Numéro |
Med Sci (Paris)
Volume 40, Numéro 1, Janvier 2024
La cavité orale et les dents au cœur de la santé
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Page(s) | 24 - 29 | |
Section | M/S Revues | |
DOI | ||
Publié en ligne | 1 février 2024 |
Les cellules mésenchymateuses orales, une niche spécifique, du développement à la régénération
Oral mesenchymal cells, a specific niche, from development to regeneration
Juliane Isaac1,2*, Mélodie M. Clerc1,3, François C. Ferré1,4,5 et Benjamin P.J. Fournier1,2,3**
1
Centre de recherche des Cordeliers, UMRS 1138, Molecular Oral Pathophysiology Lab, université Paris Cité, Inserm, Sorbonne université, Paris, France
2
Université Paris Cité, UFR odontologie, département de biologie orale, Paris, France
3
Reference center for oral and dental rare diseases, ORARES, Odontology department, hôpital Rothschild, APHP, Paris, France
4
Université Paris Cité, UFR odontologie, département de chirurgie orale, Paris, France
5
Service de chirurgie orale, hôpital Charles Foix, AP-HP, Ivry-Sur‑Seine, France
© 2024 médecine/sciences – Inserm
Complexe ostéo-muqueux oral et spécificité de site des ostéoblastes des mâchoires et des fibroblastes muqueux
L’une des particularités du parodonte – la zone entourant et soutenant les dents – résulte de son anatomie. La dent est entourée du ligament parodontal, entre le cément et l’os alvéolaire, et de la gencive en surface ; ces quatre tissus constituent le parodonte. La muqueuse orale et l’os sous-jacent forment le complexe ostéo-muqueux oral [1]. Les tissus osseux et muqueux qui composent ce complexe présentent des propriétés physiologiques uniques qui leur sont spécifiques, liées à leur fonction et à leur position anatomique (Figure 1).
Figure 1. Spécificité de site du complexe ostéo-muqueux oral. A. Origine embryonnaire des cellules mésenchymateuses. B. Propriétés spécifiques de site de la muqueuse orale et des os des mâchoires. CNC : crête neurale crâniale ; OdM : os des mâchoires. |
Physiologie et physiopathologie
Le tissu muqueux de la cavité orale est soumis à de nombreuses agressions, telles que les variations de température, l’acidité, la flore orale complexe et diversifiée, ou certains nutriments. Face à ces agressions, la muqueuse orale présente néanmoins une grande capacité de cicatrisation et de résilience, avec peu de problèmes de fibrose ou de cicatrisation pathologique.Les cellules du tissu conjonctif qui constitue la gencive assurent des fonctions spécifiques dans la cavité orale. Par son attache à la dent qu’elle entoure, la gencive scelle l’interface entre le milieu buccal et le milieu intérieur. Elle participe activement à la défense immunitaire et présente l’un des taux de renouvellement les plus rapides des tissus de l’organisme [2, 3. L’une des caractéristiques de la gencive est sa réponse pour la guérison de plaies. Des plaies expérimentales créées dans la muqueuse masticatoire kératinisée du palais et de la gencive entraînent, tant au niveau clinique qu’au niveau histologique, la formation de cicatrices qui sont significativement réduites par rapport à celles consécutives à des plaies cutanées similaires. Les plaies cutanées se caractérisent en effet par la formation d’un tissu cicatriciel dont l’aspect et les propriétés diffèrent de ceux du tissu cutané originel [4–6]. Dans la gencive, mais aussi dans d’autres parties de la muqueuse buccale, la vitesse de guérison des plaies est également accélérée par rapport à celle de la peau [4–7] – ce qui fait de cette muqueuse un intéressant modèle de « régénération tissulaire » humaine. Les raisons de cette guérison préférentielle des plaies dans la muqueuse buccale ne sont pas entièrement comprises, mais la composition tissulaire et cellulaire de la gencive, ainsi que la présence de facteurs locaux, comme la salive, pourraient jouer un rôle dans cette réponse spécifique de guérison sans cicatrice. Le fibroblaste semble en particulier un élément central de cette propriété singulière.
