Dans le cas du diabète, la monocouche endothéliale subit de profonds changements fonctionnels et structurels qui précèdent et accélèrent les maladies cardiovasculaires (VCD). La dysfonction endothéliale, définie comme un changement vers un état pro-inflammatoire, pro-coagulant et vasoconstrictif, est maintenant reconnue comme un marqueur précoce et un facteur causal de l'athérosclérose, des complications microvasculaires et des résultats cliniques indésirables. L'identification de biomarqueurs fiables de cette dysfonction permet aux cliniciens d'évaluer le risque, de suivre la progression de la maladie et d'adapter les stratégies thérapeutiques.

La barrière endothéliale : structure et fonction

Les cellules endothéliales arriment l'arbre vasculaire entier, formant une barrière semi-perméable qui régule l'échange de nutriments, de gaz et de cellules immunitaires entre le sang et les tissus. Dans des conditions saines, l'endothélium maintient une surface antithrombotique et antiadhésive. Il produit de l'oxyde nitrique (NO) par l'intermédiaire de l'oxyde nitrique synthase (eNOS), un vasodilatateur qui inhibe également l'agrégation plaquettaire et l'adhérence leucocytaire.

Dans le diabète, ce système élégant se déforme. L'hyperglycémie, la résistance à l'insuline, la dyslipidémie et le stress oxydatif convergent pour endommager l'endothélium. Le glycocalyx est éparpillé, l'activité de l'éNOS diminue et les cellules endothéliales acquièrent un phénotype pro-adhésif, pro-coagulant. Cette transition n'est pas seulement un marqueur de maladie existante mais un facteur direct d'athérogenèse, de progression de plaques et de complications microvasculaires telles que la néphropathie, la rétinopathie et la neuropathie périphérique.

Les facteurs pathophysiologiques de la dysfonction endothéliale dans le diabète et la DCV

L'hyperglycémie chronique est l'insulte initiatrice. L'excès de glucose entraîne le flux par la voie polyol, consommant NADPH et appauvrissant le glutathion, augmentant ainsi le stress oxydatif intracellulaire. La surproduction de superoxyde mitochondrial active la protéine kinase C (PKC), qui augmente à son tour la perméabilité vasculaire, favorise l'expression des molécules d'adhérence et nuit à l'activité eNOS. Les produits finis de glycation avancés (AGE) s'accumulent sur des protéines de longue durée et activent leur récepteur (RAGE), déclenchant une signalisation pro-inflammatoire qui compromet davantage la fonction endothéliale.

Dans des conditions normales, l'insuline stimule l'éNOS par la voie PI3K-Akt, favorisant la production de NO. A l'état insulino-résistant, cette branche signalante est émoussée, tandis que la voie MACK reste active, conduisant à une sécrétion excessive de l'endothéline-1 vasoconstricteur (ET-1). Le déséquilibre résultant — faible NO et élevé ET-1 — favorise la vasoconstriction, la prolifération musculaire lisse et la thrombose. La dyslipidémie comprime le problème : une lipoprotéine oxydée élevée (oxLDL) se lie au récepteur-1 oxLDL de type lectine (LOX-1) sur les cellules endothéliales, déclenchant la génération d'espèces réactives d'oxygène et la régulation des molécules d'adhérence.

Le stress de cisaillement joue également un rôle critique. Le flux perturbé lors des bifurcations artérielles réduit l'expression de l'éNOS et favorise un phénotype endothélial pro-atherogène. Dans le diabète, les mécanismes normaux de réaction au cisaillement sont émoussés, prédisposant davantage à la formation de plaques.

Principaux biomarqueurs de la dysfonction endothéliale

Les biomarqueurs de la dysfonction endothéliale se divisent en plusieurs catégories : molécules sécrétées par les cellules endothéliales, marqueurs de dommages ou de régénération endothéliales, et indicateurs du microenvironnement vasculaire local. Les biomarqueurs discutés ci-dessous représentent les plus étudiés et cliniquement pertinents dans le diabète et la MCV.

