consoli
Tackling the psychological consequences of transplantations requires us to
advance rapidly along a path strewn with obstacles, uncertainties and frightening
representations. This path is the “passage” from pre- to post-transplantation, from
the status of transplant “candidate” to that of transplant recipient, from a state of
suspension to that of survival, from expectation to renaissance but also, in a certain
number of cases, from naive illusion to a certain disillusion, from one disease to
another, from a reassuring distinction between the self and the other to the strangeness of living in partnership in the same body and the sensation of being haunted by
the other, before being able to integrate the other in the self and progress towards a
recognition of the “debt” in its varied aspects.
THE PSYCHOLOGICAL EVALUATION OF ORGAN TRANSPLANTATION CANDIDATES: ITS PRINCIPLES AND ITS AIMS
With the exception of kidney transplants, at least those performed with cadaver
grafts but not those with a related or unrelated live donor, and apart from cases in
which an intervention is performed as an extreme urgency, the procedure of transplanting a vital organ nowadays involves, among the many procedures specified as
part of the pretransplantation assessment, a methodical psychological evaluation
undertaken by a psychologist or psychiatrist.
The aim of this assessment is not to detect any psychiatric contra-indications to
the projected transplant: these can only be established by a medicosurgical
approach. Despite the dramatic discrepancy between the number of patients to be
transplanted and the number of organs available, it is not up to psychologists or psychiatrists to interfere in so ethically complex a selection. However, it is the responsibility of specialists of the psyche to identify possible factors of mental vulnerability
in the transplant candidate and a set of beneficial or protective psychosocial
resources in order to support and, where necessary, prepare future transplant recipients (and if necessary their family circle) as best possible for the many trials that the
transplant and its consequences will bring.
This assessment may attempt, obviously with a margin of error relating to the consideration of eminently subjective data, to limit the risk of occurrence of psychiatric complications related firstly to the fact of receiving a “foreign” organ, and secondly to all
the foreseeable therapeutic constraints and in particular the administration of immunosuppressant treatment (particularly the iatrogenic effects of corticosteroids). It can also
hope to detect features predictive of future non-compliance and to try to implement the
necessary support measures to prevent this. Lastly, based on this initial acquaintance
with the transplant candidate and the context in which the indication for transplantation
is established, it involves the provision of points of reference that will help support the
patient and the immediate family in the waiting period, but also during the vicissitudes
306
specific to the aftermath of the transplant (somatic complications, psychiatric complications, problem behaviours). This should also include the assistance that can be provided to the care teams faced with the vagaries of such major medicosurgical projects,
tossed back and forth between enthusiasm and discouragement, the relief at having
saved a life that hung by a thread, the irritation at observing the neglect of care and the
risk-taking of patients who have escaped by the skin of their teeth, and the sadness of
losing patients to whom considerable efforts have been devoted [2].
More than 15 years ago, our team compiled a psychological assessment manual
for organ transplantation candidates in order to standardise the areas to be investigated for each candidate and to list within each of the areas investigated a set of factors supposed to indicate a favourable or unfavourable prognosis [3]. Other grids
have since been published by various authors and are commonly used by teams
involved in organ transplantations [4–7].
The areas investigated in our own grid are:
– the subject’s investments in various sectors of existence and self-representation
(variety of interests, presence of life projects, self-esteem, identification with parental figures and significant figures in their immediate circle);
– their relationships with other people (sociability, perceived support, capacity to
deal with other people);
– the quality of their mental defences against anxiety;
– the soundness of their mental health (in particular the current existence or a previous history of depressive disorders);
– their behaviour during the discussion (confidence, spontaneity, ability to benefit
from the assistance offered by the examiner);
– their usual way of coping with health problems (concepts of risk behaviour, strictness of compliance);
– their views of the transplant and its consequences.
By way of example, factors that are assumed to be favourable in this last area are:
– the patient’s personal involvement in the transplant project;
– a good assimilation of the medical information about the transplant project;
– realistic expectations about the transplantation;
– the presence of projects after the transplantation;
– motivation for the transplant due to an emotional link.
In terms of factors that are supposed to be unfavourable, these include:
– the expression of a fear of death associated with the transplant and its consequences;
– the mention of fantasies about the donor even before the transplant is performed;
– the emergence of negative emotions on the mention of the donor.
We ourselves carried out a preliminary prospective study in 50 heart transplantation candidates, 42 of whom underwent a transplant and 30 of whom were still alive
307
Silla M. Consoli
2 years after their transplant, while the other 12 died either in the immediate aftermath of the transplantation or from later complications. The primary objective of
the study was therefore to identify the psychological factors predictive of 2-year
survival following heart transplantation [3]. Three factors proved to be indicative of
a good prognosis, even after adjustment for the severity of the somatic state and,
more specifically, the urgency of the indication for the transplant:
– suppression of the fear of death (relative risk [RR] of survival = 1.75; 95% confidence interval [95% CI]: 1.27–2.41);
– motivation of the spouse for the heart transplantation of the ill partner (RR of survival = 1.75; 95% CI: 1.08–6.98);
– lastly, the quality of the vital force observed in the patient, in other words the
capacity evidenced by the patient throughout their life to imagine the future and to
move forward despite any obstacles encountered, an ability evoking the more conventional concept of resilience (RR of survival = 1.38; 95% CI: 0.97–1.95).
