Les monocytes dans l’obésité humaine : sous populations et fonctions

Nos travaux visant à caractériser phénotypiquement et fonctionellement les monocytes dans l’obésité humaine sont exposés dans un un article intitulé : « Profiling of the three circulating monocyte subpopulations in the contexte of human obesity » et publié en mars 2015 dans la revue « The Journal of Immunology ».

1. Introduction

Dans un article précédent nous avions observé une augmentation de la fréquence des IM et des NCM chez des patients obèses comparés à des sujets témoins non obèses avec une augmentation significative des NCM chez les patients obèses et diabétiques. Par une analyse multivariée nous avions montré une corrélation entre le pourcentage de NCM et la glycémie indépendante de la masse grasse. Nous avions aussi montré qu’une perte de poids drastique obtenue après une chirurgie bariatrique entraine une diminution de la fréquence de ces deux sous populations et que l’amplitude de cette dimunition corrèle avec la perte de masse grasse. De plus, une diminution d’au moins 5% de la masse grasse est suffisante pour observer une diminution significative du pourcentage des NCM. Nous avions également observé une diminution des IM après perte de poids corrélée avec une diminution de l’épaisseur de l’intima média mesurée à l’artère carotide. L’objectif de cette première partie a été de décrire les modifications phénotypiques et fonctionnelles des sous populations de monocytes dans l’obésité et de relier ces modifications aux fonctions métaboliques dans le but de mieux comprendre le rôle des monocytes dans l’inflammation de bas grade caractéristique de l’obésité. L‘hypothèse de départ a reposée sur la modulation de l’expression de certains gènes dont les produits impliqués dans l’inflammation sont essentiels aux différentes fonctions des monocytes directement ou indirectement. Le point de départ de ce travail de caractérisation a éte le choix de 18 gènes candidats qui pourraient être différentiellement modulés par l’obésité dans chacune des trois sous populations de monocytes. Nous avons donc sélectionné en premier lieu des gènes impliqués dans la fonction de migration avec les récepteurs de chimiokines : CCR2, CCR5 et CX3CR1 (138) (139) (140) (141) (142) (143) (144) (145)

(146) (222), en postulant qu’une expression différentielle de ces récepteurs expliquerait le recrutement préférentiel de l’une ou l’autre des sous populations dans les tissus inflammés. Une expression différentielle de CX3CR1 expliquerait également une meilleure résistance à l’apotose de l’une ou l’autre des sous populations et par conséquent pourrait expliquer les variations de proportion de chacune des sous populations entre des sujets obèses et des témoins (223). Toujours concernant la fonction migratoire nous avons recherché des modulations d’expression des chimiokines CCL2 (MCP-1) et CCL3 (MIP-1α). Ces deux molécules sont produites en abondance par les macrophages du tissu adipeux. L’idée était de définir laquelle des trois sous populations avait un profil sécrétoire s’approchant de celui des macrophages du tissu adipeux (78) (79). Afin de définir laquelle des trois sous populations infiltre préférentiellement le tissu adipeux inflammé dans l’obésité et plus largement les autres tissus métaboliques inflammé (e.g. le foie, le pancréas, les muscles), nous avons mesuré le niveau d’expression de molécules d’adhésion indispensables à la transmigration dans les tissus, le ligand de la sélectine P (PSCGL-1) et la molécule d’adhesion intercellulaire-1 (ICAM). Enfin, pour terminer avec le rôle des monocytes en tant que précurseur des macrophages, nous avons mesuré l’expression de CSF1-R, un gène impliqué dans la différentiation des macrophages. Ensuite, nous nous sommes intéressés aux PPRs, comme médiateurs des signaux métaboliques en signaux inflammatoires. Nous avons évidemment choisi de mesurer l’expression différentielle de TLR2 et TLR4, deux récepteurs déjà largement étudiés dans l’obesité (138) (139) (140) (141) (142) (143) (144) (145) (146) (222) auxquels nous avons ajouté l’étude des récepteurs intracellulaires TLR7 et TLR8 comme détecteurs des acides nucléiques (ssRNA) ou de complexes contenant des acides nucléiques qui pourraient ête libérés dans le milieu extracellulaire par des cellules en nécroses ou des cellules activées (137). Ceci d’autant plus que les NCM répondent spécifiquement aux virus et aux complexes contenant des acides nucléiques via la voie TLR7-TLR8-MyD88-MEK en sécrétant TNF-α, IL-1β et CCL3 (MIP-1α) (183). Une expression différentielle de ces PPRs impliquerait plus ou moins l’une ou l’autre des sous populations dans l’initiation et l’entretien de l’état inflammatoire de bas grade qui caractérise l’obésité. Avec toujours en tête la fonction de détecteur des signaux métaboliques nous avons ajouté à la liste de gènes, CD36 pour sa capacité à fixer les oxLDL (224), les lipoprotéines natives (225), les phospholipides et certaines acides gras libres (226). Concernant les récepteurs impliqués dans les grandes voies de signalisation nous avons sélectionné PPAR-γ parce que c’est un récepteur nucléaire qui transmet les effets des acides gras et de leurs dérivés sur l’expression des gènes et parce qu’il est impliqué dans de nombreuses fonctions modulées par l’obésité comme par exemple la

polarisation des macrophages, le developpement de la résistance à l’insuline et le transport du glucose (160) (161). Pour conclure notre exploration nous nous sommes intéressés aux cytokines IL-1β, TNF-α et IL-10 en tant qu’effectrices de la traduction inflammatoire des signaux métaboliques (128) (132) (133) (136) afin de savoir laquelle des sous populations était le plus directement impliquée dans le développement des maladies métaboliques associées à l’obésité. La suite de notre travail a été de confirmer au niveau protéique et fonctionnel les résultats de l’analyse transcriptomique.