Le fibroblaste muqueux, oral ou gingival, diffère des autres fibroblastes, dont ceux de la peau, de l’adventice ou des autres tissus. Plusieurs études montrent en effet que les fibroblastes gingivaux, bien qu’étant fonctionnellement hétérogènes, ont en général un potentiel de régénération élevé, un phénotype « fœtal-like », et sont capables de réguler l’inflammation (voir [8]). Ces cellules présenteraient donc un fort potentiel thérapeutique pour l’ingénierie tissulaire, un potentiel qui a été illustré par plusieurs essais de thérapie cellulaire chez l’animal, par exemple, dans l’anévrisme ou dans les brûlures cutanées radiques causées par les irradiations [9, 10].
Des expériences de recombinaison de tissus ont montré que les phénotypes oraux des épithéliums sont déterminés par le tissu conjonctif sous-jacent et les fibroblastes [11] ; les fibroblastes gingivaux et l’environnement de tissu conjonctif qu’ils produisent sont donc fonctionnellement distincts, et contrôlent le développement du tissu de recouvrement épithélial.
Les os crâniofaciaux, et plus spécifiquement l’os des mâchoires (OdM) - le tissu osseux qui ancre les dents à la mandibule et au maxillaire - présentent également des propriétés physiologiques particulières qui les distinguent du reste du squelette (voir [12, 13). Les os crâniofaciaux et les os longs se développent en effet par des processus d’ossification différents : intramembranaire pour la plupart des os crâniofaciaux, et endochondrale pour les os longs. La croissance et l’homéostasie des os longs, qui assurent la mobilité et le port de charges sont principalement régulées par des contraintes mécaniques et des hormones. Le développement et le maintien de l’OdM, dépendent, en plus de ces facteurs, également des dents et de contraintes mécaniques singulières, telles que la mastication. L’adaptabilité de l’OdM aux dents peut ainsi être illustrée par : le plus faible volume d’OdM associé aux agénésies dentaires [14] ; la résorption fréquente de l’OdM survenant après l’extraction ou la perte de la dent [15] ; et la capacité de l’OdM à adapter sa morphologie, par résorption/apposition, aux contraintes mécaniques appliquées aux dents (une propriété utilisée quotidiennement dans le déplacement dentaire orthodontique).
Cette spécificité de site est également illustrée par les résultats obtenus dans le cas de greffes autogènes : les autogreffes réalisées à partir de sites donneurs crâniofaciaux (mandibule, maxillaire, calvaria) montrent une efficacité thérapeutique supérieure pour la réparation osseuse par rapport aux greffons provenant du squelette appendiculaire ou axial [16–18]. Au niveau cellulaire, l’OdM et les os longs présentent des différences majeures. Les ostéoblastes et les cellules progénitrices isolés de l’OdM et des os crâniens présentent généralement des propriétés supérieures d’ostéogenèse, in vivo et in vitro, mais également des capacités de recrutement cellulaire, d’autophagie et de résistance à l’apoptose plus importantes (voir [12, 13).
Les tissus ostéo-muqueux oraux présentent néanmoins des particularités qui peuvent les désavantager par rapport aux autres tissus conjonctifs de l’organisme. Le complexe ostéo-muqueux oral est en effet perméable au biofilm bactérien formé dans la cavité orale et il y est sensible [19]. Lorsque ce biofilm est dysbiotique, une réaction inflammatoire, due à la présence de certaines bactéries, entraîne la dégradation du parodonte, à l’origine de la parodontite (voir [20]). Cette affection inflammatoire multifactorielle se caractérise par la perte des tissus de soutien des dents (tissus osseux, ligamentaire et muqueux), associée à des saignements gingivaux et à la présence de poches parodontales, pouvant entraîner la perte des dents. Une sensibilité spécifique de site du complexe ostéo-muqueux oral est également observée en réponse à certains médicaments, comme dans l’ostéo-chimio-nécrose de l’os, en réponse aux biphosphonates [21], ou dans les excroissances muqueuses, en réponse à certaines classes médicamenteuses.
