Interactions entre les éosinophiles et les cellules épithéliales bronchiques : importance dans l'asthme et sa sévérité

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© Marie-Chantal Larose, 2017

Interactions entre les éosinophiles et les cellules

épithéliales bronchiques : importance dans l'asthme et

sa sévérité

Thèse

Marie-Chantal Larose

Doctorat en microbiologie-immunologie

Philosophiæ doctor (Ph. D.)

Québec, Canada

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Interactions entre les éosinophiles et les cellules

épithéliales bronchiques : importance dans l’asthme et

sa sévérité

Thèse

Marie-Chantal Larose

Sous la direction de :

Michel Laviolette, directeur de recherche

Nicolas Flamand, codirecteur de recherche

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iii

Résumé

L’asthme est une maladie des bronches qui affecte environ 300 millions de personnes mondialement. L’asthme sévère représente 10% de cette population et certains de ces asthmatiques ont des symptômes incontrôlés et une éosinophilie pulmonaire persistante malgré la prise quotidienne de fortes doses de corticostéroïdes. Un nombre élevé d’éosinophiles dans les voies aériennes est associé avec des symptômes incontrôlés, des exacerbations fréquentes et la sévérité de l’asthme. L’identification des facteurs responsables de cette éosinophilie est donc primordiale. Par conséquent, le but général de ma thèse était de comprendre les mécanismes impliqués dans le recrutement des éosinophiles dans l’asthme et sa sévérité. Le recrutement des éosinophiles du sang vers la lumière bronchique nécessite, entre autres, la participation de chimioattractants, de l’interleukine-5 et de molécules d’adhésion. Les éotaxines, CCL11, CCL24 et CCL26, sont des chimioattractants puissants et sélectifs pour l’éosinophile puisqu’elles se lient principalement sur le récepteur CCR3 présent sur l’éosinophile. Notre premier objectif était de comparer l’effet des différentes éotaxines sur la migration des éosinophiles d’asthmatiques et de sujets sains. Par la suite, nous avons focalisé nos études sur l’importance de la CCL26 dans l’asthme et sa sévérité. Étant donné que la CCL26 n’est pas exprimée chez les rongeurs, les études portant sur la CCL26 sont limitées comparativement à celles sur la CCL11 et la CCL24. À cet égard, notre deuxième objectif était d’évaluer le rôle de la CCL26 dans l’asthme et sa sévérité et de caractériser l’effet de l’IL-13 sur la production de la CCL26 par les cellules épithéliales bronchiques de sujets sains, asthmatiques légers et asthmatiques sévères éosinophiliques. Ensuite, le troisième objectif était d’investiguer les mécanismes impliqués dans la production de la CCL26 induite par l’IL-13 chez les cellules épithéliales bronchiques. Le quatrième objectif a permis d’évaluer l’importance de l’IL-5 dans le recrutement des éosinophiles, en étudiant l’effet de l’IL-5 sur la migration des éosinophiles induite par des médiateurs lipidiques, tels que l’acide 5-oxo-éicosatétraénoïque, la prostaglandine D2 et le

2-arachidonoyl-glycérol. Finalement, pour le cinquième objectif, nous avons évalué l’importance de la périostine, une protéine impliquée dans l’adhésion des éosinophiles, dans l’éosinophilie bronchique dans l’asthme. Pour conclure, les résultats obtenus dans cette thèse favoriseront l’identification de possibles cibles thérapeutiques pour diminuer l’éosinophilie pulmonaire persistante observée chez les asthmatiques sévères.

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Table des matières

Résumé ... iii

Table des matières ... iv

Liste des tableaux ... vii

Liste des figures ... viii

Abréviations ... ix

Remerciements ... xiii

Avant-propos ... xv

CHAPITRE I : Introduction ... 1

1.0 : L’ASTHME ... 1

1.1 Les différents phénotypes et sévérités ... 1

1.2 L’inflammation allergique... 2

1.3 L’inflammation chronique... 3

2.0 : LES ÉOSINOPHILES ... 4

2.1 La morphologie et la structure des éosinophiles ... 4

2.2 La migration des éosinophiles de la moelle osseuse vers la muqueuse bronchique . 9 2.3 Le rôle de l’éosinophile dans l’asthme ... 9

2.4 Le rôle de l’interleukine-5 chez les éosinophiles ... 10

3.0 : LES CHIMIOATTRACTANTS ... 10

3.1 Les chimiokines... 11

3.2 Les médiateurs lipidiques ... 16

4.0 : INTERLEUKINE-13 (IL-13) ... 19

4.1 Les récepteurs et la signalisation cellulaire de l’IL-13 ... 20

5.0 : LES CELLULES ÉPITHÉLIALES BRONCHIQUES (CÉB) ... 23

5.1 Effet de l’IL-13 sur les CÉB ... 25

5.2 Les CÉB, l’IL-13 et la CCL26 ... 26

CHAPITRE II : Problématique et objectifs de recherche ... 28

CHAPITRE III ... 30

CCL26/Eotaxin-3 is more potent to induce the migration of eosinophils of asthmatics than CCL11/eotaxin-1 and CCL24/eotaxin-2 ... 30

3.1 Résumé ... 31

3.2 Abstract ... 32

3.3 Introduction ... 33

3.4 Materials and Methods ... 33

3.5 Results ... 36 3.6 Discussion ... 41 3.7 Conclusion ... 45 3.8 List of Abbreviations ... 45 3.9 Acknowledgments ... 45 3.10 Figures ... 46 CHAPITRE IV ... 51

Correlation between CCL26 production by human bronchial epithelial cells and airway eosinophils: involvement in severe eosinophilic asthma ... 51

4.1 Résumé ... 52

(5)

v

4.4 Materials and Methods ... 55

4.5 Results ... 58

4.6 Discussion ... 61

4.7 Conclusion ... 63

4.8 List of abbreviations ... 64

4.9 Acknowledgments ... 64

4.10 Tables and Figures ... 65

CHAPITRE V ... 73

STAT6 activation involved in CCL26 greater production by bronchial epithelial cells from subjects with severe eosinophilic asthma ... 73

5.1 Résumé ... 74

5.2 Abstract ... 75

5.4 Materials and methods ... 77

5.9 Acknowledgements ... 84

5.10 Tables and figures ... 86

CHAPITRE VI ... 93

Mechanisms of human eosinophil migration induced by the combination of IL-5 and the endocannabinoid 2-arachidonoyl-glycerol ... 93

6.1 Résumé ... 94

6.2 Abstract ... 95

6.5 Results ... 98

6.9 Tables and figures ... 102

CHAPITRE VII ... 106

Sputum but not blood periostin levels correlate with sputum eosinophil counts in asthma. ... 106

7.1 Résumé ... 107

7.2 Abstract ... 108

7.5 Results ... 111

7.8 List of Abbreviations ... 117

7.9 Acknowledgements ... 117

(6)

vi

Chapitre VIII : Perspectives et conclusions ... 127 Bibliographie ... 156

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vii

Liste des tableaux

Tableau I. Liste non exhaustive des protéines et médiateurs présents dans les granules des éosinophiles.

Tableau II. Liste non exhaustive des médiateurs sécrétés par l’éosinophile.

Tableau III. Liste non exhaustive des récepteurs présents sur l’éosinophile.

Tableau IV. Liste des récepteurs des chimiokines et de leurs agonistes.

Tableau V. Liste des chimioattractants in vitro de l’éosinophile, de leurs récepteurs et de leur efficacité chez l’humain et les rongeurs.

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viii

Liste des figures

Figure I. Inflammation bronchique chez les asthmatiques.

Figure II. La signalisation de l’IL-13 induite par sa liaison avec son récepteur.

Figure III. Expression de CX3CR1 chez les éosinophiles et l’effet de son ligand sur la

migration des éosinophiles.

Figure IV. Expression des récepteurs des chimiokines chez les éosinophiles frais humains.

Figure V. Effet de l’IL-5 sur l’expression des récepteurs CCR et CXCR chez les éosinophiles.

Figure VI. Expression du récepteur CB2 chez les leucocytes humains.

Figure VII. Production de la CCL26 chez des CÉB d’un asthmatique sévère non éosinophilique stimulées à l’IL-13.

Figure VIII. Expression de la 15-LO chez les CÉB.

Figure IX. Effet du HECO1 sur la production des métabolites de la 15-LO par les éosinophiles.

Figure X. Effet de la 15-LO sur la production des protéines induite par l’IL-13 chez les CÉB.

