Mechanisms involved in bronchial remodeling in an experimental model of chronic Th2/Th17 endotype severe asthma

L’asthme allergique sévère est une pathologie inflammatoire chronique conséquence d’uneréponse inappropriée de l’organisme à un l’allergène. Cette pathologie, qui représente unproblème de santé publique, peut se caractériser par un infiltrat pulmonaire à neutrophiles,associé à un remodelage bronchique accentué, souvent résistant aux thérapeutiqueshabituelles (corticoïdes inhalés), et à une expression de cytokines de type Th17, menant à un profil Th2/Th17. Les cytokines Th17 comme l’IL-17 et l’IL-22 sont trouvées dans les expectorations induites de patients asthmatiques et ont des propriétés pro-inflammatoires dans le cas de l’asthme allergique. L’IL-22 est impliquée dans le recrutement de neutrophiles,dans le remodelage tissulaire et est connue pour être induite suite à l’infection par des pathogènes de l’enfance qui contribuent au développement et aux exacerbations de l’asthme.Ces pathogènes sont reconnus par un récepteur intracellulaire de l’immunité innée, NOD2,présent au niveau des cellules épithéliales et dendritiques. Ce récepteur est capable de reconnaitre un peptidoglycane, le muramyl dipeptide. Un effet synergique pourrait ainsi existerentre des éléments environnementaux que sont les allergènes et différents agents infectieuxaux quels nous sommes confrontés dans la petite enfance qui pourraient avoir un effet adjuvant sur la production d’IL-22. Pour répondre à cela, un modèle murin d’asthme chronique neutrophilique à l’allergène de chien a été développé au laboratoire, reproduisant l’asthme sévère d’endotype Th2/Th17. La première partie du projet a évalué les effets de la costimulation par NOD2 dans ce modèle chronique, en particulier le remodelage des voies aériennes et l’origine cellulaire de la production d’IL-22. Si l’hypothèse testée d’un effet adjuvant de NOD2 sur les paramètres de l’asthme sévère n’a pas été confirmée, la formation d’inductible Tissu Lymphoïde Associé aux Bronches (iBALT) dans ce modèle nous a faitpoursuivre la caractérisation phénotypique et mécanistique de la formation de ces follicules.Dans ce contexte, l’implication d’un facteur de transcription, exprimé par les cellules Th17 etessentiel à la production d’IL-22, l’Aryl hydrocarbon receptor (AhR) a été évalué. Dans notre modèle, un antagoniste de l’AhR inhibe certains paramètres de l’asthme sévère dont la production d’IL-22, mais à l’inverse, va augmenter la formation des iBALTs en diminuant légèrement la production d’IL-10. La seconde partie a pour but de déterminer le rôle de l’IL-22dans ce modèle chronique d’asthme expérimental à l’allergène de chien, par l’utilisation de souris déficientes en IL-22. Nous observons que l’absence d’IL-22 atténue certaines réponses associées à l’asthme dont, le recrutement de neutrophiles, l’hyperréactivité bronchique, les paramètres liés à la formation de iBALTs, mais ne modifie pas la réponse humorale. La dernière partie de ce projet, vise à identifier les cellules cibles impliquées dans les effets dépendant de l’IL-22, grâce à des souris déficientes en IL-22Ra1, une sous-unité du récepteur de l’IL-22 exprimé, notamment, sur les cellules épithéliales ou les cellules musculaires lisses/myofibroblastes. Les premiers résultats montrent un effet des deux types cellulaires surle recrutement cellulaire global, et des cellules musculaires lisses pour la résistance des voies aériennes et la réponse humorale.En conclusion, nos résultats indiquent que l’IL-22 est une cible de choix dans le cadre d’un traitement de l’asthme allergique sévère. L’ensemble de ce projet devrait permettre la mise en évidence de nouveaux mécanismes impliqués dans l’asthme sévère et ouvrir la voie vers de nouvelles stratégies thérapeutiques pulmonaires locales, ciblant l’IL-22Ra1 et potentiellement le remodelage bronchique. Un des indicateurs de sévérité de l’asthme mais pour lequel aucun traitement n’est disponible en dehors de la thermoplastie.Severe allergic asthma is a chronic inflammatory disease of the airways in response in anallergen. This disease is a public health problem and can be associated with bronchialremodeling, for which no treatment is yet available, except thermoplasty with neutrophilrecruitment in the lung, and Th17 cytokine production as well as mixed Th2/Th17 responses.Among Th17 cytokines, IL-17 and IL-22 are pro-inflammatory cytokines in asthma and arefound in sputum of asthmatics patients. IL-22 is involved in neutrophil recruitment, tissueremodeling and is induced in response to infectious agents, some of which can promote thedevelopment and exacerbation of asthma. These pathogens are recognized by an innateimmunity receptor, NOD2, present in epithelial and dendritic cells. This receptor is able torecognize a peptidoglycan named muramyl di peptide. So, our hypothesis was that costimulation between an allergen and the NOD2 ligand could promote the development of severe allergic asthma through IL-22. To answer this, a murine model of chronic neutrophilic asthma induced by dog allergen has been developed in the laboratory, which reproduces theTh17 severe asthma endotype. The PhD project has been divided in three parts. The first onehas evaluated the effects of NOD2 co-stimulation in the model of chronic dog-inducedexperimental asthma, in particular on lung remodeling, and the cellular origin of IL-22. Despitethe absence of adjuvant effect of NOD2 co-stimulation on asthma parameters, the discoveryof induced Bronchus-Associated Lymphoid Tissue (iBALT) in this model prompted us to pursuethe phenotypic and mechanistic characterization of the formation of these follicles. Atranscription factor, Aryl hydrocarbon receptor (AhR) expressed in Th17 cells and necessaryfor IL-22 production, has been studied in our model. An AhR antagonist inhibited someparameters of asthma including IL-22 production but also increased the formation of iBALTswith decreased IL-10 production. The aim of the second part was to determine the role of IL-22 in the chronic experimental model by using IL-22 deficient mice. IL-22 deficiency induced adecrease in lung neutrophil recruitment, airway hyperresponsiveness, and parametersassociated with iBALT formation, but not modification in humoral response. The last partconsisted in identifying the target cells involved in the IL-22 dependent effects, by using CreLoxP mice allowing to specifically delete the IL-22 receptor, IL-22Ra1 from epithelial or smoothmuscle cells. The first results show that both cells types are involved in Broncho-AlveolarLavage cell recruitment whereas only smooth muscle cells are involved in airwayhyperresponsiveness and humoral response. In conclusion, our results show that IL-22R is a target for treatment of severe allergic asthma.Altogether this project should identify novel mechanisms involved in this disease and opensthe way towards novel therapeutic strategies in severe asthma, potentially by localadministration targeting IL-22R, and potentially bronchial remodelling, an indicator of severeasthma