Immunological mechanisms underlying infectious and chronic lung diseases

Le système respiratoire permet l'échange de gaz entre un organisme et son environnement. Pour fonctionner efficacement, il doit lutter contre les infections tout en maintenant une tolérance aux particules inoffensives. Les cytokines sont des petites protéines qui permettent la communication entre les différentes cellules et jouent un rôle important dans la régulation de l'homéostasie et de l'immunité des surfaces pulmonaires. Une production altérée des cytokines sous-tend beaucoup de maladies du système pulmonaire. Ainsi, la compréhension de la biologie fondamentale des cytokines pourrait contribuer à la mise au point de nouveaux traitements. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le rôle de deux cytokines, le TSLP (Thymic stromal lymphopoietin) et l'IL-17 (Interleukin 17) dans les réponses immunitaires bénéfiques et nuisibles en utilisant des modèles précliniques de souris des maladies pulmonaires. L'asthme est une maladie qui est caractérisée par la bronchoconstriction réversible, l'inflammation des voies respiratoires inférieures, l'hyperréactivité bronchique et le remodelage tissulaire. Le type d'inflammation affectant les voies respiratoires et la présence ou non d'allergie permettent d'établir les différents types d'asthme. La TSLP est une cytokine qui est principalement exprimée à des niveaux élevés dans les poumons de patients souffrant d'asthme allergique. En conséquence, la majeure partie de la recherche sur la TSLP a mis l'accent sur le rôle joué par celle- ci dans les réponses négatives conduisant au développement de l'asthme allergique. Dans cette thèse, nous montrons que la TSLP joue aussi un rôle bénéfique dans les réponses immunitaires pulmonaires. Nous avons découvert que la TSLP atténue la grippe en augmentant les réponses des lymphocytes T cytotoxiques contre le virus. Nous avons également étudié la fonction de la TSLP dans l'asthme non allergique. Contrairement à l'asthme allergique, nous avons constaté que la TSLP diminue les réponses inflammatoires dans l'asthme non allergique en réglant la production de l'IL-17, une cytokine qui favorise la maladie. Ainsi, nous démontrons les fonctions pleiotropes de la TSLP dans des contextes spécifiques de la maladie. Nos résultats ont des implications importantes pour le développement de thérapies ciblant la TSLP dans l'asthme. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié les mécanismes pathogéniques qui sous-tendent le développement de la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie chronique le plus largement associée aux fumeurs. Elle est caractérisée par une limitation progressive et irréversible du débit d'air et la destruction de la structure des poumons. L'augmentation globale de l'incidence de la maladie encourage grandement la compréhension des mécanismes pathogéniques et l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Nous avons découvert que les micro-organismes trouvés dans les voies respiratoires aggravent la maladie en augmentant la production de l'IL-17. L'IL-17 est une cytokine inflammatoire qui est impliquée dans plusieurs maladies pulmonaires chroniques, dont la BPCO. Dans notre modèle animal de la maladie, nous avons neutralisé 1ÌL-17A en utilisant un anticorps spécifique et observé une reprise de la fonction pulmonaire. Dans cette étude, nous avons identifié 2 axes potentiels pour l'intervention thérapeutique contre la BPCO. Cibler les bactéries dans les voies respiratoires soit par l'utilisation d'antibiotiques ou l'utilisation de thérapies à base immunitaire qui antagonisent l'activité spécifiques de l'IL-17. Dans l'avenir, notre laboratoire va collaborer avec des cliniciens pour acquérir des échantillons humains et tester la pertinence de nos résultats dans la maladie humaine. -- L'interaction avec l'environnement extérieur est vitale pour le fonctionnement du système respiratoire. Par conséquent, ce dernier a adopté une multitude de réseaux effecteurs et régulateurs qui permettent de distinguer les particules inhalées comme «dangereuses» ou «inoffensives» et de réagir en conséquence. L'équilibre entre ces réseaux est essentielle pour lutter contre le «danger» déclenché par une infection ou des dommages, et finalement pour le retour à l'homéostasie. Le milieu de cytokine local contribue de manière significative à la mise au point de ces réponses. Ainsi, la caractérisation du rôle des cytokines dans l'état d'équilibre et la maladie a des implications claires pour les interventions thérapeutiques dans les maladies respiratoires aiguës et chroniques. Cette thèse a porté sur le rôle des cytokines, la lymphopoïétine stromale thymique (TSLP) et TIL-17A dans l'élaboration de réponses immunitaires pulmonaires. La TSLP est principalement produite par les cellules épithéliales et peut cibler une myriade de cellules immunitaires. Bien qu'elle ait été montrée être un puissant inducteur des réponses de type Th2, son rôle dans d'autres contextes inflammatoires est relativement inexploré. Dans le premier projet de cette thèse, nous avons découvert une nouvelle fonction de la TSLP dans l'immunité antivirale contre la grippe, une infection virale. Nous avons constaté que la TSLP a réglementé la réponse neutrophile au début de l'infection, en amplifiant l'immunité adaptative spécifique du virus. Mécaniquement, la TSLP a augmenté l'expression de l'IL-15 et du CD70 sur les cellules dendritiques recrutées dans les poumons suite à l'infection et a renforcé leur capacité de stimuler localement les lymphocytes T CD8+ spécifiques du virus. En outre, nous avons étudié la TSLP dans le cadre de divers phénotypes de l'asthme et également démontré l'impact pléiotropique qu'elle a sur les réponses immunitaires pulmonaires. En accord avec les rapports précédents, nous avons constaté que la TSLP a exacerbé l'inflammation atopique médiée par le Th2. En revanche la TSLP a réduit les réponses de l'IL-17A et l'inflammation neutrophile subséquente dans le modèle non atopique, ainsi que l'exacerbation du modèle atopique provoqué par une infection virale. Nos résultats démontrent une dichotomie dans le rôle de la TSLP dans la pathogenèse de l'asthme et soulignent la nécessité d'envisager plusieurs phénotypes d'asthme pour une évaluation approfondie de son potentiel thérapeutique dans cette maladie. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons caractérisé les mécanismes pathogènes qui sous-tendent la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La BPCO est une maladie hétérogène définie par une diminution progressive de la fonction pulmonaire. Bien que des déclencheurs environnementaux puissent aggraver la maladie, chez les personnes sensibles une maladie établie peut progresser à travers un cercle inflammatoire auto-entretenu. Nous avons cherché à définir les mécanismes sous-jacents à l'aide d'un modèle murin d'inflammation chronique, qui reproduit les caractéristiques pathologiques de la maladie humaine. Puisqu'ont été associés à la BPCO sévère des changements dans le microbiome des voies respiratoires, nous avons supposé que les signaux dérivés de certains microbes pourraient favoriser des voies inflammatoires chroniques de progression de la maladie. Nous avons observé que, en l'absence d un microbiome, la maladie s'est améliorée tel que démontré par une réduction de l'inflammation des voies respiratoires et une amélioration de la fonction pulmonaire. Cela a été lié spécifiquement à une production réduite d'IL-17A, une cytokine qui a été impliquée dans la maladie humaine. De plus la cinétique de production de 1IL- 17A dépendant du microbiote est corrélé à la sévérité de la maladie. Sur la base de ces données, la neutralisation de l'IL-17A a également eu un effet bénéfique sur l'évolution de la maladie. Le rôle significatif de 1TL-17A dans l'aggravation de la maladie a été couplé à sa capacité à engager un dialogue entre les voies inflammatoires innées et adaptatives. Il a influencé le recrutement et le phénotype des neutrophiles et des macrophages, ce qui a eu un impact direct et indirect sur la formation et la fonction des tissus lymphoïdes tertiaires associée à des stades sévères de la maladie. -- The interaction with the external environment is vital for the functioning of the respiratory system. Consequently, it has adopted a multitude of effector and regulatory networks that enable it to distinguish inhaled particles as 'dangerous' or 'innocuous' and respond accordingly. The balance between these networks is crucial to counteract the 'danger' triggered by infection or damage, and ultimately return to homeostasis. The local cytokine milieu contributes significantly to the fine- tuning of these responses. Thus, characterizing the role of cytokines in steady state and disease has clear implications for therapeutic interventions in acute and chronic respiratory disorders. This thesis focused on the role of the cytokines, thymic stromal lymphopoietin (TSLP) and IL-17A in shaping pulmonary immune responses. TSLP is primarily produced by barrier epithelial cells and can target a myriad of immune cells. Although it has been shown to be potent inducer of Th2 type responses, its role in other inflammatory settings is relatively unexplored. In the first project of this thesis, we discovered a novel function of TSLP in antiviral immunity to Influenza A infection. We found that while TSLP regulated the early neutrophilic response to infection, it amplified virus specific adaptive immunity. Mechanistically, TSLP enhanced the expression of IL-15 and CD70 on the lung recruited inflammatory dendritic cells and strengthened their ability to stimulate virus specific CD8+ T cell responses locally. In addition we investigated TSLP in the context of diverse asthma phenotypes and further demonstrated the pleiotropic impact it has on pulmonary immune responses. In concurrence with previous reports we found that TSLP exacerbated Th2 mediated atopic inflammation. In contrast TSLP curtailed IL-17A responses and subsequent neutrophilic inflammation in the non-atopic model as well as virus induced exacerbation of the atopic model. Our findings demonstrate a dichotomy in the role of TSLP in asthma pathogenesis and emphasize the need to consider multiple asthma phenotypes for a thorough evaluation of its therapeutic potential in this disease. In the next part of this thesis we characterized the pathogenic mechanisms underlying chronic obstructive pulmonary disease. COPD is a heterogeneous disease defined by a progressive decline in lung function. Although environmental triggers exacerbate the disease, in susceptible individuals the established disease can progress through a self-sustained inflammatory circle. We sought to delineate the underlying mechanisms by using a murine model of chronic inflammation, which reproduced key pathological features of the human disease. As changes in the airway microbiome have been linked to severe COPD, we speculated that microbial derived signals could facilitate the establishment of chronic inflammatory pathways that favour disease progression. We found that the absence of a microbiota ameliorated disease, exhibited by a reduction in airway inflammation and an improvement in lung function. This was linked specifically to an impaired production of IL-17A, a cytokine that has been implicated in human disease. Moreover the kinetics of microbiota-dependent IL-17A production correlated with the disease severity. Based on these data targeted neutralization of IL-17A also had a beneficiai effect on the disease outcome. The prominent role played by IL-I7A in driving the disease was coupled to its ability in engaging and mediating cross talk between pathogenic innate and adaptive immune pathways. It influenced the recruitment and phenotype of neutrophils and macrophages, as well as impacted upon the formation and function of tertiary lymphoid tissue associated with severe disease. Thus, temporal and spatial changes in cytokine production, their cellular targets and interaction with the local milieu determine the balance between immunity and pathology in the lung. Collectively our findings provide novel mechanistic insights in the complex role played by cytokines in orchestrating pulmonary immune responses and have clear implications for human disease.

