Tête et cou

Le mésenchyme de la région céphalique dérive du mésoderme para-axial, du mésoderme des plaques latérales, de la crête neurale et d'épaississements ectodermiques appelés placodes. Le mésoderme para-axial (somites et somitomères) forme le plancher du crâne et une petite partie de la région occipitale, tous les muscles volontaires de la région craniofaciale, le derme et les tissus conjonctifs de la partie dorsale de la tête, et les méninges à l’exception de celles du prosencéphale. Le mésoderme de la plaque latérale forme les cartilages laryngés (aryténoïde et cricoïde) et le tissu conjonctif voisin. La crête neurale envoie, vers les arcs pharyngiens et la région faciale, des cellules qui contribuent à la formation de tous les tissus de la partie moyenne de la face et des arcs pharyngiens : cartilage, os, tendons, derme, méninges, neurones sensitifs et stroma glandulaire. Les cellules des placodes ectodermiques tirent leur origine des bords des plis neuraux et ressemblent à celles des crêtes neurales. Elles n'en possèdent toutefois pas les caractéristiques migratoires et restent incorporées dans l'ectoderme avant de former les placodes olfactives, otiques, trigéminées et épibranchiales, auxquelles il faut ajouter celles qui donnent naissance au cristallin, et aussi la poche de Rathke (future adénohypophyse). Les placodes qui forment des neurones sont divisées en deux groupes, à savoir le groupe dorsolatéral, placodes otique et trigéminée, et placodes épibranchiales (géniculée, pétreuse et noueuse).

L’aspect le plus spécifique du développement du cou sont les arcs pharyngiens, qui apparaissent au cours des 4ième et 5ième semaines. Initialement, ils consistent en barres de mésenchyme, séparées par des fentes pharyngiennes externes. En parallèle, les poches pharyngiennes se forment du côté interne, endodermique. Ces poches n’entrent jamais en communication avec les fentes, de sorte que, si ce développement ressemble à celui des branchies des poissons et amphibiens, il ne se forme toutefois jamais de branchies proprement dites. C’est pour cette raison que les termes d’arcs et fentes branchiales, bien qu’encore largement utilisés, sont à remplacer par ceux de arcs et fentes pharyngiennes.

Les arcs pharyngiens contribuent à la formation du cou et aussi de la face. A la fin de la 4ième semaine, le centre de la face est formé par le stomodeum, entouré des deux premiers arcs pharyngiens. Le stomodeum est le tissu d'origine ectodermique qui entoure l'orifice du tube endodermique et qui bourgeonne pour former la cavité buccale et ses dérivés. A 42 semaines, 5 éminences mésenchymateuses sont présentes : deux éminences mandibulaires, deux éminences maxillaires, et une éminence frontonasale en position craniale du stomodeum. Le développement de la face se complète ensuite par les éminences nasales. Le développement de ces structures dépend d'interactions épithélium-mésenchyme, en réponse à des signaux semblables à ceux qui régissent le développement des membres, tels que les facteurs de croissance FGFs, SHH et WNTs.

Les arcs pharyngiens

Chaque arc pharyngien est formé d’un centre mésenchymateux couvert en surface par l'ectoderme, et en profondeur par un épithélium d'origine endodermique. En plus des composantes du mésoderme para-axial et de la plaque latérale, le centre mésenchymateux accueille des cellules des crêtes neurales qui contribuent au squelette de la face. Les muscles dérivent du mésoderme et chaque composante musculaire possède son innervation et sa composante artérielle.

Le premier arc pharyngien comprend une portion dorsale, le processus maxillaire qui s’étend en avant entre les yeux, et une partie ventrale, le processus mandibulaire qui contient le cartilage de Meckel. L’essentiel du cartilage de Meckel disparaît, et il n’en persiste que deux petites portions postérieures qui deviennent le marteau et l’enclume. Le mésenchyme du processus maxillaire donne les os maxillaires, prémaxillaires, zygomatiques et une partie de l’os temporal. La mandicule est formée par ossification membraneuse du mésenchyme autour du cartilage de Meckel. Les muscles qui dérivent du premier arc sont les muscles masticateurs (temporal, masséter, ptérygoïdiens), le ventre antérieur du digastrique, le mylohyoïdien, le tenseur du tympan et le tenseur du voile du palais. L’innervation de ces muscles est fournie par la branche mandibulaire du V moteur, le nerf du premier arc. L’innervation sensitive des régions correspondantes est fournie par le V sensitif.

