Study of the implication of the Beta-3 adrenergic receptor in macrophages in inflammatory context

Introduction : Le cancer colorectal (CCR) est responsable de 500 000 morts par an dans le monde et représente la 2ème cause de mortalité par cancer dans les pays industrialisés. En dépit des progrès réalisés, il existe un réel besoin de développer de nouvelles thérapies pour améliorer la survie des patients. Un des principaux facteurs favorisant la survenue et la progression du CCR est le stress se traduisant notamment par la sécrétion de catécholamines activant les récepteurs β-adrénergiques (β1-, β2- et β3-AR) au niveau de la tumeur. Diverses études et observations ont démontré que l’activation des β-AR pouvait favoriser la prolifération tumorale de manière directe (via différents mécanismes comme la prolifération cellulaire) ou indirecte (via une action sur la composante immunitaire). Parmi les cellules immunitaires présentes au sein de la tumeur, les macrophages tumoraux (TAM) peuvent représenter jusqu’à 50% du volume tumoral. Ces derniers y sont retrouvés sous leurs différents phénotypes (M1-like antitumoral et M2-like pro-tumoral). Divers travaux ont fait état de la présence des β-AR à la surface des macrophages où leur effet semble être en faveur d’une polarisation vers un phénotype pro-tumoral. En outre, parmi les 3 sous-types de récepteurs, de nombreux arguments soulignent une implication majoritaire du β3-AR dans ces effets par rapport aux β1- et β2-AR, tandis que seule une surexpression du β3-AR a été observée dans les biopsies de tumeurs du côlon. Objectifs/Méthodes : Nous nous sommes donc attachés à mettre au point une stratégie méthodologique pour l’étude du β3-AR dans le macrophage en condition d’inflammation tissulaire présentant une importante composante macrophagique. Nous avons ensuite étudié les effets du β3-AR sur la prolifération de lignées de cancer colorectal puis sur la polarisation de macrophages humains ainsi que de TAM. Enfin, après avoir étudié la signalisation de ce récepteur chez les macrophages M1 et M2, nous avons observé les effets d’une inhibition pharmacologique du β3-AR sur la polarisation de TAM et sur la progression de tumeurs murines et humaines in vivo. Résultats : Nous avons confirmé que le β3-AR est présent et fonctionnel à la surface des macrophages où son activation résulte en un puissant effet antioxydant et anti-inflammatoire via l’inhibition de NOX2 et l’induction de l’expression de la catalase. Ces effets semblent passer par une signalisation Gs/PKA/Src/Erk1/2 induisant l’activation de PPARγ. Dans nos travaux, nous avons aussi pu voir que le β3-AR n’a pas d’effet prolifératif sur des lignées humaines de CCR. Nous avons également démontré que le β3-AR favorise la polarisation des macrophages vers un phénotype M2 et diminue la polarisation de ces derniers vers un phénotype M1. L’étude des signalisations de ce récepteur chez ces deux phénotypes a indiqué que les voies Gs/PKA/Src/ERK1/2 (M1) et Src/PI3K/ERK1/2 (M2) étaient impliquées. Enfin, l’inhibition du β3-AR a prévenu la progression de tumeurs murines (CT-26) et humaines (SW480) in vivo, via un effet anti-M2-like et pro-M1-like sur les TAM. En conclusion, ces résultats suggèrent que l’inhibition du β3-AR, à travers ses effets sur la polarisation des macrophages, pourrait être une stratégie prometteuse afin d’améliorer la prise en charge des patients souffrant de CCR.Background: Colorectal cancer (CRC) is responsible for 500.000 deaths per year worldwide and represents the 2nd cause of death by cancer in industrialized countries. Despite the progress made, there is a real need for new therapies to increase patients’ survival. Stress is one of the main factors, which contributes to the occurrence and the progression of CRC, by secreting catecholamines that activate β-adrenergic receptors (β1-, β2- and β3-AR) within the tumor. Several studies and observations have showed that the activation of β-ARs could directly increase tumor proliferation (via mechanisms such as cell proliferation), or indirectly (via an action on immune cells). Among immune cells within the tumor, tumor-associated macrophages (TAMs) represent up to 50% of the tumor mass where they exhibit their different phenotypes (M1-like anti-tumor and M2-like pro-tumor). Several studies report the presence of β-ARs in macrophages where they seem to favour a pro-tumor polarization. Furthermore, among the three subtypes of β-ARs, most of the studies seem to describe a major implication of the β3-AR compared to β1- and β2-AR. Moreover, only the β3-AR was found to be overexpressed in CRC biopsies. Objectives/Methods: We thus aimed to develop a model to study the β3-AR in macrophages within inflammatory macrophage-dependent conditions. Then, we studied the effects of the β3-AR on colorectal cancer cells’ proliferation and human macrophages and TAMs polarization. Finally, after the study of the signaling pathways of this receptor within M1 and M2 macrophages, we assessed the effects of a pharmacological inhibition of the β3-AR on TAM polarization and tumor progression. Results: We confirmed that the β3-AR is expressed and functional in human macrophages where its activation leads to potent antioxidant and anti-inflammatory effects through NOX2 inhibition and catalase expression. These effects appear to be subsequent to a Gs/PKA/Src/Erk1/2 signaling leading to the activation of PPARγ. In this work, we also saw that the β3-AR does not produce any effect on human CRC cell lines’ proliferation. We also showed that the β3-AR increases macrophage polarization towards the M2 phenotype while it decreases the M1 polarization. The study of β3-AR signaling in M1 and M2 macrophages exhibited Gs/PKA/Src/ERK1/2 and Src/PI3K/ERK1/2 pathways respectively. Finally, a pharmacological inhibition of the β3-AR prevented murine (CT-26) and human (SW480) tumors progression in vivo, through anti-M2-like and pro-M1-like effects on TAM polarization. In conclusion, these results suggest that the inhibition of the β3-AR, through its effects on macrophages polarization, could represent a promising strategy in order to improve CRC patient care