PHARMACOLOGIE DES ANTICHOLINERGIQUES

Question 1

Histoire système cholinergique

Answer 1

Système cholinergique présent dans les bactéries, algues et protozoaires, apparition il y a environ 3 milliards d’années. Le système nerveux cholinergique est présent depuis 0,5 milliards d’années.

Question 2

Rappel innervation pulmonaire :

Answer 2

Voies afférentes :

• De la périphérie vers le SNC
• Impliquées dans la libération de peptides (neurokinines) et dans la toux (récepteur TRPV/A)

Voies efférentes :

• SNC → Organes
• Ganglion parasympathique dans la paroi bronchique, relai avec neurones post ganglionnaire libérant Ach proche des muscles

Question 3

Récpeteurs muscariniques :

Combien de gènes codant pour récepteurs ?

Combient exprimé chez l’homme ?

Combien dans le poumon ?

Answer 3

• 5 gènes codant pour les récepteurs muscariniques (M1 à M5)
• 4 récepteurs sont exprimés chez l’homme (M1 à M4)
• 3 récepteurs sont exprimés dans le poumon humain (M1 à M3).

Question 4

Quels récepteurs sont présents au niveau des cellules épithéliales ?

Quelles fonctions ?

Answer 4

M1 et M3 sont exprimés au niveau des cellules épithéliales.

• Les récepteurs M3 sont impliqués dans la fréquence du battement mucociliaire donc dans la clairance mucociliaire.
• Ils possèdent un effets pro inflammatoire : ↗ synthèse médiateurs (PGE2, LTB4)

Question 5

Zone d’expression de M1 ? (1)

Quelle fonction ?

Answer 5

M1 principalement exprimé sur les ganglions des fibres post ganglionnaires

Rôle facilitant de la transmission cholinergique ➔ ↗ tonus cholinergique

Question 6

Zone d’expression de M2 ? (2)

Quelle fonction ?

Answer 6

M2 au terminaison des fibres cholinergiques
=> rétrocontrôle négatif de la production d’Ach ➔ ↘ tonus cholinergique.

M2 au niveau des CML mais ne sont pas impliqués dans leur contraction, rôle mal connu.

Question 7

Zones d’expressions ? (2)

Quelles fonctions ?

Answer 7

M3 sont présents au niveau du muscle lisse et des glandes à mucus

Impliqués dans la contraction des CML en réponse à l’Ach. ➔ ↗ contraction, ↗ production de mucus

Question 8

Mise en évidence du récontrôle des M2 :

Quel inhibiteur de M2 ?

Question 9

In vitro : Stimulation électrique de bronche humaine, permettant la dépolarisation des terminaisons cholinergiques bronchiques, et la libération Ach d’origine neuronale. L’effet est mesuré à travers la contraction de la bronche.
Exp avec Pilocarpine, agoniste des récepteurs muscariniques M2. Lorsque la concentration de Pilocarpine ↗ : la contraction des bronches humaines ↘

=> La Pilocarpine agit sur le M2 pour inhiber la libération d’Ach

Question 10

Quels éléments limitent l’expression/fonction du M2 ? (3)

Answer 10

Sont connus pour diminuer expression et fonction du récepteur M2 :

• Infections virales :
• Stimulus antigénique dans l’asthme
• Rôle du tabagisme ? Mal connu

Question 11

Expérience dans l’asthme de l’effet de la Pilocarpine ?

Answer 11

Dans l’asthme :
Réalisation d’une contraction cholinergique expérimentale, via l’inhalation de dioxyde de souffre : stimulation des afférences, réflexes de toux.
- Lorsque sujets sont pré traités par Pilocarpine nébulisée, le dioxyde de souffre induit une contraction plus faible chez le sujet sain
- Chez les asthmatiques pré traités : Plus d’effet régulateur inhibiteur de la pilocarpine
=> Altération de la fonction des récepteurs M2 dans l’asthme

Question 12

Expérience dans la BPCO de l’effet de la Pilocarpine ?

Answer 12

Dans la BPCO :
Inhalation d’air sec et froid (stimulus cholinergique) chez sujet sains et sujets BPCO
- Sujets sain : ↗ des résistances à l’air sec et froid ; Lorsque pré traitement par Pilocarpine, celle-ci inhibe l’augmentation des résistances
- Dans la BPCO : La pilocarpine inhibe également l’augmentation des résistances
=> Pas d’altération de la fonction des récepteurs M2 dans la BPCO

Question 13

Quel intérêt thérapeutique ?

Answer 13

Intérêt pharmacologique pour le développement de molécules : Blocage des récepteurs M3 et M1, mais en maintenant la fonction des récepteurs M2.

Question 14

2 antagonistes muscariniques ?

Answer 14

(TIOTROPIUM, IPRATROPIUM)

Question 15

Fixation sur récepteur ?

Constante de dissociation ?

