Formation de la bile

Le foie sécrète environ 500 à 600 ml de bile par jour. La bile est isoosmotique au plasma et se compose principalement d'eau, d'électrolytes, de sels biliaires, de phospholipides (principalement de la lécithine), de cholestérol, de bilirubine et d'autres composants endogènes ou exogènes tels que des protéines régulant la fonction gastro-intestinale, des médicaments ou leurs métabolites. La bilirubine est un produit de dégradation des composants de l'hème lors de la dégradation de l'hémoglobine. La formation de sels biliaires, également appelés acides biliaires, entraîne la sécrétion d'autres constituants de la bile, notamment de sodium et d'eau. Les sels biliaires ont pour fonctions l'excrétion de substances potentiellement toxiques (par exemple, la bilirubine, les métabolites de médicaments), la solubilisation des graisses et des vitamines liposolubles dans l'intestin pour faciliter leur absorption, et l'activation du nettoyage osmotique de l'intestin.

La synthèse et la sécrétion de la bile nécessitent des mécanismes de transport actif, ainsi que des processus tels que l'endocytose et la diffusion passive. La bile se forme dans les canalicules entre les hépatocytes adjacents. La sécrétion d'acides biliaires dans les canalicules est l'étape limitante de la formation de la bile. La sécrétion et l'absorption ont également lieu dans les voies biliaires.

Dans le foie, la bile issue du système collecteur intrahépatique pénètre dans le canal hépatique proximal, ou canal commun. Environ 50 % de la bile sécrétée hors des repas par le canal hépatique commun pénètre dans la vésicule biliaire par le canal cystique; les 50 % restants passent directement dans le canal cholédoque, formé par la confluence des canaux hépatique et cystique. En dehors des repas, une petite partie de la bile provient directement du foie. La vésicule biliaire absorbe jusqu'à 90 % de l'eau de la bile, la concentrant et la stockant.

La bile s'écoule de la vésicule biliaire dans le canal cholédoque. Ce canal rejoint le canal pancréatique pour former l'ampoule de Vater, qui s'ouvre dans le duodénum. Avant de rejoindre le canal pancréatique, le canal cholédoque rétrécit en diamètre jusqu'à < 0,6 cm. Le sphincter d'Oddi entoure les canaux pancréatique et cholédoque; chaque canal possède son propre sphincter. Normalement, la bile ne s'écoule pas rétrogradement dans le canal pancréatique. Ces sphincters sont très sensibles à la cholécystokinine et à d'autres hormones intestinales (par exemple, le peptide activateur de la gastrine) ainsi qu'aux variations du tonus cholinergique (par exemple, dues aux anticholinergiques).

Lors d'un repas standard, la vésicule biliaire commence à se contracter et les sphincters des voies biliaires se relâchent sous l'influence des hormones intestinales sécrétées et de la stimulation cholinergique, ce qui favorise le passage d'environ 75 % du contenu vésiculaire dans le duodénum. À l'inverse, pendant le jeûne, le tonus sphinctérien augmente, favorisant ainsi le remplissage de la vésicule biliaire. Les sels biliaires sont faiblement absorbés par diffusion passive dans l'intestin grêle proximal; la plupart des acides biliaires atteignent l'iléon distal, où 90 % sont activement absorbés dans le lit veineux porte. Une fois de retour dans le foie, les acides biliaires sont efficacement extraits et rapidement modifiés (par exemple, les acides libres sont liés) puis ré-excrétés dans la bile. Les sels biliaires circulent dans le circuit entérohépatique 10 à 12 fois par jour.

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Anatomie des voies biliaires

Les hépatocytes sécrètent des sels biliaires, de la bilirubine conjuguée, du cholestérol, des phospholipides, des protéines, des électrolytes et de l'eau dans les canalicules biliaires. L'appareil de sécrétion biliaire comprend des protéines de transport membranaire canaliculaire, des organites intracellulaires et des structurescytosquelettiques. Des jonctions serrées entre les hépatocytes séparent la lumière des canalicules du système circulatoire hépatique.

