Vascular and bronchial dysfunction in 2 models of human chronic inflammatory bronchopathy : tobacco-smoking and cystic fibrosis. ET-1 and NOS/arginases pathways.

L'endothélium artériel pulmonaire joue un rôle déterminant dans la régulation du tonus vasomoteur en libérant des substances vasodilatatrices et vasoconstrictrices. Toute perturbation des fonctions endothéliales entraîne une perte de l'équilibre physiologique très finement régulé entre réponse vasoconstrictrice et vasodilatatrice, avec perte conjointe du contrôle de la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires et de l'effet antiagrégant plaquettaire. Ces modifications conduisent à un remodelage du lit vasculaire pulmonaire avec une augmentation des résistances vasculaires parfois à l'origine d'une hypertension pulmonaire (HTP) irréversible. Le rôle de l'hypoxémie n'y est pas exclusif. Le réseau bronchique est soumis quant à lui à des agressions physiques par les particules inhalées. Celles-ci peuvent entraîner un remodelage bronchique et une perturbation du tonus bronchique et de la broncho-réactivité, dont les médiateurs peuvent être en partie partagés par la dysfonction vasculaire.Le but de ce travail était d'évaluer dans un premier temps l'existence d'une dysfonction endothéliale, en tant que précurseur potentiel d'une HTP, dans deux modèles de bronchopathies chroniques à des stades opposés de la sévérité de l'atteinte respiratoire : la mucoviscidose terminale et le tabagisme avec peu ou pas d'impact sur la fonction respiratoire.Nous avons ainsi montré à partir d'explants pulmonaires qu'une dysfonction endothéliale était fréquente au cours de la mucoviscidose au stade pré-greffe et qu'elle était au-moins en partie liée à une surexpression vasculaire pulmonaire de l'ET-1 et de ses récepteurs ET-A.Nous avons montré par ailleurs que 25% environ des sujets fumeurs à fonction respiratoire normale ou peu altérée présentaient également une telle dysfonction. Nous en avons étudié ici deux voies physiopathologiques potentielles, celle de l'ET-1 et celle qui gouverne la synthèse du NO : la balance NO Synthases (NOS)/arginases. Nous avons mis en évidence une surexpression des récepteurs ET-A de l'ET-1 chez les sujets avec dysfonction ainsi qu'une corrélation inverse entre cette expression et la réponse vasoactive à l'Acétylcholine (Ach). Par ailleurs, si le NO a entre autres un effet anti-prolifératif sur les cellules musculaires lisses, la voie des arginases - système enzymatique compétitif avec les NOS - mène quant à elle à la réparation et au remodelage. Nous avons étudié l'expression vasculaire de ces différentes enzymes ainsi que l'effet pharmacologique d'inhibiteurs des NOS ou des arginases sur la réponse vasoactive à l'Ach. Nous avons montré qu'il n'existait pas de déficit d'expression des NOS et qu'il ne semblait pas y avoir d'effet délétère des arginases dans la dysfonction endothéliale dans ce modèle.Parallèlement aux mécanismes sous-tendant le remodelage vasculaire au cours du tabagisme nous avons recherché l'existence d'une « dysfonction » bronchique chez ces fumeurs, qui pourrait précéder le remodelage bronchique qui les caractérise. La présence d'une hyperréactivité bronchique est un marqueur prédictif de remodelage des voies aériennes et de l'obstruction bronchique qui en découle. Le rôle de la balance NOS/arginases dans le contrôle du tonus bronchique est encore méconnu. Notre premier objectif était d'évaluer l'expression de cette balance enzymatique dans le tissu bronchique de ces patients et le second d'étudier les effets de l'inhibition des NOS et des arginases sur la réponse bronchoconstrictrice à l'Ach. Nous avons montré qu'une augmentation d'expression bronchique de la NOS 2 chez les fumeurs était impliquée dans la régulation du tonus bronchique et dans l'obstruction bronchique, tandis qu'une augmentation de l'activité des arginases était impliquée dans la sensibilité bronchique.Pulmonary arteriel endothelium has a key role in the regulation of vascular tone by the release of dilating and constrictive mediators. Impairment of endothlium functions leads to a loss of the physiological equilibrium between vasoconstriction and vasodilation, together with the loss of vascular smooth muscle cells (SMC) proliferation. These alterations induce pulmonary vascular remodeling and elevation of vascular resistance which can lead to an irreversible pulmonary hypertension (PH). The role of hypoxemia is not exclusive. Airways are exposed to physical aggressions by inhaled particles, which can lead to bronchial remodeling and impaired bronchial tone and reactivity, the mediators of which can be partly shared by endothelial dysfunction.Our goal was to evaluate the existence of endothelial dysfunction as a precursor of PH in 2 models of chronic bronchopathy of opposite stages of disease severity: end-stage cystic fibrosis (CF) and tobacco smoking with or without impaired lung function. We showed that in end-stage CF pulmonary explants, endothelial dysfunction is frequent and that it was at least partly due to a vascular upregulation of the endothelin (ET)-1 pathway.Furthermore, approximately ¼ of smokers with normal or poorly impaired lung function also displayed a similar endothelial dysfunction. We studied therein 2 potential physiopathological pathways, that of ET-1 and that which governs nitric oxide (NO) synthesis: the NO synthases (NOS)/arginases balance. We showed an upregulation of ET-A receptor expression and an inverse correlation between this expression and the vasoactive response to acetylcholine (Ach). If NO has an anti mitogenic effect on SMC, the arginases pathway-competitive with the NOS- leads to tissue repair and remodeling.We studied the vascular expression of these enzymes and the pharmacological effect of NOS and arginases inhibitors on response to Ach. We showed that the expression of NOS was not deficient and that arginases did not seem to have a deleterious effect on endothelial function in this model.Concomitantly to these mechanisms leading to vascular remodeling, wr searched for a bronchial dysfunction in smokers which could antecede bronchial remodeling, a well known feature of tobacco smoking. Bronchial hyperresponsiveness is a predictive marker of airway remodeling and subsequent bronchial obstruction. The role of the NOS/arginases pathway in the control of bronchial tone is still unknown. We evaluated the bronchial expression of the NOS/arginases balance in smokers and the effects of NOS and arginases inhibitors on bronchoconstrictive response to Ach. We found that an upregulation of NOS2 expression in COPD patients is involved in airway tone regulation and functional airflow limitation, whereas increased arginase activity is involved in airway sensitivity