Diméthylarginine asymétrique (ADMA)

L'ADMA est un inhibiteur endogène de l'éNOS qui concurrence la L-arginine pour se lier au site actif de l'enzyme. Les niveaux élevés d'ADMA réduisent la production de NO, déclenchent la vasoconstriction, l'agrégation plaquettaire et l'expression accrue des molécules d'adhésion. Chez les patients diabétiques de type 2, l'ADMA prédit indépendamment les événements cardiovasculaires et la progression de la néphropathie diabétique.

L'ADMA est éliminé principalement par l'enzyme diméthylarginine diméthylaminohydrolase (DDAH), qui est altérée dans des conditions de stress oxydatif.Cela crée une boucle de rétroaction : le stress oxydatif réduit l'activité du DDAH, élevant les niveaux d'ADMA, qui à leur tour altérent davantage la production de NO et amplifient les lésions vasculaires.

Endothéline-1 (ET-1)

L'ET-1 est produit par les cellules endothéliales en réponse à une hyperglycémie, à l'insuline, à l'angiotensine II et au stress de cisaillement. L'ET-1 agit sur les récepteurs ETA et ETB sur les cellules musculaires lisses vasculaires et les cellules endothéliales, en médiateur la vasoconstriction, la prolifération et la fibrose.

Dans la rétine, les ET-1 contribuent à la perte de péricyte et à l'occlusion capillaire; dans les reins, ils favorisent l'expansion mésangiale et l'albuminurie. Les taux d'ET-1 urinaires ont été proposés comme marqueur d'une néphropathie diabétique précoce, potentiellement antérieure à l'albuminurie. Les antagonistes sélectifs des récepteurs ET ont montré des effets protecteurs rénaux dans les modèles expérimentaux, mais les essais cliniques dans les maladies cardiovasculaires ont été limités par la rétention de liquide et d'autres effets secondaires.

Facteur de croissance endothéliale vasculaire (VEGF)

Dans le diabète, la signalisation VEGF est dysréglementée : une VEGF excessive entraîne une néovascularisation pathologique dans la rétine et le rein, tandis que la VEGF n'est pas suffisante pour la cicatrisation des plaies et la formation de vaisseaux collatéraux. Les taux de VEGF sériques sont élevés chez les patients atteints de rétinopathie diabétique proliférative et sont associés à l'albuminurie.

L'impact clinique du VEGF est le plus évident dans le succès des traitements anti-VEGF pour l'œdème maculaire diabétique et la néovascularisation rétinienne. Les injections intravitréennes de ranibizumab, aflibercept et bevacizumab sont devenues des normes de soins, réduisant de façon spectaculaire la perte de vision chez les patients atteints de maladie des yeux diabétique. L'inhibition systémique du VEGF n'a toutefois pas montré les mêmes promesses dans les maladies cardiovasculaires et peut même augmenter le risque thrombotique dans certaines populations.

Molécules d'adhérence solubles (sICAM-1, sVCAM-1, sE-Sélectine)

L'activation endothéliale aggrave les molécules d'adhérence de surface cellulaire qui médient le roulement, l'adhérence et la transmigration des leucocytes. Ces molécules sont clivées et libérées dans la circulation sous forme de formes solubles. La molécule d'adhérence intercellulaire soluble-1 (sICAM-1) et la molécule d'adhésion vasculaire soluble-1 (sVCAM-1) sont élevées dans le diabète et prédisent les événements cardiovasculaires incidents indépendamment des facteurs de risque traditionnels.

La sélectine E-sélectine soluble est plus spécifique aux cellules endothéliales et reflète une activation précoce. La sélectine E-sélectine agit sur le roulement initial des leucocytes le long de la paroi du vaisseau, et sa forme soluble apparaît dans la circulation dans les heures suivant l'activation endothéliale. Les niveaux élevés de sE-sélectine ont été associés au développement du diabète de type 2, ce qui suggère que l'activation endothéliale peut précéder le diagnostic clinique du diabète par des années.

