Dossier

Surcharge pondérale et cancérogenèse mammaire : focus sur le dialogue intercellulaire in situ

Mis en ligne le 19/12/2017

Mis à jour le 29/12/2017

Auteurs : A. Rossary, L. Delort, M. Goepp, F. Caldefie-Chézet, M.P. Vasson

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  • La surcharge pondérale est un facteur reconnu de risque de cancer du sein chez la femme ménopausée, associé à un mauvais pronostic, à une augmentation du risque de métastases et de mortalité. De nombreuses altérations métaboliques et hormonales systémiques peuvent expliquer cette association épidémiologique entre surpoids/obésité et augmentation du risque de cancer mammaire. Au niveau local, le sein présente la particularité d'un contact direct entre le tissu adipeux et les cellules épithéliales mammaires saines et/ou néoplasiques. De ce fait, les adipocytes, de par leur dialogue avec les cellules environnantes, sont susceptibles de participer au processus de cancérogenèse, notamment en cas d'excès pondéral. Aussi, il s'avère fondamental de mieux appréhender à partir de modèles in vitro le dialogue intercellulaire et d'identifier les biofacteurs clés impliqués.

La surcharge pondérale (surpoids et obésité) de la population française adulte a augmenté depuis les années 1990 et cette progression est encore plus notable pour l'obésité seule. Actuellement, près de la moitié des adultes sont en excès pondéral, parmi lesquels 32 % en surpoids et 17 % obèses. Des différences socioéconomiques et régionales existent : la prévalence de l'obésité est inversement proportionnelle au niveau d'instruction et au niveau des revenus du foyer, et s'avère plus élevée dans les régions du Nord et de l'Est de la France.

La surcharge pondérale, caractérisée par l'indice de masse corporelle (IMC), augmente de façon convaincante le risque de cancer du sein chez la femme après la ménopause. À l'inverse, en situation de préménopause, c'est un facteur de protection vis-à-vis du cancer du sein, selon un niveau de preuve qualifié de probable en raison du manque de justification mécanistique plausible.

Après la ménopause, l'augmentation du risque de cancer du sein est estimée à 10 % pour une augmentation de 5 kg/m2 de l'IMC (1). La méta-analyse dose-réponse des données relatives au tour de taille, reflet de l'obésité abdominale, indique aussi une augmentation significative du risque de 6 % pour 10 cm d'augmentation du tour de taille (1). En revanche, l'analyse des données relatives au rapport tour de taille/tour de hanche, ajustées ou non à l'IMC, n'indique pas d'association significative avec le risque de cancer du sein en cas de ménopause (1).

Lien entre surpoids/obésité et augmentation du risque de cancer du sein

Plusieurs mécanismes peuvent expliquer ces as­sociations. Chez la femme ménopausée présentant un IMC élevé, il est très souvent observé une augmentation du taux de plusieurs hormones, facteurs de croissance et cytokines : insuline, Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1), leptine, hormones sexuelles, etc. (figure 1). Ces facteurs sont impliqués dans des fonctions jouant un rôle important dans la cancérogenèse, telles que la prolifération, la différenciation et le métabolisme cellulaire, notamment oxydatif.

L'excès de tissu adipeux intra-abdominal favorise le développement de l'insulinorésistance tissulaire, qui conduit à une augmentation de la sécrétion insulinique pancréatique. L'hyperinsulinémie chronique en résultant induit la production d'IGF-1 qui favorise la prolifération cellulaire. De plus, la croissance tumorale peut indirectement être favorisée par la réduction des protéines de transport de l'IGF-1, ce qui majore sa biodisponibilité.

Les hormones sexuelles stéroïdiques incluant estrogènes, androgènes et progestérone peuvent également contribuer à ce risque de cancer, du fait que le tissu adipeux, via l'activité aromatase, est le site de synthèse des estrogènes chez la femme ménopausée. Or, les cellules de la glande mammaire, riches en récepteurs aux estrogènes, sont particulièrement sensibles aux effets stimulateurs de ces hormones sur la prolifération cellulaire.

