La membrane synoviale et son inflammation sont au cœur de la physiopathologie des rhumatismes inflammatoires chroniques (RIC). Cet article s’interroge sur la notion de biomarqueurs diagnostiques et pronostiques au sein de ce tissu dans le contexte des RIC. La majorité des études publiées se sont concentrées sur la polyarthrite rhumatoïde (PR). L’analyse du tissu synovial pourrait permettre de détecter des modifications tissulaires précoces, avant l’apparition de synovite clinique. De plus, certains marqueurs synoviaux étant différemment exprimés en fonction du type de RIC, ceci pourrait être une aide à l’orientation diagnostique dans le cadre d’une arthrite débutante. Grâce aux avancées techniques récentes d’analyse histologiques et transcriptomiques, des recherches suggèrent que le tissu synovial pourrait également guider la stratégie thérapeutique dans les RIC, en particulier au cours de la PR, en constituant un facteur prédictif de la réponse au traitement. Cette revue suggère que l’analyse histologique et transcriptomique du tissu synovial pourrait à l’avenir fournir des biomarqueurs diagnostiques et pronostiques dans les RIC.

The synovial membrane and its inflammation play a key role in the pathophysiology of chronic inflammatory rheumatic diseases. This chapter explores the potential for identifying diagnostic and prognostic biomarkers within the synovial membrane in this context. Most published studies have focused on rheumatoid arthritis (RA). The analysis of synovial tissue could allow for the detection of early tissue changes before the onset of clinical synovitis. Moreover, since some synovial markers are expressed differently depending on the type of inflammatory rheumatisms, this could help in diagnostic orientation in the case of early-stage arthritis. Thanks to recent advances in histological and transcriptomic analysis, research suggests that synovial tissue could also guide therapeutic strategies in RA, by serving as a predictive factor for treatment response. This review suggests that histological and molecular analysis of the synovial tissue could provide diagnostic and prognostic biomarkers in chronic inflammatory rheumatic diseases.

# Introduction

Les rhumatismes inflammatoires chroniques (RIC) incluant notamment la polyarthrite rhumatoïde (PR) et les spondyloarthropathies (SpA) sont caractérisés par la survenue d’une atteinte inflammatoire de l’articulation dont témoigne la présence de synovites. Malgré le succès des thérapies ciblées (anti-TNF-α, anti-IL-6R, JAK inhibiteurs…), l’absence de biomarqueurs prédictifs conduit à une approche empirique dans le choix des traitements, ce qui entraîne des réponses variables. En raison de la difficulté d’accès au tissu synovial, la majorité des études à la recherche de biomarqueurs diagnostiques ou pronostiques ont été faites jusqu’à présent sur les populations cellulaires sanguines circulantes. Ceci a fait l’objet d’une revue par Lequerré et al., nous pouvons citer de façon non exhaustive, pour la réponse aux biothérapies anti-TNF-α : la présence d’une signature interféron neutrophilique, la calprotectine sérique, l’Apolipoprotéine A-1, le PF4, MMP3, RANKL, CXCL13 ; pour la réponse au rituximab : le FR, les anti-CCP, les IgG ainsi que l’IL-33 ; et pour le tocilizumab : les taux sériques de gp130 (composant du récepteur de l’IL-6), de GM-CSF [1], d’IL-6 et l’expression membranaire d’ICAM1/CXCL13. Cependant le pouvoir discriminant de ces biomarqueurs est faible et aucun n’est utilisé seul en pratique clinique pour guider le choix thérapeutique [2]. Le microenvironnement constitué par la membrane synoviale joue un rôle primordial dans la pathogenèse de ces rhumatismes inflammatoires. La caractérisation approfondie du tissu synovial en particulier des cellules qui la constituent, incluant les synoviocytes et les cellules immunitaires, permet de mieux comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires à l’origine de ces maladies et leurs liens potentiels avec les différents phénotypes cliniques et de réponse au traitement. Ainsi, l’analyse directe du tissu cible de la maladie semble être prometteuse pour déterminer des biomarqueurs diagnostiques et pronostiques fiables au cours des RIC [3]. La majorité des études publiées portent sur la PR, rhumatisme au cours duquel la membrane synoviale joue un rôle clé. Bien que l’étude du tissu synovial dans d’autres RIC soit également pertinente, peu d’études sont disponibles sur le sujet, nous nous concentrerons donc dans ce chapitre principalement sur la PR. Nous discuterons ici de l’intérêt de l’analyse histologique et moléculaire du tissu synovial comme biomarqueur diagnostique et pronostique. Il existe en effet de nombreux biomarqueurs, mais à ce jour peu d’entre eux sont validés pour une utilisation pratique, l’avenir étant à la découverte de ceux qui seront déterminants pour contribuer à la classification, au diagnostic précis et au pronostic des RIC.

