Insuficiência cardíaca. Uma epidemia do século XXI. O desafio do diagnóstico

Resumo: A insuficiência cardíaca, já denominada de epidemia do século XXI é, de entre as doenças cardiovasculares, a única cuja incidência e prevalência continuam a crescer, apesar dos imensos progressos feitos na área da terapêutica nas últimas duas décadas. Caracteriza-se por elevada mortalidade – superior à do conjunto das neoplasias malignas -, grande morbilidade, consumo de recursos e custos exuberantes. É um dos problemas mais graves de Saúde Pública dos Países industrializados, cujo manejo deverá constituir uma prioridade para os Serviços Nacionais de Saúde. Todavia, o reconhecimento universal da gravidade desta situação tem originado poucas soluções concretas para conter a epidemia, cujo protagonismo não cessa de aumentar. É possível hoje prevenir, tratar de forma a retardar a evolução da doença ou até revertê-la, desde que diagnosticada atempadamente. Qualquer atitude nestas áreas pressupõe um diagnóstico correcto, precoce e completo da situação, sem o qual não haverá um tratamento adequado. O diagnóstico tem preocupado bem menos os investigadores e os clínicos que a terapêutica. É, contudo, comprovadamente difícil a todos os níveis dos Cuidados de Saúde e constitui certamente a primeira barreira ao controlo da situação. OBJECTIVOS: À luz do conhecimento actual e da nossa própria experiência, propusemo-nos analisar os problemas do diagnóstico da insuficiência cardíaca e a forma como eles se repercutem no manejo da doença e na saúde das populações. Foram objectivos desta dissertação avaliar como a evolução dos modelos de insuficiência cardíaca e de disfunção ventricular influenciaram a definição e os critérios de diagnóstico da doença ao longo do tempo; as consequências geradas pela falta de consenso quanto à definição e aos critérios de diagnóstico nas diferentes fases de evolução desta entidade; discutir o papel da clínica e dos exames complementares no diagnóstico da síndrome e nas estratégias de rastreio da disfunção cardíaca; apontar alguns caminhos e possíveis metodologias para o manejo da doença de forma a que possamos, no futuro, diagnosticar melhor para melhor prevenir, tratar e conter a epidemia. METODOLOGIA: A metodologia utilizada neste trabalho decorre directamente da actividade assistencial diária e da investigação clínica gerada no interesse pelos problemas com que nos deparámos, ao longo dos anos, na área da insuficiência cardíaca. A par com o estudo epidemiológico da insuficiência cardíaca em Portugal, desenvolvemos um protocolo original para a avaliação da qualidade do diagnóstico no ambulatório e do papel da clínica e dos diferentes exames complementares no diagnóstico da síndrome. Avaliámos os problemas do diagnóstico da insuficiência cardíaca em meio hospitalar através de um inquérito endereçado aos Directores de Serviço, pelo Grupo de Estudo de Insuficiência Cardíaca da Sociedade Portuguesa de Cardiologia. Analisámos a qualidade do diagnóstico da insuficiência cardíaca codificado à data da alta hospitalar. Após a criação de uma área específica, vocacionada para o internamento de doentes com insuficiência cardíaca, avaliámos o seu impacto no diagnóstico e tratamento da síndrome. Também testámos o desempenho dos peptídeos natriuréticos no diagnóstico dos diferentes tipos de insuficiência cardíaca sintomática, em meio hospitalar. Os resultados parciais da investigação clínica foram sendo comunicados à comunidade científica e publicados em revistas da especialidade. Discutimos, nesta dissertação, os artigos publicados e em publicação, à luz do estado actual da arte na área do diagnóstico. Reflectimos sobre as consequências das dificuldades no diagnóstico da insuficiência cardíaca e apontamos possíveis caminhos para implementar o rastreio. RESULTADOS: Em 1982, muito no início da nossa actividade clínica, cientes da complexidade da insuficiência cardíaca e do desafio que a sua abordagem constituía para os clínicos,empenhávamo-nos no desenvolvimento de uma classificação fisiopatológica original da insuficiência cardíaca, que foi tema para a Tese de Doutoramento da Professora Doutora Fátima Ceia em 1989. sistemático da doença, melhorar os cuidados prestados aos doentes e diminuir os custos envolvidos no manejo da síndrome. No artigo 1 – Insuficiência cardíaca: novos conceitos fisiopatológicos e implicações terapêuticas – publicado em 1984, descrevemos, à luz do conhecimento da época, a insuficiência cardíaca como uma doença sistémica, resultado da interacção entre os múltiplos mecanismos de compensação da disfunção cardíaca. Desenvolvemos “uma classificação fisiopatológica com implicações terapêuticas” original, onde delineámos os diferentes tipos de insuficiência cardíaca, as suas principais características clínicas, hemodinâmicas, funcionais e anatómicas e propuzemos terapêutica individualizada de acordo com a definição e o diagnóstico dos diferentes tipos de insuficiência cardíaca. Em 1994, no artigo 2 – A insuficiência cardíaca e o clínico no fim do século vinte – salientamos a forma como os diferentes mecanismos de compensação interagem, influenciam a evolução da doença no tempo, produzem síndromes diferentes e fundamentam a actuação terapêutica. Discutimos a evolução da definição da doença de acordo com o melhor conhecimento da sua fisiopatologia e etiopatogenia. Sublinhamos a necessidade de desenvolver estratégias para a prevenção da doença, o diagnóstico precoce e o tratamento atempado. Ainda no primeiro capítulo: Insuficiência cardíaca: da fisiopatologia à clínica – um modelo em constante evolução – revisitámos os sucessivos modelos fisiopatológicos da insuficiência cardíaca: cardio-renal, hemodinâmico, neuro-hormonal e imuno-inflamatório e a sua influência na definição da síndrome e nos critérios de diagnóstico. Analisámos a evolução do conceito de disfunção cardíaca que, à dicotomia da síndrome em insuficiência cardíaca por disfunção sistólica e com função sistólica normal, contrapõe a teoria do contínuo na evolução da doença. Esta última, mais recente, defende que estas duas formas de apresentação não são mais do que fenótipos diferentes, extremos, de uma mesma doença que origina vários cenários, desde a insuficiência cardíaca com fracção de ejecção normal à disfunção sistólica ventricular grave No capítulo II - O diagnóstico da insuficiência cardíaca: problemas e consequências previsíveis - analisamos as consequências da falta de critérios de diagnóstico consensuais para a insuficiência cardíaca em todo o seu espectro, ao longo do tempo. As dificuldades de diagnóstico reflectem-se nos resultados resultados dos estudos epidemiológicos. Vivemos essa dificuldade quando necessitámos de definir critérios de diagnóstico exequíveis no ambulatório, abrangendo todos os tipos de insuficiência cardíaca e de acordo com as Recomendações, para o programa EPICA –EPidemiologia da Insuficiência Cardíaca e Aprendizagem – desenhado para os Cuidados Primários de Saúde. No artigo 3 – Epidemiologia da insuficiência cardíaca e Aprendizagem – desenhado para os Cuidados Primários de Saúde. No artigo 3 – Epidemiologia da insuficiência cardíaca – discutimos as consequências dos grandes estudos epidemiológicos terem adoptado ao longo dos anos definições e critérios de diagnóstico muito variáveis,conduzindo a valores de prevalência e incidência da doença por vezes também muito diferentes. O problema agudiza-se quando se fala em insuficiência cardíaca com fracção de ejecção normal ou com disfunção diastólica, ou ainda em rastreio da disfunção cardíaca assintomática, situações para as quais tem sido extraordinariamente difícil consensualizar critérios de diagnóstico e estratégias. É notória a ausência de grandes estudos de terapêutica no contexto da insuficiência cardíaca com fracção de ejecção normal ou com disfunção diastólica que, à falta de Recomendações terapêuticas baseadas na evidência, continuamos a tratar de acordo com a fisiopatologia. Assim, discrepâncias provavelmente mais relacionadas com os critérios de diagnóstico utilizados do que com diferenças reais entre as populações, dificultam o nosso entendimento quanto ao real peso da insuficiência cardíaca e da disfunção ventricular assintomática. Também comprometerão certamente a correcta alocação de recursos para necessidades que, na realidade, conhecemos mal. O artigo 4 – Prévalence de l’ insuffisance cardiaque au Portugal – apresenta o desenho dos estudos EPICA e EPICA-RAM. O EPICA foi dos primeiros estudos a avaliar a prevalência da insuficiência cardíaca sintomática global, na comunidade, de acordo com os critérios da Sociedade Europeia de Cardiologia. Definimos critérios ecocardiográficos de disfunção cardíaca para todos os tipos de insuficiência cardíaca, nomeadamente para as situações com fracção de ejecção normal, numa época em que ainda não havia na literatura Recomendações consensuais. No artigo 5 – Prevalence of chronic heart failure in Southwestern Europe: the EPICA study - relatamos a prevalência da insuficiência cardíaca em Portugal con-supra-diagnosticada em 8,3%. A codificação hospitalar falhou uma percentagem significativa de doentes com insuficiência cardíaca, minimizando assim o peso da síndrome, com eventual repercussão na alocação dos recursos necessários ao seu manejo no hospital e para a indispensável interface com os Cuidados Primários de Saúde. No artigo 8 – Tratamento da insuficiência cardíaca em hospitais portugueses: resultados de um inquérito – todos os inquiridos relataram dificuldades no diagnóstico atempado da insuficiência cardíaca. Os Directores dos Serviços de Cardiologia reclamam mais recursos humanos vocacionados e estruturas hospitalares especializadas no diagnóstico e tratamento da síndrome, enquanto que os Directores dos Serviços de Medicina necessitam de facilidades de acesso aos métodos complementares de diagnóstico como a ecocardiografia e de maior apoio do Cardiologista. As dificuldades no diagnóstico da insuficiência cardíaca,a todos os níveis de cuidados, acarretam assim consequências epidemiológicas, sócio-económicas e financeiras nefastas para o doente individual, a planificação do Sistema Nacional de Saúde e para a Saúde Pública No capítulo III relembramos a importância do diagnóstico completo da insuficiência cardíaca que, para além do diagnóstico sindromático e anatomo-funcional, deverá incluir o diagnóstico etiológico, e das comorbilidades. Muitos destes aspectos podem comprometer a interpretação dos exames complementares de diagnóstico e, não raramente, as indicações dos fármacos que influenciam a sobrevida dos doentes, a estratégia terapêutica e o prognóstico da síndrome Conscientes das dificuldades no diagnóstico da insuficiência cardíaca nos Cuidados Primários de Saúde e do papel preponderante dos especialistas em Medicina Familiar na contenção da epidemia, propusemo-nos, como objectivos secundários do estudo EPICA (artigo 5), investigar a acuidade diagnóstica dos instrumentos à disposição daqueles colegas, na prática clínica diária: a clínica e os exames complementares de diagnóstico de primeira linha. O artigo 10 – The diagnosis of heart failure in primary care: value of symptoms and signs - documenta o valor limitado dos sinais, sintomas e dados da história pregressa, quando usados isoladamente, no diagnóstico da síndrome. Todos têm baixa sensibilidade para o diagnóstico. Têm maior valor preditor os associados às situações congestivas, mais graves: a dispneia paroxística nocturna (LR 35,5), a ortopneia (LR 39,1), a dificuldade respiratória para a marcha em plano horizontal (LR 25,8), o ingurgitamento jugular > 6 cm com hepatomegalia e edema dos membros inferiores (LR 130,3), que estão raramente presentes na população de insuficientes cardíacos do ambulatório (sensibilidade <10%). O galope ventricular (LR 30,0), a taquicardia >110ppm (LR 26,7) e os fervores crepitantes (LR 23,3) também estão associados ao diagnóstico, mas são também pouco frequentes na população estudada (sensibilidade < 36%). São ainda preditores do diagnóstico o tratamento prévio com digitálico (LR 24,9) e/ou com diurético (LR 10,6), uma história prévia de edema pulmonar agudo (LR 54,2) ou de doença das artérias coronárias (LR 7,1). No artigo 11- Aetiology, comorbidity and drug therapy of chronic heart failure in the real world: the EPICA substudy - confirmámos que a hipertensão arterial é, de entre os factores de risco e/ou etiológicos, a causa mais frequente de insuficiência cardíaca no ambulatório, em Portugal (80%). Trinta e nove por cento dos doentes do estudo EPICA têm história de doença coronária e 15% de fibrilhação auricular. Quantificámos a comorbilidade e analisámos a sua potencial influência no facto da prescrição terapêutica estar aquém das Recomendações internacionais em Portugal, como aliás em toda a Europa. No artigo 12 - The value of electrocardiogram and X-ray for confirming or refuting a suspected diagnosis of heart failure in the community – demonstrámos que os dados do ECG e do RX do tórax não permitem predizer o diagnóstico de insuficiência cardíaca na comunidade; 25% dos doentes com insuficiência cardíaca objectiva tinham ECG ou RX do tórax normais. No artigo 13 - Evaluation of the performance and concordance of clinical questionnaires for heart failure in primary care - comparámos sete questionários e sistemas de pontuação habitualmente utilizados nos grandes estudos, para o diagnóstico da insuficiência cardíaca. Mostraram ter, na sua maioria, uma concordância razoável ou boa entre si. Foram muito específicos (>90%) mas pouco sensíveis. Aumentaram a probabilidade do diagnóstico de 4,3% pré-teste para 25 a 30% pós-teste. Revelaram-se um melhor instrumento para a exclusão da causa cardíaca dos sintomas do que para o diagnóstico da síndrome O artigo 14 - Epidemiologia da insuficiência cardíaca em Portugal continental: novos dados do estudo EPICA – compara as características dos doentes com suspeita clínica, não comprovada, de insuficiência cardíaca (falsos positivos), com os casos de insuficiência cardíaca. Os primeiros são mais idosos, mais mulheres, com mais excesso de peso, menos história de doença das artérias coronárias. Confirma ainda que a clínica, o ECG e o Rx tórax não permitem diferenciar os doentes com insuficiência cardíaca por disfunção sistólica ventricular daqueles que têm fracção de ejecção normal. Perante o desafio do diagnóstico da insuficiência cardíaca com fracção de ejecção normal, as dificuldades de acesso à ecocardiografia na comunidade e os custos acrescidos do exame, pretendemos averiguar no artigo 15 - The diagnostic challenge of heart failure with preserved systolic function in primary care setting: an EPICA-RAM sub-study - o desempenho do BNP no rastreio dos doentes com a suspeita clínica do diagnóstico, a enviar para ecocardiografia. Testámos o desempenho do teste como preditor do diagnóstico clínico da insuficiência cardíaca com função sistólica preservada, bem como dos indicadores ecocardiográficos de disfunção diastólica utilizados no estudo: dilatação da aurícula esquerda e hipertrofia ventricular esquerda. O teste apenas foi bom preditor da dilatação da aurícula esquerda, mas não do diagnóstico clínico deste tipo de insuficiência cardíaca, nem da presença de hipertrofia ventricular esquerda diagnosticada por ecocardiografia (área abaixo da curva ROC: 0,89, 0,56 e 0,54 respectivamente). Concluímos que, isoladamente, não será um bom método de rastreio da doença na comunidade, nem poderá substituir o ecocardiograma no doente com a suspeita clínica do diagnóstico, pelo menos nas fases precoces, pouco sintomáticas da doença. Estudámos e comparámos o desempenho dos peptídeos natriuréticos do tipo B - BNP e NT-proBNP - no diagnóstico da insuficiência cardíaca sintomática, por disfunção sistólica e com fracção de ejecção preservada, no internamento hospitalar. Avaliámos doentes e voluntários normais, de forma a estabelecermos os cut-off do nosso laboratório. Relatámos os resultados deste trabalho no artigo 16 – Valor comparativo do BNP e do NT-proBNP no diagnóstico da insuficiência cardía-ca. Ambos os testes tiveram um excelente desempenho no diagnóstico da insuficiência cardíaca sintomática, em meio hospitalar, mas nenhum foi capaz de diferenciar a insuficiência cardíaca com disfunção sistólica ventricular da que tem fracção de ejecção normal Revimos, à luz do conhecimento actual, o desempenho dos diferentes exames complementares, nomeadamente dos peptídeos natriuréticos e da ecocardiografia, no diagnóstico da insuficiência cardíaca sintomática global, por disfunção sistólica ventricular e com fracção de ejecção normal e discutimos os critérios mais recentemente propostos e as últimas Recomendações internacionais Discutimos as estratégias propostas para o rastreio da disfunção ventricular assintomática que é, na comunidade, pelo menos tão frequente quanto a sintomática. Existe evidência de que tratar precocemente a disfunção ventricular sistólica assintomática se traduz em benefícios reais no prognóstico e, tal como no caso da disfunção sistólica sintomática, é custo-eficiente. Autilização do método padrão para o rastreio da disfunção cardíaca na população obrigaria à realização de ecocardiograma a todos os indivíduos, o que é técnica e economicamente incomportável. Vários estudos têm vindo a testar diversas estratégias alternativas, na procura de uma metodologia que seja, também ela, custo-eficiente. Os autores são unânimes no aspecto em que nenhum exame, quando avaliado isoladamente, foi útil para o rastreio da disfunção cardíaca. Contudo apontam para o ECG e/ou os peptídeos natriuréticos, integrados ou não em esquemas de pontuação clínica, como testes úteis para o pré-rastreio para ecocardiografia. Permitem diminuir os pedidos de ecocardiograma e os custos do rastreio, que se torna tão custo-efectivo quanto o do cancro da mama ou do colo do útero. Alguns autores preconizam ainda a avaliação qualitativa da disfunção cardíaca por ecocardiograma portátil, no contexto de ECG anómalo ou de peptídeo natriurético elevado, antes da referenciação para o ecocardiograma completo. Apontam esta estratégia como sendo a mais custo-eficiente para o rastreio da disfunção cardíaca. Finalmente, tecemos alguns comentários finais quanto a perspectivas de futuro para o manejo da insuficiência cardíaca. É premente estabelecer uma definição precisa e universal da síndrome e critérios de diagnóstico consensuais, claros, objectivos, simples e reprodutíveis para todo o espectro da insuficiência cardíaca, para que possamos num futuro próximo avaliar de forma correcta a extensão do problema, organizar cuidados médicos eficientes e acessíveis a todos e melhorar o prognóstico dos doentes, numa política imprescindível e inevitável de contenção dos custos. Perante os problemas de diagnóstico da síndrome no ambulatório, consideramos ser necessário implementar programas de formação continuada e facilitar o diálogo e a colaboração entre Cuidados Primários de Saúde e Unidades especializadas no manejo da doença, à imagem do que fizemos pontualmente aquando do programa EPICA e do que está a ser desenvolvido em vários países europeus e nos Estados Unidos da América, sob a forma de redes alargada de prestação de cuidados, para a insuficiência cardíaca. As clínicas de insuficiência cardíaca, a laborar sobretudo em meio hospitalar, já deram provas quanto à maior conformidade do diagnóstico (e tratamento) de acordo com as Recomendações, assim como na melhoria da qualidade de vida e sobrevida dos doentes. No artigo 17 - Implementar as Recomendações na prática clínica: benefícios de uma Unidade de Insuficiência Cardíaca Aguda - relatamos a nossa experiência quanto à melhoria da qualidade dos cuidados prestados, nas áreas do diagnóstico e tratamento, numa unidade funcional dedicada ao internamento dos doentes com insuficiência cardíaca aguda. Defendemos que estas áreas específicas de internamento se devem articular com outras,nomeadamente hospitais de dia de insuficiência cardíaca, podendo ou devendo até ser diferentes na sua estrutura e recursos, de acordo com as necessidades das populações no seio das quais são implementadas. Cabe-lhes um papel determinante na interacção com os Cuidados Primários de Saúde, na formação médica continuada e de outros profissionais de saúde e na recepção e orientação dos doentes referenciados para a especialidade.São ainda necessários esforços redobrados para a identificação e controlo dos factores de risco e para o estabelecimento de estratégias de rastreio da disfunção ventricular na comunidade. Tal é passível de ser feito e é custo-eficiente, mas exige a colaboração de técnicos de saúde, investigadores e poder político para avaliar das necessidades reais, implementar e controlar a qualidade destas estratégias, sem as quais não conseguiremos conter a epidemia. SUMMARY: Despite there has been substantial progress in the treatment of heart failure over the last several decades, it is the only cardiovascular disorder that continues to increase in both prevalence and incidence. Characterised by very poor survival and quality of life heart failure is responsible for among the highest healthcare costs for single conditions in developed countries. Heart failure is therefore becoming an increasing concern to healthcare worldwide and must be a priority to National Health Services. It is already called the epidemic of the 21 st century. A correct diagnosis is the cornerstone leading to effective management of the syndrome. An early, accurate and complete diagnosis has become crucial with the identification of therapies that can delay or reverse disease progression and improve both morbidity