Figure XI. Effet des médiateurs de la 15-LO sur l’expression de la CCL26 induite par l’IL-13 chez les Calu-3.

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ix

Abréviations

11-HETE : acide 11-hydroxyéicosatétraénoïque 12-HETE : acide 12-hydroxyéicosatétraénoïque 13-HODE : acide 13-hydroxyoctadécadiénoïque

15-HEDE : acide 15-hydroxyéicosadiénoïque 15-HETE : acide 15-hydroxyéicosatétraénoïque 15-HETrE : acide 15-hydroxyéicosatriénoïque 15-LO : 15-lipoxygénase-1

2-AG : 2-arachidonoyl-glycérol

5-oxo-ETE : acide 5-oxo-éicosatétraénoïque AA : acide arachidonique

AEA : anandamide

APRIL : a proliferation-inducing ligand

AMAC : alternative macrophage activation-associated CC chemokine AREG : amphiregulin

BLT1 : leukotriene B4 receptor 1

BLT2 : leukotriene B4 receptor 2

BRAK : breast- and kidney-expressed chemokine C5a : complement component 5a

CÉB : cellules épithéliales bronchiques CIS : cytokine-induced STAT inhibitor

CTACK : cutaneous T-cell-attracting chemokine CysLTs : cystéinyl-leucotriènes

DAMPs : damage-associated molecular patterns DC-CK1 : dendritic cell-specific CC chemokine DP2 : prostaglandin D2 receptor 2

DTT : dithiothreitol Duox : dual oxidases

ECP : eosinophilic cationic protein EDN : eosinophil-derived neurotoxin EGF : epidermal growth factors

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x EGFRs : epidermal growth factors receptors ELC : EBI1-ligand chemokine

ENA : epithelial neutrophil-activating peptide EPO : eosinophil peroxidase

EXC4 : eoxin C4

FAAH : fatty acid amide hydrolase FGF : fibroblast growth factor

fMLP : N-formylmethionine-leucyl-phenylalanine FPR : formyl peptide receptor

FPRL1 : formyl peptide receptor-like 1 FPRL2 : formyl peptide receptor-like 2 GCP : granulocyte chemotactic protein

G-CSF : granulocyte colony-stimulating factor

GM-CSF : granulocyte-macrophage colony-stimulating factor GM-CSFR : GM-CSF receptor

GRO : growth-regulated protein

HB-EGF : Heparin-binding EGF-like growth factor HCC : hemofiltrate CC chemokine

HPLC : high performance liquid chromatography HRB : hyperréactivité bronchique

ICAM : intercellular adhesion molecule Ig : immunoglobines

IGF : insulin-like growth factor IL : interleukine

ILC : IL-11 R-alpha-locus chemokine IL-3Rα : IL-3 receptor alpha

IL-4Rα : IL-4 receptor alpha IL-5Rα : IL-5 receptor alpha IL-13Rα1 : IL-13 receptor alpha 1 INF : interféron

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xi IP : interferon gamma-induced protein

I-TAC : interferon-inducible T-cell alpha chemoattractant JAK : Janus kinases

LARC : liver and activation-regulated chemokine LBA : lavage bronchoalvéolaire

LC-MS/MS : chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse LDL : lipoprotéines de basse densité

LEC : liver-expressed chemokine

LFA : lymphocyte function-associated antigen LT : leucotriène

MADCAM : mucosal vascular addressin cell adhesion molecule MAG : monoacylglycérol

MBP : major basic protein

MCP : monocyte chemotatic protein MDC : macrophage-derived chemokine

MEC : mucosa-associated epithelial chemokine MGSA : melanoma growth stimulating activity MIP : macrophage inflammatory protein Mlig : monokine induced by INF-γ MMP : matrix metalloproteinase

MPIF : myeloid progenitor inhibitory factor

NADPH : nicotinamide adenine dinucleotide phosphate NAP : neutrophil-activating peptide

NDGA : nordihydroguaiaretic acid NGF : nerve growth factor

NO : nitric oxide

OXE : oxoeicosanoid receptor PAF : platelet-activating factor

PAMPs : pathogen-associated molecular patterns PARC : pulmonary and activation-regulated chemokine PDGF : platelet-derived growth factor

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xii PF : platelet factor

PG: prostaglandine

PIRB : paired immunoglobulin-like receptor B PRRs : pattern recognition receptors

PTP : protein tyrosine phosphatases

RANTES : regulated upon activation, normal T-cell expressed and secreted SCF : stem cell factor

SCM : single cysteine motif SDF : stromal cell-derived factor siRNA : small interfering RNA

SLC : secondary lymphoid-tissue chemokine SOCS : suppressor of cytokine signalling

STAT6 : signal transducer and activator of transcription 6 STCP : stimulated T cell chemotactic protein

TARC: thymus and activation-regulated chemokine TECK : thymus-expressed chemokine

TGF : transforming growth factor TLR : toll-like receptor

TNF : tumor necrosis factor TNFβR : TNF-beta receptor TH2 : T-helper 2 cell

TDCF : tumor derived chemotactic factor TSLP: thymic stromal lymphopoietin TX : thromboxane

TYK : tyrosine kinase

VCAM : vascular cell adhesion molecule VEGF : vascular endothelial growth factor VLA : very late antigen

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xiii

Remerciements

Les études graduées sont une grande aventure qui nécessite de la passion, de la persévérance et, le plus important, des personnes qui vous entourent et soutiennent. J’ai eu la chance de partager cette aventure avec des personnes formidables que je ne remercierai jamais assez.

Tout d’abord, je tiens à remercier mon comité de thèse, Dre Marie-Renée Blanchet, Dre Jamila Chakir, Dr Francis Davoine, Dr Michel Laviolette et Dr Nicolas Flamand, pour avoir accepté d’évaluer et de corriger ma thèse.

Marc-Antoine Loranger, tu m’as toujours supporté et encouragé dans mes choix de carrière et de vie. Je te remercie d’avoir accepté mon train de vie chargé et pour ton écoute lors des moments joyeux et difficiles. Tu as été mon rayon de soleil pendant mes études graduées. Je veux également remercier Archie pour sa compagnie lors de l’écriture de ma thèse.

Mes parents, Jean-Pierre Larose et Lise St-Cyr, ont été mes modèles pendant toute mon enfance et le seront pour le reste de ma vie. Je chérirai pour toujours votre appui et vos encouragements dans mes activités académiques et sportives.

Je remercie mes amis pour toutes ces soirées de détente et de rigolade qui m’ont permis de me relaxer et de me changer les idées. J’ai passé des moments formidables avec vous que je n’oublierais jamais. Camille Leclerc, je te remercie spécialement pour m’avoir supporté comme colocataire pendant mon pré-doctorat.

Véronique Provost et Cyril Martin, je vous remercie de m’avoir guidé, aidé et de m’avoir partagé votre expérience ainsi que votre apport technique. Véro, tu as été un mentor compréhensif et à l’écoute, me permettant d’apprendre beaucoup et efficacement, et de me sentir supporté. Sophie Plante, je te remercie pour ton aide et pour tout le temps passé ensemble dans la salle de culture. De plus, je dois dire un gros merci à Anne-Sophie qui m’a enduré pendant la fin de mon doctorat. Tu m’as permis de finir mon doctorat dans la joie et la bonne humeur.

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xiv

Je veux également remercier les co-auteurs des papiers inclus dans cette thèse. Votre aide et expérience ont été essentielles pour la réalisation de celle-ci.

Finalement, mes directeurs de recherche, Dr Michel Laviolette et Dr Nicolas Flamand, vous serez des modèles pour ma carrière future. Je vous remercie pour le temps que vous m’avez consacré et vos commentaires pertinents et avisés qui m’ont permis de m’améliorer et de me perfectionner. Sans vous, je n’aurai pas réussi à faire des études graduées d’une telle qualité et aussi complètes.

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Avant-propos

Je suis co-première auteure avec Dr Véronique Provost de l’article CCL26/Eotaxin-3 is more potent to induce the migration of eosinophils of asthmatics than CCL11/eotaxin-1 and CCL24/eotaxin-2, publié au Journal of Leucocyte Biology en août 2013 (Provost et al. J Leukoc Biol. 2013 Aug; 94(2):213-22.).

