Les biomarqueurs pour un diagnostic précoce d’arthrose

L’objectif est de pouvoir diagnostiquer précocement l’arthrose chez un chien. L’intérêt de cet outil diagnostique serait de mettre en place un traitement le plus tôt possible et d’en évaluer l’efficacité afin de limiter la progression de la maladie, la douleur et les troubles locomoteurs chroniques consécutifs.

Limites pratiques

→ Le biomarqueur doit idéalement être spécifique du cartilage articulaire et de l’arthrose. Les domaines reconnus par les anticorps utilisés dans les tests Elisa sont spécifiques du cartilage articulaire, suggérant que les résultats obtenus sont fiables [11]. De plus, même si l’augmentation du métabolisme du collagène II est notée lors de maladies articulaires aiguës (comme l’arthrite rhumatoïde), les signes cliniques associés permettent d’orienter le diagnostic en faveur d’un processus arthrosique.

→ De plus, le biomarqueur doit être sensible aux modifications du cartilage articulaire consécutives à la progression de l’affection, permettre d’établir un pronostic et donner une valeur prédictive sur l’évolution de la maladie [3].

→ La faible concentration en marqueurs dans les liquides biologiques représente une limite importante. Le cartilage articulaire endommagé ne représente en effet qu’une infime partie du cartilage corporel qui se situe en majorité à la colonne vertébrale et à la cage thoracique. Il convient de tenir compte du phénomène de dilution et de dégradation des métabolites lors de leur élimination ainsi que du nombre d’articulations atteintes [2]. Dans certaines affections, notamment du coude ou des hanches, l’arthrose est souvent bilatérale. Au niveau du liquide synovial, les variations de concentration obtenues (effet de dilution) sont dues à l’influence de facteurs extrinsèques et intrinsèques (^tableau).

Biomarqueurs de l’accélération du turn-over cartilagineux

Biomarqueurs dérivés du collagène de type II

→ Synthétisé par les chondrocytes, le collagène II est le composant majeur du cartilage articulaire. Il est responsable, par sa résistance à la compression, de l’intégrité du cartilage. Lors de la phase précoce d’arthrose, le turn-over cartilagineux, notamment celui du collagène de type II, est accéléré par la multiplication des chondrocytes et l’augmentation de leur métabolisme basal. C’est l’événement clé de l’ostéoarthrose débutante. La présence plus ou moins importante de ses métabolites, notamment les propeptides C et N, permet donc d’estimer le degré de synthèse du collagène II.

→ Lors de la synthèse du collagène de type II, des propeptides issus du clivage de la partie N-terminale du procollagène sont libérés dans le liquide synovial, présents en deux isoformes : PIIANP et PIINP (produits uniquement par les chondrocytes matures) (^figure). Au sein d’une articulation arthrosique, le ratio entre ces deux isoformes s’inverse en faveur du PIIANP, suggérant une activation des chondrocytes immatures [3]. Des tripropeptides-C (PIICP) issus du clivage de la partie C-terminale du procollagène sont également libérés dans le liquide synovial, puis dans la circulation sanguine. La détection du PIICP dans la synovie s’effectue par test Elisa et son augmentation est décelable avant tout signe radiologiquement visible. En raison du temps de demi-vie relativement court du PIICP (16 heures dans le cartilage), son augmentation dans le liquide synovial indique une synthèse récente de collagène de type II [3].

Biomarqueurs non collagéniques

→ La chondroïtine sulfate (CS) est un glycosaminoglycane (GAG) sulfaté avec une structure constitutive et tridimensionnelle particulière. Il présente les néo-épitopes 3B3(-) et 7D4 caractéristiques du cartilage articulaire pendant la phase précoce d’arthrose. Ces épitopes ne sont pas présents chez un chien sain. Un test Elisa utilisant des anticorps monoclonaux permet, par réaction colorimétrique, de doser la CS [9]. De nombreux auteurs s’accordent pour dire que ces néo-épitopes de CS, signes d’une augmentation du turn-over cartilagineux, pourraient être des biomarqueurs d’arthrose précoce [2, 9].

Biomarqueurs de la dégradation du cartilage articulaire

Marqueurs du catabolisme du collagène de type II

→ Les produits de la dégradation du collagène de type II pourraient être de potentiels marqueurs de la destruction du cartilage articulaire. De part sa conformation, le collagène est très résistant à la protéolyse : la plupart des sites de clivages enzymatiques se retrouvent protégés à l’intérieur de la structure. Le turn-over du collagène est provoqué par des enzymes : les MMP (métalloprotéinases matricielles).

