Mitoquines dans la BPCO

INTRODUCTION La Broncho-Pneumopathie Chronique Obstructive (BPCO) se caractérise par une obstruction progressive et difficilement réversible des voies respiratoires, touchant essentiellement les petites voies respiratoires (bronchiolite chronique obstructive), associée de manière variable à une destruction du parenchyme pulmonaire (emphysème). 10 % des personnes de plus de 45 ans sont atteintes de MPOC. La BPCO devrait être la troisième cause de mortalité dans le monde d'ici 2020. La principale cause de BPCO dans les pays occidentaux est le contact chronique de la fumée de tabac avec les voies respiratoires, avec une entrée massive de nombreuses substances toxiques et espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans l'organisme qui induisent un stress oxydatif (OS). La SG dans la BPCO est à la fois exogène (ROS inhalés) et endogène (ROS induite par les toxiques du tabac et par la propre maladie). Certains chercheurs considèrent que la SG dans la MPOC est étroitement liée à un type particulier de sénescence cellulaire accélérée associée à un processus inflammatoire chronique qui affecte non seulement le système respiratoire, mais également de nombreuses autres parties du corps (muscle squelettique, système cardiovasculaire, métabolisme global). , système immunologique, etc.).

Le dysfonctionnement mitochondrial joue un rôle central, mais non exclusif, dans le stress oxydatif, la sénescence cellulaire et l'inflammation chronique. Ainsi, une meilleure compréhension du dysfonctionnement mitochondrial sous-jacent à la BPCO permettrait de mieux comprendre la physiopathologie et d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques possibles. Les altérations mitochondriales de la BPCO au niveau broncho-pulmonaire, musculaire et immunologique sont largement documentées tant sur le plan morphologique que physiopathologique. Le dysfonctionnement mitochondrial peut être primaire (congénital) ou secondaire (acquis, comme dans le cas du tabagisme). Il s'agit d'un concept large comprenant une production d'énergie cellulaire altérée, une génération excessive de ROS ou de certains métabolites du cycle de Krebs dans les mitochondries, et une perte de contrôle de la qualité des composants mitochondriaux essentiels qui conduisent finalement à une production anormale de molécules intramitochondriales (ADNmt, ATP, cytochrome c, Romo1 etc.) au cytosol et aux fluides extracellulaires. Certaines de ces molécules se comportent comme des DAMP (dommages associés aux motifs moléculaires) et induisent une activation de l'immunité innée, et donc de l'inflammation. Les taux sanguins de cytochrome C et de Romo1 ont été proposés comme marqueurs du stress oxydatif. La fonction principale des mitochondries est la génération d'ATP, la molécule porteuse d'énergie de base pour le maintien de la cellule vivante. La génération d'ATP est produite à partir d'autres précurseurs énergétiques dans les mitochondries via le système de phosphorylation oxydative couplé à la chaîne de transport d'électrons (OXPHOS/ETC). Ces organelles jouent également un rôle fondamental dans 1) la génération de métabolites spécifiques des glucides, des lipides et des protéines, indispensables à de multiples fonctions cellulaires, 2) la synthèse des hèmes et des hormones stéroïdiennes, 3) la gestion des "clusters" de Fe et S, 4) l'homéostasie cellulaire du calcium intracellulaire, 5) la réponse immunitaire, à la fois innée et acquise, et 6) la régulation de certains types d'apoptose.

Les cellules réagissent en permanence aux changements environnementaux auxquels elles sont exposées. Dans les situations de stress cellulaire (par ex. privation calorique, manque de nutriments spécifiques, changements de température, etc.) le noyau cellulaire réagit en envoyant des signaux aux mitochondries afin qu'elles modifient leur fonction pour s'adapter au changement (signalisation antérograde du noyau vers les mitochondries : par exemple l'exercice physique consomme ATP dans la cellule musculaire, qui active l'AMPK, qui active le cofacteur de transcription nucléaire PGC-1alpha, qui à son tour active OXPOS/ETC et la biogenèse mitochondriale). D'autre part, lorsqu'il y a une situation stressante dans les mitochondries elles-mêmes (par ex. production excessive de radicaux libres d'oxygène, protéines intramitochondriales dépliées, etc.) des signaux sont envoyés au noyau pour qu'il modifie la production de protéines destinées à prévenir/corriger les dommages mitochondriaux, y compris les chaperons, les antioxydants ou les enzymes protéolytiques protéolytiques (signalisation rétrograde autonome ou intracellulaire) .

