Le sepsis est défini par l’apparition de dysfonctions d’organes, multiples et mortelles, causées par une réponse de l’hôte dérégulée suite à une infection. L’hétérogénéité de la maladie représente un défi clinique majeur au regard de la prise en charge thérapeutique, et à ce jour les marqueurs proposés ne suffisent pas à stratifier les patients. Les rétrovirus endogènes humains (HERV) pourraient être des marqueurs pertinents,compte tenu des propriétés immunosuppressives de leurs enveloppes et de leur expression dans des maladies inflammatoires et auto-immunes. Cette thèse a pour objectif de savoir dans quelle mesure les HERV sont exprimés et modulés, dans des conditions d’inflammation et d’immunosuppression. Pour cela,nous avons utilisé une puce à ADN haute densité permettant (i) l’analyse de la transcription de 363 689HERV et 1500 gènes, et (ii) une lecture fonctionnelle de l’activité des LTR. L’expression des HERV a été objectivée (i) dans un modèle ex-vivo de tolérance à l’endotoxine sur des cellules mononuclées du sang périphérique (PBMC) d’individus sains et (ii) sur sang total provenant d’individus sains et de patients en choc septique, stratifiés ou non en fonction du statut immunitaire. (1) De 5,6% à 6,9% des HERV sont exprimés dans le compartiment sanguin et environ 20% des LTR possèdent une fonction promotrice ou polyA, les deux fonctions étant mutuellement exclusives. (2) Le contenu du transcriptome HERV est modulé ex vivo dans le contexte de tolérance à l’endotoxine laissant apparaitre deux grands phénotypes transcriptionnels. L’expression de certains loci HERV est corrélée au statut immunitaire de patient septique.L’évaluation d’une signature moléculaire complexe sur une cohorte de validation, permet la séparation en deux groupes présentant des critères de sévérité distincts, suggérant les HERV/MaLR comme biomarqueurs de stratification. (3) L’analyse de la co-expression des gènes et des HERV a permis d’intégrer ceux-ci au sein de réseaux associées à la réponse de l’hôte et de proposer des hypothèses fonctionnelles. / Sepsis is defined as a life-threatening organ dysfunction caused by a dysregulated host response to infection.The heterogeneity of the disease present a major clinical challenge with regard to the therapeutic coverage,and this day the proposed markers are not enough to stratify patients. The human endogenous retrovirus(HERV) could be relevant markers, considering the immunosuppressives properties of their envelopes andtheir expression in inflammatory and autoimmune disease. The aim of this thesis is to know to what extentthe HERVs are expressed and modulated, in inflammatory and immunocompromised contexts. For this, weused a high density DNA chip allowing (i) the transcription analysis of 363,689 HERV and 1500 genes,and (ii) a functional reading of LTRs activities. The HERVs expression was objectified (i) in endotoxintolerance ex vivo model in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of healthy volunteers and (ii) inwhole blood of healthy volunteers and septic shock patients, stratified or not according to immunity state.(1) Of 5,6% at 6,9% of HERVs are expressed in the blood compartment and around 20% of LTRs have apromoter or polyA function, both functions being mutually exclusive. (2) The HERV transcriptome ismodulated in ex vivo endotoxin tolerance model letting appear two higher transcriptional phenotypes. Theexpression of some HERVs loci are correlated of the immunity state of the septic shock patients. Theevaluation of molecular signature in validation cohort, allowed to separate in two patients groupspresenting different severity criteria, suggesting HERV/MaLR as biomarkers of stratification. (3) The coexpressedanalysis of genes and HERVs allowed to integrate these within signaling pathways associated atthe host immune response and to provide functional hypothesis.

The aim of this study is to examine the impact of a cloud-based CDS alerting system for SIRS, a precursor to sepsis, and sepsis itself, on adult patient and process outcomes at VCU Health System. The two main hypotheses are: 1) the implementation of cloud-based SIRS and sepsis alerts will lead to lower sepsis-related mortality and lower average length of stay, and 2) the implementation of cloud-based SIRS and sepsis alerts will lead to more frequent ordering of the Sepsis PowerPlan and more recording of sepsis diagnoses. To measure these outcomes, a pre-post study was conducted. A pre-implementation group diagnosed with sepsis within the year leading up to the alert intervention consisted of 1,551 unique inpatient visits, and the three-year post-implementation sample size was 9,711 visits, for a total cohort of 11,262 visits. Logistic regression and multiple linear regression were used to test the hypotheses. Study results showed that sepsis-related mortality was slightly higher after the implementation of SIRS alerts, but the presence of sepsis alerts did not have a significant relationship to mortality. The average length of stay and the total number of recorded sepsis diagnoses were higher after the implementation of both SIRS and sepsis alerts, while ordering of the Sepsis Initial Resuscitation PowerPlan was lower. There is preliminary evidence from this study that more sepsis diagnoses are made as a result of alert adoption, suggesting that clinicians can consider the implementation of these alerts in order to capture a higher number of sepsis diagnoses.