# Biomarqueurs diagnostiques ?

L’analyse du tissu synovial pourrait permettre de détecter des modifications tissulaires précoces en phase de pré-PR, avant l’apparition de synovites cliniques. Une étude publiée en 2022 par de Jong et al. a identifié des modifications moléculaires du tissu synovial précédant le développement de l’arthrite chez les individus à risque de PR. Des biopsies synoviales ont été réalisées chez 67 patients positifs pour le facteur rhumatoïde (FR+) ayant des arthralgies sans arthrite. Ils ont été suivis pendant au moins 2 ans et 17 ont développé une arthrite. Une surexpression des gènes impliqués dans l’immunité adaptative et une diminution de ceux liés aux interactions matrice extracellulaire-récepteur, à la signalisation Wnt et au métabolisme lipidique étaient observées en cas de survenue d’arthrite. L’immunohistochimie montrait une augmentation des cellules podoplanine-positives et une réduction des gouttelettes lipidiques. Ces altérations synoviales précoces, sans infiltration cellulaire manifeste, suggèrent un rôle des cellules résidentes, telles que les fibroblastes et les macrophages, dans la phase préclinique de la PR [4].

Un autre intérêt de la biopsie synoviale pourrait être une aide au diagnostic en cas d’arthrite récente. L’identification de biomarqueurs spécifiques de chaque RIC pourrait permettre de faciliter la prise en charge précoce. Ainsi, van de Sande et al. ont étudié le rôle du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF) et de la signalisation des angiopoïétines dans le diagnostic et l’évolution de l’arthrite précoce. Cinquante patients atteints d’arthrite récente non traités ont été suivis pendant 2 ans et classés comme ayant une arthrite indifférenciée, une PR ou une spondyloarthrite (SpA). L’expression synoviale d’Ang-1 et l’activation de TIE-2 étaient plus élevées chez les patients PR ou ayant une arthrite indifférenciée évoluant vers la PR que chez ceux atteints de SpA. De plus, l’activation de TIE-2 prédisait le développement d’une maladie érosive. Ces résultats suggèrent que la signalisation TIE-2, essentielle à l’angiogenèse, joue un rôle clé dans les premières phases de la PR [5].

D’autres auteurs ont réalisé des biopsies synoviales chez des individus FR+ et/ou anti-CCP+ et des patients atteints d’arthrite précoce (PR, SpA ou arthrite non classée). L’expression des enzymes de la voie prostaglandines E2 (PGE2), incluant mPGES-1, COX-1, COX-2 et 15-PGDH a été quantifiée par immunohistochimie et son lien avec la douleur articulaire a été étudié. Aucun lien entre l’expression de ces enzymes et la douleur n’a été observé, ni avec le développement ultérieur d’une arthrite chez les individus à risque. Cependant, les patients atteints de SpA présentaient une expression significativement plus élevée de mPGES-1 et COX-1 que les patients PR ou arthrite non classée. Ces résultats montrent l’existence de biomarqueurs synoviaux différemment exprimés entre les différents types de RIC [6].

La caractérisation histologique précise de la membrane synoviale est indispensable pour pouvoir distinguer différents types d’atteinte, inflammatoire vs non inflammatoire, par exemple. Un nouveau score a été proposé par Najm et al. en 2019 incluant des marquages immunohistochimiques tels que CD68, CD3, CD20, CD31 et KI67 [7]. L’infiltration cellulaire de la membrane synoviale est hétérogène, une classification proposée par Humby et al. distingue trois catégories histologiques, appelées pathotypes. Les pathotypes ainsi décrits sont : lympho-myéloïde, caractérisé par des agrégats lymphocytaires B ou plasmocytaires et la présence de macrophages ; myéloïde diffus, caractérisé par la prédominance de macrophages et peu d’agrégats lymphocytaires et pauci-immun, caractérisé par la présence de fibroblastes [8].

