Assessment and modulation of the lymphatic function throughout the onset and progression of atherosclerosis

L'athérosclérose est la principale cause de maladies coronariennes, affectant les artères de grand et moyen calibre. C'est une maladie inflammatoire chronique caractérisée par des plaques situées dans la couche de l’intima, composées de cellules inflammatoires, de cellules musculaires lisses, de composants fibreux et de lipides. Qu'il provienne de source alimentaire ou hépatique, le cholestérol qui s'accumule dans les macrophages des tissus périphériques, comme la paroi artérielle, engendre une réaction inflammatoire et doit être conséquemment mobilisé à l'aide d’accepteurs de cholestérol comme les lipoprotéines de haute densité (HDL). Ce processus spécifique est appelé transport inverse du cholestérol (mRCT). Des études ont démontré que l'apolipoprotéine A-I (apoA-I) pourrait être un acteur clé dans la régulation du mRCT, exerçant des effets différents de ceux du HDL. Plus important encore, le système lymphatique a récemment été identifié comme un nouvel acteur essentiel dans l'élimination du cholestérol de la lésion athérosclérotique (Martel et al., JCI 2013). Il a été démontré que sans vaisseaux lymphatiques fonctionnels, la mobilisation du cholestérol hors de la plaque ne peut pas être réalisée correctement et aggrave la maladie.  Le réseau lymphatique est parallèle au système sanguin et il est présent dans presque tous les tissus du corps. C'est un acteur essentiel dans le maintien de l'homéostase des fluides, dans le transport des cellules immunitaires de la périphérie vers les ganglions lymphatiques correspondants, ainsi que dans l’absorption des lipides alimentaires de l'intestin vers la circulation sanguine. Le système lymphatique comprend les vaisseaux lymphatiques (LVs) initiaux et collecteurs, ainsi que les ganglions lymphatiques, qui ont une anatomie spécifique et des rôles distincts. La lymphe, le liquide clair qui circule dans les LVs, se jette dans la circulation sanguine au niveau de la veine sous-clavière. Les plaquettes sont responsables de la régulation de cette séparation des vaisseaux sanguins et lymphatiques via la formation d’un thrombus formé lors de l’interaction de leur récepteur CLEC-2 avec la podoplanine présente sur les cellules endothéliales lymphatiques. Il a également été démontré que l’activité plaquettaire était nécessaire tout au long de la vie pour maintenir l’intégrité des jonctions des LVs.  L'athérosclérose est également caractérisée par une activation cellulaire et une apoptose accrue. Par conséquent, ces activités cellulaires peuvent entraîner la formation de particules submicroniques appelées vésicules extracellulaires qui ont des effets variables, mais souvent néfastes, sur l'endothélium sanguin et l'évolution de la plaque. La maladie cardiovasculaire a été associée à une augmentation du nombre des vésicules extracellulaires (EVs) en circulation, et nous croyons que ces véhicules pourraient être impliqués dans le dysfonctionnement lymphatique lié à l'athérosclérose.  D'après des données récentes publiées au cours de ma maîtrise, l'amélioration du transport lymphatique pourrait limiter la progression de l'athérosclérose et favoriser la régression de la plaque. Nous avons montré que le transport lymphatique est altéré chez les jeunes souris prédisposés à développer l'athérosclérose, même avant l'apparition de la plaque. Nous avons prouvé que cet effet est d’abord associé à un défaut au niveau des vaisseaux collecteurs et nous suggérons que l'amélioration de la liaison du VEGF-C/ VEGFR3 puisse supprimer ce défaut spécifique.  L'objectif global de cette thèse était de poursuivre dans cette voie et de mieux définir le rôle de l’important facteur de croissance lymphatique, VEGF-C, et de la lipoprotéine apoA-I dans la maintenance de l’intégrité et la fonction des vaisseaux lymphatiques. En outre, une meilleure description des composants de la lymphe, en particulier des agents libérés par les cellules, a été jugée nécessaire.  La première publication nous a permis de montrer que, lorsqu'elles étaient injectées avec un mutant du facteur de croissance VEGF-C ciblant spécifiquement le récepteur VEGFR-3 (VEGF-C 152s), avant l'administration d'une diète pro-athérogène, les souris Ldlr-/- étaient protégées contre l’accumulation excessive dans la plaque et celle-ci était plus stable à long terme. La capacité de contraction soutenue des vaisseaux lymphatiques collecteurs et l'expression accrue de VEGFR-3 et de FOXC2 observée chez ces souris traitées avec VEGF-C-152s ont contribué à la clairance des composants nocifs contenus dans les tissus périphériques tels que les macrophages et le cholestérol.  La deuxième publication a montré que des souris Ldlr-/- athérosclérotiques traitées à faible dose avec de l’apoA-I, présentaient un transport lymphatique accru et une hyperperméabilité des vaisseaux lymphatiques collecteurs abrogée, possiblement par une modulation de l’activité plaquettaire.  La troisième publication est la première à démontrer la présence de vésicules extracellulaires d'origines hétérogènes dans la lymphe des souris et que le nombre de différents sous-types augmente chez les souris athérosclérotiques.   