La membrane canaliculaire contient des protéines de transport pour les acides biliaires, la bilirubine, les cations et les anions. Les microvillosités augmentent sa surface. Les organites sont représentés par l'appareil de Golgi et les lysosomes. Les vésicules servent au transport des protéines (par exemple, les IgA) de la membrane sinusoïdale vers la membrane canaliculaire, et à l'acheminement des protéines de transport synthétisées dans la cellule pour le cholestérol, les phospholipides et, éventuellement, les acides biliaires, des microsomes vers la membrane canaliculaire.

Le cytoplasme de l'hépatocyte autour des tubules contient des structures du cytosquelette: microtubules, microfilaments et filaments intermédiaires.

Les microtubules sont formés par polymérisation de la tubuline et forment un réseau à l'intérieur de la cellule, notamment à proximité de la membrane basolatérale et de l'appareil de Golgi. Ils participent au transport vésiculaire médié par les récepteurs, à la sécrétion de lipides et, dans certaines conditions, d'acides biliaires. La formation des microtubules est inhibée par la colchicine.

La construction des microfilaments implique l'interaction des actines polymérisées (F) et libres (G). Les microfilaments, concentrés autour de la membrane canaliculaire, déterminent la contractilité et la motilité des canaux. La phalloïdine, qui favorise la polymérisation de l'actine, et la cytochalasine B, qui l'affaiblit, inhibent la motilité canalaire et provoquent une cholestase.

Les filaments intermédiaires sont composés de cytokératine et forment un réseau entre les membranes plasmiques, le noyau, les organites intracellulaires et d'autres structures du cytosquelette. Leur rupture perturbe les processus de transport intracellulaire et oblitère la lumière des tubules.

L'eau et les électrolytes influencent la composition de la sécrétion tubulaire en pénétrant à travers les jonctions serrées entre les hépatocytes, grâce au gradient osmotique entre la lumière des tubules et les espaces de Disse (flux paracellulaire). L'intégrité des jonctions serrées dépend de la présence de la protéine ZO-1, d'un poids moléculaire de 225 kDa, à la surface interne de la membrane plasmique. La rupture des jonctions serrées s'accompagne de l'entrée de molécules dissoutes plus grosses dans les tubules, ce qui entraîne une perte du gradient osmotique et le développement d'une cholestase. Une régurgitation de bile tubulaire dans les sinusoïdes peut être observée.

Les canalicules biliaires se jettent dans des canalicules, parfois appelés cholangioles ou canaux de Hering. Ces canalicules sont principalement situés dans les zones portes et débouchent dans les voies biliaires interlobulaires, premières voies biliaires à être accompagnées par les branches de l'artère hépatique et de la veine porte, et se trouvent dans les triades portales. Les canaux interlobulaires fusionnent pour former des canaux septaux jusqu'à la formation de deux canaux hépatiques principaux, émergeant des lobes droit et gauche, dans la région de la porte hépatique.

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Sécrétion de bile

La formation de la bile s'effectue grâce à plusieurs processus de transport dépendants de l'énergie. Sa sécrétion est relativement indépendante de la pression de perfusion. Le débit biliaire total chez l'homme est d'environ 600 ml/jour. Les hépatocytes sécrètent deux fractions de bile: dépendante des acides biliaires (« 225 ml/jour ») et indépendante de ceux-ci (« 225 ml/jour »). Les 150 ml/jour restants sont sécrétés par les cellules des voies biliaires.

La sécrétion de sels biliaires est le facteur le plus important dans la formation de la bile (la fraction dépendante des acides biliaires). L'eau suit les sels biliaires osmotiquement actifs. Les variations de l'activité osmotique peuvent réguler l'entrée d'eau dans la bile. Il existe une corrélation claire entre la sécrétion de sels biliaires et le flux biliaire.