2. Résultats

L’analyse de la modulation de la transcription par l’obésité des 18 gènes sélectionnés a montré que 7 gènes étaient modulés (Article 1, Figure 2). Le fait que ces gènes soient différentiellement modulés par les trois sous populations de monocytes nous ouvre des pistes dans la compréhension du rôle de chacune des sous populations de monocytes dans l’obésité. Il apparaît en première analyse que les CM et les IM up-régulent les récepteurs CCR2, CX3CR1 et CCR5 impliqués dans la migration, tandis que les IM up-régulent plutôt la sécrétion de molécules effectrices avec la chimiokine CCL2 et la cytokine IL-1β et que les NCM up-régulent le récepteur PPAR-γ. Ces résultats feraientt des CM, les précurseurs des macrophages dans les tissus des IM, les effecteurs de la réponse inflammatoire et des NCM, des « réparateurs » par l’up-régulation d’un récepteur nucléaire ayant des propriétés anti- inflammatoires et favorisant la polarisation M2 des macrophages. En accord avec la littérature TLR4 (138) est up-régulé par tous les monocytes et pour la première fois nous montrons une up-régulation de TLR8, un PPR intracellulaire, également par chacune des sous populations.

Nous avons pu confirmer au niveau protéique la surexpression de CCR2 et CCR5 par les CM et les IM indiquant une augmentation de leur potentiel migratoire dans l’obésité. En revanche CX3CR1 serait up-régulé par l’ensemble des monocytes (Article 1, Figure 4). Concernant l’up-régulation de TLR4 et de TLR8, nous la retrouvons au niveau protéique même si les différences ne sont pas statistiquement différentes. Au niveau fonctionnel nous avons montré que toutes les sous populations répondent plus fortement à la stimulation de TLR4 ou de TLR8 bien que pas toujours de façon significative (Article 1, Figure 3). Ces résultats renforcent l’idée de l’importance des TLRs comme médiateurs de l’inflammation dans l’obésité par leur fonctionalité accrue dans les monocytes circulants de patients obèses comparés à ceux de donneurs non obèses.

L’étude des corrélations existantes entre le degré d’expression protéique des récepteurs surexprimés et des marqueurs cliniques de l’obésité ont montré une corrélation négative entre le degré d’expression de CCR2 et de CX3CR1 et le taux de HDL-c alors que le degré d’expression de CCR5 est positivement corrélé avec la glycémie, le taux de triglycérides et l’HOMA-IR, tous trois sont des marqueurs sanguins métaboliques de l’obésité (Article 1, Figure 5).

3. Conclusion

Nos résultats confirment le phénotype pro-inflammatoire des monocytes dans l’obésité avec notamment l’up-régulation de TLR4 et TLR8 par les trois sous populations et une plus forte réponse à la stimulation de TLR4 ou de TLR8. Il existe cependant des différences entre les sous populations en ce qui concerne l’intensité de la réponse à ces stimulations. Les CM de patients obèses comparés à ceux de témoins non obèses répondent plus fortement à la stimulation par LPS en produisant significativement plus d’IL-1β et, de TNF-α et d’IL-10 suite à la stimulation par ssRNA. Parmi les trois sous populations c’est donc celle dont la réponse fonctionnelle via TLR4 ou TLR8 est la plus fortement augmentée ches les sujets obèses, quantitativement et qualitativement, puisqu’elle implique le plus grand nombre de cytokines. Nous avons aussi montré que la fonction migratoire était différentiellement modulée par les trois sous populations avec une intensité d’expression significativement plus forte chez les sujets obèses des trois récepteurs de chimiokines étudiés : CCR2, CCR5 et CX3CR1 par les CM et les IM. Les NCM ne surexpriment significativement que CX3CR1. Les corrélations observées entre le degré d’expression de CCR2 et de CX3CR1 et le taux de HDL-c et celles observées entre le degré d’expression de CCR5 avec la glycémie, le taux de triglycérides et l’HOMA-IR varient en fonction des sous populations. Elles sont significativement plus fortes pour les NCM comparées à celles des CM et des IM. Il en est de même pour la corrélation entre le degré d’expression de CSF-1R et l’insulinémie et l’HOMA- IR. Ce qui suggère que l’augmentation des NCM en proportion et en nombre absolu dans l’obésité pourrait être un indicateur de risque des maladies cardiovasculaires et métaboliques.

of June 9, 2015.

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