Le deuxième arc, ou arc hyoïde (cartilage de Reichert) forme l’étrier, l’apophyse styloïde de l’os temporal, le ligament stylohyoïdien et la partie supérieure de l’os hyoïde. Les muscles de cet arc sont le muscle stapédien, le stylohyoïdien, le ventre postérieur du digastrique et les peauciers de la face, tous innervés par le VII, le nerf du second arc.

Le troisième arc produit la partie inférieure de l’os hyoïde et les muscles stylopharyngiens, innervés par le IX, le nerf du troisième arc.

Les arcs 4 et 6 forment les cartilages thyroïde, cricoïde, aryténoïdes et cunéiformes du larynx. Les muscles du quatrième arc sont les cricothyroïdiens, l’élévateur du palais et les constricteurs du pharynx, innervés par le X, le nerf du quatrième arc. Les muscles intrinsèques du larynx sont innervés par le nerf récurrent du X, qui est le nerf du 6ième arc.

Poches pharyngiennes

Les poches pharyngiennes sont au nombre de cinq, et leur composante endodermique donne naissance à plusieurs organes importants.

La première poche pharyngienne forme le diverticule tubotympanique, dont la partie distale forme la cavité tympanique primitive (oreille moyenne) et la partie proximale, la trompe d’Eustache. L’épithélium de la cavité tympanique participe à la formation du tympan.

La deuxième poche pharyngienne forme des bourgeons qui sont secondairement envahis par du mésoderme pour former l’amygdale palatine, qui est infiltrée de tissu lymphoïde à partir du 3ième mois.

La troisième poche forme, à partir de son épithélium rostral (supérieur), les parathyroïdes inférieures, alors que le thymus se développe à partir de son épithélium caudal (inférieur). Ces deux glandes se séparent du pharynx et le thymus migre en direction caudale et médiane, entraînant avec lui les parathyroïdes inférieures, jusqu’à prendre place au niveau de la partie antérieure et supérieure du thorax où les deux rudiments thymiques fusionnent. Parfois, il subsiste des îlots de tissu thymique inclus dans la thyroïde ou le long de ce trajet de migration. Le thymus se développe surtout jusqu’à la puberté, puis s’atrophie progressivement avec l’âge. Les parathyroïdes inférieures arrêtent leur migration au niveau de la face dorsale de la thyroïde.

L’épithélum de la quatrième poche forme les parathyroïdes supérieures.

La cinquième poche, dernière à se développer, est souvent considérée comme une partie de la précédente. Son mésenchyme donne naissance au corps ultimobranchial qui s’incorpore dans la thyroïde, sous forme des cellules C ou parafolliculaires, qui sécrètent la calcitonine. Les cellules C dérivent donc de la crête neurale et non de l'endoderme.

Fentes pharyngiennes

A 5 semaines, quatre fentes pharyngiennes sont perceptibles, dont une seule donne lieu à la formation d'une structure précise, à savoir le méat auditif externe et la couche externe du tympan.

Régulation moléculaire du développement facial

Les cellules de la crête neurale proviennent des huit rhombomères R1-8 du tronc cérébral. Les cellules provenant de R1/2 migrent dans le premier arc, celles de R4 dans le second arc, celles de R6/7 dans le troisième, et enfin les cellules de R8 gagnent les arcs 4 et 5.

A l'exception du premier arc, la colonisation par la crête neurale est sous le contrôle du code HOX. Ce code détermine l'organisation des nerfs et ganglions crâniens, ainsi que la migration des cellules de la crête neurale. Ces dernières expriment les gènes HOX de leur rhombomère d'origine pendant leur migration mais cette expression diminue si elles quittent ce rhombomère. On ne sait pas grand-chose de la manière dont les gènes HOX activent et inhibent d'autres gènes, de manière à diriger la différenciation cellulaire.