L'existence d'une fraction biliaire indépendante des acides biliaires est démontrée par la possibilité de produire de la bile exempte de sels biliaires. Ainsi, le flux biliaire peut se poursuivre malgré l'absence d'excrétion de sels biliaires; la sécrétion d'eau est due à d'autres solutés osmotiquement actifs tels que le glutathion et les bicarbonates.

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Mécanismes cellulaires de la sécrétion biliaire

L'hépatocyte est une cellule épithéliale sécrétoire polaire dotée de membranes basolatérales (sinusoïdales et latérales) et apicales (tubulaires).

La formation de la bile implique la capture des acides biliaires et d'autres ions organiques et inorganiques, puis leur transport à travers la membrane basolatérale (sinusoïdale), le cytoplasme et la membrane canaliculaire. Ce processus s'accompagne d'une filtration osmotique de l'eau contenue dans l'hépatocyte et l'espace paracellulaire. L'identification et la caractérisation des protéines de transport des membranes sinusoïdale et canaliculaire sont complexes. L'étude de l'appareil sécrétoire des canalicules est particulièrement difficile, mais une méthode permettant d'obtenir des hépatocytes doubles en culture à courte durée de vie a été développée et s'est avérée fiable dans de nombreuses études. Le clonage des protéines de transport permet de caractériser la fonction de chacune d'elles séparément.

Le processus de formation de la bile dépend de la présence de certaines protéines transporteuses dans les membranes basolatérales et canaliculaires. La force motrice de la sécrétion est la Na ⁺, K ⁺ - ATPase de la membrane basolatérale, qui assure un gradient chimique et une différence de potentiel entre l'hépatocyte et l'espace environnant. La Na ⁺, K ⁺ - ATPase échange trois ions sodium intracellulaires contre deux ions potassium extracellulaires, maintenant ainsi un gradient de concentration de sodium (élevé à l'extérieur, faible à l'intérieur) et de potassium (faible à l'extérieur, élevé à l'intérieur). Par conséquent, le contenu cellulaire présente une charge négative (–35 mV) par rapport à l'espace extracellulaire, ce qui facilite l'absorption des ions chargés positivement et l'excrétion des ions chargés négativement. La Na ⁺, K ⁺ -ATPase est absente de la membrane canaliculaire. La fluidité membranaire peut affecter l'activité enzymatique.

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Capture à la surface de la membrane sinusoïdale

La membrane basolatérale (sinusoïdale) possède de multiples systèmes de transport pour l'absorption des anions organiques, dont les spécificités de substrat se chevauchent. Les protéines de transport ont été caractérisées précédemment à partir d'études sur des cellules animales. Le clonage récent de protéines de transport humaines a permis de mieux comprendre leur fonction. La protéine de transport des anions organiques (OATP) est indépendante du sodium et transporte plusieurs molécules, dont les acides biliaires, la bromsulfaléine et probablement la bilirubine. D'autres transporteurs seraient également impliqués dans le transport de la bilirubine dans l'hépatocyte. Les acides biliaires conjugués à la taurine (ou à la glycine) sont transportés par la protéine de cotransport sodium/acide biliaire (NTCP).

^{La protéine qui échange Na +} /H ⁺ et régule le pH à l'intérieur de la cellule participe au transfert d'ions à travers la membrane basolatérale. Cette fonction est également assurée par la protéine de cotransport Na ⁺ /HCO ₃^–. La capture des sulfates, des acides gras non estérifiés et des cations organiques se produit également à la surface de la membrane basolatérale.

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Transport intracellulaire

Le transport des acides biliaires dans l'hépatocyte est assuré par des protéines cytosoliques, dont le rôle principal revient à la 3α-hydroxystéroïde déshydrogénase. La glutathion-S-transférase et les protéines de liaison aux acides gras jouent un rôle moins important. Le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi participent au transport des acides biliaires. Le transport vésiculaire n'est apparemment activé qu'en cas d'afflux important d'acides biliaires dans la cellule (à des concentrations supérieures aux concentrations physiologiques).

