Résumé L’augmentation de l’espérance de vie chez les patients atteints de fibrose kystique (FK) entraine une augmentation de la prévalence des anomalies de tolérance au glucose, soit l’intolérance au glucose (IGT) et le diabète (DAFK). En dépit du fait, que les anomalies de la tolérance au glucose soient associées à un mauvais prognostic, l’origine de ces troubles n’est pas encore clairement établie. Notre objectif était d’examiner le rôle de l’insulinopénie et de la résistance à l’insuline dans la détérioration de la tolérance au glucose dans une cohorte prospective observationelle patients FK non diabétique. Nos résultats démontrent une réduction marquée de la phase précoce de la sécrétion de l’insuline ainsi qu’une augmentation de l’aire sous la courbe de la glycémie (AUC) chez tous les groupes de patients. Nous avons aussi démontré qu’une variation de la sensibilité à l’insuline joue un rôle prépondérant dans les changements de catégorie de tolérance au glucose dans cette population. Finalement, il semblerait que l’augmentation de l’AUC du glucose et la réduction de la phase précose de la sécrétion d’insuline sont des meileurs prédicateurs du status clinique que les catégories de tolérance au glucose. Il existe plusieurs indices pour évaluer la sécrétion d’insuline et pourtant aucun n’a été validé chez les patients FK. Nous avons examiné la validité des index de la sécrétion de l’insuline dérivés de l’hyperglycémie provoquée par voie orale (HGPO) ainsi que des valeurs à jeun par rapport au test de référence. Alors que la plupart des index calculés à partir de l’HGPO corrèlent significativement avec les valeurs du test de référence, cela n’est pas le cas pour les index calculés à partir des valeurs à jeun. La validation de ces index nous permet d’évaluer la sécrétion de l’insuline prospectivement dans notre cohorte de FK à partir de l’HGPO, est un test recommandé pour le dépistage du DAFK. Les recommandations nutritionnelles suggèrent aux patients FK une diète comprenant environ 40% de lipides afin d’éviter la malnutrition. Nous avons examiné le profil lipidique des patients FK diabétiques et non diabétiques après une HGPO et un repas hyperlipidique (RT). Nos résultats démontrent que la FK est associée à des augmentations de l’excursion glycémique lors de l’HGPO ou d’un RT comparativement aux témoins. Cependant, le RT provoque 1) une plus faible excursion glycémique comparativement à l’HGPO ; 2) une meilleure suppression de la production hépatique de glucose et 3) l’excursion lipidique postprandiale des patients FK reste normale. Il est donc peu probable que les anomalies de la sécrétion de l’insuline par les cellules  soient secondaires à une lipotoxicité. Nous avons aussi examiné les taux d’adiponectine, une hormone sécrétée par le tissu adipeux et pouvant moduler l’action de l’insuline. Les niveaux d’adiponectine corrèlent négativement avec plusieurs facteurs présents chez les patients FK incluant l’IGT, l’inflammation et une adiposité centrale en dépit d'un faible poids corporel. Les patients FK ne présentaient aucune altération des taux d’adiponectine malgré la présence d’une résistance à l’insuline, une inflammation sub-clinique et de l’IGT. La FK apparaît donc comme une condition où il existe une discordance entre les taux d’adiponectine et la résistance à l’insuline ou l’inflammation. En conclusion la prévalence de l’IGT est élevée dans cette population caractérisée par une excursion glycémique anormalement plus élevée, due principalement à une altération de la sécrétion de l’insuline exacerbée par une résistance à l’insuline. Mots clés : Adiponectine, Hyperglycémie par voie oral (HGPO), intolérance au glucose, fibrose kystique, diabète, résistance à l’insuline, sécrétion de l’insuline. / Abstract Abnormal glucose tolerance is a frequent co-morbidity in cystic fibrosis patients (CF), and is associated with a worse prognosis. However, the most pertinent factors to predict the clinical status and the physiopathology of glucose intolerance remain unclear. The aim of this study was to investigate the roles of impaired insulin secretion and insulin resistance in the progression of glucose intolerance from the normal state up to diabetes (CFRD) using an ongoing prospective observational cohort of non-diabetic CF patients. We demonstrated that CF patients displayed a reduced first phase insulin secretion across glucose tolerance categories (normal; intolerance and CFRD). Moreover, variation in insulin resistance has a significant impact on glucose tolerance in this population. Finally, early in the course of the disease, increased glucose area under the curve (AUC) and reduced first phase insulin secretion are better predictors of clinical status than conventional glucose tolerance categories. Numerous indices to evaluate insulin secretion have been proposed, but their validity has not been explored in cystic fibrosis (CF). The aim of this study was to validate surrogate indices of insulin secretion calculated from fasting values or the oral glucose tolerance test (OGTT) in CF patients against the gold standard, the intravenous glucose tolerance test (IVGTT). This is an essential step to study the physiopathological role of defective insulin secretion in the development of CFDR in large cohort. We showed that all insulin secretion indices correlated significantly with the IGVTT in control individuals. However, while OGTT-derived indices correlated significantly with the gold standard test in all CF groups, this was not the case for fasting-derived indices. Since the OGTT is required on a regular basis in CF patients to screen for CFRD, OGTT-derived indices should be used to evaluate insulin secretion. Abnormal insulin secretion combined with recommended high fat intake could be associated with dysregulation of glucose and lipid metabolisms in CF patients. Thus, the second objective was to examine postprandial glucose and lipid profiles during an OGTT and a standardized high-fat test meal (TM) in CF patients. CF patients presented higher glucose excursion compared to controls after the OGTT and TM. This excursion was significantly reduced in both amplitude and length during the TM for CF patients. In addition, control and CF patients presented similar profiles for both triglycerides and fatty acids. These results exclude lipotoxicity as a major player in ß cell defect for these patients. Circulating adiponectin levels are negatively associated with glucose intolerance, inflammation and central adiposity. Since these conditions are common in CF patients, we examined whether adiponectin values are altered in this population. CF patients did not show any changes in adiponectin levels despite insulin resistance, glucose intolerance and sub-clinical inflammation. Thus, CF appears to be one of the rare conditions in which discordance between adiponectin values and insulin resistance or inflammation is evident. In conclusion, CF patients are characterized by a high prevalence of glucose abnormalities due to an insulin secretion defect but also the contribution of insulin resistance. Key words: Adiponectin, Cystic fibrosis, diabetes, glucose intolerance, Oral glucose tolerance test, insulin resistance, insulin secretion.

