Hypersécrétion de mucus et maladie respiratoire chronique

L’hypersécrétion de mucus dans les voies respiratoires est un facteur important de morbidité et de mortalité chez de nombreux patients atteints de maladies pulmonaires chroniques graves, telles que la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), l’asthme et la mucoviscidose35. Un excès de mucus dans les voies respiratoires peut limiter le flux d’air ; et sa présence est un facteur de risque particulier pour les patients atteints de BPCO qui sont sujets aux infections thoraciques. La BPCO est une maladie inflammatoire chronique grave des voies respiratoires qui comprend trois affections, à savoir la bronchite chronique (hypersécrétion prolongée de mucus dans les voies respiratoires), la maladie des petites voies respiratoires et l’emphysème.36 Sa prévalence et son fardeau économique augmentent dans le monde entier.37,38 Dans la BPCO, les patients présentant une hypersécrétion chronique de mucus ont un risque significativement plus élevé d’hospitalisation et de décès que les patients sans composante bronchique marquée.39,40 Les traitements actuels de la BPCO sont palliatifs et n’arrêtent pas la progression de la maladie,41 et il n’existe pas de traitement spécifique pour l’hypersécrétion de mucus.42 En l’absence de traitement efficace pour tout aspect de la physiopathologie de la BPCO, le développement de traitements pour l’hypersécrétion de mucus est justifié. La capacité à éliminer le mucus des poumons, par le mouvement des cils des voies respiratoires, dépend de sa viscocité et de son élasticité. Ces propriétés sont déterminées par la proportion de glycoprotéines mucines, en poids, que le mucus contient.43 MUC5AC et MUC5B sont les principales mucines dans les sécrétions des voies respiratoires humaines normales et pathologiques.44 Chez les patients atteints de BPCO, les niveaux de mucines MUC5AC et MUC5B sont augmentés dans le mucus respiratoire, bien que proportionnellement plus de MUC5B soit sécrétée.45 Les mucines sont sécrétées dans les voies respiratoires par les cellules en gobelet dans l’épithélium et les glandes séromuqueuses dans la sous-muqueuse.43 Une possibilité pour inhiber la sécrétion de mucus est d’utiliser l’activité inhibitrice des endopeptidases de la neurotoxine clostridienne sur la fusion des vésicules, ciblée sur les cellules sécrétrices de mucine des voies respiratoires en utilisant un ligand de ciblage approprié.

Pour étudier si une endopeptidase clostridienne convenablement ciblée clivait les protéines SNARE dans les cellules épithéliales respiratoires humaines et inhibait ainsi la sécrétion de mucus, une protéine de fusion a été générée à partir d’un gène recombinant codant pour le domaine LHN de BoNT/C et EGF, désigné EGF-LHN/C, pour cibler les récepteurs d’EGF sur les cellules sécrétrices de mucine34. L’EGF a été choisi comme ligand prototype pour la création d’une telle protéine de fusion car les récepteurs de l’EGF sont présents sur les cellules épithéliales respiratoires humaines46,47 et sont régulés à la hausse dans l’épithélium des voies respiratoires des patients souffrant d’asthme et de BPCO48, ainsi que des fumeurs49. La protéine de fusion recombinante EGF-LHN/C a clivé la syntaxine, protéine SNARE pertinente, dans une lignée cellulaire muco-épidermoïde métastatique humaine, les cellules H292, in vitro, de manière concentration-dépendante.34 Le prétraitement des cellules H292 avec EGF-LHN/C inhibe la libération stimulée de mucine en réponse à un stimulus combiné d’EGF et de facteur de nécrose tumorale-α (TNFα) de manière concentration-dépendante, avec une CI50 d’environ 0,4 nM (Fig. 28-1). Ces résultats se comparent très bien à l’effet inhibiteur précédemment rapporté de EGF-LHN/C sur la libération stimulée de mucine par une autre lignée de cellules épithéliales respiratoires, la lignée de cellules alvéolaires humaines de type II A549, en réponse au même stimulus.34 Dans les deux types de cellules, il n’y avait aucun effet détectable de EGF-LHN/C sur le niveau basal de sécrétion de mucine. L’inhibition de la sécrétion de mucine par EGF-LHN/C est due à la libération ciblée de son activité endopeptidase par le récepteur d’EGF, et n’est pas le résultat d’une cytotoxicité cellulaire ou d’un antagonisme ou d’une régulation négative du récepteur34. EGF-LHN/C est également capable d’inhiber la libération stimulée de mucine par les cellules A549 en réponse à un cocktail stimulant de cytokines, une combinaison de 1 ng/mL d’interféron (IFN)-γ, de TNFα et d’interleukine (IL)-1β, appelée cytomix (Fig. 28-2). Ainsi, l’effet de l’EGF-LHN/C sur la libération stimulée de mucine par les cellules épithéliales respiratoires est indépendant de la nature précise du stimulus utilisé. L’examen histologique montre que la mucine est retenue à l’intérieur des cellules traitées (Fig. 28-3). Les cellules témoins contiennent de la mucine intracellulaire colorée, alors que les cellules stimulées présentent une coloration nettement réduite, indiquant une sécrétion de mucine. Les cellules stimulées prétraitées par EGF-LHN/C présentent une coloration intracellulaire conservée, ce qui indique une inhibition de la sécrétion par EGF-LHN/C. Pour évaluer la réponse des cellules à cette rétention intracellulaire de mucine, l’effet du prétraitement par EGF-LHN/C sur les niveaux d’ARNm de MUC5AC a été mesuré comme indicateur de la synthèse de mucine. Le prétraitement par EGF-LHN/C est associé à une inhibition concentration-dépendante de l’expression de l’ARNm de MUC5AC induite par EGF-TNFα, avec une valeur IC50 de ∼0,1 nM (Fig. 28-4). Comme pour l’inhibition de la libération de mucine stimulée par les cellules, cet effet d’EGF-LHN/C est dû à la libération ciblée de son activité endopeptidase par le récepteur de l’EGF, car ni un LHN/C dépourvu d’un ligand de l’EGF pour le cibler sur le récepteur de l’EGF ni une forme mutée de la protéine de fusion dans laquelle le domaine endopeptidase a été inactivé par des changements de trois résidus dans la région catalytique (EGF-TE-LHN/C) n’inhibent l’expression de l’ARNm MUC5AC. Cet effet de l’EGF-LHN/C sur l’expression de l’ARNm de MUC5AC suggère l’existence d’un possible mécanisme de rétroaction négative entre la libération de mucine et la synthèse de mucine dans les cellules épithéliales respiratoires, et également que l’expression du gène se régule à la baisse en réponse à l’inhibition de la sécrétion par une endopeptidase clostridienne recombinante.

Les protéines de fusion d’endopeptidase clostridienne recombinante qui peuvent inhiber la sécrétion de mucus, comme l’illustre l’EGF-LHN/C, ont le potentiel d’être développées en tant que protéines thérapeutiques pour le traitement de la BPCO, de la bronchite chronique, de la mucoviscidose et d’autres affections respiratoires chroniques impliquant une production excessive de mucus dans les voies respiratoires. La longévité de l’activité de la protéine signifierait que le produit ne devrait être inhalé que rarement, ce qui le rend bien adapté au traitement des maladies respiratoires chroniques de ce type.