Lipoprotéine oxydée à faible densité (oxLDL)

oxLDL est une lipoprotéine modifiée qui joue un rôle central dans l'initiation et la progression de l'athérosclérose. Une fois dans l'espace subendothélial, oxLDL est absorbé par les macrophages par l'intermédiaire des récepteurs de la récupération, conduisant à la formation de cellules de mousse et au développement de stries graisseuses. oxLDL active également directement les cellules endothéliales en se liant à LOX-1, induisant la génération d'espèces réactives d'oxygène et une régulation accrue des molécules d'adhérence.

Les effets pro-atherogènes de l'oxLDL sont amplifiés dans le diabète parce que l'hyperglycémie et la résistance à l'insuline augmentent l'oxydation de la LDL et réduisent sa clairance. Les anticorps contre l'oxLDL sont également élevés dans le diabète et ont été associés à des événements cardiovasculaires. oxLDL est disponible en tant qu'essai clinique par l'intermédiaire de grands laboratoires commerciaux, mais son utilisation est limitée par la variabilité des méthodes d'essai et par un manque de consensus sur les gammes de référence.

Cellules endothéliales circulantes (CEC) et microparticules endothéliales (EMP)

Les CEC sont des cellules endothéliales matures qui se sont détachées de la paroi du vaisseau, généralement en réponse à des blessures graves. On trouve des CEC élevées dans les syndromes coronaires aigus, la vascularite et le diabète avec complications microvasculaires. Le dénombrement CEC fournit une mesure directe des dommages endothéliaux mais est techniquement difficile en raison du faible nombre de cellules dans le sang périphérique.

Les EMP sont des vésicules membranaires de petite taille (0,1 à 1 μm) provenant de cellules endothéliales activées ou apoptotiques. Ils portent des marqueurs de surface tels que CD31, CD144, CD146, et CD62E, et leur nombre augmente dans les conditions de stress endothélial. Les EMP ne sont pas seulement des débris; ils peuvent transférer des molécules bioactives — y compris les microARN, les lipides et les cytokines — aux cellules cibles, propagant des signaux pro-coagulants et pro-inflammatoires.

Métabolites à oxyde nitrique (NOx) et activité eNOS

La mesure directe du NO est difficile en raison de sa courte demi-vie (secondes). Au lieu de cela, les métabolites stables — nitrites et nitrates, appelés collectivement NOx — sont mesurés comme un indice de production de NO. Des concentrations de NOx réduites ont été rapportées chez les patients diabétiques et coronariens, ce qui reflète une activité réduite de l'éNOS. Cependant, les concentrations de NOx sont influencées par l'apport alimentaire en nitrate, la fonction rénale et des médicaments tels que les statines et les inhibiteurs de l'ECA, qui peuvent confondre l'interprétation.

Les essais plus sensibles permettent maintenant de mesurer la production de NO ex vivo dans les cellules endothéliales cultivées, mais ce sont des outils de recherche. La mesure fonctionnelle de NO biodisponibilité la plus largement utilisée est la dilatation par écoulement (FMD) de l'artère brachiale. La DMO est fortement corrélée avec la fonction endothéliale coronaire et prédit les événements cardiovasculaires. La mesure combinée de la DMO et de NOx circulant fournit une image plus complète de l'intégrité de la voie NO que l'un ou l'autre des seuls essais cliniques visant la fonction endothéliale, un paramètre composite qui comprend la DMO, les NOx et un marqueur de stress oxydatif est souvent utilisé.

Valeur prédictive et utilité clinique du diabète et des MCV

Les biomarqueurs de la dysfonction endothéliale servent trois objectifs principaux : stratification des risques avant l'apparition de la maladie, surveillance de la progression de la maladie et paramètres de substitution dans les essais cliniques. Chaque biomarqueur offre une fenêtre distincte dans l'état endothélial, et leur valeur prédictive dépasse souvent celle des facteurs de risque traditionnels seuls.