La programmmation foetale de la dysfonction vasculaire pulmonaire chez la souris : rôle des mécanismes épigénétiques = Fetal programming of pulmonary vascular dysfunction in mice : role of epigenetic mechanisms

Rapport de synthèseDes événements pathologiques survenant pendant la période foetale prédisposent la descendance aux maladies cardiovasculaires systémiques. Il existe peu de connaissances au sujet de la circulation pulmonaire et encore moins quant aux mécanismes sous-jacents. La sous-alimentation maternelle pendant la grossesse peut représenter un modèle d'investigation de ces mécanismes, parce que chez l'animal et l'homme elle est associée à une dysfonction vasculaire systémique chez la progéniture. Chez le rat, la diète restrictive pendant la grossesse induit une augmentation du stress oxydatif dans le placenta. Les dérivés de l'oxygène sont connus pour induire des altérations épigénétiques et peuvent traverser la barrière placentaire. Nous avons dès lors spéculé que chez la souris la diète restrictive pendant la grossesse induit une dysfonction vasculaire pulmonaire chez sa progéniture qui serait liée à un mécanisme épigénétique.Pour tester cette hypothèse, nous avons examiné la fonction vasculaire pulmonaire et la méthylation de l'ADN pulmonaire à la fin de 2 semaines d'exposition à l'hypoxie chez la progéniture de souris soumises à une diète restrictive pendant la grossesse et des souris contrôles. Nous avons trouvé que la vasodilatation endothélium-dépendante de l'artère pulmonaire in vitro était défectueuse, et que l'hypertension pulmonaire et l'hypertrophie ventriculaire droite induites par l'hypoxie in vivo étaient exagérées chez la progéniture de souris soumises à une diète restrictive pendant la grossesse. Cette dysfonction vasculaire pulmonaire était associée avec une altération de la méthylation de l'ADN pulmonaire. L'administration d'inhibiteurs de la déacétylase des histones, le Butyrate et la Trichostatine-A à la progéniture de souris soumises à une diète restrictive pendant la grossesse a normalisé la méthylation de l'ADN et la fonction vasculaire pulmonaire. Finalement, l'administration du nitroxyde Tempol aux mères durant la diète restrictive pendant la grossesse a prévenu la dysfonction vasculaire et la dysméthylation chez la progéniture.Ces découvertes démontrent que chez la souris la sous-alimentation pendant la gestation induit une dysfonction vasculaire chez la progéniture qui est causée par un mécanisme épigénétique. Il est possible qu'un mécanisme similaire soit impliqué dans la programmation foetale de la dysfonction vasculaire chez les humains.