Il a récemment été démontré que les mitochondries sont capables de générer directement ou indirectement des peptides qui non seulement influencent la propre cellule qui les produit, mais ont des effets à distance (signalisation rétrograde non autonome ou extracellulaire). Ces substances, découvertes par le groupe de Dillin, sont appelées mitoquines et envoient des signaux des tissus avec des mitochondries stressées à tout le corps, étant des hormones qui préparent tout l'organisme à répondre au stress cellulaire auquel il va être soumis.

Les mitoquines sont libérées lors de tout type de stress mitochondrial (mutations congénitales ou acquises de l'ADNmt, troubles de l'OXPHOS/ETC générant un stress oxydatif, toxines mitochondriales, etc.). Chez les mammifères, le stress mitochondrial est généralement associé à ce que l'on appelle la réponse cellulaire intégrée au stress (ICRS)". L'un des mécanismes les plus importants de l'ICRS est l'UPR (réponse protéique non pliée), dans laquelle les mitochondries participent de manière coordonnée avec le système du réticulum endoplasmique et le noyau cellulaire.

Il existe au moins deux types différents de mitoquines : 1) les mitoquines primaires, codées dans l'ADN mitochondrial (ADNmt) et 2) les mytokines secondaires, codées dans l'ADN du noyau (ADNn), dont la sécrétion est régulée par des signaux d'activation des mitochondries stressées vers le ADNn (par ex. ATF4, etc.). L'humanine (HN), le MOTS-c (ORF mitochondrial des douze S-c) et six peptides similaires à l'humanine (SHLP 1-6) sont considérés comme des mitoquines primaires, bien que leur nombre puisse être plus élevé. Jusqu'à récemment, on pensait que l'ADN mitochondrial ne codait que 37 gènes (13 peptides trouvés exclusivement dans les mitochondries, tous des sous-unités de l'ETC, 22 ARN de transfert -ARNt-, et 2 ARN ribosomiques -ARNr-) ARN. Nous savons maintenant que les ARNr 16s et 12s contiennent des ORF ("courts cadres de lecture ouverts") qui traduisent les peptides sécrétoires de 20 à 30 aa. On ne sait pas quels mécanismes intimes régulent la synthèse et la libération de ces mitoquines, bien qu'il soit possible qu'ils soient liés à une activation ribosomique mitochondriale. En ce qui concerne les mitoquines secondaires (celles codées dans l'ADN nucléaire) sous l'activation de l'ATF4, nous connaissons le facteur de croissance fibroblastique 21 (FGF21), le facteur de croissance et de développement 15 (MIC1/GDF15), la follistatine et l'intermédine-adrénomédulline2. Ces mitoquines répondent également à d'autres stimuli, indépendants des mitochondries.

L'humanine est un peptide de 21 ou 24 aa, doté de multiples fonctions cytoprotectrices contre les dommages mitochondriaux (augmente la synthèse d'antioxydants et de chaperons pour 4 protéines dépliées). Il est anti-inflammatoire (baisse les cytokines inflammatoires et augmente les cytokines anti-inflammatoires) et anti-apoptotique (bloque les facteurs apoptotiques tels que Bak et IGFBP3), à travers au moins 2 récepteurs membranaires et plusieurs interactions avec d'autres protéines intracellulaires et extracellulaires, dans de nombreux tissus (système nerveux, foie, cœur, paroi vasculaire, muscle squelettique, épithélium pigmentaire rétinien, gonades, etc.). Il a également des effets métaboliques bénéfiques (diminue la résistance à l'insuline au niveau central, protège la cellule bêta pancréatique du stress oxydatif et a une rétroaction négative avec l'IGF1). Récemment, il a été prouvé que les personnes ayant des niveaux élevés de cette hormone ont moins de troubles cognitifs avec l'âge et sont également très longues.