Thèse réalisée dans le cadre d'une cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université d'Auvergne en France / Introduction De nombreuses études indiquent que la prématurité, qui représente 8 % des naissances, est associée à des indices précoces de dysfonction vasculaire, d’élévation de la pression sanguine et de survenue de diabète de type 2. Les enfants nés prématurément sont plus sujets aux blessures oxydatives de par l’immaturité de leurs défenses antioxydantes et de leur exposition à des situations pro-oxydantes (exposition à l’air ambiant, à un supplément d’oxygène, ou à une exposition aux infections). Cependant, les conséquences à long terme des blessures oxydatives induites par une exposition à l’oxygène en période périnatale restent méconnues. Le but de ce doctorat a été de mettre en évidence certains mécanismes pouvant relier les dommages de la prématurité induits par l’oxygène, et le risque à long terme de développer des maladies cardiovasculaires et métaboliques dans le concept global d’une programmation développementale de l’hypertension et des pathologies reliées au syndrome métabolique. Matériels et méthodes Des ratons Sprague-Dawley (SD) ont été exposés à 80 % O2 (O2) vs air ambiant (AA) du 3ème au 10ème jour de vie. Concernant les paramètres cardiovasculaires, nous avons mesuré au cours de la croissance, la pression sanguine à la queue (de la 4ème semaine à la 15ème semaine) et à l’âge adulte : la réactivité vasculaire à l’angiotensine II (AngII) et au carbachol (ex vivo, carotides) avec ou sans le tempol; la production d’oxyde nitrique (NO) en présence ou non L-arginine et de L-sépiaptérine (aorte, immunohistochimie) ainsi que l’expression de la nitric oxyde synthase endothéliale (eNOS) (aorte, immunohistochimie et western blot); le stress oxydant vasculaire (aorte, chemiluminescence) par la mesure de la production d’anions superoxide en présence ou non des inhibiteurs de la nicotinamide-adenine-dinucleotide-phosphate (NADPH oxydase) et de la nitric oxyde synthase endotheliale (eNOS), l’apocynine, et N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) respectivement, ainsi que le stress oxydant circulant par la mesure des niveaux plasmatiques de malondialdéhyde (MDA, HPLC); la densité microvasculaire a été évaluée au niveau du muscle tibial antérieur, immunohistochimie); la vitesse d’onde pulsée (VOP) (entre la valve aortique et juste avant la bifurcation ilio-fémorale) a été mesurée par ultrason; le nombre de néphrons a été compté par digestion acide. L’ontogenèse de la plupart de ces mécanismes a été regardée à l’âge de 4 semaines. Concernant les paramètres métaboliques, le poids a été mesuré au cours de la croissance. À l’âge adulte, la composition corporelle et la tolérance au glucose ont été évaluées. Résultats À l’âge de 4 semaines, aucune différence n’a été observée dans la pression sanguine, la réactivité vasculaire et le stress oxydant, mais chez les rats O2 vs AA, la densité microvasculaire est moindre, et des changements histologiques suggèrent la présence d’une rigidité artérielle augmentée. À l’âge adulte chez les rats O2 vs AA (n = 6-8 /groupe) : i) les pressions sanguines systoliques et diastoliques sont augmentées; ii) la réactivité vasculaire à l’AngII est augmentée et celle au carbachol est diminuée, le tempol prévient ces dysfonctions; iii) la production de NO est plus faible au niveau basal et après stimulation par le carbachol, mais est restaurée après la pré-incubation avec L-arginine et L-sépiaptérine; iv) l’expression d’eNOS est diminuée par immunohistochimie et augmentée par western blot; v) les niveaux d’anions superoxide, au niveau basal et en réponse à l’AngII, sont augmentés et sont induits par la NADPH oxydase et le non-couplage d’eNOS; vi) les niveaux plasmatiques de MDA sont augmentés; vii) La densité microvasculaire est moindre; viii) la VOP est augmentée; ix) le nombre de néphrons par rein est réduit; x) le poids est plus faible au cours de la croissance et un catch up est observé à l’âge adulte; la composition corporelle n’est pas différente entre les groupes; xi) la tolérance au glucose est diminuée. Conclusion Ces résultats supportent l’hypothèse d’une programmation développementale des maladies cardiovasculaires et métaboliques à l’âge adulte à la suite d’un stress hyperoxique néonatal. / Introduction Many studies showed that prematurity, which represents 8 % of birth, is associated with early indices of vascular dysfunction, increased blood pressure and Type 2 diabetes. Prematurity babies are more susceptible to oxidative injury, consequence of the immaturity of their antioxidant defences, and exposure to pro-oxidant situations (oxygen supplementation, infection). However, the long-term consequences of oxidative injury induced by oxygen exposure in the neonatal period are unknown. The aim of these PhD studies was to unravel some mechanisms that might underlie the damage induced by oxygen and the long-term risk of developing vascular and metabolic diseases in the overall concept of developmental programming of hypertension and metabolic syndrome-related diseases. Materials and methods Sprague-Dawley pups were kept with their mother in 80 % O2 (O2) or room air (RA) from day 3 to 10 of life. Cardiovascular parameters, tail blood pressure was measured between 4 and 15 weeks of life. In adulthood : vascular reactivity (ex vivo carotid rings) to angiotensine II (AngII) and carbachol with and without tempol was studied; studies of nitric oxide (NO) production with and without L-arginine and L-sépiaptérine (aorta, immunohistochemistry) and endothelial nitric oxide synthase expression (eNOS; aorta, immunohistochemistry, western blot) were performed; vascular oxidative stress (aorta, using chemiluminescence) by measuring superoxide anion production with and without inhibitors of nicotinamide-adenine-dinucleotide-phosphate (NADPH oxydase) and nitric oxyde synthase endotheliale (eNOS), apocynin and N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) respectively, and circulating oxidative stress by measuring the plasma levels of malondialdéhyde (MDA, HPLC) were evaluated; microvascular density was assessed on tibialis anterior muscle sections; pulse wave velocity (PWV) was measured by ultrasound, between aortic valve and ilio-femoral bifurcation; nephrons were counted after hydrochloric acid digestion. The main observations were also evaluated at 4 weeks of age. Metabolic parameters: body weight has been measured during the growth. In adulthood, body composition, glucose tolerance were evaluated. Results A 4 weeks of age, no difference was observed regarding blood pressure, vascular reactivity, and oxidative stress indices, but in rats O2 vs. RA (n = 6-8 /group), microvascular rarefaction and histological changes suggesting enhanced vascular stiffness were present. To adulthood, rats O2 vs. RA (n = 6-8/group) : i) systolic and diastolic blood pressures are increased; ii) vascular reactivity to Ang II is increased and to carbachol is decreased, these dysfunction were totally abolished by co-incubation of the vessel rings with tempol; iii) NO-production is decreased in basal condition and after carbachol stimulation, but is restored after pre-incubation of aorta sections with L- arginine and L-sépiaptérine; iv) eNOS expression is decreased by immunohistochemistry but increased by western blot; v) vascular superoxide anion levels are increased in basal condition, after AngII stimulation and this is mediated by NADPH oxydase and eNOS uncoupling; vi) the plasma levels of MDA are increased; vii) microvascular density is decreased; viii) PWV is increased; ix) nephron count per kidney is decreased; x) body weight is less during growth, but a catch up is observed in adulthood, body composition is similar; xi) the glucose tolerance is decreased in adults. Conclusion These results support the hypothesis of developmental programming of vascular and metabolic diseases in adulthood, after exposure to hyperoxic stress in the neonatal period.