Toutes ces particularités physiologiques ou physiopathologiques révèlent l’originalité et la spécificité des tissus conjonctifs oraux et le rôle essentiel des cellules qui les composent, principalement les ostéoblastes et les fibroblastes muqueux oraux.Origine embryonnaire
Les cellules conjonctives du complexe ostéo-muqueux oral dérivent principalement des cellules des crêtes neurales crâniennes (CNC) [22, 23. Les cellules qui colonisent le premier arc pharyngé dérivent de la partie postérieure du mésencéphale et des rhombomères 1 et 2 du rhombencéphale. Les CNC issues du proencéphale et de la partie antérieure du mésencéphale vont coloniser le bourgeon fronto-nasal. Dans l’évolution, cette population de cellules apparaît chez les vertébrés et correspond au début de la prédation [24]. Ces CNC migrent pour former l’ectomésenchyme crâniofacial puis se différencient pour donner naissance à des dérivés mésenchymateux crâniofaciaux, tels que les ostéoblastes, les chondroblastes, les fibroblastes ou les odontoblastes (Figure 2). Elles donnent également des dérivés ectodermiques, auxquels nous ne nous intéresserons pas dans cette revue, même si nous pouvons souligner la pluripotence de ces cellules embryonnaires transitoires.
Figure 2. Origine embryologique et propriétés des cellules mésenchymateuses orales. A. Paysage de Waddington adapté aux cellules des CNC. Lorsque la cellule s’engage dans une voie de différenciation, elle perd en potentialité. La cellule des crêtes neurales conserve la bipotentialité à l’inverse des dérivés endodermiques, ectodermiques ou mésodermiques. B-C. Stratégie expérimentale pour déterminer la contribution neurectodermique et son impact sur le phénotype des cellules mésenchymateuses chez la souris. B. Les souris Pax3-Cre : Rosatomato sont utilisées pour tracer les cellules d’origine neurectodermique, et les souris Mesp1-cre : Rosatomato, les cellules d’origine mésodermique. C..Pour déterminer l’origine embryonnaire des ostéoblastes fonctionnels, les souris Pax3-Cre : Rosatomato et les souris Mesp1-Cre : Rosatomato sont croisées avec les souris Col1a1*2.3-GFP afin de générer des triples mutants Col1a1*2.3-GFP : Pax3-Cre : Rosatomato et Col1a1*2.3-GFP : Mesp1-Cre : Rosatomato. CNC : crête neurale crâniale. |
Certaines des cellules dérivées des CNC ont des propriétés de cellules souches qui sont maintenues à l’âge adulte, avec un éventail de différenciation plus important que les cellules souches mésenchymateuses dérivées du mésoderme (voir [25]). Les fibroblastes gingivaux et les ostéoblastes orofaciaux, cellules mésenchymateuses dérivées des CNC caractérisées par leur profil HOX (homeobox)-négatif, présentent en effet une importante plasticité cellulaire, ainsi qu’une capacité accrue de régénération tissulaire, comparées aux cellules mésenchymateuses dérivées du mésoderme (qui sont HOX-positives) [18, 22, 26]. Les cellules dérivées des CNC isolées de tissus oraux, tels que la pulpe, la gencive ou le périoste oral, sont ainsi considérées comme des cellules dont l’utilisation semble très prometteuse pour la régénération et la réparation des tissus (voir [27]). Leurs applications cliniques potentielles sont en effet de deux types : la thérapie cellulaire avec, par exemple, la réparation des défauts de mâchoires importants ; le transfert thérapeutique de protéines qu’elles produisent : protéines de la matrice extracellulaire (MEC), facteurs bioactifs, etc.
En revanche, la participation des CNC aux ostéoblastes et aux fibroblastes lors du développement et de l’homéostasie de la peau abdominale ou de structures squelettiques, telles que le tibia, est exclue. Chez la souris, en conditions physiologiques, les ostéoblastes et les fibroblastes sont générés à partir de niches cellulaires locales [18, 22, 23, 28, 29] et maintiennent une identité spatiale et embryonnaire, depuis le développement, au cours de la croissance et aux stades adultes. Les cellules orales ne semblent donc pas être remplacées au cours de l’homéostasie et du remodelage tissulaire physiologique par des cellules souches mésenchymateuses provenant d’autres tissus.
Signature moléculaire
Des analyses, réalisées in vivo et in vitro, ont montré l’existence de signatures génétiques spécifiques de site entre l’OdM et les os longs [30, 31. La famille des homéogènes HOX n’est ainsi pas exprimée dans le massif crâniofacial, alors qu’elle conditionne les patrons morphogénétiques du squelette axial et appendiculaire. L’OdM surexprime par contre des protéines de la matrice dentaire (PMD), tels que Amelx (amelogenin X-linked) et Ambn (ameloblastin) [32].
