Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La régénération hépatique après résection hépatique majeure ne se fait pas toujours de la même façon et une partie importante des facteurs déterminants de la régénération pourrait être liée aux constantes hémodynamiques hépatiques.Le but de nos travaux a été d'étudier cette relation en se basant notamment sur les modèles expérimentaux d'hépatectomie chez le gros animal. Nous avons étudié la régénération sur forme de volume mesuré en imagerie, examen anatomopathologique, prolifération des hépatocytes et des vaisseaux dans le parenchyme hépatique jusqu'à une reconstruction 3D du lobule hépatique.Nos résultats indiquent des liens forts entre l'hémodynamique et la qualité de la régénération et laissent entrevoir la possibilité d'agir sur les composantes hémodynamique. / Liver regeneration after liver resection does not occur in the same way in different conditions. A major determining factor of the regeneration could be the hemodynamic environment of the regenerating liver.The aim of our work was to study the relationship between liver regeneration and hemodynamic parameters, based mainly on experimental models of liver resection in large animals. We studied regeneration as CT scan volume, histopathology, hepatocyte proliferation and vessel neoformation inside the liver parenchyma, up to 3D reconstruction of the liver lobule.Our results show important relationships between liver hemodynamics and liver regeneration and let imagine the possibility to modulate hemodynamic parameters in order to modify liver regeneration.

L’encéphalopathie hépatique (EH) se développe chez les patients atteints d’une maladie du foie et se caractérise par de nombreuses anomalies neuropsychiatriques. L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par une perte progressive de l’état de conscience, par une augmentation rapide de l’œdème cérébral et une augmentation de la pression intracrânienne entraînant une herniation cérébrale et la mort. Plusieurs facteurs sont responsables du développement de l’EH mais depuis une centaine d’années, l’hyperammonémie qui peut atteindre des concentrations de l’ordre de plusieurs millimolaires chez les patients atteints d’IHA aux stades de coma est considérée comme un facteur crucial dans la pathogenèse de l’EH. La présente thèse comprend 4 articles suggérant l’implication de nouveaux mécanismes pathogéniques dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA et tente d’expliquer l’effet thérapeutique de l’hypothermie et de la minocycline dans la prévention de l’EH et de l’œdème cérébral: 1. L’IHA induite par dévascularisation hépatique chez le rat se caractérise par une augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (IL-6, IL-1, TNF-). Cette observation constitue la première évidence directe que des mécanismes neuro-inflammatoires jouent une rôle dans la pathogenèse de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA (Chapitre 2.1, articles 1 et 2). 2. L’activation de la microglie telle que mesurée par l’expression de marqueurs spécifiques (OX42, OX-6) coïncide avec le développement de l’encéphalopathie (stade coma) et de l’œdème cérébral et s’accompagne d’une production accrue de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (Chapitre 2.1, article 1 et 2). 3. Un stress oxydatif/nitrosatif causé par une augmentation de l’expression de l’oxyde nitrique synthétase et une augmentation de la synthèse d’oxyde nitrique cérébral participe à la pathogénèse des complications neurologiques de l’IHA (Chapitre 2.3, articles 3 et 4). 4. Des traitements anti-inflammatoires tels que l’hypothermie et la minocycline peuvent constituer de nouvelles approches thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA (Chapitre 2.1, article 1; Chapitre 2.2, article 2). 5. Les effets bénéfiques de l’hypothermie et de la minocycline sur les complications neurologiques de l’IHA expérimentale s’expliquent, en partie, par une diminution du stress oxydatif/nitrosatif (Chapitre 2.3, article 3; Chapitre 2.4, article 4). / Hepatic encephalopathy (HE) contains a spectrum of neuropsychiatric abnormalities observed in patients with liver disease. A quick worsening of consciousness and increasingly growing cerebral edema, high intracranial pressure, which leads to cerebral herniation and death, are characteristics of acute liver failure (ALF). Multiple factors are found responsible for the development of HE, whereas, over 100 years, hyperammonia is considered the most crucial factor in defining the pathogenesis of HE in ALF, which can increase to millimolar concentrations in the brain at the coma stages of HE. The present thesis comprises 4 articles, which demonstrates new pathogenic mechanisms involved in the development of HE and cerebral edema in ALF, and elucidates part of the therapeutic mechanism of hypothermia and minocycline in the prevention of HE and cerebral edema during ALF. The major findings are listed below: (1) Experimental ALF leads to the increase in brain production of proinflammatory cytokines (IL-6, IL-1, TNF-α), and provides the first direct evidence that central inflammatory mechanisms play a role in the pathogenesis of the encephalopathy and brain edema in ALF (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.1 - article 2). (2) Activation of cerebral microglia, measured by OX-42, OX-6, predicts the presence of severe encephalopathy (coma) and brain edema in rats with ischemic ALF, which accompanies the increased production of brain proinflammatory cytokines (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.2 - article 2). (3) Oxidative/nitrosative stress participates in the pathogenesis of brain edema and its complications in experimental ALF animals with ischemic liver failure. The increases in cerebral NOS isoform expression caused by ALF were sufficient to cause increased NO production in the brain (chapter 2.3 - article 3; chapter 2.4 - article 4). (4) Anti-inflammatory treatment, such as hypothermia or antibiotics, may be beneficial in patients with ALF (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.2 - article 2). (5) The beneficial effect of both hypothermia and minocycline on the neurological complications of experimental ALF is mediated, at least in part, by reduction of brain-derived oxidative/nitrosative stress (chapter 2.3 - article 3; chapter 2.4 - article 4).

