Biological variation of established and novel biomarkers for atherosclerosis: Results from a prospective, parallel-group cohort study.

BACKGROUND: Biomarkers are a promising tool for the management of patients with atherosclerosis, but their variation is largely unknown. We assessed within-subject and between-subject biological variation of biomarkers in peripheral artery disease (PAD) patients and healthy controls, and defined which biomarkers have a favorable variation profile for future studies. METHODS: Prospective, parallel-group cohort study, including 62 patients with stable PAD (79% men, 65±7years) and 18 healthy control subjects (44% men, 57±7years). Blood samples were taken at baseline, and after 3-, 6-, and 12-months. We calculated within-subject (CVI) and between-subject (CVG) coefficients of variation and intra-class correlation coefficient (ICC). RESULTS: Mean levels of D-dimer, hs-CRP, IL-6, IL-8, MMP-9, MMP-3, S100A8/A9, PAI-1, sICAM-1, and sP-selectin levels were higher in PAD patients than in healthy controls (P≤.05 for all). CVI and CVG of the different biomarkers varied considerably in both groups. An ICC≥0.5 (indicating moderate-to-good reliability) was found for hs-CRP, D-Dimer, E-selectin, IL-10, MCP-1, MMP-3, oxLDL, sICAM-1 and sP-selectin in both groups, for sVCAM in healthy controls and for MMP-9, PAI-1 and sCD40L in PAD patients. CONCLUSIONS: Single biomarker measurements are of limited utility due to large within-subject variation, both in PAD patients and healthy subjects. D-dimer, hs-CRP, MMP-9, MMP-3, PAI-1, sP-selectin and sICAM-1 are biomarkers with both higher mean levels in PAD patients and a favorable variation profile making them most suitable for future studies.

Metabolic syndrome – early cardio-metabolic, vascular and hepatic changes

Background: Metabolic syndrome (MetS) is a combination of several cardio-metabolic risk factors including obesity, hyperglycemia, hypertension and dyslipidemia. MetS has been associated with increased levels of apolipoprotein B (apoB) and low-density lipoprotein oxidation (OxLDL) and with an increased risk of cardiovascular disease and non-alcoholic fatty liver disease. Aims: To establish the relation of apoB and OxLDL with the MetS development and to determine the status of MetS as a risk factor for adverse liver changes and for subclinical atherosclerosis. Subjects and Methods: The present thesis is part of the two large scale population-based, prospective, observational studies. Cardiovascular Risk in Young Finns study was launched in 1980 including 3,596 subjects aged 3-18 years. Thereafter follow-up studies have been conducted regularly. In the latest follow-ups that were performed in 2001 (N=2,283) and 2007 (N=2,204), non-invasive ultrasound studies were introduced to the study protocol to measure subclinical atherosclerosis i.e. carotid intima-media thickness (IMT), carotid artery distensibility (Cdist) and brachial flow-mediated dilatation (FMD). Alanine-aminotransferase (ALT) and gammaglutamyltransferase (GGT) were measured in 2007 to assess liver function. The Bogalusa Heart Study is a long-term epidemiologic study of cardiovascular risk factors launched in 1972 in a biracial community of Bogalusa, Louisiana, USA. Total of 374 youths (aged 9-18 years at baseline in 1984-88) who underwent non-invasive ultrasound studies of the carotid artery as adults, were included in the analyses of the present thesis. Results: The odds ratios (95% confidence intervals) for MetS incidence during a 6-year follow-up by quartiles of apoB were 2.0(1.0-3.8) for the second quartile, 3.1(1.7-5.7) for the third quartile and 4.2(2.3-7.6) for the fourth quartile. OxLDL was not independently associated with incident MetS. Youth (aged 9-18 years) with MetS or with high body mass index were at 2-3 times the risk of having MetS, high IMT, and type 2 diabetes 24-years later as adults. IMT increased 79±7μm (mean±SEM) in subjects with MetS and 42±2μm in subjects without the MetS (P<0.0001) during 6- years. Subjects who lost the MetS diagnosis during 6-year follow-up had reduced IMT progression compared to persistent MetS group (0.036±0.005vs.0.079±0.010 mm, P=0.001) and reduced Cdist change compared to incident MetS group (-0.12±0.05vs.-0.38±0.10 %/mmHg, P=0.03) over 6-year follow-up. MetS predicted elevated ALT (β±SEM=0.380±0.052, P<0.0001 in men and 0.160±0.052, P=0.002 in women) and GGT (β±SEM=0.240±0.058, P<0.0001 in men and 0.262±0.053, P<0.0001 in women) levels after 6-years. Conclusions: These findings suggest that apoB may give additional information on early metabolic disturbances predisposing MetS. MetS may be used to identify individuals at increased risk of developing atherosclerosis and non-alcoholic liver disease. However, recovery from the MetS may have positive effects on liver and vascular properties.