L'obésité induit également un état inflammatoire chronique de bas grade en raison de la production par le tissu adipeux, incluant notamment des macrophages, de facteurs pro-inflammatoires tels que le Tumor Necrosis Factor α (TNFα), l'interleukine 6 (IL-6) et la leptine, susceptibles de promouvoir la prolifération cellulaire. Cette inflammation favorise le stress oxydatif, en particulier la peroxydation lipidique, accrue chez le sujet obèse, dont les produits peuvent induire des altérations de l'ADN nucléaire et contribuer ainsi au processus néoplasique.

D'autres mécanismes peuvent être évoqués, comme les facteurs de reproduction associés à une exposition prolongée aux estrogènes endogènes tels la puberté précoce, la ménopause tardive et un âge avancé lors de la première grossesse. L'apport d'hormones exogènes, comme la contraception orale ou le traitement hormonal substitutif de la ménopause, peut également contribuer à un risque accru de cancer du sein. De plus, la consommation d'alcool et le manque d'activité physi­que sont des facteurs de risque modifiables de cancer du sein (2).

Le tissu adipeux, un déterminant clé de la cancérogenèse mammaire

Le tissu adipeux constitue, de par sa masse, sa répartition, son hétérogénéité cellulaire et sa capacité sécrétoire, un déterminant clé de la cancérogenèse mammaire. Il correspond quantitativement à 15 à 20 % du poids corporel chez un individu normopondéré et peut atteindre 60 à 70 % en cas d'obésité sévère. Il présente une importante hétérogénéité cellulaire, avec 2 composantes majeures : les adipocytes matures (AM) d'une part, et la fraction stroma-vasculaire (FSV) d'autre part, composée de préadipocytes, de fibroblastes, de cellules immunitaires, endothéliales et nerveuses et de cellules progénitrices/souches (figure 2).

L'infiltrat adipocytaire de la glande mammaire est normalement constitué à 90 % d'adipocytes bruns et blancs. Au cours de la gestation, il se développe un nouveau type d'adipocyte, possédant des caractéristiques morphologiques du tissu adipeux blanc (une seule vacuole lipidique), du tissu adipeux brun (apparition d'un réseau de mitochondries et d'organelles cyto­plasmiques) et du tissu épithélial (cellules rectangulaires en monocouche avec un pôle apical en brosse) [3]. Ce tissu, spécifique de la glande mammaire au cours de la gestation et de la lactation est appelé tissu adipeux rose. C'est le seul tissu adipeux de l'organisme à avoir des propriétés exocrines conduisant à la formation de l'exsudat lipidique du lait. Cette fonction du tissu adipeux est aujourd'hui activement étudiée tant elle interfère dans la régulation du métabolisme énergétique et de l'adiposité globale aussi bien chez la mère que chez l'enfant, à court et à long terme. De plus, cette transformation du tissu adipeux de blanc en rose est réversible à la fin de la période de lactation. Récemment, cette plasticité a été mise en relation avec le rôle des adipocytes dans la carcinogenèse mammaire (4).

À ce jour, plus de 400 molécules appelées “adipokines” sont produites par les AM. Ces adipokines regroupent des cytokines (IL-6, TNFα, IL-8, etc.), des facteurs de croissance (Transforming Growth Factor β [TGFβ], etc.) mais également des protéines impliquées dans l'homéo­stasie vasculaire (Plasminogen Activator Inhibitor-1 [PAI-1], etc.), la régulation de la pression sanguine (angio­tensinogène, etc.), le métabolisme lipidique, l'homéo­stasie glucidique (adiponectine…), ou encore le processus angiogénique (VEGF [Vascular Endothelial Growth Factor]). Alors que certaines adipokines, telles que la leptine et l'IL-6, augmentent en situation de surcharge pondérale, d'autres, comme l'adiponectine, diminuent chez les personnes en surpoids. Les adipocytes et leur “sécrétome” ont un rôle pathogénique prépondérant en situation de surcharge pondérale. En effet, le sein est un organe très spécifique où les cellules épithéliales sont immergées dans un microenvironnement adipeux. Outre des effets endocrines systémiques, l'adipocyte influence par ses secrétions in situ ou paracrines les capacités métaboliques et fonctionnelles des cellules environnantes (figure 2).

