L’élimination de l’Aβ

Il est reconnu que l’accumulation d'Aβ au parenchyme cérébral déclenche l'activation de voies pro-inflammatoires chez les cellules gliales, telles que les microglies et les astrocytes, ainsi que chez les phagocytes mononucléaires (ex. : monocytes) dérivés du sang. En fait, les microglies et les monocytes sont des cellules hautement phagocytaires, ayant la capacité d’éliminer les débris cellulaires ou tout autre élément toxique, dont l'Aβ se trouvant au parenchyme cérébral (Malm et al., 2010). Toutefois, de nombreuses études, autant in vitro que in vivo, ont rapporté que la capacité de phagocytose de ces cellules est grandement compromise, voire inefficace en contexte de MA (Cameron and Landreth, 2010; Fiala et al., 2005). En fait, leur capacité de phagocytose peut être compromise par divers facteurs, incluant des prédispositions génétiques, des facteurs exogènes ou encore une altération du métabolisme cérébral pouvant générer un microenvironnement néfaste pour la fonction des microglies (Weitz and Town, 2012).

À ce titre, malgré leur activité phagocytaire réduite, les astrocytes et les microglies demeurent chroniquement actifs, libérant ainsi des cytokines pro-inflammatoires, des ROS et d’autres molécules pro-inflammatoires, contribuant ainsi à l’établissement d’un microenvironnement neuroinflammatoire prédisposant à la dysfonction ou même à la mort neuronale (Heneka et al., 2015). Outre la phagocytose, on retrouve la dégradation des dépôts d’Aβ par des enzymes protéolytiques sécrétées dans l’espace extracellulaire par les microglies et les monocytes, telles que la néprilysine (Miners et al., 2008b) et les MMPs (Mroczko et al., 2013). En effet, il a été rapporté que les niveaux de néprilysine au parenchyme cérébral sont significativement

diminués dans le cerveau des individus atteints de la MA (Miners and Van Helmond, 2006), un phénomène qui serait une conséquence de la neurodégénérescence plutôt qu’une cause primaire de l'accumulation de l'Aβ au cerveau (Miners et al., 2008a). Autrement, il a été proposé que l’élimination périphérique de l'Aβ conduirait à une diminution de la charge d'Aβ au cerveau, ce qui constitue le « Sink hypothesis » (DeMattos et al., 2002). Cette hypothèse s’appuie, entre autre, sur les nombreuses études de vaccination dans lesquelles l'administration périphérique d'anticorps dirigés contre le peptide d’Aβ provoquait une réduction significative des taux d'Aβ au parenchyme cérébral (DeMattos et al., 2002; 2001). Cela dit, vis-à-vis l’élimination périphérique de l’Aβ, les monocytes et les microglies demeureraient de meilleures cibles potentielles pour le traitement de la MA, puisque ces cellules constituent deux acteurs majeurs dans l'étiologie de la MA.

L’élimination de l’Aβ par les monocytes 1.3.4.2.1

Tel que mentionné précédemment, les monocytes circulants sont capables d'infiltrer le cerveau dans la MA (Lampron et al., 2013; Malm et al., 2005). Or, les macrophages dérivés de la MO, provenant essentiellement des monocytes du sous-type pro-inflammatoire ayant infiltré le cerveau, seraient plus efficaces que la microglie résidente dans l’élimination des dépôts d'Aβ au parenchyme cérébral et ce, dans divers modèles murins de la MA (Malm et al., 2010; Simard et al., 2006). En fait, la protéine MCP-1 (ou ligand chimiokine (motif C-C) 2 (CCL2)), dont la production et sécrétion par les cellules microgliales activées est induite par l’Aß, induit la mobilisation des monocytes pro-inflammatoires au cerveau inflammé via sa liaison au récepteur CCR2 (c'est-à-dire, le récepteur MCP-1) (Naert and Rivest, 2013; 2011). L’axe MCP-1/CCR2 serait ainsi crucial pour le recrutement et l'infiltration de monocytes dans le cerveau des souris APP/PS1, car la déplétion de CCR2 réduit significativement l'infiltration de ces cellules au parenchyme cérébral inflammé, et par conséquent, réduit la présence de macrophages dérivés de la MO à proximité des plaques d’Aβ, favorisant ainsi l’accumulation d’Aβ au cerveau (Khoury et al., 2007; Naert and Rivest, 2011). Cette observation met en évidence le rôle crucial de l'axe MCP-1/CCR2 dans le recrutement de monocytes pro- inflammatoires au cerveau inflammé, et leur contribution ultérieure dans l’élimination de l’Aβ au parenchyme cérébral. Cependant, il a été récemment démontré que la surexpression de l'IL-1β