and mortality. Diagnostic methods may need to encompass screening strategies, as well as symptomatic case identification. Until now, investigation has been over focused on pharmacological treatment; relatively little work has been done on assessing diagnostic tools. This is actually a difficult condition to diagnose at all levels of care, and misdiagnosis must be the first barrier to the control of the epidemic. AIMS Considering current and up-dated knowledge and ourown experience we analyse the problems in diagnosing heart failure and cardiac dysfunction and how they affect patient’s clinical outcome and public health care. It was our aim to analyse how increasing knowledge about cardiac dysfunction influenced the concept of heart failure, its definition and diagnostic criteria; the problems resulting from the use of non consensual definitions and diagnostic criteria; the role of clinical data and diagnostic tests on the diagnosis of the syndrome and on the screening for cardiac dysfunction in the community; to discuss best strategies to enhance diagnostic management of heart failure in all its spectrum, in order to halt the epidemic in the near future. METHODS: The investigation on which the present dissertation is based was developed progressively, along the years, during our every-day clinical practice. Various original clinical investigations and review papers, related to challenges in heart failure management and especially to diagnosis, were presented in scientific meetings and/or published gradually as partial results were obtained. The EPICA Programme (epidemiology of heart failure and awareness), a large-scale epidemiological study on heart failure in Portugal, addressed as secondary endpoints, problems of heart failure misdiagnosis in primary care and the value of clinics and different diagnostic tests to confirme or refute the diagnosis of the syndrome suspected on clinical grounds. But problems on the diagnosis of heart failure are not confined to primary care. Therefore, under the auspices of the Working Group of Heart Failure of the Portuguese Society of Cardiology, a survey on the management of heart failure at hospital was addressed to the heads of Portuguese Cardiology and Internal Medicine Wards. Compliance with Guidelines on diagnosis and treatment of heart failure, perceived difficulties and requests to a better management of the syndrome were ascertained. We have then explored the validity of a coded diagnosis of heart failure at death/discharge from the Department of Medicine of S. Francisco Xavier Hospital, and the rate of misdiagnosis. Gains on compliance with Guidelines on the diagnosis and treatment of heart failure, before and after the implementation of an acute heart failure unit in this Department were assessed. We also compared the performance of type-B natriuretic peptides – BNP and NT-proBNP – on systolic and diastolic heart failure diagnosis, in order to implement the more adequate test. In this thesis we discuss our published papers against the state of the art on heart failure diagnosis, and actual consequences of misdiagnosing. We revisit the accuracy of the different diagnostic testes to a definite diagnosis of the disease. Finally we analyse the different ways of screening for cardiac TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 309 310 Summary dysfunction and the more cost-efficient strategies to enhance heart failure diagnosis and management. RESULTS Since 1982, at the very beginning of our clinical activity, already aware of the complexity of the management of heart failure, we were involved in the development of an original pathophysiological heart failure classification, theme of Professor Fátima Ceia Doctoral Thesis discussed in 1989. Paper 1 - Heart Failure. New pathophysiological approach to therapy – published in 1984, described heart failure as a systemic disease resulting from the interaction of the different compensatory mechanisms. We proposed a new dynamic, pathophysiological and aetiological approach to the diagnosis of heart failure syndromes, based on clinics and conventional non-invasive assessment with drug management implications. In 1994, in paper 2 – Heart failure and the physician - towards the XXI century – we discussed the way how the compensatory mechanisms interact, produce the different heart failure syndromes and affect the evolution of the disease. Changing definitions according to the knowledge of the pathophysiology of heart failure at that time were revisited. The need for a universally accepted definition leading to early and accurate diagnosis and treatment of the syndrome was pointed-out. We called for strategies to prevent heart failure. In an up-dated review titled: Heart failure: from pathophysiology to clinics – a model in constant evolution – we revisit the changing pathophysiological models of heart failure – cardio-renal, haemodynamic, neuro-hormonal and imuno-inflamatory models - and their influence on the definition of the syndrome. Traditional dicotomization of heart failure in systolic and diastolic dysfunction is discussed. Rather than being considered as separate diseases with a distinct pathophysiology, systolic and diastolic heart failure may be merely different clinical presentations within a phenotypic spectrum of one and the same disease. Implications for the definition and diagnosis of heart failure are self evident. In chapter II – The diagnosis of heart failure: problems and foreseeable consequences - we analyse epidemiological, clinical and financial consequences of non consensual definition and diagnostic criteria of heart failure for individual patients, Healthcare Systems and Public Health. Problems resulting from the absence of a universally accepted definition of heart failure are clearly illustrated by current epidemiological data and were revisited in paper 3 – Epidemiology of heart failure. In various epidemiological studies measured prevalence and incidence of the syndrome diverge significantly. This worrying variation is certainly more due to different definitions and used diagnostic criteria than true differences between populations. We faced these difficulties when we had to design the EPICA programme, a large population-based study where we had to define simple, effective and easy to obtain diagnostic criteria of heart failure, for the whole spectrum of the disease, in primary care setting. The problem grew when we focused on heart failure with normal ejection function where diagnostic criteria were far from consensual. Therefore large trials on heart failure with normal ejection fraction and consensual evidence-based Guidelines on diagnosis and treatment of diastolic heart failure are still missing. Paper 4 – Prevalence of heart failure in Portugal - presents the design of the EPICA Programme. The EPICA study was one of the first large epidemiological studies addressing the prevalence of global heart failure, in the community, according to the European Guidelines for the diagnosis of the syndrome. We had to define simple, precise echocardiographic criteria to confirm a suspected diagnosis of heart failure on clinical grounds, in all its spectrum. At that time, Guidelines for heart failure with normal ejection fraction where far from consensual and non applicable to the ambulatory. In paper 5 - Prevalence of heart failure in Southwestern Europe: the EPICA study - we reported the prevalence of heart failure in mainland Portugal. From 5434 attendants of primary care centres, representative of the Portuguese population above 25 years, 551 had heart failure, leading to a prevalence of global heart failure of 4.35%, increasing sharply with age in both genders; 1.36% had systolic dysfunction and 1.7% normal ejection fraction. TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 310 Summary 311 In paper 6 – Epidemiology of heart failure in primary care in Madeira: the EPICA-RAM study - we report an overall prevalence of heart failure of 4.69%, with systolic dysfunction in 0.76% and with a normal ejection fraction in 2.74% of the cases. Discrepancies in the prevalence of the different types of heart failure between mainland and Madeira are probably related to different Public Health Care organization. Both studies showed that only half of the patients with a suspected diagnosis of heart failure on clinical grounds had the diagnosis confirmed by objective evidence of cardiac dysfunction. It’s therefore probable that unnecessary drugs were prescribed to patients who didn’t need them while others, who would benefit, were not correctly treated for heart failure. Paper 7 – Diagnosis of heart failure in primary care – is a review of the state of the art of the diagnosis of heart failure in primary care setting. It focused on main challenges faced by primary care physicians, namely difficulties on the access to imaging and strategies to screen for cardiac dysfunction. General practitioners awareness and training on the diagnosis and treatment of the syndrome are crucial to halt the epidemic. But problems on the diagnosis of heart failure are not exclusive of primary care. Heart failure is the first cause of hospitalization of patients above 65 years in medical wards, and accounts for more than 70% of the costs with the syndrome. In paper 9 – Validity of a diagnosis of heart failure: implications of misdiagnosing – we reported a prevalence of heart failure in patients hospitalized in our Medicine Department, during a six month period, of 17%. The diagnosis was actually sub-coded at death /discharge. The accuracy of the death / discharge coded diagnosis was 72.2%; the syndrome was under-diagnosed in 21.1% of the cases and over-diagnosed in 8.3%. The discharge codes failed a significant percentage of heart failure cases, biased the actual burden of the syndrome and compromise the allocation of resources to manage in-hospital heart failure and to develop specialised programmes of interaction with primary care. In paper 8 – Treatment of heart failure in Portuguese hospitals: results of a questionnaire – everybody reported difficulties in the management of heart failure. Heads of Cardiology Wards needed more specialised physicians and nurses as well as specific heart failure units for the management of the syndrome, and Heads of Internal Medicine Wards demand more facilities, easier access to echocardiography, and support from heart failure specialised cardiologists. Difficulties in the diagnosis of heart failure at all levels of care, have huge epidemiological, clinical and economic consequences for the individual patient, National Health Services and Public Health. In chapter III, we revisit the relevance of a complete diagnosis of heart failure. An appraisal based on symptoms alone is clearly an incomplete and inaccurate representation of the severity of cardiovascular disease. Determination of cardiac status requires evaluation of composite etiologic, anatomic, and physiologic diagnoses. Functional class and comorbidities must complement the diagnosis, leading to the more appropriate and individualized treatment. Aware of the uncertainty of the diagnosis of heart failure in primary care setting and of the role of General Practitioners in the management of the syndrome, we have evaluated in pre-specified substudies of the EPICA programme, the accuracy of clinics and tests available to the diagnosis of heart failure in the community. Paper 10 – The diagnosis of heart failure in primary care: value of symptoms and signs – confirmed that symptoms and signs and clinical history have limited value in diagnosing heart failure when used alone. The signs and symptoms that best predicted a diagnosis of heart failure were those associated with more severe disease. Among current symptoms, the history of paroxysmal nocturnal dyspnoea (LR 35.5), orthopnea (LR 39.1) and dyspnoea when walking on the flat (LR 25.8) were associated with a diagnosis of heart failure. However, these symptoms were not frequent within this population (sensitivity < 36%). Jugular pressure > 6 cm with hepatic enlargement, and oedema of the lower limbs (LR 130.3), a ventricular gallop (LR 30.0), a heart rate above 110 bpm (LR 26.7), and rales (LR 23.3), were all associated with a diagnosis of heart failure but TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 311 312 Summary were infrequent findings (sensitivity < 10%). Prior use of digoxin (LR 24.9) and/or diuretics (LR 10.6), an history of coronary artery disease (LR 7.1) or of pulmonary oedema (LR 54.2) were also associated with a greater likelihood of having heart failure. In paper 11 – Aetiology, comorbidity and drug therapy of chronic heart failure in the real world: the EPICA substudy – aetiological features and therapy relevant comorbidities were analysed. Hypertension was the more frequent risk factor/aetiology of heart failure in the community in Portugal (about 80%). Thirty nine percent had an history of coronary artery disease, and 15% had atrial fibrillation. In paper 12 – The value of electrocardiogram and X-ray for confirming or refuting a suspected diagnosis of heart failure in the community – we reported that ECG and X-ray features are not sufficient to allow heart failure to be reliably predicted in the community. Twenty five percent of patients with heart failure had a normal ECG or chest X-ray. In paper 13 – Evaluation of the performance and concordance of clinical questionnaires for heart failure in the primary care – we compared the accuracy of seven clinical questionnaires and scores for the diagnosis of heart failure in the community, and their concordance. Concordance was good between most of the questionnaires. Their low sensibility impairs their usefulness as diagnostic instruments, but their high specificity (>90%) makes them useful for the identification of patients with symptoms and signs from non-cardiac cause. In paper 14 – Epidemiology of heart failure in mainland Portugal: new data from the EPICA study -characteristics of patients with a definite diagnosis of heart failure and of those in whom the diagnosis of heart failure suspected on clinical grounds was excluded (false positive) were compared. The laters were older, more frequently women, had excessive weight, and a history of coronary artery disease was less frequent. Clinics, ECG and chest X-ray could not distinguish patients with heart failure due to systolic dysfunction from those with normal ejection fraction. Considering the limited and costly access to echocardiography in the community we address in paper 15 - the diagnostic challenge of heart failure with preserved systolic function in primary care: an EPICA-RAM substudy. The performance of BNP as a predictor of a diagnosis of heart failure with preserved systolic function according to ESC Guidelines, left ventricular hypertrophy and dilated left atria by echocardiography was tested. BNP was a good predictor of a dilated left atria, but not of the diagnosis of heart failure with preserved systolic function or of left ventricular hypertrophy (AUC: 0.89, 0.56, and 0.54 respectively). We conclude that BNP measurement alone was not a suitable screening test for heart failure with normal ejection fraction in the community, at least in patients with no or mild symptoms.In paper 16 – Comparative value of BNP and NTproBNP on the diagnosis of heart failure – we first established normal values and cut-offs for our laboratory.Then we assess the diagnostic accuracy of both peptides for the in-hospital diagnosis of heart failure due to systolic dysfunction and with normal ejection fraction. BNP and NT-proBNP had an excellent and similar accuracy to the diagnosis of both types of symptomatic heart failure, but none could distinguish patients with systolic heart failure from those with normal ejection fraction. We revisited the role of the various tests on the diagnosis of heart failure with systolic dysfunction, and with normal ejection fraction and discussed the more recent International Guidelines. There is a great piece of evidence that early treatment of asymptomatic left ventricular systolic dysfunction is cost-effective. Therefore, several screening strategies were investigated. ECG and type B natriuretic peptides measurements, alone or as part of clinical scores, allowed cost-effective community-based screening for left ventricular systolic dysfunction, especially in high-risk subjects. A programme including hand-held echocardiography, following NT-proBNP or ECG pre-screening prior to traditional echocardiogram was the most cost-effective.Screening strategies for left ventricular dysfunction proved no more costly than existing screening programmes such as those for cervical or breast cancer. Conversely, as far as we know, there is no proven strategy to efficiently screen for diastolic dysfunction in the community.Finally we discuss perspectives for heart failure TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 312 Summary 313 management in the near future. Simple, reliable and consensual diagnostic procedures are crucial to evaluate the actual burden of the disease, to comply with Guidelines and to reduce healthcare utilisation and costs. As the management of the syndrome in primary care has been hampered by perceived difficulties in diagnosis, improving diagnostic skills is essential and remains a continuous challenge for primary care clinicians. Moreover, patients may require more investigations and treatments that may not be available or very familiar to General Practitioners. Shared care is therefore necessary. Disease management programmes when available and accessible, are the preferred choice to address this issue. This multidisciplinary model of care delivered in specialized heart failure clinics, heart failure day hospitals and many other heart failure care stru-ctures, have shown success in improving quality of life, and reducing morbi-mortality and costs. In paper 17 - Translating Guidelines into clinical practice: benefits of an acute heart failure unit - we report a better compliance with Guidelines on diagnosis and treatment of heart failure after the implementation of a specialized heart failure unit in our Internal Medicine Department. We defend the implementation of heart failure programme management networks to provide optimal care for both patients and health care providers. They may consist of different structures to better address the needs of the referred patient, the referral physician and the regional health care system, and should have a crucial role in transition between primary and secondary care. Managing heart failure requires resources across the entire spectrum of care. Strategies to prevent heart failure include both primary and secondary prevention, and should encompass risk factors control and screening strategies for cardiac dysfunction in the community. Screening for high risk patients and, at least, for patients with asymptomatic systolic dysfunction is cost effective. Therefore, to improve heart failure outcomes and halt the epidemic, this will require shared efforts from investigators, clinicians and politicians. Health care strategy with adequate funding are imperative for successfull heart failure management. RÉSUMÉ: L’insuffisance cardiaque, déjà appelée d’épidémie du XXIeme siècle, est un problème de Santé Publique partout en Europe. Malgré les immenses progrès faits dans le domaine du traitement, dans les deux dernières décennies, l’insuffisance cardiaque est parmi les maladies cardiovasculaires la seule dont l’incidence et prévalence ne cessent d’augmenter. Ses principales caractéristiques sont une mortalité très élevée -supérieure à celle de l’ensemble des cancers - et un impact économique considérable sur les Systèmes de Santé. La prise en charge des insuffisants cardiaques doit ainsi être envisagée comme une priorité absolue. Toutefois, et bien que la sévérité de la situation soit universellement reconnue, Gouvernements et Systèmes de Santé n’ont pris que très peu de mesures concrètes, visant à freiner l’épidémie qui ne cesse de croître. Nous pouvons aujourd’hui prévenir et, sinon guérir l’insuffisance cardiaque, du moins la traiter de façon à freiner la progression de la maladie, ainsi nous soyons capables de faire le diagnostique à temps. Toute attitude térapêutique présume un diagnostique précoce et complet de la situation, sans lequel nulle attitude correcte ne pourra être prise. OBJECTIFS: Nous nous proposons analyser les problèmes du diagnostique de l’insuffisance cardiaque, à la lumière des connaissances actuelles et de notre propre expérience. Parmi les objectifs de ce travail, nous avons évalué la façon d’ont l’évolution des concepts d’insuffisance et de dysfonction cardiaque a influencé la définition et les critères de diagnostique, au cours des temps, et les conséquences du manque de consensus quant à la définition et aux critères de diagnostique pour les différentes phases d’évolution de la maladie. Nous avons discuté le rôle des symptômes, signaux et examens complémentaires dans le diagnostique de l'insuffisance cardiaque et dans les stratégies de screening de la dysfonction cardíaque. Finalement nous avons discuté quelques chemins et possibles stratégies à envisager pour la prise en charge de ces malades pour que, dans un future proche, nous soyons capables de mieux les traiter, mais aussi de mieux prévenir la maladie de façon à freiner l’épidémie. MÉTHODOLOGIE: La méthodologie utilisée pour ce travail dérive directement de l’expérience acquise dans la prise en charge des malades, et de l’investigation gérée par les difficultés perçues quant au diagnostique de