En lien avec l’augmentation constante de l’obésité, de plus en plus de personnes sont atteintes de résistance à l’insuline ou de diabète de type 2. Ce projet doctoral s’est surtout intéressé à l’une des conséquences majeures des pathologies cardiométaboliques, soit la dyslipidémie diabétique. À cet égard, les gens présentant une résistance à l’insuline ou un diabète de type 2 sont plus à risque de développer des perturbations lipidiques caractérisées essentiellement par des taux élevés de triglycérides et de LDL-cholestérol ainsi que de concentrations restreintes en HDL-cholestérol dans la circulation. Les risques de maladies cardiovasculaires sont ainsi plus élevés chez ces patients. Classiquement, trois organes sont connus pour développer l’insulino-résistance : le muscle, le tissu adipeux et le foie. Néanmoins, certaines évidences scientifiques commencent également à pointer du doigt l’intestin, un organe critique dans la régulation du métabolisme des lipides postprandiaux, et qui pourrait, conséquemment, avoir un impact important dans l’apparition de la dyslipidémie diabétique. De façon très intéressante, des peptides produits par l’intestin, notamment le GLP-1 (glucagon-like peptide-1), ont déjà démontré leur potentiel thérapeutique quant à l’amélioration du statut diabétique et leur rôle dans le métabolisme intestinal lipoprotéinique. Une autre évidence est apportée par la chirurgie bariatrique qui a un effet positif, durable et radical sur la perte pondérale, le contrôle métabolique et la réduction des comorbidités du diabète de type 2, suite à la dérivation bilio-intestinale. Les objectifs centraux du présent programme scientifique consistent donc à déterminer le rôle de l’intestin dans (i) l’homéostasie lipidique/lipoprotéinique en réponse à des concentrations élevées de glucose (à l’instar du diabète) et à des peptides gastro-intestinaux tels que le PYY (peptide YY); (ii) la coordination du métabolisme en disposant de l’AMPK (AMP-activated protein kinase) comme senseur incontournable permettant l’ajustement précis des besoins et disponibilités énergétiques cellulaires; et (iii) l’ajustement de sa capacité d’absorption des graisses alimentaires en fonction du gain ou de la perte de sa sensibilité à l’insuline démontrée dans les spécimens intestinaux humains prélevés durant la chirurgie bariatrique. Dans le but de confirmer le rôle de l’intestin dans la dyslipidémie diabétique, nous avons tout d’abord utilisé le modèle cellulaire intestinal Caco-2/15. Ces cellules ont permis de démontrer qu’en présence de hautes concentrations de glucose en basolatéral, telle qu’en condition diabétique, l’intestin absorbe davantage de cholestérol provenant de la lumière intestinale par l’intermédiaire du transporteur NPC1L1 (Niemann Pick C1-like 1). L’utilisation de l’ezetimibe, un inhibiteur du NPC1L1, a permis de contrecarrer cette augmentation de l’expression de NPC1L1 tout comme l’élévation de l’absorption du cholestérol, prouvant ainsi que le NPC1L1 est bel et bien responsable de cet effet. D’autre part, des travaux antérieurs avaient identifié certains indices quant à un rôle potentiel du peptide intestinal PYY au niveau du métabolisme des lipides intestinaux. Toutefois, aucune étude n’avait encore traité cet aspect systématiquement. Pour établir définitivement l’aptitude du PYY à moduler le transport et le métabolisme lipidique dans l’intestin, nous avons utilisé les cellules Caco-2/15. Notre étude a permis de constater que le PYY incubé du côté apical est capable de réduire significativement l’absorption du cholestérol et le transporteur NPC1L1. Puisque le rôle de l'AMPK dans l'intestin demeure inexploré, il est important non seulement de définir sa structure moléculaire, sa régulation et sa fonction dans le métabolisme des lipides, mais aussi d'examiner l'impact de l’insulino-résistance et du diabète de type 2 (DT2) sur son statut et son mode d’action gastro-intestinal. En employant les cellules Caco-2/15, nous avons été capables de montrer (i) la présence de toutes les sous-unités AMPK (α1/α2/β1/β2/γ1/γ2/γ3) avec une différence marquée dans leur abondance et une prédominance de l’AMPKα1 et la prévalence de l’hétérotrimère α1/β2/γ1; (ii) l’activation de l’AMPK par la metformine et l’AICAR, résultant ainsi en une phosphorylation accrue de l’enzyme acétylCoA carboxylase (ACC) et sans influence sur l'HMG-CoA réductase; (iii) la modulation négative de l’AMPK par le composé C et des concentrations de glucose élevées avec des répercussions sur la phosphorylation de l’ACC. D’autre part, l’administration de metformine au Psammomys obesus, un modèle animal de diabète et de syndrome métabolique, a conduit à (i) une régulation positive de l’AMPK intestinale (phosphorylation de l’AMPKα-Thr172); (ii) la réduction de l'activité ACC; (iii) l’augmentation de l’expression génique et protéique de CPT1, supportant une stimulation de la β-oxydation; (iv) une tendance à la hausse de la sensibilité à l'insuline représentée par l’induction de la phosphorylation d'Akt et l’inactivation de la phosphorylation de p38; et (v) l’abaissement de la formation des chylomicrons ce qui conduit à la diminution de la dyslipidémie diabétique. Ces données suggèrent que l'AMPK remplit des fonctions clés dans les processus métaboliques de l'intestin grêle. La preuve flagrante de l’implication de l’intestin dans les événements cardiométaboliques a été obtenue par l’examen des spécimens intestinaux obtenus de sujets obèses, suite à une chirurgie bariatrique. L’exploration intestinale nous a permis de constater chez ceux avec un indice HOMA élevé (marqueur d’insulinorésistance) (i) des défauts de signalisation de l'insuline comme en témoigne la phosphorylation réduite d'Akt et la phosphorylation élevée de p38 MAPK; (ii) la présence du stress oxydatif et de marqueurs de l'inflammation; (iii) la stimulation de la lipogenèse et de la production des lipoprotéines riches en triglycérides avec l’implication des protéines clés FABP, MTP et apo B-48. En conclusion, l'intestin grêle peut être classé comme un tissu insulino-sensible et répondant à plusieurs stimuli nutritionnels et hormonaux. Son dérèglement peut être déclenché par le stress oxydatif et l'inflammation, ce qui conduit à l'amplification de la lipogenèse et la synthèse des lipoprotéines, contribuant ainsi à la dyslipidémie athérogène chez les patients atteints du syndrome métabolique et de diabète de type 2. / In relation with the constant increase in obesity, more and more people suffer from insulin resistance and type 2 diabetes (DT2). This doctoral research program especially emphasizes lipid disorders, one of the major consequences of cardiometabolic diseases. In this respect, people with insulin resistance or DT2 are at higher risk of developing lipid disturbances characterized mainly by high levels of triglycerides and LDL-cholesterol concentrations and HDL cholesterol in the blood circulation. The risks of cardiovascular disease are higher in these patients. Classically, three organs are known to develop insulin resistance: muscle, adipose tissue and liver. Nevertheless, important studies begin to point out the small intestine as a major organ in the regulation of postprandial lipids, which may have a significant impact on the development of diabetic dyslipidemia. In addition, the intestine produces peptides, including GLP-1 (glucagon-like peptide-1), that have already demonstrated their therapeutic potential with regard to diabetic status and intestinal lipoprotein metabolism. Further evidence is also is provided by the advent of bariatric surgery that has a positive effect on radical and sustainable weight loss, metabolic control and reduction of comorbidities of DT2, following biliopancreatic diversion. The central objectives of this scientific program are therefore to determine the role of the intestine in (i) lipid/ lipoprotein homeostasis in response to high concentrations of glucose (mimicking diabetes) and to gastrointestinal peptides such as PYY; (ii) the coordination of metabolism by involving AMPK (AMP-activated protein kinase) as an essential sensor for fine tuning of cellular energy needs; and (iii) adjusting absorption capacity of dietary fat in the gain or loss of insulin sensitivity demonstrated in intestinal specimens collected during bariatric surgery. In order to confirm the role of the intestine in diabetic dyslipidemia, we first used the intestinal Caco-2/15 cell model. The use of this epithelial cell line has shown a marked stimulation of cholesterol uptake via the transporter NPC1L1 (Niemann-Pick C1-like 1) in the presence of high glucose concentrations (as is the case in diabetic conditions) in basolateral compartment (compared to apical). The use of ezetimibe, an inhibitor of NPC1L1, helped to counteract this elevation of cholesterol absorption, thus proving that NPC1L1 is indeed behind this effect. If previous reports have identified some clues as to the potential role of intestinal PYY (peptide YY) in lipid metabolism disorders, no study has yet addressed this issue systematically. To definitively establish the ability of PYY to modulate lipid transport and metabolism in the intestine, we have used Caco-2/15 cells. Our recent investigation has shown that PYY (administered in the apical compartment) is able to significantly reduce cholesterol absorption via NPC1L1 transporter. Since the role of AMPK in the intestine remains unexplored, it is important to define not only its molecular structure, regulation and function in lipid metabolism, but also its impact on insulin resistance and T2D on its status and mode of action in the gastrointestinal tract. Using Caco-2/15 cells, we have been able to show (i) the presence of all AMPK subunits (α1/α2/β1/β2/γ1/γ2/γ3) with a marked difference in their abundance, but with a predominance of AMPKα1 and the prevalence of α1/β2/γ1 heterotrimer; (ii) the activation of AMPK by metformin and AICAR, resulting in increased phosphorylation of the downstream target acetylCoA carboxylases (ACC) without no influence on HMG-CoA reductase; (iii) the negative modulation of AMPK by compound C and glucose concentrations with high impact on ACC phosphorylation. On the other hand, administration of metformin to Psammomys obesus with insulin resistance and T2D led to (a) an upregulation of intestinal AMPK signaling pathway essentially typified by ascending AMPKα-Thr172 phosphorylation; (b) a reduction in ACC activity; (c) an elevation in the gene and protein expression of CPT1, supporting a stimulation of β-oxidation; (d) a trend of increase in insulin sensitivity portrayed by augmentation of Akt and GSK3β phosphorylation; (e) an inactivation of the stress-responsive p38-MAPK and /ERK1/2 exemplified by their phosphorylation lessening; and (f) a decrease in diabetic dyslipidemia following lowering of intracellular events that govern lipoprotein assembly. Therefore these data suggest that AMPK fulfills key functions in metabolic processes in the small intestine. The clear evidence for the involvement of the gut in cardiometabolic events has been obtained through the scrutiny of intestinal specimens obtained from obese subjects after bariatric surgery. Intestine of insulin-resistant subjects shows defects in insulin signaling as demonstrated by reduced Akt phosphorylation but increased p38 MAPK phosphorylation. These defects were accompanied with increased oxidative stress and inflammation markers in intestine of insulin-resistant subjects. Enhanced de novo lipogenesis rate and apo B-48 biogenesis along with increased triglyceride-rich lipoprotein production was also observed in the intestine of insulin-resistant subjects. Concomitantly, fatty acid binding proteins (FABP) and microsomal transfer protein (MTP) expression was increased in the intestine of insulin-resistant subjects. In conclusion, the small intestine may be classified as an insulin-sensitive tissue. Its deregulation, possibly triggered by oxidative stress and inflammation, may lead to amplification of lipogenesis and lipoprotein synthesis and may therefore represent a key mechanism for atherogenic dyslipidemia in patients with metabolic syndrome and T2D.