dans l'hippocampe des souris APP/PS1 déficientes en CCR2 réduit significativement la quantité de plaques d’Aβ au niveau de l'hippocampe inflammé (Rivera-Escalera et al., 2014). Toutefois, il est intéressant de noter que des cellules immunitaires d’origine périphérique demeurent encore présentes dans l'hippocampe de ces souris, ce qui suggère que les monocytes CCR2+ _{ne seraient pas impliqués dans l’élimination de l’Aβ médiée par l'IL-1ß} (Rivera-Escalera et al., 2014). Cette importante observation suggère l'implication d'autres types de cellules immunitaires seraient recrutées au cerveau inflammé et ce, indépendamment de l'axe MCP-1/CCR2. Bien que les monocytes infiltrés soient considérés comme plus efficaces que les microglies dans l’élimination de l’Aß, il a été rapportée que la capacité de phagocytose des monocytes circulants pouvait être également altérée dans la MA. Par exemple, la phagocytose de l'Aß par les monocytes isolés du sang des patients atteints de la MA a montré une faible différenciation en macrophages, une diminution de l'internalisation de l'Aß, ainsi qu’une augmentation de l'apoptose, comparativement aux individus sains de même âge (Fiala et al., 2005). Plus récemment, une étude d'expression quantitative de traits de locus réalisée dans des leucocytes isolés de patients atteints de la MA a permis d’identifier des allèles de susceptibilité spécifiques aux monocytes, notamment CD33, associés à une diminution de la capacité d'internalisation de l'Aβ (Bradshaw et al., 2013; Raj et al., 2014). Au niveau de l'espace périvasculaire, il existe une population distincte de macrophages qui se caractérise par l'expression de la phosphatase acide, l'activité de l'estérase non-spécifique, l'expression du récepteur de type « scavenger » CD163 et l'expression du récepteur du mannose CD206 (Hawkes and McLaurin, 2009). Contrairement à la microglie, les macrophages périvasculaires sont régulièrement remplacés par la différenciation des monocytes infiltrants (Prinz and Priller, 2014). Bien que le rôle des macrophages périvasculaires soit peu connu, il a été proposé que ces cellules agiraient à titre de cellules présentatrices d'antigènes au niveau de l’espace périvasculaire, qu'elles possèderaient une activité de phagocytose et qu'elles réagiraient activement à l'inflammation cérébrale (Hawkes and McLaurin, 2009). De façon intéressante, il a été démontré que la déplétion spécifique de ces cellules dans divers modèles de souris transgéniques de la MA résulte en une forte augmentation des niveaux d'Aß dans la microvasculature cérébrale, et par conséquent, au parenchyme cérébral (Hawkes and McLaurin, 2009). Cette importante observation suggère

que les macrophages périvasculaires contribueraient, conjointement avec la BHE, à l’élimination de l’Aβ. Or, il est intéressant de noter qu'un apport excessif d'espèces solubles d’Aß du parenchyme vers la circulation sanguine peut contribuer au développement du CAA (Boche et al., 2008; Weller et al., 2009). Parallèlement, il a été rapporté que l’élimination des dépôts d’Aß du parenchyme par des approches immunothérapeutiques pourrait promouvoir le dépôt vasculaire de l’Aβ, conduisant ainsi au développement du CAA (Boche, 2008; Boche et al., 2008). Par conséquent, il serait intéressant d’évaluer plus en profondeur l'implication de telles approches immunothérapeutiques sur l'activité des macrophages périvasculaires, qui constitueraient ainsi le lien manquant entre une élimination efficace de l’Aβ au parenchyme et celle s’opérant à travers la BHE.

