L’insuffisance cardiaque (IC) est définie comme l’incapacité du cœur à fournir un débit cardiaque suffisant lorsque la demande augmente. L’IC survient lors d’une diminution 1) de la fonction contractile, définie comme l’IC à fraction d’éjection réduite (IC-FER) ou 2) de remplissage reliée à une rigidité du myocarde ou du péricarde, définie comme l’IC à FE préservée (IC-FEP). Les altérations de la fonction cardiaque contribuent à l’activation neuro-hormonale et à l’inflammation sous-clinique lors de l’apparition et l’évolution de l’IC. L’IC est caractérisée par de multiples anomalies du système vasculaire et musculaire périphériques. La diminution de la perfusion périphérique peut causer de multiples désordres au niveau vasculaire et musculaire chez les IC. L’inflammation sous-clinique contribue significativement à la progression de l’IC. Puisque les neutrophiles sont les principaux acteurs dans la sécrétion de cytokines inflammatoires, l’objectif de cette thèse est de caractériser le profil pro- et anti-inflammatoire dérivé des neutrophiles chez les patients souffrant d’IC-FER et IC-FEP, ainsi que l’impact du diabète (DM) sur ce profil. Les biomarqueurs plasmatiques et relâchés par les neutrophiles isolés à partir du sang provenant de 20 volontaires sains (CTL), 52 IC-FER et 25 IC-FEP et 22 DM ont été quantifiés. L’observation majeure de notre étude est la réduction importante (>90%) des taux circulants de Vascular endothelial growth factor (VEGF) chez les patients IC-FER et IC-FEP avec ou sans DM par rapport aux CTL. En parallèle, nous avons observé une diminution significative de la sécrétion du VEGF par les neutrophiles des patients IC-FER et IC-FEP avec une réduction maximale (92%) chez les IC-FEP+DM comparé aux CTL après une stimulation avec des médiateurs pro-inflammatoires. La diminution du VEGF associée à une inflammation accrue de l'endothélium micro-vasculaire coronarien conduit à une dérégulation de la génération de l’oxyde nitrique (NO). Une diminution marquée des taux circulants de NO a été observée chez les patients diabétiques et atteints d'IC comparé aux CTL. Les niveaux circulants d'IL-6 et d'IL-8 sont significativement augmentés chez les patients IC et DM et de manière synergique chez les IC-FEP avec DM. Ces données, combinées à une diminution du VEGF et du NO, suggèrent une altération significative de la fonction macro-vasculaire et micro-vasculaire chez les patients IC-FEP, qui est intensifiée par la présence de diabète. La libération d’IL-8 et d’IL-6 par les neutrophiles était significativement augmentée chez les patients DM et IC-FEP+DM après un traitement au lipopolysaccharide (LPS). Nous avons aussi démontré une augmentation de l'IL-1RA circulante, une cytokine anti-inflammatoire dans toutes les cohortes de patients. Cependant, la sécrétion de l’IL-1RA par les neutrophiles était diminuée dans toutes les cohortes par rapport aux CTL, indépendamment de l’agoniste utilisé. Ces observations suggèrent que les neutrophiles ne sont pas les principales cellules qui secrètent l'IL-1RA, mais bien les monocytes, les hépatocytes, les cellules épithéliales et les adipocytes. Les données scientifiques provenant de ces études nous ont permis de mieux caractériser le rôle du neutrophile dans l’IC et permettront de valider l’hypothèse stipulant que les biomarqueurs dérivés des neutrophiles jouent un rôle significatif dans l’IC. / Heart failure (HF) is characterized by the inability of the heart to provide sufficient cardiac output when there is an increase in demand. This may result from a decrease in 1) contractile function, defined as heart failure with reduced ejection fraction (HF-REF) or 2) filling related to stiffness of the myocardium or pericardium, defined as HF with preserved EF (HF-PEF). Alterations in cardiac function contribute to neuro-hormonal activation and subclinical inflammation during the onset and progression of HF. HF is characterized by multiple abnormalities in the peripheral vascular and muscular system. Decreased peripheral perfusion can cause vascular and peripheral muscular disorders in HF-REF and HF-PEF. However, the cellular mechanisms involved in these