Oxidized LDL lipids as a risk factor for atherosclerosis

University of Turku, Faculty of Medicine, Department of Clinical Medicine, Department of Physical Activity and Health, Paavo Nurmi Centre, Doctoral Programme of Clinical Investigation, University of Turku, Turku, Finland. Annales Universitatis Turkuensis. Medica – Odontologica, Turku, Finland, 2014. Background: Atherosclerosis progression spans an entire lifetime and has a wide pool of risk factors. Oxidized LDL (oxLDL) is a crucial element in the progression of atherosclerosis. As a rather new member in the atherosclerosis risk factor family, its interaction with the traditional pro-atherogenic contributors that occur at different ages is poorly known. Aims: The aim of this study was to investigate oxLDL and its relation to major contributing risk factors in estimating atherosclerosis risk in data consisting mostly of adult men. The study subjects of this study consisted of four different sets of data, one of which contained also women. The age range of participants was 18-100 years and totaled 2337 participants (of whom 69% were men). Data on anthropometric and hormonal parameters, laboratory measures and medical records were assessed during 1998-2009. Results: Obesity was paralleled with high concentrations of oxLDL, which consequentially was reduced by weight reduction. Importantly, successful weight maintenance preserveed this benefit. A shift from insulin sensitivity to insulin resistance increased oxLDL. Smokers had more oxLDL than non-smokers. A combination of obesity and smoking, or smoking and low serum total testosterone,resulted in even higher levels of oxLDL than any of the three conditions alone. Proportioning oxLDL to HDL-c or apoA1 stood out as a risk factor of all-cause mortality in the elderly. Conclusions: OxLDL was associated with aging, androgens, smoking, obesity, insulin metabolism, weight balance and other circulating lipid classes. Through this variety of metabolic environments containing both constant conditions (aging and gender) as well as lifestyle issues, these findings supported an essential and multidimensional role that oxLDL plays in atherosclerosis pathogenesis.

Association of postalimentary lipemia with atherosclerotic manifestations

We identified different lipemic and metabolic responses after the ingestion of a standardized meal by healthy adults and related them to atherosclerotic markers. Samples from 60 normolipidemic adults were collected before and after a liquid meal (40 g fat/m² body surface) at 0, 2, 4, 6, and 8 h for measurements of lipids, free fatty acids (FFA), insulin, cholesteryl ester transfer protein (CETP), autoantibodies to epitopes of oxidized LDL (oxLDL Ab), lipolytic activities, and apolipoprotein E polymorphism. Mean carotid intima-media thickness (cIMT) was determined by Doppler ultrasound. The volunteers were classified into early (N = 39) and late (N = 31) triacylglycerol (TAG) responders to the test meal. Late responders showed lower HDL cholesterol concentration at fasting and in the TAG peak, lower insulin and higher FFA concentrations compared to early responders. Multivariate regression analyses showed that mean cIMT was associated with gender (male) and age in early responders and by cholesterol levels at the 6th hour in late responders. oxLDL Ab were explained by lipoprotein lipase and negatively by hepatic lipase and oxLDL Ab (fasting period) by CETP (negative) and FFA (positive). This study is the first to identify a postalimentary insulin resistance state, combined with a reduced CETP response exclusively among late responders, and the identification of the regulators of postalimentary atherogenicity. Further research is required to determine the metabolic mechanisms described in the different postalimentary phenotypes observed in this study, as well as in different pathological states, as currently investigated in our laboratory.