# Biomarqueurs pronostiques ?

Le traitement de la PR a connu une avancée majeure avec l’apparition de thérapies ciblées Ces traitements ciblés sont choisis sans que les niveaux d’expression des différentes cibles ne soient connus dans le tissu synovial. Environ 40 % des patients ne répondent pas aux traitements donnés et 5 à 20 % sont réfractaires à toutes les thérapies [9]. Les mécanismes à l’origine de cette absence de réponse sont méconnus. Contrairement à l’oncologie ou les analyses histologiques et moléculaires du tissu tumoral guident l’utilisation des traitements, il n’existe, à ce jour, pas de recommandations en faveur de l’analyse du tissu synovial pour déterminer quel traitement sera le plus adapté chez un patient atteint de PR. Des études récentes suggèrent que les données histologiques et moléculaires pourraient permettre de guider la stratégie thérapeutique dans la PR en prédisant la réponse au traitement [10].

## Chez des patients naïfs de biothérapie

Le méthotrexate est habituellement utilisé en première ligne chez les patients atteints de PR. Récemment, Natalucci et al. ont étudié les facteurs prédictifs de réponse à ce traitement en analysant le tissu synovial de 140 patients. Une association a été observée entre l’expression de CD68 synovial et le score de nécrose fibrinoïde qui étaient corrélés à la CRP, et à l’activité de la PR. Les patients avec un score de nécrose élevé avaient un meilleur taux de réponse au méthotrexate. Ainsi, les auteurs ont proposé une matrice prédictive de la réponse au méthotrexate incluant CD68 et la nécrose fibrinoïde dans les PR précoces [11].

Concernant la réponse aux biothérapies anti-TNF-α, en 2017, Alivernini et al. ont comparé les caractéristiques synoviales des patients atteints de PR et de rhumatisme psoriasique en rémission sous biothérapie anti-TNF-α. Les patients atteints de PR en rémission ayant une hypertrophie synoviale sans signal doppler avaient des scores histologiques plus faibles pour les cellules CD68+, CD20+, CD3+, CD31+ et les dépôts de collagène par rapport aux patients avec hypertrophie synoviale doppler positive. En revanche, les patients avec hypertrophie synoviale doppler négative atteints de rhumatisme psoriasique en rémission avaient des scores histologiques plus élevés pour les cellules CD68+, CD3+ et les vaisseaux CD31+ que les patients PR avec hypertrophie synoviale doppler négative en rémission. Ces résultats suggèrent des différences histologiques liées au sous-type de RIC, indépendamment de la présence d’un signal doppler de la membrane synoviale [12].

En 2021, Triaille et al. ont comparé les effets histologiques et transcriptomiques de l’abatacept sur la membrane synoviale de 14 patients atteints de PR, aux données précédemment publiées pour quatre autres DMARD : le tocilizumab, le rituximab, le méthotrexate et l’adalimumab. L’infiltration des cellules CD3+, CD20+ et CD68+ a été évaluée. L’analyse transcriptomique a montré que l’abatacept diminuait l’expression des gènes impliquée dans les processus immunitaires. Les données combinées montraient que les gènes diminués par les DMARDs étaient significativement enrichis pour les voies d’activation des lymphocytes T et des cellules myéloïdes. Les DMARDs semblaient avoir des effets coordonnés sur les deux voies, avec un impact plus important chez les bons répondeurs au traitement que chez les répondeurs modérés et les non-répondeurs. Ces résultats suggèrent que les DMARDs agissent sur des voies communes, indépendamment de leur cible spécifique [13].

L’identification de biomarqueurs spécifiques de la réponse aux traitements dans la PR pourrait permettre d’optimiser les choix thérapeutiques chez nos patients. Ducreux et al. ont comparé les effets synoviaux du tocilizumab et du méthotrexate, en analysant les biopsies avant et après 12 semaines de traitement. Ces résultats ont ensuite été comparés avec les données obtenues précédemment dans le tissu synovial de PR traitées par adalimumab ou rituximab.

Le tocilizumab induisait une diminution de gènes d’activation des chimiokines et des lymphocytes T. Ces effets étaient similaires aux effets du méthotrexate et du rituximab, mais différaient des effets de l’adalimumab qui réduisait l’expression de gènes impliqués dans la prolifération cellulaire. Les similitudes moléculaires entre les effets des thérapies par tocilizumab, rituximab et méthotrexate dans la membrane synoviale de la PR indiquent que les voies dépendantes des lymphocytes B et de l’IL-6 jouent un rôle synergique dans la pathogenèse de la maladie. Ces résultats ouvrent des perspectives sur l’individualisation des décisions thérapeutiques sur la base d’une meilleure connaissance des effets synoviaux de chaque thérapie [14].