Je suis co-première auteure avec Caroline Turcotte de l’article Mechanisms of human eosinophil migration induced by the combination of IL-5 and the endocannabinoid 2-arachidonoyl-glycerol, publié au Journal of Allergy and Clinical Immunology en mai 2014 (Larose et al. J Allergy Clin Immunol. 2014 May;133(5):1480-2.).

Je suis première auteure de l’article Correlation between CCL26 production by human bronchial epithelial cells and airway eosinophils: involvement in severe eosinophilic asthma, publié au Journal of Allergy and Clinical Immunology en octobre 2015 (Larose et al. J Allergy Clin Immunol. 2015 Oct;136(4): 904-13.).

Je suis première auteure de l’article Sputum but not blood periostin levels correlate with sputum eosinophil counts in asthma, soumis au European Respiratory Journal.

Je suis première auteure de l’article Methylation level and STAT6 activation involved in CCL26 greater production by bronchial epithelial cells from subjects with severe eosinophilic asthma qui sera prochainement soumis.

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1

CHAPITRE I : Introduction

1.0 : L’ASTHME

L’asthme est un problème majeur de santé qui affecte environ 300 millions de personnes mondialement (1). En Amérique du Nord, la prévalence est très élevée, soit d’environ 10%, et elle augmente chaque année, ce qui engendre des coûts très importants à l’état (2,2 milliards de dollars en 2010 au Canada) (2;3). L’asthme est une maladie inflammatoire chronique des voies respiratoires qui implique de nombreuses cellules inflammatoires, immunes et résidentes de la muqueuse bronchique, ainsi que leurs médiateurs, les cytokines, les chimiokines, les facteurs de croissance et les médiateurs lipidiques (4;5). Cette maladie peut causer des serrements à la poitrine, une respiration sifflante, de la toux et de l’essoufflement (4). Ces symptômes sont causés par un rétrécissement des voies respiratoires dû à l’inflammation, au remodelage de la muqueuse bronchique et à l’hyperréactivité bronchique (HRB), qui se caractérise par une réponse exagérée des muscles lisses bronchiques lors de l’inhalation d’un allergène ou d’un stimulus (4;6). Les médicaments principalement utilisés dans le traitement de l’asthme sont les agonistes β2-adrénergiques et

les corticostéroïdes. D’une part, les agonistes β2-adrénergiques sont des bronchodilatateurs

utilisés pour relaxer les muscles lisses bronchiques et diminuer les symptômes dus au bronchospasme. D’autre part, les corticostéroïdes sont des anti-inflammatoires employés pour prévenir les exacerbations ainsi que pour contrôler et soulager les symptômes de l’asthme causés par l’inflammation (4;7). Récemment, deux médicaments biologiques ont été approuvés, l’omalizumab, constitué d’anticorps dirigés contre l’immunoglobuline E (IgE), et le mepolizumab, constitué d’anticorps dirigés contre l’interleukine (IL)-5. Ils réduisent les exacerbations et l’inflammation permettant une diminution de la dose de corticostéroïdes administrée quotidiennement chez les sujets asthmatiques sévères allergiques (omalizumab) ou éosinophiliques (mepolizumab) présentant des symptômes incontrôlés malgré la prise de fortes doses de corticostéroïdes (8-12).

1.1 Les différents phénotypes et sévérités

L’asthme est une maladie hétérogène qui comprend plusieurs phénotypes et différents niveaux de sévérité. Le phénotype le plus répandu chez les asthmatiques est celui de type TH2 (T-helper 2 cell) (13;14). Ce phénotype se caractérise par la présence d’éosinophiles et

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2

de lymphocytes TH2, de cellules inflammatoires, et de cytokines TH2 telles que 4,

l’IL-5 et l’IL-13 (13;1l’IL-5). D’autre part, la sévérité de l’asthme est classifiée légère, modérée ou sévère en fonction du niveau d’obstruction bronchique et de la dose de corticostéroïdes utilisée quotidiennement (16). Chez les asthmatiques sévères, des sujets éosinophiliques et non éosinophiliques sont également observés. Présentement, ces phénotypes sont définis par le pourcentage d’éosinophiles dans les expectorations induites (16;17). Généralement, lorsque les asthmatiques sévères ont 3% et plus d’éosinophiles dans leurs expectorations induites, ils sont définis comme étant éosinophiliques. Le pourcentage d’éosinophiles dans les expectorations induites est la mesure la plus reproductible et efficace disponible. Cependant, la technique pour obtenir des expectorations induites est coûteuse, laborieuse et non disponible dans plusieurs hôpitaux ou cliniques. Donc, la découverte de biomarqueurs valables et mesurables dans le sang favoriserait une classification plus simple des sujets par phénotype. Cette classification est un élément clé lors du choix du traitement à prévaloir chez les sujets avec un asthme sévère, puisque certains médicaments sont inefficaces chez certains phénotypes. En effet, certains asthmatiques sévères sont incontrôlés, symptômes persistants et inflammation soutenue, malgré la prise de fortes doses de corticostéroïdes (13).

1.2 L’inflammation allergique

L’inflammation est une caractéristique importante de l’asthme qui a un grand rôle à jouer dans l’HRB et le remodelage des voies respiratoires (6;18). Le développement de l’inflammation allergique débute avec l’exposition des voies respiratoires à un aéro-allergène, tel que les poils d’animaux, les acariens, le pollen et les moisissures (19). En premier lieu, il se produit une sensibilisation des poumons à l’allergène. L’allergène traverse l’épithélium soit grâce à son activité protéolytique intrinsèque ou soit en étant capté par des cellules dendritiques (19). Les cellules dendritiques activées par les allergènes migrent vers les ganglions lymphatiques à proximité pour activer les lymphocytes T CD4+ _{naïfs (19).}

Lorsque des cellules inflammatoires, telles que les basophiles, les éosinophiles, les mastocytes, les lymphocytes natural killer T, les lymphocytes TH2 et les cellules lymphoïdes

innées 2, produisent de l’IL-4 dans le site d’activation, les lymphocytes T CD4+_se

différencient en lymphocytes TH2 (19-21). Ces lymphocytes sécrèteront de 4 et de

(18)

3

CD40, ce qui induira la production d’IgE par les lymphocytes B (19). Ces IgE spécifiques migrent vers les bronches pour se lier aux récepteurs de hautes affinités d’IgE des mastocytes. La liaison des IgE spécifiques aux mastocytes prédisposera les mastocytes à réagir immédiatement lors des prochaines expositions (19). Lors d’une deuxième exposition à l’allergène, une inflammation bronchique se produit immédiatement suivant l’exposition à l’allergène (19). Les allergènes qui traversent l’épithélium se lient aux récepteurs d’IgE spécifiques présents à la surface des mastocytes (19). Ces mastocytes activés sécrètent des granules, des médiateurs lipidiques et des cytokines provoquant la réaction immédiate. Cette réaction se caractérise par une bronchoconstriction, une vasodilatation, une augmentation de la perméabilité vasculaire et de la production de mucus (19). Dans certains cas, les mastocytes activés, les lymphocytes TH2 et, possiblement, les cellules lymphoïdes innées 2

synthétisent des cytokines, des chimiokines et des facteurs de croissance, conduisant au recrutement de cellules inflammatoires telles que les éosinophiles, les basophiles, les lymphocytes T et les monocytes (19;21). Ce phénomène induira une réaction tardive qui provoquera une deuxième phase de bronchoconstriction (19). La Figure I est une représentation de l’inflammation bronchique chez les asthmatiques.

1.3 L’inflammation chronique

Lors d’expositions répétées des voies respiratoires à un allergène, une inflammation chronique se développe (18;19). Cette inflammation contribue au développement de l’asthme, à l’hyperréactivité bronchique et au remodelage bronchique (18). En effet, elle se caractérise par des dommages continus aux cellules épithéliales bronchiques et par l’induction d’un remodelage bronchique (19). Ce remodelage provoque plusieurs changements dans la structure du tissu bronchique dont une fibrose sous-épithéliale due à une production excessive des protéines de la matrice extracellulaire par les fibroblastes, la métaplasie des glandes à mucus qui est associée avec une augmentation de la production du mucus, l’hypertrophie et l’hyperplasie des muscles lisses et une augmentation de l’angiogenèse (19).

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4

Figure I. Inflammation bronchique chez les asthmatiques.