De ce fait, les adipocytes et leur sécrétome sont susceptibles d'impacter la croissance, l'invasion locale, la dissémination métastatique et la résistance cellulaire aux traitements conventionnels. À l'heure actuelle, les mécanismes qui sous-tendent, à l'échelle cellulaire et moléculaire, le lien entre l'obésité et le cancer mammaire ne sont pas clairement établis. L'hypothèse est que, dans un contexte d'obésité, les adipocytes, en raison de leur état dysfonctionnel, contribuent par le dialogue avec les cellules environnantes au dévelop­pement d'un microenvironnement favorable à la cancéro­genèse.

Interactions entre adipocytes et cellules mammaires saines ou néoplasiques

Afin de mieux comprendre ces interactions influencées par la surcharge pondérale, nous avons développé un modèle original de culture tridimensionnelle mettant en présence 3 types cellulaires (fibroblastes, cellules mammaires néoplasiques et AM) provenant de femmes de poids normal ou obèses (5). Ce modèle nous a permis de mettre en évidence des interactions réciproques entre cellules adipeuses et cancéreuses se traduisant, d'une part, par une différenciation accrue des adipocytes et, d'autre part, par une augmentation de l'expression de gènes impliqués dans la prolifération et l'angiogenèse au niveau des cellules tumorales (5).

De façon complémentaire, nous avons montré en coculture que les AM différenciés in vitro, à partir de cellules souches adipocytaires (ASC) provenant de femmes de poids normal ou obèses (AM20 et AM30, respectivement), majorent la prolifération des cellules mammaires néoplasiques (MCF-7) ainsi que celle des cellules mammaires saines ou assimilées (184B5 et MCF10A). Par ailleurs, nous avons très récemment établi que les adipocytes sont capables d'inhiber la prolifération des cellules myoépithéliales mammaires (Hs578-Bst), connues pour leurs propriétés suppressives de tumeurs (données non publiées). Ainsi, les adipocytes semblent créer un microenvironnement favorable au développement tumoral en agissant sur les cellules myoépithéliales contribuant à la réorganisation, voire la complète disparition de ces cellules, comme observé lors de la cancérogenèse mammaire.

Interactions entre adipocytes et cellules souches tumorales résiduelles

Parmi les hypothèses émises pour expliquer le risque de récidive de la pathologie cancéreuse, la persistance des cellules souches cancéreuses (CSC) est très souvent évoquée. En effet, les CSC semblent résistantes aux thérapies anticancéreuses, et leur survie après traitement favoriserait le risque de rechute. Deux modèles, bien qu'encore controversés, sont proposés afin d'expliquer la présence de ces CSC. Le premier suggère qu'elles dérivent par mutation génétique de cellules souches, leur capacité de prolifération importante contribuant à l'augmentation statistique du risque d'acquisition de mutations. Le deuxième implique une “dédif­féren­ciation” de cellules spécialisées ayant acquis des modifi­cations génétiques leur conférant le phénotype et les fonctions de cellules souches.

Les CSC expriment des propriétés communes aux cellules souches (autorenouvellement et différen­ciation) et des caractéristiques propres, telles une prolifération anarchique et une différenciation anormale contribuant à renforcer la tumorigénicité. Ces CSC, bien qu'en nombre réduit (de 0,1 à 2 % des cellules tumorales, selon les techniques), pourraient donc être à l'origine des récidives (6).

Dans l'hypothèse d'un lien entre adipocytes et CSC résiduelles, nos travaux actuels cherchent à définir l'influence des adipocytes (AM 20/30) sur la prolifération et la fonctionnalité des CSC. Nous avons ainsi mis en évidence un effet stimulant de la leptine et de l'IL-6 sur la prolifération des CSC. Ces données préliminaires, non publiées, laissent envisager que le tissu adipeux, de par ses interactions avec les CSC résiduelles, peut contribuer au risque d'échappement thérapeutique et de récidive, notamment en situation de surcharge pondérale.

