Cet article fait partie du dossier expert « Les fascias ».

Mécanotransduction : comment une contrainte modifie-t-elle le tissu fascial ?

1. De la matrice à la cellule

Les intégrines relient la matrice extracellulaire au cytosquelette. Lorsque la matrice se déforme, les complexes d’adhérence, les canaux mécanosensibles et la tension du cytosquelette réagissent. Ensemble, ils peuvent modifier l’activité cellulaire (Chiquet et al., 2009).

Cette chaîne de transmission ne suit pas une voie unique et séquentielle. Elle repose plutôt sur plusieurs relais qui fonctionnent en parallèle et interagissent entre eux. Les intégrines se regroupent ainsi au niveau de zones d’adhérence focale. Elles s’y associent à un ensemble de protéines, dont des kinases telles que FAK. Ces protéines relient physiquement la membrane cellulaire au réseau d’actine du cytosquelette et transmettent simultanément des signaux biochimiques (Chiquet et al., 2009). Une déformation de la matrice modifie ainsi la tension exercée sur ce réseau. Cela peut donc ouvrir des canaux ioniques sensibles à l’étirement et modifier localement les concentrations de certains ions, notamment le calcium.

En parallèle, la réorganisation de l’actine modifie elle-même la tension interne de la cellule. Cela peut ainsi activer des facteurs de transcription sensibles aux forces mécaniques.

Jusqu’au noyau : le complexe LINC

Une partie de ces signaux se propage également jusqu’au noyau par une voie distincte. Le cytosquelette reste en effet physiquement relié à l’enveloppe nucléaire par un complexe protéique dédié, le complexe LINC (nesprines et protéines SUN). Ce complexe permet ainsi à une déformation mécanique d’influencer directement l’organisation de la chromatine. Il modifie, in fine, l’expression de certains gènes (Crisp et al., 2006). Ces différentes voies sont nombreuses : adhérences focales, tension cytosquelettique, canaux mécanosensibles, facteurs de transcription mécanosensibles, couplage noyau-cytosquelette. Elles convergent plutôt qu’elles ne se succèdent dans un ordre strict. Cela explique donc la robustesse et la rapidité de la mécanotransduction cellulaire (Ingber, 2003).

Une chaîne convergente qui prépare l’interface neurosensorielle

Cette continuité physique, de la matrice jusqu’au noyau, explique pourquoi on parle de mécanotransduction. Il ne s’agit pas d’une simple réponse chimique à un signal extérieur. Ces mécanismes, décrits dans de nombreux types cellulaires, montrent ainsi que les cellules des tissus conjonctifs peuvent détecter les propriétés mécaniques de leur environnement. Elles peuvent également modifier leur activité en conséquence. Ils permettent ainsi de comprendre le fascia comme un tissu biologiquement réactif, sans lui attribuer une capacité autonome de traitement de l’information. Cette lecture générale du fascia comme tissu actif est également celle que synthétise Lesondak (Lesondak, 2019). Cette relecture du fascia comme tissu biologiquement réactif, plutôt que comme simple emballage anatomique, prépare ainsi le chapitre suivant. Celui-ci est consacré à son rôle d’interface neurosensorielle.

2. Le fibroblaste comme organisateur de la matrice

Le fibroblaste synthétise collagène, protéoglycanes et enzymes de remodelage. Chez la souris, l’étirement du tissu sous-cutané peut modifier la forme du fibroblaste en quelques minutes. Cette réponse morphologique est en effet bien plus rapide que celle attendue d’une synthèse de nouvelles protéines (Langevin et al., 2005).

Des observations directes ont été réalisées ex vivo et in vivo sur du tissu sous-cutané de souris étiré pendant des durées allant de dix minutes à deux heures. Elles ont montré que le cytosquelette des fibroblastes se réorganise rapidement en réponse à l’étirement. Cette réorganisation s’accompagne d’une augmentation mesurable du périmètre et de la surface des cellules (Langevin et al., 2005). Cette étude documente un modèle murin et une réponse morphologique cellulaire. Elle ne mesure toutefois pas directement une production nouvelle de collagène ni un remodelage matriciel durable. Elle ne démontre donc ni une adaptation fasciale humaine, ni l’effet clinique d’une mobilisation.

Ce constat suggère néanmoins que les fibroblastes ne se contentent pas de fabriquer passivement la matrice : ils répondent activement à son état mécanique. Cette réponse cytosquelettique rapide précède ainsi, dans le temps, l’ajustement plus lent de leur activité de synthèse.

Une double capacité, rapide et lente

Cette double capacité — réaction rapide de forme et réaction lente de synthèse — permet ainsi au fibroblaste de jouer un rôle d’organisateur continu de la matrice. Il ne s’agit donc pas d’un simple fabricant ponctuel. Dans de nombreux tissus conjonctifs, il ajuste ainsi la quantité de collagène produite et le type de collagène synthétisé. Il régule également l’activité des enzymes qui dégradent la matrice ancienne (les métalloprotéinases matricielles), ainsi que celle de leurs inhibiteurs. Cette régulation de l’expression des gènes matriciels est documentée par la revue de Chiquet et ses collaborateurs (Chiquet et al., 2009).

