Rôle de l'uropontine dans la lithogénèse des calculs oxalocalciques

25 juin 2002

Mots clés : Uropontine, ostéopontine, calcul oxalocalcique.
Auteurs : PAULHAC P., DESGRANDCHAMPS F., DUMAS J-P., TEILLAC P., LE DUC A., COLOMBEAU P.
Référence : Prog Urol, 2002, 12, 114-117
La formation des calculs d'oxalate de calcium passe par quatre phases : une phase de nucléation, une phase de croissance, une phase d'agrégation et une phase de rétention. La formation des calculs est un phénomène complexe et multifactoriel qui fait intervenir entre autres facteurs les protéines. Parmi les protéines, certaines jouent un rôle inhibiteur, d'autres jouent un rôle promoteur. Nous étudions ici le rôle de l'uropontine.
L'uropontine est la forme urinaire de l'ostéopontine. L'ostéopontine est essentiellement impliquée dans la minéralisation du tissu osseux. L'uropontine est sécrétée dans le rein par les cellules épithéliales du tube contourné distal et de l'anse de Henlé. L'uropontine a d'une part une action inhibitrice sur les quatre phases de la formation des cristaux d'oxalate de calcium et d'autre part elle est un des principaux constituants de la matrice des calculs oxalocalciques. Lorsque l'on diminue l'expression de l'uropontine dans les cellules épithéliales cela entraïne une diminution de la formation des calculs d'oxalate de calcium.
L'uropontine est une protéine largement impliquée dans la lithogénèse des calculs urinaires mais son mode d'action n'est pas encore parfaitement élucidé.



Le mécanisme essentiel de la formation des calculs est l'excès de concentration des urines en composés peu solubles, conduisant à la précipitation de cristaux, puis à leur agglomération sous forme de calcul. La formation des calculs passe, schématiquement, par quatre étapes :

a) la formation de germes cristallins ou nucléation

b) la croissance des cristaux

c) l'agrégation des cristaux, aboutissant à la formation de particules de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres

d) la fixation des cristaux à l'épithélium ou rétention

La nucléation, la croissance et l'agrégation des cristaux ne peuvent se produire que dans les urines sursaturées dans les solutés correspondants.

L'oxalate de calcium est la phase majoritaire des calculs urinaires. Dans la lithiase oxalocalcique, le mécanisme de la lithogénèse est multifactoriel et complexe. Il fait intervenir un déséquilibre entre une concentration excessive en solutés promoteurs et une teneur insuffisante en substances inhibitrices.

Les urines des sujets normaux sont souvent sursaturées par différents sels de calcium, notamment l'oxalate de calcium, bien qu'ils ne forment pas de calculs. Ceci suggère que la sursaturation est contrebalancée par la présence de substances s'opposant à la formation des cristaux dans l'urine, désignées sous le nom d'inhibiteurs de la cristallisation.

Les substances inhibitrices actuellement connues peuvent être classées en deux catégories [2] :

- les inhibiteurs de faible poids moléculaire dont les trois principaux sont les ions magnésium, pyrophosphate et citrate.

- Les inhibiteurs macromoléculaires sont de type protéique. Les principaux sont la néphrocalcine, la protéine de Tamm-Horsfall, le fragment de la prothrombine, l'uropontine, la lithostatine rénale.

Nous nous limitons dans cet article à une mise au point sur le rôle de l'uropontine dans la lithogénèse des calculs oxalocalciques.

SHIRAGA a abordé l'identification d'inhibiteurs en préparant des anticorps monoclonaux à partir de rats immunisés avec le pic inhibiteur principal de l'urine humaine [22]. Un de ces anticorps a été utilisé pour purifier par immuno-affinité une protéine d'environ 50 kDa très riche en acide aspartique et qui inhibe la croissance de l'oxalate de calcium. Cette protéine présente une homologie de séquence primaire avec l'ostéopontine (OPN), elle a été pour cela appelée uropontine (UPN). L'UPN est donc la forme urinaire de l'OPN.