Interactions entre adipocytes et cellules endothéliales

Outre leurs effets sur les cellules mammaires tumorales, les adipocytes peuvent modifier la fonctionnalité des cellules endothéliales et moduler ainsi le risque de récidives et de métastases via l'angiogenèse. En effet, les cellules endothéliales participent à la néovascularisation du tissu tumoral et sont donc nécessaires à son développement.

En confrontant l'influence de milieux conditionnés issus de coculture entre AM20 ou AM30 et des cellules mammaires tumorales (MCF-7) à celle de milieux conditionnés par les AM20 ou AM30 seuls, nous avons montré que :

  • les 2 types de milieux conditionnés issus de femmes en surpoids ou obèses (AM30) stimulent la prolifération, la migration et la formation de tubes endothéliaux (cellules HUVEC) ;
  • les milieux conditionnés issus de la coculture des 2 types cellulaires (AM30 + MCF-7) ont un impact plus prononcé (7). Ces résultats suggèrent l'existence d'un dialogue intercellulaire permettant d'influencer le processus angiogénique, notamment en situation de surpoids ou d'obésité. La question qui en résulte est l'identification “du” ou, plus probablement, “des” biofacteurs impliqués, présents dans le milieu conditionné et provenant de l'activité sécrétoire des adipocytes et/ou des cellules néoplasiques. Il est probable, mais difficile à démontrer, que plusieurs biofacteurs agissant de façon synergique ou non puissent participer aux effets observés.

Certaines adipokines pourraient être impliquées, notamment celles dont le taux sérique est modulé dans le cancer du sein associé au surpoids, telles que la leptine. Nous avons montré in vitro que, à une concentration (100 ng/ml) reflétant le taux plasmatique de la personne obèse, la leptine stimule à la fois les processus d'angiogenèse et d'invasion tumorale (8). Cependant, l'analyse des milieux conditionnés issus de coculture (AM30 + MCF7) a montré que, parmi les biofacteurs ciblés (leptine, adiponectine, TNFα, IL-6, IL-1β, etc.), seule la concentration d'IL-6 est significativement augmentée (7). L'IL-6, dont la concentration plasmatique est plus élevée chez les femmes porteuses d'une tumeur mammaire, semble donc être un facteur clé du dialogue entre les adipocytes et les cellules néoplasiques.

Ainsi, chez les patientes en surpoids ou obèses, les sécrétomes adipocytaires et tumoraux, en participant à la progression du processus angiogénique, semblent in fine contribuer à la formation de néovaisseaux favorisant la progression tumorale et, à terme, l'apparition de métastases.

Interactions entre adipocytes et cellules immunitaires

La majeure partie de l'infiltrat immunitaire du tissu ­adipeux en situation physiologique est constituée de lymphocytes T régulateurs et de macrophages de type M2. Grâce à leur sécrétion ­anti-inflammatoire ­(IL-10 et TGFβ), ils favorisent la sensibilité à l'insuline et la lipolyse. Cet équilibre semble fortement perturbé en cas d'obésité, dans laquelle le tissu adipeux, par ses sécrétions, réoriente la réponse immunitaire vers un profil inflammatoire (M1, Th1) [9]. Dans cette situation, un dialogue intercellulaire s'installe entre les cellules immunitaires et les adipocytes : le tissu adipeux dysmétabolique induit une augmentation de la production de leptine et de résistine, notamment, et une diminution de la sécrétion de l'adiponectine. Ces modifications conduisent à un recrutement des cellules pro-­inflammatoires aux dépens des cellules anti-­inflammatoires. L'envahissement du tissu adipeux par les macrophages M1 et les lymphocytes T helper 1 (Th1) conduit localement à une augmentation des taux d'IL-6 et de TNFα. Ces cytokines vont à leur tour renforcer l'insulinorésistance et le dysmétabolisme adipocytaire amplifiant le phénomène.