Ce travail d’équilibriste se déroule en continu, y compris en l’absence de toute pathologie ou de tout événement particulier. Les conditions mécaniques participent à la régulation de cet équilibre. Leur effet dépend toutefois du type cellulaire, du tissu et des caractéristiques du chargement — intensité, durée, fréquence, mode. Il dépend également du contexte biochimique local, notamment la présence de facteurs de croissance ou de signaux inflammatoires. Une même déformation ne produit donc pas nécessairement la même réponse dans tous les fascias ni chez tous les sujets.

Une hétérogénéité entre fibroblastes

Cette variabilité tient en grande partie à l’hétérogénéité des fibroblastes eux-mêmes. Loin de constituer une population cellulaire uniforme, les fibroblastes diffèrent selon leur origine embryonnaire, le tissu et la région anatomique où ils résident. Ils conservent ainsi des différences fonctionnelles durables même en culture (Plikus et al., 2021). Un fibroblaste du fascia superficiel, un fibroblaste tendineux et un fibroblaste d’un fascia profond n’ont donc pas nécessairement la même sensibilité mécanique. Ils n’ont pas non plus la même vitesse de renouvellement matriciel, ni le même seuil de basculement vers un phénotype myofibroblastique. Cette hétérogénéité, encore incomplètement cartographiée pour les différents tissus du système fascial, invite ainsi à la prudence. Un résultat obtenu dans un tissu ou une espèce ne doit donc pas être étendu à l’ensemble des fascias humains.

3. Deux temporalités à ne pas confondre

Le déplacement d’un fluide ou le glissement d’une couche est immédiat. Une modification durable de l’organisation fibreuse exige une activité cellulaire, une synthèse et un remodelage qui se déroulent sur des jours, semaines ou davantage.

Cette distinction rejoint celle établie au chapitre 2 entre réponse mécanique immédiate — fluage, relaxation, hystérésis — et adaptation biologique différée. Un tissu conjonctif régulièrement sollicité de façon progressive peut ainsi évoluer sur des semaines à des mois. Sa teneur en collagène, l’orientation de ses fibres et sa rigidité globale peuvent s’en trouver modifiées. Cette adaptation est particulièrement documentée chez l’humain dans les tendons et les aponévroses. Le chargement mécanique y modifie en effet la synthèse de collagène et les propriétés mécaniques du tissu (Magnusson et al., 2008). Elle fournit ainsi un modèle utile pour comprendre le remodelage des tissus conjonctifs soumis à la charge.

Ce modèle ne permet toutefois pas d’attribuer automatiquement les mêmes délais ni la même amplitude de réponse à l’ensemble des composantes du système fascial. Leur hétérogénéité cellulaire vient d’ailleurs d’être soulignée.

Un modèle qui ne s’applique pas de façon uniforme

Les effets d’une réduction de sollicitation ne sont d’ailleurs pas uniformes selon le tissu. Une immobilisation de courte durée peut ainsi réduire nettement la masse et la force musculaires. Elle ne modifie toutefois pas de façon mesurable le renouvellement du collagène tendineux sur la même période. Cela illustre que muscle et tissu conjonctif dense ne répondent pas à la même vitesse à une même contrainte (Christensen et al., 2008). Confondre les échelles de temps conduit à des attentes irréalistes : une déformation mécanique ou une signalisation cellulaire peuvent être déclenchées en quelques minutes. Une transformation structurelle durable de la matrice exige cependant la répétition du stimulus. Elle nécessite également un temps de renouvellement suffisant, de l’ordre de plusieurs semaines à plusieurs mois.

Ne pas confondre la vitesse du signal et celle du remodelage

C’est cette répétition cohérente d’un stimulus qui conditionne un remodelage biologique observable. Ce principe vaut ainsi aussi bien pour une adaptation favorable à un entraînement progressif que pour une désadaptation liée à une sédentarité prolongée. Cette échelle de temps invite à relativiser les changements perçus dans l’instant. Une sensation de raideur ou de souplesse ressentie en quelques minutes reflète en effet surtout la mécanique immédiate décrite plus haut, non un remodelage biologique déjà accompli.

4. Adaptation ou désadaptation

Dans certains tissus conjonctifs, une charge progressive peut modifier la synthèse, l’organisation et les propriétés mécaniques de la matrice. Ce remodelage se fait alors dans le sens des sollicitations répétées. Une charge excessive, prolongée ou associée à une inflammation peut favoriser myofibroblastes, dépôt de collagène et rigidification. La mécanotransduction n’est donc ni bonne ni mauvaise en elle-même.