L’encéphalopathie hépatique (EH) se développe chez les patients atteints d’une maladie du foie et se caractérise par de nombreuses anomalies neuropsychiatriques. L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par une perte progressive de l’état de conscience, par une augmentation rapide de l’œdème cérébral et une augmentation de la pression intracrânienne entraînant une herniation cérébrale et la mort. Plusieurs facteurs sont responsables du développement de l’EH mais depuis une centaine d’années, l’hyperammonémie qui peut atteindre des concentrations de l’ordre de plusieurs millimolaires chez les patients atteints d’IHA aux stades de coma est considérée comme un facteur crucial dans la pathogenèse de l’EH. La présente thèse comprend 4 articles suggérant l’implication de nouveaux mécanismes pathogéniques dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA et tente d’expliquer l’effet thérapeutique de l’hypothermie et de la minocycline dans la prévention de l’EH et de l’œdème cérébral: 1. L’IHA induite par dévascularisation hépatique chez le rat se caractérise par une augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (IL-6, IL-1, TNF-). Cette observation constitue la première évidence directe que des mécanismes neuro-inflammatoires jouent une rôle dans la pathogenèse de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA (Chapitre 2.1, articles 1 et 2). 2. L’activation de la microglie telle que mesurée par l’expression de marqueurs spécifiques (OX42, OX-6) coïncide avec le développement de l’encéphalopathie (stade coma) et de l’œdème cérébral et s’accompagne d’une production accrue de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (Chapitre 2.1, article 1 et 2). 3. Un stress oxydatif/nitrosatif causé par une augmentation de l’expression de l’oxyde nitrique synthétase et une augmentation de la synthèse d’oxyde nitrique cérébral participe à la pathogénèse des complications neurologiques de l’IHA (Chapitre 2.3, articles 3 et 4). 4. Des traitements anti-inflammatoires tels que l’hypothermie et la minocycline peuvent constituer de nouvelles approches thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA (Chapitre 2.1, article 1; Chapitre 2.2, article 2). 5. Les effets bénéfiques de l’hypothermie et de la minocycline sur les complications neurologiques de l’IHA expérimentale s’expliquent, en partie, par une diminution du stress oxydatif/nitrosatif (Chapitre 2.3, article 3; Chapitre 2.4, article 4). / Hepatic encephalopathy (HE) contains a spectrum of neuropsychiatric abnormalities observed in patients with liver disease. A quick worsening of consciousness and increasingly growing cerebral edema, high intracranial pressure, which leads to cerebral herniation and death, are characteristics of acute liver failure (ALF). Multiple factors are found responsible for the development of HE, whereas, over 100 years, hyperammonia is considered the most crucial factor in defining the pathogenesis of HE in ALF, which can increase to millimolar concentrations in the brain at the coma stages of HE. The present thesis comprises 4 articles, which demonstrates new pathogenic mechanisms involved in the development of HE and cerebral edema in ALF, and elucidates part of the therapeutic mechanism of hypothermia and minocycline in the prevention of HE and cerebral edema during ALF. The major findings are listed below: (1) Experimental ALF leads to the increase in brain production of proinflammatory cytokines (IL-6, IL-1, TNF-α), and provides the first direct evidence that central inflammatory mechanisms play a role in the pathogenesis of the encephalopathy and brain edema in ALF (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.1 - article 2). (2) Activation of cerebral microglia, measured by OX-42, OX-6, predicts the presence of severe encephalopathy (coma) and brain edema in rats with ischemic ALF, which accompanies the increased production of brain proinflammatory cytokines (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.2 - article 2). (3) Oxidative/nitrosative stress participates in the pathogenesis of brain edema and its complications in experimental ALF animals with ischemic liver failure. The increases in cerebral NOS isoform expression caused by ALF were sufficient to cause increased NO production in the brain (chapter 2.3 - article 3; chapter 2.4 - article 4). (4) Anti-inflammatory treatment, such as hypothermia or antibiotics, may be beneficial in patients with ALF (chapter 2.1 - article 1; chapter 2.2 - article 2). (5) The beneficial effect of both hypothermia and minocycline on the neurological complications of experimental ALF is mediated, at least in part, by reduction of brain-derived oxidative/nitrosative stress (chapter 2.3 - article 3; chapter 2.4 - article 4).

