Caractérisation du comportement des cellules souches musculaires au cours du choc septique et mécanismes de protection grâce aux cellules souches mésenchymateuses

par Adrien Bougle

Thèse de doctorat en Physiopathologie

Sous la direction de Fabrice Chretien.

Thèses en préparation à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité .


  • Résumé

    Le sepsis s'accompagne de plusieurs mécanismes physiopathologiques à l'origine des défaillances d'organes pouvant entraîner le décès du patient à la phase aiguë, et de séquelles motrices dans le cadre de la neuromyopathie de réanimation (NMR). Cependant, la physiopathologie de l'atteinte musculaire liée au sepsis est complexe et incomplètement comprise. Une caractérisation du tissu musculaire et des cellules responsables de la régénération musculaire, les cellules satellites, est nécessaire afin de mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques à l'origine de cette atteinte chez l'Homme. Dans la première partie pré clinique de la thèse, nous montrons que le tissu adipeux humain micro-fragmenté atténue la réponse inflammatoire et améliore le pronostic dans un modèle murin de sepsis par ponction - ligature cæcale. Chez les souris septiques, le tissu adipeux micro-fracturé diminue de façon significative le Murine Sepsis Score par rapport au sérum salé isotonique ou au produit de lipoaspiration. La survie, la température corporelle, les paramètres biologiques, les taux de cytokines plasmatiques et l'infiltration des organes cellulaires sont également significativement améliorés chez les souris septiques ayant reçu le tissu adipeux micro-fracturé par rapport aux souris septiques ayant reçu du sérum salé isotonique. Ce mécanisme est dépendant de Cox-2. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous cherchons à décrire par une approche multimodale innovante les modifications musculaires présentes à la phase aigue de la réanimation, en étudiant à la fois le tissu musculaire dans son ensemble et spécifiquement les cellules satellites. Soixante-sept patients ont été inclus entre juin 2016 et avril 2018, répartis comme suit : sepsis n=18, état de mort encéphalique n=18, choc cardiogénique n=12 et témoins n=9. Nous avons réalisé une étude morphologique en microscopie électronique à transmission et une étude protéomique en chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse (LC-MS/MS) sur le tissu musculaire, ainsi qu'une étude fonctionnelle par analyse de la fonction mitochondriale sur les cellules satellites et sur le plasma. L'analyse protéomique a permis de mettre en évidence plusieurs différences significatives entre les différentes conditions. Comparés aux autres conditions inflammatoires, les muscles de patients septiques présentent une diminution de l'expression des protéines du métabolisme oxydatif et une augmentation de l'expression des protéines associées à la réponse immunitaire. Lorsque nous comparons spécifiquement les patients en choc cardiogénique et les patients en choc septique, on observe chez ces derniers un enrichissement de la voie PI3K-AKT associée à la synthèse protéique, et dans les deux groupes un enrichissement en protéines associées à la protéolyse (ubiquitine, protéasome). L'analyse des paramètres mitochondriaux n'a montré aucune différence sur les cellules satellites, mais l'étude du sérum des patients a montré une différence significative entre les groupes pour la quantité d'espèces radicalaires de l'oxygène, d'Acétyl CoA et d'ATP circulant. A la phase aigue d'un sepsis chez l'Homme, nous montrons donc pour la première fois une atteinte fonctionnelle du muscle avec ce que nous pouvons interpréter comme une dysfonction mitochondriale, et une atteinte structurelle avec l'implication de protéines de la synthèse musculaire et de la protéolyse. En revanche, nous ne mettons pas en évidence d'atteinte spécifique des cellules satellites. Le tissu adipeux microfracturé pourrait représenter une voie thérapeutique innovante chez l'Homme dans la prise en charge du sepsis et de ses conséquences à long terme.

  • Titre traduit

    Characterization of human muscle stem cell behavior during septic shock and protective mechanisms of mesenchymal stem cells


  • Résumé

    Sepsis is accompanied by several mechanisms that cause organ failure that can lead to death in the acute phase, and to long-term consequences associated with Intensive Care Unit - Acquired Weakness (ICU-AW). However, the pathophysiology of sepsis-associated myopathy is complex and incompletely understood. A characterization of the muscle tissue and muscle stem cells, the satellite cells, is necessary in order to better understand the mechanisms at the origin of human sepsis-associated myopathy. In the first preclinical part of the thesis, we show that micro-fragmented human fat tissue attenuates the inflammatory response and improves prognosis in a mouse model of sepsis by cecal ligation and puncture. In septic mice, micro-fractured fat tissue significantly decreases Murine Sepsis Score compared to saline or lipoaspirate. Survival, body temperature, biological parameters, plasma cytokine levels and cellular organ infiltration are also significantly improved in septic mice that received micro-fractured fat tissue compared to septic mice that received saline. This mechanism is dependent on Cox-2. In the second part of this thesis, we seek to describe through an innovative multimodal approach the muscle modifications present in the acute phase of critical illness, by studying both the muscle tissue as a whole and specifically the satellite cells. Sixty-seven patients were included between June 2016 and April 2018, distributed as follows: sepsis n=18, brain death n=18, cardiogenic shock n=12 and controls n=9. We performed a morphological study in transmission electron microscopy and a proteomic analysis in liquid chromatography coupled to mass spectrometry (LC-MS/MS) on muscle tissue, as well as a functional study by mitochondrial function analysis on satellite cells and plasma. The proteomic analysis revealed several significant differences between the different conditions. Compared to other inflammatory conditions, the muscles of septic patients exhibit decreased expression of oxidative metabolism proteins and increased expression of proteins associated with the immune response. When we specifically compare patients in cardiogenic shock and patients in septic shock, we observe in the latter an enrichment of the PI3K-AKT pathway associated with protein synthesis, and in both groups enrichment in proteins associated with proteolysis (ubiquitin, proteasome). Analysis of mitochondrial parameters showed no difference on satellite cells, but the patient serum study showed a significant difference between groups for reactive oxygen species, Acetyl CoA and circulating ATP levels. In the acute phase of sepsis in humans, we therefore show for the first time functional muscle damage with what we can interpret as mitochondrial dysfunction, and structural damage with the involvement of muscle synthesis proteins and proteolysis. However, we do not find any evidence of specific damage to satellite cells. Microfractured fat tissue could represent an innovative therapeutic approach in humans in the management of sepsis and its long-term consequences.