Cette bifurcation entre deux issues opposées repose sur un même mécanisme cellulaire de base. C’est l’un des points les plus importants à retenir de ce chapitre. Le sens que prend cette réponse cellulaire dépend de plusieurs facteurs conjoints. Parmi eux figurent l’intensité de la charge par rapport aux capacités actuelles du tissu, sa fréquence et sa répétition, ainsi que la présence ou non de périodes de récupération suffisantes. Le contexte biologique local compte également — notamment l’existence ou non d’une inflammation associée.

Une même cellule peut ainsi répondre de façon adaptative à une charge progressive et modérée, en participant au maintien d’une matrice organisée le long des lignes de force habituelles. Cela ne garantit toutefois pas, à elle seule, l’absence de douleur ou la restauration d’une fonction. Elle peut également répondre de façon désadaptative à une charge trop intense, trop soutenue ou surajoutée à un contexte inflammatoire.

Ce qui détermine le sens de la bascule

Dans ce second cas, la tension matricielle interagit avec des signaux biochimiques, au premier rang desquels le TGF-β. Ce couplage favorise ainsi la différenciation de fibroblastes en myofibroblastes contractiles. Cette mécano-régulation conjointe de la tension et des facteurs de croissance est en effet bien documentée. La littérature sur la cicatrisation et la fibrose le confirme (Tomasek et al., 2002). C’est cette bascule possible, dans un sens ou dans l’autre, qui relie directement la mécanotransduction cellulaire aux processus de fibrose développés au chapitre 9.

Le myofibroblaste, acteur central de l’ambivalence

Le myofibroblaste illustre bien cette ambivalence. Normalement absent ou rare dans de nombreux tissus adultes non lésés, il apparaît transitoirement lors de la réparation, où sa capacité contractile aide à refermer une plaie. Certaines populations contractiles apparentées existent par ailleurs dans des localisations spécialisées. S’il persiste toutefois anormalement longtemps dans le tissu, cette même capacité contractile change de rôle. Associée à un dépôt excessif et un remodelage anormal de la matrice, elle peut alors contribuer à une rigidification pathologique (Tomasek et al., 2002).

5. Une boucle mécanique et biologique

La matrice influence la cellule, qui modifie ensuite la matrice. Une augmentation de rigidité peut renforcer certaines tensions cellulaires et entretenir le remodelage. Cette boucle sera reprise dans le chapitre sur la fibrose.

Cette boucle a une propriété importante : elle peut s’auto-entretenir. Une augmentation de la rigidité matricielle peut modifier les forces développées au niveau des adhérences focales. Elle peut ainsi favoriser, dans certains contextes, le maintien d’un phénotype myofibroblastique. Les cellules détectent alors cette rigidité notamment via les facteurs de transcription mécanosensibles YAP et TAZ. La localisation nucléaire de ces derniers augmente en effet sur un substrat rigide (Dupont et al., 2011).

Ce couplage entre rigidification et activation cellulaire est bien documenté dans des modèles tissulaires fibrotiques déterminés. L’accumulation de matrice y entretient en effet à son tour la rigidité et la différenciation myofibroblastique. Ce mécanisme explique en partie ce phénomène. Certains remodelages tissulaires tendent ainsi à se poursuivre au-delà du stimulus initial qui les a déclenchés (Huang et al., 2012). À l’inverse, un chargement mécanique compatible avec les capacités du tissu peut participer au maintien de son renouvellement. Il peut également, dans certains tissus, favoriser l’adaptation de ses propriétés mécaniques.

Une trajectoire adaptative moins bien caractérisée

Il ne s’agit cependant pas du simple inverse de la boucle fibrotique. Cette trajectoire est en effet nettement moins précisément caractérisée dans la littérature. Les voies cellulaires, les délais et les effets dépendent par ailleurs fortement du tissu étudié. Cette asymétrie entre une boucle pathologique bien décrite et une boucle adaptative plus difficile à circonscrire est elle-même un point important. Elle rappelle ainsi que la biologie ne fonctionne pas nécessairement selon deux trajectoires parfaitement symétriques. La mécanotransduction reste centrale dans la compréhension des tissus fasciaux précisément parce que son issue n’est jamais acquise d’avance.

← Chapitre précédent : Pourquoi les fascias ont-ils besoin de micromouvements ?
Retour au dossier Fascias
Chapitre suivant : Les fascias sont-ils une interface neurosensorielle ? →

Note : ce contenu explique des mécanismes généraux. Il ne constitue ni un diagnostic médical ni une recommandation thérapeutique.

© Gil Ayache. Les concepts originaux, modèles biomécaniques, schémas, terminologie, représentations graphiques, figures fondatrices, textes originaux et principes présentés sur cette page constituent des œuvres protégées par le droit d’auteur. Ils sont mis à la disposition de Blue Portance dans le cadre d’une convention de mise à disposition de propriété intellectuelle, sans transfert des droits patrimoniaux ni de la qualité d’auteur.