Le gène OTX2 code un facteur transcriptionnel important exprimé dans le cerveau moyen (et antérieur). Les cellules de la crête neurale du cerveau moyen (R1/2) expriment OTX2 et contribuent au mésenchyme du premier arc.

Illustrations cliniques

Comme le tissu glandulaire provenant des poches pharyngiennes suit souvent une migration assez complexe, il n’est pas rare d’observer la persistence de tissu le long de la voie de migration, ce qui est surtout le cas pour le thymus et les parathyroïdes.

Les fistules branchiales sont dues à la formation de fentes branchiales et se manifestent sous forme de kystes ou d’écoulements externes à la partie latérale du cou, le plus souvent le long du bord antérieur du sternocléïdomastoïdien.

La crête neurale contribue largement à la formation de la face, et les anomalies de cette structure se traduisent par des malformations craniofaciales. Comme la crête neurale contribue aussi à la formation des coussins endocardiques qui partitionnent le bulbe d’éjection cardiaque, les enfants atteints de malformations craniofaciales ont souvent des malformations cardiaques associées.

Le syndrome de Treacher-Collins, ou dysostose mandibulofaciale (OMIM), est caractérisé par une hypoplasie des zygomatiques et des mandibules, une ouverture palpébrale décalée vers le bas et une malformation des oreilles externes. Il s’agit d’une affection autosomique dominante, mais avec 60% de nouvelles mutations. Le gène muté est dénommé TCOF1 ou "treacle".

Le syndrome de Pierre Robin (OMIM) est isolé ou associé à d’autres malformations. Il est caractérisé par une triade : micrognathie, fente palatine, et rétroposition de la langue. Ce syndrome survient dans 1/8500 naissances et peut avoir diverses origines, génétique ou environnementale.

Le syndrome de DiGeorge (OMIM) est une anomalie des 3ième et 4ième poches, caractérisé par une absence ou hypoplasie du thymus et/ou des parathyroïdes, avec ou sans défect cardiovasculaire, anomalie des oreilles externes, micrognathie, et hypertélorisme (yeux trop écartés). Il fait partie d'un spectre de malformations appelé CATCH22 (OMIM pour Cardiac defects, Abnormal facies, Thymic hypoplasia, Cleft palate et Hypocalcemia), dû à une délétion sur le chromosome 22, touchant le gène TBX1.

Développement de la langue

La langue apparaît à 4 semaines, sous forme de deux excroissances linguales latérales et d’un tubercule impair médian, tous dérivés du premier arc. Une seconde excroissance, appelée copule ou éminence hypobranchiale, se développe au départ du mésoderme des arcs 2, 3 et une partie de 4. Enfin, un troisième bourgeon, au départ de l’arc 4, forme l’épiglotte, derrière lequel se trouve l’orifice laryngé flanqué des deux renflements aryténoïdes.

Les bourgeons latéraux forment les 2/3 antérieurs de la langue, dont l’innervation sensitive (mais pas gustative !) se fait par le V. Cette partie de la langue est séparée de la partie postérieure par le « V » lingual. La base de la langue est formée par les arcs 2-4 et son innervation sensitive se fait par le IX. L’épiglotte et la partie toute postérieure de la langue sont innervés par le nerf laryngé supérieur (quatrième arc). Les muscles de la langue sont quant à eux dérivés de myoblastes des somites occipitaux, et donc innervés par le XII. Les papilles gustatives sont innervées, pour les 2/3 antérieurs, par le VIIbis (intermédiaire), via la chorde du tympan, et pour la partie postérieure, par des branches du IX et du X.

