Étude clinique de nouveaux biomarqueurs liquidiens dans la maladie d'Alzheimer et autres maladies neurodégénératives

Clinical study of novel fluid biomarkers in Alzheimer's disease and other neurodegenerative disorders

• Auteur / Autrice : Agathe Vrillon
• Direction : Claire Paquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 23/11/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Optimisation thérapeutique en neuropsychopharmacologie (Paris ; 2014-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Paquet, Isabelle Quadrio, Sebastiaan Engelborghs, Susanna Schraen-Maschke, Ralf Jockers
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Quadrio, Sebastiaan Engelborghs

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasma sanguin

Liquide cérébro-spinal

Marqueurs biologiques

Alzheimer, Maladie d'

Maladies neurodégénératives

Mots clés libres

Maladie neurodegénérative

Maladie d'Alzheimer

Biomarqueurs

Liquide cérébro-Spinal

Biomarqueurs plasmatique

Centre mémoire

Dementia

Alzheimer's disease

Biomarkers

Cerebrospinal fluid

Plasma biomarkers

Memory clinic

Résumé

La maladie d'Alzheimer (MA) est la plus fréquente des pathologies neurodégénératives. Des biomarqueurs d'imagerie et liquidiens sont disponibles, reflétant les lésions caractéristiques de la maladie, à savoir l'accumulation anormale des protéines amyloïdes et tau, et la neurodégénérescence. Les biomarqueurs du liquide cérébrospinal (LCS), mesurant les niveaux de peptide béta-amyloïde 1-42 (Aß42) et de protéine tau (forme phosphorylée phospho-tau, et forme totale), sont utilisés en pratique clinique pour l'exploration des troubles cognitifs. Cependant, ils restent peu disponibles, invasifs, coûteux et ne reflètent pas les autres processus sous-jacents de la maladie, tels que la perte synaptique, les dommages axonaux et la neuro-inflammation. De nouveaux biomarqueurs prometteurs ont récemment été développés, incluant des biomarqueurs sanguins, moins invasifs, et des marqueurs des mécanismes non amyloïdes et tau de la MA. L'objectif de cette thèse était d'étudier de nouveaux biomarqueurs candidats de la MA, incluant des marqueurs du LCS et du plasma, spécifiques ou non des lésions amyloïdes et tau, dans une cohorte clinique de centre mémoire. À cette fin, des patients atteints de troubles cognitifs ainsi que des sujets témoins ayant eu un prélèvement de LCS et plasmatique pour l'exploration d'une plainte cognitive, ont été inclus au Centre de Neurologie Cognitive, Université de Paris Cité, France. Dans une première étude, nous nous sommes intéressés à une protéine présynaptique, neuréguline 1, et avons montré que ses taux plasmatiques étaient plus élevés chez les patients MA que ceux retrouvés chez les témoins. Ils étaient associés aux marqueurs synaptiques du LCS et à l'état cognitif, démontrant leur potentiel pour le suivi de l'atteinte synaptique. Nous avons ensuite comparé les taux cérébrospinaux et plasmatiques de deux marqueurs de dommages axonaux : les taux de neurofilaments à chaîne légère (NfL) et à chaîne lourde phosphorylée (pNfH). Nous avons mis en évidence que le dosage des NfL dans le plasma, marqueur le plus étudié dans les troubles neurocognitifs, était aussi performant que leur mesure dans le LCS et qu'il était corrélé aux troubles cognitifs et à l'atrophie cérébrale. Troisièmement, nous avons étudié deux marqueurs de neuro-inflammation. Nous avons démontré que les concentrations plasmatiques de la protéine acide fibrillaire gliale (GFAP), un marqueur d'activation astrocytaire, identifiaient les individus amyloïde-positifs dès les stades précoces de la maladie, dans deux cohortes de recherche, mais également chez nos patients de centre mémoire. Ensuite, nous avons exploré galectine-3 (Gal-3), une protéine microgliale. En analyse neuropathologique, une expression accrue de Gal-3 était observée autour des plaques amyloïdes dans le tissu cérébral. Nous avons démontré que Gal-3 était mesurable dans le LCS et que ses niveaux étaient augmentés dans la MA et corrélaient à d'autres marqueurs neuro-inflammatoires du LCS, ce qui en fait un potentiel marqueur microglial. Finalement, nous avons comparé une série de biomarqueurs plasmatiques pour le diagnostic positif et différentiel de la MA : les mesures plasmatiques de protéine phospho-tau et de GFAP discriminaient correctement les patients avec une MA de ceux atteints d'autres pathologies neurodégénératives, comparés aux niveaux plasmatiques d'Aß42, de tau totale et des NfL. De plus, la combinaison de ces biomarqueurs plasmatiques améliorait leur performance diagnostique dans la MA. En conclusion, les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse démontrent que les nouveaux biomarqueurs cérébrospinaux et plasmatiques ont le potentiel de contribuer au diagnostic de la MA. Bien que leur interprétation et les conditions de leur utilisation en pratique clinique doivent encore être précisées, ils permettent de suivre les lésions amyloïdes et tau de manière moins invasive, mais également la perte synaptique, les dommages axonaux et la neuro-inflammation.

Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia worldwide. Diagnosis during life can be made using imaging and fluid biomarkers reflecting the hallmark lesions including amyloid and tau pathologies, and neurodegeneration. 'Core AD' cerebrospinal fluid (CSF) biomarkers, including measurements of amyloid beta 1-42 (Aß42) and of phosphorylated tau (p-tau) and total tau (t-tau), are now being used in the routine clinical work up of cognitive impairment. However, those biomarkers present with limited availability, invasiveness and high financial costs. Moreover, they do not reflect the other processes underlying AD, such as synaptic demise, axonal damage or neuroinflammation. Recently developed novel blood-based biomarkers appear to be very promising for AD diagnosis. Additionally, new markers tracking non-amyloid and tau mechanisms are now available, showing potential for AD and non-AD dementia exploration. The aim of this thesis was to investigate novel CSF and blood candidate biomarkers in patients from clinical settings, including amyloid and tau specific and'''unspecific markers, for positive and differential diagnosis of AD. We studied a memory clinic cohort issued from the Center of Cognitive Neurology, Paris University, France, including cognitively impaired patients and neurological controls who had undergone CSF and plasma sampling for exploration of a cognitive complaint. Firstly, we explored plasma neuregulin 1, a presynaptic protein member of the epidermal growth factor family. Plasma neuregulin 1 levels were increased in AD patients compared with control subjects. These levels were associated with CSF synaptic markers and cognitive status, showing potential to easily monitor synaptic impairment. Secondly, we performed a paired CSF and plasma comparison of two neurofilament markers, neurofilament's light chain (NfL) and phosphorylated heavy chains (pNfH), both axonal damage markers. Plasma NfL, the most studied plasma marker in neurodegenerative disorders, performed as well as its CSF counterparts and was associated with cognition and cerebral atrophy. Thirdly, we explored plasma glial acidic fibrillary protein (GFAP), a marker of astrocytic activation. Plasma GFAP levels had high potential to identify amyloid positive status at an early stage in AD in two selected cohorts but also in our memory clinic patients. Fourthly, we explored Galectin-3, a marker of microglial activation in AD brain and CSF. An increased expression of Gal-3 was associated with amyloid plaques at neuropathological examination. CSF Galectin-3 levels were increased in AD and clustered with other neuroinflammation CSF biomarkers. Finally, we compared a series of plasma biomarkers for AD diagnosis: we showed that plasma p-tau measurements including p-tau181 (Thr181 phosphorylation) and p-tau231 (Thr231 phosphorylation), and plasma GFAP displayed a higher specificity to AD, compared with plasma amyloid Aß42/Aß40 ratio, total tau and NfL. Combinations of plasma biomarkers improved positive and differential diagnosis of AD. Our plasma biomarkers were also associated with cognition and mediotemporal atrophy and cerebral white matter lesions. In conclusion, the work included in this thesis demonstrates that novel CSF and blood-based biomarkers show potential to contribute to AD diagnosis in clinical settings, and to monitor amyloid and tau lesions, synaptic impairment, axonal damage and neuroinflammation processes. However, their exact interpretation and the conditions of their use in clinical routine still warrant further study.