Myocardial fibrosis is a common pathological finding in patients with cardiovascular disease and is believed to be a major contributing factor in the development of end stage organ failure. Early events that promote the development of myocardial fibrosis are not well understood. Rapid cellular infiltration into the cardiac tissue is evident in fibrosis but the infiltrating populations and their functions have yet to be completely elucidated. The aim of this thesis was to characterize the phenotype and function of this cellular population in a model of hypertension mediated myocardial fibrosis. Furthermore, we intended to explore therapies that target this population and ameliorate fibrosis. We characterized a novel population of infiltrating cells as circulating fibroblast progenitor cells, termed fibrocytes. We determined that this population does not appear to specifically migrate in response to previously established chemotactic signals (CCL2 or CXCL12). We found that fibrocytes respond to fibrogenic stimuli (AngII and CTGF) by increasing the expression of collagen and CTGF, an early molecular mediator of fibrosis, while also promoting fibrocyte differentiation. Using an anti-hypertension treatment, we found that hypertension as a physiologic stimulus likely promotes cellular infiltration and corresponding fibrosis. We also established that treatment with activated protein C (aPC) conferred protection against the development of myocardial fibrosis, potentially by inhibiting fibrocyte recruitment and/or activation. Lastly, to assess fibrocyte involvement in the progression of human myocardial fibrosis we assessed fibrocytes in levels in the circulation of patients with ischemic heart disease compared to healthy controls. We found that patients with ischemic heart disease had an increase of circulating cells that have the potential to become fibrocytes compared to healthy controls and therefore likely contribute to myocardial fibrosis. From this data, we propose that fibrocytes are a key effector cell that directly promotes pathologic fibrosis within the injured myocardium. Understanding their migration and function is therefore essential to the development of future therapies targeting this cell type to inhibit their role in fibrosis.

Le syndrome de détresse respiratoire aiguë (ARDS) est la forme la plus sévère d'agression alvéolaire aiguë (ALI) Il est caractérisé par un dommage alvéolaire diffus suivi d'une phase de réparation nécessaire à la guérison. Bien que les fibroblastes pulmonaires soient des acteurs essentiels de cette réparation, leurs caractéristiques et leurs fonctions restent mal connues chez l'homme au cours des ALI/ARDS. L’hypothèse défendue par cette thèse est qu’une réparation alvéolaire harmonieuse nécessite un recrutement adapté des fibroblastes et de leur précurseur, les fibrocytes, vers le poumon, ainsi qu' une fine régulation de leurs fonctions par l'environnement inflammatoire de l'alvéole. Les principaux résultats de nos travaux ont permis : 1) d’établir que le liquide de lavage alvéolaire (LBA) recueilli lors des ALI/ARDS stimule la production de facteurs de réparation épithéliaux comme l'Hepatocyte Growth Factor (HGF) et le Keratinocyte Growth Factor (KGF) par les fibroblastes. Cette production est principalement induite par l'IL-1ß via une boucle autocrine COX2/PGE2. 2) de montrer que les fibroblastes alvéolaires cultivés à partir des LBA d'ALI/ARDS présentent un phénotype activé, caractérisé par une production augmentée de collagène 1 et une capacité de migration majorée. La détection de fibroblastes dans les cultures de cellules du LBA est associée à une diminution des marqueurs de l'inflammation et à une réduction de la durée de ventilation des patients concernés. 3) D’analyser l’effet des LBA d'ALI/ARDS sur la migration des fibroblastes et de monter l’existence d’un équilibre entre activation et inhibition de la migration via une modulation de le voie du PDGF. La forme soluble du récepteur a au PDGF (PDGF-sRa) est un des inhibiteurs présent dans le LBA. Une augmentation de la capacité chimiotactique des LBA de patients en ALI/ARDS est associée à une augmentation de la mortalité.4) De démontrer la présence de fibrocytes, précurseurs mésenchymateux circulants d'origine hématopoïétique, dans les LBA de patients en ALI/ARDS et de mettre en évidence que leur recrutement excessif, est associé à un mauvais pronostic. Ainsi, après ajustement sur les covariables cliniques et biologiques (modèle de COX), un pourcentage de fibrocyte supérieur à 6% de la population cellulaire totale du LBA est associé à une durée de ventilation prolongée et à une mortalité augmentée. L’ensemble de ces travaux démontrent pour la première fois que les fibroblastes et les fibrocytes sont directement associés au pronostic lors des ALI/ARDS, que leur rôle est indispensable à la guérison mais que leur recrutement excessif pourrait impacter défavorablement le pronostic des patients. Les données physiopathologiques obtenues pourraient contribuer à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques et à proposer de nouveaux marqueurs biologiques dans la prise en charge des ALI/ARDS / Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) is the most severe form of Acute Lung Injury (ALI) and is characterized by diffuse alveolar damage followed by a phase of alveolar repair necessary to recovery. Although lung fibroblasts are key players in this repair process, their characteristics and functions remain poorly understood in humans during ALI/ARDS. The hypothesis of our studies was that effective alveolar repair requires a regulated recruitment of fibroblasts and fibrocytes (circulating mesenchymal precursors of hematopoietic origin) to the lung, as well as a tight regulation of their functions by the alveolar inflammatory environment. The main results of our works have shown that: 1) The alveolar lavage fluid (BAL) from ALI/ARDS patients stimulated the production of Hepatocyte Growth Factor (HGF) and Keratinocyte Growth Factor (KGF) by fibroblasts, both of which were involved in epithelial repair. This production was mainly induced by IL-1ß via an autocrine COX2/PGE2 dependant loop. 2) The alveolar fibroblasts cultured from BAL fluids of ALI/ARDS patients demonstrated an activated phenotype, characterized by an increase of both collagen 1 production and ability to migrate. A positive BAL fibroblast cell culture was associated with reduced markers of inflammation and reduced ventilation duration of ALI/ARDS patients. 3) BAL fluids from ALI/ARDS patients modulated fibroblast migration. This effect was related to a balance between activation and inhibition of migration involving the PDGF signaling pathway. The soluble form of the PDGF a receptor (PDGF-sRa) participated in the BAL inhibitory chemotactic activity. An increased chemotactic ability of BAL from ALI/ARDS patients was associated with higher mortality. 4) Excessive recruitment of fibrocytes is associated with poor prognosis. After adjustment of clinical and biological covariates (Cox model), a percentage of fibrocytes higher than 6% of total BAL cells is associated with a prolonged ventilation duration and an increased mortality. Taken together, our works demonstrate for the first time that fibroblasts and fibrocytes are directly associated with prognosis in ALI/ARDS. Fibroblasts are essential to lung healing, but their excessive recruitment may have a negative impact on prognosis. The data presented in this thesis may help identify new therapeutic targets and suggest new biomarkers to consider in the management of ALI/ARDS