Vitesse de dissociation ?

Answer 15

Fixation :

• Non spécifique sur les 3 récepteurs avec la même affinité
• Le Tiotropium est +sélectif M3 > M1 >> M2 de par sa dynamique de fixation (se dissocie plus rapidement de M2 que de M3)

Constante de dissociation Kd : Kd Tiotropium < Kd Ipratropium, ce qui signifie meilleure affinité

Vitesse de dissociation : Ipratropium se dissocie assez vite du récepteur, par rapport au Tiotropium → Explique durée d’action d’au moins 24h

Question 16

Lequel des deux à l’effet le plus long ?

Answer 16

Stimulation électrique in vitro de bronches, libération d’Ach par fibres post gg cholinergiques. Chaque spike correspond à une contraction cholinergique

• Contrôle : contraction sur 9h stable
• Sous Atropine (Bloquant tous les récepteurs muscariniques) : inhibition rapide de la contraction, rétablie après lavage de la préparation
• Sous Ipratropium : ↘ rapide des contractions, réapparition progressive après lavage
• Sous Tiotropium : pas de réapparition des contractions après plusieurs heures (réapparition après 9h) : une fois fixée sur les récepteurs muscariniques, met plusieurs heures à se dissocier des récepteurs

Question 17

Autre expérience de durée d’action Ipratropium/Tiotropium

Answer 17

Exposition de préparation de bronches humaines à Ipratropium à concentrations croissantes : Inhibition de la contraction cholinergique

• Pointillés = lavage de la préparation (donc plus d’Ipratropium dans le bain, mais il reste fixé à ses récepteurs).
• A gauche sous Ipratropium : Réapparition de la contraction correspondant à dissociation Ipratropium de son récepteur.
• A droite sous Tiotropium : inhibition rapide de la contraction, mais après lavage pas de retour à la ligne de base des courbes : l’inhibition de la contraction est maintenue dans le temps.

Expérience avec d’autres anticholinergiques de longue durée d’action (Ex Uméclinidium) : même chose qu’avec le Tiotropium, mais les courbes remontent plus rapidement (Ces anticholinergiques sont plutôt utilisés sur 12h que sur 24h)

Question 18

Localisaiton des R M1,2,3

Dysfonction M2 dans l’asthme ou la BPCO ?

A-t-on retrouvé des dysfonctionnement de M3 ?

Answer 18

Question 19

Les fibres cholinergiques sont-elles les seules sources d’Ach ?

Quelle enzyme est exprimée par les C inflammatoire et de structure ?

La choline est-elle un facteur limitant de la production d’Ach ?

Answer 19

Les fibres cholinergiques pré et post ganglionnaires du système parasympathique ne sont pas la seule source d’Ach.

Les cellules de structures et certaines cellules inflammatoires (Lymphocytes T et B, cellules mastocyaires, PNN, PEo, Monocytes/macrophages, épthélium bronchique et cellules musculaires lisses des voies aérienne
=> expriment la Choline Acétyltransférase, nécessaire à la synthèse d’acétylcholine.

La choline est présente en grande quantité dans le milieu interstitiel, et n’est donc pas un facteur limitant de la synthèse d’Ach.

Donc toutes ces structures ont la possibilité de synthétiser de l’Ach, et toutes ces cellules expriment des récepteurs muscariniques. ➔ Existe-t-il un mécanisme autocrine ?

Question 20

Cycle de l’acétylcholine sur la fibre cholinergique :

Answer 20

Ach synthétisé à partir choline via la choline acétyl transférase, puis stocké dans des vésicules et libérées au moment de la dépolarisation induite par l’influx nerveux. Libération massive du contenu des vésicules :

• ↗↗↗ Ach dans la fente synaptique
• Stimulation des récepteurs muscariniques ou nicotinique post synaptique
• Dégradation Ach par cholinestérase en choline, de nouveau intégrée dans la cellule

Question 21

Cyle de l’Ach au niveau des cellules épithéliales ?

La quantité est-elle plus importante dans la synapse ou dans l’environnement des cellules épithéliales ?

Answer 21

Pas de stockage vésiculaire au niveau des cellules
Au fur et à mesure de la synthèse, libération de l’Ach pans l’environnement cellulaire, dégradé par cholinestérase. La quantité d’Ach est donc bien moindre dans leur environnement.

Question 22

Démonstration du tonus cholinergique bronchique non neuronal :

Answer 22

• Bronche humaine mise en cuve, blocage de la libération d’Ach par fibres cholinergiques par TTX (Téiodrotoxine)
• Introduction d’Ach exogène dans le bain pour vérifier que la fibre bronchique se contracte bien
• Lavage de la préparation (partie en vert)
• Blocage de la dégradation de l’Ach par inhibiteur de la cholinestérase
• La cellule se contracte : c’est donc bien que l’Ach synthétisé par la bronche permet la contraction

Question 23

Régulation du tonus cholinergique bronchique : asthme/BPCO

Answer 23

C’est la dégradation de l’Ach par les cholinestérases qui va moduler l’effet de l’Ach.

