Activité mitochondriale et myostéatose dans la cachexie des cancers des voies aérodigestives supérieures (MYOMEC)

La dénutrition se caractérise par un bilan énergétique négatif dû à une perte musculaire squelettique profonde, elle-même secondaire à la réduction des apports et à des anomalies métaboliques aggravant la perte de poids. La sarcopénie se définit comme la perte de masse musculaire, dont les conséquences sont une diminution de la force musculaire et des performances physiques. La cachexie, identifiée dans de nombreuses maladies chroniques (insuffisance rénale, insuffisance cardiaque, diabète, BPCO), est le résultat d'un déséquilibre entre protéolyse et protéogenèse et peut être défini comme un syndrome multifactoriel caractérisé par une perte de poids résultant principalement d'une perte de masse maigre, en particulier de masse musculaire, qui n'est pas réversible par un apport nutritionnel adéquat et qui entraîne des anomalies fonctionnelles.

Les cancers de la sphère ORL représentent environ 15 % de l'ensemble des cancers chez l'homme et 2 % chez la femme. Elles concernent majoritairement des sujets entre 45 et 70 ans avec un rôle prédominant de l'intoxication éthylo-tabac. Les patients atteints de cancers des voies aéro-digestives supérieures sont particulièrement sujets à la dénutrition de la part de la tumeur elle-même mais aussi du contexte (intoxication éthylo-tabac, sédentarité, mauvais état général), localisation tumorale impliquant une réduction des apports (obstruction mécanique, anorexie , douleur), mais aussi après traitement (chimiothérapie, radiothérapie, chirurgie).

La cachexie cancéreuse affecte environ 80 % des patients atteints d'un cancer avancé et a un impact sur leur pronostic en augmentant la morbidité et la mortalité, une diminution de la tolérance et de la réponse au traitement, une diminution de la qualité de vie et une diminution de la survie. Son pronostic dépend de l'importance de la perte de masse musculaire. Il est généralement rapporté chez un patient ayant une perte de poids supérieure à 5% de son poids initial au cours des 6 derniers mois, avec 3 stades décrits : stade de pré-cachexie, stade de cachexie propre, stade de cachexie réfractaire. Il se caractérise, entre autres, par le développement d'une inflammation systémique et de lignées cellulaires tumorales et il a été démontré que les cellules tumorales de patients cancéreux produisent des cytokines pro-inflammatoires (IL-6, IL-8).

La perte de masse musculaire squelettique, jusqu'à 75 % en cas de dénutrition sévère, est liée à une accélération du catabolisme musculaire et à une altération de l'anabolisme des protéines musculaires, médiée par des signaux tumoraux importants et entraîne une diminution de l'état performans, une diminution de la survie globale, une augmentation dans la susceptibilité à la toxicité de la chimiothérapie et l'augmentation de l'exposition aux séjours hospitaliers de longue durée.

Cette perte musculaire est le résultat d'une augmentation du phénomène de protéolyse mais aussi d'une diminution de la synthèse protéique. Les principales voies protéolytiques sont la voie calpaïne-calcium-dépendante, la voie lysosomale et la voie ubiquitine-protéasome-ATP. Plusieurs études ont montré l'activation de ces voies protéolytiques dans la cachexie cancéreuse. Parmi ces voies protéolytiques, la voie ubiquitine-protéasome-ATP-dépendante semble être la plus impliquée dans la cachexie cancéreuse. Cette voie protéolytique est médiée par 2 ubiquitine ligases spécifiques du muscle squelettique, MAF-Box et MURF1, largement surexprimées dans de nombreux modèles d'atrophie musculaire et de cachexie cancéreuse. D'autre part, le facteur de croissance IGF1 est un facteur anabolisant connu qui active la protéosynthèse via la voie de signalisation PI3K/Akt/mTOR. La diminution de l'expression d'IGF1 dans le muscle squelettique est observée dans des modèles expérimentaux de cachexie cancéreuse. Des études ont montré que certains facteurs d'origine tumorale peuvent contribuer à la cachexie cancéreuse dans certains modèles animaux.

