Caractérisation et fonctions des macrophages alternatifs humains dans un contexte de maladies cardio-métaboliques

Characterization and functions of human alternatives macrophages in cardio-metabolic diseases

• Auteur / Autrice : Gaël Bories
• Direction : Giulia Chinetti-Gbaguidi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et Biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 12/12/2011
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Récepteurs Nucléaires, Maladies Métaboliques et Cardiovasculaires (Lille)
• Jury : Président / Présidente : Bart Staels
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Pattou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Lagrost, Philippe Lesnik

Mots clés

Mots clés contrôlés

Athérosclérose

Obésité

Monocytes

Inflammation

Athérosclérose

Obésité

Monocytes

Mots clés libres

Macrophages

Maladies cardio-métaboliques

Inflammatory disease

Cardiovascular complications

Résumé

I) Etude de la différenciation des monocytes dans l’obésité et le syndrome métabolique. L'obésité viscérale prédispose au syndrome métabolique, au diabète de type 2 et à ses complications cardio-vasculaires. Des études récentes ont prouvé au niveau cellulaire et moléculaire que l’obésité est une pathologie inflammatoire chronique. Le tissu adipeux sécrète de nombreux peptides bio-actifs, appelés adipocytokines ou adipokines, dotées de multiples effets de type auto-, para- et endocrine. C’est pourquoi cet issu est aujourd’hui considéré comme un véritable organe endocrine dont les anomalies de fonctionnements ont impliquées dans la physiopathologie de l’obésité et de ses complications métaboliques et cardiovasculaires.En effet, les anomalies inflammatoires, souvent associées à l’obésité et au diabète, pourraient être induites par les cytokines sécrétées par le tissu adipeux. On peut suspecter que ces adipokines modulent les fonctions des cellules sanguines mononuclées circulantes (PBMC) et plus particulièrement des monocytes. Ces monocytes sanguins circulants infiltrent le tissu adipeux et peuvent se différencier en deux sous-populationsdifférentes de macrophages : les macrophages M1 ''classiques'' pro-inflammatoires et les macrophages M2''alternatifs'' anti-inflammatoires. La proportion relative M1/M2 jouerait un rôle important dans les complications métaboliques de l’obésité. Nous avons émis l’hypothèse que l’obésité et les problèmes métaboliques associés peuvent moduler la fonction des PBMC. Le profil d’expression génique des PBMC, ainsi que la capacité des monocytes obtenus de sujets minces et obèses ayant ou non des problèmes métaboliques, à se différencier vers des macrophages alternatifs in vitro a été analysée. Nos résultats montrent que les PBMC des sujets obèses ont une altération de l’expression des marqueurs anti-inflammatoires. Nous montrons de plus que les monocytes des sujets obèses sont moins susceptibles de se différencier en macrophages alternatifs. En conclusion nos données montrent que les PBMC sont programmés chez les sujets obèses. Cette programmation des PBMC influe sur la capacité des monocytes à se différencier en macrophages alternatifs anti-inflammatoires ce qui augmenterait la susceptibilité des sujets obèses à développer une inflammation chronique.II) Etude du métabolisme du fer dans les macrophages alternatifs humains et sa modulation par le récepteur nucléaire Liver X Receptor (LXR)L’athérosclérose est une maladie d’évolution lente qui fait intervenir plusieurs processus nécessitant l’interaction complexe entre des éléments circulants, tels que les leucocytes et les lipoprotéines, et les cellules présentes dans la paroi vasculaire. L’un des acteurs majeurs de la progression de l’athérosclérose es tl’oxydation des éléments composant la plaque, qui sont notamment à l’origine des réactions inflammatoires. En effet l’oxydation des LDL que l’on trouve en abondance dans la plaque d’athérosclérose initie et amplifie les réactions inflammatoires à l’origine de la progression et de l’aggravation de l’athérosclérose. Le rôle du fer dans l’oxydation des éléments contenus dans la plaque d’athérosclérose a été suggéré depuis qu’il à été mis en évidence une forte augmentation de sa concentration dans les lésions athéromateuses. De plus il a été montré que les macrophages présents au sein de la plaque d’athérosclérose accumulent le fer. Le fer intracellulaire génère des réactions d’oxydation conduisant à l’apoptose des macrophages se qui peut conduire à la progression de la lésion athéromateuse. Afin de mieux caractériser le métabolisme du fer dans les macrophages alternatifs humains nous avons analysé l’expression de gènes clefs impliqués dans le métabolisme du fer [...]

I) Impaired alternative macrophage differentiation of peripheral blood mononuclear cells from obese subjectsVisceral obesity, a chronic, low-grade inflammatory disease, predisposes to the metabolic syndrome, type 2 diabetes and its cardiovascular complications. Adipose tissue is not a passive storehouse for fat, but an endocrine organ synthesizing and releasing a variety of bioactive molecules, some of which are produced byinfiltrated immune-inflammatory cells including macrophages. Two different sub-populations of macrophageshave been identified in adipose tissue: pro-inflammatory “classical” M1 and anti-inflammatory “alternative” M2macrophages and their ratio is suggested to influence the metabolic complications of obesity. These macrophages derive primarily from peripheral blood mononuclear cells (PBMC). We hypothesized that obesityand the metabolic syndrome modulate PBMC functions. Therefore, alteration of the monocyte response, andmore specifically their ability to differentiate toward alternative anti-inflammatory macrophages was assessedin PBMC isolated from lean and obese subjects with or without alterations in glucose homeostasis. Our resultsindicate that PBMC from obese subjects have an altered expression of M2 markers and that their monocytes areless susceptible to differentiate toward an alternative phenotype. Thus PBMC in obesity are programmed, whichmay contribute to the inflammatory dysregulation and increased susceptibility to inflammatory diseases inthese patients.II) Human alternative macrophages display high iron handling capacities: regulation by the Liver XReceptor (LXR) activationMacrophages play a key role in iron metabolism. Macrophages can be polarized to a M1 proinflammatoryor to M2 alternative anti-inflammatory state. Within human atherosclerotic plaques, M2macrophages co-expressing both CD68 and the mannose receptor (CD68+MR+) have been identified. Amonggenes differentially expressed between non-polarized resting macrophages (RM) and IL-4 differentiated M2macrophages, those involved in iron metabolism were identified. Genes of iron uptake and storage (transferrinreceptor, hepcidin, ferritin) were upregulated, whereas those of export (ferroportin and ceruloplasmin) weredecreased in M2 macrophages. Intracellular iron accumulation was higher in M2 macrophages after ironoverload. In addition, the expression of iron-responsive genes (ferroportin, ferritin, HMOX-1, NRF2) wasinduced in iron-loaded M2, suggesting a better ability of M2 macrophages to export iron, compared to ironloadedRM macrophages. As a functional consequence, iron-loaded M2 macrophages have a higher ability tooxidize extra-cellular LDL. In line, CD68+MR+ macrophages co-localize with iron deposits and oxidized lipids inhuman atherosclerotic plaques. Iron-oxidized lipids can generate ligands for the nuclear receptor Liver XReceptor (LXRα and β). We thus determined whether LXR activation could modulate iron metabolism.Treatment of M2 macrophages with LXR ligands induced the ferroportin and down-regulated hepcidin geneexpression in an LXRα-dependent manner promoting iron export. Interestingly, iron-induced gene expression ismodulated by the LXRα pathways. Our data show that human M2 macrophages are highly active in ironhandling, a process that can be modulated by LXR activation.