observations remain unknown. Subclinical inflammation significantly contributes to the progression of HF. Since neutrophils are the first players for the inflammatory cytokines release, the main objective of this doctoral thesis is to characterize the pro and anti-inflammatory profile derived from neutrophils in patients suffering from HF-REF and HF-PEF, as well as the impact of diabetes (DM) on this profile. The plasma and neutrophil released biomarkers from the blood of 20 healthy control volunteers (CTL), 52 HF-REF and 25 HF-PEF and 22 DM were quantified. The major finding of our study is the significant reduction (>90%) of the circulating levels of vascular endothelial growth factor (VEGF) in HF-REF and HF-PEF patients with or without diabetes compared to CTL. In parallel, we observed a significant decrease of the VEGF secretion by the neutrophils from HF-REF and HF-PEF patients with a maximal reduction (92%) in HF-PEF+DM compared to CTL after pro-inflammatory agonists stimulation. The decrease of VEGF associated with an increased inflammation of the coronary microvascular endothelium leads to a deregulation of nitric oxide (NO) generation. A marked decrease in circulating NO levels was indeed observed in diabetic and HF patients compared to CTL. Circulating levels of IL-6 and IL-8 increased significantly in HF and DM patients, being maximal in HFPEF+DM. These data, when combined with a decrease in VEGF and NO, support a significant impairment of macrovascular and microvascular function in HF-PEF patients, which is increased by the presence of diabetes. The release of IL-8 and IL-6 from neutrophils was significantly increased in DM and HF-PEF+DM patients after treatment with lipopolysaccharide (LPS). We also observed an increase in circulating IL-1RA, an anti-inflammatory cytokine in all patients’ cohorts. However, IL-1RA secretion by the neutrophils was decreased in all cohorts compared to CTL, independently of the agonist used. These observations suggest that neutrophils are not the main cells that secrete IL-1RA, but rather monocytes, hepatocytes, epithelial cells and adipocytes. The scientific data from these studies have allowed us to better characterize the role of neutrophils in HF and will validate the hypothesis that biomarkers derived from neutrophils play a significant role in the HF.

L'insuffisance cardiaque (IC) se définit par une incapacité du cœur à pomper suffisamment le sang pour répondre aux besoins en oxygène du corps. Le diabète de type 2 (DT2) est causé par une résistance à l'insuline, entraînant une absence de contrôle de la glycémie. Le DT2 et l’IC sont en nette progression (2% et 6,6% de la population canadienne). Le DT2 est un facteur de risque de l’IC, les patients IC étant quatre fois plus souvent diabétiques que la population générale. Récemment, l’inflammation a été montrée comme un mécanisme clef dans la progression de l’IC, et dans les conséquences du DT2. L’IC elle-même comprend deux physiopathologies : l’IC à fraction d’éjection réduite (IC-FER) et à fraction d’éjection préservée (IC-FEP). L’IC-FER survient le plus souvent après une lésion au myocarde tel un infarctus. Plusieurs stratégies contre l’IC-FER ciblent l’activité sympathique et le système rénine-angiotensine-aldostérone. L’IC-FEP survient à la suite d’une inflammation multifactorielle incluant souvent le DT2. L’IC-FEP est davantage inflammatoire que l’IC-FER. L’inflammation est donc un sujet d’étude dans la recherche de pistes thérapeutiques de l’IC et du DT2. Les neutrophiles sont les leucocytes les plus répandus dans la circulation (jusqu’à 70%). Les neutrophiles ont longtemps été considérés comme une population homogène. Cependant, il a été montré qu’ils se subdivisent en différentes populations. Notamment, dans des pathologies inflammatoires, des neutrophiles à haute et à faible densité ont été observés (HDNs et LDNs). Les HDNs correspondent aux neutrophiles étudiés depuis des décennies. Les LDNs ont été étudiés seulement récemment. Les LDNs sont quasi-absents en conditions physiologiques et leur présence semble exclusive à l’état pathologique. Ils sont davantage inflammatoires que les HDNs, notamment