Zirkulierende inflammatorische Mediatoren spielen eine zentrale Rolle in der Induktion und Unterhaltung eines septischen Multiorganversagens (MOV). Tritt im Rahmen eines septischen MOV ein akutes Nierenversagen auf, so wird der Einsatz einer Nierenersatztherapie notwendig. Kontinuierliche Nierenersatztherapieverfahren (CRRT) haben sich hier bewährt. Der Einsatz von CRRT zur adjuvanten Therapie des septischen MOV ist in den neunziger Jahren aufgekommen. Grundlage bildet die Hypothese, dass durch die Reduktion von Spitzenpegeln pro- and anti-inflammatorischer Mediatoren im Blutplasma die Homöostase der Immunabwehr wiederhergestellt werden kann. Kommerziell erhältlichen Hämofilter weisen aufgrund ihrer Konstruktion nur eine geringe Clearanceleistung für inflammatorische Mediatoren auf. In Kooperation mit der Industrie (Gambro, Medical Research, Hechingen, Germany) entwickelten wir einen neuartigen, großporigen Hämofilter für den klinischen Einsatz. Der Hämofilter wurde konzipiert, um Moleküle in einer Größe von bis zu 60 kD aus dem Blut septischer Patienten zu eliminieren. In einer ersten Pilotstudie wurde der Hämofilter auf seine klinische Verwendbarkeit untersucht. Untersucht wurde die hämodynamische Verträglichkeit, der Verlust an Bluteiweißen und Gerinnungsfaktoren sowie die Effektivität der Mediatorelimination am Beispiel von Interleukin-6 (IL-6) und Tumornekrosefaktor-alpha (TNF-alpha). Wir konnten zeigen, dass die großporige Hämofiltrationstherapie ein sicheres und effizientes Nierenersatzverfahren darstellt. Es erwies sich als hämodynamisch verträglich. Der kumulative Eiweißverlust lag bei 8 g/Tag. Signifikante Verluste an essentiellen Gerinnungsfaktoren wurden nicht beobachtet. Es zeigte sich zudem eine signifikante Filtration von im Blut zirkulierendem IL-6. Die Clearancekapazität für TNF-alpha war jedoch gering. In Folgestudien konnten wir zeigen, dass die großporige Hämofiltration immunmodulatorische Eigenschaften ausübt. Sowohl die Phagozytose-Aktivität zirkulierender polymorphkerniger Leukozyten und Monozyten, als auch die Proliferationseigenschaften von T-Lymphozyten wurden günstig beeinflusst. Um den Verlust an Bluteiweißen durch den großporigen Hämofilter zu reduzieren, wurden verschiedene Nierenersatzstrategien experimentiert. Der diffusive Stofftransport scheint dem konvektiven Verfahren hinsichtlich der Mediatorelimination, bei deutlich günstigerem Effekt auf den Proteinhaushalt, gleichwertig zu sein. In wieweit die großporige Hämofiltration den Krankheitsverlauf septischer Patienten beeinflussen kann, ist Gegenstand aktueller Studien. / Inflammatory mediators play a pivotal role in the induction and maintenance of a septic syndrome. In the course of a septic multiorgan dysfunction syndrome, acute renal failure (ARF) often necessitates the use of renal replacement therapy. Continuous renal replacement therapy (CRRT) is the treatment of choice in this regard, and convection (hemofiltration) has become the most common used purification technique. Apart from representing a valuable renal replacement modality, CRRT also allows the elimination of inflammatory mediators. Since the early nineties CRRT has been used as an adjuvant treatment strategy in the septic multiorgan failure syndrome. It has been hypothesized that CRRT may re-institute the immunologic and hemostasilogic homeostasis by reducing the peak cytokine concentration in circulating blood. Commercially available hemofilters do not allow for a substantial elimination of inflammatory mediators. Their clearance capacity for septic mediators is poor. In cooperation with an industry company (Gambro, Medical Research, Hechingen, Germany), we developed a high cut-off hemofilter for clinical use in septic patients. The hemofilter was developed in order to allow the elimination of septic mediators in the molecular weight range up to 60 kilodaltons (kD). In a first pilot study the newly developed hemofilter was analyzed for clinical feasibility. We studied the hemodynamic impact, the transmembrane loss of plasma proteins and coagulation parameters as well as the efficacy in regard to mediator elimination. For mediator elimination Interleukin-6 (IL-6) and tumor-necrosis-factor-alpha (TNF-alpha) were chosen. We were able to show, that high cut-off hemofiltration is a safe and effective renal replacement procedure. Hemodynamically high cut-off hemofiltration was well tolerated. The cumulative transmembrane total plasma protein loss was around 8g/day. Coagulation parameters were not effected. We further demonstrated, that high cut-off hemofiltration is able to significantly eliminate