Characterization of the immunomodulatory and antiproliferative effects of vitamin D : in vitro and in vivo impact in a mammary adenocarcinoma model

La vitamine D (VitD) est une hormone liposoluble qui, outre son implication dans le métabolisme osseux, joue un rôle important dans la modulation de la réponse immunitaire et la surveillance anti-tumorale. De fait, il existe de plus en plus de données reliant le déficit en VitD et des problèmes de santé comme l’auto-immunité ou la sensibilité accrue aux infections. Le cancer du sein, le plus fréquent chez la femme, est associé à plusieurs facteurs de risque parmi lesquels le surpoids, notamment après la ménopause, et l’insuffisance d’activité physique. Plusieurs études de cohorte ont établi une relation, encore controversée, entre le risque de cancer du sein et le déficit en VitD.Dans ce contexte, l’objectif de la thèse était de définir l’impact de la VitD sur les capacités de réponse des cellules immunocompétentes en lien avec la prolifération de cellules tumorales mammaires dans des modèles expérimentaux ex vivo, in vitro et in vivo.Ex vivo, nous avons mis en évidence l’expression à l’état basal du VDR et des enzymes du métabolisme de la VitD (CYP27B1 et CYP24A1) dans les PBMC (cellules mononucléées du sang) de donneurs sains. L’expression de ces marqueurs est peu influencée par la 25-OH VitD (25D) ou par des agents mimétiques bactérien (LPS) ou viral (PIC). Tandis que l’expression intracellulaire de la cathélicidine, peptide antimicrobien, est induite par la 25D sans et avec stimulation par LPS ou PIC, sa production extracellulaire est induite par la 25D uniquement en présence de ces stimulants.In vitro, nous avons établi que les cellules murines, macrophagiques IC-21 et cancéreuses mammaires EO771, expriment les ARNm et les protéines de VDR, Cyp27b1 et Cyp24a1. Ces expressions sont modulées de façon inverse par la 25D et la 1,25(OH)2D (1,25D) dans les 2 lignées. La 1,25D a un effet antiprolifératif sur les EO771, à l’inverse de la 25D. La co-culture des EO771 et des IC-21 supprime l’effet antiprolifératif de la 1,25D et polarise les IC-21 en type M2 anti-inflammatoire. L’expression génique de la cathélicidine dans les EO771 et les IC-21 n’est pas influencée ni par la 1,25D ni par la 25D alors que son expression protéique est stimulée par la 25D.In vivo, nous avons évalué l’impact d’une supplémentation en VitD (D) associée ou non à une activité physique imposée modérée (Ex) sur le développement des tumeurs mammaires EO771 chez les souris C57BL/6 ovariectomisées, sous régime obésogène (HF) et hébergées en environnement enrichi. Nous avons observé des effets synergiques entre la VitD et l’Ex dans l’amélioration des capacités physiques des animaux et la limitation du surpoids, mais aucun impact sur la croissance tumorale. Pris isolément, l'Ex a amélioré la vigilance immunitaire et la supplémentation en VitD a favorisé un environnement immunitaire tolérogène. En conclusion, les modèles cellulaires étudiés répondent à la signalisation de la VitD. La VitD favorise l’immunité innée en stimulant in vitro la sécrétion de la cathélicidine humaine et murine. La 1,25D a des effets antiprolifératifs contre les cellules EO771 qui favorisent un environnement immunosuppresseur. La supplémentation en VitD in vivo n'a pas d'effet sur la croissance tumorale, peut-être en raison d’un équilibre entre son effet apoptotique direct sur les EO771 et son effet pro-tumoral immunosuppresseur. L’intervention combinée de la supplémentation en VitD et de l'exercice physique imposé favorisent un environnement immunitaire tolérogène, sans incidence sur la croissance tumorale mammaire.Vitamin D (VitD) is a steroid hormone, which, in addition to its involvement in bone metabolism, plays an important role in the modulation of immune response and anti-tumor surveillance. There is a growing evidence linking VitD deficiency and health problems such as autoimmunity or increased sensitivity to infections. Breast cancer, the most common in women, is associated with several risk factors including overweight, especially after menopause, and insufficient physical activity. Several cohort studies established a relationship, still controversial, between the risk of breast cancer and VitD deficiency. In this context, the objective of the thesis was to define the impact of VitD on the response capacities of immunocompetent cells in link with the proliferation of mammary cancer cells in experimental models ex vivo, in vitro and in vivo. Ex vivo, we demonstrated the basal expression of VDR and VitD metabolism enzymes (CYP27B1 and CYP24A1) in PBMCs (blood mononuclear cells) from healthy donors. The expression of these markers is little influenced by 25-OH VitD (25D) or by bacterial (LPS) or viral (PIC) mimetic agents. While intracellular expression of the antimicrobial peptide, cathelicidin, is induced by 25D with and without stimulation by LPS or PIC, its extracellular production is induced by 25D only in the presence of these stimulants. In vitro, we have established that the mammary cancer EO771 and macrophage IC-21 murine lines express the mRNAs and proteins of VDR, Cyp27b1 and Cyp24a1. These expressions are modulated inversely by 25D and 1,25 (OH)2D (1,25D) in the two lines. 1,25D has an antiproliferative effect on EO771, unlike 25D. Co-culture of EO771 and IC-21 suppresses the antiproliferative effect of 1.25D and polarizes IC-21 into the anti-inflammatory M2 type. Cathelicidin gene expression in EO771 and IC-21 is not influenced by either 1.25D or 25D while its protein expression is stimulated by 25D. In vivo, we evaluated the impact of VitD supplementation associated or not with a moderate imposed physical activity (Ex) on the development of EO771 mammary tumors in ovariectomized C57BL/6 mice, under high fat diet (HF) and hosted in enriched environment. We observed synergistic effects between VitD and Ex in improving the physical capacities of animals and limiting overweight, but no impact on tumor growth. Taken individually, Ex improved immune vigilance and VitD supplementation promoted a tolerogenic immune environment. In conclusion, the cell models studied respond to VitD signaling. VitD promotes innate immunity by stimulating the secretion of human and murine cathelicidin in vitro. 1,25D has antiproliferative effects against EO771 cells, which promote an immunosuppressive environment. VitD supplementation in vivo has no effect on tumor growth, possibly due to an equilibrium between its direct apoptotic effect on EO771 and its immunosuppressive pro-tumor effect. The combined intervention of VitD supplementation and imposed physical exercise promotes a tolerogenic immune environment without affecting mammary tumor growth