En situation de cancer, l'infiltrat immunitaire de la tumeur se caractérise par une modification de l'équilibre des cellules dites pro- ou antitumorales. La majeure partie des cellules immunitaires de la fraction stromale est constituée de macrophages de type M1 pro-
inflammatoires, favorisant l'insulinorésistance, ou de type M2, plutôt anti-inflammatoires et conservant la sensibilité à l'insuline. Le reste de l'infiltrat immunitaire tumoral est constitué de lymphocytes T cytotoxiques (LTc) et T régulateurs (Treg) et de Natural Killer (NK). Les sécrétions adipocytaires favorisent, dans la tumeur, les populations de lymphocytes Treg et un fort infiltrat macrophagique de type M2 conduisant à un environnement pro-inflammatoire favorable à la croissance tumorale et défavorable aux cellules cytotoxiques de la réponse antitumorale (10).

Adipokines, cytokines et chimiokines : les messagers du dialogue intercellulaire

Au cours de la cancérogenèse mammaire, le tissu adipeux, en raison de sa capacité sécrétoire, module l'environnement tissulaire et interagit avec les cellules immunitaires avoisinantes par l'intermédiaire d'un grand nombre des biofacteurs, adipokines, cytokines ou chimiokines, qui agissent en synergie sur le système immunitaire (11, 12) [figure 2]. À titre d'exemple, la cytokine pro-inflammatoire TNFα, dont la production est majorée en situation d'obésité, favorise l'angio­genèse, la prolifération et l'invasion cellulaires, et également la sécrétion d'IL-6. En parallèle, l'inter­féron γ (IFNγ), cytokine favorisant l'immunité anti­tumorale, induit un recrutement et une polarisation des monocytes vers un phénotype de macrophage M1. Cette cytokine pro-apoptotique induit une sécrétion d'IP10 (IFNγ-Induced Protein 10, ou CXCL10) et de MIG (Monokine Induced by IFNγ, ou CXCL9) en agissant sur les cellules environnantes. À l'opposé, l'IL-10 est une cytokine anti-inflammatoire et immunosuppressive qui inhibe l'expression et la synthèse des cytokines par les lymphocytes T et les macrophages. La leptine adipocytaire stimule dans les cellules proximales la production d'espèces réactives de l'oxygène et, ainsi, majore le stress oxydant du tissu mammaire (13). Les composés produits par ce stress oxydant (peroxyde, isoprostanes, aldéhydes, etc.) contribuent à l'entretien d'un microenvironnement procarcinogène dans ce tissu (14). En situation d'obésité, les AM sécrètent également des molécules chimio-attractantes, comme MCP-1 (Monocyte Chemoattractant Protein 1), qui favorise le recrutement des monocytes au niveau tissulaire. Une corrélation positive a d'ailleurs été établie entre le nombre de macrophages infiltrés dans le tissu adipeux et l'IMC. MCP-1 participe à l'angiogenèse, favorise l'échappement immunitaire et la dégradation de la matrice extracellulaire. L'IP10, chimiokine antitumorale attirant les monocytes, permet également le recrutement des lymphocytes T, des NK et des cellules dendritiques. Enfin, RANTES (Regulated on Activation Normal T cell Expressed and Secreted) est une chimiokine favorisant le développement tumoral, sécrétée en grande quantité par les cellules tumorales. Elle attire les leucocytes et monocytes, qui sont ensuite différenciés en cellules favorisant la promotion tumorale (comme les Th 2, Treg ou les macrophages M2). Cette multitude de messagers du dialogue intercellulaire, antagonistes ou synergiques selon l'environnement, complexifie grandement la compréhension des mécanismes initiateurs et promoteurs de la cancérogenèse.

Conclusion

De multiples altérations métaboliques et hormonales, aussi bien systémiques que microenvironnementales, contribuent au risque accru de cancer du sein chez la femme ménopausée en situation de surcharge pondérale. La compréhension du rôle des adipocytes in situ dans les échanges intercellulaires est encore limitée du fait des difficultés d'investigation in vivo et des limites des modèles cellulaires in vitro, aussi élaborés soient-ils. L'identification des acteurs impliqués dans ce dialogue intercellulaire s'avère essentielle et prometteuse pour définir de nouveaux biomarqueurs pronostiques et/ou prédictifs et cibles thérapeutiques potentielles. ■


FIGURES

Références

1. WCRF/AICR. Systematic Literature Review - Continuous Update Project Report: The Associations between Food, Nutrition and Physical Activity and the Risk of Breast Cancer. 2017. Washington, DC : Imperial College London, 2017: 120 p.