L'obésité est une maladie associée à de nombreuses complications comme le diabète de type 2, l'hypertension et le cancer. De nos jours, les modifications au mode de vie, tels l’alimentation et le niveau d’activité physique, ne sont pas suffisants pour combattre les effets délétères de l'obésité. La pharmacothérapie est un traitement alternatif bien que les effets bénéfiques soient temporaires et ne peuvent être maintenus à long terme. Le besoin pour un traitement bénéfique à long terme sans effet secondaire n'est pas comblé. Mieux connu pour son rôle dans la régulation de la pression artérielle, le système rénine-angiotensine favorise l'entreposage du gras. Le récepteur à la prorénine et à la rénine est une composante du système rénine-angiotensine. Ainsi, le récepteur qui amplifie l'activation de celui-ci pourrait avoir un rôle clé dans le gain de masse grasse. Le but de ce projet de thèse est d'évaluer le rôle du récepteur à la prorénine et à la rénine dans le développement de l'obésité et de ses complications chez la souris et ce, en utilisant une combinaison de diète riche en gras et en hydrates de carbone et du handle region peptide, un bloqueur du récepteur à la prorénine à la rénine. Après une période de 10 semaines, nous avons constaté que l'expression et la protéine du récepteur à la prorénine et à la rénine augmentent spécifiquement dans le tissu adipeux sous-cutané et viscéral des souris obèses. Lorsqu'administré en concomitance avec une diète riche en gras et en hydrates de carbone, le handle region peptide favorise chez la souris des diminutions des gains des masses corporelles et adipeuses viscérales. Une diminution de l'expression de l'enzyme catalysant la dernière étape de la lipogenèse pourrait être responsable de la réduction de gras viscéral. Chez les mêmes animaux, l'expression de plusieurs adipokines est également diminuée dans le tissu adipeux suggérant une réduction de la résistance à l'insuline, de l'inflammation et de l'infiltration des macrophages localement dans le gras sous-cutané et viscéral. L'augmentation de l'expression d’un marqueur de l'adipogenèse dans le tissu adipeux sous-cutané pourrait suggérer un plus grand nombre d'adipocytes. Cela pourrait tamponner l'excès d'acides gras libres circulants puisque nous avons constaté une diminution de ce paramètre chez les souris ayant une diète riche en gras et en hydrates de carbone et traitées avec le peptide. Nous avons émis l'hypothèse qu'un cycle futile pourrait être activé dans le gras sous-cutané car nous avons observé une augmentation de l'expression de plusieurs enzymes impliquées dans la lipogenèse et dans la lipolyse. Le ''brunissement'' du tissu adipeux est la présence de cellules similaires aux adipocytes bruns dans le tissu adipeux qui sont caractérisés par une grande densité mitochondriale et la thermogenèse. L'augmentation de l'expression des marqueurs de ''brunissement'' et de biogenèse de mitochondrie dans le gras sous-cutané suggère que le ''brunissement'' pourrait également être activé dans ce dépôt de gras. La sensibilité à l'insuline chez ces animaux pourrait être améliorée telle que suggérée en circulation par la diminution de l'insuline, par le glucose qui change peu, par l'augmentation du ratio glucose sur insuline ainsi que par un changement potentiel dans la corrélation entre le poids corporel de la souris et les niveaux d’adiponectine circulante. Nos travaux suggèrent que le handle region peptide pourrait augmenter la capacité du tissu adipeux sous-cutané à métaboliser les lipides circulants avec l'activation potentielle d'un cycle futile et le ''brunissement''. Cela préviendrait le dépôt ectopique de lipides vers les compartiments viscéraux comme le suggère la réduction de masse adipeuse viscérale chez les souris ayant une diète riche en gras et en hydrates de carbone et traitées avec le peptide. Utilisant un modèle de souris, cette étude démontre le potentiel pharmacologique du handle region peptide comme un nouveau traitement pour prévenir l'obésité. / Obesity is a disease associated with multiple complications such as type 2 diabetes, hypertension and cancer. Nowadays, lifestyle modifications, such as eating habits and physical activity, are simply not enough to counter the deleterious effects of obesity. Pharmacotherapy is used as an alternative treatment although beneficial effects are temporary and cannot be maintained in the long run. The current medical need for a treatment with long term beneficial outcomes devoid of side effects is unmet. Best known for its role in blood pressure regulation, the renin-angiotensin system has recently been attributed a role in favouring fat storage. The prorenin and renin receptor is a component of renin-angiotensin system that amplifies its activation. Thus, the prorenin and renin receptor might play a key role in gaining fat mass. The aim of this thesis is to investigate the role of the prorenin and renin receptor in the development of obesity and its complications in mice using a combination of high-fat and high carbohydrate diet and the handle region peptide, a blocker of the prorenin and renin receptor. After a period of 10 weeks, we have found that the prorenin and renin receptor is increased specifically in subcutaneous and visceral adipose tissue of obese mice. When administered simultaneously with a high-fat and high-carbohydrate diet, the handle region peptide reduced body weight gain in mice with similar decrease in visceral fat mass. Decreased expression of the enzyme catalyzing the last step of lipogenesis could be responsible for the reduction in visceral fat mass. In the same animals, the expressions of several adipokines were also decreased in adipose tissue suggesting reduced insulin resistance, inflammation and macrophage infiltration locally in subcutaneous and visceral fat. Increased expression of a marker of adipogenesis in subcutaneous adipose tissue could suggest higher adipocyte number. This would buffer excess circulating free fatty acid since we have noticed a reduction in the latter in mice on a high-fat and high-carbohydrate diet and treated with the peptide. We hypothesized that a futile cycle could be activated in subcutaneous fat because we have observed increased expression of several enzymes implicated in lipogenesis and lipolysis. « Beiging » is defined as the presence of brown-like adipocytes in adipose tissue which is characterized by high mitochondrial density and thermogenesis. Increased expression of markers for « beiging » and mitochondrial biogenesis in subcutaneous fat suggests that « beiging » could also be activated in this fat pad. Insulin sensitivity in these animals could be improved as suggested in the circulation by decreased insulin, similar glucose, increased glucose on insulin ratio as well as a possible change in the correlation between mouse body weight and circulating adiponectin levels. Our work suggests that the handle region peptide could increase the capacity of subcutaneous adipose tissue to metabolize circulating lipids with a potential activation of a futile cycle and « beiging ». This would prevent ectopic deposition of fat in visceral compartments as suggested by the reduction in visceral fat mass in mice on high-fat and high-carbohydrate diet and treated with the peptide. Using a mice model, this study demonstrates the pharmacological potential of the handle region peptide as a novel treatment to prevent obesity.

