Un criblage détaillé de l'expression du récepteur de l'acide biliaire (BA) dans les cellules immunitaires a permis d'identifier des plaquettes, produites à partir de mégacaryocytes hématopoïétiques, pour exprimer le récepteur BA FXR. Des études pharmacologiques ont révélé que l'activation du FXR inhibe l'activation des plaquettes en réponse à la stimulation du collagène ou du récepteur de la thrombine, entraînant une diminution de la signalisation du Ca2+, de la liaison du fibrinogène, de l'agrégation, de la signalisation des intégrines, de la propagation et de la stimulation de la rétraction des caillots. Les plaquettes de souris déficientes en FXR (KO) ont été réfractaires au traitement avec des activateurs FXR. Ainsi, le FXR peut être une cible potentielle pour la prévention de la maladie athérothrombotique 1. Comme les microbiotes, qui produisent de la BA secondaire, ont un impact sur le système immunitaire, nous avons étudié si les modifications de la composition et/ou de la fonction des microbiotes par l'administration de "prébiotiques" avaient un impact sur la fonction vasculaire par le biais de modifications de la BA. Dans un modèle de dysfonctionnement endothélial induit par le métabolisme (souris ApoE-KO appauvries en AGPI n-3), la supplémentation en fructane de type inuline (ITF) a inversé le dysfonctionnement endothélial dans les artères mésentériques et carotides par l'activation de la voie de synthèse de l'oxyde nitrique (NO). L'administration de prébiotiques a augmenté les bactéries productrices de NO, a reconstitué la flore avec la bactérie bénéfique Akkermansia et a diminué l'abondance des taxons impliqués dans la synthèse secondaire de BA. Des changements dans l'expression des gènes de l'intestin et du foie se produisent lors de l'administration du FIT, ce qui suggère une augmentation de la production de GLP-1 et du chiffre d'affaires de la BA comme moteurs de la préservation de la fonction endothéliale, soulignant le rôle clé de la BA dans la régulation de la fonction endothéliale 2. Le miniporc est de plus en plus utilisé comme modèle animal, surtout en chirurgie. En outre, son pool de BA est plus proche de celui de l'homme que des rongeurs, étant particulièrement enrichi en acide hyocholique 3. Ce modèle a donc été utilisé pour établir un lien entre l'augmentation des concentrations de BA et les avantages métaboliques de la chirurgie bariatrique, en particulier le pontage gastrique de Roux en Y (RYGB). Les concentrations systémiques totales de BA ont augmenté après le RYGB, en raison d'une augmentation des BA conjugués. Le rapport entre les BAs conjugués portales et systémiques a diminué après le RYGB, indiquant des altérations de la fonction hépatique dans les changements des concentrations de BA systémiques lors de la chirurgie du RYGB en raison d'une diminution de la recapture hépatique sélective. Ainsi, les altérations de la fonction hépatique contribuent à l'augmentation des BA systémiques après le RYGB 4.

Pour améliorer la gamme disponible d'agonistes et d'antagonistes des récepteurs BA, un programme de chimie médicale a été entrepris pour identifier les agonistes du TGR5 dépourvus d'effets systémiques délétères, mais conservant des effets bénéfiques sur les systèmes entéro-endocrinien et entéro-immunitaire. Un dépistage des agonistes du TGR5 avec une exposition principalement dans l'intestin mesurée par la sécrétion de GLP-1 par les cellules L entéroendocrines, a permis d'identifier un puissant sécrétagogue ayant un faible effet sur le volume de la vésicule biliaire, mais améliorant l'homéostasie métabolique dans un modèle murin d'obésité induite par le régime alimentaire et de résistance à l'insuline (RI) 5. Cet agoniste intestinal topique du TGR5 est maintenant testé pour ses actions potentielles sur le système immuno-inflammatoire en tant qu'outil et agent thérapeutique potentiel. Plusieurs études translationnelles ont été lancées pour déterminer le rôle des BA dans le métabolisme et la physiopathologie humaine. Pour délimiter la contribution des BA dans la transition vers la stéatohépatite (NASH) dans les maladies hépatiques grasses non alcooliques, nous avons étudié si les altérations des BA sont associées à la NASH indépendamment du poids corporel et des altérations du métabolisme du glucose. Les concentrations plasmatiques de BA n'étaient pas corrélées aux lésions hépatiques de la NASH. En revanche, les BA primaires étaient fortement corrélées avec l'IR. Les analyses transcriptomiques ont montré que le métabolisme hépatique de la BA n'était pas altéré chez les patients atteints de NASH. Enfin, les rapports plasma FGF-19, BA secondaire à BA primaire et BA libre à BA conjuguée étaient similaires, suggérant un métabolisme intestinal non altéré de la BA et une signalisation. Ainsi, la composition du pool de BA du plasma périphérique est principalement déterminée par l'état métabolique des patients obèses plutôt que par la pathologie hépatique 6. D'autres études sont en cours pour déterminer comment la signalisation de la BA par ses récepteurs module le NASH et la fibrose et si ces actions impliquent une régulation directe du système immunitaire-inflammatoire dans le foie. Une étude translationnelle vise à déterminer quels types de cellules immunitaires sont associés au passage de la simple stéatose au NASH. Un profilage transcriptionnel de biopsies hépatiques accompagné d'un profilage immunitaire détaillé a été effectué dans deux cohortes de patients du NASH et les signatures altérées par une intervention sur le mode de vie (LSI) ont été identifiées. L'analyse des biopsies du foie a révélé une signature génétique hépatique associée au passage de la stéatose à la NASH, sensible à la régression de l'activité de la NASH lors d'une LSI, indépendante de la perte de poids corporel et enrichie en gènes associés au système immunitaire liés aux réponses inflammatoires, à la présentation de l'antigène et aux cellules cytotoxiques. Dans une cohorte indépendante, la NASH a été associée à des altérations des populations de cellules immunitaires sanguines, notamment les cellules dendritiques classiques (cDC) de type 1 et 2, et les cellules T CD8 cytotoxiques. L'inflammation lobulaire et le ballonnement sont associés à l'accumulation de cellules T CD8 dans le foie. Un modèle murin de NASH axé sur l'alimentation a été développé et utilisé pour démontrer que la progression de la simple stéatose au NASH entraîne une signature d'expression hépatique immunitaire comparable et l'accumulation de cellules cDC et de cellules T CD8 intrahépatiques 7. Ce modèle translationnel sera utilisé pour étudier le rôle de la signalisation BA sur ces populations immunitaires associées au NASH, qui expriment le FXR et le TRG5. Nous avons également publié 3 revues sur les BA, leurs récepteurs et leurs rôles modulateurs sur la physiopathologie 8-10.