L'OPN est principalement impliquée dans les processus de minéralisation du tissu osseux, et de façon plus générale, la sécrétion d'OPN peut être mise en évidence dans une grande variété de cellules épithéliales luminales bronchiques, intestinales ou biliaires par exemple [3]. L'OPN y est impliquée dans les mécanismes de réactions inflammatoires, de cicatrisation tissulaire, et de tumorigénèse [20]. L'OPN peut induire le chimiotactisme et l'adhésion des macrophages [11] : l'injection sous-cutanée d'OPN chez la souris provoque un infiltrat macrophagique [24]. L' OPN joue un rôle dans la calcification des valves cardiaques [21]. L'OPN a la propriété de se lier spécifiquement aux ions calcium [23].

La séquence de l'OPN a été déterminée chez l'homme et dans plusieurs espèces animales dont le rat. Il s'agit d'une protéine de 298 acides aminés contenant une séquence centrale GLY-ARG-GLY-ASP-SER (GRGDS), impliquée dans l'adhésion cellulaire et reconnue par de nombreuses intégrines cellulaires notamment alpha-v, béta-3 [4, 31]. L'OPN de l'homme et celle du rat partagent 40% d'homologie [4].

Dans l'appareil urinaire, l'OPN est présente sous la forme d'UPN. Elle est sécrétée par les cellules épithéliales de l'anse de Henlé et du tube contourné distal [3, 35]. Une sécrétion d'UPN a également été mise en évidence dans l'épithélium vésical, prostatique et épididymaire [3].

L'UPN est une glycoprotéine chargée négativement dont l'activité inhibitrice a été évoquée par de nombreux auteurs [1, 2, 6, 9, 12, 27, 28, 29].

LIESKE a montré que l'UPN agirait au niveau de la phase de rétention des cristaux : elle modifierait les interactions entre les cristaux d'oxalate de calcium et les cellules épithéliales rénales par inhibition de l'adhésion des cristaux à la surface des cellules [14, 16]. HOYER et d'autres auteurs ont montré sur des modèles in vitro que l'UPN aurait plutôt une action inhibitrice sur la phase de croissance des cristaux d'oxalate de calcium monohydraté [1, 9, 22, 25, 29]. WORCESTER et ASPLIN ont par ailleurs montré un effet inhibiteur de l'UPN sur la phase de nucléation des cristaux d'oxalate de calcium [1, 27, 28, 29]. Enfin, ASPLIN a également décrit une action inhibitrice de l'UPN sur la phase d'agrégation des cristaux d'oxalate de calcium [1].

Il semble que l'action inhibitrice de l'UPN s'exerce sur les quatre phases de la formation des calculs.

D'un point de vue biologique, la concentration urinaire moyenne pour laquelle l'UPN a un effet inhibiteur est de 6 à 8 µg/ml chez le rongeur [28]. Cette concentration efficace d'UPN est de 1,9 µg/ml chez l'homme, et varie inversement avec le volume d'urine [18]. Cette variation inverse entre le volume urinaire et la concentration d'UPN est une caractéristique physiologique qui plaide en faveur du rôle inhibiteur de l'UPN [18].

Dans les situations pathologiques expérimentales chez le rat Sprague-Dawley rendu hyperoxalurique par ingestion d'éthylène glycol et de chlorure d'ammonium, l'apparition dans les tubules de calculs d'oxalate de calcium s'accompagne parallèlement d'une élévation de la sécrétion d'UPN par les cellules épithéliales rénales [10, 13, 17, 30]. De la même façon, l'adjonction de cristaux d'oxalate de calcium monohydraté sur des cellules épithéliales rénales en culture entraine une surexpression du gène codant pour l'UPN dans ces cellules épithéliales [15]. De nombreux états de néphrite chronique s'accompagnent également d'une augmentation de la sécrétion tubulaire d'UPN, notamment les néphropathies induites par la cyclosporine [19] ou l'obstruction urétérale chronique [5].

