Clusterine comme candidat biomarqueur sérique contribue à l’activation des fibroblastes pulmonaires dans la maladie pulmonaire obstructive chronique
La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) est une cause majeure de morbidité et de mortalité dans le monde, imposant un fardeau économique et social significatif sur les systèmes de santé. Caractérisée par une limitation persistante du flux d’air et une inflammation progressive des voies respiratoires, la MPOC est principalement associée à l’exposition au tabac. Le remodelage des voies respiratoires, une caractéristique pathologique clé de la MPOC, implique des anomalies dans les cellules endothéliales, la fibrose de la paroi des voies respiratoires et l’hypertrophie du muscle lisse. Parmi ces changements, la fibrose pérbronchique et sous-épithéliale est particulièrement critique dans la contribution à la limitation du flux d’air. Malgré les avancées dans la compréhension de la pathogenèse de la MPOC, les mécanismes moléculaires sous-jacents à la fibrose des voies respiratoires restent mal compris. Cette étude visait à identifier les protéines clés impliquées dans le développement de la MPOC et à explorer le rôle de la clusterine (CLU) comme biomarqueur sérique potentiel dans la régulation de l’activation des fibroblastes pulmonaires.
Identification des protéines différentiellement exprimées dans la MPOC
Pour identifier des biomarqueurs potentiels pour la MPOC, l’étude a utilisé une analyse protéomique basée sur les étiquettes isobariques pour la quantification relative et absolue (iTRAQ). Des échantillons de plasma ont été prélevés chez des fumeurs masculins avec et sans MPOC. Le groupe de découverte comprenait six sujets masculins, dont trois fumeurs sans MPOC et trois fumeurs avec MPOC. Aucune différence significative n’a été observée dans l’âge, l’indice de masse corporelle (IMC), les antécédents de tabagisme ou la durée de l’arrêt du tabac entre les deux sous-groupes. Cependant, des différences significatives ont été notées dans le volume expiratoire maximal en une seconde (VEMS), le volume résiduel (VR), le VR/capacité pulmonaire totale (CPT), le VEMS/capacité vitale forcée (CVF) et les valeurs d’emphysème en tomodensitométrie (TDM).
L’analyse protéomique a identifié 144 protéines différentiellement exprimées (PDE), dont 80 protéines surexprimées et 64 sous-exprimées, entre les patients atteints de MPOC et les témoins. La caractérisation fonctionnelle de ces PDE a été réalisée en utilisant l’annotation Gene Ontology (GO) et l’analyse des voies de la Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG). L’annotation GO a révélé que les termes les plus enrichis étaient la région extracellulaire, la réponse immunitaire et le régulateur de fonction moléculaire sous les catégories de composant cellulaire, processus biologique et fonction moléculaire, respectivement. L’analyse des voies KEGG a indiqué que les PDE étaient étroitement associées aux cascades du complément et de la coagulation. Parmi les protéines identifiées, la CLU était fortement enrichie dans les catégories GO et les voies KEGG, ce qui en fait un candidat prometteur pour une investigation plus approfondie.
Validation de la CLU comme biomarqueur sérique dans la MPOC
L’étude a validé les niveaux sériques de CLU dans un groupe de vérification plus large composé de 68 sujets masculins, dont 26 fumeurs sans MPOC et 42 fumeurs atteints de MPOC à différents stades de gravité de la maladie (Initiative Globale pour la Maladie Pulmonaire Obstructive Chronique [GOLD] I–IV). Les résultats ont montré que les valeurs de VR et de VR/CPT étaient significativement plus élevées, tandis que les valeurs de VEMS et de VEMS/CVF étaient significativement plus basses chez les patients atteints de MPOC GOLD II, III et IV par rapport aux témoins. L’emphysème en TDM était également significativement plus élevé chez les patients GOLD III et IV.
Le dosage immuno-enzymatique (ELISA) a confirmé que les niveaux sériques de CLU étaient significativement augmentés chez les patients atteints de MPOC GOLD II, III et IV par rapport aux témoins. De plus, les niveaux de CLU étaient significativement plus élevés chez les patients GOLD III et IV que chez les patients GOLD I. L’analyse de corrélation de Pearson a révélé que la concentration sérique de CLU était négativement corrélée avec le VEMS et positivement corrélée avec le VR, le VR/CPT et l’emphysème en TDM. Ces résultats suggèrent que des niveaux élevés de CLU sérique sont associés à la gravité de la maladie chez les patients atteints de MPOC, ce qui en fait un biomarqueur potentiel pour la progression de la MPOC.
Surexpression de la CLU dans les cellules traitées par un extrait de fumée de cigarette
Pour explorer davantage le rôle de la CLU dans la MPOC, l’étude a examiné l’expression de la CLU dans les cellules épithéliales bronchiques humaines (HBE) traitées par un extrait de fumée de cigarette (CSE). Les résultats ont montré que les niveaux d’ARNm et de protéine de la CLU étaient significativement surexprimés dans les cellules HBE traitées par CSE de manière dépendante du temps. Cette surexpression était cohérente avec les niveaux sériques élevés de CLU observés chez les patients atteints de MPOC, indiquant que la CLU pourrait jouer un rôle dans le développement de la MPOC.