Méthodes nouvelles et/ou non conventionnelles
 
- Les 7 articles originaux décrits ci-dessus contiennent tous des éléments nouveaux, notamment en ce qui concerne les mesures des concentrations de BA ou les corrélations entre les phénotypes immunitaires et les signatures transcriptomiques chez les patients du NASH
- Pour délimiter précisément les récepteurs BA d'expression des types de cellules (immunitaires), des souris rapporteurs pour FXR et TGR5 ont été générées en insérant une séquence IRES et les gènes codant pour la protéine fluorescente jaune Profein et tdTomato en aval du codon stop de FXR et TGR5, respectivement, de telle sorte que l'expression de YFP et tdTomato soit respectivement conduite par les promoteurs endogènes de FXR et TGR5. YFP et tdTomato seront donc utilisés comme marqueurs de substitution de l'expression des récepteurs. En outre, les marqueurs OST (One STrEP Tag) et HA (hémagglutinine) attachés à un lieur ont été respectivement ajoutés avant les codons de terminaison FXR et TGR5, permettant la purification des complexes protéiques contenant FXR ou TGR5 à partir de lysats cellulaires à l'aide d'anticorps de haute affinité. Cette approche permet de contourner l'utilisation d'anticorps de mauvaise qualité contre le FXR et le TGR5. Des souris rapporteur FXR et TGR5 homozygotes ont été obtenues et les colonies sont actuellement en expansion. La première analyse des souris rapporteurs FXR est prévue pour juin 2019.
- La composition du pool de BA diffère sensiblement entre les souris et les humains, avec la présence de BA spécifiques à l'espèce exerçant des activités distinctes sur le FXR et/ou le TGR5, en raison de l'activité du CYP2C70 dans la synthèse des espèces d'acide muricholique spécifiques aux souris. En effet, les souris déficientes en CYP2C70 présentent un pool de BA "humanisé" (F.Kuipers, communication personnelle). Par conséquent, les lignées de souris rapporteur FXR et TGR5 seront croisées avec des animaux CYP2C70-/- et l'expression des récepteurs respectifs sera évaluée chez ces animaux à l'homéostasie et sur différents défis métaboliques et inflammatoires.
- Les deux lignées FXRfl/fl et TGRfl/fl ont été obtenues et les premières sont actuellement croisées avec des souris trangeniques Mb1/CD79a-Cre pour induire une délétion spécifique du FXR dans les cellules B. L'impact de la délétion FXR spécifique des cellules B sera évalué sur la susceptibilité à développer des maladies immunométaboliques dans des modèles établis d'obésité/T2D induite par le régime alimentaire ainsi que de NASH induite par le régime alimentaire.
- En outre, un protocole original permettant de trier simultanément 4 types de cellules différents du foie, à savoir les hépatocytes, les cellules Kupffer, les cellules endothéliales sinusoïdales et les cellules stellaires, a été mis au point, ce qui permet de réaliser une analyse RNAseq sur des populations de cellules purifiées. L'impact de la délétion des FXR dans un type de cellule (immunitaire) spécifique sur la réponse immunométabolique à l'obésité induite par le régime alimentaire et la NASH sera évalué dans le cadre d'autres expériences. Des données de contrôle de qualité des expériences RNAseq obtenues sur ces populations purifiées ont été obtenues. Des panels d'immunoprofilage par cytométrie de flux et de masse ont été mis en place pour le foie, le tissu adipeux et l'intestin afin d'analyser à la fois les souris rapporteur FXR et TGR5 ainsi que les animaux FXRMb1/Mb1. En conclusion, dans la première partie du programme Immunobile, les modèles animaux et les technologies nécessaires pour évaluer le rôle des récepteurs BA dans le contrôle du métabolisme immunitaire ont été développés. En utilisant ces outils, nous réalisons maintenant les études fonctionnelles de la deuxième partie du programme.