Dans le cas du diabète de type 2, l'augmentation de l'ADMA, de l'ET-1 et du sICAM-1 prédit indépendamment la mortalité et la progression cardiovasculaires vers une maladie rénale terminale. L'association de l'oxLDL et de faibles NOx fournit un profil de risque particulièrement solide pour les événements coronaires.

Dans le cas du diabète de type 1, une augmentation du VEGF et de l'ADMA urinaire prédit le développement d'une rétinopathie proliférative dans les 5 ans, offrant ainsi une fenêtre pour un traitement préventif. Les taux de CEC et d'EMP sont élevés chez les patients présentant une néphropathie diabétique précoce et peuvent détecter des lésions rénales avant le développement de l'albuminurie.

La LLLD est disponible par l'intermédiaire de grands réseaux de laboratoires, bien que son utilisation ne soit pas encore recommandée par des lignes directrices. Le plus grand obstacle à l'adoption plus large est l'absence de gammes de référence normalisées. Des études de cohortes multiethniques à grande échelle sont nécessaires pour établir des seuils spécifiques à l'âge, au sexe et à l'origine ethnique pour chaque biomarqueur. Les scores de risque multimarqueurs qui intègrent des facteurs de risque traditionnels ainsi que des biomarqueurs tels que l'ADMA, le sICAM-1 et la DME pourraient améliorer significativement la discrimination à risque dans la prévention primaire.

Évaluation de la fonction endothéliale: méthodes et considérations pratiques

Au-delà des biomarqueurs circulants, la fonction endothéliale peut être évaluée directement par des tests vasculaires non invasifs. La dilatation par écoulement (FMD) de l'artère brachiale à l'aide d'ultrasons à haute résolution est la norme d'or. La DMO reflète la vasodilatation non dépendante en réponse à une hyperémie réactive. Dans le diabète, la DMO est altérée et est corrélée avec la dysfonction endothéliale coronaire. Une réduction de 1% de la DMO a été associée à une augmentation de 10-15% du risque d'événements cardiovasculaires. La DMO est dépendante de l'opérateur et nécessite une formation et une normalisation rigoureuses.

La tonométrie artérielle périphérique (TAP) est une méthode alternative qui mesure l'amplitude numérique des impulsions. La PAT est plus facile à exécuter et moins dépendante de l'opérateur, mais elle reflète une combinaison de vasodilation indépendante et dépendante du NO et a une corrélation plus faible avec la fonction coronaire. La pléthysmographie d'occlusion veineuse est une autre technique de recherche qui mesure les réactions du flux sanguin avant-bras aux perfusions intra-artérielles d'agents vasoactifs, mais elle est invasive et peu pratique pour les soins de routine.

La DME fournit la mesure la plus précise de la biodisponibilité du NO, mais nécessite un équipement et une formation spécialisés. La PAT est plus accessible mais moins précise. La combinaison d'un test fonctionnel (comme la DME) avec un panneau de biomarqueur (comme ADMA et sICAM-1) offre l'évaluation la plus complète. À des fins d'essais cliniques, une note composite qui intègre la DME, ADMA, et une mesure du stress oxydatif (comme l'isoprostane de 8 urinaires) est de plus en plus courante.

Approches thérapeutiques pour le rétablissement de la fonction endothéliale

Les interventions de style de vie, y compris l'exercice aérobie, un régime alimentaire méditerranéen riche en antioxydants et en acides gras oméga-3, et l'abandon du tabac, améliorent systématiquement la DMO et réduisent les molécules d'adhérence circulante. Une méta-analyse des essais randomisés a révélé que la formation d'exercice supervisé a augmenté la DMO de 2,5 % en moyenne chez les patients diabétiques de type 2, une ampleur comparable à celle de nombreuses interventions pharmacologiques.

Parmi les agents pharmacologiques, les statines réduisent les niveaux d'oxLDL et améliorent la biodisponibilité du NO. Les inhibiteurs de l'ECA diminuent l'activité ET-1 et réduisent l'activité de l'oxydase NADPH, ce qui diminue le stress oxydatif. La metformine diminue les niveaux d'ADMA dans le diabète de type 2, probablement par ses effets sur la sensibilité à l'insuline et l'activité DDAH. Plus récentes classes de médicaments ont démontré des avantages directs pour l'endothélium.

