Nos connaissances sur l’origine et l’identité cellulaire des cellules spumeuses in vivo sont étonnamment limitées compte tenu de la nature ubiquitaire de ces cellules dans les lésions athérosclérotiques et de leur rôle critique dans la pathogenèse des lésions, y compris les conséquences cliniques tardives telles que l’infarctus du myocarde ou l’accident vasculaire cérébral. Dans les études pathologiques humaines de lésions avancées1, les cellules spumeuses, ou cellules riches en lipides, ont d’abord été identifiées comme des macrophages à l’aide d’anticorps monoclonaux dirigés contre le CD68, le CD45 et le HLA de classe II (cluster of differentiation 68, cluster of differentiation 45 et human leukocyte antigen class II).2 Cependant, ces études ont été rapidement suivies par des études utilisant des anticorps améliorés dirigés contre l’actine, qui ont montré que les cellules musculaires lisses (SMC) pouvaient également donner naissance à des cellules spumeuses, tant dans les lésions humaines avancées que dans celles de stade précoce.3,4 Cependant, des études récentes de traçage de lignées menées par notre laboratoire5-7 et d’autres8 ont montré que l’utilisation des seuls gènes marqueurs pour déterminer l’origine des cellules n’est pas une approche fiable dans le contexte d’une lésion athérosclérotique. En effet, il a été démontré que les SMC peuvent perdre leurs marqueurs contractiles et exprimer des marqueurs de macrophages comme le CD68,5 les cellules endothéliales et les macrophages peuvent subir une transition mésenchymateuse et exprimer des marqueurs de SMC,9-11 et certaines cellules dans les lésions humaines expriment à la fois le CD68 et l’ACTA2 (alpha 2 actine) ce qui rend encore plus confuse notre compréhension concernant les origines des cellules spumeuses au sein des lésions5,12.

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Dans ce numéro d’Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, Wang et al13 fournissent des preuves intrigantes que 60% à 70% des cellules spumeuses dans les lésions athérosclérotiques de la souris sont d’origine SMC et non leucocytaire. Il est important de noter que les conclusions sont basées sur une utilisation impressionnante de méthodes complémentaires, y compris des souris de traçage de la lignée des SMC, des méthodes spécialisées de cytométrie en flux qui préservent les cellules spumeuses d’origine leucocytaire et non leucocytaire, et la démonstration que les cellules spumeuses dérivées des SMC semblent être négatives pour le marqueur panleucocytaire CD45. Cette dernière observation est importante car ce même groupe a précédemment démontré que >50% des cellules spumeuses dans les lésions coronariennes humaines avancées sont ACTA2+ CD68+ mais CD45-, ce qui suggère que les cellules non leucocytaires sont également la source principale des cellules spumeuses dans les lésions humaines, et non les monocytes-macrophages comme on l’a longtemps supposé.14,15 Bien que les données sur les souris semblent convaincantes, l’interprétation des données sur les humains reste controversée car elle dépend entièrement de l’hypothèse non prouvée selon laquelle toutes les cellules spumeuses dérivées des leucocytes dans les lésions humaines conservent l’expression du CD45. L’impossibilité de procéder à un traçage rigoureux de la lignée dans les études humaines constitue une limitation supplémentaire. Notre laboratoire a déjà mis au point une méthode épigénétique qui permet de détecter les cellules dérivées des CMC en se basant sur la détection de H3K4diMe (diméthylation de la lysine 4 sur l’histone 3) de la région promotrice de Myh11 (chaîne lourde de myosine 11) dans les coupes histologiques.6 Cependant, cette méthode aura une utilité limitée pour l’analyse des cellules spumeuses car, comme l’indiquent Wang et al, il est pratiquement impossible de distinguer les cellules spumeuses individuelles dans les lésions avancées. Alors, comment ces limites inhérentes pourraient-elles être résolues ?

Nous pensons que la solution sera trouvée sur la base d’analyses ARNseq (scRNAseq) unicellulaires impartiales de lésions humaines avancées, combinées à des études complémentaires de scRNAseq, de cytométrie en flux et de cytométrie de masse (CyTOF) de lésions avancées provenant de souris athéroscléreuses traçantes de la lignée SMC. Bien qu’il y ait eu récemment un certain nombre d’études scRNAseq sur les lésions athérosclérotiques, nous pensons qu’elles ont eu jusqu’à présent des limites importantes en ce qui concerne la résolution de la controverse qui dure depuis des décennies quant à la source cellulaire principale des cellules spumeuses. Ces données soulignent les perspectives uniques offertes par les nouvelles techniques, mais elles incitent également à la prudence lors de l’interprétation de ces études et d’autres et suggèrent que l’exploration plus approfondie de l’identité et des propriétés des cellules en utilisant un traçage rigoureux des lignées ainsi que le scRNAseq et des essais avancés au niveau des protéines est un domaine crucial pour les recherches futures.