Régulation de la lipoprotéine lipase macrophagique et de LOX-1 par des facteurs métaboliques. Implications dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans les pays occidentaux et constituent la principale complication associée au diabète. La lipoprotéine lipase (LPL) est une enzyme clé du métabolisme des lipides et est responsable de l'hydrolyse des lipoprotéines riches en triglycérides (TG). Plusieurs études ont démontré que la LPL sécrétée par les macrophages dans la paroi artérielle est pro-athérogénique. La dysfonction endothéliale caractérise les stades précoces du processus athérosclérotique. Il a été observé qu’un récepteur nouvellement identifié des lipoprotéines de basse densité oxydées (LDLox), le récepteur de type lectine des LDLox (LOX-1), est fortement exprimé dans les lésions athérosclérotiques humaines et dans l’aorte de rats diabétiques, suggérant un rôle clé de LOX-1 dans la pathogénèse de l’athérosclérose diabétique. Au vu du rôle potentiel de la LPL macrophagique et du LOX-1 dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2, nous avons évalué la régulation de ces deux molécules pro-athérogéniques par des facteurs métaboliques et inflammatoires augmentés dans le diabète, soit la leptine, l’acide linoléique (LA) et la protéine C-réactive (CRP). Nos résultats démontrent que : 1) Dans les cellules endothéliales aortiques humaines (HAECs), LA augmente l’expression protéique de LOX-1 de façon temps- et dose-dépendante; 2) La pré-incubation de HAECs avec des antioxydants et des inhibiteurs de la NADPH oxydase, de la protéine kinase C (PKC) et du facteur nucléaire-kappa B (NF-kB), inhibe l’effet stimulant de LA sur l’expression protéique de LOX-1; 3) Dans les HAECs traitées avec LA, on observe une augmentation d’expression des isoformes classiques de la PKC; 4) LA augmente de manière significative l’expression génique de LOX-1 ainsi que la liaison des protéines nucléaires extraites des HAECs à la séquence régulatrice NF-kB présente dans le promoteur du gène de LOX-1; 5) LA augmente, via LOX-1, la captation des LDLox par les cellules endothéliales. Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent que LA augmente l’expression endothéliale de LOX-1 in vitro et appuient le rôle clé de LA dans la dysfonction endothéliale associée au diabète. Au vu de nos études antérieures démontrant qu’une expression accrue de LPL macrophagique chez les patients diabétiques de type 2 et que l’augmentation de facteurs métaboliques dans cette maladie, soit l’homocystéine (Hcys), les acides gras et les produits terminaux de glycation (AGE), accroissent l’expression de la LPL macrophagique, nous avons par la suite déterminé l’effet, in vitro, de deux autres facteurs métaboliques et inflammatoires surexprimés dans le diabète, soit la leptine et la CRP, sur l’expression de la LPL macrophagique. Les concentrations plasmatiques de leptine sont élevées chez les patients diabétiques et sont associées à un accroissement des risques cardiovasculaires. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la leptine augmente l’expression de la LPL, tant au niveau génique que protéique; 2) L’effet stimulant de la leptine sur la LPL est aboli par la pré-incubation avec un anticorps dirigé contre les récepteurs à la leptine (Ob-R), des inhibiteurs de la PKC et des antioxydants; 3) La leptine augmente l’expression membranaire des isoformes classiques de la PKC et la diminution de l’expression endogène de la PKC, abolit l’effet de la leptine sur l’expression de la LPL macrophagique; 4) Dans les macrophages murins, la leptine augmente le taux de synthèse de la LPL et augmente la liaison de protéines nucléaires à la séquence protéine activée-1 (AP-1) du promoteur du gène de la LPL. Ces observations supportent la possibilité que la leptine puisse représenter un facteur stimulant de la LPL macrophagique dans le diabète. Finalement, nous avons déterminé, in vitro, l’effet de la CRP sur l’expression de la LPL macrophagique. La CRP est une molécule inflammatoire et un puissant prédicteur d’événements cardiovasculaires. Des concentrations élevées de CRP sérique sont documentées chez les patients diabétiques de type 2. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la CRP augmente l’expression de la LPL au niveau génique et protéique et la liaison de la CRP aux récepteurs CD32 est nécessaire pour médier ses effets; 2) La pré-incubation de macrophages humains avec des antioxydants, des inhibiteurs de la PKC et de la protéine kinase mitogénique activée (MAPK), prévient l’induction de la LPL par la CRP; 3) La CRP augmente l’activité de la LPL, la génération intracellulaire d’espèces radicalaires oxygénées (ROS), l’expression d’isoformes classiques de la PKC et la phosphorylation des kinases extracellulaires régulées 1/2 (ERK 1/2); 4) Les macrophages murins traités avec la CRP démontrent une augmentation de la liaison des protéines nucléaires à la séquence AP-1 du promoteur du gène de la LPL. Ces données suggèrent que la LPL puisse représenter un nouveau facteur médiant les effets délétères de la CRP dans la vasculopathie diabétique. Dans l’ensemble nos études démontrent le rôle clé de facteurs métaboliques et inflammatoires dans la régulation vasculaire de la LPL et du LOX-1 dans le diabète. Nos données suggèrent que la LPL et le LOX-1 puissent représenter des contributeurs clé de l’athérogénèse accélérée associée au diabète chez l’humain. Mots-clés : athérosclérose, maladies cardiovasculaires, diabète de type 2, macrophage, LPL, cellules endothéliales, LOX-1, stress oxydatif, leptine, LA, CRP.