Sally E Wenzel. 2012, Asthma phenotypes: the evolution from clinical to molecular approaches. (22)

2.0 : LES ÉOSINOPHILES

L’éosinophile est une cellule inflammatoire centrale dans l’asthme et sa sévérité (23). En effet, le nombre d’éosinophiles dans le sang et dans les voies aériennes corrèle avec la sévérité de la maladie, les symptômes et le nombre d’exacerbations (18;24-27). Ils représentent de 1 à 3% des leucocytes circulatoires chez les individus sains et environ 5% des leucocytes chez les asthmatiques (23). Ils sont également présents dans différentes pathologies telles que la rhinosinusite chronique, l’œsophagite à éosinophiles, la rhinite, la dermatite et certains cancers (syndrome hyperéosinophilique, maladie de Hodgkin) (28-30).

2.1 La morphologie et la structure des éosinophiles

La morphologie de cette cellule se caractérise par un diamètre de 8 µm, par un noyau bilobé et par la présence de nombreux granules (23;31;32). Les principaux granules retrouvés dans l’éosinophile sont les granules spécifiques, aussi nommées secondaires, et, en moins grande quantité, les granules primaires, les eosinophil sombrero vesicles, les petites granules et les corps lipidiques (Tableau I) (33). Les granules spécifiques sont constituées des major basic

Sally E Wenzel. 2012, Asthma phenotypes: the evolution from clinical to molecular approaches.

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5

protein (MBP), eosinophil-derived neurotoxin (EDN), eosinophilic cationic protein (ECP) et eosinophil peroxidase (EPO), en plus de plusieurs cytokines, chimiokines, enzymes et facteurs de croissance (34). De nombreuses études ont également démontré la présence de récepteurs dans les granules secondaires, soit des récepteurs de chimiokines (CCR3), de cytokines (IL-4Rα), de cystéine-leucotriènes (CysLTs) et de P2Y12 (34). De plus, les

éosinophiles produisent rapidement des médiateurs lipidiques (CysLTs, thromboxane (TX), prostaglandine (PG) D2, acide 15-hydroxyéicosatétraénoïque (15-HETE), facteur

d'activation plaquettaire (PAF)) (35;36), et synthétisent de nombreux autres médiateurs lorsqu’ils sont activés (Tableau II). Finalement, l’éosinophile exprime une grande variété de récepteurs qui lui permet d’interagir avec son environnement (Tableau III) (35).

(21)

6

Tableau I. Liste non exhaustive des protéines et médiateurs présents dans les granules des éosinophiles.

Granules

spécifiques

Granules

primaires

Petites granules

Corps lipidiques

Protéines cationiques MBP, ECP, EDN, EPO Enzymes Phosphatases acides, Collagénases, Arylsulfatase B, Histaminase, Phospholipase D, Catalase, Estérases non spécifiques, Lyzozyme, Élastase, Énoyl-CoA hydratase, 3-Kétoacyl-CoA thiolase, β-glucuronidase Chimiokines CCL3, CCL5, CCL7, CCL8, CCL11, CCL13, CXCL1, CXCL10, CXCL12 Cytokines

2, 3, 4, 5, 6, 10,

IL-12, IL-13, IFN-γ, TNF, GM-CSF, TGFα, TGFβ Facteurs de croissance SCF, NGF, PDGF, VEGF, EGF, APRIL

Cristaux de Charcot-Leyden Phosphatases acides, Arylsulfatase B, Catalase, Cytochrome b558, Élastase, ECP Cyclooxygénase, 5-LO, 15-LO, LTC4 synthase, EPO, Estérase Références : (35;36)

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7

Tableau II. Liste non exhaustive des médiateurs sécrétés par l’éosinophile.

Médiateurs

Chimiokines CCL2, CCL3, CCL5, CCL7, CCL10, CCL11, CCL17, CCL22, CXCL1, CXCL5, IL-8, CXCL9, CXCL10, CXCL11

Cytokines IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-13, IL-16, IL-17, IFN-γ, TNF-α, GM-CSF

Lipides CysLTs, PAF, TXA2, PGD2, PGE2

Facteurs de croissance SCF, TGF-α, HB-EGF-LBP, NGF, PDGF

Facteurs fibrogéniques IL-11, TGF-β, NGF, SCF, PDGF, EGF, VEGF, HB-EGF, MMP9, MMP17

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Tableau III. Liste non exhaustive des récepteurs présents sur l’éosinophile.

Récepteurs

Ligands

Chimiokines CCR1 CCL3, CCL5 CCR2 CCL2 CCR3 CCL2,-5,-11,-24,-26 CCR6 CCL20 CXCR1, CXCR2 IL-8

Cytokines IL-3Rα, βc IL-3

IL-5Rα, βc IL-5

GM-CSFRα, βc GM-CSF

IFNGR IFN-γ

TNFβR TNF-β

IL-4Rα, IL-13Rα1 IL-4, IL-13

Médiateurs lipidiques CysLT1, CysLT2 CysLTs

PAF PAF FPR fMLP OXE 5-oxo-ETE CB2 2-AG BLT1, BLT2 LTB4 DP2 PGD2

Molécules d’adhésions LFA-1 ICAM-1,-2,-3

VLA4 VCAM-1, fibronectine

CD62L MADCAM-1, CD34

CD162 sélectines P

αdβ2 VCAM

α4β7 MADCAM-1, VCAM,

fibronectine

Molécules de signalisation TLR PAMPs

MHCII récepteur des lymphocytes T

CD80, CD86 CD28

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2.2 La migration des éosinophiles de la moelle osseuse vers la muqueuse

bronchique

Le recrutement des éosinophiles vers la muqueuse bronchique est un processus complexe mettant en jeux plusieurs cellules et molécules. Le développement de l’éosinophile débute dans la moelle osseuse où l’éosinophile dérive d’une cellule de la moelle osseuse CD34+_{, une}

molécule importante dans le recrutement des éosinophiles vers les voies aériennes (31;50). En effet, une diminution du nombre d’éosinophiles dans les LBA est observée chez des souris déficientes en CD34 comparativement aux souris contrôles (51). Ensuite, l’éosinopoïèse est induite principalement par l’IL-5, un médiateur essentiel à la différenciation, la maturation et la prolifération des précurseurs des éosinophiles. Par la suite, des cytokines, chimiokines et molécules d’adhésion, spécialement l’IL-5 et les éotaxines, initient la migration des éosinophiles de la moelle osseuse vers le sang (23;52;53). Dans le sang, les éosinophiles se lient faiblement à la paroi des vaisseaux sanguins grâce aux sélectines, créant un roulement des cellules (54;55). Lorsque les éosinophiles se lient à un chimioattractant, ceux-ci se fixent à la paroi vasculaire, puis adhèrent à celle-ci grâce aux intégrines, aux molécules d’adhésion des cellules vasculaires (VCAM) et aux molécules d’adhésion intercellulaires (ICAM) (31;56). Ce phénomène entraine la transmigration des éosinophiles entre les cellules endothéliales vers la matrice extracellulaire du tissu bronchique (31;57). Cette opération est facilitée par le réarrangement du cytosquelette des éosinophiles et par la digestion de la membrane extracellulaire produite par des protéases sécrétées par les éosinophiles, les

métalloprotéases matricielles (MMPs) et le système plasminogène-plasmine (31;57).

2.3 Le rôle de l’éosinophile dans l’asthme

Suite au recrutement des éosinophiles dans la muqueuse bronchique et à leur activation, ceux-ci libèrent des granules avec des protéines toxiques, des médiateurs lipidiques et des espèces réactives de l’oxygène pour se défendre contre l’invasion de particules indésirables (31). La libération des granules se fait soit par exocytose (fusion d’une ou des granule(s) avec la membrane cellulaire), par à la pièce (sécrétion sélective de granules dans de petites vésicules) ou par cytolyse (rupture de la membrane cellulaire) (31). D’une part, ces granules endommagent notamment les nerfs et les CÉB (58;59). D’autre part, les médiateurs lipidiques induisent de la bronchoconstriction et l’hypersécrétion de mucus, et les espèces réactives de l’oxygène endommagent les cellules résidentes de la muqueuse bronchique (31).

(25)

10

2.4 Le rôle de l’interleukine-5 chez les éosinophiles

L’IL-5 est une cytokine centrale dans l’inflammation éosinophilique (60;61). Tel que mentionné précédemment, elle favorise la prolifération, la maturation et la différentiation des éosinophiles (31). De plus, elle inhibe leur apoptose, augmentant leur survie dans le tissu bronchique (57). À cet égard, des traitements ciblant l’IL-5, le mépolizumab et le reslizumab, diminuent le nombre d’éosinophiles dans le sang et dans les expectorations induites, et réduit le taux d’exacerbation chez les asthmatiques sévères éosinophiliques (8;10-12;62;63). Des effets similaires ont été observés avec le benralizumab, un traitement ciblant le récepteur de l’IL-5, toutefois ces effets sont prolongés, plus rapides et efficaces (64).