Les données cliniques supportent le concept et offrent l’espoir que la thérapie cellulaire trouvera sa place parmi les stratégies thérapeutiques des pathologies hépatiques. Cependant deux obstacles majeurs limitent l'étendue de son application clinique: la faible disponibilité d’hépatocytes humains de qualité et en quantité importante, et une faible efficacité de greffe conduisant à une survie et une fonctionnalité seulement à court terme. L’objectif de ce travail était de développer des modèles animaux d’insuffisance hépatique après hépatectomie et d’analyser la réponse régénérative après transplantation de progéniteurs hépatiques humains isolés et caractérisés dans 2 laboratoires de recherche (INSERM U1040 Montpellier et laboratoire PEDI UCL Bruxelles), en comparaison à des hépatocytes fraichement isolés.Le premier modèle consistait à réaliser une hépatectomie de 30% chez des souris NOD SCID, associée à l’injection préalable de rétrorsine (blocage de la prolifération cellulaire endogène) et d’injecter dans le même temps directement dans le parenchyme 1 million de cellules progénitrices exprimant constitutivement le gène rapporteur Luciférase. Les résultats ont montré la bonne implantation des cellules jusqu’à 1 mois après l’injection avec une différenciation fonctionnelle des cellules mise en évidence par la sécrétion d’albumine humaine dans le sang circulant des animaux.Le deuxième modèle consistait à réaliser une hépatectomie large de 70% chez des souris immunodéprimées RAG 2-/- γ-/- pour augmenter la souffrance hépatocellulaire et à comparer deux timing d’injection (voie intrasplénique) des cellules progénitrices génétiquement marquées avec la Green Fluorescent Protein. Les résultats ont montré une meilleure tolérance clinique (moins de mortalité) et une plus grande quantité de cellules implantées lorsque l’injection était réalisée 48h après l’hépatectomie. La régénération hépatique endogène était plus importante et plus rapide chez les souris injectées avec les progéniteurs qu’avec les hépatocytes primaires, suggérant un effet paracrine bénéfique de ces cellules.Ces travaux ont mis en évidence la possibilité d’utiliser ces cellules progénitrices comme alternative aux hépatocytes avec des propriétés régénératrices certaines mais soulèvent les problèmes d’implantation de ces cellules qui reste faible dans des foies hépatectomisés remaniés. Définir le meilleur environnement pour favoriser la survie, la fonctionnalité et éventuellement l’intégration effective des cellules transplantées reste une question clé pour avancer dans cette voie.En parallèle de ces travaux de recherche, un projet de recherche clinique de biothérapie a été développé et accepté pour transplanter des hépatocytes frais humains en intrahépatique chez des patients ayant une insuffisance hépatocellulaire terminale (hépatite alcoolique aigue, cirrhose grave, après résection hépatique large). Il devrait débuter fin 2013. / Clinical data support the concept and offer the hope that cell therapy will find its place among the therapeutic strategies in liver diseases. However, two major obstacles limit the scope of its clinical application: the limited availability of human hepatocytes quality and in large quantities, and low efficiency leading to graft survival and only a short-term functionality. The objective of this work was to develop animal models of liver failure after hepatectomy and analyze the regenerative response after transplantation of human hepatic progenitors isolated and characterized in two research laboratories (INSERM U1040 Montpellier laboratory PEDI UCL Brussels) compared to freshly isolated hepatocytes.The first model was to achieve a 30% hepatectomy in mice NOD SCID associated with prior injection retrorsine (blocking of endogenous cellular proliferation) and injected at the same time directly into the parenchyma 1 million progenitor cells constitutively expressing the luciferase reporter gene. The results showed