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est caractérisée par de multiples déséquilibres homéostatiques tels que la résistance à l’insuline. Peu d’études se sont intéressées aux mécanismes sous-jacents à cette résistance à l’insuline en IRC. De plus, il est méconnu si cette résistance à l’insuline peut mener au développement d’un diabète de type II chez des patients prédisposés. Dans un modèle d’IRC, le rat Sprague-Dawley (CD) néphrectomisé 5/6e, on observe une corrélation entre la gravité de l’atteinte rénale, évaluée par la créatinine sérique, et l’hyperglycémie, évaluée par la fructosamine sérique (R2 = 0.6982, p < 0.0001). Cependant, cet état hyperglycémique n’est pas observable lors d’une glycémie à jeun. Lors d’un test de tolérance au glucose, on observe une plus grande élévation de la glycémie (AUC 1.25 fois, p < 0.0001) chez le rat atteint d’IRC. Par contre, la sécrétion d’insuline au cours de ce même test n’augmente pas significativement (AUC ≈ 1.30 fois, N.S.) en comparaison aux rats témoins. Malgré une élévation des taux d’insuline en IRC suivant un bolus de glucose, les tissus périphériques ne montrent pas d’augmentation de la captation du glucose sanguin suggérant un défaut d’expression et/ou de fonction des transporteurs de glucose chez ces rats. En effet, on observe une diminution de ces transporteurs dans divers tissus impliqués dans le métabolisme du glucose tel que le foie (≈ 0.60 fois, p < 0.01) et le muscle (GLUT1 0.73 fois, p < 0.05; GLUT4 0.69 fois, p < 0.01). En conséquence, une diminution significative du transport insulinodépendant du glucose est observable dans le muscle des rats atteint d’IRC (≈ 0.63 fois, p < 0.0001). Puisque les muscles sont responsables de la majorité de la captation insulinodépendante du glucose, la diminution de l’expression du GLUT4 pourrait être associée à la résistance à l’insuline observée en IRC. La modulation de l’expression des transporteurs de glucose pourrait être à l’origine de la résistance à l’insuline en IRC. Cela dit, d’autres mécanismes peuvent aussi être impliqués. En dépit de cette importante perturbation du transport du glucose, nous n’avons pas observé de cas de diabète de type II chez le rat CD atteint d’IRC. Dans un modèle de rat atteint d’un syndrome métabolique, le rat Zucker Leprfa/fa, l’IRC provoque une forte hyperglycémie à jeun (1.5 fois, p < 0.0001). De plus, l’IRC chez le rat Zucker provoque une réponse glycémique (AUC 1.80 fois, p < 0.0001) exagérée lors d’un test de tolérance au glucose. Une forte résistance à l’insuline est mesurée au niveau des muscles puisque la dose usuelle d’insuline (2mU/mL) n’est pas suffisante pour stimuler la captation du glucose chez le rat Zucker atteint d’IRC. De plus, une modulation similaire des transporteurs de glucose peut être observée chez ces deux espèces. Par contre, environ 30% (p < 0.001) des rats Zucker atteints d’IRC avaient une glycosurie. L’IRC en soi ne mènerait donc pas au développement d’un diabète de type II. Par contre, lorsqu’une résistance à l’insuline est présente antérieurement au développement d’une IRC, cela pourrait précipiter l’apparition d’un diabète de type II chez ces patients prédisposés. / Chronic renal failure (CRF) is characterized by multiple homeostasis imbalances such as insulin resistance. However, few studies addressed the underlying mechanisms of the insulin resistance in CRF. Moreover, it is not known if the insulin resistance in CRF could lead to type II diabetes in predisposed patients. In 5/6th nephrectomised Sprague-Dawley (CD) rat model of CRF, we observed a correlation between the severity of the renal injury, evaluated by the serum creatinine level, and the hyperglycaemia, evaluated by the serum fructosamine level (R2 = 0.6982, p < 0.0001). However, this hyperglycemia is not observed on fasting. During a glucose tolerance test, we noticed an increase of the glycaemia in CRF rats (AUC 1.25 fold, p < 0.0001) comparing to controls. Insulin secretion of CRF rats was not significantly higher (AUC ≈1.30 fold, N.S.) during glucose challenge. Interestingly, despite more increase in insulin levels in CRF rats following a glucose bolus, the peripheral tissues did not show any increase in blood glucose uptake suggesting a defect in expression and/or function of glucose transporters in these rats. Indeed, we observed decreased expression of glucose transporters in the liver (≈0.60 fold, p < 0.01) and muscles (GLUT1 0.73 fold, p < 0.05 and GLUT4 0.69 fold, p < 0.01). Accordingly, there was a significant reduction in the insulin-dependent glucose uptake in the muscles of CRF rats compared to controls (≈0.63 fold, p < 0.0001). Since muscles are responsible for the majority of insulin-sensitive glucose transport, downregulation of GLUT4 could be associated with the insulin resistance observed in CRF. The modulation of the expression of several glucose transporters may contribute to insulin resistance in CRF, but other mechanisms could also be implicated. Despite this important perturbation of glucose transport, we did not observed any case of type II diabetes in our CD rat model. In a rat model of metabolic syndrome, the Zucker Leprfa/fa, CRF causes a strong hyperglycemia on fasting (1.5 fold, p < 0.0001). Furthermore, CRF Zucker showed an exacerbated glycemic response (AUC 1.80 fold, p < 0.0001) during glucose challenge. A strong insulin resistance in muscle was measured as the usual insulin dose (2mU/mL) was not enough to stimulate glucose uptake in Zucker rats with CRF. The same modulation of glucose transporters in the peripheral tissues was observed in both rat models. As opposed to CD rats, ≈30% (p < 0.05) of CRF Zucker rats’ showed presence of glucose in their urine. CRF by itself won’t lead to type II diabetes. However, when insulin resistance is already present when developing CRF, it could precipitate the onset of type II diabetes among these patients.