L’IL-5 favorise également la migration des éosinophiles en amplifiant la réponse de ceux-ci à certains chimioattractants (60;61). La CCL5 (65;66), CCL11 (67), CCL26 (53), CCL26, PAF (68;69), LTB4 (69), fMLP (69) et PGD2 (70) induisent une migration plus importante

des éosinophiles lorsque ceux-ci sont en présence d’IL-5. Cet effet amplificateur de l’IL-5 serait causé par l’interaction entre la signalisation induite par son récepteur et les récepteurs des chimioattractants. L’IL-5 se lie à un récepteur constitué de deux sous-unités, IL-5Rα et la chaine commune β qui se lie également à l’IL-3 et au GM-CSF. La liaison de l’IL-5 avec son récepteur active plusieurs facteurs de signalisation, dont les protéines tyrosines kinases Lyn, Syk et Fyn, Janus kinases (JAK)2 et signal transducers and activators of transcription (STAT)5. Les protéines tyrosines kinases, spécialement Lyn, et JAK2 induisent l’activation de facteurs signalétiques Rho GTPases, qui favorisent le changement morphologique et la chimiokinésie de l’éosinophile. De plus, STAT5 peut faciliter la migration des éosinophiles en augmentant l’expression de molécules d’adhésion (71).

3.0 : LES CHIMIOATTRACTANTS

Les chimioattractants sont particulièrement importants pour induire la migration cellulaire. Dans un contexte inflammatoire, ils induisent une migration dirigée des leucocytes vers le site inflammatoire à l’aide d’un gradient. Plusieurs chimiokines et médiateurs lipidiques induisent la migration des éosinophiles.

(26)

11

3.1 Les chimiokines

Les chimiokines sont de petites protéines ayant plusieurs rôles lors d’une réaction inflammatoire, mais étant principalement reconnues pour leur pouvoir chimiotactique (72). Elles font partie de la grande famille des cytokines et elles sont regroupées en quatre sous-familles : les chimiokines C, CC, CXC et CX3C, classification basée sur la position des

cystéines conservées aux extrémités N-terminales (72;73). À cet égard, le tableau IV répertorie les récepteurs connus des chimiokines et leurs agonistes par sous-famille. Dans l’homéostasie tissulaire, les chimiokines induisent le mouvement de cellules, dont les leucocytes, les fibroblastes, les cellules épithéliales et endothéliales, vers des tissus spécifiques (72;73). Lors d’une réaction inflammatoire pulmonaire, elles induisent la migration de cellules inflammatoires, telles que les éosinophiles et les neutrophiles, vers la muqueuse bronchique (71;73-75). Plusieurs chimiokines participent au recrutement de l’éosinophile humain avec des puissances chimiotactiques variées in vitro. Les éotaxines et CCL5 (RANTES) sont des chimioattractants reconnus et puissants de l’éosinophile humain (53;53;76;77;77-79). Cependant, les éotaxines se démarquent des autres chimioattractants, puisqu’elles sont sélectives pour l’éosinophile. CCL7 (MCP-3), CCL8 (MCP-2) et CCL13 (MCP-4) sont caractérisés comme étant de faibles chimioattractants de l’éosinophile humain (53;77;78;80-86). CXCL12 (SDF) semble également être un chimioattractant, mais d’autres études seront nécessaires pour le confirmer (87;88). D’autre part, le rôle de CCL3 comme chimioattractant de l’éosinophile humain n’est pas encore confirmé (76;84), puisque certaines études n’ont pas observé de migration des éosinophiles induite par CCL3 (78;81).

Tableau IV. Liste des récepteurs des chimiokines et de leurs agonistes.

Chimiokines

Noms communs

Récepteurs

Chimiokines CC CCL1 I-309 CCR8 CCL2 MCP-1/TDCF CCR1, CCR2 CCL3 MCP-1α/LD78α CCR1, CCR3, CCR5 CCL4 MCP-1β CCR1, CCR5 CCL5 RANTES CCR1, CCR3, CCR5 CCL7 MCP-3 CCR1, CCR2, CCR3, CCR5 CCL8 MCP-2 CCR1, CCR2, CCR3, CCR5

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12 CCL11 Éotaxine-1 CCR3, CCR5 CCL13 MCP-4 CCR1, CCR2, CCR3, CCR5 CCL14 HCC-1 CCR1, CCR5 CCL15 HHC-2 CCR1, CCR3 CCL16 HCC-4/LEC CCR1, CCR2, CCR3, CCR5 CCL17 TARC CCR4 CCL18 DC-CK1/PARC/AMAC-1 CCL19 MIP-3β/ELC/Exodus-3 CCR7 CCL20 MIP-3α/LARC/Exodus-1 CCR6 CCL21 6Ckine/SLC/Exodus-2 CCR7 CCL22 MDC/STCP-1 CCR4 CCL23 MPIF-1/CKβ8 CCR1 CCL24 MPIF-2/Eotaxin-2 CCR3 CCL25 TECK CCR9 CCL26 Éotaxine-3 CCR3, CX3CR1 CCL27 CTACK/ILC CCR10 CCL28 MEC CCR3, CCR10 Chimiokines C XCL1 Lymphotactin/SCM-1α XCR1 XCL2 SCM-1β XCR1 Chimiokines CX3C CX3CL1 Fractalkine/CX3CL1 CX3CR1 Chimiokines CXC CXCL1 GRO-α, MGSA-α CXCR2 CXCL2 GRO-α, MGSA-α CXCR2 CXCL3 GRO-γ, MGSA-γ CXCR2 CXCL4 PF-4 CXCR3 CXCL5 ENA-78 CXCR2 CXCL6 GCP-2 CXCR1, CXCR2 CXCL7 NAP-2 CXCR1, CXCR2 CXCL8 IL-8 CXCR1, CXCR2 CXCL9 Mig CXCR3 CXCL10 IP-10 CXCR3 CXCL11 I-TAC CXCR3, CXCR7 CXCL12 SDF-1α/β CXCR4, CXCR7 CXCL13 SDF-1α/β CXCR5 CXCL14 BRAK/bolekine CXCL16 CXCR6 Références : (89) 3.1.1 Les éotaxines

Les éotaxines font partie de la famille des CC chimiokines (56). On retrouve trois éotaxines : CCL11 (éotaxine-1), CCL24 (éotaxine-2) et CCL26 (éotaxine-3) (90-92). Au niveau

(28)

13

structural, elles diffèrent de 70 % dans leurs séquences nucléotidiques et se retrouvent sur des chromosomes différents (93). Elles sont principalement produites par les CÉB, mais aussi par les éosinophiles, les macrophages, les cellules endothéliales, les cellules musculaires lisses, les lymphocytes et les fibroblastes (94;95). Les éotaxines sont hautement sélectives pour l’éosinophile grâce à leur liaison avec le récepteur CCR3, principalement présent sur l’éosinophile, leur permettant de créer un mouvement dirigé des éosinophiles selon un gradient (91). CCR3 est un récepteur à sept domaines transmembranaires couplés aux protéines G (23;31;96). On le retrouve en très grande quantité sur l’éosinophile et en plus faible quantité sur le basophile, et le lymphocyte TH2 (97;98). D’autre part, des évidences

suggèrent que les éotaxines se lient chacune de façon différente au récepteur CCR3, résultant à des affinités différentes (99;100). CCR3 est aussi un récepteur pour CCL5 (RANTES), CCL7 (MCP-3), CCL8 (MCP-2) et CCL13 (MCP-4) (101-103). Contrairement aux éotaxines, ces chimiokines peuvent activer d’autres récepteurs présents sur d’autres types cellulaires, démontrant qu’elles sont non sélectives pour l’éosinophile (104).

