Modèle animal de carcinome hépatocellulaire sur foie cirrhotique : description et utilisation pour essais thérapeutiques pré-cliniques

Animal model of cirrhosis with hepatocellular carcinoma : a reliable tool for testing new therapies.

• Auteur / Autrice : Keerthi Kurma
• Direction : Thomas Decaens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du développement oncogenèse
• Date : Soutenance le 18/10/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pour l'avancée des biosciences (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Immunologie Analytique des Pathologies Chroniques
• Jury : Président / Présidente : Sabine Bailly
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Decaens, Claude Caron de Fromentel, Arnaud Millet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Romain Parent, Armand Abergel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Foie -- Maladies

Carcinome hépatocellulaire

Cancer

Foie

Mots clés libres

Foie

Carcinome hépatocellulaire

Cirrhotique

Liver

Hepatocellular carcinoma

Cirrhosis

Résumé

Le cancer du foie représente le deuxième cancer le plus meurtrier dans le monde, le carcinome hépatocellulaire (CHC) étant responsable de la majorité de ces cas. 90% des CHC sont associés à une fibrose hépatique ou à une cirrhose développée à la suite de lésions hépatiques chroniques. Bien que chaque affection sous-jacente puisse impliquer différentes voies cancérogènes, la fibrose / cirrhose est considérée comme un facteur crucial de la carcinogenèse du tissu hépatique. De plus, le système immunitaire du foie contribue à la sévérité des dommages tissulaires nécrotiques et inflammatoires, à l’établissement de la fibrose et de la cirrhose et à la progression de la maladie vers le CHC. Les modèles animaux de petite taille représentent des outils essentiels dans la recherche sur le cancer. Étant donné que la fibrose / cirrhose modifie la vascularisation du foie, la composition de la matrice extracellulaire et le métabolisme des médicaments, il est essentiel d’utiliser un modèle animal pertinent présentant un état cirrhotique pour tester les médicaments contre le CHC. Les modèles de souris actuels ne parviennent pas à reproduire tous les stades de la fibrose, en particulier la cirrhose. L’un des modèles de rongeurs qui reproduit le plus fidèlement la cirrhose humaine est celui du rat exposé à la diéthyl nitrosamine (rats DEN). Cependant, le statut inflammatoire et les caractéristiques du système immunitaire dans ce modèle n’ont été que peu étudiés au cours de la progression de la cirrhose hépatique vers le carcinome. Le but de notre étude est alors de caractériser en profondeur le modèle de rat du CHC induit par DEN au cours de la progression de la cirrhose et du développement du CHC, en investiguant plus particulièrement le micro-environnement inflammatoire du foie.Dans cette étude nous avons démontré que le CHC induit par DEN chez le rat présente les différentes étapes du développement tumoral et les différents stades de la fibrose hépatique jusqu’à la cirrhose. Ce modèle aide aussi à mieux comprendre les modulations du micro-environnement immunitaire associées au CHC. En effet, nous avons montré que les cellules immunitaires intrahépatiques, particulièrement les lymphocytes T et les macrophages, sont modifiées au cours du développement du CHC induit par DEN, mimant ainsi le CHC humain. Nous avons montré qu’au cours du développement du CHC, les Tregs, CTLA-4+ lymphocytes et les macrophages (dont la majorité sont polarisés en M2 au niveau de la tumeur), contribuent à un microenvironnement immunosuppressif et favorisent probablement la progression du CHC. L’ensemble de ces résultats aide donc à comprendre le modèle de rat de CHC induit par DEN qui est un modèle mimant le processus pathophysiologique du CHC humain notamment les caractéristiques du système immunitaire intra-tumoral. Dans ce contexte, le modèle de CHC induit par DEN chez le rat pourrait être un outil pertinent comme modèle pré-clinique afin d’évaluer l’efficacité de nouveaux traitements contre le CHC et la tolérance dans un contexte de foie cirrhotique. Nous avons alors testé la sécurité et l’efficacité d’un nouvel inhibiteur allostérique d’AKT (ARQ751) ainsi que sa combinaison avec le Sorafenib à comparaison du Sorafenib seul et du contrôle. Nos analyses par IRM montrent une progression tumorale moindre en raison de la diminution du nombre et de la taille des tumeurs dans les groupes d’animaux traités avec la nouvelle molécule thérapeutique. L’administration de ARQ751 seul ou en combinaison avec le Sorafenib ralentit drastiquement la progression tumorale, améliore la fibrose hépatique et montre un bon profil de sécurité. Tout ceci supporte l’utilisation de cette molécule expérimentale prometteuse dans le traitement de patients cirrhotiques atteints de CHC. L’ensemble de ces résultats fournit une base solide pour tester le ARQ751 dans un contexte clinique et confirme également l’importance de cibler la voie AKT pour contrer le développement et la progression du CHC.

Liver cancer is now the second most common cause of cancer related death worldwide, with hepatocellular carcinoma (HCC) accounting for the majority of these cases. 90% of HCC are associated with liver fibrosis or cirrhosis developed from chronic liver injuries. Although each underlying condition might involve different carcinogenic pathways, fibrosis/cirrhosis is regarded as a crucial factor in the carcinogenesis of liver tissue. Moreover, the immune system of the liver contributes to the severity of the necrotic-inflammatory tissue damages, to the establishment of the fibrosis and cirrhosis and to the disease progression towards HCC. Small animal models represent essential tools in cancer research. As fibrosis/cirrhosis modifies liver vascularization, extracellular matrix composition, and drugs metabolism, it is essential to use a cirrhotic animal model to test HCC drugs for their efficiency against tumour initiation and/or progression. Current mouse model failed to reproduce all fibrosis stages, especially cirrhosis. One of the rodent models that most faithfully reproduce human cirrhosis is diethyl nitrosamine-injured rats (DEN rats). However, limited information exists about inflammation status or immune system features of this model during progression from liver cirrhosis to carcinoma. Therefore, aim of our project is to deeply characterize DEN-induced HCC rat model during cirrhosis progression and HCC development with special focus on liver inflammatory micro-environment.In this study, we demonstrated that DEN-induced HCC rat model displays tumour initiation, development and different stages of liver fibrosis, up to cirrhosis and also helps to understand related modulation of immune micro environment. Indeed we demonstrated that intrahepatic immune cells, especially T lymphocytes and macrophages in this DEN induced cirrhotic rat model, are modified during the development of HCC, mimicking the human HCC. For instance, we showed that during HCC development, Treg, CTLA-4+Tcells and macrophages (which most of them are polarized towards M2 phenotype in tumor areas), contribute to an immunosuppressive environment and probably promoting the progression of HCC. Thus, these findings help to comprehensively understand the DEN-induced HCC rat model which is very well mimicking the pathological process of human HCC, including immune system features. In this context, DEN-induced cirrhotic HCC rat model might be a relevant tool as pre-clinical models to evaluate new HCC treatment efficacy and tolerance in liver cirrhotic background. Therefore, we have tested safety and efficacy of a new allosteric inhibitor (ARQ751) and combination of AKT inhibitor (ARQ751) and sorafenib compared with sorafenib alone and control. Here, our MRI results showed a lower tumors progression, reduced tumors number and tumors size in groups of rats treated with new therapeutic strategy. Thus, ARQ751 as single agent and its combination with sorafenib exerted strong suppression in tumor progression, improved liver fibrosis and demonstrated a good safety profile that makes this experimental drug promising in the treatment of HCC in cirrhotic patients. Thus, results provide a strong rationale for testing ARQ751 in clinical settings and also confirm the importance of targeting AKT in HCC development and progression.