Other publications report interesting results that require consideration, such as
that by Zipfel’s team [8] relating to heart transplant candidates in a context of
ischaemic cardiopathy (n = 57) or dilative cardiomyopathy (n = 95). The authors
note in passing that depressive mood and what they call a state of anxiety (or recent
anxious symptoms) are higher in the preoperative period in the subgroup of patients
with ischaemic heart disease. Three factors proved predictive of post-transplant
mortality in the study, but only in the subgroup of patients suffering from ischaemic
heart disease: age of recipient, age of donor and lastly presence of depressive symptoms prior to the transplant.
PRE- OR POST-TRANSPLANT DIFFICULTIES OF COMPLIANCE
The identification of difficulties of compliance before the transplant, whether overt
or more subtle, remains a legitimate obsession of all transplant surgeons. Patients
are moreover well aware of this and, depending on the case, try to minimise existing
difficulties or to play fair, starting from the principle that it is probably better to
establish a relationship of confidence with the medicosurgical teams rather than try
to deceive them. It is still necessary to be able to distinguish the presence or a previous history of addictive behaviour, particularly alcohol abuse, or difficulties in following a salt-free diet in a heart failure patient and neglect of drug treatment, where
the prognosis is very much more worrying.
With the reservations relating to the conditions that exist in identifying these characteristics, the articles published in this area underline both the relative rarity of the
phenomenon and the factors that appear to contribute most to it. Thus, in a series
involving 174 patients awaiting a transplantation (72 liver, 69 lung and 33 heart
transplants), poor drug compliance during the last fortnight was noted in 16.7% of
308
cases [9]. The authors found no relationship between poor compliance and type of
transplant, or between poor compliance and presence of a depressive mood (in fact,
paradoxically, an inverse tendency was observed, in other words a greater frequency
of depressive disorders in strict compliers). Conversely, compliance proved less
good in subjects with a higher educational level and in those who perceived the support provided by their social environment to be more deficient.
After the transplant, unfortunately, the published data are fairly worrying since
according to the review of the subject carried out by Laederach-Hofmann et al., poor
compliance appeared to involve between 20 and 50% of transplant recipients [10].
The figures, fortunately, are more modest if they are restricted to the failure to take
immunosuppressants (3 to 13%), the highest prevalence being found in the case of
kidney transplants and the lowest in the case of heart transplants. For some authors,
moreover, a third of transplanted kidney rejects are attributable to non-compliance.
The figures are higher for other drugs (25% and over) or for diet (15 to 30%). Finally,
whereas 7% of subjects reported being smokers after a heart transplant – which is
already high! – high urinary cotinine levels were noted in 18% of cases…
THE TRAUMATIC SEQUELAE OF THE PERI-OPERATIVE PERIOD AND
THE TRANSPLANT IN GENERAL
The perioperative period surrounding the actual procedure of an organ transplant
represents in many respects for many patients a veritable “obstacle course”.
When the long-awaited telephone call comes, the urgency of the situation and the
hold exerted by reality may for some time have a paradoxical effect on the patient’s
emotions: the machinery is in progress, thought is suspended, it is no longer a time
to be afraid. The chain of events now set in motion will not end until the awakening
in the intensive care unit, sometimes with the rapid restoration of clear consciousness and an impression of deliverance which requires a certain time for the patient
to come to believe and to let himself go, and sometimes after a painful period of
transition with disturbed sleep, dreams loaded with emotions and nightmares, and
even a veritable dreamlike confusional episode. This period in which the dynamic
of life starts up again is at the same time a period in which the mental mechanisms
of defence against anxiety are relaxed, a time when the censorship put in place in
order to “cope” is lifted, or again a time for the “return of the repressed”.
A clinical vignette recorded by our clinical psychologist, Sylvie Pucheu, illustrates in exemplary fashion the chaotic transition between the pre- and post-transplant existence that some patients experience.
“Everything started, recounts Mr A., aged 40, transplanted one year previously,
3 years ago when I found myself very out of breath in everyday activities. I went to
309
Silla M. Consoli
consult a cardiologist, who put it down to…, who told me that it was anxiety and
that there was nothing medical, despite an exercise test… I did not really know how
to deal with it. I started to suffer more and more physically. I went to see specialists
who told me I was depressive. I was really abandoned to myself, I was lost with this
physical distress […].
