Rôle des biomarqueurs dérivés des neutrophiles dans la pathologie de l’insuffisance cardiaque

L’insuffisance cardiaque (IC) est définie comme l’incapacité du cœur à fournir un débit cardiaque suffisant lorsque la demande augmente. L’IC survient lors d’une diminution 1) de la fonction contractile, définie comme l’IC à fraction d’éjection réduite (IC-FER) ou 2) de remplissage reliée à une rigidité du myocarde ou du péricarde, définie comme l’IC à FE préservée (IC-FEP). Les altérations de la fonction cardiaque contribuent à l’activation neuro-hormonale et à l’inflammation sous-clinique lors de l’apparition et l’évolution de l’IC. L’IC est caractérisée par de multiples anomalies du système vasculaire et musculaire périphériques. La diminution de la perfusion périphérique peut causer de multiples désordres au niveau vasculaire et musculaire chez les IC. L’inflammation sous-clinique contribue significativement à la progression de l’IC. Puisque les neutrophiles sont les principaux acteurs dans la sécrétion de cytokines inflammatoires, l’objectif de cette thèse est de caractériser le profil pro- et anti-inflammatoire dérivé des neutrophiles chez les patients souffrant d’IC-FER et IC-FEP, ainsi que l’impact du diabète (DM) sur ce profil.  Les biomarqueurs plasmatiques et relâchés par les neutrophiles isolés à partir du sang provenant de 20 volontaires sains (CTL), 52 IC-FER et 25 IC-FEP et 22 DM ont été quantifiés. L’observation majeure de notre étude est la réduction importante (>90%) des taux circulants de Vascular endothelial growth factor (VEGF) chez les patients IC-FER et IC-FEP avec ou sans DM par rapport aux CTL. En parallèle, nous avons observé une diminution significative de la sécrétion du VEGF par les neutrophiles des patients IC-FER et IC-FEP avec une réduction maximale (92%) chez les IC-FEP+DM comparé aux CTL après une stimulation avec des médiateurs pro-inflammatoires. La diminution du VEGF associée à une inflammation accrue de l'endothélium micro-vasculaire coronarien conduit à une dérégulation de la génération de l’oxyde nitrique (NO). Une diminution marquée des taux circulants de NO a été observée chez les patients diabétiques et atteints d'IC comparé aux CTL. Les niveaux circulants d'IL-6 et d'IL-8 sont significativement augmentés chez les patients IC et DM et de manière synergique chez les  IC-FEP avec DM. Ces données, combinées à une diminution du VEGF et du NO, suggèrent une altération significative de la fonction macro-vasculaire et micro-vasculaire chez les patients IC-FEP, qui est intensifiée par la présence de diabète. La libération d’IL-8 et d’IL-6 par les neutrophiles était significativement augmentée chez les patients DM et IC-FEP+DM après un traitement au lipopolysaccharide (LPS). Nous avons aussi démontré une augmentation de l'IL-1RA circulante, une cytokine anti-inflammatoire  dans toutes les cohortes de patients. Cependant, la sécrétion de l’IL-1RA par les neutrophiles était diminuée dans toutes les cohortes par rapport aux CTL, indépendamment de l’agoniste utilisé. Ces observations suggèrent que les neutrophiles ne sont pas les principales cellules qui secrètent l'IL-1RA, mais bien les monocytes, les hépatocytes, les cellules épithéliales et les adipocytes. Les données scientifiques provenant de ces études nous ont permis de mieux caractériser le rôle du neutrophile dans l’IC et permettront de valider l’hypothèse stipulant que les biomarqueurs dérivés des neutrophiles jouent un rôle significatif dans l’IC. Heart failure (HF) is characterized by the inability of the heart to provide sufficient cardiac output when there is an increase in demand. This may result from a decrease in 1) contractile function, defined as heart failure with reduced ejection fraction (HF-REF) or 2) filling related to stiffness of the myocardium or pericardium, defined as HF with preserved EF (HF-PEF). Alterations in cardiac function contribute to neuro-hormonal activation and subclinical inflammation during the onset and progression of HF. HF is characterized by multiple abnormalities in the peripheral vascular and muscular system. Decreased peripheral perfusion can cause vascular and peripheral muscular disorders in HF-REF and HF-PEF. However, the cellular mechanisms involved in these observations remain unknown. Subclinical inflammation significantly contributes to the progression of HF. Since neutrophils are the first players for the inflammatory cytokines release, the main objective of this doctoral thesis is to characterize the pro and anti-inflammatory profile derived from neutrophils in patients suffering from HF-REF and HF-PEF, as well as the impact of diabetes (DM) on this profile. The plasma and neutrophil released biomarkers from the blood of 20 healthy control volunteers (CTL), 52 HF-REF and 25 HF-PEF and 22 DM were quantified. The major finding of our study is the significant reduction (>90%) of the circulating levels of vascular endothelial growth factor (VEGF) in HF-REF and HF-PEF patients with or without diabetes compared to CTL. In parallel, we observed a significant decrease of the VEGF secretion by the neutrophils from HF-REF and HF-PEF patients with a maximal reduction (92%) in HF-PEF+DM compared to CTL after pro-inflammatory agonists stimulation. The decrease of VEGF associated with an increased inflammation of the coronary microvascular endothelium leads to a deregulation of nitric oxide (NO) generation. A marked decrease in circulating NO levels was indeed observed in diabetic and HF patients compared to CTL. Circulating levels of IL-6 and IL-8 increased significantly in HF and DM patients, being maximal in HFPEF+DM. These data, when combined with a decrease in VEGF and NO, support a significant impairment of macrovascular and microvascular function in HF-PEF patients, which is increased by the presence of diabetes. The release of IL-8 and IL-6 from neutrophils was significantly increased in DM and HF-PEF+DM patients after treatment with lipopolysaccharide (LPS). We also observed an increase in circulating IL-1RA, an anti-inflammatory cytokine in all patients’ cohorts. However, IL-1RA secretion by the neutrophils was decreased in all cohorts compared to CTL, independently of the agonist used. These observations suggest that neutrophils are not the main cells that secrete IL-1RA, but rather monocytes, hepatocytes, epithelial cells and adipocytes.  The scientific data from these studies have allowed us to better characterize the role of neutrophils in HF and will validate the hypothesis that biomarkers derived from neutrophils play a significant role in the HF.

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