good cell implantation until 1 month after injection with a functional differentiation as evidenced by secretion of human albumin in the circulating blood cells of animals.The second model was to achieve a wide 70% hepatectomy in mice immunocompromised RAG 2 - / - γ-/ - to increase the suffering hepatocellular comparing two injection timing (channel intrasplenically) progenitor cells genetically marked with the Green Fluorescent Protein. The results showed better clinical tolerance (less mortality) and a greater amount of implanted when the injection was performed 48 hours after hepatectomy cells. Endogenous hepatic regeneration was greater and faster in mice injected with the progenitors with primary hepatocytes, suggesting a beneficial paracrine effect of these cells.These studies have highlighted the possibility of using these progenitor cells as an alternative to hepatocytes with regenerative properties but raise some problems implementing these cells remains low in hepatectomized livers reworked. Define the Define the best environment to promote the survival, function and possibly the effective integration of transplanted cells remains a key issue for progress in this direction.In parallel with this research, a clinical research project biotherapy was developed and agreed to transplant human hepatocytes in intrahepatic costs in patients with terminal liver failure (acute alcoholic hepatitis, severe cirrhosis, after extensive liver resection). It should begin in late 2013.

L’attente de la greffe de foie représente une réalité stressante pour la personne atteinte d’insuffisance hépatique. En effet, l’insuffisance hépatique est une cause importante de mortalité en Amérique du Nord et la greffe de foie est considérée comme la solution salvatrice. Or, le nombre restreint de donneurs cadavériques ainsi que l’augmentation des demandes pour la transplantation conduisent à une prolongation de la durée d’attente et un accroissement du risque de mortalité des patients sur la liste d’attente pour obtenir une greffe de foie. Par ailleurs, cette longue attente est associée à une détérioration non seulement de la condition physique du patient mais aussi de sa qualité de vie. Cette étude vise à comprendre la signification de l’expérience d’attente d’une greffe de foie pour des personnes atteintes d’insuffisance hépatique. Six entrevues individuelles ont été réalisées et les données recueillies ont été analysées suivant une des méthodes décrites par Miles et Huberman (2003). Les résultats de cette étude ont démontré que le patient en attente de greffe de foie ressent un sentiment d’incertitude qui se traduit par la peur de mourir, la tristesse et la colère, l‘impatience, l’inquiétude et l’impuissance. La fatigue a aussi été identifiée comme une cause importante de frustration chez les informants. / Waiting for a liver transplantation is a stressful reality for patients with liver failure. In north America, liver failure is associated with a high risk of mortality and the liver transplantation is the only way to save the patient’s life. However, the lack of deceased donors and the high rate of demand for transplantation increase the waiting period for a liver transplantation along with the risk of mortality on the waiting list. This long waiting period is associated with a deterioration of not only the patient’s physical condition but also his quality of life. This study aims to understand the experience of waiting for a liver transplantation for patients with liver failure. Six individual interviews had been conducted and the data had been analyzed according to one of the methods described by Miles and Huberman (2003). The results had shown that the patient waiting for liver transplantation experiences a feeling of uncertainty caracterized by the fear of death, sadness and anger, impatience, worryness and powerlessness. It has also been found that fatigue is an important cause of frustration for the informants.