And then I was hospitalised as an emergency in the clinic. I remained there for a
fortnight where they detected a dilative cardiopathy with arrhythmias. There I discovered for the first time what it was to suffer physically! […]
So that was my first psychological trauma. In other words I found myself dying
there and I found myself coming back to life. I really became aware there of the fragility of life, I was very, very frightened… I really was very afraid… Little by little
I got back on my feet […].
I was registered on a waiting list a year ago. At the same time, my condition continued to deteriorate. I knew I was going to die… because I had already experienced
it. I forgot to say that a year ago, just after the pretransplant assessment, I had an
electrical storm, in other words several cardiac arrests – I had a defibrillator and this
defibrillator saved my life. But then, again, I felt I was going to die, I felt the cardiac
arrest. For me it was over… I was in the process of dying in the emergency services
ambulance […].
Four months after being registered on the waiting list I received a telephone call to
say there was a transplant ready. I was called on [gives the precise date]. So then I go
to hospital in an ambulance [the change to the present tense is noticeable], anxious but
at the same time relieved because I felt it was not much longer to wait. I was really at
the end of my tether… I was struggling in vain… I was struggling to stay alive. Psychologically I say to myself: ‘Come on, keep going!’… [again the use of the present
tense]. So I arrived here [the hospital where he was transplanted and where this conversation took place some time after the transplant] on [repeats the precise date],
frightened because… I was afraid of not waking up, and then during the two and a half
hours of the journey [from his home town to the Paris hospital where he was to be
transplanted] I knew that I was leaving with my old heart and that I would come back
with another heart… So there, I was sent to sleep. So then I remember a small
‘flash’… of a dream, I don’t really know what they injected me with, as soon as they
put me to sleep… it’s a dream which I remembered clearly afterwards. And I said to
myself: ‘Ah well, yes, I dreamt that’. I was quite simply in Amazonia, on a boat
[laughs], accompanied by a fairy. There were colours everywhere. There was a great
flash of light and then I don’t remember anything more. […]
And I had a succession of dreams that lasted for varying lengths of time. Different
adventures. Nightmares, dreams, waking dreams with a lot of hallucinations. Everything was more or less coherent. You can’t compare all that to dreams and nightmares that you have when you are asleep during the night. Well, I can compare it to
310
a journey in the fourth dimension. It makes me think of a series that was on the television a long time ago… and I really was in a parallel universe. It was very realistic.
And it was endless! There were sometimes bits of reality that were slightly incorporated in these dreams or nightmares.
For example… Everything starts, I’m in my bathroom at home, I’m called on my
mobile: ‘There’s a transplant waiting for you!’ So I start again [the transplant process] and I find myself in a school. I am in a waiting room and… I find myself in a
faculty with lots of people […].
I found myself connected [makes a gesture] to a young 16-year-old girl, very
young, who was also waiting for a transplant. We were squeezed into boxes. And I
didn’t understand why I was being connected to this young girl who was also going
to be transplanted and who didn’t want to be transplanted. Moreover, I said to her in
my dream: ‘Okay, then, we’ll stop there, we’ll put the transplant off until later, it’s
too hard!’ […]
In all I was transplanted three times [continues to describe his dream experiences],
I went into three hospitals, three times it went wrong, I suffered, I saw the persons
dying before me if it was they who were going to give me their heart [indicates with
his hand an imaginary person at the place where the young girl had been whom he
had been talking about just beforehand]… I also saw myself die several times in my
dreams. My body was carried, and I was taken like that [makes a gesture] and, hup,
I was dying. For me, in my dreams, I died three times. And then, hup, I was alive
again. So it was terrible. Well… it was frightening. And I was going into a country
like hell where they were demons. And there they could ask for help for me, to cure
me. And there was another floor [makes a gesture], it was paradise… It’s as dumb
as that… but it was the environment in particular that terrified me, it seemed so
unreal: mountains, monsters… I have never experienced anything like it! […]
My dialysis machine had become Catherine, a young girl who was there, who was
helping me, with whom I discussed things… When the machine no longer functioned, the nurses tapped on it gently. I heard the machine crying, all that… It had
become a very close friend. Moreover, when they took the machine away, I was
completely idiotic… saying: ‘Hey, it’s my machine, I’ve been talking to that
machine for a long time!’”
Some time after this initiatory trial, Mr A. therefore evokes with a certain humour
the bizarre and fantastic production in which he was forced to take part by his
dreams, nightmares and hallucinations related to the periods of confusion. It can be
understand how these various dream representations enabled him at the same time
to act, through his imagination and “creativity”, and thus attempt to adopt an active
approach and a certain distance from an experience lived in passivity, fear and the
desperate search for meaning.
311
Silla M. Consoli
From reading this account, it is possible to gauge the potentially traumatic nature
of the perioperative period for a number of transplant recipients. In addition, several
publications have attempted to estimate the prevalence of post-traumatic stress
states following transplantation.