l’insuffisance cardiaque, au long des années. Quand de l’élaboration de l’étude EPICA née de la nécessité d’obtenir des données épidémiologiques nationales en ce qui concerne l’insuffisance cardiaque au Portugal, nous avons conçu, selon un dessin original, un protocole d’investigation qui nous a permis d’évaluer la qualité du diagnostique de l’insuffisance cardiaque réalisé par les médecins de famille ainsi que le rôle des symptômes, des signaux, des données de l´histoire clinique, de l’électrocardiogramme e de la radiographie du thorax, dans le diagnostique de l’ insuffisance dans l’ambulatoire. Nous avons aussi investigué la qualité du diagnostique établi pendant l’hospitalisation. Nous avons déterminé la réelle prévalence de l’insuffisance cardíaque hospitalisée dans notre service au long de six mois et celle qui a été codifiée au moment de la sortie de l´hôpital. Nous avons encore comparé la qualité do diagnostique avant et après l’ouverture d’une unité d’insuffisance cardiaque et la performance des différents peptides natriurétiques dans le diagnostique du syndrome. Sous la forme de réponse à un questionnaire, qui leur a été adressé par le Groupe de Travail d’insuffisance cardiaque de la Société Portugaise de Cardiologie, sur la prise en charge de l’insuffisance cardiaque, les Directeurs des Services de Cardiologie et Médicine Interne de tout le Pays se sont prononcés sur à leurs difficultés, en ce qui concerne le diagnostique et le traitement de l’insuffisance cardiaque. Les résultats des investigations partielles ont été communiqués à la communauté scientifique et publiés dans les journaux de la spécialité, au long de ces dernières années. Cette dissertation est constituée par les papiers publiés et en publication auxquels nous avons additionné une révision de l’état actuel de l’art du diagnostique de l’insuffisance cardiaque, ainsi q’une réflexion sur les 317 TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 317 318 Résumé conséquences des difficultés éprouvées au diagnostique de la maladie et sur la manière d’améliorer la prise en charge de l’insuffisance cardiaque.RÉSULTATS: En 1982, l’hors de notre début d’activité, nous avons eu très tôt la perception de la complexité de l’insuffisance cardiaque et du défi que constituait, pour les cliniciens, la prise en charge de ces malades. Nous avons participé au développement d’une classification physiopathologique originale qui a servi de base pour le doctorat de la Professeur Fátima Ceia en 1989. L’article 1 – Insuffisance cardiaque : nouveaux concepts physiopathologiques et leurs applications thérapeutiques – publié en 1984, nous décrivons déjà l’insuffisance cardiaque comme une maladie systémique, résultat de l’interaction des différents mécanismes de compensation de la dysfonction cardiaque. Nous proposons « une classification physiopathologique avec application thérapeutique » originale, où nous définissons les différents types d’insuffisance cardiaque et leurs caractéristiques cliniques, hémodynamiques, fonctionnelles et anatomiques et proposons un traitement individualisé d’accord avec la définition et le diagnostique de chacun de ces différents types d’insuffisance cardiaque. En 1994, l’article 2 – L’insuffisance cardiaque et le clinicien à la fin du XXème siècle – fait une description détaillée de comment les différents mécanismes de compensation interagissent, influencent l’évolution de la maladie, produisent les différents syndromes et justifient le choix du type de traitement. Nous discutons l’évolution de la définition de la maladie d’accord avec l’évolution de l’investigation et une meilleure connaissance de la physiopathologie de la dysfonction cardiaque. Nous soulignons la nécessité du diagnostique et du traitement précoces et quant urgent il est de développer des stratégies capables de prévenir la maladie. Les investigateurs défendent aussi l’existence d’un continu entre l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection normale e celle qui s’accompagne de dysfonction systolique ventriculaire. Ce concept défend l’existence de plusieurs syndromes d’insuffisance cardiaque qui ne représenteront que des phénotypes différents d’une même maladie. Des nouvelles Recommandations pour le diagnostique et exclusion de l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection normale / dysfonction diastolique surgissent. Nous revisitons ces nouveaux concepts dans le chapitre: L’insuffisance cardiaque: de la physiopathologie à la clinique - un modèle en constante évolution. Au chapitre II – Le diagnostique de l’insuffisance cardiaque: problèmes et conséquences prévisibles - nous analysons les conséquences du manque de critères de diagnostique consensuels pour l’insuffisance cardiaque au long de tout son spectre. Les difficultés avec le diagnostique se répercutent sur les résultats des grandes études épidémiologiques. Nous avons senti cette difficulté quand, lors de l’élaboration du programme EPICA – ÉPidémiologie de l’Insuffisance Cardiaque et Apprentissage - nous avons voulu définir les critères pour le diagnostique de l’insuffisance cardiaque de tous les types, applicables à l’ambulatoire et d’accord avec les Recommandations Internationales. L’article 3 - Épidémiologie de l’insuffisance cardiaque – analyse les conséquences des différentes définitions et critères de diagnostique utilisés dans les grandes études épidémiologiques qui, au long des années, ont publié des prévalences et incidences très variables de l’insuffisance cardiaque. Ce problème s’aggrave encore quand il s’agit de l’épidémiologie de l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection normale ou dysfonction diastolique, ou des stratégies pour le screening de la dysfonction cardiaque asymptomatique, situations à définitions et critères encore moins consensuels. L’inexistence de Recommandations appuyées sur l’évidence, pour le traitement de l’insufisance cardiaque à fraction d’éjection normale ou à dysfonction diastolique, est une autre des conséquences de ces difficultés. C’est ainsi que des différences de méthodologie, de définitions et de critères de diagnostique, plutôt que des différences réelles entre les populations, difficultent notre connaissance quant à la réelle surcharge que l’insuffisance cardiaque et la dysfonction cardiaque imposent au Système National de Santé. Il est ainsi difficile de prévoir les recours nécessaires, à attribuer à une situation qui est mal connue. L’ article 4 – Prévalence de l’insuffisance cardiaque au Portugal – présente le dessin des études EPICA et EPICA-RAM. EPICA a été l’une des premières études TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 318 Résumé 319 à évaluer la prévalence de l’insuffisance cardiaque symptomatique globale, de l’ambulatoire, suivant les Recommandations de la Société Européenne de Cardiologie pour le diagnostique de l’insuffisance cardiaque. Nous y définissons des critères echocardiographiques précis pour tous les types d’insuffisance cardiaque, notamment celle à fraction d’éjection normale, alors qu’à l’époque il n’y avait pas encore de Recommandations consensuelles pour le diagnostic de cette situation. L’article 5 – Prevalence of chronic heart failure in Southwestern Europe : the EPICA study - relate la prévalence de l’insuffisance cardiaque au Portugal continental en 1998. Dans une population de 5434 individus âgés de plus 25 ans, représentative de la population portugaise nous avons identifié 551 cas d’insuffisance cardiaque, correspondant à une prévalence de 4,3%, qui augmente avec l´âge, chez les deux genres ; chez 1,3% la dysfonction ventriculaire est systolique, alors que 1,75% ont une fraction d’éjection normale. L’article 6 – Epidemiology of chronic heart failure in Primary Care in the Autonomic Region of Madeira: the EPICA-RAM study – a suivi le même protocole d’investigation et relate une prévalence de l’insuffisance cardiaque globale de 4,69%, 0,76 % à dysfonction ventriculaire systolique et 2,74% à fraction d’éjection normale. Ces deux études confirment que quand le diagnostique est suspecté par la clinique il ne se confirme objectivement qu’en la moitié des cas, ce qui fait supposer que beaucoup de malades seront sous médication inappropriée pour l’insuffisance cardiaque alors que d’autres, qui auraient tout intérêt à la faire, en seront probablement privés. L’article 7 – Diagnosis of chronic heart failure in Primary Care - revoit l’état de l’art quant au diagnostique de l’insuffisance cardiaque dans la communauté et discute les principaux défis auxquels les médecins de famille sont soumis, notamment les difficultés d’accès aux examens complémentaires de diagnostique et le screening de la dysfonction cardiaque asymptomatique dans la population en général. Mais les problèmes de diagnostique de l’insuffisance cardiaque, se posent transversalement à tous les niveaux, à l’hôpital comme chez le médecin de famille. Bien que l’insuffisance cardiaque soit la première cause d’hospitalisation après les 65 ans, responsable pour la plupart des coûts consommés par le syndrome, le diagnostique y est sous-estimé. L’article 9 – Validity of a diagnosis of heart failure : implications of misdiagnosing – démontre que l’insuffisance cardiaque a été la première cause d’hospitalisation dans notre service, pendant une période de six mois, ayant une prévalence de 17% et a été largement sous codifiée. La sous codification du diagnostique ne fait que diminuer le vrai poids du syndrome, menant à l’allocation incorrecte de recours pour la prise en charge de l’insuffisance cardiaque à l´hôpital et pour l’établissement de programmes capables de faire l’indispensable interface avec l’ambulatoire. En réponse au questionnaire sur la prise en charge de l’insuffisance cardiaque, que nous résumons dans l’article 8 – Traitement de l’insuffisance cardiaque dans les hôpitaux portugais : résultats d’un questionnaire - les Directeurs des Services de Médicine Interne ont relaté leurs difficultés d’accès à l’échocardiographie en temps utile et réclamé plus de collaboration du cardiologue; les Directeurs des Services de Cardiologie demandent plus de spécialistes et de structures vocationnées pour le diagnostique et traitement de l’insuffisance cardiaque. Les difficultés posées par le diagnostique de l’insuffisance cardiaque à tous les niveaux de soins, entraînent des conséquences épidémiologiques, socioéconomiques et financières néfastes pour le patient, la planification du Système National de Santé et la Santé Publique. Au chapitre III nous rappelons l’importance du diagnostique complet de l’insuffisance cardiaque. Au diagnostique anatomique, fonctionnel et du syndrome, il faut absolument joindre l’étiologie, la classe fonctionnelle e les comorbidités qui conditionnent souvent l’interprétation des testes de diagnostique, le traitement et le pronostique. Conscients des difficultés éprouvées para les médecins de famille, pour diagnostiquer correctement et en temps utile l’insuffisance cardiaque dans l’ambulatoire, et du rôle de ces Spécialistes en ce qui concerne la contention de l’épidémie, nous nous sommes proposés, comme objectifs secondaires de l’étude EPICA,d’investiguer la performance des instruments de diagnostique disponibles et à portée de ces cliniciens. L’article 10 – The diagnosis of heart failure in primary TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 319 320 Résumé care: value of symptoms and signs – documente les limitations des symptômes, signaux et des données cliniques, quand utilisés de forme isolée, pour le diagnostique de l’insuffisance cardiaque. Ils sont tous peu sensibles et ceux qui ont la plus grande valeur prédictive sont ceux qui s’associent aux formes congestives, plus graves, de la maladie: la dyspnée paroxysmale nocturne (LR 35,5), l’orthopnée (LR 39,1), la difficulté respiratoire pendant la marche en plan horizontal (LR 25,8), l’ ingurgitation jugulaire > 6 cm accompagnée d’ hépatomégalie e d’oedème des membres inférieurs (LR 130,3), le galop ventriculaire (LR 30,0), la tachycardie >110ppm (LR 26,7) et les crépitations pulmonaires (LR 23,3) sont ainsi associés au diagnostique, mais sont très peu fréquents chez les insuffisants cardiaques tout venant de l’ambulatoire. Un traitement antérieur avec du diurétique (LR 10,6) ou de la digoxine (LR 24,9), ou encore un épisode antérieur d’oédeme pulmonaire aigu (LR 54,2), sont d’autres prédicteurs du diagnostique. L’article 11 – Aetiology, comorbidity and drug therapy of chronic heart failure in the real world: the EPICA substudy – confirme que l´hypertension artérielle est, d’entre tous les facteurs de risque, la principale étiologie de l’insuffisance cardiaque dans l’ambulatoire au Portugal (80%). Trente neuf pourcent des malades inclus dans l’étude EPICA avaient une histoire de maladie coronarienne et 15% de fibrillation auriculaire. Nous avons encore analysé la comorbidité et son influence sur la prescription, en sachant que la prescription des médicaments recommandés pour l’insuffisance cardiaque est, au Portugal comme d’une forme générale en Europe, bien inférieur au désirable. L’article 12 - The value X- ray for confirming or refuting a suspected diagnosis of heart failure in the community – démontre que les données de l’électrocardiogramme e de la radiographie du thorax, par sois même, ne prédisent pas correctement le diagnostique de l’insuffisance cardiaque dans l’ambulatoire; 25% des insuffisants cardiaques inclus dans EPICA avaient un électrocardiogramme où une radiographie du thorax normal. Al’article 13 - Evaluation of the performance and concordance of clinical questionnaires for heart failure in primary care – nous avons comparé sept questionnaires ou scores cliniques habituellement utilisés pour le diagnostique de l’insuffisance cardiaque dans les grandes études épidémiologiques et de médicaments. Ils ont démontré avoir une concordance à peine raisonnable à bonne entre eux, et être très spécifiques (>90%) pour le diagnostique mais peu sensibles. Ils augmentent la probabilité du diagnostique de 4,3% prétest vers 25 à 30% post-test et se révèlent ainsi des instruments plus utiles dans l’exclusion d’une cause cardiaque pour les symptômes que pour le diagnostique de l’insuffisance cardiaque. L’article 14 – Épidémiologie de l’insuffisance cardiaque au Portugal continental : nouvelles données de l’étude EPICA – compare les caractéristiques des malades qui, ayant une clinique compatible avec le syndrome, ont été inclus dans EPICA mais n’avaient pas de dysfonction cardiaque objective (faux positifs), avec ceux qui ont eu leur diagnostique objectivement confirmé. Les premiers étaient plus âgés, il y avait plus de femmes, plus de poids excessif, moins de maladie coronarienne. L’investigation confirme encore que les données de l’électrocardiogramme e de la radiographie du torax ne distinguent pas les insuffisants cardiaques qui ont une dysfonction systolique ventriculaire de ceux qui ont une fraction d’éjection normale. Face au défi du diagnostique de l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection normale, aux difficultés d’accès à l’échocardiographie dans l’ambulatoire, au prix de l’examen et aux critères encore peu consensuels pour le diagnostique de cette situation, nous avons analysé et publié à l’article 15 – The diagnostic challenge of heart failure with preserved systolic function in primary care setting: an EPICA-RAM substudy - la valeur des peptides natriurétiques du type B, NTproBNP, comme test de triage des malades qui, parmi ceux qui présentent une clinique compatible avec le syndrome, devront confirmer objectivement le diagnostique par échocardiographie. Ainsi, nous avons évalué la performance du test comme prédicteur : du diagnostique d’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection normale, selon les Recommandations internationales, d’hypertrophie ventriculaire gauche et de dilatation de l’auricule gauche. Le NT-proBNP n’à été bon prédicteur que de ce dernier paramètre, ce qui nous fait conclure que le test ne permet pas de trier les malades de façon à diminuer les nécessités d’échocardiographie face à une hypothèse clinique d’insuffisance cardiaque, du moins en ce qui concerne les cas peu évolués, fréquemment asymptomatiques, de TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 320 Résumé 321 l’ambulatoire. Nous avons aussi comparé la performance des peptides natriurétiques du type B - BNP et NT-proBNP – quant au diagnostique de l’insuffisance cardiaque symptomatique à dysfonction ventriculaire systolique et à fraction d’éjection normale, traitée à l’hôpital. Les résultats de cette investigation sont révélés dans l’article 16 – Comparative value of BNP and NT-proBNP for the diagnosis of heart failure. Les deux tests ont démontré une performance excelente et comparable dans le diagnostique du syndrome, mais aucun n’a été capable de distinguer les deux types d’insuffisance cardiaque. Nous avons revu et discuté l’état de l’art quant au rôle des différents examens complémentaires, notamment des peptides natriurétiques et de l’échocardiographie, dans le diagnostique des différents types d’insuffisance et de dysfonction cardiaque, ainsi que les toutes dernières Recommandations internationales. Nous avons analysé les stratégies proposées pour le screening de la dysfonction ventriculaire asymptomatique, qui est au moins aussi fréquente dans l’ambulatoire que l’insuffisance cardiaque symptomatique. Par ailleurs, l’évidence montre que le traitement précoce de la dysfonction ventriculaire asymptomatique, est efficace et diminue les coûts. Le gold standard pour le screening de la dysfonction ventriculaire imposerait la réalisation d’un échocardiogramme à toute la population, ce qui est incomportable. Plusieurs stratégies ont été investiguées, ces dernières années, à la recherche de celle qui sera la plus efficace tout en épargnant le plus possible. Tous affirment que aucun examen isolé ne pourra être suffisant pour ce screening. Par contre, l’électrocardiogramme et/ou les peptides natriurétiques, incorporés ou non en scores cliniques, sont souvent évoqués comme testes efficaces pour le pré-screening des patients à envoyer à l’échocardiographie. Son utilisation diminue le nombre ’échocardiogrammes nécessaires et la dépense, tout en étant au moins aussi efficace que le screening du cancer du sein ou du colle de l’utérus, exige un investissement qui n’est en rien supérieur. Quelques auteurs ont démontré que l'exécution d’un échocardiogramme qualitatif, fait avec un échocardiographe portable, après l’ECG ou la détermination du BNP/ NT-proBNP et avant l’échocardiogramme complet, améliore encore la stratégie pour le screening de la dysfonction cardiaque. Finalement nous terminons avec quelques commentaires concernant les perspectives futures pour la prise en charge de l’insuffisanc e cardiaque. Il est absolument urgent et primordial d’établir d’une définition précise et universelle, ainsi que de critères de diagnostique objectifs, simples et reproductibles, applicables à tout le spectre de l’insuffisance cardiaque, de façon à ce que, dans un futur proche, nous soyons capables de connaître le véritable poids de l’insuffisance cardiaque, d’organiser une prise en charge le plus efficace possible tout en respectant l’inévitable contention des dépenses publiques. Les problèmes de diagnostique de l’ambulatoire exigent que les médecins de famille disposent de programmes de formation continus et que le dialogue avec l’hôpital et les spécialistes soit facilité, tel que nous l’avons fait, de forme programmée, systématiquement,pendant le programme EPICA. Les cliniques d’insuffisance cardiaque et les programmes structurés de prise en charge de l’insuffisance cardiaque ont démontré leur efficacité. Ils permettent une meilleure implémentation des Recommandations de diagnóstique et traitement, améliorent la qualité de vie et la survie des insuffisants cardiaques qui y sont suivis. Dans l’article 17 - Translating Guidelines into clinical practice : benefits of an acute heart failure unit - nous rendons compte de notre expérience en ce qui concerne les gains obtenus quant au diagnostic et traitement des insuffisants cardiaques hospitalisés dans notre service avant et après l’ouverture d’une unité d’insuffisance cardiaque et qui nous a permi d’amelliorer la qualité des soins prêtés à ces malades. Nous défendons que ces unités spécialement vocationnées pour la prise en charge de l’insuffisance cardiaque doivent se multiplier, s’intégrer en programmes plus vastes d’organisation de soins à prêter aux insuffisants cardiaques, qui incluent notamment l´hôpital de jour et adopter des structures variables d’accord avec les nécessités des populations qu’elles servent. Ces programmes de prise en charge de l’insuffisance cardiaque pourront assumer un rôle déterminant dans la formation scientifique des médecins, spécialement des médecins de famille, dans l’interface entre les soins primaires et l’hôpital et dans la référentiation des insuffisants cardiaques. Tous les efforts pour identifier et corriger précocement les facteurs de risque cardiovasculaire et développer TESE3 AF 6/9/08 12:25 PM Page 321 Résumé des stratégies pour le screening de la dysfonction cardiaque doivent être multipliés comme stratégies de prévention. Tout cela est possible, efficace à un pris semblable à celui d’autres programmes déjà en cours, mais exige la collaboration de tous, population, professionnels de santé, investigateurs et pouvoir politique qui viabilise l’évaluation des nécessités, le montage de ces programmes multidisciplinaires, et en contrôle la qualité, de façon à ce que très vite nous puissions contrôler cette épidémie.