3.1.1.1 La CCL11

La CCL11 est la première éotaxine à être découverte en 1993, suivie par la CCL24 en 1997 et, finalement, la CCL26 en 1999 (92;100;105;106). Rapidement, les éotaxines ont été associées à différentes maladies éosinophiliques, dont l’asthme. En effet, les niveaux de CCL11 sont plus élevés dans les lavages bronchoalvéolaires (LBA), les expectorations induites, la muqueuse bronchique et le sang de sujets asthmatiques comparativement à des sujets sains (107-120). De plus, Dent et al ont démontré que les niveaux de CCL11 dans les expectorations induites sont plus élevés chez les sujets asthmatiques sévères ou modérés que chez les asthmatiques légers ou les sujets sains (121). Plusieurs évidences indiquent également une association entre les niveaux de CCL11 et le nombre d’exacerbations ou le nombre d’éosinophiles dans les LBA, les expectorations induites, les biopsies bronchiques et l’épithélium (107;110;111;115;122). Cependant, une étude a démontré que l’inhalation de la CCL11 chez des sujets asthmatiques n’induit pas le recrutement d’éosinophiles dans les voies aériennes, suggérant un impact limité de la CCL11 comme chimioattractant de l’éosinophile dans l’asthme (123). Chez les modèles murins, des souris Balb/c déficientes en CCL11 ont un recrutement inférieur des éosinophiles vers les voies aériennes suite à une stimulation allergénique comparativement aux souris contrôles. Par contre, des souris

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14

C57/B6 déficientes en CCL11 ont un recrutement des éosinophiles similaires que les souris contrôles, illustrant que le rôle de la CCL11 dans le recrutement des éosinophiles dans les souris est dépendant de leur espèce (124).

3.1.1.2 La CCL24

Les niveaux de CCL24 augmentent dans la muqueuse bronchique et les expectorations induites de sujets asthmatiques (125;126). De plus, Coleman et al ont démontré que la CCL24 est associée avec la sévérité de l’asthme et le faible contrôle de la maladie (127). En effet, les sujets asthmatiques sévères éosinophiliques non contrôlés avaient des niveaux plus élevés de CCL24 dans l’épithélium que les sujets sains et ces niveaux étaient inversement associés avec le volume expiratoire maximale en une seconde (VEMS). Tout comme la CCL11, la CCL24 est également associée avec le nombre d’exacerbations et le nombre d’éosinophiles dans la muqueuse bronchique et l’épithélium (127;128). Dans des modèles murins, des souris déficientes en CCL24 ont une réduction du nombre d’éosinophiles dans le LBA, suite à une stimulation avec l’IL-13, et dans la muqueuse bronchique, suite à une stimulation à l’ovalbumine, comparativement aux souris contrôles. Pope et al se sont également intéressé à l’importance du récepteur CCR3 comparativement à la CCL11 et la CCL24 dans le recrutement des éosinophiles. Cette étude a démontré que, suite à une stimulation à l’ovalbumine, des souris déficientes en CCL24 et CCL11 ont une diminution similaire des éosinophiles dans le LBA et la muqueuse bronchique que des souris déficientes en CCR3 (129;130). Ces résultats illustrent que, chez la souris, le récepteur CCR3 nécessite la liaison de CCL11 et de CCL24 pour induire ces fonctions.

3.1.1.3 La CCL26

La CCL26, comparativement à la CCL11 et la CCL24, n’est pas exprimée par les rongeurs, puisque ceux-ci possèdent seulement un pseudogène de la CCL26 (131). L’utilisation de matériels humains est donc nécessaire afin d’étudier les mécanismes impliqués dans le recrutement des éosinophiles, spécialement dans l’asthme d’autant plus que les rongeurs ne développent pas la maladie spontanément (132). À cet égard, la CCL26 semble se démarquer des deux autres éotaxines par son implication dans plusieurs physiopathologies éosinophiliques chez l’homme. En effet, les niveaux de CCL26 dans le sang augmentent chez les patients souffrant de dermatite atopique, d’œsophagite à éosinophiles, du syndrome de

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15

Churg-Strauss, de folliculite éosinophilique, de vascularite à petits vaisseaux, du syndrome hyperéosinophilique et de maladies rhumatoïdes (133-138). De plus, Landi et al ont démontré que la CCL26 est le marqueur systémique le plus sensible afin d’identifier les patients atteints de cholangite sclérosante primitive, d’une cirrhose biliaire primitive ou d’une hépatite auto-immune (139). Dans les polypes nasaux, la quantité de cellules positives en CCL26 est plus élevée chez les sujets avec une rhinosinusite chronique éosinophilique que chez les sujets avec une rhinosinusite chronique non éosinophilique (29). Les niveaux de CCL26 sont également plus élevés dans les biopsies d’œsophage de patients avec une œsophagite à éosinophiles que ceux avec une maladie de reflux gastro-œsophagien (30). Dans l’asthme, les niveaux de CCL26 sont augmentés dans la muqueuse bronchique ou dans les LBA, spécialement à la suite d’une réaction allergique (140-142). Toutes ces études suggèrent une relation étroite entre la CCL26 et les éosinophiles. À cet égard, seulement Coleman et al se sont intéressés à évaluer cette relation dans l’asthme et sa sévérité et rapportent que l’expression en ARNm de la CCL26 dans l’épithélium est augmentée avec la sévérité de l’asthme et corrèle avec le nombre d’éosinophiles dans les expectorations induites (127).

3.1.1.4 Distinction entre les éotaxines

Même si les trois éotaxines sont des chimioattractants sélectifs de l’éosinophile et qu’elles sont associées à l’asthme, plusieurs études suggèrent qu’elles agiraient distinctement l’une de l’autre et ce sur différents aspects. Tout d’abord, l’expression des éotaxines est régulée différemment à la suite d’une réaction allergique. Les niveaux de CCL11 corrèlent avec le nombre d’éosinophiles 6 heures à la suite d’une réaction allergique induite sous-cutanée alors que, pour la CCL24, cette corrélation est observée après 24 heures (143). Une autre étude a démontré que, chez les sujets asthmatiques, seuls les niveaux de CCL26 sont augmentés 24 heures après la réaction allergique dans les biopsies bronchiques. Ces études suggèrent une régulation temporelle distincte de chaque éotaxine (142). Par ailleurs, il a aussi été démontré que les gènes de la CCL11, de la CCL24 et de la CCL26 sont induits différemment. Les gènes de la CCL11 et de la CCL24 sont majoritairement induits par les cytokines TH1, mais le gène

de la CCL26 seulement par les cytokines TH2 (144-148). Étant donné que les cytokines TH1

et TH2 sont très présentes dans la réponse initiale de l’inflammation et que, dans la réponse

tardive, les cytokines TH2 sont prédominantes, ces résultats suggèrent une implication de la

(31)

16

réponse tardive. De plus, les éotaxines semblent être exprimées différemment selon le type de tissus ou de cellules : la CCL11 par la muqueuse et l’épithélium bronchique, la CCL24 par les macrophages alvéolaires et les CÉB et la CCL26 par les CÉB (111;127;140;149). Ces résultats supportent que la CCL11 favoriserait davantage la migration des éosinophiles vers la muqueuse bronchique alors que la CCL24 et la CCL26 favoriserait leur migration vers la lumière bronchique (149). Pour conclure, l’ensemble de ces études nous démontre que les éotaxines ont des rôles distincts, mais coopératifs dans la migration et l’activation des éosinophiles.

3.2 Les médiateurs lipidiques

Les médiateurs lipidiques ont de nombreux rôles physiologiques et pathophysiologiques dans l’inflammation, l’immunité et l’homéostasie (150). Ces médiateurs proviennent des phospholipides membranaires ou des lipides ingérés durant la diète. Dans un contexte inflammatoire, les médiateurs lipidiques peuvent avoir un rôle pro-inflammatoire, anti-inflammatoire ou régulateur (151). L’acide arachidonique (AA), métabolisé à partir des phospholipides membranaires grâce aux phospholipases A2, est une source importante de

médiateurs lipidiques, tels que les leucotriènes (LT) et les prostaglandines (PG) (152). Ces métabolites ont des rôles importants dans l’asthme, dont la bronchoconstriction, la vasodilatation, l’augmentation de la production de mucus et de la perméabilité vasculaire (153-156). De plus, le LTD4 amplifie la production de la CCL26 induite par l’IL-13 chez les

CÉB (157). Ces métabolites sont également des facteurs chimiotactiques de l’éosinophile. In vitro, la PGD2, le LTB4 et les CysLTs (LTC4, LTE4 et LTD4) sont de faibles chimioattractants

de l’éosinophile humain (42;70;79;158-165). Cependant, les évidences quant au rôle du LTE4

et du LTC4 comme chimioattractant sont limitées. L’acide 5-oxo-éicosatétraénoique

(5-oxo-ETE) est le chimioattractant le plus puissant de l’éosinophile humain (70;166;167). Le PAF, métabolisé à partir des phospholipides membranaires, est également un chimioattractant important (163;166;168;169). Métabolisé à partir de phospholipides membranaires, les endocannabinoïdes, soit le 2-arachidonoyl-glycérol (2-AG) ou l’anandamide (AEA) sont également des sources de médiateurs lipidiques. Le 2-AG et l’AEA activent principalement les récepteurs CB1 et CB2, et sont hydrolysés en acide arachidonique (AA) grâce à l’enzyme

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monoacylglycérol (MAG) lipase et l’hydrolase des amides d'acides gras (FAAH), respectivement (151). L’éosinophile exprime le récepteur CB2 et l’enzyme MAG lipase,

permettant au 2-AG et à l’AEA d’activer l’éosinophile ou d’être hydrolysés par celui-ci. A cet égard, le 2-AG induit une faible migration des éosinophiles humains (49;170). D’autres enzymes sont également impliquées dans le métabolisme de l’AA, des endocannabinoïdes et de leurs métabolites, telles que les cyclooxygénases et les lipoxygénases (LO) (151). Le tableau V représente la liste des chimioattractants in vitro de l’éosinophile et de leurs récepteurs connus.