par une production augmentée de neutrophil extracellular traps (NETs). Ces filaments sont pro-inflammatoires, pro-thrombotiques et facilitent l’adhérence des leucocytes à l’endothélium. Le rôle des LDNs, et de leur NETs, n’a pas encore été étudié dans l’IC ni dans le DT2. Nous avons observé l’augmentation des taux de LDNs dans le DT2 et l’IC (jusqu’à 28 fois). Les taux de HDNs n’augmentent que de 1,5 fois. Les taux de LDNs corrèlent beaucoup plus avec les marqueurs inflammatoires que les HDNs. Les LDNs produisent 2 à 3 fois plus de NETs que les HDNs. Les LDNs sont autant adhérents que les HDNs à la matrice extracellulaire. Tous ces résultats ont été observés aussi bien dans l’IC-FEP, l’IC-FER, que le DT2. Ces études nous ont permis de montrer le rôle important des LDNs et des NETs dans l’inflammation des IC-FER et IC-FEP ainsi que dans le DT2. Dans la discussion, des figures complémentaires suggèrent que l’effet cumulé du DT2 et de l’IC se répercute de façon synergique sur les taux de LDNs et leur production de NETs, montrant que l’inflammation neutrophilique contribue à l’augmentation de la comorbidité du DT2 en IC. Ces études suggèrent aussi que les LDNs et les NETs pourraient être utilisés comme marqueurs prognostiques. Enfin, cela suggère que la NETose pourrait être une cible thérapeutique anti-inflammatoire dans la prévention et/ou le traitement de l’IC et le DT2. / Heart failure (HF) is defined by the inability of the heart to pump enough blood to meet the body requirements in oxygen. Type 2 diabetes (T2D) is caused by insulin resistance, resulting in a lack of glycemic control. T2D and HF are on the rise (2% and 6.6% of the population in Canada). T2D is a risk factor for HF, with HF patients being four times more likely to be diabetics than the general population. These conditions are active research topics. Recently, inflammation has been identified as a key mechanism in the progression of HF and in the consequences of T2D. HF itself has two physiopathologies: HF with reduced ejection fraction (HF-REF) and preserved ejection fraction (HF-PEF). HF-REF occurs mostly after a myocardial injury such as an infarct. Several strategies against HF-REF target sympathetic activity and the renin-angiotensin-aldosterone system. HF-PEF results from a multifactorial inflammation, often involving T2D. HF-PEF is more inflammatory than HF-REF. Inflammation is an active research topic in finding therapeutic approaches for HF and T2D. Neutrophils are the most abundant white blood cells in circulation (up to 70%). Long considered a homogeneous population. However, studies reveal their subdivision into different populations. In inflammatory conditions, high and low-density neutrophils (HDNs and LDNs) have been observed. HDNs are the well-known neutrophil population studied for decades. LDNs have been studied only recently. LDNs are nearly absent in physiological conditions and seems almost exclusive to the pathological state. LDNs demonstrates stronger pro-inflammatory activities than HDNs, partly du to their increased production of neutrophil extracellular traps (NETs). These filaments are pro-inflammatory, pro-thrombotic and induce leukocytes adhesion to the endothelium. The role of LDNs and their NETs has not been studied yet in HF and T2D. Elevated LDN levels were observed in T2D and HF (up to 28 times). HDN levels only increased by 1.5 times. LDNs correlated much more with inflammatory markers than HDNs. LDNs produced 2 to 3 times more NETs than HDNs and showed similar adhesion to the extracellular matrix. These results were observed in HF-PEF, HF-REF, and T2D. These studies demonstrate the significant role of LDNs and NETs in HF-REF, HF-PEF, and T2D inflammations. In the discussion, additional figures suggest that the cumulative effect of T2D and HF synergistically impacts LDN levels and NETs production, highlighting the contribution of neutrophilic inflammation to the increased comorbidity of T2D in HF. These studies also suggest that LDNs and NETs could be used as prognostic markers. Finally, it suggests that NETosis could be a therapeutic target in the prevention and/or treatment of HF and T2D.