substantial amounts of circulating IL-6. However, the elimination capacity for TNF-alpha was poor. We were also able to show, that high cut-off hemofiltration exerts immunomodulatory properties. The phagocytotic activity of polymorphnuclear leukocytes and monocytes as well as proliferative capacity of lymphocytes were positively influenced. In order to reduced transmembrane protein losses through the high cut-off hemofilter, a variety of different renal replacement strategies were tested. Diffusive purification techniques were comparable to convective techniques in regard to the mediator elimination capacity, but were associated with significantly lower transmembrane protein losses. Whether high cut-off hemofiltration can positively influence the course of critically ill septic patients is still under investigation.

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Le sepsis, cause majeure de décès en réanimation, entraîne des altérations immunitaires associées à un risque augmenté de décès et d'infections secondaires. En particulier, les lymphocytes T (LT) de patients présentent des altérations phénotypiques et fonctionnelles caractéristiques d'un état d'épuisement. Pour améliorer leur réponse, l'IL-7 est actuellement proposée comme immunostimulant. Son récepteur existe sous différentes formes: protéines membranaire (CD127) et soluble (sCD127) et différents transcrits. Leur expression n'a été que peu étudiée dans le sepsis. De plus, dans d'autres contextes cliniques, le phénotype CD127lowPD1high est proposé comme marqueur d'épuisement des LT mais n'a jamais été évalué dans le sepsis. L'objectif de ce projet était d'évaluer l'expression du récepteur de l'IL-7 comme biomarqueur dans le sepsis, d'étudier sa régulation chez les patients et la présence du phénotype CD127lowPD-1high en lien avec les altérations des LT. L'objectif était également de mettre au point un modèle ex vivo reproduisant les altérations intrinsèques aux LT de patients. Nous avons confirmé l'intérêt de la concentration plasmatique de sCD127 comme marqueur de mortalité chez les patients de réanimation. Nous avons mis en évidence l'association de l'expression des transcrits IL7R correspondant à des formes solubles avec la mortalité, ainsi que leur régulation intrinsèque dans les LT. Enfin, la proportion augmentée de LT CD127lowPD-1high chez les patients en choc septique en fait également un candidat potentiel comme marqueur spécifique des altérations des LT. Dans un deuxième temps, nous avons développé un modèle d'altérations induites par l'activation à partir de LT purifiés de volontaires sains reproduisant les altérations des LT de patients en choc septique. Ce modèle suggère un rôle de l'activation des LT dans le développement de leurs altérations et pourrait permettre d'étudier de nouveaux aspects de la physiopathologie des LT dans le sepsis / Sepsis is the leading cause of death in intensive care units (ICU). Septic patients develop immune dysfunctions that are associated with an increased risk of death and secondary infections. In particular, patients’ T lymphocytes present phenotypic and functional alterations characteristic of exhaustion. To restore these alterations, IL-7 is currently proposed as an immunostimulant. Its receptor exists in different forms: a membrane (CD127) and a soluble (sCD127) proteins and different transcripts. The IL-7 receptor expression has not been studied in sepsis. Moreover, the CD127lowPD-1high phenotype is proposed as a T cell exhaustion marker in other clinical contexts but has never been explored in sepsis.In this context, the aim of this project was first to evaluate the expression of the IL-7 receptor as a biomarker in sepsis, to study its regulation in patients and the CD127lowPD-1high phenotype in parallel with T cell alterations in septic shock patients. Secondly, the objective was to develop an ex vivo model reproducing phenotypic and functional T cell alterations observed in patients.We confirmed the role of sCD127 plasmatic concentration as a marker of mortality in septic shock and more generally in ICU patients. In addition, we demonstrated the association of the expression of the IL7R transcripts, corresponding to soluble forms with mortality as well as the intrinsic regulation of their expressions in T lymphocytes. Finally, we found an increased proportion of CD127lowPD-1high T cells in septic shock patients. This population could also be evaluate as a potential specific marker of T lymphocyte alterations. Secondly, we developed an ex vivo model of alterations induced by activation of purified T cell from healthy volunteers reproducing alterations observed in patients’ T cells. This model suggests a role of T cell activation in the development of their alterations and could be used to explore new aspects of T cell alterations pathophysiology in sepsis