Régulation de l'activité transcriptionnelle de PPARgamma via l'activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a : potentiel anti-athérosclérotique

Les sécrétines peptidiques de l’hormone de croissance (GHRPs) constituent une classe de peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance (GH). Cette activité est médiée par leur liaison à un récepteur couplé aux protéines G : le récepteur des sécrétines de l’hormone de croissance (GHS-R1a), identifié subséquemment comme le récepteur de la ghréline. La ghréline est un peptide de 28 acides aminés sécrété principalement par les cellules de la muqueuse de l’estomac, qui exerce de nombreux effets périphériques indépendamment de la sécrétion de l’hormone de croissance. Les effets indépendants de la sécrétion de GH incluent, entre autres, des actions sur le contrôle de la prise de nourriture, le métabolisme énergétique, la fonction cardiaque, le système immunitaire et la prolifération cellulaire. L’étude de la distribution périphérique des sites de liaison des GHRPs nous a permis d’identifier un second site, le CD36, un récepteur scavenger exprimé dans plusieurs tissus dont le myocarde, l’endothélium de la microvasculature et les monocytes/macrophages. Le CD36 exprimé à la surface du macrophage joue un rôle clé dans l’initiation du développement de l’athérosclérose par la liaison et l’internalisation des lipoprotéines de faible densité oxydées (LDLox) dans l’espace sous-endothélial de l’artère. L’hexaréline, un analogue GHRP, a été développé comme agent thérapeutique pour stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance par l’hypophyse. Sa propriété de liaison aux récepteurs GHS-R1a et CD36 situés en périphérie et particulièrement sa capacité d’interférer avec la liaison des LDLox par le CD36 nous ont incité à évaluer la capacité de l’hexaréline à moduler le métabolisme lipidique du macrophage. L’objectif principal de ce projet a été de déterminer les effets de l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a, par l’hexaréline et la ghréline, le ligand endogène du GHS-R1a, sur la physiologie du macrophage et de déterminer son potentiel anti-athérosclérotique. Les résultats montrent premièrement que l’hexaréline et la ghréline augmentent l’expression des transporteurs ABCA1 et ABCG1, impliqués dans le transport inverse du cholestérol, via un mécanisme contrôlé par le récepteur nucléaire PPARγ. La régulation de l’activité transcriptionnelle de PPARγ par l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a se fait indépendamment de la présence du domaine de liaison du ligand (LBD) de PPARγ et est conséquente de changements dans l’état de phosphorylation de PPARγ. Une étude plus approfondie de la signalisation résultant de la liaison de la ghréline sur le GHS-R1a révèle que PPARγ est activé par un mécanisme de concertation entre les voies de signalisation Gαq/PI3-K/Akt et Fyn/Dok-1/ERK au niveau du macrophage. Le rôle de PPARγ dans la régulation du métabolisme lipidique par l’hexaréline a été démontré par l’utilisation de macrophages de souris hétérozygotes pour le gène de Ppar gamma, qui présentent une forte diminution de l’activation des gènes de la cascade métabolique PPARγ-LXRα-transporteurs ABC en réponse à l’hexaréline. L’injection quotidienne d’hexaréline à un modèle de souris prédisposées au développement de l’athérosclérose, les souris déficientes en apoE sous une diète riche en cholestérol et en lipides, se traduit également en une diminution significative de la présence de lésions athérosclérotiques correspondant à une augmentation de l’expression des gènes cibles de PPARγ et LXRα dans les macrophages péritonéaux provenant des animaux traités à l’hexaréline. L’ensemble des résultats obtenus dans cette thèse identifie certains nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de PPARγ et du métabolisme du cholestérol dans le macrophage via les récepteurs CD36 et GHS-R1a. Ils pourraient servir de cibles thérapeutiques dans une perspective de traitement des maladies cardiovasculaires.

Le récepteur CD36 : implication dans le développement de l'athérosclérose et dans le recrutement des leucocytes aux sites inflammatoires