By way of example, Mintzer et al. evaluated 104 adolescent transplant recipients
(52 liver, 39 kidney and 13 heart) on average 7 years after the transplant (range 1 to
14 years) and noted 16% complete post-traumatic stress states and 14% incomplete
syndromes [11]. It should be recalled that the levels in the general population are of
the order of 8%. The presence of such states was unrelated to sex, age, ethnic origin
of the adolescent and type of transplant or time elapsed since the transplant. Conversely, two risk factors proved predictive of such psychopathological states: the
acute rather than chronic nature of the causal disease resulting in the indication for
the transplant and the occurrence of complications during the previous year.
The parents of children or adolescents are not sheltered either from such psychopathological repercussions. A study conducted in 170 parents of adolescents
(92 liver transplants, 46 kidney, 31 heart and 25 multiple transplants), also evaluated on average 7 years after the transplantation, found 27% post-traumatic stress
states [12]. The development of such states was unrelated to sex, age of the child or
adolescent, age or educational level of the parent, type of health insurance, type of
transplant or time elapsed since the transplantation, but was related to a history of
impaired health in the child or adolescent before or after the transplant, the existence of a major impact of the child’s or adolescent’s health problems on the social
relationships of the family, a negative perception of the health structures and the
inability to exploit the transplant in order to unite the family group.
POST-TRANSPLANT PSYCHIATRIC DISORDERS: A HIGH AND UNDERESTIMATED PREVALENCE
The prevalence of anxious and/or depressive disorders occurring following transplantation is variously estimated. Many studies are cross-sectional over various
lengths of time since the transplant, generally limited to the first or second years of
follow-up, and few studies use standardised discussions to detect the presence of
psychiatric disorders in transplant recipients.
The publication by Dew et al. reports the development of psychiatric disorders
occurring at a given moment during the 3 years following the transplantation in a
cohort of transplant recipients reviewed regularly by means of a standardised discussion [13]. Three years after the transplantation, 38% of transplant recipients had
suffered at least one mental disorder during this interval, 26% of which were major
depressive episodes, 18% adaptation disorders with anxiety, 17% post-traumatic
stress states and 7% adaptation disorders with depressive mood (figure 1).
312
40%
Major depression
35%
30%
Adjustment difficulties
with anxiety
25%
Adjustment difficulties
with depression
20%
15%
State of posttraumatic stress
10%
At least one psychiatric
disorder
5%
0%
2 mo
7 mo
12 mo
36 mo
Time since transplant
Figure 1. Cumulative prevalence of psychiatric disorders as a function of time since transplant
(from Dew MA et al. Psychosomatics 2001).
Disorders occurring after the first year are less often due to medical events associated with the transplantation and more often to personal, emotional or professional
life events, possibly indirectly related to the transplantation. Risk factors for posttransplant mental disorders, all categories combined, are female sex, a history of
psychiatric disorders prior to the transplant, a long period of hospitalisation after the
transplant, a more precarious physical state and limited social support given by relatives or caregivers.
POST-TRANSPLANT QUALITY OF LIFE
The quality of life improves significantly in the immediate and medium term after a
transplantation, for example a heart transplantation. Despite a few disappointments,
transplant recipients generally do not “regret” having undergone a transplant. However, the data available to us are more mixed as regards the later fate.
Thus, in a population of 122 patients from a cohort of 276 heart transplant recipients still alive after 10 years, the “mental” component scores of the quality of life
questionnaire SF36 prove comparable to the scores in the general population,
whereas those of the “physical” component are significantly lower. Being aged over
65 years old, the fact of being married and a history of complications of the transplantation or treatment are all predictive of an impairment of the quality of life in
transplant recipients [14].
313
Silla M. Consoli
INTEGRATION OF THE “FOREIGN BODY” AND ITS STAGES
The integration of the graft is a long process involving a series of successive stages.
At the beginning of this process, patients cannot consider the transplanted organ
as part of themselves, but as a foreign object to which they have no right. Genuine
mental work is required to integrate progressively this new graft with more or less
magical powers and to assimilate it as a natural element. Some authors have therefore invented the term accorporation to designate this process of mental integration
in parallel with the institution of biological tolerance of the grafted organ and which
can be tracked by noting carefully the words used by patients to talk of the transplanted organ: “the transplant”, “the transplanted heart”, then “my new heart” or
quite simply “my heart” [15].
This process of mental transformation occurs against a background of the profound
remodelling of the physical image and the self-image. All transplants bring the
patient face to face first of all with the vision of his own death, but also with bereavement over a vital organ to which the patient could be “attached” in the same way as
to a travelling companion with whom he had shared many tribulations and hopeful
moments. It also requires taking on board and going beyond the image of mutilation
and, even more worrying because it is viewed ambivalently, the death itself of the
donor (with the exception of live donor kidney and bone marrow transplants).
