Identification de biomarqueurs pronostiques alvéolaires et sanguins au cours du syndrome de détresse respiratoire aiguë infectieux

Identification of alveolar and blood prognosis biomarkers in acute respiratory distress syndrome

• Auteur / Autrice : Inès Bendib Le Lan
• Direction : Nicolas de Prost, Véronique Godot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pathologie et recherche clinique
• Date : Soutenance le 24/05/2022
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IMRB - Institut Mondor de Recherche Biomédicale - Institut Mondor de Recherche Biomédicale / IMRB
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Pene
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas de Prost, Véronique Godot, Fabienne Venet, Antoine Guillon, Guillaume Voiriot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabienne Venet, Antoine Guillon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interleukine 8

Syndrome de détresse respiratoire aiguë de l'adulte

Mots clés libres

Hla-Dr

Sdra

Biomarqueurs

Cytokines

Interleukine-8

Ards

Hla-Dr

Biomarkers

Cytokines

Interleukin-8

Résumé

Le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) est la forme la plus grave d'insuffisance respiratoire hypoxémiante aiguë et touche 10 % des patients admis en unités de soins intensifs. Les infections pulmonaires représentent la majorité des facteurs de risque du SDRA. La mortalité hospitalière du SDRA est de 40 %, possiblement en raison de l'énorme hétérogénéité au sein de ce syndrome. Comme la plupart des interventions pharmacologiques testées dans le SDRA ont donné des résultats décevants, l'identification de biomarqueurs de gravité de la maladie, cibles thérapeutiques potentielles, est devenue un axe de recherche majeur. Alors que le sang a été l'échantillon biologique le plus couramment utilisé pour rechercher des biomarqueurs candidats, le liquide de lavage broncho-alvéolaire (LBA) est l'échantillon le plus proche du site de la lésion et reflète plus précisément l'environnement pulmonaire local. Dans notre travail de recherche translationnelle, nous avons concentré nos recherches sur le compartiment alvéolaire dans le contexte du SDRA induit par la pneumonie. Dans un premier temps, nous avons quantifié les NETs (neutrophils extracellular traps) alvéolaires et sanguins chez trente-cinq patients immunocompétents atteints de SDRA induit par une pneumonie et nous avons évalué leur lien avec le nombre de jours sans ventilation mécanique. Nous avons observé que les NETs étaient élevés dans le sang et le LBA, étaient associés aux taux d'interleukine-8 (IL-8) et à celui des neutrophiles ; mais n'étaient pas associés à la mortalité ou à la durée de la ventilation mécanique. Secondairement, nous avons évalué l'interrelation des biomarqueurs de SDRA septique dans les compartiments alvéolaire et sanguin et avons exploré leur association avec le pronostic du SDRA induit par une pneumonie. Pour ce faire, nous avons quantifié 22 biomarqueurs dans le LBA et le sérum, ainsi que l’expression d’ HLA‑DR par les monocytes alvéolaires chez 70 patients atteints de SDRA induit par une pneumonie. Nous avons constaté que l'IL-8 était la cytokine la plus compartimentalisée et que, après ajustement sur des facteurs confondants, des ratios de concentration LBA/sérum faibles d'IL-1Ra étaient associés à la mortalité hospitalière. Malgré le fait qu'une diminution de l'expression monocytique d’HLA-DR soit utilisée comme marqueur d’immunosuppression induite par le sepsis, nous n'avons pas observé d'association significative entre l'expression d’HLA-DR monocytaire alvéolaire et la mortalité hospitalière. Dans un troisième temps nous avons profité de la récente technique de coloration intracellulaire en cytométrie en flux pour évaluer si l'expression d’HLA-DR par les monocytes alvéolaires était associée à leurs altérations fonctionnelles. Nous avons réalisé des tests fonctionnels sur des monocytes alvéolaires et sanguins après stimulation in vitro par des lipopolysaccharides (LPS). L'activité de phagocytose et la production intracellulaire du facteur de nécrose tumorale (TNF) ont été quantifiées à l'aide d'anticorps spécifiques conjugués au fluorochrome. Dix patients atteints de SDRA lié à une pneumonie présentaient une expression d’HLA-DR significativement plus faible à la fois sur les monocytes circulants et alvéolaires. Chez les patients atteints de SDRA lié à une pneumonie, notre étude a démontré que les monocytes ont un statut désactivé et une capacité de production de cytokines inflammatoires altérée mais conservent une activité phagocytaire similaire à celle des témoins non SDRA. Cependant, le niveau d'expression d’HLA-DR sur les monocytes alvéolaires ne semble ni être marqueur de substitution de leur activité ni un biomarqueur pronostic du SDRA induit par une pneumonie. L'absence d’identification de biomarqueur spécifique du pronostic du SDRA doit nous pousser à faire un phénotypage plus approfondi et une analyse intégrative des sources de variation étiologique, physiopathologique et biologique afin de proposer une médecine de précision.

Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is the most severe form of acute hypoxemic respiratory failure and affects 10% of patients admitted to intensive care units. Pulmonary infections represent the vast majority of risk factors for ARDS and are associated with septic shock in approximately two-thirds of cases. In-hospital mortality from ARDS remains as high as 40%, possibly due to the enormous heterogeneity within this syndrome. As most of the pharmacological interventions tested in ARDS have given disappointing results, the identification of biomarkers of disease severity, potential therapeutic targets, has become a major research axis. While blood has been the most commonly used biological sample to search for candidate biomarkers, bronchoalveolar lavage (BAL) fluid is the closest sample to the site of injury and more accurately reflects the local lung environment. In our translational research work, we have focused our research on the alveolar compartment in the context of pneumonia-related ARDS. First, we quantified alveolar and blood NETs (neutrophils extracellular traps) in thirty-five immunocompetent patients with pneumonia-related ARDS and assessed their relationship with ventilator-free days. We observed that NETs were elevated in blood and BAL fluid and associated with interleukin-8 (IL-8) and neutrophil levels. However, elevated levels of NETs were not associated with mortality or with duration of mechanical ventilation. Secondly, we aimed at assessing the interrelation of ARDS/ sepsis biomarkers in the alveolar and blood compartments and explored their association with clinical outcomes. We quantified twenty‑two biomarkers in BAL fluid, in serum and evaluated HLA‑DR expression on both alveolar and circulating monocytes from seventy ARDS pneumonia-related patients. We found that IL‑8 was the most compartmentalized cytokine and, after adjusting for confounding factors, lower BAL fluid‑to‑serum concentration ratios of IL‑1Ra were associated with hospital mortality in patients with pneumonia‑related ARDS. Despite the fact that sustained decreased expression of the HLA-DR on circulating monocytes is used as a surrogate marker of immune failure during sepsis, we didn’t observe a significant association between alveolar monocytic HLA‑DR expression and hospital mortality. Thirdly, in the context of pneumonia-related ARDS, we took advantage of the recent technique of intracellular staining in flow cytometry to assess whether the expression of HLA-DR by alveolar monocytes was associated with their functional alterations. In this context, we performed functional tests on alveolar and blood monocytes after in vitro stimulation with lipopolysaccharides (LPS). Phagocytosis activity and intracellular production of tumor necrosis factor (TNF) were quantified using specific fluorochrome-conjugated antibodies. Ten patients with pneumonia-related ARDS had significantly lower HLA-DR expression on both circulating and alveolar monocytes. In patients with pneumonia-related ARDS, our study showed that monocytes have a deactivated status and an impaired inflammatory cytokine production capacity but keep similar phagocytic activity to non-ARDS controls. However, the level of HLA-DR expression on alveolar monocytes seems neither to be a surrogate marker of their activity nor a prognostic biomarker of pneumonia-related ARDS. The lack of identification of a specific prognosis biomarker of ARDS should encourage us to a deeper phenotyping and systematically address the variations in aetiology, physiology and biology in order to propose a precision medicine.