2 facteurs ont particulièrement retenu l'attention des scientifiques ces dernières années, le facteur ZAG (Zinc alpha 2 glycoprotéine), véritable facteur de mobilisation des lipides chez l'homme, surexprimé dans le foie et le tissu adipeux et le PIF (protéoglycane identifié dans les cellules tumorales d'adénocarcinome murin de souris qui serait responsable de la fonte musculaire induite par l'activation de la voie protéolytique ubiquitine-protéasome-ATP-dépendante. Des travaux plus récents suggèrent que la myostatine et l'activine A, deux membres de la superfamille des TGFβ, pourraient contribuer à la cachexie, en particulier l'atrophie musculaire, induite par certains cancers.

La perte adipeuse est un syndrome précoce dans le développement de la cachexie cancéreuse et est corrélée négativement avec l'espérance de vie du patient. Les premières études sur cette fonte adipeuse ont révélé un manque de stockage des triglycérides dans le tissu adipeux. Le stockage des triglycérides est réalisé par l'action de la lipoprotéine lipase. Il existe majoritairement dans le tissu adipeux et hydrolyse les lipoprotéines circulant dans le sang, permettant ainsi la captation des acides gras par les adipocytes et le stockage des réserves adipeuses. Le développement de la tumeur induirait une diminution de l'expression génique et de l'activité de la lipoprotéine lipase via l'action de cytokines inflammatoires. Cependant, les recherches actuelles semblent démontrer que la fonte adipeuse observée dans la cachexie cancéreuse s'explique principalement par une augmentation de la lipolyse (montrée indirectement par une augmentation de la concentration plasmatique en acides gras chez les patients cachectiques atteints d'un cancer gastro-intestinal). .

La lipolyse, via la lipase hormono-sensible (LHS) et la lipase monoglycéride (MGL), permet l'hydrolyse des triglycérides en diglycérides et des diglycérides en monoglycérides eux-mêmes dégradés en acides gras libres et en glycérol. La lipase triglycéride spécifique du tissu adipeux (TGLA) a été récemment découverte et a un rôle redondant par rapport à celui de la LHS. Les études de Cao et al. ont montré que l'activation de LHS par les catécholamines pouvait constituer un mécanisme de régulation de la lipolyse au cours de la cachexie cancéreuse. . Une altération des TGLA et LHS serait également responsable d'une accumulation de DAG et TAG dans le muscle de souris cancéreuses. Une étude récente a montré que l'invalidation de TGLA et LHS dans 2 modèles de cachexie induite par injection de cellules de carcinome pulmonaire de Lewis ou de cellules de mélanome B16 induisait une résistance au développement de la cachexie en limitant la perte adipeuse et musculaire. L'inflammation systémique développée au cours de la cachexie cancéreuse pourrait également induire une augmentation de la résistance à l'insuline via le TNFalpha. Le TNFalpha pourrait inhiber l'expression de la périlipine A, une protéine exprimée à la surface des gouttelettes lipidiques adipocytaires, qui joue un rôle majeur dans l'intégrité du tissu adipeux puisqu'elle limite l'accès des enzymes impliquées dans la lipolyse à la gouttelette lipidique. Une diminution de l'expression de la périlipine A induirait une augmentation de la lipolyse. De plus, une étude de Stephens et al. en 2011 ont conclu que le nombre et la taille des gouttelettes lipidiques intramusculaires sont augmentés en présence de cancer et augmentent également avec la perte de poids/la perte de graisse adipeuse dans d'autres compartiments du corps.

La myostéatose, un dépôt graisseux pathologique dans le muscle squelettique, est une autre caractéristique de la composition corporelle, en plus de la faible masse musculaire, qui est associée au mauvais pronostic de la maladie cancéreuse, en particulier une diminution de la survie globale et il a été récemment montré que le muscle des patients cancéreux contient d'autant plus de tissu adipeux qu'un amaigrissement sévère. Plusieurs études ont montré que la myostéatose est associée à une augmentation de la résistance à l'insuline et donc à une diminution de la protéolyse via l'inhibition du transport des acides aminés par l'insuline. La teneur en graisse du muscle peut être étudiée de manière indirecte et non invasive sur la base que le tissu adipeux atténue typiquement le rayonnement qui lui est appliqué. . La valeur des mesures d'atténuation est déterminée par la vitesse à laquelle le rayonnement traverse le tissu et est exprimée en unités Hounsfield (HU). Les valeurs d'atténuation du muscle et du tissu adipeux ont été définies entre -190 et -30 UH.