Development of a bifunctional CD1d-anti-HER2 scFv fusion molecule to redirect the iNKT cell-mediated immune response to the tumor site

Abstract : Invariant natural killer T lymphocytes (iNKT) are a unique subpopulation of T lymphocytes recognizing glycolipid antigens in the context of the MHC class I-like molecule CD1d. Upon activation with the high affinity ligand α-galactosylceramide (αGalCer), iNKT cells rapidly produce large amounts of the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFN-γ) and potently activate cells of the innate and adaptive immune response, such as dendritic cells (DCs), NK and T cells. In this context, iNKT cells have been shown to efficiently mediate antitumor activity, and recent research has focused on the manipulation of these cells for antitumor therapies. However, a major drawback of αGalCer as a free drug is that a single injection of this ligand leads to a short-lived iNKT cell activation followed by a long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrate here that when αGalCer is loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (αGalCer/sCD1d), repeated injections lead to a sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-γ secretion as well as with DC maturation. Most importantly, when the αGalCer/sCD1d is fused to an anti-HER2 scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established subcutaneous tumors is obtained when systemic treatment is started two to seven days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells, whereas at this time free αGalCer has no effect. The antitumor activity of the sCD1d-anti-HER2 fusion protein is associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK and T cells at the tumor site. Importantly, active T cell immunization combined with the sCD1d-anti-HER2 treatment leads to the accumulation of antigen-specific CD8 T cells exclusively in HER2-expressing tumors, resulting in potent tumor inhibition. In conclusion, sustained activation and tumor targeting of iNKT cells by recombinant αGalCer/sCD1d molecules thus may promote a combined innate and adaptive immune response at the tumor site that may prove to be effective in cancer immunotherapy. RESUME : Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. En revanche, l'étude présentée ici démontre que, si l'αGalCer est chargé sur des molécules récombinantes soluble CD1d (αGalCer/sCDld), des injections répétées aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si on fusionne la molécule αGalCer/sCD1d avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. De plus, une immunisation active combinée avec le traitement sCD1d-anti-HER2 aboutit à une accumulation des lymphocytes T CD8 spécifiques de l'antigène d'immunisation, ceci exclusivement dans des tumeurs qui expriment l'antigène HER2. Cette combinaison résulte dans une activité anti-tumeur accrue. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules recombinantes αGalCer/sCDld conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC : Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Sur un total de 58 millions de décès enregistrés au niveau mondial en 2005, 7,6 millions (soit 13%) étaient dus au cancer. Les principaux traitements de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. Néanmoins, ces traitements nuisent aussi aux cellules normales de notre corps et parfois, ils ne suffisent pas pour éliminer définitivement une tumeur. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches pour la lutte contre le cancer et elle vise à exploiter la spécificité du système immunitaire qui peut distinguer des cellules normales et tumorales. Une cellule exprimant un marqueur tumoral (antigène) peut être reconnue par le système immunitaire humoral (anticorps) et/ou cellulaire, induisant une réponse spécifique contre la tumeur. L'immunothérapie peut s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la prolifération des cellules tumorales exprimant l'antigène. Aujourd'hui, six anticorps monoclonaux non-conjugés sont approuvés en clinique. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements sont souvent combinés avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et exploiter par immunisation active le développement de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. De telles «vaccinations »sont actuellement testées en clinique, mais jusqu'à présent elles n'ont pas abouti aux résultats satisfaisants. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CHM I). Cependant les cellules tumorales sont peu efficace dans la présentation d'antigène, car souvent elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des molécules d'histocompatibilité de classe I, et expriment peu ou pas de molécules d'adhésion et de cytokines costimulatrices. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL spécifiquement dirigés contre des antigènes tumoraux, les régressions tumorales obtenus grâce à ces vaccinations sont relativement rares. Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines CMH I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. Notre groupe de recherche a donc eu l'idée de développer une nouvelle approche thérapeutique où la réponse immunitaire des cellules iNKT serait prolongée et redirigée vers la tumeur par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons produit des molécules récombinantes soluble CD1d (sCD1d) qui, si elles sont chargés avec l'αGalCer (αGalCer/sCDld), aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si la molécule αGalCer/sCD1d est fusionnée avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, la réponse immunitaire est redirigée à la tumeur pour autant que les cellules cancéreuses expriment l'antigène HER2. Les molécules αGalCer/sCDld ainsi présentées activent les lymphocytes iNKT. Avec cette stratégie, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées, même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules récombinantes αGalCer/sCD1d conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer.