Le CD36 est un récepteur éboueur de classe B exprimé par plusieurs types cellulaires dont les macrophages et les cellules endothéliales de la microvasculature. Le CD36 présente une haute affinité de liaison pour les ligands lipidiques tels que les lipoprotéines oxydées de basse densité (LDLox). De part sa capacité à internaliser les LDLox au niveau des macrophages et de son implication dans la formation des cellules spumeuses, le CD36 joue un rôle critique dans le développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons testé l'hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique sélectif du CD36, exerce des effets anti-athérosclérotiques chez les souris déficientes en apolipoprotéine E. Un traitement prolongé (12 semaines) avec le EP 80317 réduit fortement (de 51%) la surface des lésions athérosclérotiques par comparaison aux souris témoins. L'effet anti-athérosclérotique est associé à une diminution des taux de cholestérol plasmatique, à une réduction de l’internalisation des LDLox au niveau des macrophages et à une augmentation de l’expression des protéines impliquées dans le transport inverse du cholestérol. De plus, un traitement par le EP 80317 est également associé une diminution de l’expression aortique et plasmatique de protéines pro-inflammatoires. Nos études ont aussi montré un rôle pour le CD36 dans le recrutement des phagocytes mononucléés au niveau des lésions athérosclérotiques, tel que démontré par une réduction de l’accumulation des phagocytes mononucléés radiomarqués CD36–/– par rapport aux cellules CD36+/+. À l’échelle moléculaire, nous avons montré que les phospholipides oxydés induisent la phosphorylation de la kinase Pyk2 des podosomes des monocytes/macrophages de manière dépendante de l’expression du CD36 et de Src. Cette phosphorylation est atténuée par un traitement par le EP80317. Nos résultats appuient le rôle important du CD36 dans l’athérosclérose et suggèrent que les ligands synthétiques qui modulent la fonction du CD36 représentent potentiellement une nouvelle classe d'agents anti-athérosclérotiques. Le CD36 exprimé par les cellules endothéliales de la microvasculature est un récepteur de l’hétérodimère protéique S100A8/A9. Ces protéines s’associent à l’acide arachidonique intracellulaire (AA) des neutrophiles polymorphonucléaires (PMN) et le complexe S100A8/A9/AA peut être sécrété par les PMN activés au contact de l’endothélium. Nous avons vérifié l’hypothèse selon laquelle le CD36 exprimé par la microvasculature est impliqué dans le métabolisme transcellulaire de l’AA par la liaison du complexe S100A8/A9/AA et la réponse inflammatoire. Chez deux modèles murins d'inflammation aiguë (ischémie/reperfusion des membres inférieurs et poche d’air dorsale), nous avons observé que la réponse inflammatoire, notamment l’accumulation des PMN au niveau des sites inflammatoires, est diminuée en moyenne de 63% chez les souris CD36-/-. De même, un traitement par le EP 80317 ou par les anticorps anti-S100A8/A9 diminue chacun de 60% en moyenne l’extravasation des PMN vers les tissus inflammatoires. L’administration simultanée des deux traitements n’a aucun effet supplémentaire, et ces traitements n’exercent aucun effet chez les souris CD36-/-. Nos résultats appuient le rôle du récepteur CD36 de la microvasculature dans la régulation de la réponse inflammatoire. L’utilisation des ligands synthétiques du CD36 pourrait représenter une nouvelle avenue thérapeutique dans le traitement des réponses inflammatoires aiguës.

Regulation of lipid metabolism in adipocytes and hepatocytes by hexarelin through scavenger receptor CD36

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides.

Contribution différentielle du tissu adipeux mâle et femelle dans l’établissement du diabète de type 2 et des altérations cardiovasculaires : rôle de l’apport lipidique