Collectivement, ces études confirment la présence d'un dysfonctionnement lymphatique chez la souris avant même l'apparition de la plaque, et il est intéressant de noter que ce dysfonctionnement est principalement associé à un défaut des vaisseaux lymphatiques collecteurs, limitant ainsi le transport de la lymphe des tissus périphériques vers le sang. Différents traitements avec des facteurs de croissance et des lipoprotéines peuvent potentiellement moduler l’apparition et la progression de la lésion en améliorant la fonction lymphatique à différents stades de la maladie athérosclérotique. Nos découvertes concernant la présence de EVs dans la lymphe représentent leur potentiel en tant que biomarqueurs, mais également une nouvelle cible pour mieux comprendre la dysfonction lymphatique. Atherosclerosis is the principal cause of coronary artery disease (CAD), affecting large- and medium-sized arteries. It is a chronic inflammatory disease characterized by intimal plaques composed of inflammatory cells, smooth muscle cells, fibrous components and lipids. Cholesterol that accumulates within macrophages in peripheral tissues, like the arterial wall, whether from dietary or synthetic sources, promotes inflammatory responses and needs to be excreted with the help of the cholesterol acceptor high density lipoprotein (HDL). This specific process is termed macrophage reverse cholesterol transport (mRCT) and studies have demonstrated that lipid free apolipoprotein A-I (apoA-I) could be a key player in mRCT regulation, exuding different effects than HDL. More importantly, recently, the lymphatic system has been identified as a novel prerequisite player in the removal of cholesterol out of the atherosclerotic lesion (Martel et al., JCI 2013). It has been demonstrated that without functioning lymphatic vessels cholesterol mobilization from the plaque cannot be properly achieved and aggravates the disease.  The lymphatic network runs in parallel to the blood vasculature and is present in almost all the tissues of the body. It is a crucial player in maintaining fluid homeostasis, trafficking immune cells from the periphery to corresponding lymph nodes, as well as transporting lipids from the intestine to the circulation. The lymphatic system comprises the   initial and collecting lymphatic vessels (LVs), as well as lymph nodes, all with a specific anatomy and distinctive roles. Lymph, the clear fluid that circulates within LVs drains towards the bloodstream at the level of the subclavian vein. Platelets are responsible to regulate this blood/lymphatic vessel separation by forming a clog, upon the interaction of their C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) with podoplanin, present on lymphatic endothelial cells. Platelet activity has also been shown to be required throughout life in order to maintain LV junction integrity.   Atherosclerosis is also characterized by increased cellular activation and apoptosis. Consequently, these cellular activities may result in the formation of submicron particles called extracellular vesicles (EVs) that have variable effects on the blood endothelium and subsequent plaque evolution. CAD has been associated with increased circulating EVs, and we suspect that these EVs might be involved in atherosclerosis-related lymphatic dysfunction.  Based on recent data collected during my master’s degree, there is evidence that enhancing lymphatic transport could limit atherosclerosis progression and favour plaque regression. We showed that lymphatic transport is impaired in young, atherosclerosis-prone mice, even before atherosclerosis onset. We believe it to be potentially associated with a defect in the lymphatic pumping capacity, and we suggest that enhancing VEGF-C/VEGFR-3 binding can abolish this specific defect. The global objective of this thesis was to pursue along this path and better delineate the role of the important lymphatic-specific growth factor, VEGF-C and the lipoprotein apoA-I, on collecting LVs function. Furthermore, a better understanding of lymph components, especially cellular releasants was deemed necessary. The first publication allowed us to show that when injected with VEGF-C 152s, before the administration of a pro-atherogenic regimen, Ldlr-/- mice were protected from excessive plaque formation and long-term, had a more stable plaque. The sustained contraction capacity of the collecting lymphatic vessels and the enhanced expression of VEGFR-3 and FOXC2 observed in these VEGF-C-152s treated mice contributed to the clearance of harmful components contained in peripheral tissues such as the macrophages and cholesterol.  The second publication showed that atherosclerotic Ldlr-/- mice treated with low-dose lipid-free apoA-I had enhanced lymphatic transport and abrogated collecting LV permeability possibly through modulation of platelet activity.  The third publication is the first ever to demonstrate the presence of extracellular vesicles of heterogeneous origins in the lymph of mice, and that their levels differ in atherosclerosis. Collectively, these studies confirm that lymphatic dysfunction is present before the onset of atherosclerosis, and particularly of interest, that this dysfunction is primarily associated with a defect in the collecting vessels, thereby limiting the lymph transport from peripheral tissues to the blood. Different treatments with growth factors and lipoproteins have the potential to modulate the lesion onset and progression through the enhancement of lymphatic function, while our findings regarding the presence of EVs in lymph represents their potential as biomarkers, but also a new venue to better understand lymphatic dysfunction.

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