À ce titre, bien que les deux sous-types de monocytes interagissent avec le cerveau dans la MA, les monocytes patrouilleurs semblent avoir une relation fonctionnellement plus intime avec la BHE, comparativement au sous-type pro-inflammatoire. En fait, l'interaction du sous-type pro-inflammatoire avec la BHE est principalement limitée au processus de transmigration, qui est un processus obligatoire pour atteindre le parenchyme cérébral. Par exemple, il a été démontré que les monocytes patrouilleurs contribueraient activement à l’immunosurveillance du système vasculaire en examinant en continue l'endothélium (Auffray et al., 2007; Carlin et al., 2013). Or, plusieurs études ont souligné l'importance de ces monocytes patrouilleurs dans la MA. Plus précisément, il a été démontré que les monocytes CD14+ _CD16++_{, soit les} monocytes non-classiques chez l'humain ayant une fonction comparable à celle des monocytes patrouilleurs chez la souris (CX3CR1high_/CCR2-_/Ly6Clow_{), sont significativement} réduits en terme de nombre chez les patients atteints de la MA en comparaison à des individus atteints d'une déficience cognitive légère (MCI), ou des individus sains de même âge (Saresella et al., 2014). De plus, en utilisant l'approche par imagerie intravitale via la microscopie à deux photons, notre équipe a démontré que les monocytes patrouilleurs adhéraient d'une manière spécifique à la vasculature cérébrale riche en dépôts d’Aβ, pour ainsi les éliminer efficacement en internalisant et en transportant les microagrégats d’Aß de la paroi vasculaire cérébrale vers la circulation sanguine (Michaud et al., 2013a). En fait, afin d’évaluer l’impact de ce phénomène sur les niveaux d’Aβ au parenchyme cérébral, des cellules progénitrices isolées de la MO de souris Nr4a1-/-_{, un facteur de transcription impliqué}

dans la différenciation et la survie des monocytes patrouilleurs (Ly6Clow_{) au sein de la MO} (Hanna et al., 2011), ont été transplantées chez les souris APPswe/PS1 (Michaud et al., 2013a). De façon intéressante, la déplétion en monocytes patrouilleurs chez les souris APPswe/PS1 a significativement augmenté l’accumulation des dépôts d'Aß au niveau de la vasculature cérébrale, et par conséquent, au niveau du parenchyme cérébral également, aggravant ainsi la fonction cognitive de ces souris (Michaud et al., 2013a).

L’élimination de l’Aβ par les microglies 1.3.4.2.2

Dans la MA, les microglies constitueraient les premiers répondants face à l'accumulation d'Aß au parenchyme cérébral, puisque ces cellules se sont révélées être fortement associées aux plaques d’Aß et seraient subséquemment impliquées dans la phagocytose de l’Aβ (Malm et al., 2005; Simard et al., 2006). Les cellules microgliales sont directement activées par la plupart des espèces d’Aß et ce, par l’entremise de plusieurs mécanismes incluant entre autres des récepteurs de reconnaissance de PAMPs (ex. :TLRs), ainsi que d’autres types de récepteurs incluant RAGE, LRP1, des récepteurs de type « scavenger » et des récepteurs du complément (Block et al., 2007; Lampron et al., 2013). Plusieurs hypothèses ont été formulées afin d’expliquer le rôle de la microglie entourant les plaques d’Aß. L’hypothèse initiale suggérait que la microglie activée est exclusivement pro-inflammatoire dans le cerveau atteint de la MA, ayant ainsi un rôle néfaste dans le développement de la maladie (Akiyama et al., 2000; P. L. McGeer and E. G. McGeer, 2007). Certaines études ont rapporté une régression de la MA suite à un traitement aux anti-inflammatoires non stéroïdiens (NSAIDs) (P. L. McGeer and E. G. McGeer, 2007). Cependant, les essais cliniques utilisant les NSAIDs pour traiter la MA n'ont pas été concluants (P. L. McGeer and E. G. McGeer, 2007). Alors, le rôle de la microglie dans le cerveau atteint de la MA a été révisé, et depuis, de nombreuses données récentes et émergentes suggèrent un rôle plus complexe des cellules microgliales dans la MA (Thériault et al., 2015; Wyss-Coray and Rogers, 2012). En tant que composante cruciale du rôle physiologique de la microglie, l'axe CX3CL1/CX3CR1 s’est vu activement étudié dans la pathogenèse de la MA. Par exemple, il a été démontré que l'ablation de CX3CR1 dans divers modèles de souris de la MA, incluant l’APPswe/PS1 et la R1.40, réduit significativement l’accumulation de dépôts d’Aß au parenchyme cérébral, en modulant l'activité de phagocytose

des cellules microgliales (S. Lee et al., 2010). En revanche, une étude réalisée dans le modèle de souris 3XTg-AD a révélé que la déficience en CX3CR1 chez la microglie n'affecte pas les niveaux d’Aß, mais empêche la perte neuronale (Fuhrmann et al., 2010). Or, ces observations mettent en évidence l’importance des paramètres expérimentaux dans l’interprétation des données qui en résultent, notamment les modèles animaux transgéniques et les conditions neuroinflammatoires, pouvant avoir un impact différent sur la signalisation de CX3CR1 impliquée dans la communication neurone-microglie.