Effets du traitement par CSE sur les fibroblastes pulmonaires
L’étude a établi un modèle in vitro de MPOC en traitant des fibroblastes pulmonaires humains normaux (NHLF) avec du CSE. Les effets du traitement par CSE sur la prolifération cellulaire, la réponse inflammatoire, l’apoptose, la différenciation et le dépôt de collagène ont été analysés. Les résultats ont démontré que le traitement par CSE inhibait significativement la prolifération des NHLF et induisait l’apoptose, comme en témoigne la surexpression des protéines pro-apoptotiques (Bax, caspase-3 clivée, p53 et p21) et la sous-expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2. De plus, le traitement par CSE a favorisé la réponse inflammatoire en augmentant l’expression des cytokines inflammatoires (IL-6, IL-8 et TNF-α) et a induit la différenciation des fibroblastes pulmonaires en myofibroblastes, comme indiqué par la surexpression de l’actine alpha du muscle lisse (α-SMA) et de la fibronectine (FN). Le traitement par CSE a également augmenté le dépôt de matrice de collagène en augmentant l’expression du collagène I, du collagène III, de la métalloprotéinase matricielle-2 (MMP-2) et de la MMP-9.
Rôle du silençage de la CLU dans l’activation des fibroblastes pulmonaires
Pour étudier le rôle spécifique de la CLU dans la MPOC, l’étude a silencé l’expression de la CLU dans les NHLF en utilisant un petit ARN interférent (si-CLU). L’efficacité de la transfection a été confirmée par des réductions significatives des niveaux d’ARNm et de protéine de la CLU dans les NHLF traitées par CSE. Les effets du silençage de la CLU sur l’activation des fibroblastes pulmonaires ont ensuite été évalués.
Les résultats ont montré que le silençage de la CLU inversait partiellement les effets du traitement par CSE. Plus précisément, le silençage de la CLU augmentait significativement la prolifération des NHLF et réduisait l’apoptose en sous-exprimant les protéines pro-apoptotiques et en surexprimant Bcl-2. Le silençage de la CLU a également supprimé la réponse inflammatoire en diminuant l’expression de l’IL-6, de l’IL-8 et du TNF-α. De plus, le silençage de la CLU a inhibé la différenciation des fibroblastes pulmonaires en myofibroblastes, comme en témoigne la réduction de l’expression de l’α-SMA et de la FN, et a diminué le dépôt de matrice de collagène en sous-exprimant le collagène I, le collagène III et la MMP-9. Ces résultats suggèrent que la CLU joue un rôle significatif dans la promotion de l’activation des fibroblastes pulmonaires dans la MPOC.
Discussion et implications
L’étude fournit des preuves convaincantes que la CLU est un biomarqueur sérique potentiel pour la MPOC et joue un rôle critique dans la régulation de l’activation des fibroblastes pulmonaires. L’identification de la CLU comme protéine différentiellement exprimée chez les patients atteints de MPOC met en évidence son potentiel comme marqueur diagnostique et pronostique. La corrélation entre des niveaux élevés de CLU sérique et la gravité de la maladie soutient davantage son utilité dans le suivi de la progression de la MPOC.
La surexpression de la CLU dans les cellules HBE traitées par CSE suggère que la CLU pourrait être impliquée dans la réponse cellulaire à la fumée de cigarette, un facteur de risque majeur pour la MPOC. Le modèle in vitro de MPOC a démontré que le traitement par CSE induit l’activation des fibroblastes pulmonaires en favorisant l’inflammation, la différenciation, le dépôt de collagène et l’apoptose. L’inversion de ces effets par le silençage de la CLU indique que la CLU est un régulateur clé de ces processus.
Les résultats de cette étude ont des implications importantes pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques pour la MPOC. Le ciblage de la CLU pourrait fournir une nouvelle approche pour inhiber la fibrose des voies respiratoires et améliorer la fonction pulmonaire chez les patients atteints de MPOC. Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour élucider pleinement les mécanismes par lesquels la CLU régule l’activation des fibroblastes pulmonaires et pour explorer le potentiel de la CLU comme cible thérapeutique.
Conclusion
En conclusion, cette étude démontre que la CLU est un biomarqueur sérique potentiel pour la MPOC et joue un rôle significatif dans la régulation de l’activation des fibroblastes pulmonaires. Les niveaux élevés de CLU sérique chez les patients atteints de MPOC et sa corrélation avec la gravité de la maladie suggèrent que la CLU pourrait être utile dans le diagnostic et le suivi de la progression de la MPOC. L’inhibition de l’activation des fibroblastes pulmonaires par le silençage de la CLU met en évidence son potentiel comme cible thérapeutique pour la MPOC. Ces résultats contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents à la MPOC et ouvrent la voie au développement de nouveaux traitements pour cette maladie débilitante.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002065