• Dans l’asthme : ↗ du tonus cholinergique serait essentiellement liée à ↗ libération Ach neuronale et non neuronale, au travers de l’altération du récepteur M2 pré synaptique.
• Dans la BPCO ou les autres pathologies pulmonaires, pas de déficit de dégradation de l’Ach, c’est uniquement une ↗ de libération d’Ach

Question 24

Efficacité anticholinergique/B2 ?

Facteurs prédictifs de réponse aux au Tiotropium ?

Answer 24

Salbutamol/Ipratropium (BPCO + asthmatique) :

• 50% réponse équivalente aux 2 types de BD
• 25% ont une réponse meilleure au Salbutamol
• 25% meilleure à l’Ipratropium.

Salbutamol/Ipratropium:
Chez les asthmatiques, 60% répondent mieux à au Salbutamol ;
Chez les BPCO, 75% répondent mieux à l’Ipratropium.

Les facteurs prédictifs de réponse au Tiotropium sont :

• Hypertonie cholinergique : bradycardie (quartile inf.)
• Altération rapport VEMS/CV
• Âge > 42 ans
• Les facteurs non prédictifs sont :
• Terrain atopique
• IgE totales
• Éosinophiles dans l’expectoration
• IMC
• Ancienneté de l’asthme*

Question 25

Effet de l’Ach au niveau des bronches et des autres cellules :

Epithéliale ?

Fibroblaste ?

Cellules inflammatoires ?

Answer 25

• C. épithéliale : ↗ cytokines pro inflammatoires (LTB4, CXCL8), sécrétion mucine ;
• Fibroblastes : ↗prolifération, production collagène …
• C. inflammatoires : ↗ production cytokines
  Rôles variés, parfois presque opposés selon les cellules concernées.

Question 26

L’Ach a-t-elle un rôle dans le remodelage ?

Prévention par Tioropium ?

Answer 26

Dans un modèle animal de sensibilisation à l’Ovalbumine, étude du remodelage bronchique, mesuré par une augmentation d’épaisseur des muscles lisses, en présence ou non de Tiotropium. La sensibilisation et l’exposition à l’ovalbumine ↗ épaisseur muscles lisses.

Actions observées de l’Ach

• ↗ masse muscle lisse bronchique
• Expression des protéines contractiles
• Contraction trachéale
• ↗ glandes à mucus, cellules caliciformes, Expression MUC5AC
• ↗ PEo bronchique

En présence de Tiotropium :
- ↘ du remodelage bronchique
- Mesure de tensions en cuve à organe isolés : les animaux exposés ont une HRB à l’Ach ; ceux traités par le Tiotropium n’ont pas d’HRB
=> Prévention par le Tiotropium de l’augmentation de contractibilité trachéale donc de l’HRB

Question 27

Les anti-cholinergiques ont-ils une effet anti-inflammatoire chez l’homme ?

Answer 27

Pas de preuves directes, mais preuve de l’effet proinflammatoire des fibres parasympathiques.

Ablation de fibres parasympathique par radiofréquence (Etude expérimentale sur 7 patients BPCO sévères) : On constate une ↘ PNN, ↘ IL8, ↘ CCL4, réduction d’expression au niveau épithélium bronchique de l’IL8, IL6, TGFb, MUC5AC

Preuves indirectes d’un effet anti inflammatoires des anticholinergiques ?

Le Tiotropium est indiqué en adjonction aux CS et BDLA, au pallier 5 du GINA (donc patients les plus sévères)

• ↘ du nombre d’exacerbations sévères
• Etude sur base de donnée UK des évènements respiratoires dans l’année suivant la prescription de Tiotropium : ↘ nombre d’exacerbations, ↘ événements aigus respiratoires

Question 28

CONCLUSION :
Le tonus cholinergique bronchique est d’origine neuronale et non neuronale
Les mécanismes physiopathologiques d’une hypertonie cholinergique dans l’asthme et la BPCO sont insuffisamment documentés au-delà du seul déficit du rétrocontrôle M2 dans l’asthme.
L’efficacité bronchodilatatrice des anti-cholinergiques est un reflet indirect de la part du tonus cholinergique dans l’obstruction bronchique.
Plus de la moitié des asthmatiques ont une réponse bronchodilatatrice à un anti-cholinergique égale ou supérieure à celle obtenue avec le salbutamol.
Dans les modèles animaux, les anti-cholinergiques exercent des effets anti-inflammatoires, réduisent l’HRB et le remodelage.
Le blocage des récepteurs M3 induit une bronchodilatation et diminue le risque d’exacerbation sévère d’asthme (comme démontré aussi pour les exacerbations de BPCO)