La thyroïde

La glande thyroïde apparaît sous la forme d’une excroissance épithéliale du plancher du pharynx, entre la copule et le tubercule impair, au niveau de ce qui devient le foramen caecum; elle est donc d'origine endodermique. Ensuite, les cellules descendent devant le pharynx et la glande prend sont aspect bilobé. Pendant sa migration, la thyroïde reste connectée à la langue par le canal thyréoglosse qui disparaît pour ne persister que sous la forme de la pyramide de Lalouette. La thyroïde atteint sa position finale à la 7ième semaine et la production hormonale débute à la fin du troisième mois. Le fœtus dépend alors de sa propre production de thyroxine, puisque les hormones thyroïdiennes maternelles passent mal le placenta. Comme mentionné plus haut, les cellules C (calcitonine) dérivent du corps ultimobranchial (crête neurale) au départ de la 4ième poche pharyngienne.

Les kystes du canal thyréoglosse peuvent se localiser n’importe où sur le trajet embryonnaire de la thyroïde, mais le plus souvent en position cervicale paramédiane ; ils peuvent se fistuliser. Du tissu thyroïdien ectopique peut être présent le long du canal thyréoglosse, le plus souvent à la base de la langue, près du foramen caecum.

Développement de la face

A la fin de la quatrième semaine apparaissent des éminences faciales, surtout formées de mésenchyme provenant des crêtes neurales du premier arc. De part et autre du stomodeum, se développent les éminences maxillaires, alors que les éminences mandibulaires sont plus caudales et que l’éminence frontonasale se développe en position plus rostrale. Sur les côtés de cette dernière apparaissent les placodes olfactives, qui s’invaginent pendant la 5ième semaine pour former le début des narines, entourées des éminences nasales latérales et médianes. Au cours des deux semaines suivantes, les éminences maxillaires augmentent de taille et finissent par fusionner sur la ligne médiane. La lèvre supérieure est donc formée par les deux éminences nasales internes et les deux éminences maxillaires, alors que la lèvre inférieure est formée par la fusion médiane des deux éminences mandibulaires. Initialement, les éminences maxillaires et nasales latérales sont séparées par une fente appelée sillon lacrymonasal, au niveau duquel se développe le canal lacrymal, qui s’élargit en sac lacrymal. Après la formation du canal lacrymal, les éminence maxillaires et nasales latérales fusionnent, et les éminence maxillaires forment les joues et le maxillaire supérieur. Le nez est donc formé par 5 éminences faciales: l’éminence frontale donne la base, les éminences médianes donnent l’arête et la pointe, et les éminences latérales, les ailes.

Le segment intermaxillaire

Ce terme désigne la région où les deux bourgeons maxillaires fusionnent, et se compose d’une composante labiale, d’une partie de l’os maxillaire où s’insèrent les 4 incisives supérieures, et d’une partie palatine qui forme le palais primaire. Ce segment est en continuité avec le septum nasal formé par l’éminence frontale.
Alors que le palais primaire dérive du segment intermaxillaire, la principal partie du palais définitif est formée par bourgeonnement des éminences maxillaires. Ces bourgeons, appelés plaques palatines, apparaissent à la 6ième semaine et grandissent rapidement, horizontalement, au dessus de la langue, pour former le palais. En avant, les plaques palatines fusionnent avec le triangle du palais primaire, au niveau du trou palatin. En parallèle, le septum nasal croît et rejoint le palais nouvellement formé.

Les fentes faciales, sous forme de fentes labiales (bec de lièvre) ou de fente palatine, sont fréquentes et résultent en une malformation faciale et en difficultés phonatoires. Les anomalies antérieures, en avant du trou palatin, sont la fente labiale latérale et la fente entre palais primaire ou secondaire, et sont dues à une anomalie de fusion entre un bourgeon maxillaire et l’éminence nasale médiane. Les fentes qui sont en arrière du trou palatin sont les fentes palatines secondaires et les fentes de la luette (uvula). Elles résultent d’un déficit de fusion des plaques palatines. Il existe aussi des combinaisons de ces variétés et le degré de sévérité est très variable, allant depuis une indentation labiale à une ouverture large qui inclut les tissus profonds et les structures nasales.

Les fentes faciales obliques sont dues à une déficience de fusion entre l’éminence maxillaire et l’éminence nasale latérale ; elles s’accompagnent d’une exposition en surface du canal lacrymonasal. La fente labiale médiane, plus rare, est due à un défect de fusion des deux éminences maxillaires ; elle est souvent accompagnée d’une séparation des parties droites et gauche du nez. Ces enfants sont souvent mentalement retardés et ont parfois d’autres anomalies des structures médianes qui peuvent aller jusqu’à l’holoprosencéphalie (fusion des ventricules latéraux avec formation d’un seul ventricule médian).