D'autre part, WESSON a mis en évidence sur une étude in vitro que l'UPN peut modifier la structure des cristaux d'oxalate de calcium en favorisant la formation des cristaux d'oxalate de calcium dihydraté au dépend des cristaux d'oxalate de calcium monohydraté [26]. Cette constatation indique pour l'auteur que le pouvoir inhibiteur de l'UPN s'exerce dans la phase d'attachement des cristaux en favorisant la formation de cristaux de structure différente qui adhèrent moins aux cellules épithéliales. Il a également été montré chez l'homme, le chien et le rat que l'uropontine était l'un des principaux constituant de la matrice protéique des calculs d'oxalate de calcium monohydraté [9, 17, 29, 32]. Mais l'UPN est peu présente dans la matrice des calculs d'oxalate de calcium dihydraté, dans les calculs de brushite et d'hydroxyapatite [7, 15]. La présence d'UPN dans la matrice des calculs d'oxalate de calcium est-elle liée à un phénomène actif où l'UPN interviendrait comme un constituant architectural de la matrice ou bien s'agit-il d'un phénomène passif où le pouvoir inhibiteur de l'UPN serait dépassé par l'abondance de cristaux [9, 17]? La réponse à cette question n'est pas encore connue.

Chez le rat hyperoxalurique, l'utilisation de substances réduisant l'expression tissulaire de l'UPN comme le takusha entraine une diminution significative de la formation des calculs d'oxalate de calcium [34]. De la même façon, l'utilisation d'une protéine antisens qui inhibe l'expression de l'UPN dans des cellules épithéliales rénales de chien est responsable d'une diminution importante de l'incorporation du calcium dans les calculs [32]. Enfin, dans un travail récent, YASUI a indiqué que parmi les protéines influant sur la lithogénèse oxalocalcique, l'UPN favoriserait la formation des calculs d'oxalate de calcium tandis que la protéine matricielle Gla (matrix Gla protein) inhiberait cette cristallisation [33].

En fait, la revue de la littérature indique que l'uropontine est un acteur incontournable dans la lithogénèse oxalocalcique. Cependant le mode d'action de l'UPN fait l'objet de controverse.

En effet, cette protéine semble d'une part jouer un important rôle inhibiteur sur les quatre phases de la formation des calculs [1, 9, 12, 14, 22, 29] et d'autre part elle est présente dans une large proportion dans la matrice des calculs et la suppression de son expression tissulaire entraine une diminution de la formation des calculs [9, 17, 26, 33, 34]. L'UPN a-t-elle une dualité d'action comme la protéine de Tamm-Horsfall qui a la faculté d'une polymérisation réversible en fonction du pH urinaire et qui à un pH de 7,2 est un puissant inhibiteur de l'agrégation des cristaux d'oxalate de calcium alors qu'à un pH de 5,7 elle perd ce pouvoir inhibiteur? Ou alors l'UPN est-elle effectivement un inhibiteur puissant de la formation des calculs d'oxalate de calcium mais dont l'action pourrait être dépassée en cas de d'excès de cristaux d'oxalate de calcium?

HOYER apporte peut-être un début de réponse à ces questions. Ses travaux les plus récents montrent que l'UPN peut se présenter sous différentes formes moléculaires : la forme phosphorylée de l'UPN possède une action inhibitrice sur la phase de croissance des cristaux d'oxalate de calcium monohydraté mais n'inhibe pas la phase d'agrégation [8]. Cette forme moléculaire de l'UPN n'inhibe pas toutes les phases de la formation des calculs et cette anomalie fonctionnelle pourrait expliquer la présence d'UPN dans la matrice des calculs d'oxalate de calcium. Cette constatation implique des études complémentaires chez les patients qui fabriquent ces calculs à la recherche de ces formes moléculaires de l'UPN.

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