Récemment, nous avons identifié de nouveaux régulateurs transcriptionnels de la différenciation des ostéoblastes, et avons mis en évidence la signature transcriptionnelle spécifique de site des ostéoblastes des mâchoires [23]. Les ostéoblastes fonctionnels conservent une identité embryonnaire spécifique du site osseux dont ils sont issus (neurectoderme pour les ostéoblastes des mâchoires, et mésoderme pour les ostéoblastes des tibias) (Figure 1). De la croissance jusqu’à l’âge adulte et à l’homéostasie, les ostéoblastes des mâchoires et les ostéoblastes de tibias maintiennent l’expression différentielle des facteurs de transcription participant au développement et à la morphogenèse de leurs tissus respectifs (famille des homéogènes MSX [Msh homeobox], DLX [distal-less homeobox] et ALX [ALX homeobox]).
Les fibroblastes gingivaux présentent également une signature moléculaire différente de celle des fibroblastes extra-oraux [8, 33. Les approches transcriptomiques confirment en effet leur profil unique [33, 34. Dans les cellules gingivales, les gènes codant des facteurs liés à la cicatrisation sont amplifiés, en particulier les gènes codant l’IGF2 (insulin-like growth factor 2), la SOD (superoxide dismutase) et le GPC3 (glypican 3) [5]. Les fibroblastes conservent également l’expression de facteurs de transcription spécifiques de leurs origines embryonnaires. Par exemple, l’expression de PITX1 (paired-like homeodomain 1) et de MSX1, des homéogènes liés à la morphogenèse crâniofaciale, est augmentée dans les cellules gingivales, alors que l’expression des homéogènes positionnels, tels que HOXA1, 2 et HOXB2 et 6, est accrue dans les fibroblastes dermiques [35].
Applications cliniques des ostéoblastes des mâchoires et des fibroblastes muqueux
Physiopathologie des maladies rares orales
Certaines maladies génétiques rares affectent les tissus crâniofaciaux. Elles sont le reflet du rôle et de l’expression des gènes des signatures moléculaires du mésenchyme oral dans les tissus oraux. La plus récente classification [41] dénombre environ 400 de ces maladies rares ayant une répercussion sur les tissus crâniofaciaux. La fédération européenne de parodontologie a, quant à elle, identifié les maladies génétiques qui étaient associées à des parodontites (voir [36]).
Les approches expérimentales, complémentaires des données cliniques obtenues à partir de différentes cohortes de patients, permettent d’étudier les effets des différentes mutations observées dans l’espèce humaine, et de mieux comprendre la physiopathologie de ces maladies rares touchant la sphère orofaciale. L’ensemble des résultats et des bases de données (issues de transcriptome, de protéome et des données phénotypiques de patients et de modèles expérimentaux) sont donc essentielles pour la communauté scientifique, mais également pour les Centres de référence des maladies rares (CRMR), comme ORARES ou OSCAR. En effet, ils peuvent aider à prédire les sites osseux et muqueux qui seront affectés par ces mutations. Ils permettent aussi d’appréhender d’autres anomalies tissulaires, comme les anomalies dentaires, les neurocristopathies1 ou les malformations digitales ou oculaires associées aux mutations génétiques (Figure 3).