La résection hépatique est le seul traitement curatif des tumeurs malignes du foie et l’insuffisance hépatique est la première cause de morbi-mortalité après hépatectomie. L’amélioration du traitement des tumeurs du foie inclut le dévelopement de statégies capables de prévenir ou de traiter cette complication. Sur une série prospective récente de 232 hépatectomies (avec 0,8 % de mortalité à 3 mois) pour métastases hépatiques de cancer colorectal (MHCCR), une insuffisance hépatique était présente dans 7 % des cas d’hépatectomies majeures et était le facteur de plus mauvais pronostic pour la survie à 2 ans. Notre objectif a été d’évaluer de nouvelles approches thérapeutiques pour leur capacité à corriger l’insuffisance hépatique post-opératoire après hépatectomie élargie pour MHCCR. Un moyen mécanique de modulation pneumatique de l’hémodynamique portale et un moyen pharmacologique d’utilisation d’un facteur de survie des hépatocytes, la protéine recombinante HIP/PAP, ont été testés respectivement chez le porc et le rat. Nous montrons qu‘après hépatectomie (PHX) de 70 % sur foie normal, l’injection systémique de protéine HIP/PAP en péri-opératoire stimulait la régénération hépatique et améliorait la fonction hépatique chez le rat. En présence de MHCCR en place depuis 7 jours, la protéine HIP/PAP n’aggravait pas la maladie métastatique, et semblait au contraire diminuer la croissance tumorale après hépatectomie. In vitro, HIP/PAP n’augmentait pas la croissance tumorale de lignées cellulaires transformées dérivées de cancer du colon. Chez le porc, une sténose portale pneumatique pendant et après PHX majeure laissant en place moins de 0,5% du poids corporel entraînait une diminution de la pression portale intra-hépatique sans modifier le débit comparé au groupe sans anneau. Cette modulation de la pression était associée à une diminution significative de la bilirubine sérique et des lésions histologiques du foie restant au 7ème jour après chirurgie. Au total, il serait possible grâce à la protéine HIP/PAP et à l’anneau portal de corriger l’insuffisance hépatique post-hépatectomie en protégeant les cellules du foie de la mort et du stress secondaires aux modifications hémodynamiques et biochimiques. La question de leur association pour diminuer l’incidence de l’insuffisance hépatique reste entière. / Liver resection is the only curative treatment of tumoral liver malignancies and post-operative liver insufficiency is the 1st cause of post-operative mortality. Tumor liver treatment improvements must be associated to innovatives methods to prevent and cure this complication. On a recent prospective study including 232 hepatectomies (with a 3-month post-operative mortality of 0.8 %) for colorectal liver metastases (CRLM), post-operative liver insufficiency was present after 7 % of major hepatectomies and was the worst 2-year survival prognostic factor. To prevent this complication, we have evaluated a perioperative systemic injection of a recombinant anti-oxydant protein (HIP/PAP) before a major hepatectomy for CRLM in rats. In vitro then in model of implanted CLRM since 7 days, we have showed that HIP/PAP did not increased tumoral growth. After 70 % hepatectomy, perioperative systemic HIP/PAP injection improved liver function. After 70 % hepatectomy, HIP/PAP seemed decrease tumoral growth of implanted CRLM. On pig, we have assessed the consequences of a portal vein stenosis with pneumatic ring during and after a major hepatectomy that conserved a liver volume < 0.5 % of body weight. With this method, we have showed that the portal stenosis decreased intra-hepatic portal pressure wihout modify the portal flow by comparison with pigs without ring. This device was associated with a significant diminution of bilirubin plasmatic concentration and liver remnant histological lesions at sacrifice on post-operative day 7. Overall, chemical and physical methods and moreover their combination should allowed to decrease post-operative liver insufficicency.

L’attente de la greffe de foie représente une réalité stressante pour la personne atteinte d’insuffisance hépatique. En effet, l’insuffisance hépatique est une cause importante de mortalité en Amérique du Nord et la greffe de foie est considérée comme la solution salvatrice. Or, le nombre restreint de donneurs cadavériques ainsi que l’augmentation des demandes pour la transplantation conduisent à une prolongation de la durée d’attente et un accroissement du risque de mortalité des patients sur la liste d’attente pour obtenir une greffe de foie. Par ailleurs, cette longue attente est associée à une détérioration non seulement de la condition physique du patient mais aussi de sa qualité de vie. Cette étude vise à comprendre la signification de l’expérience d’attente d’une greffe de foie pour des personnes atteintes d’insuffisance hépatique. Six entrevues individuelles ont été réalisées et les données recueillies ont été analysées suivant une des méthodes décrites par Miles et Huberman (2003). Les résultats de cette étude ont démontré que le patient en attente de greffe de foie ressent un sentiment d’incertitude qui se traduit par la peur de mourir, la tristesse et la colère, l‘impatience, l’inquiétude et l’impuissance. La fatigue a aussi été identifiée comme une cause importante de frustration chez les informants. / Waiting for a liver transplantation is a stressful reality for patients with liver failure. In north America, liver failure is associated with a high risk of mortality and the liver transplantation is the only way to save the patient’s life. However, the lack of deceased donors and the high rate of demand for transplantation increase the waiting period for a liver transplantation along with the risk of mortality on the waiting list. This long waiting period is associated with a deterioration of not only the patient’s physical condition but also his quality of life. This study aims to understand the experience of waiting for a liver transplantation for patients with liver failure. Six individual interviews had been conducted and the data had been analyzed according to one of the methods described by Miles and Huberman (2003). The results had shown that the patient waiting for liver transplantation experiences a feeling of uncertainty caracterized by the fear of death, sadness and anger, impatience, worryness and powerlessness. It has also been found that fatigue is an important cause of frustration for the informants.