MOTS-c est un autre petit peptide de 16 aa, codé par l'ADNmt, mais synthétisé exclusivement dans les ribosomes cytosoliques, qui a également des effets antioxydants et métaboliques bénéfiques, car il diminue la résistance à l'insuline et prévient l'obésité. D'autre part, il augmente la résistance contre certaines infections, augmente et diminue la résorption osseuse, il peut donc avoir des effets antiostéoporotiques. Les deux hormones sont mesurables dans le sang par ELISA, bien qu'il existe certaines divergences dans leurs taux plasmatiques en fonction du test utilisé.

Le FGF21 est une hormone bien caractérisée qui stimule la cétogenèse et la bêta-oxydation des acides gras. Sa sécrétion est régulée par le jeûne et l'activation des récepteurs PPAR-α, mais on sait aussi qu'elle augmente dans toute situation de stress mitochondrial qui active les signaux mitochondries-noyau. Le MIC1/GDF15 est une autre hormone circulante qui réduit la faim, activant un niveau de récepteur spécifique (GFRAL) trouvé dans la zone postrema et le noyau du tractus solitaire. Des niveaux élevés de GDF15 ont été trouvés dans la cachexie cancéreuse et dans de nombreuses autres situations, parmi lesquelles la BPCO. Il est également libéré lorsque les signaux mitochondrial-noyau sont activés. Dans la MPOC, de toutes les mitoquines examinées ici, il n'y a que des informations concernant les taux sanguins de GDF15, mais il n'y a pas de données dans la littérature concernant les taux des autres mitoquines. Au fur et à mesure que la MPOC progresse, les taux sanguins de mitoquines sont susceptibles d'augmenter progressivement, exprimant une nouvelle détérioration de la fonction mitochondriale, bien que leurs niveaux ne puissent augmenter que jusqu'à un certain niveau, puis diminuer lorsque les dommages mitochondriaux sont insupportables, constituant ainsi une sorte de réponse mitohormétique. HYPOTHÈSE Les mitoquines, exprimées dans le contexte d'un dysfonctionnement mitochondrial, sont altérées chez les patients atteints de MPOC et sont associées aux pires résultats cliniques. De plus, les mitoquines peuvent être utilisées comme facteurs pronostiques et cibles thérapeutiques potentielles dans la BPCO. OBJECTIFS

1. - Décrire les taux de mitoquines dans un groupe contrôle, un groupe de patients ambulatoires BPCO stables et un groupe de patients BPCO exacerbés.
2. - Décrire les différences de niveaux de demi-tons dans différents groupes de patients atteints de BPCO (différents niveaux d'obstruction, patients à haut risque d'exacerbation vs aucun risque d'exacerbation, patients avec un score CAT<10 vs le reste des patients, patients avec un faible Indice de masse (FFMI) vs reste des patients).
3. -Évaluer la corrélation entre les demi-tons et différents résultats cliniques tels que le FFMI, la distance parcourue en 6 minutes de marche, le FEV1, le score CAT.
4. - Évaluer si les mitoquines peuvent être utilisées pour prédire le risque futur d'exacerbation et d'hospitalisation.

MÉTHODES

Population étudiée

Critères d'inclusion et d'exclusion :

Patients MPOC stables : seront sélectionnés dans les cliniques externes de pneumologie de l'hôpital

Université Marqués de Valdecilla. Les patients atteints de MPOC doivent répondre aux critères suivants :

40 ans ou plus avec un volume expiratoire forcé post-bronchodilatateur de base en 1 s [FEV1]/capacité vitale forcée [FVC] ≤ 0,70.

Patients atteints de MPOC exacerbée : seront sélectionnés parmi les patients admis à l'hôpital universitaire Marqués de Valdecilla avec le diagnostic d'exacerbation de la MPOC.

Groupe témoin : sera obtenu à partir de patients sans BPCO ou de toute autre affection respiratoire aiguë ou chronique et des parents des patients.