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a group of diseases characterized by avascular obstruction leading to a progressive increase of the resistances in the pulmonary blood flow. The recent progress in the understanding of mechanisms at the origin of this disease underlines the role of extrapulmonary cells, such as circulating stem cells and bone marrow-derived progenitor cells in vascular remodeling and in PAH development. In this thesis we have shown implication of the progenitor cells and chemotactic axis in the vascular remodeling in human and experimental PAH. This work could help to develop new therapies allowing more specific and more effective treatments leading to improved survival of PAH patients. / L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est un groupe de maladies qui se caractérise par une obstruction vasculaire conduisant à une augmentation progressive des résistances à l’écoulement sanguin. Le remodelage vasculaire qui implique toutes les couches de la paroi du vaisseau est considéré comme un élément clé dans la pathogenèse de l'HTAP. Les progrès récents dans la compréhension des mécanismes à l'origine de cette maladie soulignent le rôle de cellules extrapulmonaires, telles que des cellules souches circulantes et des progéniteurs dérivés de la moelle osseuse, dans le remodelage vasculaire et dans le développement de l’HTAP. Les thérapeutiques ciblées sur la dysfonction endothéliale ne permettent pas à l'heure actuelle de guérir cette maladie, il est donc nécessaire d’identifier d'autres mécanismes physiopathologiques permettant de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques. C’est pourquoi nous avons exploré l’implication des cellules progénitrices et des signaux chimiotactiques dans le remodelage vasculaire au cours de l’HTAP humaine et expérimentale. Nous avons mis en évidence un recrutement de cellules c-kit+ (incluant des progéniteurs et des mastocytes) ainsi que l’expansion de vasa vasorum dans les poumons des patients atteints d’HTAP. Grâce à l’utilisation du modèle expérimentale d’HTAP induit par l’hypoxie chez la souris, nous avons montré le rôle central de la chimiokine CXCL12 et de ses deux récepteurs CXCR4 et CXCR7 dans le recrutement des progéniteurs c-kit+. Le traitement combiné par les antagonistes AMD3100 et CCX771, grâce à leurs actions synergiques, inhibe le remodelage vasculaire pulmonaire, l’hypertrophie cardiaque droite, ainsi que le recrutement des progéniteurs c-kit+, induits par l’hypoxie. Par ailleurs, le blocage de c-kit par l’imatinib améliore également les paramètres d’hémodynamique et diminue le recrutement périvasculaire des cellules c-kit+, probablement en inhibant leurs expansion dans la moelle osseuse. Nous avons également mis en évidence une altération d’une population de progéniteurs mésenchymateux d’origine hématopoïétique, appelés fibrocytes, dans le sang des patients souffrant d’HTAP.Ce travail pourrait contribuer à développer des actions thérapeutiques ciblées permettant la mise en place de traitements à la fois plus spécifiques et plus efficaces susceptibles d’améliorer la survie des patients HTAP.

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a group of diseases characterized by avascular obstruction leading to a progressive increase of the resistances in the pulmonary blood flow. The recent progress in the understanding of mechanisms at the origin of this disease underlines the role of extrapulmonary cells, such as circulating stem cells and bone marrow-derived progenitor cells in vascular remodeling and in PAH development. In this thesis we have shown implication of the progenitor cells and chemotactic axis in the vascular remodeling in human and experimental PAH. This work could help to develop new therapies allowing more specific and more effective treatments leading to improved survival of PAH patients.