Implications fonctionnelles des progéniteurs endothéliaux circulants dans la fibrose pulmonaire idiopathique

Functional implications of endothelial progenitor cells in idiopathic pulmonary fibrosis

• Auteur / Autrice : Adeline Blandinières
• Direction : David Smadja
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hématologie
• Date : Soutenance le 29/11/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Innovations Thérapeutiques en hÉMostase (Paris ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Gaussem
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Gaussem, Christophe Guignabert, Marc Vasse, Carole Planès, Dominique Israël-Biet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Guignabert, Marc Vasse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrophiles

Bléomycine

Interleukine 8

Progéniteurs endothéliaux circulants

Fibrose pulmonaire

Mots clés libres

Fibrose pulmonaire idiopathique

Progéniteurs endothéliaux circulants

ECFCs

Interleukine-8

Bléomycine

Idiopathic pulmonary fibrosis

Endothelial progenitor cell

ECFCs

Interleukin-8

Bleomycin

Résumé

La Fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est la plus courante des pneumopathies interstitielles. Elle est caractérisée par une destruction progressive de l'architecture alvéolaire pulmonaire et son remplacement par du tissu fibrotique. La FPI est constamment associée à un important remodelage vasculaire pulmonaire associant une néoangiogenèse aberrante en bordure des zones de fibrose et une raréfaction vasculaire majeure dans les zones fibrotiques. Une des hypothèses pouvant expliquer ce remodelage vasculaire repose sur l'implication des ECFCs ou Endothelial colony-forming Cells, un sous-groupe des progéniteurs endothéliaux circulants (PECs). Les ECFCs sont des cellules vasculogéniques originaires de la moelle osseuse ou des parois vasculaires. Les différents types de PECs sont diminués au cours de la FPI mais ils pourraient présenter un phénotype modifié qui, en interférant avec la vasculogenèse et/ou le microenvironnement pulmonaire, pourrait constituer un processus actif modulant la fibrogenèse. De plus, des ECFCs pourraient représenter une population d'intérêt dans un contexte de thérapie cellulaire de la FPI : la normalisation de la vascularisation au cours de la fibrogenèse pourrait permettre une amélioration des échanges gazeux par la genèse de nouveaux vaisseaux sains et stables. Ce travail se découpe en deux axes principaux. D'une part, la caractérisation d'ECFCs isolées de prélèvements sanguins de patients FPI (IPF-ECFCs), considérées comme une biopsie liquide du compartiment endothélial pulmonaire, afin d'éclaircir leur potentiel rôle dans la physiopathologie de la FPI. De l'autre, l'injection d'ECFCs isolées de sang de cordon ou de prélèvements sanguins de patients atteints de FPI afin d'étudier leur aptitude à moduler la fibrose pulmonaire dans un modèle murin induit par la bléomycine. Nous avons ainsi confirmé le caractère endothélial des IPF-ECFCs et montré que leurs propriétés vasculogéniques sont similaires à celles d'ECFCs témoins isolées de sang de cordon (CB-ECFCs) ou de sang périphérique de témoins adultes (PB-ECFCs). En revanche, nous avons mis en évidence une augmentation de la sénescence et de l'apoptose des IPF-ECFCs par rapport aux contrôles. L'étude du sécrétome des trois types cellulaires, en nous focalisant sur les médiateurs de l'angiogenèse et du « senescent associated-secretory phenotype » (SASP) ,a montré une augmentation significative du taux d'interleukine-8 (IL-8) dans le milieu conditionné d'IPF-ECFCs par rapport aux PB-ECFCs. Le milieu conditionné d'IPF-ECFCs induit la migration des polynucléaires neutrophiles (PNNs) de manière IL-8 dépendante dans deux modèles in vitro et in vivo. De plus, une augmentation de l'infiltration par les PNNs a été mise en évidence dans des biopsies pulmonaires de patients atteints de FPI par rapport à des biopsies contrôles. Enfin, dans une cohorte de patients FPI, il a été montré qu'une augmentation du taux de PNNs à l'inclusion était associée à un pronostic défavorable, ce qui confirme la pertinence de la surexpression de l'IL-8 dans la FPI. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons injecté des CB-ECFCs dans un modèle murin de fibrose pulmonaire induite par la bléomycine chez la souris immunodéprimée Nude en nous intéressant à la fois à la formation de la fibrose et à la fibrose constituée. Nous n'avons pas mis en évidence de modulation des processus fibrotiques ou angiogéniques par les CB-ECFCs dans ce modèle évalué via le taux de mortalité, l'évolution du poids, la mesure de la fibrose pulmonaire par microCT et histomorphométrie et la densité microbvasculaire. L'injection d'IPF-ECFCs a conduit à des résultats similaires. Ainsi, le phénotype modifié des IPF-ECFCs pourrait être le reflet du rôle paracrine possiblement joué par ces cellules dans la physiopathologie de la FPI. La sécrétion augmentée d'IL-8, reflet d'une sénescence accrue, participerait au recrutement des PNNs au niveau pulmonaire.