Au cours des dernières années, il est devenu évident que les sociétés des pays industrialisés sont à haut risque de maladies métaboliques. Une alimentation riche en énergie (lipide/glucide), combinée à une sédentarité accrue, est un facteur environnemental contribuant à l'augmentation de la prévalence de maladies reliées spécifiquement à des troubles endocriniens comme l'obésité et le diabète. Le traitement de ces désordres métaboliques doit donc passer par la connaissance et la compréhension des mécanismes moléculaires qui contrôlent ces désordres et le développement de traitements ciblés vers les facteurs responsables. Le tissu adipeux est une glande endocrine qui sécrète des substances, regroupées sous le terme d'adipokines, qui contrôlent l'homéostasie énergétique. L'augmentation de la masse adipeuse est responsable du développement de dérégulation hormonale qui mène à des dysfonctions physiologiques et métaboliques. Pour contrecarrer le développement démesuré du tissu adipeux, la signalisation insulinique ainsi que l’apport énergétique, responsables de la différenciation adipocytaire, doivent être inhibés. In vivo, la leptine, adipokine dont la concentration est corrélée à la masse adipeuse, présente des actions pro ou anti-insuliniques dans l’organisme pour réguler ce phénomène. Elle favorise l’effet inhibiteur de l’insuline sur la synthèse hépatique de glucose alors qu’elle s’oppose à son action sur l’expression des enzymes glucokinase et phosphoénol-pyruvate carboxykinase. La leptine influence aussi le taux circulant de triglycérides en diminuant sa concentration plasmatique. D'autre part, l'adiponectine, adipokine insulino- sensibilisante, voit sa sécrétion diminuée avec la prise de poids. La sensibilité à l'insuline est ainsi diminuée au fur et à mesure que le débalancement de ces deux adipokines s'accentue. La résistance à l'insuline s'installe alors pour s'opposer au stockage énergétique et à la prise illimitée de poids et la glycémie augmente. L'augmentation du glucose sanguin stimule la sécrétion d'insuline au niveau des cellules pancréatiques. C'est le diabète caractérisé par une hyperglycémie et une résistance à l'insuline. Le diabète, une des premières causes de mortalité dans le monde, est plus répandu sous sa forme non insulinodépendante (diabète de type 2, DT2) liée à l'obésité. Récemment, différents facteurs de transcription ont été identifiés comme régulateurs de l'expression d'une panoplie de gènes impliqués dans le métabolisme glucidique et lipidique. Parmi eux, les récepteurs des inducteurs de la prolifération des peroxysomes (PPAR, Peroxisome Proliferator-Activated Receptor), appartenant à la famille des récepteurs nucléaires. Les PPAR ont été démontrés comme ayant un rôle central dans le contrôle de la transcription des gènes codants pour des protéines impliquées dans le métabolisme : les adipokines. PPARg, en plus de son implication dans le contrôle de l'homéostasie glucidique et lipidique, est reconnu comme étant un facteur de transcription pivot régulant l'adipogenèse du fait de son expression majeure dans le tissu adipeux. D'autre part, il est bien établi maintenant que l'obésité et le diabète sont des facteurs contribuant au développement du processus inflammatoire vasculaire caractéristique de l’athérosclérose. En effet, les cellules endothéliales et musculaires lisses, principales composantes de la média de l’artère, sont très sensibles aux altérations métaboliques. Une diminution de la sensibilité à l’insuline entraine une réduction de la disponibilité du glucose et l’utilisation des acides gras comme alternatif par ces cellules. Ceci induit l’accumulation des acides gras oxydés dans l’intima et leur filtration dans la média pour former un core lipidique. Bien que l’induction de la dysfonction endothéliale soit impliquée très précocement, certaines études pointent l’accumulation lipidique dans les cellules musculaires lisses vasculaires (CML) et leur dysfonction comme déclencheurs de l’athérosclérose. Ce travail visait donc, dans un premier temps, à développer un modèle d'altérations métaboliques liées à la modulation de l'activité du tissu adipeux via une alimentation riche en lipides. Dans un second temps, cette étude tentait d'évaluer l’impact des adipocytes de souris sur les CML vasculaires et sur la modulation de leurs fonctions dans ce modèle d'altérations métaboliques et DT2 liés à l'alimentation et à l'obésité. Ainsi, par le biais de deux diètes pauvres en cholestérol à profil lipidique différent, nous avons développé un modèle murin présentant divers stades d'altérations du métabolisme allant jusqu'au DT2 en lien avec l'obésité chez les mâles et chez les femelles. D’autre part, des signes de cardiomyopathie ainsi qu’une modulation du taux des adipokines sont reliés à ces mêmes diètes. Parallèlement, l’activité de PPAR!2 est modulée chez les souris sous diètes enrichies en gras. Ensuite, nous avons démontré que les adipocytes, provenant de souris alimentées avec une diète enrichie en gras, modulaient la migration et la prolifération des CML comparativement au groupe contrôle. Ces modulations dépendaient en grande partie de la nature de la diète consommée, mais également du sexe de la souris. Par ailleurs, les altérations fonctionnelles des CML, couplées à des modulations géniques, sont associées aux changements du profil de sécrétion des adipokines mesurées chez les adipocytes. L’ensemble de ces travaux suggère une action directe de la nature de la stimulation du tissu adipeux blanc dans la modulation du profil de sécrétion des adipokines et l'induction du DT2 in vivo. Ces altérations de la physiologie adipocytaire se reflètent in vitro où le tissu adipeux contribue aux altérations physiopathologiques des CML liées au DT2. Ainsi, cette étude est l'une des premières à établir un lien direct entre les modulations adipocytaires et les effets de leurs sécrétions sur la physiologie des CML. Ces observations peuvent être exploitées cliniquement dans un développement futur d’outils thérapeutiques visant à prévenir et à traiter les troubles métaboliques et le DT2, en ciblant le tissu adipeux comme entité métabolique et endocrine.

Régulation du métabolisme et du transport des lipides dans les macrophages : potentiel anti-athérosclérotique des ligands du CD36