L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par la perte soudaine de la fonction hépatique résultant de la nécrose massive des hépatocytes en l’absence de pathologie hépatique préexistante. L’IHA s’accompagne de perturbations métaboliques et immunologiques qui peuvent entraîner l’apparition de complications périphériques et cérébrales telles qu’un syndrome de réponse inflammatoire systémique (SIRS), une encéphalopathie hépatique (EH), un œdème cérébral, une augmentation de la pression intracrânienne, et la mort par herniation du tronc cérébral. Les infections sont une complication fréquente de l’IHA et elles sont associées à un risque accru de développer un SIRS et une aggravation subséquente de l’EH avec un taux de mortalité augmenté. L’ammoniaque joue un rôle majeur dans les mécanismes physiopathologiques qui mènent au développement de l’EH et de l’œdème cérébral, et des études récentes suggèrent que les cytokines pro-inflammatoires sont également impliquées. Le but de cette thèse est d’étudier le rôle des cytokines pro-inflammatoires circulantes et cérébrales dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral lors d’IHA. Dans l’article 1, nous démontrons que l’inhibition périphérique du facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α) par l’etanercept retarde la progression de l’EH en diminuant le dommage hépatocellulaire, réduisant l’inflammation périphérique et centrale ainsi que le stress oxydatif/nitrosatif hépatique et cérébral associé chez la souris avec une IHA induite par l’azoxyméthane (AOM). Ces résultats démontrent un rôle important du TNF-α dans la physiopathologie de l’EH lors d’IHA d’origine toxique et suggèrent que l’etanercept pourrait constituer une approche thérapeutique dans la prise en charge des patients en attente de transplantation hépatique. Dans l’article 2, nous simulons la présence d’une infection chez la souris avec une IHA induite par l’AOM pour mettre en évidence une éventuelle augmentation de la réponse inflammatoire. Nous démontrons que l’endotoxémie induite par le lipopolysaccharide (LPS) précipite la survenue du coma et aggrave la pathologie hépatique. Les cytokines pro-inflammatoires systémiques et cérébrales sont augmentées de façon synergique par le LPS lors d’IHA et résultent en une activation accrue de la métalloprotéinase matricielle-9 cérébrale qui s’accompagne d’une extravasation d’immunoglobulines G (IgG) dans le parenchyme cérébral. Ces résultats démontrent une augmentation majeure de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE) qui contribue à la pathogenèse de l’EH lors d’IHA en condition infectieuse. Les résultats de l’article 3 démontrent que l’augmentation de la perméabilité de la BHE lors d’IHA induite par l’AOM en condition non infectieuse ne résulte pas de l’altération de l’expression des protéines constitutives de la BHE. Dans l’article 4, nous démontrons que l’exposition d’astrocytes en culture à des concentrations physiopathologiques d’ammoniaque ou d’interleukine-1β résulte en l’altération de gènes astrocytaires impliqués dans la régulation du volume cellulaire et dans le stress oxydatif/nitrosatif. Un effet additif est observé dans le cas d’un traitement combiné au niveau des gènes astrocytaires impliqués dans le stress oxydatif/nitrosatif. L’ensemble des résultats de cette thèse démontre un rôle important de l’inflammation périphérique et cérébrale dans la survenue des complications neurologiques lors d’IHA et une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques impliqués pourrait contribuer à la mise en place de stratégies thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA en attente de transplantation. / Acute liver failure (ALF) is the clinical manifestation of an abrupt loss of hepatic function resuting from a massive hepatocyte necrosis in a patient with no preexisting liver disease. ALF is associated with metabolic and immunological disturbances that may lead to peripheral and cerebral complications such as systemic inflammatory response syndrome (SIRS), hepatic encephalopathy (HE), brain edema, increased intracranial pressure (ICP) and ultimately death by cerebral herniation. ALF is frequently complicated by infections, which are known to increase the risk of developing a SIRS with a subsequent worsening of HE and higher mortality rates. Ammonia plays a pivotal role in the pathophysiological mechanisms leading to HE and brain edema, and recent studies suggest that pro-inflammatory cytokines may also be involved. The aim of this thesis is therefore to investigate the role of