Parallèlement, l'efficacité des microglies entourant les plaques d’Aß dans la dégradation des espèces d’Aß au parenchyme demeure encore peu caractérisée. À ce titre, les microglies associées aux plaques d’Aß se sont révélées contenir des espèces d’Aß dans leur réticulum endoplasmique, une organelle non-spécialisée dans la phagocytose, ce qui suggère que les microglies résidentes ne participeraient pas activement et/ou efficacement à la phagocytose de l’Aβ (Frackowiak et al., 1992). En revanche, il a été démontré que les microglies sont en effet capables d'internaliser l'Aβ fibrillaire et soluble, mais sont incapables de dégrader ces peptides par la suite (Chung et al., 1999). Il est important de noter que les patients atteints de la MA et ayant subi un accident vasculaire cérébral (AVC ou « Stroke ») ischémique présentent une BHE fortement compromise, ce qui peut laisser place à une infiltration massive de monocytes circulants dans le parenchyme cérébral, où ils se différencient par la suite en macrophages (H. M. Wisniewski et al., 1991). Or, il a été démontré que ces macrophages infiltrés contiennent des espèces d’Aß au sein de leurs lysosomes, indiquant ainsi une phagocytose efficace (H. M. Wisniewski et al., 1991). En ce sens, notre équipe a démontré que la transplantation de cellules progénitrices isolées de la MO de souris GFP+/+ _{chez une} souris transgénique de la MA (APPswe/PS1) ayant subit une irradiation, a donné naissance à des cellules microgliales dérivées de la MO, soit des monocytes ayant migré à travers le parenchyme cérébral afin de se différencier et de spécifiquement s’associer aux plaques d’Aβ, et ainsi contribuer à l’élimination de celles-ci (Simard et al., 2006). Ces observations suggèrent donc un impact crucial du microenvironnement au parenchyme cérébral sur la capacité de phagocytose des microglies et macrophages dérivés de la MO. Par exemple, les macrophages nouvellement infiltrés et différenciés seraient peu exposés aux aggrégats d’Aβ et aux molécules pro-inflammatoires. Ces cellules seraient donc plus efficaces que les microglies

puisque celles-ci sont fortement exposées à ces éléments, qui à la longue, peuvent réduire leur efficacité d’élimination de l’Aβ (Heneka et al., 2015).

Puisque la MA est une maladie neurodégénérative progressive liée à l'âge, soit comprenant différents stades de développement, il se pourrait que l’impact de la microglie dans la pathologie de la MA soit relatif au stade de la maladie, ce qui pourrait expliquer les rôles multi- facettes de la microglie dans la MA. Avec l’âge, les cellules microgliales subissent des changements significatifs dans leur phénotype, pouvant ainsi altérer leur activité. Dans le cerveau sain âgé, les cellules microgliales présentent une forme altérée et des ramifications dystrophiques et semblent hyper-réactives aux stimulations pro-inflammatoires modérées (Njie et al., 2012). Fait intéressant, il est important de noter que la plupart des cytokines pro- inflammatoires produites par la microglie dans le cerveau âgé, sont contrôlées par la voie de signalisation CX3CL1/CX3CR1 (Limatola and Ransohoff, 2014), traduisant ainsi une interaction potentiellement dysfonctionnelle entre la microglie et les neurones avec l'âge. Dans la MA, l'activation précoce des cellules microgliales a été proposée comme étant bénéfique, en favorisant l’élimination de l’Aß avant même la formation des dépôts insolubles (Krabbe et al., 2013). Cependant, au fil du temps, les cellules microgliales perdent leur rôle neuroprotecteur, en raison de la production et de l'accumulation persistante de cytokines pro-inflammatoires dans leur microenvironnement (Hickman et al., 2008; Hickman and Khoury, 2013). Dans ces conditions, les cellules microgliales deviennent hypersensibles et joueraient ainsi un rôle néfaste au parenchyme cérébral par la production continue et la sécrétion excessive de molécules pro-inflammatoires et neurotoxiques (Hickman et al., 2008). Parallèlement, les niveaux d’expression de plusieurs marqueurs microgliaux impliqués dans l'internalisation et la dégradation de l’Aß seraient altérés (Hickman et al., 2008). Or, il est intéressant de noter que le séquençage de l'ARN chez la microglie isolée de cerveaux âgés a permis d'identifier de nombreuses modifications liées à l'âge, entre autres une dégradation des transcrits codant pour les protéines de reconnaissance des ligands endogènes, une régulation positive de ceux impliqués dans la défense de l'hôte et la reconnaissance de pathogène, ainsi qu’une expression accrue de gènes neuroprotecteurs (Hickman et al., 2013). Cette observation est intéressante car elle suggère que la microglie peut adopter un phénotype neuroprotecteur avec l'âge. Par conséquent, il est important de prendre ces facteurs en considération en tirant