L'affaiblissement du rayonnement dans le muscle était bien corrélé avec la teneur en graisse des muscles. . Ainsi, les valeurs HU définies par le scanner peuvent refléter le degré de tissu adipeux intramusculaire et sont utilisées pour catégoriser le muscle de normal ou exposé à la myostéatose. La faible masse musculaire et l'affaiblissement du rayonnement dans les muscles témoignent d'un degré élevé de myostaatose et ont été identifiés comme un facteur pronostique indépendant pour la survie globale et la mortalité chez les patients cancéreux, respectivement. . La comparaison du métabolisme musculaire chez les sujets obèses et normopondés a montré une abolition de la synthèse protéique en réponse à l'insuline notamment au niveau des mitochondries musculaires chez les sujets en surpoids. Fait intéressant, le renouvellement des protéines musculaires était inversement corrélé à la masse grasse. Une telle observation pose la question de la possibilité d'un effet délétère de la masse grasse sur la synthèse protéique. L'hypothèse de cette lipotoxicité a été confirmée par un travail réalisé chez le rat qui a montré que la synthèse des protéines musculaires est ralentie lorsqu'il y a infiltration de graisse dans le muscle

Au niveau cellulaire, le métabolisme est gouverné par les mitochondries qui fournissent 90% de notre énergie sous forme d'ATP. Cette énergie est synthétisée au sein de la phosphorylation oxydative, constituée de 2 entités (la chaîne respiratoire et l'ATP synthase) et qui permet la conversion, en eau et en ATP, des équivalents réduits issus des réactions de déshydrogénation (et de décarboxylation) des nutriments énergétiques, dans le présence de dioxygène (O2) et d'ADP, selon la théorie du couplage chimiosmotique . Le découplage de la phosphorylation oxydative peut être impliqué dans la perte de poids involontaire. Les travaux de Romestaing et al. Ont montré que la perte de poids consécutive au développement d'une stéatose était associée à une diminution du rapport ATP/O2. Des dysfonctionnements mitochondriaux pourraient donc avoir un effet direct sur la dégradation des protéines observée lors de la cachexie cancéreuse. De plus, l'inflammation systémique causée par le développement de la tumeur peut également affecter la bioénergétique mitochondriale.

Les travaux de Hochwald et al. ont été parmi les premiers à suggérer une altération du métabolisme mitochondrial musculaire en démontrant une diminution de la concentration en ATP dans les gastrocnémiens de rats atteints de sarcome MCA. Les travaux récents de Constantinou et col. a confirmé cette hypothèse en démontrant in vivo par résonance magnétique nucléaire (RMN) 31P une diminution du taux de synthèse d'ATP sur le membre inférieur de souris atteintes de carcinome pulmonaire de Lewis par rapport à ses souris saines. Ces travaux ont suggéré une diminution de la capacité à synthétiser l'ATP au cours de la cachexie cancéreuse grâce à des protéines de découplage telles que UCP3. Cette diminution de la synthèse d'ATP pourrait aussi s'expliquer par des altérations du fonctionnement de la chaîne respiratoire mitochondriale.

Julienne et coll. en 2012 a étudié l'activité mitochondriale des muscles squelettiques dans des modèles murins de cachexie cancéreuse basée sur le rapport ATP/Oxygène et a conclu que les capacités oxydatives mitochondriales musculaires étaient réduites en diminuant l'activité du complexe IV, responsable de la perte musculaire et de l'accumulation d'acides gras libres dans muscle (myostéatose) car moins oxydé par les mitochondries. Ils ont également observé que l'expression de MURF1 et de MAF-Box (ligases protéolytiquement actives) était augmentée dans le muscle de rats atteints de cancers.