La L-arginine supplémentaire a été étudiée comme un moyen de stimuler la production de NO, mais les résultats ont été incohérents. La raison probable est que l'ADMA concurrence la L-arginine pour la liaison eNOS, de sorte que la supplémentation en L-arginine n'est efficace que lorsque les niveaux d'ADMA sont faibles. Les stratégies qui améliorent l'activité DDAH - comme l'activateur DDAH-1 expérimental - ont montré des promesses dans les modèles précliniques et peuvent offrir une approche plus ciblée.

Orientations nouvelles et questions ouvertes

Les analyses protéomiques et métabolomiques ont permis d'identifier plusieurs candidats, dont l'endogline, la thrombomoduline, l'angiopoietine-2 et le synchrone circulant-1, un marqueur de dégradation du glycocalyx. Les microARN – petits ARN non codant emballés dans des EMP ou circulant dans des complexes liés aux protéines – offrent une lecture dynamique de l'expression du gène endothélial. miR-126, miR-21 et miR-146a sont des dysréglementés dans le diabète et ont été liés à des complications vasculaires. miR-126, en particulier, est enrichi dans les cellules endothéliales et favorise l'expression de l'éNOS; des niveaux de circulation réduits prédisent des événements cardiovasculaires chez les patients diabétiques.

Le glycocalyx lui-même émerge comme un biomarqueur important. L'élimination de composants du glycocalyx tels que le synchrone-1 et l'hyaluronan peut être détectée dans la circulation et peut refléter une blessure endothéliale précoce avant que les marqueurs traditionnels deviennent anormaux. La mesure de l'épaisseur du glycocalyx directement à l'aide de techniques d'imagerie microvasculaire est possible mais pas encore largement disponible.

L'intelligence artificielle et l'apprentissage machine commencent à intégrer des données multiomiques, y compris des biomarqueurs, des variables cliniques et de l'imagerie, dans des algorithmes prédictifs du risque cardiovasculaire chez les populations diabétiques. Un algorithme récent qui combine la photographie ADMA, sICAM-1 et la photographie rétinienne a surpassé le score de risque de Framingham pour identifier les patients atteints de diabète de type 2 qui développeraient une néphropathie dans les 5 ans.

La normalisation des tests et des gammes de référence demeure le défi le plus pressant. La Société européenne de cardiologie et l'American Diabetes Association ont tous deux demandé l'harmonisation des protocoles de mesure des biomarqueurs et des études de cohorte à grande échelle pour définir des seuils de décision clinique. Jusqu'à ce que ces efforts réussissent, les biomarqueurs endothéliaux resteront principalement des outils de recherche.

Conclusion

La dysfonction endothéliale est une caractéristique pathophysiologique centrale du diabète et des maladies cardiovasculaires, et ses biomarqueurs offrent une fenêtre sur la santé vasculaire qui s'étend au-delà des facteurs de risque traditionnels. ADMA, ET-1, VEGF, molécules d'adhérence, oxLDL, CEC, EMP et NOx chacun capturent des aspects distincts des blessures, de l'activation et de la réparation endothéliales. Leur mesure, particulièrement lorsqu'elle est combinée à une évaluation fonctionnelle, améliore la stratification des risques, guide la sélection des thérapies et sert de critère de substitution dans les essais cliniques.

Pour plus de détails : une méta-analyse complète sur l'ADMA et le risque cardiovasculaire dans le diabète (PubMed); la déclaration scientifique de l'American Heart Association sur la fonction endothéliale et les biomarqueurs (AHA)[; les lignes directrices cliniques pour l'évaluation du dysfonctionnement endothélial de la Société européenne de cardiologie (ESC)[; une revue des inhibiteurs SGLT2 et de la fonction endothéliale (PubMed); et un aperçu des microRNA en tant que biomarqueurs endothéliaux (PMC).