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. Le récepteur CD36, exprimé à la surface des macrophages, joue un rôle déterminant dans l’internalisation des lipoprotéines oxydées menant à la formation des cellules spumeuses dans l’espace sous endothélial, première étape du développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons montré précédemment que les sécrétines de l’hormone de croissance sont des ligands du récepteur CD36 qui possèdent un site de liaison qui chevauche celui des lipoprotéines oxydées. Cependant, aucune étude n’avait rapporté les effets potentiels des ligands sélectifs du CD36 sur la progression des lésions athérosclérotiques et le métabolisme lipidique au niveau des macrophages. Ainsi, ce projet de doctorat visait à évaluer le potentiel anti-athérosclérotique du EP 80317, un ligand sélectif du CD36, et élucider les mécanismes à l’origine de ses effets sur le métabolisme et le transport des lipides au niveau des macrophages. À cette fin, des souris déficientes en apolipoprotéine E (apoE-/-), nourries avec une diète riche en lipides et en cholestérol, ont été traitées quotidiennement pendant 12 semaines avec le EP 80317, montrant un puissant effet anti-athérosclérotique associé à une réduction de 51% des lésions aortiques et de 30% du taux plasmatique de cholestérol total. Cette même étude a permis de montrer une réduction de l’internalisation des lipoprotéines oxydées ainsi qu’une augmentation de l’expression des gènes/protéines impliqués dans l’efflux du cholestérol au niveau des macrophages, comme le peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) et les transporteurs ABCA1 et ABCG1, entraînant une réduction de la formation des cellules spumeuses. Ces observations nous ont conduits à élucider les mécanismes moléculaires engendrés par la liaison d’un ligand sélectif au récepteur CD36 dans les macrophages. Les études ont permis de montrer que les ligands du CD36 entraînent une augmentation de l’efflux du cholestérol vers les transporteurs ABCA1 et ABCG1 en augmentant l’expression protéique de la cyclooxygénase 2 (COX-2) consécutive à la phosphorylation de la MAP kinase ERK1/2. L’activation de COX-2 stimule la production intracellulaire de la prostaglandine 15d-PGJ2, cette dernière conduisant à l’activation du PPARγ. Finalement, une troisième étude nous a permis de mettre en évidence les effets du EP 80317 sur le transport inverse du cholestérol in vivo. L’injection de macrophages J774 radiomarqués avec du cholestérol tritié dans la cavité péritonéale de souris avec le EP 80317 nous a permis de montrer que le EP 80317 entraîne une réduction de la radioactivité retrouvée dans le foie tandis qu’il augmente celle retrouvée dans les fèces par comparaison aux souris contrôles, sans néanmoins modifier le profil plasmatique du radiotraceur entre les deux groupes. De plus, l’expression des gènes impliqués dans le transport du cholestérol au niveau intestinal comme le LXRα, ABCA1, ABCG5 ainsi que ABCG8 ont été régulés à la hausse par le EP 80317 tandis que l’expression de NPC1L1, un transporteur impliqué dans l’absorption du cholestérol, a été régulé à la baisse. Toutefois, les gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol au niveau du foie ne sont pas modulés par le EP 80317. En conclusion, les travaux effectués dans le cadre de cette thèse nous ont permis de montrer que l’activation du récepteur CD36 par le EP 80317 pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de l’athérosclérose. Les effets anti-athérosclérotiques et hypocholestérolémiants des ligands synthétiques du récepteur CD36 sont en partie engendrés par 1) la régulation du métabolisme des lipides au niveau des macrophages en réponse à l’activation du PPARγ par son ligand endogène, le 15d-PGJ2 et 2) par une augmentation du transport inverse du cholestérol, particulièrement par une augmentation de l’efflux transintestinal.

Degree of oxidation of low density lipoprotein affects expression of CD36 and PPAR gamma, but not cytokine production, by human monocyte-macrophages

Oxidized low-density lipoprotein (oxLDL) exhibits many atherogenic effects, including the promotion of monocyte recruitment to the arterial endothelium and the induction of scavenger receptor expression. However, while atherosclerosis involves chronic inflammation within the arterial intima, it is unclear whether oxLDL alone provides a direct inflammatory stimulus for monocyte-macrophages. Furthermore, oxLDL is not a single, well-defined entity, but has structural and physical properties which vary according to the degree of oxidation. We tested the hypothesis that the biological effects of oxLDL will vary according to its degree of oxidation and that some species of oxLDL will have atherogenic properties, while other species may be responsible for its inflammatory activity. The atherogenic and inflammatory properties of LDL oxidized to predetermined degrees (mild, moderate and extensive oxidation) were investigated in a single system using human monocyte-derived macrophages. Expression of CD36 mRNA was up-regulated by mildly- and moderately-oxLDL, but not highly-oxLDL. The expression of the transcription factor, proliferator-activated receptor-gamma (PPARgamma), which has been proposed to positively regulate the expression of CD36, was increased to the greatest degree by highly-oxLDL. However, the DNA binding activity of PPARgamma was increased only by mildly- and moderately-oxLDL. None of the oxLDL species appeared to be pro-inflammatory towards monocytes, either directly or indirectly through mediators derived from lymphocytes, regardless of the degree of oxidation. (C) 2003 Published by Elsevier Science Ireland Ltd.

Genistein affects the expression of genes involved in blood pressure regulation and angiogenesis in primary human endothelial cells

Background: Several lines of evidence suggest that the dietary isoflavone genistein (Gen) has beneficial effects with regard to cardiovascular disease and in particular on aspects related to blood pressure and angiogenesis. The biological action of Gen may be, at Least in part, attributed to its ability to affect cell signalling and response. However, so far, most of the molecular mechanisms underlying the activity of Gen in the endothelium are unknown. Methods and results: To examine the transcriptional response to 2.5 mu M Gen on primary human endothelial cells (HUVEC), we applied cDNA array technology both under baseline condition and after treatment with the pro-atherogenic stimulus, copper-oxidized LDL. The alteration of the expression patterns of individual transcripts was substantiated using either RT-PCR or Northern blotting. Gen significantly affected the expression of genes encoding for proteins centrally involved in the vascular tone such as endothelin-converting enzyme-1, endothetin-2, estrogen related receptor a and atria[ natriuretic peptide receptor A precursor. Furthermore, Gen countered the effect of oxLDL on mRNA levels encoding for vascular endothelial growth factor receptor 165, types 1 and 2. Conclusions: Our data indicate that physiologically achievable levels of Gen change the expression of mRNA encoding for proteins involved in the control of blood pressure under baseline conditions and reduce the angiogenic response to oxLDL in the endothelium. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Oxidised low-density lipoproteins induce rapid platelet activation and shape change through tyrosine kinase and Rho kinase-signaling pathways