Développements interdisciplinaires et transversaux

De par sa conception fondamentale, l'ensemble du projet est interdisciplinaire entre, d'une part, l'endocrinologie et le métabolisme et, d'autre part, l'immunologie. Certains aspects sont traduits avec des données obtenues dans des cohortes humaines.

Les trois réalisations les plus significatives :

- Legry V., Francque S., Haas J.T., Verrijken A., Caron S., Chavez-Talavera O., Vallez E., Vonghia L., Dirinck E., Verhaegen A.,Kouach M., Lestavel S., Lefebvre P., Van Gaal L., Tailleux A., Paumelle R., Staels B.: Bile acid alterations are associated with insulin resistance, but not with NASH in obese subjects. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2017; 102, 3783

- Haas, J.T., Vonghia, L., Mogilenko, D., Verrijken, A., Fleury, S., Deprince, A., Nikitin, A., Woitrain, E., Durocq-Geoffroy, L., Pic, S., et al. (2019). Presence and activity of NASH correlate with a hepatic immune-related transcriptomic signature and increased cytotoxic CD8 T lymphocytes. Nat Metab in press

- Lasalle, M., Hoguet, V., Hennuyer, N., Leroux, F., Piveteau, C., Belloy, L., Lestavel, S., Vallez, E., Dorchies, E., Duplan, I., et al. (2017). Topical Intestinal Aminoimidazole Agonists of G-Protein-Coupled Bile Acid Receptor 1 Promote Glucagon Like Peptide-1 Secretion and Improve Glucose Tolerance. J Med Chem 60, 4185

 Diffusion et résultats

 

Publications

 

1             Moraes, L. A. et al. Farnesoid X Receptor and Its Ligands Inhibit the Function of Platelets. Arterioscler Thromb Vasc Biol 36, 2324-2333, doi:10.1161/ATVBAHA.116.308093 (2016).

2             Catry, E. et al. Targeting the gut microbiota with inulin-type fructans: preclinical demonstration of a novel approach in the management of endothelial dysfunction. Gut 67, 271-283, doi:10.1136/gutjnl-2016-313316 (2018).

3             Spinelli, V. et al. Influence of Roux-en-Y gastric bypass on plasma bile acid profiles: a comparative study between rats, pigs and humans. Int J Obes (Lond) 40, 1260-1267, doi:10.1038/ijo.2016.46 (2016).

4             Chavez-Talavera, O. et al. Roux-en-Y gastric bypass increases systemic but not portal bile acid concentrations by decreasing hepatic bile acid uptake in minipigs. Int J Obes (Lond) 41, 664-668, doi:10.1038/ijo.2017.7 (2017).

5             Lasalle, M. et al. Topical Intestinal Aminoimidazole Agonists of G-Protein-Coupled Bile Acid Receptor 1 Promote Glucagon Like Peptide-1 Secretion and Improve Glucose Tolerance. J Med Chem 60, 4185-4211, doi:10.1021/acs.jmedchem.6b01873 (2017).

6             Legry, V. et al. Bile Acid Alterations Are Associated With Insulin Resistance, but Not With NASH, in Obese Subjects. J Clin Endocrinol Metab 102, 3783-3794, doi:10.1210/jc.2017-01397 (2017).

7             Haas, J. T. et al. Presence and activity of NASH correlate with a hepatic immune-related transcriptomic signature and increased cytotoxic CD8 T lymphocytes. Nat Metab in press (2019).

8             Trabelsi, M. S., Lestavel, S., Staels, B. & Collet, X. Intestinal bile acid receptors are key regulators of glucose homeostasis. Proc Nutr Soc 76, 192-202, doi:10.1017/S0029665116002834 (2017).

9             Chavez-Talavera, O., Tailleux, A., Lefebvre, P. & Staels, B. Bile acid control of metabolism and inflammation in obesity, type 2 diabetes, dyslipidemia and NAFLD. Gastroenterology, doi:10.1053/j.gastro.2017.01.055 (2017).

10           Chavez-Talavera, O., Haas, J., Grzych, G., Tailleux, A. & Staels, B. Bile acid alterations in nonalcoholic fatty liver disease, obesity, insulin resistance and type 2 diabetes: what do the human studies tell? Curr Opin Lipidol 30, 244-254, doi:10.1097/MOL.0000000000000597 (2019).

 

Mots-clés:
Acides biliaires, Récepteurs nucléaires, Cellules immunitaires, Métabolisme