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Table V. Liste des chimioattractants in vitro de l’éosinophile, de leurs récepteurs et de leur efficacité chez l’humain et les rongeurs.

Chimioattractants de l’éosinophile

(78;163;164) n/a

+

(201;214) CCL3/ MIP-1α CCR1/3 (96;171-173;186)

(178)

- : aucune migration, +/- : faible ou aucune migration, + : migration entre 10-30%, ++ : migration entre 30-50%, +++ : migration au-dessus de 50%, n/a : non disponible

4.0 : INTERLEUKINE-13 (IL-13)

L’IL-13 est une cytokine de type TH2 fortement associée à la physiopathologie de l’asthme.

En effet, les niveaux d’IL-13 dans la muqueuse bronchique sont plus élevés chez les asthmatiques que chez les sujets sains (224;225) et, dans les expectorations induites, corrèlent avec l’asthme et sa sévérité (26;226;227). Plusieurs études ont également rapporté que des polymorphismes du gène de l’IL-13 peuvent contribuer au développement de la physiopathologie de l’asthme (228-232). Présentement en phase clinique, des traitements ciblant l’IL-13 ou son récepteur révèlent des résultats prometteurs chez les asthmatiques sévères incontrôlés avec une éosinophilie persistante. En effet, le lebrikizumab, un anti-IL-13, diminue la fréquence des exacerbations et augmente le VEMS chez ces patients, spécialement ceux avec des niveaux élevés de périostine dans le sérum (233-235). Un autre anti-IL-13, le tralokinumab, augmente le VEMS, mais n’a aucun effet sur la fréquence des exacerbations (236;237). Finalement, le dupilumab, un inhibiteur du récepteur IL-4Rα, a des effets similaires au lebrikizumab (238;239). De plus, l’IL-13 est importante dans plusieurs autres maladies inflammatoires telles que la rhinite, la dermatite allergique et la sinusite chronique (228).

L’IL-13 partage plusieurs fonctions inflammatoires avec la cytokine IL-4. Leurs sécrétions par les lymphocytes T de type TH2 favorisent le développement, le recrutement et l’activation

des mastocytes et des éosinophiles ainsi que la production de mucus, la prolifération des fibroblastes et des muscles lisses dans la muqueuse bronchique (8;19;228;240;241). Ils induisent également l’expression de nombreuses chimiokines telles que CCL2, CCL3, CCL7, CCL8, CCL11, CCL12, CCL17, CCL24 et CCL26 (228). L’IL-13 et l’IL-4 sont considérées comme étant des cytokines redondantes à cause du partage de leurs sous-unités de récepteurs. Malgré cette redondance, plusieurs études effectuées dans des modèles murins ont permis de démontrer des différences importantes entre ces deux cytokines. En effet, dans un contexte d’infection parasitaire, les souris déficientes en IL-13 n’ont aucune clairance des parasites et

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produisent des IgE, mais les souris déficientes en IL-4 éliminent les parasites sans production d’IgE (242-244). D’autres études ont démontré que l’IL-4 est essentiel à la production d’IgE et à l’activation des mastocytes et que l’IL-13 est essentiel à la production de mucus et à la clairance des parasites. (245;246). Ces résultats révèlent que, d’une part, l’IL-4 est important pour l’activation des mastocytes et que, d’autre part, l’IL-13 est important pour la production de mucus et la clairance des vers. De plus, dans des modèles murins d’asthme, l’IL-13 est nécessaire et suffisant pour induire la réponse inflammatoire créée par les lymphocytes T de type TH2 et l’HRB dans les poumons (247;248). Par contre, l’IL-4 n’est pas nécessaire pour

induire les symptômes de l’asthme, suggérant que l’IL-13 seul pourrait induire ces symptômes (228;248;249). À cet égard, l’administration d’un agent bloquant l’IL-13 dans les poumons de souris inhibe la production de mucus et l’HRB induite par l’ovalbumine (247). Par ailleurs, l’administration d’un anticorps ciblant l’IL-4 n’a aucun effet s’il est administré après la réaction allergique, mais prévient le développement de l’asthme si celui-ci est administré avant la réaction allergique (250). Pour conclure, ces études effectuées chez la souris supportent que l’IL-4 semble avoir un rôle prédominant lors de la sensibilisation à un allergène alors que l’IL-13 semble être davantage impliqué lors de l’inflammation chronique chez les asthmatiques (228;251).

4.1 Les récepteurs et la signalisation cellulaire de l’IL-13

Tel que mentionné ci-dessus, l’IL-13 et l’IL-4 ont des propriétés similaires causées par le partage de leurs sous-unités de récepteurs (228). Ces sous-unités sont la chaine commune des récepteurs de cytokine γ (γc), IL-4Rα, IL-13Rα1 et IL-13Rα2. L’IL-13 et l’IL-4 peuvent se

lier aux récepteurs constitués d’une sous-unité IL-4Rα et d’une sous-unité IL-13Rα1 (251).

Ce récepteur est présent sur les cellules hématopoïétiques, les lymphocytes B, les monocytes/macrophages, les cellules dendritiques, les éosinophiles, les basophiles, les fibroblastes, les cellules endothéliales, les cellules musculaires lisses et les CÉB (228). Seul l’IL-4 peut se lier aux récepteurs constitués d’une sous-unité γc et d’une sous-unité IL-4Rα, et seul l’IL-13 peut se lier à la sous-unité IL-13Rα2 avec une forte affinité et à la sous-unité

IL-13Rα1 avec une faible affinité (252). La sous-unité IL-13Rα2 sert à moduler négativement

la réponse de l’IL-13, puisqu’elle ne possède aucun élément pour activer la cellule (decoy receptor) (228). IL-13Rα2 est présente dans plusieurs organes tels que le cerveau, le foie, le

(36)

21

sous-unités ont un rôle activateur puisqu’elles induisent l’activation de JAK : la sous-unité γc active JAK3, la sous-unité IL-4Rα active JAK1 et la sous-unité IL-13Rα1 active JAK2 et

la tyrosine kinase 2 (TYK2) (252). Lorsque les JAK sont activées, elles phosphorylent les résidus tyrosines spécifiques présents sur les sous-unités des récepteurs, permettant la liaison du facteur de transcription STAT6 sur le récepteur (252). Par la suite, JAK1 présent sur la sous-unité IL-4Rα induit la phosphorylation du facteur de transcription STAT6 (228). Cette phosphorylation induit la dimérisation de STAT6, une étape essentielle à la présence de STAT6 dans le noyau (252;253). Une fois que STAT6 activé est présent dans le noyau, il se lie au promoteur de certains gènes afin d’induire leur transcription, tels que la CCL26 (252;254;255). L’activation de STAT6 est hautement régulée et peut être inhibée par des phosphatases ou des protéines inhibitrices telles que les suppressor of cytokine signaling protein (SOCS) (256). La famille des SOCS comprend 8 protéines : cytokine-induced STAT inhibitor (CIS) et SOCS1-SOCS7 (257). SOCS1 et SOCS3 sont connues pour être impliquées dans l’inhibition de STAT6. SOCS1 se lie directement aux JAKs phosphorylées et SOCS3 se lie aux récepteurs de l’IL-13 (256;257). La Figure II représente la signalisation induite par la liaison de l’IL-13 à son récepteur.