Photodynamic therapy : a pathway for enhanced delivery of liposomal doxorubicin to tumors

Abstract Part I : Background : Isolated lung perfusion (ILP) was designed for the treatment of loco-regional malignancies of the lung. In contrast to intravenous (IV) drug application, ILP allows for a selective administration of cytostatic agents such as doxorubicin to the lung while sparing non-affected tissues. However, the clinical results with ILP were disappointing. Doxorubicinbased ILP on sarcoma rodent lungs suggested high overall doxorubicin concentrations within the perfused lung but a poor penetration of the cytostatic agent into tumors. The same holds true for liposomal-encapsulated macromolecular doxorubicin (LiporubicinTM) In specific conditions, low-dose photodynamic therapy (PDT) can enhance the distribution of macromolecules across the endothelial bamer in solid tumors. It was recently postulated that tumor neovessels were more responsive to PDT than the normal vasculature. We therefore hypothesized that Visudyne®-mediated PDT could selectively increase liposomal doxorubicin (LiporubicinTM) uptake in sarcoma tumors to rodent lungs during intravenous (IV) drug administration and isolated lung perfusion (ILP). Material and Methods : A sarcoma tumor was generated in the left lung of Fisher rats by subpleural injection of a sarcoma cell ,suspension via thoracotomy. Ten days later, LiporubicinTM is administered IV or by single pass antegrade ILP, with or without Visudyne® -mediated low-dose PDT pre-treatment of the sarcoma bearing lung. The drug concentration and distribution were assessed separately in tumors and lung tissues by high pressure liquid chromatography (HPLC) and fluorescence microscopy (FNI~, respectively. Results : PDT pretreatment before IV LiporubicinTM administration resulted in a significantly higher tumor drug uptake and tumor to lung drug ratio compared to IV drug injection alone without affecting the blood flow and drug distribution in the lung. PDT pre-treatment before LiporubicinTM-based ILP also resulted in a higher tumor drug uptake and a higher tumor to lung drug ratio compared to ILP alone, however, these differences were not significant due to a heterogeneous blood flow drug distribution during ILP which was further accentuated by PDT. Conclusions : Low-dose Visudyne®-mediated PDT pre-treatment has the potential to selectively enhance liposomal encapsulated doxorubicin uptake in tumors but not in normal lung tissue after IV drug application in a rat model of sarcoma tumors to the lung which opens new perspectives for the treatment of superficially spreading chemoresistant tumors of the chest cavity such as mesothelioma or malignant effusion. However, the impact of PDT on macromolecular drug uptake during ILP is limited since its therapeutic advantage is circumvented by ILP-induced heterogeneicity of blood flow and drug distribution Abstract Part II Background : Photodynamic therapy (PDT) with Visudyne® acts by direct cellular phototoxicity and/or by an indirect vascular-mediated effect. Here, we demonstrate that the vessel integrity interruption by PDT can promote the extravasation of a macromolecular agent in normal tissue. To obtain extravasation in normal tissue PDT conditions were one order of magnitude more intensive than the ones in tissue containing neovessels reported in the literature. Material and Methods : Fluorescein isothiocyanate dextran (FITC-D, 2000kDa), a macromolecular agent, was intravenously injected 10 minutes before (LKO group, n=14) or 2 hours (LK2 group, n=16) after Visudyne® mediated PDT in nude mice bearing a dorsal skin fold chamber. Control animals had no PDT (CTRL group, n=8). The extravasation of FITC-D from blood vessels in striated muscle tissue was observed in both groups in real-time for up to 2500 seconds after injection. We also monitored PDT-induced leukocyte rolling in-vivo and assessed, by histology, the corresponding inflammatory reaction score in the dorsal skin fold chambers. Results : In all animals, at the applied PDT conditions, FITC-D extravasation was significantly enhanced in the PDT treated areas as compared to the surrounding non-treated areas (p<0.0001). There was no FITC-D leakage in the control animals. Animals from the LKO group had significantly less FITC-D extravasation than those from the LK2 group (p = 0.0002). In the LKO group FITC-D leakage correlated significantly with the inflammation (p < 0.001). Conclusions: At the selected conditions, Visudyne-mediated PDT promotes vascular leakage and FITC-D extravasation into the interstitial space of normal tissue. The intensity of vascular leakage depends on the time interval between PDT and FITC-D injection. This concept could be used to locally modulate the delivery of macromolecules in vivo. Résumé : La perfusion cytostatique isolée du poumon permet une administration sélective des agents cytostatiques sans implication de la circulation systémique avec une forte accumulation au niveau du poumon mais une faible pénétration dans les tumeurs. La thérapie photodynamique (PDT) qui consiste en l'application d'un sensibilisateur activé par lumière laser non- thermique d'une longueur d'onde définie permet dans certaines conditions, une augmentation de la pénétration des agents cytostatiques macromoléculaires à travers la barrière endothéliale tumorale. Nous avons exploré cet avantage thérapeutique de la PDT dans un modèle expérimental afin d'augmenter d'une manière sélective la pénétration tumorale de la doxorubicin pegylée, liposomal- encapsulée macromoléculaire (Liporubicin). Une tumeur sarcomateuse a été générée au niveau du poumon de rongeur suivie d'administration de Liporubicin, soit par voie intraveineuse soit par perfusion isolée du poumon (ILP). Une partie des animaux ont reçus un prétraitement de la tumeur et du poumon sous jacent par PDT avec Visudyne comme photosensibilisateur. Les résultats ont démontrés que la PDT permet, sous certaines conditions, une augmentation sélective de Liporubicin dans les tumeurs mais pas dans le parenchyme pulmonaire sous jacent. Après administration intraveineuse de Liporubicin et prétraitement par PDT, l'accumulation dans les tumeurs était significative par rapport au poumon, et aux tumeurs sans PDT. Le même phénomène est observé après ILP du poumon. Cependant, les différences avec ou sans PDT n'étaient pas significatives lié à und distribution hétérogène de Liporubicin dans le poumon perfusé après ILP. Dans une deuxième partie de l'expérimentation, nous avons exploré la microscopie intra-vitale pour déterminer l'extravasion des substances macromoléculaires (FITS) à travers la barrière endothéliale avec ou sans Visudyne-PDT au niveau des chambres dorsales des souris nues. Les résultats montrent qu'après PDT, l'extravasion de FITS a été augmentée de manière significative par rapport au tissu non traité. L'intensité de l'extravasion de FITS dépendait également de l'intervalle entre PDT et injection de FITS. En conclusion, les expérimentations montrent que la PDT est capable, sous certaines conditions, d'augmenter de manière significative l'extravasion des macromolécules à travers la barrière endothéliale et leur accumulation dans des tumeurs mais pas dans le parenchyme pulmonaire. Ces résultats permettent une nouvelle perspective de traitement pour des tumeurs superficielles intrathoraciques chimio-résistent comme l'épanchement pleural malin ou le mésothéliome pleural.

Chemotherapy induces tumor metastasis and dormancy

Chemotherapy is widely used as a systemic treatment modality in cancer patients and provides survival benefits for a significant fraction of treated patients H However, some patients suffer from cancer relapse and rapidly progress to metastasis, suggesting that following chemotherapy their residual tumor developed a more aggressive phenotype 4 5. Although some molecular mechanisms involved in chemo-resistance and chemotherapy-induced metastatic relapse have been reported, more investigations and understanding of these processes are necessary before any translation into the clinic might be considered. By using the syngeneic metastatic 4T1 murine breast cancer model, we observed that chemotherapy treatment and selection of chemotherapy-resistant cancer cells in vitro can induces two opposite phenotypes: a dormant one and a relapsing-metastatic one. Previous studies in our laboratory demonstrated that irradiation of mammary gland promotes tumor metastasis, at least in part, by inducing the recruitment of CD11b+ cells to both the primary tumor and the lungs at a pre-metastatic stage. In this study we found that CD11b+ cells may also play important roles in chemotherapy-induced tumor metastasis and dormancy in vivo. Tumor cells expressing the stem cell marker Sca-1 were enriched by chemotherapy treatment in vitro, as well as in tumor metastasis in vivo. Furthermore, tumor-derived CD11b+ cells were capable to maintain and expand this population in vitro. These results suggest that the expansion of a tumor cell population with stem cell features might be a mechanism by which chemotherapy induces metastasis. On the other hand, the same drug treatment in vitro generated resistant cells with a dormant phenotype. Dormant tumor cells were able to induce an in vivo immune- inflammatory response in the draining lymph node, which is normally absent due to the immunosuppressive effects of tumor-recruited myeloid derived- suppressor cells (MDSCs). Genome-wide gene expression analysis revealed the enrichment of invasion and metastasis-related genes in the relapsing metastatic tumor cells and immune response-related genes in the dormant tumor cells. Interestingly, CD11b+ cells derived from the microenvironment of growing-metastatic tumors, but not CD11b+ cells derived from the spleen of tumor-free mice, were able to instigate outgrowth of dormant tumor cells in vivo. Also, dormant cells formed growing and metastatic tumors when injected into immune-compromised NGS mice. These results point to a role of chemotherapy in enabling treated tumor cells to acquire immune response-inducing capabilities, while impairing the recruitment of CD11b+ cells and their differentiation into an immune-suppressive cell. The molecular mechanisms underneath these effects are being further investigated. In conclusion, results obtained in this model indicate that chemotherapy can induce a dormant phenotype in cancer cells and that this state of dormancy can be broken by MDSCs educated by relapsing tumors. Understanding the mechanism beyond these effects, in particular unraveling the genetic or epigenetic determinants of dormancy vs relapse, might open the way to therapies aimed and maintaining residual cells escaping chemotherapy in a state of sustained dormancy. - La chimiothérapie est un traitement systémique largement utilisé chez les patients cancéreux qui donne un avantage de survie significatif pour une bonne partie de patients traités (1-3). Cependant, certains patients souffrent d'une rechute et progressent ensuite vers la métastase. Ceci suggère que leur tumeur résiduelle a développé un phénotype agressif suite à la chimiothérapie (4-5). Bien que certains mécanismes moléculaires impliqués dans la chimiorésistance et la rechute métastatique ont été identifiés, d'avantage d'études sont nécessaires afin de mieux comprendre ce phénomène et de développer des nouvelles thérapies cliniques. En utilisant un modèle syngénique de cancer du sein métastatique chez la sourie (4T1), nous avons observé que la sélection des cellules cancéreuses résistantes à la chimiothérapie in vitro peut induire deux phénotypes opposés: un phénotype de dormance et un phénotype de progression métastatique. Une étude précédente issue de notre laboratoire a démontré que l'irradiation de la glande mammaire favorise la métastase de tumeurs recourants suite au recrutement de cellules CD11b+ dans la tumeur primaire et dans les poumons pré-métastatiques. Dans notre étude nous avons constaté que les cellules CD11b+ peuvent également jouer un rôle important dans la formation de métastases induites par la chimiothérapie ainsi que dans le maintien de la dormance in vivo. Nous avons également observé un enrichissement de cellules tumorales exprimant le marqueur de cellule souche Sca-1 parmi les cellules tumorales résistantes à la chimiothérapie et dans les cellules qui on formé des métastases in vivo. Des cellules CD11b+ dérivées du microenvironnement tumorale favorisent l'expansion de la population de cellules tumorales Sca-1+ in vitro. Ces résultats suggèrent que l'expansion d'une population de cellules tumorales avec des caractéristiques de cellules souches pourrait constituer un mécanisme par lequel la chimiothérapie induit des métastases dans des tumeurs récurrentes. D'autre part le même traitement de chimiothérapie peut générer des cellules résistantes avec un phénotype dormant. Les expériences in vivo indiquent que les cellules tumorales dormantes induisent une réponse immunitaire inflammatoire dans le ganglion lymphatique de drainage, qui est normalement réprimée par des cellules myéloïdes suppressives de tumeur (MDSC). Une analyse d'expression de gènes a révélé l'enrichissement de gènes liés à l'invasion et à la métastase dans les cellules tumorales récurrentes et des gènes liés à la réponse immunitaire dans les cellules tumorales dormantes. Les cellules CD11b+ issues du microenvironnement des tumeurs récurrents ont incité la croissance des cellules tumorales dormantes in vivo, tandis que les cellules CD11b+ dérivées de la rate de souris non porteuses de tumeur ne l'étaient pas. Les mécanismes moléculaires sous-jacents restent à découvrir. En conclusion, les résultats obtenus dans ce modèle indiquent que la chimiothérapie pourrait favoriser non seulement l'induction d'une dormance cellulaire, mais également que les cellules dormantes seraient adroits de induire une réponse immunitaire capable les maintenir dans un état de dormance prolongé. Un déséquilibre dans cette réponse immunitaire pourrait des lors briser cet état de dormance et induire une progression tumorale. Comprendre les mécanismes responsables de ces effets, en particulier l'identification des déterminants génétiques ou épigénétiques liés à la dormance vs la rechute, pourraient ouvrir la voie à des nouvelles thérapies visant le maintien d'un état de dormance permanente des cellules résiduelles après chimiothérapie.

Evaluation of tumor vascularisation in two rat sarcoma models for studying isolated lung perfusion : Injection route determines the origin of tumour vessels

Résumé Introduction: La perfusion isolée cytostatique du poumon est une technique attractive qui permet l'administration des doses élevées d'un agent cytostatique tout en épargnant dans la mesure du possible la circulation systémique. Cependant, la perfusion de l'artère pulmonaire risque d'épargner le territoire pulmonaire vascularisé par l'intermédiaire des artères bronchiques, ce qui pourrait diminuer l'efficacité de ce traitement au cas où la lésion ciblée est vascularisée par les artères bronchiques. Ce travail est destiné au développement d'un modèle tumoral au niveau des poumons de rongeur (rat) porteur d'un sarcome pulmonaire afin de déterminer si la voie d'injection des cellules tumorales (intraveineuse, versus intratumorale) influencera la vascularisation des tumeurs (provenant du système artères pulmonaires ou artères bronchiques). Méthod: Des tumeurs de sarcomes pulmonaires ont été générées par injection d'une suspension cellulaire de sarcome, soit par injection intraveineuse, soit directement dans le parenchyme pulmonaire par thoracotomie. Ensuite, une perfusion isolée du poumon porteur de la tumeur à l'aide de l'encre a été effectuée, soit par l'artère pulmonaire, soit par le système des artères bronchiques. La distribution de l'encre dans les vaisseaux tumoraux ainsi que dans les vaisseaux non tumoraux du poumon adjacent a été investiguée à l'aide d'une analyse histologique des poumons perfusés. Résultat: L'administration intraveineuse et intratumorale de la suspension de cellules tumorales résulte en des tumeurs similaires sur le plan histologique. Néanmoins, l'injection intra-parenchymateuse démontre des tumeurs plus homogènes et avec un développement plus prédictible, était associée à une survie plus longue qu'après injection intraveineuse. Les analyses histologiques après perfusion isolée à l'aide de l'encre démontre que les tumeurs résultant de l'injection intraveineuse ont développé une vascularisation se basant sur le système d'artères pulmonaires tandis que les tumeurs émergeant après injection intraparenchymateuse ont développé une vascularisation provenant du système des artères bronchiques. Conclusion: Ce travail démontre pour la première fois l'importance du mode de génération de tumeurs pulmonaires en ce qui concerne leur future vascularisation, ce qui pourrait avoir un impact sur leur traitement par perfusion isolée du poumon. Abstract Isolated cytostatic lung perfusion (ILP) is an attractive technique allowing delivery of a high-dose of cytostatic agents to the lungs while limiting systemic toxicity. In developing a rat model of ILP, we have analysed the effect of the route of tumour cell injection on the source of tumour vessels. Pulmonary sarcomas were estab¬lished by injecting a sarcoma cell suspension either by the intravenous (i.v.) route or directly into the lung paren¬chyma. Ink perfusion through either pulmonary artery (PA) or bronchial arteries (BA) was performed and the characteristics of the tumour deposits defined. i.v. and direct injection methods induced pulmonary sarcoma nodules, with similar histological features. The intraparenchymal injection of tumour cells resulted in more reli¬able and reproducible tumour growth and was associat¬ed with a longer survival of the animals. i.v. injected tumours developed a PA-derived vascular tree whereas directly injected tumours developed a BA-derived vasculature.