circulating and cerebral pro-inflammatory cytokines in the setting of HE and brain edema during ALF. In article No. 1, we demonstrated that peripheral inhibition of tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) by etanercept delays the progression of HE by reducing hepatocellular damage, decreasing peripheral and cerebral inflammation as well as associated oxidative/nitrosatif stress in mice with ALF induced by azoxymethane (AOM). These findings demonstrate an important role of TNF-α in the pathophysiology of HE during toxic liver injury and suggest that etanercept may provide a therapeutic approach in the management of patient awaiting liver transplantation. In article No. 2, we mimicked infection in mice with AOM-induced ALF in order to better understand the effects of an increased inflammatory response. We demonstrated that endotoxemia induced by lipopolysaccharide (LPS) precipitates the onset of coma and worsens the liver pathology. Peripheral and brain pro-inflammatory cytokines are synergistically raised by LPS during ALF and result in a large increase in cerebral matrix metalloprotease-9 (MMP-9) activity that was associated with immunoglobulin G (IgG) extravasation in the brain parenchyma. These results demonstrate a major increase of blood-brain barrier (BBB) permeability that contributes to the pathogenesis of HE during ALF with superimposed infection. Results from article No. 3 demonstrate that increase of BBB permeability during AOM-induced ALF without superimposed infection is not due to alteration of BBB constitutive proteins. In article No. 4, we demonstrated that exposure of cultured astrocytes to pathophysiological concentrations of ammonia or interleukin-1β results in an alteration of the expression of astrocytic genes implicated in cell volume regulation and oxidative/nitrosative stress. An additive effect on astrocytic genes implicated in oxidative/nitrosative was made evident in case of co-treatment. Taken together, results of the present thesis demonstrate a major role of peripheral and cerebral inflammation in the onset of neurological complications during ALF and a better understanding of the pathophysiological mechanisms implicated may contribute to new therapeutic strategies for ALF patients awaiting transplantation.

L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par la perte soudaine de la fonction hépatique résultant de la nécrose massive des hépatocytes en l’absence de pathologie hépatique préexistante. L’IHA s’accompagne de perturbations métaboliques et immunologiques qui peuvent entraîner l’apparition de complications périphériques et cérébrales telles qu’un syndrome de réponse inflammatoire systémique (SIRS), une encéphalopathie hépatique (EH), un œdème cérébral, une augmentation de la pression intracrânienne, et la mort par herniation du tronc cérébral. Les infections sont une complication fréquente de l’IHA et elles sont associées à un risque accru de développer un SIRS et une aggravation subséquente de l’EH avec un taux de mortalité augmenté. L’ammoniaque joue un rôle majeur dans les mécanismes physiopathologiques qui mènent au développement de l’EH et de l’œdème cérébral, et des études récentes suggèrent que les cytokines pro-inflammatoires sont également impliquées. Le but de cette thèse est d’étudier le rôle des cytokines pro-inflammatoires circulantes et cérébrales dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral lors d’IHA. Dans l’article 1, nous démontrons que l’inhibition périphérique du facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α) par l’etanercept retarde la progression de l’EH en diminuant le dommage hépatocellulaire, réduisant l’inflammation périphérique et centrale ainsi que le stress oxydatif/nitrosatif hépatique et cérébral associé chez la souris avec une IHA induite par l’azoxyméthane (AOM). Ces résultats démontrent un rôle important du TNF-α dans la physiopathologie de l’EH lors d’IHA d’origine toxique et suggèrent que l’etanercept pourrait constituer une approche thérapeutique dans la prise en charge des patients en attente de transplantation hépatique. Dans l’article 2, nous simulons la présence d’une infection chez la souris avec une IHA induite par l’AOM pour mettre en évidence une éventuelle augmentation de la réponse inflammatoire. Nous démontrons que l’endotoxémie induite par le lipopolysaccharide (LPS) précipite la survenue du coma et aggrave la pathologie hépatique. Les cytokines pro-inflammatoires systémiques et cérébrales sont augmentées de façon synergique par le LPS lors d’IHA et résultent en