Dans ce travail, la variabilité de la composition phénolique et des activités antioxydantes de 5 espèces extrêmophiles tunisiennes (T. gallica, L.guyonianum, M. edule, P. equisetiforme et P. laevigata) a été étudiée. Les résultats ont montré que T. gallica est la plus riche en polyphénols totaux et que M. edule possède le contenu les plus élevé en flavonoïdes. En outre, la plus forte teneur en tanins condensés est trouvée chez P. equisetiforme. L. guyonianum s’est distinguée par son potentiel antioxydant puissant. L’analyse par CLHP a dévoilé la présence de l’acide rosmarinique, et des 2 flavonoïdes catéchine et isorhamnétine-3-O-rutinoside dans l’extrait de T. gallica. Les flavonoïdes majoritaires identifiés chez L.guyonianum sont la quercétine, la catéchine et l’isorhamnétine-3-O-rutinoside. L’étude a également montré que les extraits de T. gallica (TGE) et de L. guyonianum (LGE) exercent un effet cytoprotecteur sur les cellules IEC-6 stimulées par le H2O2. Le prétraitement avec TGE ou LGE à 0,25 μg.ml-1 a entrainé la restauration de la morphologie normale des IEC-6 et l'amplification de leur prolifération. En présence deTGE, l'activité CAT a été normalisée et la teneur en MDA a diminué. Alors qu’en présence de LGE, l’activité SODT a été améliorée et le pool cellulaire en GSH a augmenté. En outre, TGE et LGE ont induit la déphosphorylation de la JNK-MAPK pour réduire la mort cellulaire. D’un autre côté, l’effet préventif de l’administration de TGE et de LGE sur les dommages oxydatifs induits par le sepsis a été démontré. Dans les groupes de rats prétraités avec TGE et LGE, la perte de poids a diminué et le taux de survie a augmenté.Dans le groupe T30, l'activité SODT des EDL et des SOL a été significativement plus élevée que celle du groupe septique. Dans le même groupe T30, l’activité Mn-SOD des EDL et des SOL a été supérieure par rapport à l'isoforme SODT. Dans les groupes L300 et L30, l’activité CAT des EDL, des DIA et des SOL a été supérieure à celle du groupe septique. Les taux de GSH plasmatique ont augmenté dans les groupes T300 et L30. Dans les groupes L300 et T30, les activités AST et ALT ont diminué par comparaison au groupe S. En conclusion, l’administration des extraits de T. gallica et de L. guyonianum améliorent les capacités antioxydantes des muscles squelettiques et respiratoires, et préviennent les lésions hépatiques chez les rats septiques. / In this work, the variability of phenolic composition and antioxidant activities of 5 Tunisian extremophilic species (T. gallica, L. guyonianum, M. edule, P. equisetiforme and P. laevigata) was studied. Main results showed that T. gallica was the richest in total polyphenols. M. edule had the highest flavonoids content. In addition, the highest condensed tanins content was found in P. equisetiform.L. guyonianum was distinguished by its powerful antioxidant potential. HPLC analysis showed that T. gallica contained essentially rosmarinic acid, and the 2 flavonoids catechin and isorhamnetin-3-Orutinoside.The major flavonoids identified in L. guyonianum are quercetin, catechin, and isorhamnetin-3-O-rutinoside. The study showed that extracts of T. gallica (TGE) and L. guyonianum (LGE) exerted a cytoprotective effect on H2O2-stimulated IEC-6 cells. Pretreatment with TGE or LGE at 0.25 μg.ml-1 resulted in the re-establishment of normal cell morphology and the amplification of cell proliferation. In the presence of TGE, CAT activity was normalized and MDA content decreased. In the presence of LGE, SODT activity was improved and the GSH content increased. TGE and LGE induced JNK dephosphorylation to reduce cell death. In addition, the preventive effect of TGE and LGE administration on sepsis-induced oxidative damage was demonstrated. In TGE and LGE pretreated groups, weight loss decreased and survival rate increased. In T30 group, SODT activity of EDL and SOL was higher than those of the septic group. In the same group T30, Mn-SOD activities of EDL and SOL were higher than SODT. In L300 and L30 groups, CAT activities of EDL, DIA and SOL were higher than those of the septic group.Plasma GSH levels increased in the T300 and L30 groups. AST and ALT activities decreased in L300 and T30 groups. Altogether, the administration of T. gallica and L. guyonianum extracts improves the antioxidant capacities of skeletal and respiratory muscles and prevents hepatic injury in septic rats.