Characterization of tumor antigen specific CD8+ T cells and semi-invariant Vα24/Vβ11 NKT cells in tumor invaded liver

Summary: Detailed knowledge on tumor antigen expression and specific immune cells is required for a rational design of immunotherapy for patients with tumor invaded liver. In this study, we confirmed that Cancer/Testis (CT) tumor-associated antigens are frequently expressed in hepatocellular carcinoma (HCC) and searched for the presence of CD8+ T cells specific for these antigens. In 2/10 HLA-A2+ patients with HCC, we found that MAGE-A10 and/or SSX-2 specific CD8+ T cells naturally responded to the disease, since they were enriched in tumor lesions but not in non-tumoral liver. Isolated T cells specifically and strongly killed tumor cells in vitro, suggesting that these CTL were selected in vivo for high avidity antigen recognition, providing the rational for specific immunotherapy of HCC, based on immunization with CT antigens such as MAGE-Al 0 and SSX-2. Type 1 NKT cells express an invariant TCR α chain (Vα24.1α18, paired with Vβ11 in human) and share a specific reactivity to αGalactosylceramide (αGC) presented by CD1d. These cells can display paradoxical immuno-regulatory properties including strong anti-tumor effects upon αGC administration in murine models. To understand why NKT cells were not sufficiently protective against tumor development in patients with tumor invaded liver, we characterized the diversity of Vα24/Vβ11 NKT cells in healthy donors (HD) and cancer patients: NKT cells from HD and patients were generally diverse in terms of TCR β chain (Vβ11) variability and NKT cells from HD showed a variable recognition of αGC loaded CD 1 d multimers. Vα24/ Vβ11 NKT cells can be divided in 3 populations, the CD4, DN (CD4-/CD8-) and CD8 NKT cell subsets that show distinct ability of cytokine production. In addition, our functional analysis revealed that DN and CD8 subsets displayed a higher cytolytic potential and a weaker IFNγ release than the CD4 NKT cell subset. NKT cell subsets were variably represented in the blood of HD and cancer patients. However, HD with high NKT cell frequencies displayed an enrichment of the DN and CD8 subsets, and few of them were suggestive of an oligoclonal expansion in vivo. Comparable NKT cell frequencies were found between blood, non-tumoral liver and tumor of patients. In contrast, we identified a gradual enrichment of CD4 NKT cells from blood to the liver and to the tumor, together with a decrease of DN and CD8 NKT cell subsets. Most patient derived NKT cells were unresponsive upon αGalactosylceramide stimulation ex vivo; NKT cells from few patients displayed a weak responsiveness with different cytokine polarization. The NKT cell repertoire was thus different in tumor tissue, suggesting that CD4 NKT cells infiltrating tumors may be detrimental for protection against tumors and instead may favour the tumor growth/recurrence as recently reported in mice. Résumé en français scientifique : Afin de développer le traitement des patients porteurs d'une tumeur dans le foie par immunothérapie, de nouvelles connaissances sont requises concernant l'expression d'antigènes par les tumeurs et les cellules immunitaires spécifiques de ces antigènes. Nous avons vérifié que des antigènes associés aux tumeurs, tels que les antigènes « Cancer-Testis » (CT), sont fréquemment exprimés par le carcinome hepatocéllulaire (CHC). La recherche de lymphocytes T CD8+ spécifiques (CTL) de ces antigènes a révélé que des CTL spécifiques de MAGE-A10 et/ou SSX-2 ont répondu naturellement à la tumeur chez 2/10 patients étudiés. Ces cellules étaient présentes dans les lésions tumorales mais pas dans le foie adjacent. De plus, ces CTL ont démontré une activité cytolytique forte et spécifique contre les cellules tumorales in vitro, ce qui suggère que ces CTL ont été sélectionnés pour une haute avidité de reconnaissance de l'antigène in vivo. Ces données fournissent une base pour l'immunothérapie spécifique du CHC, en proposant de cibler les antigènes CT tels que MAGE-A10 ou SSX-2. Les cellules NKT de type 1 ont une chaîne α de TCR qui est invariante (chez l'homme, Vα24Jα18, apparié avec Vβ11) et reconnaissent spécifiquement l'αGalactosylceramide (αGC) présenté par CD1d. Ces cellules ont des propriétés immuno¬régulatrices qui peuvent être parfois contradictoires et leur activation par l'αGC induit une forte protection anti-tumorale chez la souris: Afin de comprendre pourquoi ces cellules ne sont pas assez protectrices contre le développement des tumeurs dans le foie chez l'homme, nous avons étudié la diversité des cellules NKT Vα24/Vβ11 d'individus sains (IS) et de patients cancéreux. Les cellules NKT peuvent être sous-divisées en 3 populations : Les CD4, DN (CD4- /CD8-) ou CDS, qui ont la capacité de produire des cytokines différentes. Nos analyses fonctionnelles ont aussi révélé que les sous-populations DN et CD8 ont un potentiel cytolytique plus élevé et une production d'IFNγ plus faible que la sous-population CD4. Ces sous-populations sont représentées de manière variable dans le sang des IS ou des patients. Cependant, les IS avec un taux élevé de cellules NKT ont un enrichissement des sous- populations DN ou CDS, et certains suggèrent qu'il s'agit d'une expansion oligo-clonale in vivo. Les patients avaient des fréquences comparables de cellules NKT entre le sang, le foie et la tumeur. Par contre, la sous-population CD4 était progressivement enrichie du sang vers le foie et la tumeur, tandis que les sous-populations DN ou CD8 était perdues. La plupart des cellules NKT des patients ne réagissaient pas lors de stimulation avec l'αGC ex vivo et les cellules NKT de quelques patients répondaient faiblement et avec des polarisations de cytokines différentes. Ces données suggèrent que les cellules NKT CD4, prédominantes dans les tumeurs, sont inefficaces pour la lutte anti-tumorale et pourraient même favoriser la croissance ou la récurrence tumorale. Donc, une mobilisation spécifique des cellules NKT CD4 négatives par immunothérapie pourrait favoriser l'immunité contre des tumeurs chez l'homme. Résumé en français pour un large public Au sein des globules blancs, les lymphocytes T expriment un récepteur (le TCR), qui est propre à chacun d'entre eux et leur permet d'accrocher de manière très spécifique une molécule appelée antigène. Ce TCR est employé par les lymphocytes pour inspecter les antigènes associés avec des molécules présentatrices à la surface des autres cellules. Les lymphocytes T CD8 reconnaissent un fragment de protéine (ou peptide), qui est présenté par une des molécules du Complexe Majeur d'Histocompatibilité de classe I et tuent la cellule qui présente ce peptide. Ils sont ainsi bien adaptés pour éliminer les cellules qui présentent un peptide issu d'un virus quand la cellule est infectée. D'autres cellules T CD8 reconnaissent des peptides comme les antigènes CT, qui sont produits anormalement par les cellules cancéreuses. Nous avons confirmé que les antigènes CT sont fréquemment exprimés par le cancer du foie. Nous avons également identifié des cellules T CD8 spécifiques d'antigènes CT dans la tumeur, mais pas dans le foie normal de 2 patients sur 10. Cela signifie que ces lymphocytes peuvent être naturellement activés contre la tumeur et sont capables de la trouver. De plus les lymphocytes issus d'un patient ont démontré une forte sensibilité pour reconnaître l'antigène et tuent spécifiquement les cellules tumorales. Les antigènes CT représentent donc des cibles intéressantes qui pourront être intégrés dans des vaccins thérapeutiques du cancer du foie. De cette manière, les cellules T CD8 du patient lui-même pourront être induites à détruire de manière spécifique les cellules cancéreuses. Un nouveau type de lymphocytes T a été récemment découvert: les lymphocytes NKT. Quand ils reconnaissent un glycolipide présenté par la molécule CD1d, ils sont capables, de manière encore incomprise, d'initier, d'augmenter, ou à l'inverse d'inhiber la défense immunitaire. Ces cellules NKT ont démontré qu'elles jouent un rôle important dans la défense contre les tumeurs et particulièrement dans le foie des souris. Nous avons étudié les cellules NKT de patients atteints d'une tumeur dans le foie, afin de comprendre pourquoi elles ne sont pas assez protectrice chez l'homme. Les lymphocytes NKT peuvent être sous-divisés en 3 populations: Les CD4, les DN (CD4-/CD8-) et les CD8. Ces 3 classes de NKT peuvent produire différents signaux chimiques appelés cytokines. Contrairement aux cellules NKT DN ou CDS, seules les cellules NKT CD4 sont capables de produire des cytokines qui sont défavorables pour la défense anti-tumorale. Par ailleurs nous avons trouvé que les cellules NKT CD4 tuent moins bien les cellules cancéreuses que les cellules NKT DN ou CD8. L'analyse des cellules NKT, fraîchement extraites du sang, du foie et de la tumeur de patients a révélé que les cellules NKT CD4 sont progressivement enrichies du sang vers le foie et la tumeur. La large prédominance des NKT CD4 à l'intérieur des tumeurs suggère que, chez l'homme, ces cellules sont inappropriées pour la lutte anti-tumorale. Par ailleurs, la plupart des cellules NKT de patients n'étaient pas capables de produire des cytokines après stimulation avec un antigène. Cela explique également pourquoi ces cellules ne protègent pas contre les tumeurs dans le foie.

Distribution of free and liposomal doxorubicin after isolated lung perfusion in a sarcoma model

Rapport de synthèse : Introduction : La perfusion isolée du poumon à l'aide de Doxorubicine libre et une nouvelle forme de Doxorubicine liposomale pégylée (Liporubicine) est comparé en terme de pénétration et accumulation de Doxorubicine dans le tissu tumoral et pulmonaire dans un modèle de rats porteurs de tumeur sarcomateuse au niveau du poumon gauche. Matériel et méthode : Une tumeur sarcomateuse unique a été générée dans le poumon gauche de 39 Fischer rats, suivi 10 jours plus tard, par une perfusion isolée du poumon gauche (n =36) avec Doxorubicine libre (n=18) et Liporubicine (n=18) à une dose de 100 µg (n=9) et 400 µg (n=9) pour chaque formulation de Doxorubicine. Dans chaque poumon perfusé, la concentration de l'agent cytostatique et sa distribution ont été investiguées dans la tumeur et trois parties du poumon normal par HLPC (n=6) et par microscopie de florescence (n=3). Des analyses histologiques et inmunohistochimiques (facteur von Willebrand) ont été effectuées sur trois animaux non traités. Résultats : Les tumeurs sarcomateuses dans les animaux de contrôle démontraient une bonne vascularisation avec de fines branches capillaires qui étaient présentes partout dans les tumeurs. La perfusion isolée du poumon démontrait une distribution de l'agent cytostatique d'une manière hétérogène dans le poumon perfusé et une concentration de Doxorubicine inférieure dans les tumeurs par rapport au tissu pulmonaire sein pour les deux formulations de Doxorubicine et les deux doses appliquées. La perfusion isolée du poumon avec Doxorubicine libre démontrait une concentration significativement plus élevée que Liporubicine dans la tumeur et le parenchyme pulmonaire pour les deux doses appliquées (p < 0,01). Néanmoins, le coefficient de concentration tumorale et pulmonaire était plus bas pour Doxorubicine libre que pour Liporubicine pour une dose de 100 µg (0.27 ± 0.1 vs 0.53 ± 0.5, p=0.23) tandis qu'il était similaire pour les deux formulations de Doxorubicine à une dose de 400 µg (0.67 ± 0.2 vs 0.54 ± 0.2, p=0.34). Les deux formulations de Doxorubicine émergeaient un signal de fluorescence provenant de tous les compartiments du parenchyme pulmonaire mais seulement un signal sporadique et faible émergeant des tumeurs, provenant de la périphérie de la tumeur et des vaisseaux situés à l'intérieur de la tumeur, pour les deux doses appliquées. Conclusion : La perfusion isolée du poumon démontrait une distribution hétérogène de la Doxorubicine et sa forme liposomale dans le poumon perfusé et une accumulation plus faible dans la tumeur que dans le tissu parenchymateux adjacent pour les deux formulations de Doxorubicine et les deux doses appliquées.

Molecular mechanisms and effects of a rasgap-derived peptide on metastatic progression

Cancer is the second leading cause of mortality worldwide. Cancer progression leads to metastasis formation, which accounts for more than ninety percent of cancer-related death. Metastases are more difficult to be surgically removed because of their invasive behavior and shape. In addition, during their transformation journey, they become more and more resistant to anticancer drugs. Significant improvements have been achieved in therapy against cancer in recent years but targeting the metastatic cascade remains the Achilles heel of the cure against cancer. A First step in the metastatic process is the escape of cancer cells from the primary tumor site. This involves an increase in cell motility and the concomitant ability to clear a path through the extracellular matrix. From a therapeutic point of view, inhibition of cell migration is a logical approach to develop anti-metastatic drugs. Our lab previously developed a cell permeable peptide derived from a caspase-3-generaied fragment of the RasGAP protein called TAT-RasGAP317-326. This peptide efficiently and specifically sensitizes cancer cells to chemotherapy- and radiotherapy-induced ceil death, which allows decreasing the anticancer drug doses and eventually their associated side- effects. In the present study we discovered that TAT-RasGAP317.326 also increases cell adhesion which was associated with inhibition of cell migration and invasion into the extracellular matrix. The ability of TAT-RasGAP317.326 to increase ceil adhesion involves the dramatic depolymerization of actin cytoskekton together with redistribution of focal adhesions. We found that the inhibitory effects on migration were mediated by a RhoGAP tumor and metastasis suppressor cailed DLC1 (Deleted in Liver Cancer 1). Moreover. DEC 1 was found to be a direct RasGAP-interacting protein and this interaction requires the RasGAP tryptophan 317 residue, the very first RasGAP residue of TAT-RasGAP317.326. We then evaluated the roie of RasGAP fragments in the in vivo metastatic cascade. We found that breast cancer cells overexpressing the parental RasGAP fragment, to which the TAT-RasGAP317.326 peptide belongs, have a markedly decreased ability to form lung metastases. Unfortunately, we were not able to recapitulate these an ti-metastatic effects when TAT-RasGAP317.326 was injected. However, we later understood that this was due to the fact that TAT-RasGAP317.326 was not properly delivered to the primary tumors. Further work, aimed at better understanding of how TAT-RasGAP317.326 functions, revealed that the ten amino acid TAT-RasGAP317.326 peptide could, be narrowed down to a three amino acid TAT-RasGAP317.329 peptide while keeping its sensitizer activity. In parallel, investigations on the RasGAP-DLCl binding indicated that the arginine linger of the DLC1 GAP domain is required for this interaction, which suggests that TAT-RasGAP317.326 modulates the GAP activity of DLC1. Additional work should be performed to fully elucidate its mechanism of action and render TAT-RasGAP317.326 usable as a tool to fight cancer on two fronts, by improving chemotherapy and preventing metastatic progression. - Le cancer est la deuxième cause de mortalité dans le monde. La formation de métastases est la dernière étape de la progression cancéreuse et représente plus du nonante pour cent des morts induites par le cancer. De par leur morphologie et comportement invasifs, ii est difficile d'avoir recours à la chirurgie pour exciser des métastases. De plus, les cellules cancéreuses en progression deviennent souvent de plus en plus résistantes aux drogues anticancéreuses. Ces dernières années, des avancements significatifs ont contribué à l'amélioration de la lutte contre le cancer. Néanmoins, pouvoir cibler spécifiquement la cascade métastatique demeure cependant le talon d'Achille des thérapies anticancéreuses. Une première étape dans ie processus métastatique est l'évasion des cellules cancéreuses du site de la tumeur primaire. Ceci requiert une augmentation de la motiliié cellulaire couplée à la capacité de se frayer un chemin au sein de la matrice extracelluiaire. D'un point de vue thérapeutique, inhiber la migration cellulaire est une approche attrayante. Notre laboratoire a développé un peptide, nommé TAT-RasGAP317.326 dérivé d'un fragment qui est lui-même le résultat du clivage de la protéine RasGAP par la caspase-3. Ce peptide est capable de pénétrer les cellules cancéreuses et de les sensibiliser spécifiquement à la mort induite par la radiothérapie et la chimiothérapie. La finalité des effets de ce peptide est de pouvoir diminuer les doses des traitements anti-cancéreux et donc des effets secondaires qu'ils engendrent. Dans cette étude, nous avons découvert que TAT-RasGAP317.326 augmente l'adhésion des cellules et inhibe la migration cellulaire ainsi que l'invasion des cellules à travers une matrice extracellulaire. La capacité de TAT-RasGAP317.326 à induire l'adhésion repose sur ia dépolymérisation du cytosquelette d'actine associée à une redistribution des points d'ancrage cellulaire. Nous avons découvert que l'inhibition de ia migration par TAT-RasGAP317.326 nécessitait la présence d'un suppresseur de tumeur et de métastases appelé DLC1 (Deleted in Liver Cancer l), qui par ailleurs s'avère aussi être une protéine RhoGAP. De plus, nous avons aussi trouvé que DLC1 était un partenaire d'interaction de RasGAP et que cette interaction s'effectuait via l'acide aminé tryptophane 317 de RasGAP. qui s'avère être le premier acide aminé du peptide TAT-RasGAP317.326. Nous avons ensuite évalué le rôle joué par certains fragments de RasGAP dans le processus de métastatisation. Dans ce contexte, des cellules de cancer du sein qui sur-expriment un fragment de RasGAP contenant la séquence TAT-RasGAP317.326 ont vu leur potentiel métastatique diminuer drastiquerment. Malheureusement, aucun effet anti-métastatique n'a été obtenu après injection de TAT-RasGAP317.326 dans les souris. Cependant, nous avons réalisé rétrospectivement que TAT-RasGAP317.326 n'était pas correctement délivré à la tumeur primaire, ce qui nous empêche de tirer des conclusions sur le rôle anti-métastatique de ce peptide. La suite de cette étude visant à mieux comprendre comment TAT-RasGAP317.326 agit, a mené à la découverte que les dix acides aminés de TAT-RasGAP317.326 pouvaient être réduits à trois acides aminés, TAT-RasGAP317.329, tout en gardant l'effet sensibilisateur à la chimiothérapie. En visant à élucider le mode d'interaction entre RasGAP et DLC1, nous avons découvert qu'un acide aminé nécessaire à l'activité GAP de DLC1 était requis pour lier RasGAP, ce qui laisse présager que TAT-RasGAp317.32c, module i'activité GAP de DLC1. Des travaux supplémentaires doivent encore être effectués pour complètement élucider les mécanismes d'action de TAT-RasGAP317.326 et afin de pouvoir l'utiliser comme un outil pour combattre le cancer sur deux fronts, en améliorant les chimiothérapies et en inhibant la formation de métastases.