La cachexie cancéreuse touche environ 80 % des patients atteints d'un cancer avancé et augmente leur pronostic en augmentant leur morbidité et leur mortalité. Elle se définit comme une perte de masse maigre notamment musculaire résultant d'un déséquilibre entre la protéolyse et la protéogenèse. Il a été montré que la présence de cancer dans le modèle murin favorise le développement de la myostéatose, qui est liée, entre autres, à une altération des lipases musculaires et à une diminution de l'activité mitochondriale, dont la conséquence est une diminution de l'oxydation par ce dernier d'acides gras libres qui s'accumuleraient par conséquent dans le muscle de souris atteintes de cancer. On sait que cette myostéatose alors induite est responsable d'une résistance à l'insuline participant à une diminution de la protéogenèse et donc à la perte de poids.

L'objectif principal ici est de confirmer cette même hypothèse chez l'homme en étudiant l'influence de la cachexie sur l'activité mitochondriale musculaire comme marqueur de la myostéatose chez des patients atteints de cancer des voies aériennes supérieures, cachectiques ou non, et témoins non cachectiques.

Les patients seront recrutés en ORL et Chirurgie cervico-faciale au CHU Gabriel Montpied à Clermont-Ferrand.

Inclusion des patients dans 2 groupes :

• Groupe K+ : cancer des voies aérodigestives supérieures avec ou sans cachexie
• Groupe K- : absence de cancer et absence de cachexie Les modalités de recrutement pour le groupe K+ se feront par une Réunion de Concertation Pluridisciplinaire (RCP) dont la décision est une chirurgie exclusive ou non exclusive. Avant la réalisation du protocole, lors de la consultation préopératoire, une fiche d'information est remise au patient et un consentement éclairé en 2 exemplaires est signé après un délai de réflexion du patient de 7 jours.

A l'inclusion, la veille de l'intervention, les patients bénéficient d'une double évaluation générale et nutritionnelle :

• Recueil des données épidémiologiques : âge, antécédents médicaux et chirurgicaux (insuffisance cardiaque, insuffisance rénale, insuffisance respiratoire, BPCO, coronaropathie), intoxication éthylique (gramme/jour), intoxication tabagique (colis/an), traitement habituel, caractéristiques tumorales pour groupe K+ (type histologique, localisation, stade tumoral, nature du traitement), indication et nature de la chirurgie pour le groupe K-, programme de renutrition pré-opératoire pour le groupe K+ (compléments alimentaires, alimentation entérale ou parentérale)
• Évaluation nutritionnelle clinique : poids corporel (kg), perte de poids au cours des 6 derniers mois (kg), taille (m), indice de masse corporelle (IMC en kg/m²) (NPH), Short Physical Performance Battery (SPPB), mesure de la force musculaire par dynamométrie (Newton), Impédancemétrie (indice Kyle, indice Janssen)
• Évaluation morphologique myostéatosique et nutritionnelle par, respectivement, l'Unité de Hounsfield et l'Indice de Masse Musculaire au niveau L3 (cm²/m²) par tomodensitométrie abdominale pour le groupe K+ (réalisée dans le bilan d'imagerie d'extension du cancer)

Les patients bénéficieront de 4 prélèvements biologiques lors de la chirurgie envisagée (chirurgie carcinologique pour le groupe K+, chirurgie cervicale pour le groupe K-) :

• Réaliser une biopsie musculaire du muscle SCOM avec un volume total d'environ 300 mg, sans recourir à un acte invasif supplémentaire. Ce prélèvement est immédiatement divisé en 6 échantillons et placé dans un réservoir d'azote liquide pour transport vers le lieu de stockage. Il sera ensuite congelé à -80°C.
• Réalisation d'un prélèvement sanguin selon les conditions suivantes : 1 tube sec, 1 tube EDTA et 2 tubes secs pour la biochimie Le tube sec et le tube EDTA seront immédiatement mis en glace pour le transport vers le site de stockage. Il sera ensuite immédiatement centrifugé puis congelé à -80°C. Les deux tubes secs pour la biochimie seront transmis au laboratoire de biochimie du CHU Gabriel-Montpied.
• Réaliser une biopsie tumorale d'un volume total d'environ 200 mg sans recourir à une procédure invasive supplémentaire. Ce prélèvement est immédiatement divisé en 4 échantillons et placé dans un réservoir d'azote liquide pour transport vers le lieu de stockage. Il est ensuite congelé à -80°C (uniquement pour le groupe K+).