Résumé L’augmentation de l’espérance de vie chez les patients atteints de fibrose kystique (FK) entraine une augmentation de la prévalence des anomalies de tolérance au glucose, soit l’intolérance au glucose (IGT) et le diabète (DAFK). En dépit du fait, que les anomalies de la tolérance au glucose soient associées à un mauvais prognostic, l’origine de ces troubles n’est pas encore clairement établie. Notre objectif était d’examiner le rôle de l’insulinopénie et de la résistance à l’insuline dans la détérioration de la tolérance au glucose dans une cohorte prospective observationelle patients FK non diabétique. Nos résultats démontrent une réduction marquée de la phase précoce de la sécrétion de l’insuline ainsi qu’une augmentation de l’aire sous la courbe de la glycémie (AUC) chez tous les groupes de patients. Nous avons aussi démontré qu’une variation de la sensibilité à l’insuline joue un rôle prépondérant dans les changements de catégorie de tolérance au glucose dans cette population. Finalement, il semblerait que l’augmentation de l’AUC du glucose et la réduction de la phase précose de la sécrétion d’insuline sont des meileurs prédicateurs du status clinique que les catégories de tolérance au glucose. Il existe plusieurs indices pour évaluer la sécrétion d’insuline et pourtant aucun n’a été validé chez les patients FK. Nous avons examiné la validité des index de la sécrétion de l’insuline dérivés de l’hyperglycémie provoquée par voie orale (HGPO) ainsi que des valeurs à jeun par rapport au test de référence. Alors que la plupart des index calculés à partir de l’HGPO corrèlent significativement avec les valeurs du test de référence, cela n’est pas le cas pour les index calculés à partir des valeurs à jeun. La validation de ces index nous permet d’évaluer la sécrétion de l’insuline prospectivement dans notre cohorte de FK à partir de l’HGPO, est un test recommandé pour le dépistage du DAFK. Les recommandations nutritionnelles suggèrent aux patients FK une diète comprenant environ 40% de lipides afin d’éviter la malnutrition. Nous avons examiné le profil lipidique des patients FK diabétiques et non diabétiques après une HGPO et un repas hyperlipidique (RT). Nos résultats démontrent que la FK est associée à des augmentations de l’excursion glycémique lors de l’HGPO ou d’un RT comparativement aux témoins. Cependant, le RT provoque 1) une plus faible excursion glycémique comparativement à l’HGPO ; 2) une meilleure suppression de la production hépatique de glucose et 3) l’excursion lipidique postprandiale des patients FK reste normale. Il est donc peu probable que les anomalies de la sécrétion de l’insuline par les cellules  soient secondaires à une lipotoxicité. Nous avons aussi examiné les taux d’adiponectine, une hormone sécrétée par le tissu adipeux et pouvant moduler l’action de l’insuline. Les niveaux d’adiponectine corrèlent négativement avec plusieurs facteurs présents chez les patients FK incluant l’IGT, l’inflammation et une adiposité centrale en dépit d'un faible poids corporel. Les patients FK ne présentaient aucune altération des taux d’adiponectine malgré la présence d’une résistance à l’insuline, une inflammation sub-clinique et de l’IGT. La FK apparaît donc comme une condition où il existe une discordance entre les taux d’adiponectine et la résistance à l’insuline ou l’inflammation. En conclusion la prévalence de l’IGT est élevée dans cette population caractérisée par une excursion glycémique anormalement plus élevée, due principalement à une altération de la sécrétion de l’insuline exacerbée par une résistance à l’insuline. Mots clés : Adiponectine, Hyperglycémie par voie oral (HGPO), intolérance au glucose, fibrose kystique, diabète, résistance à l’insuline, sécrétion de l’insuline. / Abstract Abnormal glucose tolerance is a frequent co-morbidity in cystic fibrosis patients (CF), and is associated with a worse prognosis. However, the most pertinent factors to predict the clinical status and the physiopathology of glucose intolerance remain unclear. The aim of this study was to investigate the roles of impaired insulin secretion and insulin resistance in the progression of glucose intolerance from the normal state up to diabetes (CFRD) using an ongoing prospective observational cohort of non-diabetic CF patients. We demonstrated that CF patients displayed a reduced first phase insulin secretion across glucose tolerance categories (normal; intolerance and CFRD). Moreover, variation in insulin resistance has a significant impact on glucose tolerance in this population. Finally, early in the course of the disease, increased glucose area under the curve (AUC) and reduced first phase insulin secretion are better predictors of clinical status than conventional glucose tolerance categories. Numerous indices to evaluate insulin secretion have been proposed, but their validity has not been explored in cystic fibrosis (CF). The aim of this study was to validate surrogate indices of insulin secretion calculated from fasting values or the oral glucose tolerance test (OGTT) in CF patients against the gold standard, the intravenous glucose tolerance test (IVGTT). This is an essential step to study the physiopathological role of defective insulin secretion in the development of CFDR in large cohort. We showed that all insulin secretion indices correlated significantly with the IGVTT in control individuals. However, while OGTT-derived indices correlated significantly with the gold standard test in all CF groups, this was not the case for fasting-derived indices. Since the OGTT is required on a regular basis in CF patients to screen for CFRD, OGTT-derived indices should be used to evaluate insulin secretion. Abnormal insulin secretion combined with recommended high fat intake could be associated with dysregulation of glucose and lipid metabolisms in CF patients. Thus, the second objective was to examine postprandial glucose and lipid profiles during an OGTT and a standardized high-fat test meal (TM) in CF patients. CF patients presented higher glucose excursion compared to controls after the OGTT and TM. This excursion was significantly reduced in both amplitude and length during the TM for CF patients. In addition, control and CF patients presented similar profiles for both triglycerides and fatty acids. These results exclude lipotoxicity as a major player in ß cell defect for these patients. Circulating adiponectin levels are negatively associated with glucose intolerance, inflammation and central adiposity. Since these conditions are common in CF patients, we examined whether adiponectin values are altered in this population. CF patients did not show any changes in adiponectin levels despite insulin resistance, glucose intolerance and sub-clinical inflammation. Thus, CF appears to be one of the rare conditions in which discordance between adiponectin values and insulin resistance or inflammation is evident. In conclusion, CF patients are characterized by a high prevalence of glucose abnormalities due to an insulin secretion defect but also the contribution of insulin resistance. Key words: Adiponectin, Cystic fibrosis, diabetes, glucose intolerance, Oral glucose tolerance test, insulin resistance, insulin secretion.

La stéatohépatite non alcoolique (NASH) est une pathologie du foie dont l’amplitude et les répercussions sont de plus en plus préoccupantes dans le monde médical ou biomédical. Elle est associée à l’obésité, au syndrome métabolique et au diabète sucré de type II. La recherche de la thérapie optimale pour le NASH est un domaine en plein essor puisqu’aucun traitement n’est suffisamment efficace à ce jour. La présente étude fait le point sur de nouvelles possibilités de traitements qui se sont avérés efficaces pour contrer les différentes lésions métaboliques et cellulaires rencontrées dans un modèle in vivo chez le rat où le NASH est induit par l’ingestion d’une diète riche en gras. Cette étude démontre, tout d’abord, que les traitements durant six semaines avec l’acide ursodéoxycholique (UDCA) et son dérivé le NCX 1000, possédant des propriétés donatrices de monoxyde d’azote, à doses équimolaires, protègent de manière équivalente le foie contre le stress oxydatif, l’hyperinsulinémie, l’inflammation et la fibrose causés par la stéatohépatite. De plus, la combinaison d’une plus faible dose de NCX 1000 avec un antioxydant lipophile tel que la vitamine E offre une protection similaire, particulièrement au niveau des paramètres du stress oxydatif. Par ailleurs, l’étude illustre aussi que la silibinine, composé polyphénolique actif du chardon marie (Silybum marianum) et utilisé en traitement pendant 5 semaines, possède un pouvoir hépatoprotecteur, des propriétés antioxydantes et un effet hypoinsulinémique dans ce modèle de stéatohépatite d’origine nutritionnelle. Le potentiel thérapeutique de ces composés en fait des candidats de choix pour le traitement du NASH qui méritent de faire l’objet d’études cliniques poussées. / Nonalcoholic steatohepatitis (NASH) is a serious liver condition related to the metabolic syndrome, obesity, and type II diabetes mellitus whose prevalence is drastically rising in developed countries and worldwide. Several remedies were investigated for the treatment of NASH but an efficient therapy has yet to be developed. In the present study, we explored novel therapeutic possibilities that were thought to be effective for the treatment of experimental high-fat diet-induced NASH the in rat. Our results show that a chronic six week treatment with a high dose of NCX 1000, a derivative of ursodeoxycholic acid (UDCA) with nitric oxide (NO) donating properties, is efficient at reversing steatosis, oxidative stress, inflammation, insulin resistance and fibrosis; major hallmarks of experimental NASH. We also demonstrated that the mother molecule, UDCA, is as efficacious in controlling the same parameters at equimolar doses. Moreover, our study demonstrates that NCX 1000 at lower doses can exert similar potent properties when combined with lipophilic antioxidants like vitamin E. On the other hand, we found that a 5-week treatment with silibinin, the major active component of milk thistle extract, improved liver steatosis and inflammation and decreased NASH-induced oxidative stress, insulin resistance, and fibrosis. These compounds have therefore the potential for being developed for the treatment of NASH. Clinical evidences are needed.