Le transport des protéines et ligands en phase fluide, tels que les IgA et les lipoprotéines de basse densité, s'effectue par transcytose vésiculaire. Le temps de transfert de la membrane basolatérale à la membrane canaliculaire est d'environ 10 minutes. Ce mécanisme n'est responsable que d'une faible partie du flux biliaire total et dépend de l'état des microtubules.

Sécrétion tubulaire

La membrane canaliculaire est une région spécialisée de la membrane plasmique des hépatocytes contenant des protéines de transport (principalement dépendantes de l'ATP) responsables du transport des molécules dans la bile contre le gradient de concentration. Elle contient également des enzymes telles que la phosphatase alcaline et la GGT. Les glucuronides et les glutathion-S-conjugués (par exemple, le diglucuronide de bilirubine) sont transportés par le transporteur canaliculaire multispécifique d'anions organiques (cMOAT), et les acides biliaires par le transporteur canaliculaire d'acides biliaires (cBAT), dont la fonction est partiellement contrôlée par le potentiel intracellulaire négatif. Le flux biliaire, indépendant des acides biliaires, est apparemment déterminé par le transport du glutathion et également par la sécrétion tubulaire de bicarbonate, possiblement avec la participation de la protéine ^{d' échangeCl–} / _HCO3–.

Deux enzymes de la famille des glycoprotéines P jouent un rôle important dans le transport de substances à travers la membrane canaliculaire; toutes deux sont dépendantes de l'ATP. La protéine de résistance multidrogue 1 (MDR1) transporte les cations organiques et élimine également les médicaments cytostatiques des cellules cancéreuses, provoquant leur résistance à la chimiothérapie (d'où le nom de la protéine). Le substrat endogène de MDR1 est inconnu. MDR3 transporte les phospholipides et agit comme flippase pour la phosphatidylcholine. La fonction de MDR3 et son importance pour la sécrétion de phospholipides dans la bile ont été clarifiées lors d'expériences sur des souris dépourvues de mdr2-P-glycoprotéine (un analogue de la MDR3 humaine). En l'absence de phospholipides dans la bile, les acides biliaires provoquent des lésions de l'épithélium biliaire, une ductulite et une fibrose périductulaire.

L'eau et les ions inorganiques (en particulier le sodium) sont excrétés dans les capillaires biliaires selon un gradient osmotique par diffusion à travers des jonctions serrées semi-perméables chargées négativement.

La sécrétion biliaire est régulée par de nombreuses hormones et seconds messagers, dont l'AMPc et la protéine kinase C. L'augmentation des concentrations intracellulaires de calcium inhibe la sécrétion biliaire. Le passage de la bile dans les canalicules est assuré par des microfilaments, qui assurent leur motilité et leurs contractions.

Sécrétion canalaire

Les cellules épithéliales des canaux distaux produisent une sécrétion riche en bicarbonates qui modifie la composition de la bile canaliculaire (le flux canalaire). Au cours de la sécrétion, de l'AMPc et certaines protéines de transport membranaire sont produites, notamment la protéine d'échange Cl–/HCO3– ^et le régulateur de la conductance transmembranaire de ^{la mucoviscidose}_, un canal membranaire pour le Cl– ^régulé par l'AMPc. La sécrétion canalaire est stimulée par la sécrétine.

On suppose que l'acide ursodésoxycholique est activement absorbé par les cellules canalaires, échangé contre des bicarbonates, recirculé dans le foie puis réexcrété dans la bile (« shunt cholédoque »). Ceci pourrait expliquer l'effet cholérétique de l'acide ursodésoxycholique, accompagné d'une forte sécrétion biliaire de bicarbonates dans la cirrhose expérimentale.

La pression dans les voies biliaires, où se produit la sécrétion biliaire, est normalement de 15 à 25 cm H2O. Une augmentation de la pression à 35 cm H2O entraîne une suppression de la sécrétion biliaire et l'apparition d'un ictère. La sécrétion de bilirubine et d'acides biliaires peut s'arrêter complètement, et la bile devient incolore (bile blanche) et ressemble à un liquide muqueux.

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