Diagnostic d'embolie pulmonaire: problématique résiduelle des D-dimères faussement positifs [The unresolved issue of false-positive D-dimer results in the diagnostic workup of pulmonary embolism].

The unresolved issue of false-positive D-dimer results in the diagnostic workup of pulmonary embolism Pulmonary embolism (PE) remains a difficult diagnosis as it lacks specific symptoms and clinical signs. After the determination of the pretest PE probability by a validated clinical score, D-dimers (DD) is the initial blood test in the majority of patients whose probability is low or intermediate. The low specificity of DD results in a high number of false-positives that then require thoracic angio-CT. A new clinical decision rule, called the Pulmonary Embolism Rule-out criteria (PERC), identifies patients at such low risk that PE can be safely ruled-out without a DD test. Its safety has been confirmed in US emergency departments, but retrospective European studies showed that it would lead to 5-7% of undiagnosed PE. Alternative strategies are needed to reduce the proportion of false-positive DD results.

Le nodule pulmonaire solitaire [The solitary pulmonary nodule]

The incidental discovery of a solitary pulmonary nodule while performing a CT scan of the chest is a very common clinical problem. The differential diagnosis is large but the main clinical challenge is to exclude or ascertain a neoplasia. The evaluation of preexisting risk factors and the analysis of morphological characteristics of the nodule allow the clinician to solve this challenge in a significant number of cases. When the nature of the lesion remains indeterminate a careful follow-up with volumetric determination is necessary for decision making.

Embolie pulmonaire aiguë en 2012 (développements technologiques en scanner, angio-IRM).

Objectifs: Connaître les derniers développements techniques dans l'exploration de l'embolie pulmonaire aigue en imagerie (scanner et IRM). Connaître l'intérêt de la probabilité clinique pré-test dans l'indication de l'imagerie. Savoir faire une interprétation intégrée du scanner dans de l'embolie pulmonaire aiguë. Connaître chez les particularités de réalisation d'un examen chez la femme enceinte. Messages à retenir: Le scanner reste indiqué si les D-dimers sont négatifs et la probabilité clinique pré-test d'une embolie pulmonaire aiguë est élevée. Le scanner a une valeur diagnostique mais aussi une valeur pronostique dans la stratification du risque d'événement fatal chez les patients porteurs d'une embolie pulmonaire aiguë. Résumé: Durant la dernière décennie, l'imagerie en coupe s'est imposée comme moyen diagnostique incontournable dans l'embolie pulmonaire aiguë (EPA). Les nouveaux développements techniques ainsi que les récentes études ont contribué à mieux définir la valeur diagnostique du scanner et de l'IRM. En particulier, trois questions méritent d'être discutées : La probabilité clinique pré-test a-t-elle une importance dans l'indication de l'imagerie? ; (2) Faut-il synchroniser le scanner au rythme cardiaque devant une suspicion d'EPA ? ; (3) Quelles précautions faut-il prendre chez la femme enceinte ? Par ailleurs, La valeur pronostique du scanner mérite d'être connue et utilisée à bon escient.

Hypertension pulmonaire associée aux maladies du coeur gauche: quelle définition et quelle prise en charge en 2013 [Pulmonary hypertension in left heart disease: how to define it and how to manage it in 2013?].

Pulmonary hypertension is a frequent complication of left heart disease arising from a wide range of cardiac disorders and is associated with poor prognosis. Its pathophysiology is complex with both passive mechanisms of elevated filling pressures in left cavities and occasionally reactive mechanisms of arterial vasoconstriction and remodelling to interplay. This stage, called <out-of-proportions> pulmonary hypertension, further worsens the heart failure patients' prognosis but is still a matter of debate concerning the criteria to apply for its diagnosis and concerning the best way to manage it. This article gives an overview of the importance and pathophysiology of pulmonary hypertension associated with left heart disease, and discusses the challenges associated with its diagnosis and treatment.