Les fentes labiales et palatines ont une origine multifactorielle. La fente labiale est plus commune chez le garçon que chez la fille et son incidence augmente avec l’âge maternel. En revanche, la fente palatine, plus rare, est plus fréquente chez les filles et n’est pas influencée par l’âge maternel. Le risque est accru chez les enfants dont la mère reçoit certains antiépileptiques (phénobarbital, diphénylhydantoïne) pendant la grossesse.

Les fosses nasales

Pendant la 6ième semaine, les fossettes nasales se creusent. Une membrane oronasale sépare ces fossettes de la cavité buccale, faisant place ensuite aux choanes lorsque le palais secondaire se développe. Les sinus se développent sous forme de diverticules à partir des fosses nasales et s’étendent dans les os de la face. Ils atteignent leur taille définitive à la puberté et contribuent à la forme définitive de la face.

Les taches olfactives, qui donnent, entre autres, naissance aux neurones récepteurs olfactifs, se forment à partir des placodes olfactives, dont les cellules dérivent des plis neuraux mais sont "hébergées" dans l'ectoderme.

Les dents

La forme de la face est aussi largement déterminée par la croissance des os maxillaire et mandibulaire, et par le développement des dents. A la 6ième semaine, la couche basale de l’épithélium de la cavité orale forme une lame dentaire en forme de "C" le long des mâchoires supérieure et inférieure. Cette lame dentaire donne naissance aux bourgeons dentaires, au nombre de dix dans chaque demi mâchoire, qui sont la composante ectodermique des dents. Puis la partie profonde des bourgeons s’invagine, formant une structure en capuchon composée d’un épithélium dentaire externe et d’un épithélium dentaire interne, et d’un centre de tissu lâche, le réticulum étoilé. Le mésenchyme, qui tire son origine de la crête neurale, forme la papille dentaire. La croissance du capuchon dentaire conduit au stade dit en cloche. Les cellules mésenchymateuses de la papille qui jouxtent l’épithélium dentaire interne se différentient en odontoblastes, responsables de la formation de la dentine. Au fur et à mesure de la formation de dentine, les odontoblastes reculent vers la papille, laissant derrière eux des prolongements cytoplasmiques appelés processus dentaires. Les odontoblastes survivent aussi longtemps que la dent et produisent constamment de la prédentine. Les autres cellules de la papille forment la pulpe de la dent. En parallèle, les cellules de l’épithélium dentaire externe se différentient en améloblastes, responsables de la formation des prismes d’émail qui se déposent sur la dentine. L’émail se forme d'abord au sommet des dents, puis se dépose sur les côtés. En parallèle de la croissance de l’émail, les améloblastes sont repoussés dans le réticulum étoilé, laissant une fine membrane, la cuticule dentaire, qui s’efface après l’éruption de la dent. La racine des dents se forme par déposition de dentine, qui enferme la pulpe qui reste toutefois en communication avec le tissu conjonctif par un canal qui contient les nerfs et les vaisseaux de la dent. Les cellules mésenchymateuses en contact avec la dentine de la racine se différentient en cémentoblastes qui produisent le ciment, une forme particulière d’os. Le mésenchyme qui est encore plus éloigné forme le ligament périodontal, qui maintient la dent en place et joue un rôle d’amortisseur mécanique. La sortie des premières dents de lait a lieu 6 à 24 mois après la naissance. Les bourgeons des dents définitives se forment pendant le troisième mois du côté nasal des dents de lait et restent dormants jusqu’à environ 6 ans et plus.

Les anomalies dentaires congénitales incluent par exemple les dents nasales, présentes à la naissance comme des incisives malformées. Les dents peuvent être anormales en nombre, forme et taille, sous influence de facteurs génétiques ou de l’environnement. Ainsi, les tétracyclines sont connues pour induire une coloration anormale des dents.