The correlative theme that frequently emerges after an organ transplantation in
fact involves the feeling of being possessed, “haunted”, inhabited by the spirit of the
donor. Patients can sometimes have the impression of “being two people living in
the same body” or entertain the fantasy of a new youth, a fantasy shared, not without some jealousy, by the partner. The sexual identity of the donor is also a source
of questioning. This is particularly the case when the donor is of the opposite sex
and the recipient is afraid of acquiring her or his sexual characteristics. Added to
this fantastical dimension is the reality of the physical changes, associated particularly with corticosteroids, the repair of the biopsy site and the scars.
The verbalisation of fantasies particularly occurs during the postoperative period:
the person of the donor may thus be mentioned and also, sometimes, the guilt of the
recipient for secretly having wished the death of a donor so that the transplantation
could happen. It is important to help patients overcome this sense of guilt, without
as such suppressing its expression, and to be able to recognise in the expressions of
gratitude of transplant recipients towards one particular nurse “chosen” from among
the others, or one doctor or surgeon considered as a “saviour”, the scale of the debt
incurred to an anonymous donor and his family.
Back at home, some transplant patients tend to enjoy their new life intensely with
sometimes an attitude of a genuine denial of the intervention and its consequences;
others, by contrast, embark scrupulously upon this phase, constantly monitoring
314
themselves, always ready to return to hospital to shelter from the fear of dying that
constantly accompanies them; lastly, others exhibit an attitude of careful attention
towards their graft and their health in general, thereby showing the “respect” which
the “precious gift” they have been given inspires in them.
Any transplantation obliges the patient to reflect on their priorities. Some rediscover through this trial their family, friends and new interests, such as sport or
travel. A number of transplant recipients, on the other hand, come up against the
hard face of reality when they attempt to rediscover their previous social status: professional demotion, overprotection by both the professional and the family environment, difficulty in taking out life assurance, all these are aspects that are there to
remind them of their difference. Faced with these difficulties some prefer early
retirement or disability.
Transplant recipients, particularly in the case of organs as symbolic as the heart or
liver, maintain a fascination in the collective imagination that may certainly
enhance their standing, but can also trap them. Heroes in spite of themselves, forced
to comment in the media on the wonders of modern medicine or in favour of organ
donations, there are many who in private express their secret aspiration no longer to
be seen as supernatural beings and to feel once again “like everyone else”. Longterm mental work therefore awaits transplant recipients and may sometimes require
assistance from professionals to succeed: this work requires not only forgetting the
transplanted organ and the donor who provided it, but also being able to forget one’s
saviour or saviours, one’s brilliant “creator” who made survival possible but from
whom one can equally well and legitimately want to be able to detach oneself in
order to be able to develop more independently in future…
References
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Godeau S, Herson S, Piette JC, eds. Traité de médecine. Paris: Médecine-Sciences Flammarion;
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315
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of organ transplant candidates. Comparison of the PACT and TERS with bone marrow transplant
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on survival after heart transplantation. Psychosom Med 2002; 64: 740-7.
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11 Mintzer LL, Stuber ML, Seacord D, Castaneda M, Mesrkhani V, Glover D. Traumatic stress symptoms in adolescent organ transplant recipients. Pediatrics 2005; 115: 1640-4.
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14 Politi P, Piccinelli M, Poli PF, Klersy C, Campana C, Goggi C, et al. Ten years of “extended” life:
quality of life among heart transplantation survivors. Transplantation 2004; 78: 257-63.
15 Crombez JC, Lefebvre P. Etude de la fantasmatique des greffés rénaux. Can Psychiatr Assoc J 1972;
17: 11-5.
316
Gabriel Burloux
Gabriel Burloux
The 1960s and 1970s saw the birth of a new era, that of transplants. Some produced
a very strong impression on the public and the first heart transplant in 1968, for
example, carried out by Barnard, created a genuine sensation, probably because the
heart has a special place in the collective imagination: certainly it is the organ whose
beating symbolises life, but quite apart from its somatic function, the heart is also
the mythical seat of many other qualities, such as courage, will, intelligence, etc.
Thus, it is readily believed that a transplanted heart will do much more than save a
life or improve health: mysterious and unknown things would come from the donor
and be inherited by the recipient, such as thoughts, ideas, impulses, emotions, etc.
Conversely, kidney, liver or lung transplants, in other words anything other than all
the new composite tissue transplants, would exert less of an impact on the mind of the
general public.
What about the hands? They also arouse a number of spectres. Languages often
refer to them to express competence (to have a sure hand), friendship (hand in
hand), artistic ability (to be good with one’s hands). The phrases and expressions
created around the word “hand” are countless. This is because the hands are on the
border between symbol and reality. They would be little if anything without the
brain (see the monkey, for example). The same applies to the brain: what would it
do without the motor function provided by the hands? It is the hand-brain unit
which is effective. The alliance of the two organs, with the aid of the genes, has
allowed the birth of humanity and its control of the world.