2. Latino-Martel P, Cottet V, Druesne-Pecollo N et al. Alcoholic beverages, obesity, physical activity and other nutritional factors, and cancer risk: A review of the evidence. Crit Rev Oncol Hematol 2016;99:308-23.

3. Giordano A, Smorlesi A, Frontini A, Barbatelli G, Cinti S. White, brown and pink adipocytes: the extraordinary plasticity of the adipose organ. Eur J Endocrinol 2014;170(5):R159-71.

4. Rausch LK, Netzer NC, Hoegel J, Pramsohler S. The Linkage between breast cancer, hypoxia, and adipose Tissue. Front Oncol 2017;7:211.

5. Delort L, Lequeux C, Dubois V et al. Reciprocal interactions between breast tumor and its adipose microenvironment based on a 3D adipose equivalent model. PloS One 2013;8:e66284.

6. Bao B, Ahmad A, Azmi AS, Ali S, Sarkar FH. Overview of cancer stem cells (CSCs) and mechanisms of their regulation: implications for cancer therapy. Curr Protoc Pharmacol 2013;Chapter 14: Unit 14.25.

7. Bougaret L, Delort L, Billard H et al. Supernatants of Adipocytes From Obese Versus Normal Weight Women and Breast Cancer Cells: In Vitro Impact on Angiogenesis. J Cell Physiol 2017;232:1808-16.

8. Dubois V, Delort L, Billard H, Vasson MP, Caldefie-Chezet F. Breast cancer and obesity: in vitro interferences between adipokines and proangiogenic features and/or antitumor therapies? PLoS One 2013;8(3):e58541.

9. Guzik TJ, Skiba DS, Touyz RM, Harrison DG. The role of infiltrating immune cells in dysfunctional adipose tissue. Cardiovasc Res 2017;113(9):1009-23.

10. Keenan BP, Jaffee EM, Armstrong TD. Tumor Immunology: Multidisciplinary Science Driving Basic and Clinical Advances. Cancer Immunol Res 2013;1(1):16-23.

11. Sarvaiya PJ, Guo D, Ulasov I, Gabikian P, Lesniak MS. Chemokines in tumor progression and metastasis. Oncotarget 2013;4(12):2171-85.

12. Matsui Y, Tomaru U, Miyoshi A et al. Overexpression of TNF-α converting enzyme promotes adipose tissue inflammation and fibrosis induced by high fat diet. Exp Mol Pathol 2014;97(3):354-8.

13. Mahbouli S, Der Vartanian A, Ortega S, Rougé S, Vasson M-P, Rossary A. Leptin induces ROS via NOX5 in healthy and neoplastic mammary epithelial cells. Oncol Rep 2017;38(5):3254-64.

14. Basu S, Rossary A, Vasson MP. Role of inflammation and eicosanoids in breast cancer. Lipid Technol 2016;28(3-4):60-4.

Liens d'interêts

Les auteurs déclarent ne pas avoir de liens d’intérêts.

auteurs
Dr Adrien ROSSARY

Pharmacien, Université Clermont-Auvergne, UFR de pharmacie, Clermont-Ferrand, France

Contributions et liens d’intérêts
Dr Laetitia DELORT

Université Clermont-Auvergne, UFR de pharmacie, Clermont-Ferrand, France

Contributions et liens d’intérêts
Dr Marie GOEPP

Université Clermont-Auvergne, UFR de pharmacie, Clermont-Ferrand, France

Contributions et liens d’intérêts
Pr Florence CALDEFIE-CHEZET

Pharmacien, Université Clermont-Auvergne, UFR de pharmacie, Clermont-Ferrand, France

Contributions et liens d’intérêts
Pr Marie-Paule VASSON

Pharmacien, Université Clermont-Auvergne, UFR de pharmacie, Clermont-Ferrand, France

Contributions et liens d’intérêts
centre(s) d’intérêt
Onco-théranostic,
Oncologie sénologie
Mots-clés