La physiopathologie du diabète de type II se caractérise par de sévères anomaliesmétaboliques telles que l'hyperglycémie et les dyslipidémies contribuant au développementdes maladies cardiovasculaires. Une altération de l'activité de l'AMPK dans les tissus tels quele muscle squelettique et le foie est associée à ces désordres métaboliques alors que sonactivation pharmacologique permet de les rétablir. Toutefois, le complexe hétérotrimériqueαβγ tissu-spécifique de l'AMPK confère une régulation et des rôles distincts qui demeurentinexplorés dans l'intestin, un organe favorisant pourtant l'augmentation de l'absorption desnutriments en situation de diabète de type II. La présente étude démontre une prépondérancedu complexe α1β2γ1 de l'AMPK dans les cellules intestinales Caco-2 dont l'un des rôles de lasous-unité α1 est de réguler l'ACC, l'enzyme de synthèse des acides gras. Contrairement àl'AMPK exprimée dans le foie, elle ne régule pas l'HMG-CoA Réductase impliquée dans lasynthèse du cholestérol. L'activation de l'AMPK mime l'effet de l'insuline en réduisantl'absorption intestinale du glucose et des lipides alors que son altération en situationd'insulino-résistance (e.g : induite par le 4-HHE dans un modèle cellulaire Caco-2 ou induitepar la diète dans le modèle animal Psammomys obesus) favorise l'absorption du glucose etdes lipides, ce qui exacerberait l'hyperglycémie et la dyslipidémie postprandiale associées audiabète de type II. L'AMPK au niveau intestinal constitue donc une cible thérapeutiquepotentielle complémentaire pour la prévention et le traitement du diabète de type II.

Introduction De nombreuses études indiquent que la prématurité, qui représente 8 % des naissances, est associée à des indices précoces de dysfonction vasculaire, d’élévation de la pression sanguine et de survenue de diabète de type 2. Les enfants nés prématurément sont plus sujets aux blessures oxydatives de par l’immaturité de leurs défenses antioxydantes et de leur exposition à des situations pro-oxydantes (exposition à l’air ambiant, à un supplément d’oxygène, ou à une exposition aux infections). Cependant, les conséquences à long terme des blessures oxydatives induites par une exposition à l’oxygène en période périnatale restent méconnues. Le but de ce doctorat a été de mettre en évidence certains mécanismes pouvant relier les dommages de la prématurité induits par l’oxygène, et le risque à long terme de développer des maladies cardiovasculaires et métaboliques dans le concept global d’une programmation développementale de l’hypertension et des pathologies reliées au syndrome métabolique. Matériels et méthodes Des ratons Sprague-Dawley (SD) ont été exposés à 80 % O2 (O2) vs air ambiant (AA) du 3ème au 10ème jour de vie. Concernant les paramètres cardiovasculaires, nous avons mesuré au cours de la croissance, la pression sanguine à la queue (de la 4ème semaine à la 15ème semaine) et à l’âge adulte : la réactivité vasculaire à l’angiotensine II (AngII) et au carbachol (ex vivo, carotides) avec ou sans le tempol; la production d’oxyde nitrique (NO) en présence ou non L-arginine et de L-sépiaptérine (aorte, immunohistochimie) ainsi que l’expression de la nitric oxyde synthase endothéliale (eNOS) (aorte, immunohistochimie et western blot); le stress oxydant vasculaire (aorte, chemiluminescence) par la mesure de la production d’anions superoxide en présence ou non des inhibiteurs de la nicotinamide-adenine-dinucleotide-phosphate (NADPH oxydase) et de la nitric oxyde synthase endotheliale (eNOS), l’apocynine, et N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) respectivement, ainsi que le stress oxydant circulant par la mesure des niveaux plasmatiques de malondialdéhyde (MDA, HPLC); la densité microvasculaire a été évaluée au niveau du muscle tibial antérieur, immunohistochimie); la vitesse d’onde pulsée (VOP) (entre la valve aortique et juste avant la bifurcation ilio-fémorale) a été mesurée par ultrason; le nombre de néphrons a été compté par digestion acide. L’ontogenèse de la plupart de ces mécanismes a été regardée à l’âge de 4 semaines. Concernant les paramètres métaboliques, le poids a été mesuré au cours de la croissance. À l’âge adulte, la composition corporelle et la tolérance au glucose ont été évaluées. Résultats À l’âge de 4 semaines, aucune différence n’a été observée dans la pression sanguine, la réactivité vasculaire et le stress oxydant, mais chez les rats O2 vs AA, la densité microvasculaire est moindre, et des changements histologiques suggèrent la présence d’une rigidité artérielle augmentée. À l’âge adulte chez les rats O2 vs AA (n = 6-8 /groupe) : i) les pressions sanguines systoliques et diastoliques sont augmentées; ii) la réactivité vasculaire à l’AngII est augmentée et celle au carbachol est diminuée, le tempol prévient ces dysfonctions; iii) la production de NO est plus faible au niveau basal et après stimulation par le carbachol, mais est restaurée après la pré-incubation avec L-arginine et L-sépiaptérine; iv) l’expression d’eNOS est diminuée par immunohistochimie et augmentée par western blot; v) les niveaux d’anions superoxide, au niveau basal et en réponse à l’AngII, sont augmentés et sont induits par la NADPH oxydase et le non-couplage d’eNOS; vi) les niveaux plasmatiques de MDA sont augmentés; vii) La densité microvasculaire est moindre; viii) la VOP est augmentée; ix) le nombre de néphrons par rein est réduit; x) le poids est plus faible au cours de la croissance et un catch up est observé à l’âge adulte; la composition corporelle n’est pas différente entre les groupes; xi) la tolérance au glucose est diminuée. Conclusion Ces résultats supportent l’hypothèse d’une programmation développementale des maladies cardiovasculaires et métaboliques à l’âge adulte à la suite d’un stress hyperoxique néonatal. / Introduction Many studies showed that prematurity, which represents 8 % of birth, is associated with early indices of vascular dysfunction, increased blood pressure and Type 2 diabetes. Prematurity babies are more susceptible to oxidative injury, consequence of the immaturity of their antioxidant defences, and exposure to pro-oxidant situations (oxygen supplementation, infection). However, the long-term consequences of oxidative injury induced by oxygen exposure in the neonatal period are unknown. The aim of these PhD studies was to unravel some mechanisms that might underlie the damage induced by oxygen and the long-term risk of developing vascular and metabolic diseases in the overall concept of developmental programming of hypertension and metabolic syndrome-related diseases. Materials and methods Sprague-Dawley pups were kept with their mother in 80 % O2 (O2) or room air (RA) from day 3 to 10 of life. Cardiovascular parameters, tail blood pressure was measured between 4 and 15 weeks of life. In adulthood : vascular reactivity (ex vivo carotid rings) to angiotensine II (AngII) and carbachol with and without tempol was studied; studies of nitric oxide (NO) production with and without L-arginine and L-sépiaptérine (aorta, immunohistochemistry) and endothelial nitric oxide synthase expression (eNOS; aorta, immunohistochemistry, western blot) were performed; vascular oxidative stress (aorta, using chemiluminescence) by measuring superoxide anion production with and without inhibitors of nicotinamide-adenine-dinucleotide-phosphate (NADPH oxydase) and nitric oxyde synthase endotheliale (eNOS), apocynin and N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) respectively, and circulating oxidative stress by measuring the plasma levels of malondialdéhyde (MDA, HPLC) were evaluated; microvascular density was assessed on tibialis anterior muscle sections; pulse wave velocity (PWV) was measured by ultrasound, between aortic valve and ilio-femoral bifurcation; nephrons were counted after hydrochloric acid digestion. The main observations were also evaluated at 4 weeks of age. Metabolic parameters: body weight has been measured during the growth. In adulthood, body composition, glucose tolerance were evaluated. Results A 4 weeks of age, no difference was observed regarding blood pressure, vascular reactivity, and oxidative stress indices, but in rats O2 vs. RA (n = 6-8 /group), microvascular rarefaction