New human kallikrein 14: enzymatic characterization and inhibitors development.

RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC En biologie, si une découverte permet de répondre à quelques questions, en général elle en engendre beaucoup d'autres. C'est ce qui s'est produit récemment dans le monde des kallicréines. De la famille des protéases, protéines ayant la faculté de couper plus ou moins spécifiquement d'autres protéines pour exercer un rôle biologique, la famille des kallicréines humaines n'était composée que de 3 membres lors du siècle dernier. Parmi eux, une kallicréine mondialement utilisée pour détecter le cancer de la prostate, le PSA. En 2000, un chercheur de l'hôpital universitaire Mont Sinaï à Toronto, le Professeur Eleftherios Diamandis, a découvert la présence de 12 nouveaux gènes appartenant à cette famille, situés sur le même chromosome que les 3 premières kallicréines. Cette découverte majeure a placé les spécialistes des kallicréines face à une montagne d'interrogations car les fonctions de ces nouvelles protéases étaient totalement inconnues. La kallicréine humaine 14 (hK14) présente un intérêt particulier, car elle se retrouve associée à différents cancers, notamment les carcinomes ovariens et mammaires. Cette association ne répond cependant pas à la fonction de cette protéase. L'objectif de ce travail de thèse était donc de découvrir, dans un premier temps, la spécificité de cette nouvelle kallicréine, c'est-à-dire le type de coupure qu'elle engendre au niveau des protéines qu'elle cible. Utilisant une technologie de pointe qui exploite la propriété des bactériophages à se répliquer dans les bactéries à l'infini, des dizaines de millions de combinaisons protéiques aléatoires ont été présentées à hK14, qui a pu sélectionner celles qui lui étaient favorables pour la coupure. Cette technique qualitative porte le nom de Phage Display Substrate. Une fois la sélection réalisée, il fallait transférer ces séquences coupées ou substrats dans un système permettant de donner une valeur quantitative à l'efficacité de coupure. Pour cela nous avons développé une technologie qui permet d'évaluer cette efficacité en utilisant des protéines fluorescentes de méduse, modifiées génétiquement, dont l'excitation de la première (CFP : cyan fluorescent protein) par la lumière à une certaine longue d'onde permet le transfert d'énergie à la seconde (YFP : yellow fluorescent protein), via un substrat qui les lie. Pour que ce transfert d'énergie se produise, il faut que les deux protéines fluorescentes soient proches, comme c'est le cas lorsqu'elles sont liées par un substrat. La coupure de ce lien provoque un changement de transfert d'énergie qui est quantifiable en utilisant un spectrofluoromètre. Cette technologie permet donc de suivre la réaction d'hydrolyse (coupure) des protéases. Afin de poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre la fonction biologique d'hK14 ainsi que son éventuelle implication dans le cancer, nous avons développé des inhibiteurs spécifiques d'hK14. Les séquences qui on été le plus efficacement coupées par hK14 ont été utilisées pour transformer deux types d'inhibiteurs classiques, qui circulent dans notre sang, en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Selon les résultats obtenus in vitro, ils pourront être évalués in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. RESUME Les protéases sont des enzymes impliquées dans des processus physiologiques mais aussi parfois pathologiques. La famille des kallicréines tissulaires humaines représente le plus grand groupe de protéases humaines, dont plusieurs pourraient participer au développement de certaines maladies. D'autre part, ces protéases sont apparues comme des marqueurs de pathogénicité potentiels, notamment dans les cas de cancers hormono-dépendants. La kallicréine humaine 14 a été récemment découverte et son implication dans quelques maladies, particulièrement dans le cas de tumeurs, semble probable. En effet, son expression génique est augmentée au niveau des tissus cancéreux de la prostate et du sein et son expression protéique s'est révélée plus élevée dans le sérum de patientes atteintes d'un cancer du sein ou des ovaires. Cependant, comme c'est le cas pour la plupart des kallicréines, sa fonction est encore inconnue. Afin de mieux connaître son rôle biologique et/ou pathologique, nous avons décidé de caractériser son activité enzymatique. Nous avons tout d'abord mis au point un système de substrats entièrement biologique permettant d'étudier in vitro l'activité des protéases. Ce système est basé sur le phénomène de FRET, à savoir le transfert d'énergie de résonance fluorescente qui intervient entre deux molécules fluorescentes voisines si le spectre d'émission de la protéine donneuse chevauche le spectre d'excitation de la protéine receveuse. Nous avons fusionné de manière covalente une protéine fluorescente bleue (CFP) et une jaune (YFP) en les liant avec diverses séquences. Par clivage de la séquence de liaison, une perte du transfert d'énergie peut être mesurée par un spectrofluoromètre. Cette technologie représente un moyen facile de suivre la réaction d'hydrolyse des protéases. Les conditions optimales de production de ces substrats CFP-YFP ont été déterminées, de même que les paramètres pouvant éventuellement influencer le FRET. Ce système possède une grande résistance à la protéolyse non spécifique et est applicable à un grand nombre de protéase. Contrairement aux substrats fluorogéniques, il permet d'étudier les acides aminés se trouvant des deux côtés du site de clivage. Ce système étant entièrement biologique, il est le reflet des interactions protéine-protéine et représente un outil biologique facile, bon marché et rapide pour caractériser les protéases. Dans un premier temps, hK14 a été mise en présence d' une banque de haute diversité de pentapeptides aléatoires présentée à la surface de phages afin d'identifier des substrats spécifiques. Ensuite, le système CFP-YFP a été employé pour trier les peptides sélectionnés afin d'identifier les séquences de substrats les plus sensibles et spécifiques pour hK14. Nous avons montré, qu'en plus de sa prévisible activité de type trypsine, hK14 possède aussi une très surprenante activité de type chymotrypsine. Les séquences les plus sensibles ont été choisies pour cribler la banque de donnée Swissprot, permettant ainsi l'identification de 6 substrats protéiques humains potentiels pour hK14. Trois d'entre eux, la laminine α-5, le collagène IV et la matriline-4, qui sont des composants de la matrice extracellulaire, ont démontré une grande susceptibilité à l'hydrolyse par hK14. De plus, la séparation éléctrophorétique a montré que la dégradation de la laminine α-5 et de la matriline-4 par hK14 devait se produire aux sites identifiés par la technologie du phage display. Pour terminer, nous avons transformé, par mutagenèse dirigée, deux serpines (inhibiteurs de protéases de type sérine) connues, AAT et ACT (alpha anti-trypsine et alpha anti-chymotrypsine), qui inhibent un vaste éventail d'enzymes humaines en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Ces inhibiteurs pourront être utilisés d'une part pour poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre l'implication d'hK14 dans des voies physiologiques ou dans le cancer et d'autre part pour les évaluer in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. SUMMARY Proteases consist of enzymes involved in physiological events, but also, in case of dysregulation, in pathogenicity. The human tissue kallikrein family represents the largest human protease cluster and includes several members that either could participate in the course of certain diseases or emerged as potential biological markers, especially in hormone dependent cancers. The human kallikrein 14 has been recently discovered and suggested implications in some disorders, particularly in tumors since its gene expression is up-regulated in prostate and breast cancer tissues and its protein expression increased in the serum of patients with breast and ovarian cancers. However, like most kallikreins, its function remains unknown. To better understand hK14 biological and/or pathological role, we decided to characterize its enzymatic activity. First of all, we developped a biological system suitable for in vitro study of protease activity. This system is based on the so-called FRET phenomenon, that is the Fluorescence Resonance Energy Transfer that occurs between two nearby fluorescent proteins if the emission spectrum of the donor overlaps the excitation spectrum of the acceptor. We fused covalently a cyan fluorescent protein (CFP) and a yellow fluorescent protein (YFP) with diverses sequences. Upon cleavage of the linker sequence by protease, the loss of energy transfer can be measured by a spectrofluorometer allowing an easy following of hydrolysis reaction. The optimal conditions to produce in bacterial system these CFP-YFP substrates were determined as well as the parameters that could eventually influence the FRET. This system demonstrated a high degree of resistance to non-specific proteolysis and applicability to various conditions corresponding to a great number of existing proteases. Other avantages are the possibility to study the amino acids located both sides of the cleavage site as well as the interest to work in a full biological system reflecting protein-protein interaction. A phage substrate library with exhaustive diversity was used prior to CFP-substrate-YFP system to isolate specific human kallikrein 14 substrates. After that the CFP-YFP system was used to sort peptides and identify highly sensitive and specific substrate sequences for hK14. We showed that besides its predictable trypsin-like activity, hK14 also possesses a surprising chymotrypsin-like activity. The screening of the Swissprot database was achieved with the most sensitive sequences and allowed the identification of 6 potential human protein substrates for hK14. Three of them, laminin α-5, collagen IV and matrilin-4, which are components of the extracellular matrix were incubated with hK14, by which they were efficiently hydrolyzed. Moreover, electrophoretic separation revealed that degradation of laminin α-5 and matrilin-4 by hK14 generated fragments with identical molecular size than the predicted N-terminal fragments that would result from hK14 specific cleavage, proving the value of phage display substrate to identify potential substrates. Finally, with site-directed mutagenesis, we transformed two well-known serpins (serine protease inhibitors), AAT and ACT (alpha anti-trypsin and alpha anti-chymotrypsin), which inhibit a vast spectrum of human enzymes into highly efficient and specific hK14 inhibitors. These inhibitors will be used to pursue experiments that could help understand hK14 implication in physiological pathways as well as in cancer biology and also to perform their in vivo evalution as potential cancer treatment.

Role of estrogen receptor signaling in mammary gland development

Abstract : Breast cancer incidence rates have increased over the past hundred years, in particular, in Western industrial countries and they continue to rise worldwide. Breast cancer risk has been linked to life exposure to endogenous and exogenous estrogens, and there is increasing concern that exposure to endocrine disruptors which are increasingly accumulating in our environment may also have a role. Using the mouse as model, I have analyzed the physiological role of estrogen signaling in mammary gland development. I have shown that estrogen signaling through the estrogen receptor alpha (ERα) in the mammary epithelium is required for ductal morphogenesis during puberty. Moreover, I have demonstrated that estrogens induce proliferation of mammary epithelial cells through a paracrine mechanism. The presence of estrogen signaling is essential cell intrinsically via ERα or ERβ for the terminal differentiation into milk secreting cells during pregnancy. Furthermore, I have examined how perinatal exposure to the estrogenic plasticizer bisphenol A (BPA) found ubiquitously in consumer goods such as baby bottles formula and beverage containers affects the normal mammary gland development and possibly predispose the mammary gland to tumorigenesis. I have found that C57b16 mice that were exposed, via their drinking water, to several BPA doses ranging from 0.025µg/kg/day to 250µg/kg/day exhibits delayed terminal end bud formation and consequently the ductal outgrowth. Later in life, the mice that were exposed in utero to BPA displayed an increased number of mammary epithelial cells. Acute exposure of 3-week-old mice to BPA can alter gene expression levels of an important estrogen target gene, amphiregulin. Taken together these data are compatible with a scenario in which perinatal BPA exposure may alter mammary gland development by affecting developmental signaling pathways. Résumé : Les taux d'incidence des cancers du sein ont augmenté au cours des cent dernières années en particulier dans les pays industriels occidentaux et ils continuent d'augmenter dans le monde entier. Le risque du cancer du sein a été corrélé à l'exposition au cours de la vie aux oestrogènes endogènes et exogènes. Il y a une préoccupation croissante concernant l'exposition aux perturbateurs endocriniens qui ne cessent de s'accumulent dans notre environnement et qui peuvent également avoir un rôle dans l'augmentation des cancers du sein. En utilisant le modèle de souris, j'ai analysé le rôle physiologique de la voie de signalisation à l'oestrogène dans le développement mammaire. J'ai prouvé que l'oestrogène par l'intermédiaire de son récepteur alpha (ERα) est indispensable dans l'épithélium pour la morphogénèse du système canalaire pendant la puberté. De plus, j'ai démontré que les oestrogènes induisent la prolifération des cellules épithéliales mammaires par un mécanisme paracrine. La présence de la voie de signalisation à l'oestrogène est essentielle de manière intrinsèque à la cellule par l'intermédiaire d'ERα ou ERβ pour la différentiation terminale des cellules épithéliales en cellules sécrétrices de lait pendant la grossesse. En outre, j'ai examiné comment l'exposition périnatale au bisphénol A (BPA), un plastifiant présentant des propriétés ostrogéniques et omniprésent dans divers produits d'usage courant tels que les biberons des bébés et les récipients en plastique, affecte le développement de la glande mammaire et prédispose probablement celle-ci à la tumorigénèse. J'ai constaté que l'exposition périnatale à BPA retarde la formation des bourgeons terminaux et par conséquent la croissance du système canalaire. Plus tard dans la vie, les souris qui ont été exposées dans l'utérus au BPA ont montré un plus grand nombre de cellules épithéliales mammaires. L'exposition aiguë de souris âgées de 3 semaines au BPA perturbe le niveau d'expression d'un gène cible important de l'oestrogène, l'amphiregulin. Ces données sont compatibles avec un scénario dans lequel l'exposition périnatale au BPA peut changer le développement de la glande mammaire en affectant des voies de signalisation développementales.