Wang et al ont utilisé une fixation des lipides suivie d’une coloration BODIPY (boron-dipyrrométhène) et d’une cytométrie de flux pour tenter de quantifier et de caractériser les cellules spumeuses dans les aortes athérosclérotiques provenant de souris ApoE-/- âgées ou nourries au régime occidental. Une technique similaire a été utilisée par Kim et al16 pour isoler les cellules spumeuses BODIPY+ SSChi des aortes murines athérosclérotiques afin de les analyser par RNAseq unicellulaire. Il est important de noter que les deux études ont analysé des aortes entières et non des lésions, de sorte que la majorité des cellules analysées ne sont pas dérivées de lésions athérosclérotiques en soi, mais reflètent plutôt les populations globales de cellules dans les lésions, la média et l’adventice. De plus, Kim et al se sont concentrés sur les cellules CD45+ triées pour établir le profil des populations de macrophages dans l’aorte murine, ce qui aurait bien sûr exclu les cellules spumeuses dérivées des SMC décrites par Wang et al. Le groupe a inclus des données scRNAseq sur toutes les cellules spumeuses BODIPY+SSChi dans le supplément. Il est intéressant de noter que ces données montrent des cellules positives pour ACTA2 et Sm22a qui pourraient être les cellules spumeuses non dérivées de leucocytes décrites par Wang et al dans leurs études. Cependant, il est important de noter que les résultats de scRNAseq peuvent ne pas être une méthode fiable pour quantifier les origines des cellules spumeuses, car Winkels et al ont trouvé des preuves basées sur la déconvolution de l’ARNseq en vrac que les techniques standard de scRNAseq sous-échantillonnent les macrophages et les monocytes de ≈65%.17 Cela peut être une raison majeure pour laquelle les groupes particulièrement intéressés par les populations de macrophages auraient besoin de concentrer ces cellules en utilisant la cytométrie de flux avant l’analyse, une technique suivie dans plusieurs articles récents décrivant les leucocytes dans les vaisseaux sanguins athérosclérotiques16.-Cependant, de telles approches sont susceptibles de compromettre le pouvoir potentiel de scRNAseq pour détecter la diversité des types de cellules et découvrir l’importance de populations cellulaires inconnues jusqu’alors dans la maladie. En effet, nos préjugés ne s’appliquent pas seulement à l’entrée des cellules mais aussi à l’interprétation des données scRNAseq, dans lesquelles les chercheurs obtiennent un transcriptome entier de populations de cellules aortiques ou de lésions et procèdent ensuite à la désignation du type de cellule en se basant sur l’utilisation de quelques marqueurs familiers. Cela va à l’encontre de l’objectif d’une technologie destinée à séparer les groupes sur la base de centaines ou de milliers de gènes et peut également entraîner une confusion pour les groupes qui étudient des populations de cellules similaires.19,20 Cette dernière question est particulièrement problématique étant donné le manque de fiabilité désormais bien établi de l’utilisation de quelques gènes marqueurs conventionnels et familiers pour identifier les types de cellules dans les lésions athérosclérotiques à un stade avancé.5,9-En effet, Wang et al reconnaissent que 20 % des cellules spumeuses non-SMC n’expriment pas non plus le CD45, ce qui indique qu’elles peuvent provenir d’une autre source ou de macrophages qui n’expriment plus le CD45. Aucune technique n’est complètement impartiale et, par conséquent, l’utilisation de multiples techniques complémentaires, y compris le traçage de la lignée, la coloration immunohistochimique, la cytométrie en flux, le CyTOF et le séquençage, doit être la norme d’or pour les futures études sur l’identité des cellules dans l’athérosclérose.

L’ambiguïté dans l’identification des cellules basée sur l’utilisation d’un ou de quelques gènes marqueurs peut également avoir des implications thérapeutiques critiques. C’est-à-dire qu’une thérapie qui peut avoir des effets bénéfiques sur certaines cellules peut avoir des effets néfastes sur d’autres cellules. Ceci est clairement illustré par un article récent de notre groupe dans Nature Medicine21 qui a montré de manière inattendue que l’investissement et la rétention des SMC dans la chape fibreuse des lésions athérosclérotiques avancées dépendent de la signalisation de l’IL-1b et du récepteur de l’IL-1. En revanche, il est également bien établi que l’IL-1b contribue au développement de l’athérosclérose.22 De même, Wang et al ont montré que l’ABCA1 (ATP-binding cassette A1) était régulé à la baisse dans les cellules spumeuses CD45-négatives, ce qui, selon les auteurs, pourrait être un mécanisme expliquant leur accumulation de lipides au fil du temps. Les différences subtiles dans la capacité des types de cellules à répondre au microenvironnement de la plaque sont peut-être essentielles à la pathogenèse des lésions, car les types de cellules qui ne font pas le bon travail se retrouvent piégés. En effet, nous postulons que les cellules de type macrophage dérivées des SMC sont de mauvais substituts des cellules phagocytaires professionnelles et finissent par s’engorger de lipides mais ont une capacité limitée à les éliminer (Figure).

En résumé, les études rapportées ici par Wang et al fournissent un lien important entre les observations des cellules spumeuses dans les lésions humaines et les modèles de souris et suggèrent un rôle sous-estimé des CMC dans la formation des cellules spumeuses. Les conclusions de Wang et al fournissent des preuves irréfutables de la nécessité de poursuivre les recherches dans ce domaine. Nous espérons que l’utilisation combinée de modèles avancés de traçage de lignées chez la souris et du profilage transcriptionnel et protéomique impartial des cellules des lésions nous permettra de définir plus précisément les origines et les fonctions des divers types de cellules présentes dans les lésions et de développer de nouvelles approches thérapeutiques puissantes pour améliorer la stabilité des plaques et réduire les complications thrombotiques tardives de l’athérosclérose.

Notes de bas de page

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