un tableau complet du rôle de la microglie dans la pathogenèse de la MA.

De plus, il est important de noter que les cellules microgliales interagissent en continue avec la BHE. Étant un constituant important de l'UNV, les microglies sont activement impliquées dans le maintien d'un microenvironnement sain au cerveau qui est crucial pour la fonction ert la survie neuronale (Lampron et al., 2013; Zlokovic, 2008). En parallèle, l'activation de la microglie est étroitement dépendante de leur microenvironnement local. À ce titre, puisque des altérations au niveau des paramètres de la BHE ont été rapportées dans les premiers stades du développement de la MA (Bell and Zlokovic, 2009), il a été suggéré que l’altération de la micro-perfusion cérébrale entraînerait une dysfonction neurovasculaire qui conduirait par la suite à une hypoperfusion cérébrale chronique (Pimentel-Coelho and Rivest, 2012). Or, ces événements précoces compromettent la fonctionnalité de la BHE pouvant conduire à une défaillance dans la capacité d’élimination des oligomères d’Aß par les microglies, favorisant ainsi leur accumulation au cerveau, et par conséquent, induisant un stress neuronal (Sagare et al., 2012a). En ce sens, l'accumulation progressive d’Aß au niveau de l'espace périvasculaire aggraverait ce phénomène pouvant exacerber le dysfonctionnement de la BHE, se traduisant par une diminution significative de l'expression des protéines de jonction serrées à l’endothélium cérébral, ce qui augmenterait ainsi la perméabilité de la BHE aux molécules dérivées de le circulation sanguine (ex. : immunoglobulines, albumine) (Zlokovic, 2011). Or, l'accumulation de ces molécules dans l'espace périvasculaire exacerbe les dommages neurovasculaires et initierait une suractivation des cellules microgliales (Zlokovic, 2005). En fait, il a été rapporté que chez les patients atteints de la MA ou du CAA, les cellules microgliales activées associées à la BHE présentent une expression accrue des protéines C3b et Mac-1 (Zabel et al., 2013). De plus, il a été démontré que l'interaction entre C3b et CD11b avec l’Aß augmente significativement chez les patients atteints de la MA ou du CAA (Zabel et al., 2013). Il a donc été suggéré que ces microglies associées à la BHE, via leur récepteur CD11b, relâcheraient le complexe Aß/C3b aux cellules endothéliales cérébrales, ce qui pourrait éventuellement améliorer l'élimination de l'Aß à travers la BHE (Zabel et al., 2013). Cette importante observation suggérerait un mécanisme intéressant, par lequel la BHE et la microglie interagiraient afin de conjointement parvenir à éliminer les molécules toxiques dérivées du cerveau, dont l’Aß. En outre, il a été démontré que les cellules microgliales

expriment de hauts niveaux du transporteur de type « ABC », soit ABCA1 une pompe d'efflux pour le cholestérol et les phospholipides qui contribue à la charge lipidique de l'APOE au cerveau (Hirsch-Reinshagen et al., 2004). Or, le niveau de la charge lipidique de l’APOE peut grandement influencer sa capacité à médier l’élimination de l’Aß à travers la BHE, par l'intermédiaire de la protéine LRP1 exprimée au niveau de l’endothélium cérébral (ElAli and Hermann, 2011; Wahrle et al., 2005). Parallèlement, une étude plus récente chez des souris APP/PS1 a démontré que l'administration de bexarotène, qui est un agoniste du récepteur rétinoïde X (RXR), induit spécifiquement l'expression de l'APOE par la microglie, favorisant une élimination accrue de l'Aß soluble au cerveau (Cramer PE, et al. 2013). En ce sens, ces observations suggèrent une interaction dynamique et fonctionnelle au sein de l’UNV, entre la microglie et la BHE, ayant ainsi des implications importantes dans l’élimination de l'Aβ.