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is the most common form of interstitial pneumonia. It is characterized by progressive destruction of lung alveolar architecture and its replacement by fibrotic tissue. Consequences are pulmonary functions alterations. IPF is constantly associated to an important lung vascular remodelling associating an abnormal neoangiogenesis close to fibrotic areas and a major vascular rarefaction in fibrotic areas. An hypothesis that may explain this vascular remodelling is based on Endothelial colony-forming Cells (ECFCs) involvement. They are a subset of Endothelial Progenitor Cells (EPCs). ECFCs are vasculogenic cells coming from bone marrow or vessels and they are considered as a liquid biopsy of the pulmonary endothelial compartment. All EPCs subtypes have been described to be reduced in IPF but their modified phenotype could be involved in abnormal angiogenic process and/or fibrogenesis. Besides, ECFCs may represent a population of interest as a cell therapy product of IPF: normalization of lung vasculature during fibrogenesis should improve gas exchange by genesis of new stable vessels. This work is divided in two parts. First, we characterized ECFCs isolated from peripheral blood of patients with IPF (IPF-ECFCs) to clarify their potential involvement in the pathophysiology of the disease. Second, we injected ECFCs isolated from cord-blood or peripheral blood of IPF patients to study their ability to modulate lung fibrosis in a murine model of bleomycin-induced lung fibrosis. We confirmed the endothelial phenotype of IPF-ECFCs and show that their vasculogenic properties are similar to those of ECFCs isolated from cord-blood (CB-ECFCs) or peripheral blood of adult controls (PB-ECFCs). However, senescence and apoptotic states were increased in IPF-ECFCs compared to controls. Study of the three cell types secretome, focusing on angiogenesis and « senescent associated-secretory phenotype » (SASP) mediators, has shown a significant increase of interleukin-8 (IL-8) in conditioned medium of IPF-ECFCs compared to PB-ECFCs. We demonstrated that conditioned medium of IPF-ECFCs, depending on IL-8, triggers neutrophils migration in two models in vitro and in vivo. Last, there is an increase of infiltration by neutrophils in lung biopsies of patients with IPF compared to control biopsies. Finally, in a cohort of IPF patients, we have shown that an increased level of neutrophils at inclusion was associated to a poor prognosis, confirming potential clinical relevance of IL-8 overexpression in IPF. In the second part of this work, we injected CB-ECFCs in a murine model of bleomycin-induced lung fibrosis in immunodepressed lung mice. We studied ECFC involvement in fibrogenesis and also in constituted fibrosis. We did not found any effect of CB-ECFCs on fibrotic or angiogenic processes in this model evaluated by mortality rate, weight evolution, CT scan, histomorphometry measure of lung fibrosis and microvascular density. Injection of IPF-ECFCs led to similar results. Thus, IPF-ECFCs seems to play a paracrine role in IPF, similar to what has been descried in other diseases. Increased secretion of IL-8, reflect of enhanced senescence, could participate to the recruitment of neutrophils into the lung.