Plus récemment, en 2023, une étude multicentrique (STRAP et STRAP-EU) a inclus 226 patients naïfs de biothérapies pour comparer la réponse au rituximab, à l’étanercept et au tocilizumab en fonction de la signature lymphocytaire B synoviale. Chez les patients ayant une signature synoviale pauvre en lymphocytes B, il n’y avait pas de différence de réponse entre l’étanercept/tocilizumab et le rituximab. La classification entre riche et pauvre en lymphocytes B ne permettait pas de prédire la réponse au rituximab par rapport à d’autres traitements. Toutefois, les patients présentant un pathotype pauci-immun répondaient moins bien au rituximab qu’au tocilizumab et à l’etanercept. De plus, un infiltrat riche en lymphocytes B, était corrélé à une progression radiographique plus importante sous rituximab comparé aux autres traitements. Dans cette étude, des biopsies synoviales ont été réalisées avant et après traitement chez 65 patients. Le rituximab induisait une diminution significative des lymphocytes B, des plasmocytes, des lymphocytes T et du score de Krenn. L’étanercept diminuait également les lymphocytes B, les plasmocytes et le score de Krenn, ainsi que les macrophages sous-intimaux. Enfin, le tocilizumab diminuait les lymphocytes B, les plasmocytes, les lymphocytes T, le score de Krenn et les macrophages. Sur le plan moléculaire, une réduction significative des signatures lymphocytaires B et des monocytes-macrophages sous rituximab était observée, ainsi que des monocytes et des monocytes-macrophages sous étanercept. Le tocilizumab agissait plus largement en diminuant les lymphocytes B, les monocytes-macrophages, les cellules dendritiques myéloïdes, les lymphocytes T totaux ainsi que les lymphocytes T CD8 et les cellules NK, tout en augmentant les signatures des cellules endothéliales et fibroblastiques. Ces résultats justifient des investigations supplémentaires sur la capacité des analyses du tissu synovial à éclairer la pathogénie de la maladie et la réponse au traitement [15].

## Chez les patients en échec de biothérapie

L’analyse du tissu synovial pourrait avoir un intérêt pour établir une stratégie thérapeutique dans le cas de PR résistantes à une ou plusieurs lignes de traitement.

### Chez les patients en échec de biothérapies anti-TNF-α

En 2022, Rivellese et al. ont comparé les biopsies synoviales de 164 patients atteints de PR et traités par rituximab ou tocilizumab inclus dans l’essai randomisé R4RA [16]. Dans cet essai, les patients ne répondant pas aux biothérapies anti-TNF-α ont été randomisés entre rituximab et tocilizumab après stratification en fonction des signatures lymphocytaire B synoviales. Seuls 12 % des patients présentant une signature moléculaire lymphocytaire B synoviale faible répondaient au rituximab, contre 50 % pour le tocilizumab. En revanche, chez les patients présentant une signature lymphocytaire B synoviale élevée, les deux traitements avaient une efficacité comparable [17]. Les patients non-répondeurs à 16 semaines, ont ensuite reçu l’autre traitement. L’analyse histologique et moléculaire des biopsies synoviales avant traitement et après traitement a révélé que les patients avec un pathotype myéloïde diffus, caractérisé par une prédominance de la lignée myéloïde et peu de lymphocytes B, répondaient mieux au tocilizumab. Les patients répondeurs au rituximab présentaient, eux, un nombre plus élevé de lymphocytes T CD8, tandis que les répondeurs au tocilizumab avaient davantage de macrophages-monocytes et de cellules dendritiques myéloïdes. Chez les patients ayant un pathotype lympho-myéloïde et un pathotype fibroïde/pauci-immunitaire, les taux de réponse étaient similaires entre les traitements. Enfin, une signature stromale/fibroblastique a été identifiée chez les patients réfractaires à tous les traitements. Au total, ces résultats suggèrent que l’infiltration des cellules myéloïdes dans la membrane synoviale pourrait être l’un des facteurs expliquant une meilleure réponse au tocilizumab chez les patients atteints de synovite pauvre en lymphocytes B. Des modèles prédictifs de réponse ont pu être développés. L’interprétation de ces résultats doit rester prudente quant à leur intérêt pronostique en pratique clinique et ces derniers nécessitent d’être confirmés dans des cohortes plus larges. De plus, la balance entre la contrainte liée à la réalisation d’une biopsie et sa capacité à prédire la réponse thérapeutique devra être évaluée. Toutefois, ces travaux ouvrent la voie à une médecine personnalisée fondée sur la signature moléculaire synoviale.