and histological changes suggesting enhanced vascular stiffness were present. To adulthood, rats O2 vs. RA (n = 6-8/group) : i) systolic and diastolic blood pressures are increased; ii) vascular reactivity to Ang II is increased and to carbachol is decreased, these dysfunction were totally abolished by co-incubation of the vessel rings with tempol; iii) NO-production is decreased in basal condition and after carbachol stimulation, but is restored after pre-incubation of aorta sections with L- arginine and L-sépiaptérine; iv) eNOS expression is decreased by immunohistochemistry but increased by western blot; v) vascular superoxide anion levels are increased in basal condition, after AngII stimulation and this is mediated by NADPH oxydase and eNOS uncoupling; vi) the plasma levels of MDA are increased; vii) microvascular density is decreased; viii) PWV is increased; ix) nephron count per kidney is decreased; x) body weight is less during growth, but a catch up is observed in adulthood, body composition is similar; xi) the glucose tolerance is decreased in adults. Conclusion These results support the hypothesis of developmental programming of vascular and metabolic diseases in adulthood, after exposure to hyperoxic stress in the neonatal period. / Thèse réalisée dans le cadre d'une cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université d'Auvergne en France

Le risque cardiométabolique (RCM) représente l’ensemble de tous les facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires et le diabète de type 2, incluant les facteurs de risque traditionnels et ceux émergents. Les évidences indiquent que la résistance à l’insuline, l’inflammation et le stress oxydant jouent un rôle clé dans le RCM, bien que l’acteur initiateur des altérations métaboliques caractéristiques du RCM reste encore à définir. Les femmes post-ménopausées constituent un sous-groupe important de la population puisque le risque de complications cardiométaboliques augmente après la ménopause. Les facteurs de RCM peuvent être modulés par l’alimentation, l’activité physique et la perte de poids. Alors que l’étude de nutriments / aliments spécifiques a permis de mieux comprendre l’implication de l’alimentation dans le RCM, celle de la qualité de l’alimentation est prometteuse. L’activité physique a des effets bénéfiques sur le RCM bien démontrés chez des personnes actives. Cependant, la relation entre la dépense énergétique et le RCM chez des individus sédentaires a été moins investiguée. De même, peu ou pas de données existent quant à une interaction synergique possible entre l’alimentation et l’activité physique sur le RCM. L’objectif de la présente thèse est d’investiguer les relations entre l’alimentation, l’activité physique, le stress oxydant et le RCM chez des femmes post-ménopausées en surpoids ou obèses, sédentaires et sans autres complications métaboliques. Les résultats montrent que d’une part, chez ces femmes sédentaires, une dépense énergétique active (DÉAP) élevée est associée à un meilleur profil inflammatoire, indépendamment de l’adiposité. D’autre part, il existe une relation synergique entre la qualité alimentaire et la DÉAP associée à un meilleur RCM. Une qualité alimentaire élevée combinée à une DÉAP élevée est associée à un meilleur profil lipidique et lipoprotéique et à une inflammation sub-clinique moindre, indépendamment de l’adiposité. Par ailleurs, dans une étude pilote, seuls des effets indépendants des changements de la qualité alimentaire et de la DÉAP sur les changements dans les facteurs de RCM ont été observés suite à cette diète hypocalorique de 6 mois, indépendamment du changement de l’adiposité encouru. En effet, au-delà de la réduction de l’adiposité et de l’amélioration du profil lipoprotéique induites par l’intervention, l’amélioration de la qualité alimentaire et de la DÉAP est associée, indépendamment l’une de l’autre, à une meilleure pression artérielle et un meilleur profil lipidique. Par ailleurs, une modification du système glutathion, un des systèmes antioxydants les plus communs de l’organisme, est associée à un RCM élevé. Une activité élevée de la glutathion peroxydase est associée à une résistance à l’insuline et à une épaisseur plus importante de l’intima-media de la carotide. Ces relations pourraient être médiées par un stress réducteur. En conclusion, l’adoption d’une saine alimentation et la pratique d’activités physiques doivent être encouragées dans les interventions visant à contrer l’obésité et ses complications, même en absence d’un changement d’adiposité. D’autre part, l’activité de la glutathion peroxydase pourrait être un paramètre impliqué dans le développement de désordres cardiométaboliques sub-cliniques et asymptomatiques chez des femmes obèses. D’autres investigations sont requises pour confirmer ces observations et élucider les mécanismes d’action impliqués. / The cardiometabolic risk represents all risk factors for cardiovascular diseases and type 2 diabetes, including the traditional and the emerging risk factors. Accumulating evidences indicate that insulin resistance, inflammation and oxidative stress are key players in the cardiometabolic risk, although the main cause initiating the metabolic alterations associated with the cardiometabolic risk has to be identified. Postmenopausal women are an important sub-group of the general population because the risk of developing cardiometabolic complications increases after menopause. The cardiometabolic risk factors can be modulated by dietary intake, physical activity and weight loss. Despite the fact that the study of specific nutrients or foods provided a better understanding of the implication of nutrition in the cardiometabolic risk, the relationship between diet quality and cardiometabolic risk has been less studied. Beneficial effects of physical activity on the cardiometabolic risk have been demonstrated in physically active individuals. However, the relationship between energy expenditure and the cardiometabolic risk in sedentary individuals has been less investigated. Similarly, it is unknown whether dietary intake interacts with physical activity in order to have greater beneficial effects on the cardiometabolic risk. The objective of this thesis is to determine the relationships between diet quality, physical activity and oxidative stress on the cardiometabolic risk in sedentary postmenopausal overweight and obese women without cardiometabolic complications. The results showed that, in these sedentary women, physical activity energy expenditure is associated with reduced inflammation, independently of adiposity. Moreover, there is a synergistic relationship between quality and physical activity energy expenditure (PAEE) which is associated with a reduced cardiometabolic risk compared to their separate effects. Indeed, high diet quality combined to high PAEE levels is associated with a better lipid and lipoprotein profile and a lower inflammatory status, independently of adiposity. However, in a pilot study, only independent effects of changes in diet quality and PAEE on the changes in cardiometabolic risk factors was observed following a 6-month hypocaloric diet. Indeed, beyond the reduction of adiposity and improvement of the lipoprotein profile induced by this diet, improved diet quality and increased PAEE are associated with beneficial changes in blood pressure and lipid profile. On the other hand, modification in the glutathione system, which is one of the most common antioxidant systems in the body, is associated with a higher cardiometabolic risk. Greater glutathione peroxidase activity is associated with insulin resistance and greater intima-media thickness of blood vessels. These relationships may be mediated through a reductive stress. In conclusion, a healthy diet and physical activity should be emphasized in interventions aimed to reduce obesity and its related complications, even in absence of change in adiposity. Moreover, glutathione peroxidase activity may be a parameter contributing to the development of sub-clinical but clinically relevant asymptomatic cardiometabolic abnormalities in obese women. Further investigations are needed to confirm these results and to elucidate the underlying mechanisms.