Effect of hypoxia on the development, persistence and fibrosing evolution of pulmonary granulomas
Effet de l'hypoxie sur le développement, la persistance et l'évolution fibrosante des granulomes pulmonaires
Résumé
Sarcoidosis is a systemic granulomatosis of unknown etiology, preferentially affecting the lung.Granuloma formation is thought to be due to a disproportionate immune response to unknownantigen(s) in a genetically predisposed individual. The evolution of the granuloma is variable,ranging from spontaneous resolution to evolution towards fibrosis with still quite unknownmechanisms. Due to the lack of vascularization in the center of granulomas observed inpulmonary biopsies, the macrophages constituting these structures are most likely hypoxic. Wehypothesize that a hypoxic microenvironment could favor the maintenance of the granulomaand its evolution towards fibrosis during sarcoidosis.Firstly, we analyzed the effect of hypoxia (FiO2: 1.5% for 24 hours) in vitro on human bloodmonocyte-derived macrophages (hMDM) from patients with active or inactive pulmonarysarcoidosis and from healthy controls. Hypoxia increased more significantly in activesarcoidosis the activity of HIF-1α, the pro-inflammatory response (TNFα, IL1ß, IL8), withoutNF-kB activation (p65, p50) and the pro-fibrotic response with PAI-1 secretion associated withinhibition of human lung fibroblast migration. These findings were associated with the presenceof HIF-1α and PAI-1 on immunohistochemistry analysis of lung granulomas biopsies. Hypoxiadecreased phagocytosis and CD36 scavenger receptor expression in controls but not insarcoidosis patients. Hypoxia also decreased the expression of CD80/CD86 co-stimulatorymolecules and HLA-DR in active forms of sarcoidosis.Secondly, we studied the effect of prolonged hypoxia (Hx) (15 days) in two in vivo models ofmurine (C57BL/6J) pulmonary granulomatosis induced by carbon nanotubes (NT) andPropionibacterium acnes (PA).In the NT group exposed to hypoxia more granulomas were observed than in the NT groupexposed to normoxia. In contrast, the PA group exposed to hypoxia showed a trend towardfewer granulomas compared with the PA group exposed to normoxia. Il18, Il12b and TnfamRNAs in the NT/Hypoxia group were increased compared to the other groups (p<0.05).Hypoxia decreased Ccl4 and Cxcl9 expression in PA mice (p<0.05). In both models, mice underhypoxia showed fibrosis lesions. Double exposure NT/Hx increased Pdgfb expression,compared with NT/Nx mice (p<0.05) and PBS/Nx mice (p<0.01). Finally, HIF-1 α expressionwas also detected within the granulomas in both models exposed to hypoxia.The response to hypoxia of macrophages from patients with pulmonary sarcoidosis, inparticular the active forms, is characterized by a pro-inflammatory response, a pro-fibrosisresponse, a pro-angiogenic response and a more important phagocytic activity than controls orpatients with a less active disease. Depending on the antigen used to induce pulmonarygranulomatosis in mouse models, hypoxia seems to modulate pulmonary granuloma formationand fibrosis by inducing or inhibiting the expression of cytokines involved in the recruitmentof inflammatory cells. Hypoxia could be a factor favoring the maintenance of granuloma andits evolution towards fibrosis
La sarcoïdose, est une granulomatose systémique d’étiologie inconnue, touchant préférentiellement l’appareil respiratoire intrathoracique. La formation des granulomes serait due à une réaction immunitaire disproportionnée, face à un/des antigène(s) inconnu(s) chez un sujet génétiquement prédisposé. L’évolution du granulome est extrêmement variable allant de la résolution spontanée, à sa persistance et parfois son évolution vers la fibrose sans que les mécanismes ne soient compris. Du fait de l’absence de vascularisation au niveau du centre des granulomes pulmonaires, les macrophages constitutifs de ces structures se trouvent très probablement en hypoxie. Nous formulons l’hypothèse qu’un microenvironnement hypoxique pourrait favoriser le maintien du granulome et son évolution vers la fibrose au cours de la sarcoïdose. Dans un premier travail nous avons analysé l’effet de l’hypoxie (FiO2 : 1,5% pendant 24heures) in vitro sur macrophages dérivés de monocytes sanguins humains (hMDM) issus de patients atteints de sarcoïdose pulmonaire active ou inactive et de témoins sains. L’hypoxie augmentait de façon plus importante en cas de sarcoïdose active : l’activité transactivatrice deHIF-1α, la réponse pro-inflammatoire (TNFα, IL1ß, IL8), sans activation de NF-kB (p65,p50) et la réponse pro fibrosante des hMDM avec une sécrétion de PAI-1. PAI-1 était associé à une inhibition de la migration de fibroblastes pulmonaires humains. Ces résultats étaient associés à la présence de HIF-1a et PAI-1 en immunohistochimie dans les granulomes pulmonaires de biopsies de patients. L’hypoxie diminuait la phagocytose et l’expression du récepteur scavenger CD36 chez les témoins mais pas chez les patients atteints de sarcoïdose. L’hypoxie diminuait aussi l’expression des molécules de co-stimulation CD80/CD86 et deHLA-DR dans les formes actives de sarcoïdose. Dans un deuxième travail nous avons étudié l’effet de l’hypoxie (Hx) prolongée (15 jours)dans des modèles in vivo de granulomatose pulmonaire induite chez la souris (C57BL/6J) parles nanotubes de carbones (NT) et le Propionibacterium acnes (PA)Le groupe NT exposé à l’hypoxie présentait plus de souris avec granulomes que le groupe NT exposé à la normoxie. En revanche, le groupe PA exposé l’hypoxie présentait une tendance à la diminution des granulomes par rapport au groupe PPA exposé à la normoxie. Les ARNmde l’Il18, Il12b et Tnfa du groupe NT/Hypoxie étaient augmentés par rapport aux autres groupes (p<0,05). L’hypoxie diminuait l’expression de Ccl4 et de Cxcl9 chez les souris PA(p<0,05). Dans les deux modèles, les souris sous hypoxie présentaient des lésions de fibrose. La double exposition NT/Hx augmentait l’expression de Pdgfb, par rapport aux souris NT/Nx(p<0,05) et aux souris PBS/Nx (p<0,01). Enfin, une expression de HIF-1a a également été retrouvé au sein des granulomes dans les deux modèles. La réponse à l’hypoxie des macrophages de patients atteints de sarcoïdose pulmonaire en particulier ceux des formes actives est caractérisée par une réponse pro-inflammatoire, une réponse pro-fibrosante, pro-angiogénique et une phagocytose plus importante que les témoins ou les patients ayant une maladie peu active. En fonction de l’antigène utilisé pour induire une granulomatose pulmonaire dans des modèles murins, l’hypoxie semble moduler la formation des granulomes pulmonaires et la fibrose en induisant ou inhibant l’expression de cytokine simpliquées dans le recrutement de cellules inflammatoires. L’hypoxie pourrait donc bien être un facteur favorisant le maintien du granulome et son évolution vers la fibrose
Domaines
Biologie cellulaire
Origine : Version validée par le jury (STAR)