Dans un travail publié en 2023, Zhang et al. ont cartographié en combinant les analyses de scRNAseq, de cytométrie en flux et histologiques plus de 314 000 cellules provenant de 79 patients. Les tissus ont été classés en six groupes distincts, appelés « cell-type abundance phenotypes », chacun caractérisé par un enrichissement en certains sous-types cellulaires. Ces phénotypes étaient dynamiques et, en les appliquant aux patients de l’essai R4RA, les auteurs ont montré qu’ils pouvaient prédire la réponse au traitement. Ce nouvel atlas des tissus synoviaux offre des perspectives pour mieux comprendre la pathologie et orienter de nouveaux traitements ciblés [18].

Une autre étude sur les effets moléculaires du rituximab chez des patients atteints de PR résistante aux biothérapies anti-TNF-α a montré que les gènes dont l’expression était diminuée après 12 semaines étaient liés aux immunoglobulines, la chimiotaxie, l’activation des leucocytes et les réponses immunitaires. Les gènes surexprimés étaient impliqués dans le développement cellulaire et la cicatrisation. Une expression synoviale élevée des gènes des immunoglobulines avant traitement était associée à une meilleure réponse thérapeutique. Ces observations offrent de nouvelles perspectives pour sélectionner les patients susceptibles de mieux répondre au rituximab [19].

### Chez les patients en échec du rituximab

Une étude a analysé l’efficacité de l’abatacept (n
                           =16) et du tocilizumab (n
                           =35) chez des patients ayant interrompu le rituximab en raison de son inefficacité ou d’effets secondaires. L’objectif était d’expliquer les différences d’efficacité entre ces deux traitements en analysant les taux sanguins et synoviaux d’IL-6 et des lymphocytes B. Dans le groupe abatacept, le DAS28 VS est passé de 5,69 à 4,94 à 6 mois (p
                           =0,12). Dans le groupe tocilizumab, le DAS28 VS est passé de 5,75 à 3,28 à 6 mois (p
                           <0,001). Malgré une déplétion complète des lymphocytes B chez 19/22 patients, l’expression de l’ARNm de l’IL-6 n’était pas significativement réduite après le rituximab. Le taux sérique d’IL-6 avant traitement était significativement plus élevé chez les non-répondeurs au rituximab que chez les répondeurs. Une réduction significative de l’IL-6 sérique était observée chez les patients répondeurs au rituximab, mais pas chez les non-répondeurs. Cette étude suggère que chez les patients pour lesquels le traitement par rituximab a échoué malgré une déplétion lymphocytaire B adéquate, le traitement par anti-IL-6R pourrait être plus efficace que l’abatacept. Des études complémentaires sont nécessaires pour explorer d’autres mécanismes et confirmer ces observations [20].

L’ensemble de ces travaux, résumés dans le tableau I
                           , montre que l’analyse des modifications tissulaires induites par les traitements dans la PR pourrait permettre d’identifier des biomarqueurs prédictifs de la réponse thérapeutique, contribuant ainsi à une médecine plus personnalisée.

# Conclusion

Le tissu synovial joue un rôle central dans la pathophysiologie des RIC et en particulier dans la PR. Plusieurs travaux récents suggèrent que son analyse histologique et moléculaire permette de déterminer des biomarqueurs qui pourraient jouer un rôle important pour guider des stratégies thérapeutiques personnalisées. L’accès au tissu synovial ainsi qu’aux méthodes d’analyse plus poussées, intégrant des marquages histologiques particuliers ou encore des analyses de signature transcriptomiques, restent les défis à relever pour intégrer ces nouvelles données dans la prise en charge quotidienne des patients et l’optimisation des choix de traitements.
                        
                           
                              Pour la pratique, on retiendra :
                           
                           
                              
                                 Le tissu synovial, structure clé des articulations, joue un rôle central dans la pathophysiologie des rhumatismes inflammatoires chroniques. Son analyse approfondie permet d’élargir notre compréhension des mécanismes impliqués localement dans la physiopathologie et dans la réponse aux traitements. Ainsi, le tissu synovial pourrait comporter des biomarqueurs de choix pour ces pathologies.