En acceptant un risque alpha de 0,05 et un risque bêta de 0,2 dans le test bilatéral 30 sujets sont nécessaires dans le premier groupe et 90 dans le second pour trouver comme proportion statistiquement significative une différence attendue de 0,45 dans le groupe 1 et de 0,1 dans le groupe 2 Anticiper un taux d'abandon de 5%. L'approximation ARCSINUS. Ce calcul a été effectué selon des études précédemment publiées réalisées par notre groupe. Nous calculons une taille simple de 120 patients atteints de BPCO, 30 patients avec exacerbation de BPCO et 30 témoins.

Recrutement cible/taille de l'échantillon 180 Taux de recrutement prévu 25 patients par mois Date estimée de début de l'étude : échantillons collectés dans la Biobanque à partir du 01.12.2019 Échantillons envoyés au laboratoire de biochimie 01.03.2020 Date estimée de fin de l'étude : (fin du suivi) 05.04.2021 Conception et méthodes de l'étude Étude prospective observationnelle. Les patients seront recrutés dans les cliniques externes de MPOC, les cliniques externes de sevrage tabagique et parmi les patients hospitalisés en raison d'une exacerbation de la MPOC. Tous les patients recevront un consentement éclairé écrit pour participer. Cette étude a déjà été approuvée par le Comité d'éthique de Cantabrie (CEIC).

Intervenants

1. Une BPCO stable (40 ans ou plus avec un volume expiratoire forcé post-bronchodilatateur de base en 1 s [FEV1]/capacité vitale forcée [FVC] ≤ 0,70) sera recrutée lors de son suivi régulier.
2. Groupe témoin : volontaires appariés selon l'âge et le sexe, sans diagnostic préalable de BPCO ou d'autres affections respiratoires, et avec un volume expiratoire forcé post-bronchodilatateur en 1 s [FEV1]/capacité vitale forcée [FVC] > 0,70.
3. Patients atteints de BPCO exacerbée : patients ayant déjà reçu un diagnostic de BPCO (40 ans ou plus avec un volume expiratoire forcé post-bronchodilatateur initial en 1 s [FEV1]/capacité vitale forcée [FVC] ≤ 0,70) admis dans le service de pneumologie de l'hôpital en raison d'une exacerbation de la BPCO.

L'indice de comorbidité de Charlson sera enregistré pour tous les participants à l'étude. Les patients ayant des exacerbations aiguës 1 mois avant l'étude, les patients inclus en réadaptation pulmonaire pendant l'étude ou 6 mois avant la période d'inclusion, avec d'autres causes potentielles de sarcopénie (maladies malignes, insuffisance cardiaque, hyperthyroïdie ou autres maladies chroniques dévastatrices) et les patients avec les maladies rénales chroniques connues ou les lésions rénales aiguës récentes seront exclues de l'étude. Les échantillons de sang et toutes les autres mesures seront effectués le jour même où les patients acceptent de participer à l'étude.

Caractéristiques cliniques

Lors de l'inscription à l'étude, les patients atteints de BPCO seront divisés en différents groupes de catégories : (1) patients non symptomatiques (COPD Assessment Test [CAT] score < 10) versus patients symptomatiques (CAT score ≥ 10), (2) patients non dyspnéiques (score de dyspnée modifié du Medical Research Council [mMRC] < 2) versus patients dyspnéiques (mMRC ≥ 2), patients à haut risque d'exacerbation (ceux avec 2 exacerbations ou plus nécessitant un traitement avec des antibiotiques ou des stéroïdes systémiques ou au moins une hospitalisation dans an) versus patients à faible risque d'exacerbation, et (4) anciens fumeurs versus fumeurs actifs. Après être entré dans l'étude, des échantillons de sang seront obtenus et les patients seront suivis pendant 1 an (une visite après 6 mois et une visite après 12 mois) et les exacerbations et les admissions à l'hôpital seront enregistrées de manière prospective. Au cours de la période de suivi, tous les investigateurs cliniques de l'étude ne seront pas informés des résultats des mitoquines. Au cours de cette période, les patients présentant d'éventuelles exacerbations pulmonaires seront invités à se rendre librement au service des urgences de l'hôpital et cette équipe de médecins décidera librement de les hospitaliser ou non, selon leurs propres critères cliniques.

Selon les niveaux de mitoquines, les patients seront divisés en deux groupes : l'un composé de ceux qui se situent dans le quartile le plus élevé des mitoquines et l'autre groupe comprendra les patients dans les trois autres quartiles des niveaux de mitoquines.

