Effets du sévoflurane dans le traitement du syndrome de détresse respiratoire aiguë : une approche translationnelle

Effects of sevoflurane in the treatment of Acute Respiratory Distress Syndrome : a translational approach

• Auteur / Autrice : Ruoyang Zhai
• Direction : Matthieu Jabaudon Gandet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 24/03/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique, Reproduction et Développement (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Sapin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Beatrice Beck Schimmer, Anne-Claire Lukaszewicz-Nogrette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sévoflurane

Thérapeutique

Syndrome de détresse respiratoire aiguë de l'adulte

Mots clés libres

Récepteur pour les produits de glycation avancés

Syndrome de détresse respiratoire aiguë

Sévoflurane

Function barrière epithéliale pulmonaire

Voie de signalisation intracellulaire

Réparation de lésion pulmonaire

Acute respiratory distress syndrome

Rage

Sevoflurane

Lung epithelial barrier function

Intracellular pathways

Lung wound repair

Résumé

Le syndrome de détresse respiratoire aiguë est une cause majeure d'insuffisance respiratoire avec un taux de mortalité élevé. Elle se caractérise par des lésions alvéolaires diffuses, un œdème alvéolaire et une défaillance respiratoire hypoxémique qui entraînent de lourds coûts de santé. Actuellement, les traitements disponibles pour le SDRA restent principalement de soutien, et aucune approche pharmacologique n'est traduite avec succès en application clinique. Il existe deux processus majeurs au cours du développement physiopathologique du SDRA qui conduisent à la formation d'un œdème pulmonaire :dysfonctionnement de la barrière alvéolaire et altération de la clairance du liquide alvéolaire suite à une lésion épithéliale alvéolaire et à une inflammation. Il a été indiqué que le récepteur des produits de glycation avancée (RAGE) était impliqué au cours de ces processus, avec le potentiel élevé de sa forme soluble en tant que biomarqueur pour le diagnostic et le pronostic du SDRA. Les agents halogénés volatils, tels que le sévoflurane ou l'isoflurane, sont de plus en plus utilisés dans les unités de soins intensifs comme agents sédatifs avec leurs caractéristiques intrinsèques idéales en tant que sédatifs. De plus, de nombreuses études précliniques et cliniques indiquent ses effets protecteurs pulmonaires chez les patients atteints de SDRA.Cependant, les mécanismes de ces effets bénéfiques restent à clarifier.Les principaux objectifs de ce travail de thèse sont multiples, à travers des approches expérimentales et modèles translationnels in vivo et in vitro du SDRA,1) Évaluer les effets protecteurs pulmonaires bénéfiques du sévoflurane dans le SDRA, y compris ses effets sur les caractéristiques physiologiques du SDRA, la clairance du liquide pulmonaire et la perméabilité alvéolaire.2) Étudier le mécanisme précis des effets observés du sévoflurane, y compris des études mécanistiques et la fonction et l'expression des protéines impliquées.3) Explorer le rôle de RAGE dans les lésions et la réparation de l'épithélium pulmonaire et son éventuel rôle de médiation des effets bénéfiques du sévoflurane.Au cours de ce travail de thèse, nous avons avancé sous plusieurs angles : Premièrement, nos travaux ont trouvé dans notre modèle de cicatrisation des cellules A549, le rôle important de RAGE dans la réparation des lésions pulmonaires processus, car son ligand, HMGB1, et les AGE ont favorisé la cicatrisation des plaies dépendante de RAGE des cellules épithéliales alvéolaires pulmonaires, ce qui est possiblement expliqué par une migration et une prolifération cellulaires améliorées. Deuxièmement, nos travaux sur des modèles murins de SDRA, trouve une diminution des indices de perméabilité et des structures épithéliales préservées dans les cellules et les souris, au moins en partie, augmentant l'expression de ZO-1 et l'inhibition de l'activité de RhoA et de pMLC ainsi que le réarrangement du cytosquelette d'actine suite à une lésion épithéliale pulmonaire . De plus, RAGE peut jouer un rôle médiateur dans les effets du sévoflurane sur les lésions pulmonaires aiguës. De plus, nos travaux sur des modèles de SDRA porcins in vivo ont confirmé les effets protecteurs pulmonaires du sévoflurane sur les caractéristiques du SDRA, avec une oxygénation améliorée, une perméabilité alvéolaire restaurée et une AFC améliorée. Notre étude suggère que l'effet protecteur du sévoflurane sur l'AFC peut s'expliquer par la restauration de l'expression pulmonaire altérée des canaux épithéliaux AQP-5, Na, K, ATPase et ENaC pendant le SDRA.Dans l'ensemble, ces travaux de thèse expliquent plus précisément les effets protecteurs des agents halogénés et la nouvelle révélation de son mécanisme potentiel, et conforte ainsi le grand intérêt pour l'utilisation de la sédation inhalée en soins intensifs pour les patients atteints de SDRA. Ce travail pourrait donner de nouvelles perspectives pour la recherche sur les effets du sévoflurane sur le SDRA et sa résolution.

Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is a major cause of respiratory failurewith a high mortality rate. It is characterized by diffuse alveolar damage, alveolar edema, and hypoxemic respiratory loss which cause heavy healthcare costs. Currently, available treatments for ARDS remain primarily supportive, and no pharmacological approach is successfully translated into clinical application. There are two major processes during the physiopathological development of ARDS that lead to the formation of lung edema:alveolar barrier dysfunction and the impairment of alveolar fluid clearance following alveolar epithelial injury and inflammation. The receptor for advanced glycation end products (RAGE) was indicated to be involved during those processes, with the high potential of its soluble form as a biomarker for ARDS diagnostic and prognostic. Volatile halogenated agents, such as sevoflurane or isoflurane, are increasingly used in intensive care units as sedative agents with their ideal intrinsic characteristics as a sedative. Furthermore, numerous pre-clinical and clinical studies indicate its lung protective effects for ARDS patients.However, its mechanisms of such beneficial effects remain to be clarified.The main objectives of this thesis work are multiple, through experimental andtranslational in vivo and in vitro models of ARDS, to1) Asses the beneficial lung protective effects of sevoflurane in ARDS, including its effects on ARDS physiological features, lung fluid clearance, and alveolar permeability.2) Investigate the precise mechanism of observed effects of sevoflurane, including mechanistic studies and involved proteins' function and expression.3) Explore the role of RAGE in lung epithelial injury and repair and its eventualmediation role of the beneficial effects of sevoflurane.During this thesis work, we advanced from many angles: First, our work found in ourA549 cells wound healing model, the important role of RAGE in the lung injury repairprocess, as its ligand, HMGB1, and AGEs promoted RAGE-dependent wound healing oflung alveolar epithelial cells, which is possible through enhanced cell migration and proliferation.Secondly, our work in murine in vitro and in vivo ARDS models, animprovement of experimental features, with decreased indices of permeability and preserved epithelial structures in cells and mice, by at least in a part, increasing expression of ZO-1 and the inhibition of RhoA activity and pMLC as well as actin cytoskeleton rearrangement following lung epithelial injury. Additionally, RAGE may play a mediating role in the effects of sevoflurane on acute lung injury. Furthermore, our work in porcine in vivo ARDS models confirmed the lung protective effects of sevoflurane on ARDS features, with improved oxygenation, restored alveolar permeability, and improved AFC. Our study suggests theprotective effect of sevoflurane on AFC may be explained by the restoration of impaired lung expression of epithelial channels AQP-5, Na, K, ATPase, and ENaC during ARDS.Taken together, this thesis work explained more precisely the protective effects ofhalogenated agents and the new revelation of its potential mechanism, and hence supports the high interest in the use of inhaled sedation in intensive care for ARDS patients. This work may give some new insights for research on the effects of sevoflurane on ARDS and its resolution.Keywords: Acute respiratory distress syndrome; Sevoflurane; Lung epithelial barrierfunction; Lung wound repair; Alveolar fluid clearance; Epithelial channels: Junction proteins;Intracellular pathways; Receptor for advanced glycation end-products.