In fact, the complicity between the hand and the brain is much more than the sum
of two abilities working together. The pairing that they form is like a third organ
born out of their alliance. This organ is specific to human beings. Consequently, losing one’s hands constitutes an enormous trauma and occasions a handicap that is
difficult to imagine. Over the centuries, the hands have slowly improved the performance of the brain and, conversely, the latter also has slowly improved. Apart
from the qualities necessary for Homo faber, the brain has also learned to think, to
reflect and, above all, to imagine, to produce mental images and to be conscious of
317
Gabriel Burloux
them; indeed, to be conscious of this consciousness. In particular, one of the images
is that of the body. Our body is represented in our mind.
It is Paul Schilder who defined the image of the body as that which we form to
ourselves in our mind. This idea deserves further development. It should be added
that, most of the time, it involves in our mind a healthy and above all a whole body,
an idealised one moreover, in other words how we would like it to be. This image is
part of the stream of consciousness. It crystallises when our random associations of
ideas meet it, cause it to rise up in our mind, but it is always there, in the background
of our thoughts. Our body is always present to a greater or lesser extent and our
hands play their part in this continuous process. When we communicate with others,
they accompany our speech and give it a livelier, more colourful and in particular
more expressive aspect. With our hands tied behind our backs, we would not say the
same things and in the same way. Our gestures go with words. The gesturing of the
hands often precedes them and often refines them.
If the representations of our body are not fixed, if they are in flux, it is because of
our constant desire to have a living and healthy body. This is the case when the body
is integral, healthy, neither ill nor amputated. In other words, as far as our subject
here is concerned, when those hands are valid and effective. Life is easier to the
extent that we have profoundly accepted the image of our body, whatever it is, to
the extent that we have truly accepted it.
However, we cannot but notice that some people are not happy with their body
image, even if it appears reasonably good in other people’s eyes and sometimes
even very beautiful.
This is the case for example with certain women who would like to “have their
nose redone” or have a more advantageous chest. It is often the case with adolescents whose body is in the process of changing, or dysmorphophobic persons who
would also like to be different. After undergoing surgery and obtaining what they
appeared to want, they often remain dissatisfied. What did they really want? All of
this introduces the concept of narcissism and the narcissistic imago.
The best thing would be for humans to be happy with what they have. We shall
see below what are the demands and the desires of certain individuals whose mental
organisation is narcissistic. However, we shall also see their sufferings and the reasons they have for asking to change their physical appearance. These obviously are
special cases. Nevertheless, no-one should be surprised at the desire that a human
being has to remain entire and intact.
AFTER THE AMPUTATION
What happens in a subject who has undergone an amputation of one or both hands?
Obviously, losing one hand is totally different from losing both. I remember the
318
conversation I had with a hand transplant candidate, and hence a potential patient,
who was still in the evaluation phase. He had agreed to help medical science
through his experience. He taught me a lot. He said to me one day: “With a single
hand (the dominant hand), I can do 80 to 90% of what I normally did. But in some
cases I am a little slower.” I asked him then why he wanted a transplant. He broadly
mentioned two types of reasons: first of all he needed both hands to carry out certain
tasks, such as piloting an aeroplane or, obviously, playing the piano; the second, less
important reason (according to him) was that he had difficulty in coping with other
people looking at him and this upset him. He could not accept being viewed as an
invalid.
I understood then that the demand for this type of transplant could be of a functional nature, and that was obviously admissible, but also of a narcissistic nature.
And why not consider these two aspects? When the body is injured, then the image
of the body is also injured. There are narcissistic injuries, intolerable damage to our
own image. Let us recall that Narcissus adored contemplating himself in the river
water. And that he died as a result, drowned, having fallen into the image that had
engulfed him.
The borders between these two images, the somatic and the narcissistic, are not
very clear-cut. They overlap, intertwine and intermingle because the Ego also can
feel proud of its functional capacities.
If the handicap caused by the loss of both hands is infinitely greater than in the
case of the loss of a single hand, so the damage, the injury to the body image is
much more severe in the first case, especially because the patient becomes dependent on others for the simplest acts in everyday life. The assistance provided by a
myoelectric prosthesis does not allow greater independence. At the beginning,
patients are depressed and feel diminished. Their body image is attacked. In addition, they often experience shame about their new condition, and sometimes even
feel guilty about it. They do not dare confront other people’s look. And all of this is
exacerbated by the functional incapacity.