Figure 3. Anomalies génétiques chez l’homme associées aux mutations des facteurs de transcription différentiellement surexprimés dans les ostéoblastes des os des mâchoires : analyse bibliographique (d’après OMIM et Orphanet). A. Liste des pathologies chez l’homme associées à des mutations des facteurs de transcription surexprimés dans les ostéoblastes des mâchoires et (B) représentation de ces facteurs de transcription en fonction du type de tissu et de la région anatomique affectés par leur(s) mutation(s). OB : ostéoblastes, OdM : os des mâchoires. |
Réparation et potentiel régénératif
Dans l’espèce humaine, la cicatrisation des tissus oraux, de la gencive en particulier, présente des caractéristiques qui sont communes avec la cicatrisation de tissus d’autres organismes aux capacités régénératives particulières, comme l’axolotl (Ambystoma mexicanum), une espèce de salamandre, ou la souris épineuse (Acomys cahirinus) [37, 38. Elle s’accompagne en effet d’une inflammation moins intense, d’une absence de croûte et d’une fermeture des berges épithéliales plus rapide que celle d’autres tissus [8, 39. Cette particularité ne résulte pas uniquement de la présence de salive : les greffes cutanées intra orales, réalisées à partir d’autres tissus, présentent des cicatrisations pathologiques, comme dans leur tissu originel [40]. Les greffes hétérotopiques, entre des fibroblastes dermiques et des fibroblastes gingivaux, montrent en effet que ces propriétés de régénération spécifiques de site, sont liées aux fibroblastes et non à leur environnement respectif [28]. La capacité réparatrice des os des mâchoires est également sollicitée fréquemment dans les traitements orthodontiques ou les chirurgies osseuses maxillaires. Certains gènes, qui s’activent lors de la cicatrisation orale chez l’homme, sont présents chez les espèces dotées d’une forte capacité régénérative, comme l’axolotl ou la souris épineuse, et leur expression est également augmentée lors des processus de régénération tissulaire (Fournier et al., données non publiées). Les cellules souches mésenchymateuses orales participent à ces capacités de régénération, avec les fibroblastes et les ostéoblastes au sein desquels elles évoluent.
Les cellules orales, et plus largement les progéniteurs d’origine neurectodermique, apparaissent ainsi comme de potentiels candidats pour une utilisation en ingénierie tissulaire et en thérapie cellulaire appliquées aux sites intra mais aussi extra-oraux.Conclusion
Les différentes observations et les résultats que nous avons présentés apportent un nouveau regard sur les mécanismes spécifiques de site impliqués dans la régulation de la différenciation et l’homéostasie des ostéoblastes et des fibroblastes de la sphère orale. Il reste désormais à transférer ces données au développement de stratégies thérapeutiques afin d’envisager la possible reconstruction d’un parodonte fonctionnel, mais également de tissus extra-oraux. Ces approches novatrices devraient permettre une meilleure compréhension de la physiopathologie des phénotypes oraux et ainsi conduire au développement d’outils diagnostiques qui permettront la prise en charge de ces affections.Liens d’intérêt
Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.
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Liste des figures
Figure 1. Spécificité de site du complexe ostéo-muqueux oral. A. Origine embryonnaire des cellules mésenchymateuses. B. Propriétés spécifiques de site de la muqueuse orale et des os des mâchoires. CNC : crête neurale crâniale ; OdM : os des mâchoires. |
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Figure 2. Origine embryologique et propriétés des cellules mésenchymateuses orales. A. Paysage de Waddington adapté aux cellules des CNC. Lorsque la cellule s’engage dans une voie de différenciation, elle perd en potentialité. La cellule des crêtes neurales conserve la bipotentialité à l’inverse des dérivés endodermiques, ectodermiques ou mésodermiques. B-C. Stratégie expérimentale pour déterminer la contribution neurectodermique et son impact sur le phénotype des cellules mésenchymateuses chez la souris. B. Les souris Pax3-Cre : Rosatomato sont utilisées pour tracer les cellules d’origine neurectodermique, et les souris Mesp1-cre : Rosatomato, les cellules d’origine mésodermique. C..Pour déterminer l’origine embryonnaire des ostéoblastes fonctionnels, les souris Pax3-Cre : Rosatomato et les souris Mesp1-Cre : Rosatomato sont croisées avec les souris Col1a1*2.3-GFP afin de générer des triples mutants Col1a1*2.3-GFP : Pax3-Cre : Rosatomato et Col1a1*2.3-GFP : Mesp1-Cre : Rosatomato. CNC : crête neurale crâniale. |
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Figure 3. Anomalies génétiques chez l’homme associées aux mutations des facteurs de transcription différentiellement surexprimés dans les ostéoblastes des os des mâchoires : analyse bibliographique (d’après OMIM et Orphanet). A. Liste des pathologies chez l’homme associées à des mutations des facteurs de transcription surexprimés dans les ostéoblastes des mâchoires et (B) représentation de ces facteurs de transcription en fonction du type de tissu et de la région anatomique affectés par leur(s) mutation(s). OB : ostéoblastes, OdM : os des mâchoires. |
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