Phénotypes et endotypes de l' asthme sévère pré-scolaire de l'enfant: rôle du muscle lisse bronchique dans le remodelage bronchique précoce

par Valerie Siao

Thèse de doctorat en Biologie Cellulaire et Physiopathologie

Sous la direction de Michael Fayon.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) , en partenariat avec Marthan (laboratoire) .


  • Résumé

    L'asthme est la pathologie chronique la plus fréquente chez l'enfant. Les études épidémiologiques suggèrent que les épisodes sifflants et les facteurs environnementaux notamment les virus vont avoir un impact sur la fonction respiratoire à l'âge adulte. La fonction respiratoire serait déterminée dès l'âge de 6 ans. L'asthme se caractérise par un remodelage et une inflammation bronchiques, responsables des symptômes respiratoires d'asthme. Les caractéristiques du remodelage bronchique et plus particulièrement l'augmentation de masse de muscle lisse bronchique BSM est un marqueur de sévérité chez l'adulte puisque corrélé au déclin de la fonction respiratoire. Les traitements anti-asthmatiques actuels n'ont pas d'action sur ce remodelage. La période préscolaire pourrait donc être une période d'opportunité thérapeutique. Les objectifs de notre étude était donc 1) d'étudier le remodelage bronchique chez l'enfant d'âge préscolaire, 2) d'étudier le rôle de la cellule de muscle lisse bronchique CML dans l'asthme sévère préscolaire, dans l'asthme sévère adulte et chez le nourrisson contrôle et enfin 3) d'étudier des moyens de moduler le remodelage musculaire dans l'asthme sévère préscolaire. Nous avons montré que le remodelage bronchique était présent de manière très précoce, dès l'âge de 12 mois chez l'enfant âgé de 1 à 4 ans atteint d'asthme sévère. La taille du BSM, l'infection persistante au rhinovirus et l'exposition au tabagisme in utero étaient des critères discriminants dans le phénotypage des asthmes sévères préscolaires. Nous avons décrit 2 endotypes en fonction de la taille du BSM. Le « gros muscle » était associé à un asthme plus sévère et à une surexposition au tabagisme maternel anténatal. Sur le plan physiopathologique, les CML du groupe « gros muscle » avaient une capacité de prolifération et une densité et activité mitochondriale plus élevées que dans le groupe «petit muscle». Nous avons également montré que les CML d'asthmatiques préscolaires comme adultes avaient un profil semblable à celui des CML immatures (nourrissons contrôles) en terme de prolifération et de profil mitochondrial, mais différaient de celui des CML d'adultes contrôles. La prolifération des CML était accélérée en présence de surnageant épithélial infecté par le rhinovirus uniquement pour les asthmes préscolaires et adultes en comparaison aux contrôles adultes et nourrissons. In vivo, la sensibilisation à l'ovalbumine entrainait un remodelage bronchique et une inflammation persistant chez la souris immature mais pas chez la souris adulte. La capacité proliférative des CML d'asthme préscolaire était modulable in vitro par certains agents thérapeutiques (inhibiteurs calciques, azithromycine). Cette diminution de vitesse de prolifération concernait préférentiellement les CML de l'endotype « Gros muscle » et était associée à une diminution de la densité mitochondriale. In vivo, un traitement par anti-leucotriène permettait une diminution de la taille du BSM chez les souris immatures sensibilisées à l'ovalbumine. Au total, nous avons décrit de nouveaux endotypes basés sur les biopsies bronchiques. Le BSM est un critère de sévérité dans l'asthme sévère préscolaire. La taille du BSM est associée au tabac maternel anténatal et au rhinovirus. L'augmentation de BSM est liée à la prolifération excessive des CML avec un mécanisme mitochondrie-dépendant. Le remodelage musculaire peut être réversible, notamment en diminuant la prolifération des CML. Cette preuve de concept suggère que la période préscolaire pourrait être une période clés pour la modulation du remodelage bronchique et donc pour modifier l'évolution de la maladie asthmatique à l'âge adulte. La mitochondrie pourrait être une cible thérapeutique clé pour diminuer le remodelage musculaire. L'endotypage des asthmes sévères permettrait une prise en charge plus personnalisée basée sur les biopsies bronchiques et l'étude du remodelage bronchique.

  • Titre traduit

    Severe preschool wheezers phenotypes and endotypes: Pivotal role of bronchial smooth muscle in early bronchial remodeling


  • Résumé

    Introduction: Asthma, the most common chronic disorder in childhood is a heterogeneous disease. The multiple mechanistic pathways involved result in different clinical phenotypes, leading to the concept of the asthma syndrome. Bronchial remodeling, more particularly increased bronchial smooth muscle BSM, a pivotal feature of asthma, is correlated with asthma severity and lung function decline. Epidemiologic studies suggest that lung function decline follows the same trajectory from the age of six years to the third decade and is determined by the number and the severity of wheezing episodes in the preschool period. BSM remodeling does not appear to respond to current anti-asthmatic treatment. Aims: 1) to describe the clinical phenotypes and endotypes related to bronchial remodeling in severe preschool wheezers 2) to evaluate the role of BSM remodeling in preschool wheezer in comparison to control infants, control adults and asthmatic adults, 3) to assess the impact of some environmental factors such as house dust mite and rhinovirus and 4) pharmacological agents in BSM proliferation and remodeling. Methods: A ova-sensitized mouse model and a prospective cohort of severe asthmatic infants were studied using the following methods: western blot, cell culture, immunochemistry, FACs, seahorse. Results: Bronchial remodeling was present in very early from 12 months. Rhinovirus, antenatal tobacco smoke exposure and BSM size were the main determinants of BR in severe asthma. High BSM mass was associated with a lower asthma control and greater antenatal tobacco exposure. High BSM mass was also associated with an increased BSMc proliferation rate and increased mitochondrial activity. An age-wise comparison showed that asthmatic adults' and preschool wheezers' BSMc had a profile similar to control infants' BSMc regarding BSM proliferation and mitochondrial metabolism. However, environmental factors enhanced proliferation in asthmatic and wheezing groups only. In airways of sensitized mice, bronchial remodeling was enhanced in immature mice vs. adult mice, while bronchial inflammation was presented in both. Azithromycin and Montelukast decreased the in vitro proliferation and mitochondrial density, and the in vivo BSM mass (in immature mice), respectively. Conclusion : We have described new endotypes and simple cluster algorithms based on bronchial biopsies. Increased BSM mass was correlated with high BSMc mitochondria-dependent proliferation. Asthmatic BSMc appears to maintain an immature profile with no-loss of rapid proliferation needed for initial lung growth. Immature mice seem to be more sensitive to environmental factors with a higher bronchial remodeling, compared to mature mice. We demonstrated proof of concept that pharmacological agents may reverse BSM remodeling. The therapeutic efficacy was improved in the “high BSM endotype”. This suggests that endotyping based on bronchial biopsies will be useful to guide asthma management. Our results suggest that targeting mitochondrial mechanisms in the preschool period may be an interesting approach.