This is how hand-amputated patients had to live before the transplant era. They
did not have the possibility of transplantation. Nor could they choose to say yes or
no to the offer of a transplant. They had simply to resign themselves, to accept. Currently, although a transplant is possible, some patients do not accept it, principally
because of the antirejection treatment that has to be taken lifelong and also for other,
personal reasons. They prefer to adapt. It all depends on their psychological
approach. Is the thought, the idea of the transplant firmly installed or does it simply
exist in their mind? Can they discuss it, foresee it and programme it or not? We
should remember that hand transplants have not been very numerous, at least in the
West. If nothing is programmed or installed in the mind, a time of pain, loss and
mourning and, later, of physical wound healing and resignation then occurs.
319
Gabriel Burloux
THE IMAGE OF THE BODY BEFORE THE TRANSPLANT
When a transplant is considered, the period of mourning gives way to a period of
hope. Patients can now forget the past and start to look to the future, to want instead
of being depressed, and expect a major change in their life. It is very important at
this point that they should be monitored by a psychiatrist who is accustomed to
transplantation. In fact, everything that may be said to patients will be translated
into what is significant for them. Their intellect may entirely understand what is
being said to them, but their need, their desire to have hands, to do what they were
able to do beforehand, causes them to conjure up a world that takes little or no
account of the important matters that are being communicated to them on the subject of their future transplant: the very long waiting time (a year) before they can
start to use the hands in even a slightly useful way (the nerves advance only a millimetre a day); the difficulties and constraints of the tedious, daily rehabilitation and
physiotherapy. Not to mention the very lengthy hospitalisation period. They tend to
forget all of that.
Moreover, there may be the desire to rediscover the mastery of a musical instrument, for example, or the precision of a professional gesture, whereas doctors aim
more at achieving recovery of the elementary gestures of ordinary life. The desire to
have hands again is necessarily accompanied by a certain degree of idealisation.
Excessive enthusiasm leads to disappointment in that the demand for a transplant is
sometimes made to deny and cancel out the loss of the hands. This may confer a
grandiose and omnipotent aspect on the surgical procedure.
Before the transplant, it is not sufficient simply to assess the patient, a transplant
recipient told me. He must be examined carefully, “scrutinised”. This subject
wanted to show by this the inevitable gap between the imaginary and the real, while
wishing that it was not too great. And he was talking from experience. Physicians
must inform patients and psychiatrists must ensure that the latter have properly
understood the information. Furthermore, the psychiatrists must also describe in
detail to patients the trials that await them in order to combat any idealisation, which
is always disappointing and deceptive. This will help them considerably.
AFTER THE TRANSPLANT
Transplants all differ from one another, but a hand transplant poses extremely specific problems:
– because it is visible;
– because it comes from a cadaver;
– because it is not immediately functional.
A transplanted heart, fortunately, functions immediately, a kidney or liver
almost immediately. However, the hand, an organ which has both motor and
320
sensory functions, is made up of composite tissue and, as I have mentioned earlier, a transplanted person has to wait a considerable time to be able to use it. It
takes a year for patients to be able do more or less what they did with a myoelectric prosthesis (with some pluses and minuses).
Transplanted organs often come from a cadaver. But when hands have just been
transplanted, it is obvious that they come from a dead person. They seem dead and
they are dead. They must return to life.
After the graft, when the patient regains consciousness, the vision that he has (I
say he because I have only followed up men) is that of an enormous dressing at the
end of his wrist(s) or forearm(s). He is in the same situation as he was after his
amputation – with one major difference: he has hands! But unfortunately he cannot
use them.
What follows is the history of recovery. Several points need to be considered.
– Anxiety, often in the form of a risk of depersonalisation, is related to the foreign
nature of the grafted hand, its corpse-like appearance and also the vision of the very
apparent limit that separates the donor’s arm from the recipient’s hand, symbolic of
the disturbing coexistence of the dead and the living, the familiar and the worrying.
A bout of anxiety often occurs on the first change of dressing but is not expressed as
there are no words to describe this vision. The patient sees that he/she is mortal.
– Regression is necessary and desirable in the immediate aftermath of the graft as
the patient is then totally dependent. It should not last too long and prevent the mind
from becoming active again.
– The risk of depression depends on the previous personality of the patient and also
on the difference between what they imagined and the reality of their impotence.
– The postoperative shock, cortisone, a serum reaction or a graft versus host reaction may cause a state of delusional confusion to a greater or lesser extent. One
patient saw hands on the wall that were making signs at him. This was an external
projection of what was frightening him internally: the grafted hands.
– Revival of the initial trauma, the cause of the loss of the hands and the surgery
that followed. The patient may start to relive his initial accident, see his hands
exploding or being shredded with blood everywhere, have nightmares or obsessive
thoughts. Generally this does not last. The patient gradually has to reconstruct his
image.