Oxidized low-density lipoproteins (oxLDL) generated in the hyperlipidemic state may contribute to unregulated platelet activation during thrombosis. Although the ability of oxLDL to activate platelets is established, the underlying signaling mechanisms remain obscure. Weshow that oxLDL stimulate platelet activation through phosphorylation of the regulatory light chains of the contractile protein myosin IIa (MLC). oxLDL, but not native LDL, induced shape change, spreading, and phosphorylation of MLC (serine 19) through a pathway that was ablated under conditions that blocked CD36 ligation or inhibited Src kinases, suggesting a tyrosine kinase–dependent mechanism. Consistent with this, oxLDL induced tyrosine phosphorylation of a number of proteins including Syk and phospholipase C g2. Inhibition of Syk, Ca21 mobilization, and MLC kinase (MLCK) only partially inhibited MLC phosphorylation, suggesting the presence of a second pathway. oxLDL activated RhoA and RhoA kinase (ROCK) to induce inhibitory phosphorylation of MLC phosphatase (MLCP). Moreover, inhibition of Src kinases prevented the activation of RhoA and ROCK, indicating that oxLDL regulates contractile signaling through a tyrosine kinase–dependent pathway that induces MLC phosphorylation through the dual activation of MLCK and inhibition of MLCP. These data reveal new signaling events downstream of CD36 that are critical in promoting platelet aggregation by oxLDL.

Role of PPAR-gamma in the Modulation of CD36 and FcgammaRII induced by LDL with Low and High Degrees of Oxidation During the Differentiation of the Monocytic THP-1 Cell Line

Scavenger or Fc gamma receptors are important for capture and clearance of modified LDL particles by monocytes/macrophages. Uptake via scavenger receptors is not regulated by intracellular levels of cholesterol and in consequence, macrophages develop into foam cells in the arterial intima. The levels of scavenger receptor CD36 are increased in atherosclerotic lesions and there is evidence that some components of oxLDL auto-regulate the expression of this receptor. Fc gamma receptor expression is increased in cardiovascular diseases but it is not known weather their expression is regulated by oxLDL. The biological properties of oxLDLs vary depending on the degree of oxidation. In the present study we investigated the effect of LDL particles showing extensive or low oxidation (HoxLDL and LoxLDL) on the expression of CD36 and Fc gamma RII in a human monocytic cell line (THP-1), differentiated or not to macrophage, and the involvement of PPAR gamma. It was found that both forms of oxLDL are able to increase the expression of CD36 and Fc gamma RII and that this effect is dependent on the degree of oxidation and of the stage of cell differentiation ( monocyte or macrophage). We also showed that the increased expression of Fc gamma RII is dependent on PPAR. whereas that of the CD36 is independent of PPAR gamma. Copyright (c) 2008 S. Karger AG, Basel

Differential expression of cytokines, chemokines and chemokine receptors in patients with coronary artery disease

Monocytes/macrophages and lymphocytes have a key role in the pathogenesis of atherosclerosis through the production of inflammatory and anti-inflammatory cytokines. We evaluated mRNA expression and protein production of CCL2, CXCL8, CXCL9, CXCL10, IFN-gamma and IL-10 in vitro as well as the expression of the CCR2 and CXCR3 receptors in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of patients with coronary artery disease (CAD) and healthy controls in the presence or absence of oxidized LDL (oxLDL). Patients with CAD showed higher constitutive expression of CCL2, CXCL8, CXCL9, CXCL10 and IFN-gamma mRNA and, after stimulation with oxLDL, higher expression of CCL2 and CXCL8 mRNA than the control group. We also detected higher levels of CCL2 and CXCL8 in supernatants of oxLDL-stimulated PBMCs from CAD patients than in corresponding supernatants from controls. Patients with CAD had a higher percentage of constitutive CCR2(+) and CXCR3(+) cells after stimulation with oxLDL. Among CAD patients, the main differences between the stable (SA) and unstable angina (UA) groups were lower IL-10 mRNA production in the latter group. Altogether, our data suggest that PBMCs from CAD patients are able to produce higher concentrations of chemokines and cytokines involved in the regulation of monocyte and lymphocyte migration and retention in atherosclerotic lesions. (C) 2008 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.