Study of Interaction Between the Inflammatory Response and Radiation-Induced Fibrosis

par Lydia Meziani

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Eric Deutsch et de Marie-Catherine Vozenin-Brotons.

  • Titre traduit

    Etude de l’interaction entre la réponse inflammatoire et la fibrose induite par radiothérapie


  • Résumé

    La fibrose radio-induite (FRI) est une complication tardive de la radiothérapie souvent associée à une réponse inflammatoire chronique et à un infiltrat de macrophages. Aujourd’hui, les macrophages sont pressentis comme des médiateurs cellulaires important dans le processus de fibrose mais leur rôle n’a jamais été étudié dans le contexte de la FRI. Dans une précédente étude nous avions montré que l’irradiation (IR) induit une polarisation M1 des macrophages cardiaques après irradiation de souris ApoE-/- et est associée un score de fibrose élevé, ce qui suggérait que la polarisation des macrophages pourrait contribuer à la fibrogénèse radio-induite. Afin de valider cette hypothèse, nous avons cherché à caractériser le rôle des macrophages dans la FRI en utilisant un modèle classique de fibrose pulmonaire chez la souris C57Bl/6 induit après IR thoracique à 16Gy. Nous avons caractérisé les phénotypes et la fonction des macrophages alvéolaires (MA) et interstitiels (MI). Durant la phase précoce, les résultats montrent une déplétion des MA accompagnée de la sécrétion de CXCL1, MCP-1 et de MCSF. Cette déplétion est suivie d’une repopulation suite au recrutement et à la prolifération des monocytes/macrophages d’origine médullaire. La nouvelle population de MA présente une polarisation hybride accompagnée d’une augmentation simultanée de la sécrétion de cytokines Th1 et Th2. Durant la phase tardive les MI présentent une polarisation de type M2 accompagnée d’une diminution des cytokines Th1 et d’une augmentation de cytokines Th2 dans le lysat tissulaire. Nous avons ensuite cherché à caractériser la contribution des MA hybrides vs MI M2 dans le processus de fibrose. Nous avons montré que contrairement au MA hybrides, les MI M2 étaient capables d’induire l’activation des fibroblastes in vitro et l’expression de TGF-β1. De plus, la déplétion des MA hybrides avec une administration intranasale de clodronate exacerbe la FRI et induit l’augmentation de l’infiltrat de MI M2. Ensuite, nous nous somme interrogés à la contribution du processus de fibrose dans la polarisation des macrophages. Après 24h de coculture entre fibroblastes irradiés et macrophages pulmonaires non irradiés, une sécrétion de cytokines telles que M-CSF et TIMP-1 qui pourraient stimuler l’activation des fibroblastes est observée. De plus, l’inhibition de la FRI avec de la pravastatine montre que l’inhibition de la fibrose est accompagnée d’une augmentation des MI M1 et d’une diminution des MI M2 dans le poumon. En résumé, nos résultats montrent une contribution opposée des Macrophages Alvéolaires et des Macrophages Interstitiels dans le processus de fibrose radio-induite ainsi qu’une contribution du processus de fibrose dans le type d’activation des Macrophages interstitiels formant ainsi une boucle d’activation fibrogénique chronique.


  • Résumé

    Radiation-induced fibrosis (RIF) is a delayed complication of radiotherapy often associated with chronic inflammatory process and macrophage infiltration. Nowadays, macrophages are suggested to be important cellular contributors to fibrogenic process, but their implication in the context of RIF has never been investigated. In a previous study we have shown that irradiation (IR) induced the polarization of cardiac macrophages into M1 in ApoE-/- mice and was associated with a high fibrosis score in ApoE-/- mice, suggesting that macrophage polarization could drive tissue sensitivity to ionizing radiation. This observation prompted us to investigate the role of macrophages in RIF using a classical experimental model of lung fibrosis developed in C57Bl/6 mice after 16Gy thorax-IR. We profiled both alveolar macrophages (AM) and interstitial macrophages (IM). During the acute phase we found AM depletion associated with CXCL1, MCP-1 and M-CSF secretion, followed by a repopulation phase mediated by recruitment and proliferation of monocytes/macrophages from the bone marrow. Interestingly, the newly recruited AM exhibited a yet never described hybrid polarization (M1/M2), associated with the up-regulation of both Th1 and Th2 cytokines. At delayed times points, IM were M2-polarized and associated with downregulation of Th1 cytokines and upregulation of Th2 cytokines in tissue lysates. These results suggest a differential contribution of hybrid AM vs M2 IM to fibrogenesis. Interestingly, in contrast to activated hybrid AM, activated M2 IM were able to induce fibroblast activation in vitro mediated by an enhanced TGF-β1 expression. Therefore, specific depletion of hybrid AM using intranasal administration of clodrosome increased RIF score and enhanced M2 IM infiltration. We next evaluated if the fibrogenic process can in turn affect macrophage polarization. Interestingly, after coculture of irradiated fibroblast with non-irradiated pulmonary macrophages, secretion of cytokines such as M-CSF and TIMP-1, which can stimulate macrophage activation, was observed. Furthermore, RIF inhibition using pravastatin treatment showed that fibrosis inhibition was associated with a decrease in M2 IM accompanied by an increase in M1 IM, but had no effect on polarization of AM. These present study shows a dual and opposite contribution of alevolar versus intertitial macrophages in RIF and the contribution of the fibrogenic process to IM polarization, resulting thereby in a chronical fibrogenic loop.



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