→ Au niveau des articulations instables, l’expression des MMP collagénolytiques augmente par feed-back positif jusqu’à un déséquilibre en faveur de la destruction du collagène de type II. La dégénérescence articulaire s’installe alors progressivement. Les différents néo-épitopes issus du clivage du collagène de type II sont classés en trois groupes.

→ Pour les télopeptides : CTXII (C-télopeptide du collagène II), les résultats obtenus sont concluants. Le CTXII peut donc être considéré comme un biomarqueur d’arthrose précoce [11].

→ En ce qui concerne les néo-épitopes localisés au site de clivage des collagénases : Col2-3/4C_{long mono} ou C2C, le C2C est effectivement un marqueur d’arthrose, mais il est impossible d’affirmer que son augmentation dans la synovie signe une arthrose débutante [11, 13].

→ Pour les néo-épitopes issus de la dénaturation de la triple hélice : Coll2-1, Coll2-1NO2, actuellement, les recherches n’ont donné des résultats significatifs qu’en médecine humaine. Il conviendrait de doser Coll2-1 et Coll2-1NO2 dans le sérum, l’urine et la synovie chez les chiens arthrosiques et sains afin de vérifier s’ils sont de potentiels biomarqueurs d’arthrose débutante [5, 6, 7].

Marqueurs non collagéniques

→ Au sein de la matrice extracellulaire, les protéoglycanes (PG) sont les premiers composants à subir une lyse lors d’instabilité articulaire. La perte en PG est la caractéristique physiopathologique principale lors de la phase précoce d’arthrose conduisant à une diminution de la capacité du cartilage à absorber l’énergie mécanique subie par l’articulation instable. Le dosage des PG dans les liquides biologiques est réalisé par méthode colorimétrique au bleu de méthylène ou au bleu alcian (coloration des liaisons covalentes entre les GAG). Une augmentation de la teneur en GAG dans le liquide synovial ou le sérum indique un phénomène inflammatoire articulaire. Cependant cette méthode est non spécifique du catabolisme des PG [4].

Le dosage en kératane sulfate (KS) dans le liquide synovial n’est pas un biomarqueur utile pour la détection précoce ou pour évaluer la sévérité du phénomène arthrosique, mais pourrait être intéressant pour un monitoring postchirurgical [2].

→ La COMP (cartilage oligomeric matrix protein) est une protéine qui a probablement un rôle dans l’assemblage et la stabilité du réseau collagénique, notamment dans la formation de liaisons covalentes entre les fibres de collagène de type II. Un test Elisa compétitif utilisant l’anticorps 17-C10 permet de doser les COMP dans le sérum et la synovie. Lors d’arthrose débutante, la synovite aiguë associée entraîne une synthèse accrue de COMP sous l’effet d’une stimulation par le facteur de croissance TGF-β [4, 12].

L’augmentation du taux de COMP dans le sérum et la synovie peut être un indicateur de changements pathologiques relatifs à une détérioration de la matrice cartilagineuse. Cependant, la corrélation entre la concentration en COMP et le stade pathologique a seulement été étudiée chez une population restreinte d’individus [12].

→ Le déséquilibre en faveur des cytokines pro-inflammatoires (principalement IL-1 β) est responsable d’une synthèse accrue en enzymes protéolytiques (MMP-1, MMP-3) d’où une augmentation du catabolisme cartilagineux. De plus, les enzymes libérées in situ par les macrophages et les synoviocytes joueraient un rôle majeur dans l’initiation de la lyse articulaire et activeraient, par feed-back positif, leur synthèse par les chondrocytes, amplifiant ainsi le phénomène [2].

Les études montrent que la stromélysine est un biomarqueur potentiel d’arthrose débutante.

Conclusion

La composition du liquide synovial reflète l’état pathologique de l’articulation en question, alors que la concentration en marqueurs cartilagineux dans le sérum ou l’urine reflète plutôt le turn-over cartilagineux global des articulations. Ainsi, le dosage de biomarqueurs à partir de ponction synoviale semble être la technique diagnostique retenue, pour autant que la ponction soit facilement réalisable (coude, grasset).

Il est peu probable que le dosage d’un seul biomarqueur présentant tous les critères de sélection cités soit mis au point pour établir un diagnostic précoce. En revanche, un kit associant le dosage de plusieurs marqueurs métabolisés à des stades différents pourrait l’être.