Drug uptake in a rodent sarcoma model after intravenous injection or isolated lung perfusion of free liposomal doxorubicin /

Rapport de synthèseDrug uptake in a rodent sarcoma model after intravenous injection or isolated lungperfusion of free/liposomal doxorubicinIntroductionLa distribution de doxorubicine libre et doxorubicin liposomale pegylée (Liporubicin?) a été comparée après administration intraveineuse ou application via perfusion isolée du poumon (ILP) dans le parenchyme pulmonaire et dans la tumeur des poumons de rongeurs, porteurs d'une tumeur sarcomateuse.Matériel et méthodeUne tumeur sarcomateuse unique a été générée dans le poumon gauche de 36 rongeurs (Fisher rats) suivie, 10 jours plus tard, par application de doxorubicine ou Liporubicin? soit par perfusion isolée du poumon (n = 20) ou administration intraveineuse (n = 12). Deux différentes concentrations ont été utilisées (100 μg et 400 pg) à doses équimolaires pour les deux formulations de doxorubicine. La concentration des agents cytostatiques ont été mesurées dans la tumeur et le parenchyme pulmonaire à l'aide de chromatographic (HPLC).RésultatsLes résultats indiquent que pour doxorubicine libre, le taux de concentration dans la tumeur et le parenchyme pulmonaire est 3 fois (dosage de 100 μ§) et 10 fois (dosage de 400 plus élevé après ILP par rapport à l'administration intraveineuse. En revanche, pour Liporubicin , le taux de concentration est similaire dans la tumeur et le parenchyme pulmonaire entre ILP et administration intraveineuse, pour les deux doses appliquées.ConclusionPour ILP et administration intraveineuse, le ratio entre accumulation de l'agent cytostatique dans la tumeur versus dans le parenchyme pulmonaire a été comparé pour les deux formulations de doxorubicine ainsi que pour les deux dosages. Pour les deux formulations et dosages de doxorubicine, ILP aboutit à un ratio plus élevé par rapport à l'administration intraveineuse. Cependant, pour les deux formulations et dosages de doxorubicine, ILP résulte également en une distribution de l'agent cytostatique plus hétérogène dans le parenchyme pulmonaire comparé à l'administration intraveineuse.En résumé, l'application de doxorubicine par ILP aboutit donc à une accumulation tumorale élevée et à une augmentation du ratio tumeur-parenchyme pulmonaire, mais en même temps également à une distribution plus hétérogène dans le parenchyme pulmonaire par rapport à l'application intraveineuse. Ceci a été observé pour les deux formulations de doxorubicine et pour les deux dosages appliqué.

Sondage pilote concernant la fréquentation d'une unité mobile de mammographie

En matière de dépistage du cancer du sein, il a été proposé de compléter les moyens techniques actuellement disponibles des praticiens du canton de Vaud par ceux d'une unité mobile de mammographie. Avant de se lancer dans cette aventure, il paraît raisonnable d'estimer le volume et la nature de la demande pour ce nouveau service. La participation des femmes vaudoises peut être évaluée par une enquête de population. Pour préparer cette enquête, un sondage téléphonique pilote a été effectué, permettant d'en estimer la faisabilité, le coût et le rendement.

Immunohistochemical expression of endothelial markers CD31, CD34, von Willebrand Factor and Fli-1 in normal human tissues

Résumé du travail de thèse Introduction : Les différentes cellules endothéliales du lit vasculaire ont de nombreuses similitudes fonctionnelles et morphologiques. Cependant, elles présentent également une importante hétérogénéité structurelle et fonctionnelle qui peut avoir des implications notamment dans l'angiogenèse et le développement des maladies cardio-vasculaires. Peu d'études ont été publiées au sujet de l'expression et de la distribution des marqueurs endothéliaux dans les tissus humain normaux. Objectif : Nous avons étudié l'expression immunohistochimique des marqueurs endothéliaux CD31, CD34, vWF et Fli-1 dans les vaisseaux périphériques du rein, du poumon, de la rate, du foie, du cour et des gros vaisseaux ; incluant l'aorte, la veine cave inférieure, l'artère rénale ainsi que les artères et veines pulmonaires et fémorales. Matériel et méthodes : Les échantillons tissulaires ont été obtenus à partir de matériel d'autopsie et de biopsies. Le matériel a été fixé en formaline et inclus en paraffine. Les coupes de paraffine ont été colorées immunohistochimiquement avec CD31, CD34 et vWF. Les biopsies ont également été colorées immunohistochimiquement avec Fli-1, D2-40 et Lyve-1. Résultats : L'expression immunohistochimique de ces marqueurs est hétérogène dans les différents organes étudiés. Dans le rein, l'endothélium fenêtré des glomérules exprime fortement CD31 et CD34. Par contre, il n'exprime pas ou alors de manière faible et focale vWF. Dans le poumon, les capillaires alvéolaires expriment fortement CD31 et CD34 mais sont habituellement négatifs pour le vWF. L'expression de vWF augmente graduellement avec le calibre vasculaire dans le poumon. Les sinusoïdes de la rate expriment CD31 de manière diffuse mais ils n'expriment pas CD34. Les sinusoïdes du foie expriment CD31 de part et d'autre des lobules. Par contre, CD34 est exprimé seulement dans la région périportale. L'expression de Fli-1 dans les cellules endothéliales est ubiquitaire et ne varie pas suivant le type de vaisseau ou d'organe. Fli-1 est également exprimé dans d'autres types de cellules, essentiellement des lymphocytes. D2-40 est exprimé seulement dans l'endothélium des vaisseaux lymphatiques. L'expression de Lyve-1 dans ce matériel de routine était inconstante et non reproductible. Conclusion : Ces résultats indiquent que l'expression des marqueurs endothéliaux CD31, CD34 et vWF est hétérogène dans le lit vasculaire et qu'elle varie entre différents vaisseaux et différents compartiments anatomiques du même organe. D2-40 ne marque que les cellules endothéliales lymphatiques.

Thérapie par cryoablation percutanée ciblée : comment dois-je faire?

Objectifs: Etudier et décrire étape par étape les aspects techniques de la thérapie par cryoablation percutanée ciblée (CPC). Matériels et méthodes: CPC est réalisée par un : adiologue interventionnel sous guidage échographique et/ou tomodensitométrique. Résultats: CPC est un traitement peu invasif qui utilise un froid extrême pour geler et détruire des tumeurs localisées dans le foie, les reins, la prostate, les poumons, les os, les seins et la peau. L'imagerie est utilisée pour guider le placement d'un ou plusieurs applicateurs à travers la peau jusqu'au site cible et surveiller le processus de congélation. De l'azote liquide ou du gaz d'argon circule au sein d'une aiguille-applicateur (CryoPhobe) créant froid intense au contact de la cible. Une sonde indépendante surveille la température du tissu environnant. Le froid est maintenu pendant au moins 20 minutes suivi d'un dégel actif de la "boule de glace". La procédure est ensuite répétée pour maximiser la destruction tumorale. La procédure dure environ 1 heure et se fait de manière ambulatoire. Conclusion: CPC est un traitement alternatif efficace du cancer chez des patients sélectionnés. Les propriétés destructrices des tissus tumoraux sont bien établies pour le cancer du rein, cependant des investigations supplémentaires sont nécessaires pour déterminer l'efficacité de CPC à long terme dans d'autres indications.

Role of notch signalling in mammary gland

ÁBSTRACT : Mammary gland is composed of two main epithelial cell types, myoepithelial and luminal. The mechanisms involved in determination and maintenance of them remain poorly understood. Notch signaling is known to regulate cell fate determination in other tissues like skin and nervous system. It was also shown that it can act as tumor suppressor or oncogene depending on the tissue type. The mouse models overexpressing active Notch receptors indicated that Notch signaling is oncogenic in the mammary gland. This observation was followed by some descriptive and functional studies in human breast cancer and it was reported that Notch signaling activity or expression of its components are increased in some of the breast tumor samples compared to normal tissue. However, the physiological role of the Notch signaling and its downstream mechanisms in mammary gland is poorly defined. p63, a member of p53 family, has been implicated in the cell fate determination of keratinocytes. Knockout mouse models revealed that p63 is required for the formation of the mammary anlagen in embryo and its ΔN isoform is expressed exclusively in the myoepithelial layer of the adult breast. In order to understand its function in normal breast epithelial cells, I activated Notch signaling by expression of Notch1 intracellular domain (NICD) in normal primary human breast epithelial cells (HBECs). In this context, NICD reduced growth of HBECs and led to downmodulation of extracellular matrix-receptor interaction network (ECM) components as well as ΔNp63. Expression of ΔNp63 together with NICD partially rescued Notch induced growth reduction, which was correlated with an increase in ECM components. Moreover, silencing ΔNp63 in myoepithelial HBECs reduced growth similar to Notch activation and it led to downregulation of myoepithelial and upregulation of luminal markers. Complementing this observation, forced expression of ONp63 in luminal HBECs induced myoepithelial phenotype and decreased luminal markers. In vivo, by the analysis of a Notch reporter mouse strain, I showed that Notch is activated during puberty specifically at the sites of ductal morphogenesis, terminal end buds. FAGS analysis revealed that it can be detected in two different populations based on CD24 expression (low (lo) or high (high)): at lower levels in CD24lo, which includes stem/progenitor and myoepithelial cells and higher levels in CD24hi, which contains luminal cells. In parallel with in vitro results, the CD24lo mouse mammary epithelial cells displaying Notch activity have lower levels of p63 expression. Furthermore, deletion of RBPjk, the main mediator of Notch signaling, or the overexpression of ΔNp63 inhibited luminal cell lineage in vivo. Another important point revealed by Notch reporter mouse strain is the simultaneous activation of Notch with estrogen signaling during pubertal development. The expression of FOXA1, the mediator of estrogen receptor (ER) transcriptional activity, is correlated with Notch activation in vivo that it is lower in CD24lo than in CD24hi cells. Moreover, FOXA1 is regulated by NICD in vitro supporting the presence of a link between Notch and ER signaling. Taken together, I report that Notch signaling is involved in luminal cell fate determination and its effects are partially mediated through inhibition of ONp63. Besides, ΔNp63 is required for the maintenance and sufficient for the induction of myoepithelial phenotype in HBECs in vitro and is not compatible with luminal lineage in vivo. Based on these results, I propose a model for epithelial cell hierarchy in mammary gland, whereby there are two different types of luminal progenitors, early and late, displaying different levels of Notch activity. Notch signaling contributes to the determination of luminal cell lineage in these two progenitor steps: In "Early Luminal Progenitor" stage, it inhibits myoepithelial fate by decreasing p63 expression, and in "Late Luminal Progenitor" stage, Notch signaling is involved in induction of luminal lineage by acting on ER-FOXA1 axis. It has to be investigated further whether Notch signaling might behave as an oncogene or tumor suppressor depending on which cell type in the epithelial hierarchy it is modulated and which one is more likely to occur in different human breast cancer types. RÉSUMÉ : La glande mammaire est composée de deux types principaux de cellules: les cellules luminales, qui bordent le lumen et les cellules myoépithéliales, qui se trouvent entre la lame basale et les cellules luminales. Les mécanismes intervenant dans leur différenciation et leur maintenance demeurent encore mal compris. La protéine transmembranaire Notch est connue pour déterminer le destin des cellules dans plusieurs types de tissus comme la peau ou le système nerveux. Selon le type de tissu dans lequel se trouve Notch, il agira soit comme un suppresseur de tumeur soit comme un oncogène. A l'aide de modèles de souris surexprimant les récepteurs actifs de Notch, il a été démontré que la voie de signalisation de Notch est oncogénique au niveau de la glande mammaire. Des études descriptives et fonctionnelles dans le cadre du cancer du sein ont permis de mettre en évidence une augmentation de l'activité de Notch ou de l'expression de ces composants dans certains tissus cancéreux. Toutefois, le rôle physiologique de Notch et des mécanismes qu'il active restent méconnus. P63, une protéine membre de la famille p53, est impliquée dans la différenciation des kératinocytes. Le modèle issu de l'étude des souris p63 knockout a révélé que cette protéine est requise pour la formation des primordia mammaires chez l'embryon et que son isoforme ΔNp63 est exclusivement exprimée dans la couche myoépithéliale de la glande mammaire adulte. Dans le but de comprendre les fonctions physiologiques de Notch, je l'ai activé en exprimant le domaine intracellulaire de Notch 1 (NICD) dans des cellules épithéliales primaires de glande mammaire humaine (HBECs). Le NICD a alors réduit la croissance des HBECs et conduit à la régulation négative non seulement de p63 mais également des composants du réseau d'interaction des récepteurs de la matrice extracellulaire (ECM). En exprimant conjointement ΔNp63 et NICD, il est apparu que la réduction de croissance induite par Notch était partiellement compensée, et qu'il y avait également une augmentation des composants ECM. De plus, lorsque ΔNp63 a été inactivé dans les cellules HBECs myoépithéliales, une réduction de croissance cellulaire identique à celle provoquée par l'activation de Notch a pu être mise en évidence, de même qu'une régulation négative des marqueurs myoépithéliaux ainsi qu'une augmentation des marqueurs luminaux. Afin de compléter ces informations, l'expression de ΔNp63 a été forcée dans les HBECs luminales, ce qui a induit un phénotype myoépithélial et une diminution des marqueurs lumineux. In vivo, par l'analyse de souris ayant un gène rapporteur de l'activité de Notch, j'ai démontré que Notch est activé pendant la puberté au niveau des sites de la morphogenèse canalaire, à savoir les bourgeons terminaux. Les analyses par FACS (Fluorescence-activated cell sorting) basées sur l'expression de l'antigène CD24 ont révélé qu'il peut tre détecté dans deux populations différentes : une population qui l'exprime faiblement, qui regroupe les cellules souches/progéniteurs et les cellules myoépithéliales, et une population qui l'exprime fortement qui est composé des cellules luminales. Parallèlement aux résultats in vitro, j'ai mis en évidence un faible niveau d'expression de p63 dans les cellules épithéliales de la glande mammaire de souris, exprimant faiblement l'antigène CD24 et présentant une activité de Notch. De plus, la délétion de RBPjr~, médiateur principal de la signalisation de Notch, ainsi que la surexpression de ΔNp63 in vivo ont inhibé la lignée des cellules luminales. Un autre point important révélé par les souris rapporteur de l'activité de Notch a été l'activation simultanée de Notch et de la signalisation de l'oestrogène pendant le développement pubertaire. L'expression de FOXA1, médiateur de l'activité transcriptionnelle des récepteurs aux oestrogènes (ER), est en corrélation avec l'activation de Notch in vivo, plus basse dans les cellules avec une faible expression de l'antigène CD24 que dans celles avec une forte expression. De plus, FOXA1 est régulé par NICD in vitro confirmant la présence d'un lien entre Notch et la signalisation des ER. En résumé, la signalisation de Notch est impliquée dans la détermination du destin cellulaire des cellules luminales et ses effets sont partiellement modifiés par l'inhibition de ΔNp63. ΔNp63 est requis pour la maintenance et est suffisant pour l'induction du phénotype myoépithéliale dans les HBECs in vitro et ne peut donc pas se trouver dans les cellules luminales in vivo. Basé sur ces résultats, je propose un modèle de hiérarchisation des cellules épithéliales de la glande mammaire, dans lequel sont présents deux types de progéniteurs des cellules luminales exprimant des niveaux différents d'activité de Notch, les progéniteurs lumineux précoces et tardifs. La signalisation de Notch contribue à la différenciation de la lignée cellulaire luminale au niveau de ces deux progéniteurs : dans la forme précoce, il inhibe la différenciation des cellules myoépithéliales en réduisant l'expression de p63 et dans la forme tardive, Notch est impliqué dans l'induction de la lignée luminale en agissant sur l'axe ER-FOXA1. Il serait nécessaire d'investiguer plus loin si le fait que Notch agisse comme oncogène ou suppresseur de tumeur dépend du stade de différenciation de la cellule dans laquelle il est modulé et laquelle de ces deux fonctions il est le plus probable de rencontrer dans les différents types de cancer du sein.