La fonction rénale sous inhibition de l'enzyme de conversion de l'angiotensine [Renal function after administration of angiotensin-converting enzyme inhibitors]

Angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitors are widely used today for the management of hypertension and congestive heart failure. These agents inhibit angiotensin II synthesis. In some particular circumstances they may be responsible for deterioration of renal function, e.g. in hypertensive patients with bilateral renal artery stenosis or with stenosis of the artery supplying a single kidney, or in patients with severe congestive heart failure or marked nephroangiosclerosis. In these patients renal perfusion pressure may become too low to maintain adequate glomerular filtration as there remains no angiotensin II to increase the tone of the efferent arteriole. In high risk patients it is therefore recommended that serum creatinine be checked after initiating therapy with an ACE inhibitor.

Prédiction des durées de séjour en réadaptation en fonction du statut fonctionnel. [Usefulness of functional status to predict length of stay in rehabilitation.]

Objectif : En Suisse, la réadaptation est financée en¦partie par l'assureur qui fixe préalablement à l'admission¦un nombre de jours (durée garantie) qu'il s'engage¦à rembourser. Lorsqu'une durée garantie est trop courte,¦une demande de prolongation est nécessaire, induisant¦des démarches administratives. Les objectifs de cette¦étude étaient a) d'étudier le lien entre durées garanties¦et caractéristiques du patient ; b) d'estimer les coûts¦liés aux demandes de prolongation ; c) d'évaluer¦l'impact de l'introduction d'un modèle d'attribution de¦durée garantie basé sur l'état fonctionnel du patient.¦Méthodes : Les corrélations entre état fonctionnel,¦durée effective et durée garantie ont été testées sur¦208 séjours représentatifs. Des durées garanties fictives¦ont été calculées à partir de la médiane de durée de¦séjour de 2 335 patients, groupés selon leur niveau¦fonctionnel (score des activités de base de la vie quotidienne¦(BAVQ) 0-1 vs 2-4 vs 5-6), puis comparées aux¦durées de séjour effectives et garanties.¦Résultats : L'état fonctionnel du patient n'est pas¦corrélé à la durée garantie, et 69 % des séjours nécessitent¦au moins une demande de prolongation, représentant¦2,6 équivalents temps plein en temps administratif¦projeté sur le canton. L'application du modèle proposé¦réduirait de 28 % les demandes de prolongation, et¦n'augmenterait que marginalement la proportion de¦jours garantis en surplus (11,2 % contre 6,5 % actuellement).¦Conclusion : L'utilisation systématique d'un modèle¦d'attribution de durées garanties basées sur l'état¦fonctionnel du patient permettrait de réduire sensiblement¦les coûts administratifs liés aux demandes de¦prolongation, sans entraîner de risque accru d'une augmentation¦de la durée de séjour.

Fonction surrénalienne après bolus d'étomidate en chirurgie cardiaque: une étude rétrospective [Adrenal function after induction of cardiac surgery patients with etomidate: a retrospective study]

OBJECTIVE: A single bolus dose of etomidate decreases cortisol synthesis by inhibiting the 11-beta hydroxylase, a mitochondrial enzyme in the final step of cortisol synthesis. In our institution, all the patients undergoing cardiac surgery receive etomidate at anesthesia induction. The purpose of this study was to assess the incidence of adrenocortical dysfunction after a single dose of etomidate in selected patients undergoing major cardiac surgery and requiring high-dose norepinephrine postoperatively. STUDY DESIGN: Retrospective descriptive study in the surgical ICU of a university hospital. PATIENTS AND METHODS: Sixty-three patients presented acute circulatory failure requiring norepinephrine (>0,2 microg/kg/min) during the 48 hours following cardiac surgery. Absolute adrenal insufficiency was defined as a basal cortisol below 414 nmo/l (15 microg/dl) and relative adrenal insufficiency as a basal plasma cortisol between 414 nmo/l (15 microg/dl) and 938 nmo/l (34 microg/dl) with an incremental response after 250 microg of synthetic corticotropin (measured at 60 minutes) below 250 nmol/l (9 microg/dl). RESULTS: Fourteen patients (22%) had normal corticotropin test results, 10 (16%) had absolute and 39 (62%) relative adrenal insufficiency. All patients received a low-dose steroid substitution after the corticotropin test. Substituted patients had similar clinical outcomes compared to patients with normal adrenal function. CONCLUSION: A high incidence of relative adrenal failure was observed in selected cardiac surgery patients with acute postoperative circulatory failure.