APPROPRIATION OF THE HANDS
Once the physical transplant has been performed, the psychological transplant is
only just beginning. This is the period of appropriation. Patients’ psychological
reactions and fantasies are related to the visible aspect and the non-functionality of
the grafted hand. However, the patient fairly rapidly rediscovers what he had lost:
321
Gabriel Burloux
enthusiasm and desire. “Dream has become reality”, one of them declared. A new
period begins.
I explained to an English-speaking patient that he would have to dompter (to subdue) and apprivoiser (to win over) his hands. English does not distinguish between
the two words, which can both be transplanted by “to tame”. So he asked me: “Like
a tiger or like a squirrel?” “Both”, I answered, and it was true.
Another image comes to me: that of an adolescent, and more specifically a female
adolescent when they discover and have to appropriate their new body.
This patient (who agreed to let me talk about him) told me later: “I touch my hand
and it is like an old girlfriend.” The hands had then become his hands.
This time of appropriation must be assisted and encouraged by the psychiatrist as
it is essential, but it is also threatened by the dual phenomenon of denial and splitting.
Denial involves the patient saying, or rather thinking, two contradictory statements at the same time: “I know that the hands come from a corpse” and “I do not
want to know anything about it”. The mind therefore splits in two, which is the best
means of eliminating the contradiction. It is a well-known psychological means of
defence. It is very effective but cannot last very long as reality always has the last
word (except in certain psychological organisations). It is used when something is
unbearable. It is not always possible to resort to it, particularly when faced with
excessively strong emotions and tensions. In these cases, the patient regresses to
other means of defence, for example dreams and reverie, if possible. Otherwise the
psyche is invaded by anxiety or even distress, or the patient resorts to magical thinking. One patient, who was in fact psychologically robust, told me that a well-known
spirit in his country, a sort of devil, had twice tried to suffocate him by pressing his
hand over his mouth while he was asleep. The first time he had time to turn away
and escape. The second time it was fortunately a male spirit, who has a hole in his
palm, and he was able to breathe through this hole.
THE FRANKENSTEIN ASPECT
We know that Mary Shelley’s hero, Frankenstein, was composed of pieces of human
bodies sewn together. When a patient sees his transplanted hand for the first time,
the vision that he has is a fairly horrifying one: swelling, threads, sutures, additions,
the possible difference in colour between the two skins, all of that makes us understand why a patient is obliged to deny his visual observation. It is a trauma. The fantasies that then invade the mind are also traumatic and evoke worrying images and
thoughts of death returning to life.
Can the hand, which is still “someone else’s” hand, become independent again?
What will it do? Will it take control over me while I have no control over it and do
322
unimaginable things, which however I would secretly want? All these spectres have
nourished the literature of fantasy as they are part of the human imagination. They
are common and they are observed in all types of transplants, but in the case of the
hands they are much more conscious because it is the hands that are involved and
because of their aspect of visibility.
Even in the case of non-visible transplants, these fantasies can emerge abruptly.
Before receiving a bone marrow graft, a young boy wondered: “If the donor is a
girl, will I become a girl? But I think he is American and therefore I will be able to
speak American …”
This spectre of being controlled by the donor interrupts the reassuring and continuous sensation that we have of our own body and our bodily image. This image is
already seriously impaired by the loss of the hands. The transplant that is supposed
to repair it initially makes it even worse. There is in addition the idea of the debt
contracted to the donor and the vision of these strange hands that need to be appropriated. All these processes require mental elaboration and consequently the assistance of an experienced psychiatrist.
The hand transplant represents a major step in the history of transplants. I will not
myself offer any conclusion. I prefer to let a patient have the final word. He told me
one day: “This graft isn’t just life-saving. It’s much more. It’s life-giving.”
THE FACE TRANSPLANT
Our experience is limited to the sole case in France and the first in the world. This
was a woman whose lower part of the face had been torn away. She wore a surgical
mask permanently.
We were surprised by the ease with which the patient integrated and appropriated
the grafted face. It is true that during our long discussion some months before the
operation I had stressed these ideas of integration and appropriation.
Integration was perhaps a false problem because anything is better than no face at
all, so that the anticipated problems did not actually materialise: from the time of the
immediate postoperative period the patient had a face rather than a hole.
While it is the case for the hands that the challenge is principally functional, for
the face it is primarily aesthetic in the mind of the amputee. In fact, the functional
aspect also obviously exists but, mistakenly, appears subordinate.
The fantasy propounded in the media of living with “someone else’s face” did not
occur in the predicted traumatic way. I had insisted on two points:
– the grafted faced should be modelled on her personal osteomuscular structure;
– the result should not resemble either the donor’s face or the patient’s former face.
323
Gabriel Burloux
Finally, I talked in detail of the necessary mental appropriation that we had
observed in the case of hand grafts, which allowed a patient to make the grafted
hand his or her hand, involving the workings of the psyche with which we can help.
Everything happened in the best possible way and we must thank the patient for
her understanding and cooperation.
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