Les infections graves entraînent une dysrégulation de la réaction inflammatoire associée à une immunodépression complexe associée à la survenue d’infections nosocomiales. Les mécanismes cellulaires et moléculaires qui régulent ces phénomènes demeurent largement incompris. A l’interface entre système immunitaire inné et adaptatif, les cellules dendritiques et les lymphocytes innés pourraient être impliqués dans l’immunodépression post-infectieuse. Par ailleurs, les récepteurs de type Toll (TLR) déterminent l’amplitude de la réponse inflammatoire initiale, mais leur contribution dans le développement de l’immunodépression post-infectieuse n’a pas été établie. Les objectifs de ce projet de recherche étaient d’investiguer le rôle des cellules dendritiques, des lymphocytes de type innés et des voies de signalisation dépendantes des TLRs dans l’immunodépression induite par le sepsis. Nous avons mené ce programme de recherche en combinant une double approche translationnelle et expérimentale. Nous avons étudié la cinétique des cellules dendritiques circulantes chez le patient septique et montré que leur déplétion était associée à la survenue d’infections nosocomiales. L’analyse des trois souspopulations de lymphocytes T innés (lymphocytes γδ, NKT et MAIT) chez le patient septique a montré que seuls les lymphocytes MAIT présentaient une déplétion associée au sepsis sévère, dont la persistance était également corrélée à la survenue d’infections nosocomiales. Enfin, à l’aide de souris knockout nous avons étudié le rôle de TLR2, TLR4 et TLR5 sur la réponse anti-bactérienne dans un modèle murin de pneumonie secondaire à P. aeruginosa à distance d’un sepsis polymicrobien sublétal. Nous avons montré que les souris déficientes pour TLR2 étaient protégées de l’infection secondaire grâce à une meilleure clairance bactérienne. Ce travail introduit des perspectives nouvelles dans la physiopathologie de l’immunodépression post-infectieuse et suggère des applications thérapeutiques potentielles. / Severe sepsis leads to a dysregulated inflammatory response followed by a complex immunosuppressive state that can favor the emergence of nosocomial infections. The cellular and molecular mechanisms that drive the post-infective immunosuppression remain poorly understood. They may involve immune cells that link innate and adaptive immunity such as dendritic cells or innate-like lymphocytes. Furthermore, Toll-like receptors (TLR) are critical determinants of the inflammatory response but their role to the development of sepsis-induced immune dysfunction are unknown. The aim of this research project was to investigate the role of dendritic cells, innatelike T cells and TLR-dependent signalling pathways in the sepsis-induced immunosuppression process. For this purpose, we combined a translational and experimental approach. We assessed dendritic cells blood count in septic patients and showed that the depletion of dendritic cells was associated with the advent of nosocomial infections. We studied 3 populations of innate-like T-cells (γδ lymphocytes, NKT- and MAIT-cells) in septic patients and demonstrated that only the MAIT-cells presented a significant depletion following severe sepsis, the persistence of which was correlated with the advent of nosocomial infection. Last, using knockout mice, we analyzed the relative contribution of TLR2, TLR4 and TLR5 to the host response in a model of late-onset secondary Pseudomonas aeruginosa pneumonia following a sublethal polymicrobial sepsis. We observed that TLR2 deficient mice were specifically protected against the secondary pneumonia through a better bacterial clearance. Our results provide new insights in the pathophysiology of post-infective immunosuppression and suggest potential therapeutic applications.

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