L’importance de STAT6 dans l’inflammation asthmatique a été évaluée à plusieurs reprises (253). Par exemple, une étude a démontré que des souris déficientes en STAT6 ne développaient pas d’HRB ni de production de mucus induite par l’IL-13 et que la reconstitution de STAT6 dans les CÉB était suffisante pour renverser ce phénomène (258). En effet, STAT6 est particulièrement important pour induire les fonctions de l’IL-13, telles que la production de chimiokines, la contraction des muscles lisses et la production de mucus par les CÉB (259-261). De plus, les niveaux de STAT6 augmentent dans l’asthme, suggérant un rôle particulier de STAT6 dans l’inflammation bronchique chez les asthmatiques (253;262).

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23

Figure II. La signalisation de l’IL-13 induite par sa liaison avec son récepteur.

Modifié de Shuai et al. 2003. Nat Rev Immunol. 3(11):900-11. (257)

5.0 : LES CELLULES ÉPITHÉLIALES BRONCHIQUES (CÉB)

Chez l’homme, le poumon est l’organe qui possède la plus grande surface interagissant continuellement avec l’environnement extérieur (263). L’épithélium bronchique est la première barrière physique, chimique et immunologique face à l’environnement inhalé (264). Chez les sujets sains, l’épithélium bronchique est recouvert de mucus et contient des cellules ciliées en forme de colonnes, des cellules à mucus et des cellules Clara qui sécrètent du surfactant (265). Les cellules sont collées les unes aux autres ou à la matrice extracellulaire grâce à des molécules de jonctions et d’adhésions, aux desmosomes et aux hémidesmosomes, permettant à l’épithélium d’effectuer son rôle de barrière (264;265). Ces cellules recouvertes de mucus maintiennent l’homéostasie dans le poumon et protègent la muqueuse bronchique des réactions allergiques, bactériennes ou virales (266). La présence d’antioxydants favorise

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le maintien de l’intégrité de l’épithélium et la résistance face aux dommages. Lors de dommage à l’épithélium, une réparation intrinsèque de celui-ci est activée par la sécrétion de ligands des récepteurs epidermal growth factor (EGFRs), conduisant à la migration, à la différentiation et à la prolifération des cellules.

Chez les asthmatiques, la structure normale de l’épithélium bronchique est altérée (264;266;267). Les cellules ciliées en forme de colonne sont physiquement endommagées, la prolifération des cellules basales et des cellules à Clara est altérée, les jonctions serrées de l’épithélium sont sévèrement perturbées, et une hyperplasie et une hypertrophie des cellules à mucus sont observées. De plus, la présence d’antioxydants est diminuée et l’expression des EGFRs et de molécules de stress et de dommage, tel que la protéine heat shock protein 70 et les enzymes caspases, sont augmentées, suggérant l’augmentation de l’apoptose et de la régénération des CÉB. L’expression de ces molécules corrèle avec la sévérité de l’asthme et peut expliquer en partie la réparation erronée de l’épithélium. Dans l’asthme sévère, l’épithélium est également caractérisé par une prolifération excessive des cellules basales. Lors de l’activation des poumons par des allergènes ou des molécules présentes dans la pollution ou la fumée de cigarette, les CÉB contribuent à la régulation de l’inflammation pulmonaire grâce à la sécrétion de nombreux médiateurs (Tableau VI) (267). En effet, les CÉB expriment plusieurs pattern recognition receptors (PPRs) qui répondent à la liaison de pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), présent dans les microbes, ou à la liaison de damage-associated molecular patterns (DAMPs), sécrétés suite au dommage tissulaire (265). Les CÉB sont également impliquées dans l’induction des exacerbations. L’infection virale des voies aérienne contribue entre 40 et 80% des exacerbations chez les asthmatiques. Les virus infectent les CÉB par leur liaison avec les récepteurs ICAM-1 et des lipoprotéines à basse densité (LDL).

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Tableau VI. Liste non exhaustive des médiateurs sécrétés par les CÉB lors d’une réaction inflammatoire

Médiateurs

Cytokines 1, 6, 11, 13, 15, 16, IL-33, TSLP, IFN, TNF-α, G-CSF, GM-CSF, TARC

Facteurs de croissance TGF-β, EGF, HB-EGF, AREG, FGFs, PDGFs, IGFs, neurotrophins, VEGFs

Chimiokines CCL2, CCL3, CCL5, CCL11, CCL24, CCL26, CCL13, CCL20, CCL28, CXCL8, CX3CL1

Médiateurs lipidiques AA, 15-LO, 15-HETE, CysLTs

Médiateurs peptidiques Endothéline-1, -3

Reactive oxygen/nitrogen species Duox-1 et -2, NO, peroxyde d’hydrogène

Enzymes Lipoxygénases, cytochrome P450, xanthine oxydase, NADPH oxydase

Référence : (264;266;268)

5.1 Effet de l’IL-13 sur les CÉB

L’épithélium est une cible importante de l’IL-13 lors d’une réaction inflammatoire, ce qui s’explique en partie par la présence des quatre sous-unités des récepteurs de l’IL-4 et l’IL-13 (266). La liaison de l’IL-13 aux CÉB contribue à de nombreux phénomènes inflammatoires, tels que le remodelage bronchique, la surproduction de mucus et le recrutement de cellules inflammatoires (95;264). Tous ces phénomènes sont produits grâce à la capacité de l’IL-13 à induire l’expression de gènes inflammatoires chez les CÉB. En effet, l’IL-13 contribue au remodelage bronchique en induisant l’expression de TGF-β, de la mucine 5b et de la protéine CLCA1 des cellules caliciformes chez les CÉB (269-271). De plus, l’IL-13 favorise la production de chimiokines par les CÉB, une étape majeure dans le recrutement de cellules inflammatoires vers le poumon (228;241;272). Par exemple, la production de la CCL26 par

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les CÉB nécessite la présence de l’IL-13 ou de l’IL-4 (140;148;228;273;274). L’IL-13 induit également l’expression de la 15-lipoxygénase (LO) par les CÉB, une enzyme métabolisant des médiateurs lipidiques impliquée dans l’inflammation, spécialement chez les asthmatiques (275;276). En effet, Chu et al ont démontré que les niveaux de 15-LO et de 15-HETE, un de ses métabolites, augmentent avec la sévérité de l’asthme dans l’épithélium et dans les LBA, respectivement (275). Étant donné que les niveaux d’IL-13 corrèlent avec l’asthme et sa sévérité, les médiateurs induits par l’IL-13 chez les CÉB pourraient avoir un rôle clé dans l’asthme et sa sévérité.

5.2 Les CÉB, l’IL-13 et la CCL26

L’IL-13 induit fortement l’expression et la production de la CCL26 par les CÉB. À cet égard, Coleman et al ont illustré une relation importante entre la CCL26 présente dans l’épithélium et l’asthme sévère éosinophilique (127). Les auteurs ont comparé les niveaux des éotaxines dans l’épithélium et dans les LBA de différents groupes de sujets : des sujets sains, asthmatiques légers, asthmatiques modérés et asthmatiques sévères. Tout d’abord, ils ont démontré que la CCL11 est exprimée très faiblement dans l’épithélium et que son expression est similaire entre les différents groupes de sujets (147). D’autre part, l’expression de la CCL24 et de la CCL26 étaient élevées et augmentaient dans l’épithélium d’asthmatiques sévères éosinophiliques. De plus, ces niveaux d’expression corrélaient avec le nombre d’éosinophiles dans les expectorations induites, le nombre d’exacerbations et le faible contrôle des symptômes. Par contre, les auteurs ont démontré que les niveaux protéiques de CCL24 dans les LBA diminuent avec la sévérité de l’asthme. Ceux-ci n’ont pas réussi à quantifier les niveaux de CCL26 dans les LBA. Étant donné que les niveaux de CCL24 dans les LBA diminuent dans l’asthme sévère, l’implication de la CCL24 dans l’éosinophilie pulmonaire présente dans les voies aériennes des sujets asthmatiques sévères éosinophiliques semble limitée. Des expériences supplémentaires seront nécessaires afin de confirmer les résultats obtenus en ARNm au niveau protéique et afin de mieux définir l’implication de la CCL26 dans l’asthme sévère.

De plus, il sera important de définir les mécanismes impliqués dans l’augmentation de l’expression de la CCL26 dans l’épithélium de sujets asthmatiques sévères. Évidemment, les