Les mesures de la dyspnée basale seront enregistrées à l'aide de l'échelle de dyspnée mMRC. Le score CAT sera enregistré par questionnaire auto-administré. Les exacerbations précédentes seront enregistrées à partir des dossiers cliniques des patients inclus dans l'étude. La spirométrie sera mesurée selon l'American Thoracic Society/European Respiratory Society (ATS/ERS) chez tous les sujets.

La composition corporelle sera estimée par un dispositif d'impédance bioélectrique (OMROM BF511, Omrom, Japon), et le FFMI sera calculé comme le rapport du FFM à la taille en mètres carrés. Le test de marche de 6 min sera réalisé selon le protocole de l'American Thoracic Society : les patients ont été invités à marcher le plus loin possible en 6 min dans un couloir rectiligne de 30 m sans aucune interruption. À la fin du test, la distance parcourue par les patients et la dyspnée seront enregistrées. Humanin et MOTS-c seront mesurés par ELISA (Mybiosource), FGF21 y GDF15. Sera mesuré par ELISA (Quantikine). Si possible, Romo1 sera également mesuré par ELISA. L'étude sera divisée en 3 visites : VISITE 1 : Prélèvement sanguin et caractéristiques cliniques. VISITE 2 : 6 mois après la visite 1 : Exacerbations et hospitalisations (nombre et date) après la visite 1. VISITE 3 : 12 mois après la visite 1 : Exacerbations et hospitalisations (nombre et date) après la visite 2.

Critères d'évaluation de l'étude Critère d'évaluation principal : Les mitoquines peuvent être utilisées pour estimer le risque d'hospitalisation chez les patients atteints de BPCO.

Critères secondaires :

1. -Les mitoquines peuvent être utilisées pour estimer le risque d'exacerbation de la MPOC chez les patients atteints de MPOC.
2. - Les mitoquines sont altérées chez les patients BPCO.
3. - Les mitoquines sont altérées dans les exacerbations de BPCO.
4. - Les mitoquines sont corrélées à différentes variables BPCO (FEV1, FFMI..).

Plan statistique ou analyse des données Les données seront présentées sous forme de moyenne ± ET pour les données normalement distribuées ou de médiane (écart interquartile) pour les données non paramétriques. Les différences entre les groupes seront analysées à l'aide de tests t non appariés pour les données paramétriques ou de tests de Mann-Whitney pour les données non paramétriques.

Les corrélations entre les ensembles de données ont été examinées à l'aide du coefficient de corrélation de Pearson (r) pour les données paramétriques ou du coefficient de corrélation du rang de Spearman (rs) pour les données non paramétriques. La distribution normale sera testée à l'aide d'un test de Kolmogorov-Smirnov.

Les estimations de Kaplan-Meier seront utilisées pour calculer la proportion de participants qui ont un événement au fil du temps. Des analyses univariées et multivariées utilisant l'analyse de risque proportionnelle de Cox seront effectuées à l'aide du logiciel SPSS version 25.00 pour PC afin d'analyser l'évolution des premiers événements en fonction des niveaux basaux de mitoquines et d'identifier les facteurs de risque associés aux exacerbations et à l'hospitalisation. Les différences seront considérées comme significatives si les valeurs de p étaient inférieures à 0,05. Toutes les valeurs de p rapportées seront bilatérales.

Limites et considérations éthiques Il s'agit d'une étude monocentrique, elle doit donc être répliquée dans des études multicentriques, utilisant un plus grand nombre de patients provenant de différents pays. Bien que coûteuses et compliquées, certaines techniques telles que la biopsie musculaire, l'ergométrie, la masse musculaire quantifiée par scanner ou le test navette pourraient être réalisées afin d'avoir un meilleur aperçu de la masse musculaire et de la fonction chez ces patients.

Aucun préjudice potentiel pour les patients n'est attendu de cette étude. Cette étude a été approuvée par le comité d'éthique de Cantabria (Code : 2018.276). Bien que l'étude soit financée par la société GlaxoSmithKline (GSK), il s'agit d'une étude indépendante et les investigateurs ne reçoivent aucune compensation financière.