une activation accrue de la métalloprotéinase matricielle-9 cérébrale qui s’accompagne d’une extravasation d’immunoglobulines G (IgG) dans le parenchyme cérébral. Ces résultats démontrent une augmentation majeure de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE) qui contribue à la pathogenèse de l’EH lors d’IHA en condition infectieuse. Les résultats de l’article 3 démontrent que l’augmentation de la perméabilité de la BHE lors d’IHA induite par l’AOM en condition non infectieuse ne résulte pas de l’altération de l’expression des protéines constitutives de la BHE. Dans l’article 4, nous démontrons que l’exposition d’astrocytes en culture à des concentrations physiopathologiques d’ammoniaque ou d’interleukine-1β résulte en l’altération de gènes astrocytaires impliqués dans la régulation du volume cellulaire et dans le stress oxydatif/nitrosatif. Un effet additif est observé dans le cas d’un traitement combiné au niveau des gènes astrocytaires impliqués dans le stress oxydatif/nitrosatif. L’ensemble des résultats de cette thèse démontre un rôle important de l’inflammation périphérique et cérébrale dans la survenue des complications neurologiques lors d’IHA et une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques impliqués pourrait contribuer à la mise en place de stratégies thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA en attente de transplantation. / Acute liver failure (ALF) is the clinical manifestation of an abrupt loss of hepatic function resuting from a massive hepatocyte necrosis in a patient with no preexisting liver disease. ALF is associated with metabolic and immunological disturbances that may lead to peripheral and cerebral complications such as systemic inflammatory response syndrome (SIRS), hepatic encephalopathy (HE), brain edema, increased intracranial pressure (ICP) and ultimately death by cerebral herniation. ALF is frequently complicated by infections, which are known to increase the risk of developing a SIRS with a subsequent worsening of HE and higher mortality rates. Ammonia plays a pivotal role in the pathophysiological mechanisms leading to HE and brain edema, and recent studies suggest that pro-inflammatory cytokines may also be involved. The aim of this thesis is therefore to investigate the role of circulating and cerebral pro-inflammatory cytokines in the setting of HE and brain edema during ALF. In article No. 1, we demonstrated that peripheral inhibition of tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) by etanercept delays the progression of HE by reducing hepatocellular damage, decreasing peripheral and cerebral inflammation as well as associated oxidative/nitrosatif stress in mice with ALF induced by azoxymethane (AOM). These findings demonstrate an important role of TNF-α in the pathophysiology of HE during toxic liver injury and suggest that etanercept may provide a therapeutic approach in the management of patient awaiting liver transplantation. In article No. 2, we mimicked infection in mice with AOM-induced ALF in order to better understand the effects of an increased inflammatory response. We demonstrated that endotoxemia induced by lipopolysaccharide (LPS) precipitates the onset of coma and worsens the liver pathology. Peripheral and brain pro-inflammatory cytokines are synergistically raised by LPS during ALF and result in a large increase in cerebral matrix metalloprotease-9 (MMP-9) activity that was associated with immunoglobulin G (IgG) extravasation in the brain parenchyma. These results demonstrate a major increase of blood-brain barrier (BBB) permeability that contributes to the pathogenesis of HE during ALF with superimposed infection. Results from article No. 3 demonstrate that increase of BBB permeability during AOM-induced ALF without superimposed infection is not due to alteration of BBB constitutive proteins. In article No. 4, we demonstrated that exposure of cultured astrocytes to pathophysiological concentrations of ammonia or interleukin-1β results in an alteration of the expression of astrocytic genes implicated in cell volume regulation and oxidative/nitrosative stress. An additive effect on astrocytic genes implicated in oxidative/nitrosative was made evident in case of co-treatment. Taken together, results of the present thesis demonstrate a major role of peripheral and cerebral inflammation in the onset of neurological complications during ALF and a better understanding of the pathophysiological mechanisms implicated may contribute to new therapeutic strategies for ALF patients awaiting transplantation.