Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La vasculopathie du greffon est une pathologie caractérisée par un rétrécissement progressif et oblitérant des vaisseaux sanguins menant à une ischémie et une perte de fonction du greffon. Le rétrécissement vasculaire est dû à une accumulation de matrice extracellulaire (MEC) et de cellules mononuclées positives pour l’actine musculaire lisse alpha (alphaSMA) dont les cellules souches mésenchymateuses, le tout formant une néointima oblitérante. Cette pathologie est la cause principale de la perte des greffons rénaux et cardiaques à long terme. Le rejet vasculaire aigu est un prédicteur de la vasculopathie du greffon. L’équipe du Dr Hébert a démontré que l’apoptose endothéliale, qui joue un rôle important dans le développement du rejet vasculaire, initie la libération de LG3, un fragment du protéoglycan perlécan. Les taux sanguins et urinaires de LG3 sont augmentés chez les receveurs d’allogreffe rénale avec rejet vasculaire et vasculopathie du greffon. Les résultats obtenus en laboratoire durant ma maîtrise ont permis de mieux caractériser l’impact du LG3 sur un type cellulaire important participant à la formation de néointima : les cellules souches mésenchymateuses. Mes travaux ont démontré que le LG3 induit à la fois la migration horizontale des MSC et la transmigration des MSC. Cette migration est dépendante de la voie de signalisation d’ERK1/2, précédemment identifiée comme voie centrale dans la formation de néointima. De plus, nos résultats démontrent que la kinase Src est activée en amont de l’activation de la voie MAPK. La migration horizontale et la transmigration induites par le LG3 sont aussi dépendantes des intégrines alpha2beta1, ainsi que l’activation de la voie MAPK. Dans un modèle de transplantation murin, nous avons également démontré que l’injection sérique de LG3 recombinant favorise l’accumulation de cellules positives pour alphaSMA dans la néointima. En outre, lorsque le receveur est déficient pour l’intégrine alpha2, mais que le greffon est sauvage, la formation de néointima induite par l’injection de LG3 est diminuée dans le greffon suggérant que les cellules du receveur jouent un rôle important dans la formation de la néointima. Enfin, nous avons démontré que l’injection de LG3 augmente aussi le nombre de cellules positives pour la forme phosphorylée d’ERK1/2 (p-ERK1/2) dans la néointima du greffon et que cette accumulation est dépendante de la présence des intégrines 2 1 chez les cellules du receveur.Lorsque le receveur est sauvage, il y a une augmentation du nombre de cellules positives pour p-ERK1/2. L’investigation de ces mécanismes dans le remodelage vasculaire expose de nouvelles opportunités pour inhiber la réponse cellulaire qui mène au remodelage inadapté lors d’un dommage vasculaire chronique et ainsi prolonger la survie du greffon. / Graft vasculopathy is diseases characterized by a progressive and obliterate narrowing of the blood vessels leading to ischemia and loss of graft function. This vascular narrowing is due to an accumulation of extracellular matrix and mononuclear cells positive for alpha smooth muscle actin (alphaSMA) including mesenchymal stem cells, thus forming an occlusive neointima. This condition is the leading cause of long term loss of kidney and heart transplants. Acute vascular rejection is a predictor of graft vasculopathy. Dr. Hébert’s team has demonstrated that endothelial apoptosis, which plays an important role in the development of vascular rejection, initiates the release of LG3, a fragment of the proteoglycan perlecan. Blood and urine levels of LG3 are increased in renal allograft recipients with vascular rejection and graft vasculopathy. The results obtained in the laboratory during my Master have helped to better characterize the impact of LG3 on an important cell type involved in neointima formation: the mesenchymal stem cells. My work has shown that the LG3 induces both the horizontal migration and the transmigration of MSC. This migration is ERK1/2-dependent, previously identified as a key molecule involved in neointima formation. In addition, our results demonstrate that Src kinase is activated by upstream activation of the MAPK pathway. Horizontal migration and transmigration induced by LG3 are also dependent on alpha2beta1 integrins, and the activation of the MAPK pathway. In a murine transplantation model, we also demonstrated that intravenous injection of recombinant LG3 promotes the accumulation of alphaSMA positive cells in the neointima. In addition, when the recipient is deficient for the alpha2 integrin but the graft is wild type, LG3 fails to induce neointima formation in the graft suggesting that recipient cells play an important role in the neointima formation. Finally, we demonstrated that intravenous injection of LG3 also increases the number of positive cells for the phosphorylated form of ERK1/2 (p-ERK1/2) in the neointima. This accumulation is dependent on the presence of alpha2beta1 integrins on recipient cells: when the recipient is wild type, there is an increase in the number of cells positive for p-ERK1/2.The investigation of these mechanisms in vascular remodeling presents new opportunities to inhibit the cellular response that leads to inadequate remodeling during chronic vascular damage and prolong graft survival.

Estudos na fase crônica da hipertensão comprovam a eficácia do treinamento aeróbio (T) em reduzir parcialmente a pressão arterial (PA), no qual correlacionavam-se com o remodelamento vascular. Pouco se sabe sobre o potencial efeito benéfico do T iniciado em fase pré-hipertensiva. Os objetivos foram analisar em SHR jovens (4 semanas) e seus controles WKY os efeitos sequenciais do T sobre níveis de PA, alterações vasculares, conteúdo de colágeno total, associando-as à modulação neural. Animais em fase pré-hipertensiva realizaram T de baixa intensidade (50-60%) ou sedentarismo por 8 semanas. Foram avaliados os parâmetros funcionais e seus componentes espectrais, alterações estruturais ocorridas em artérias (femoral e renal), arteríolas (músculo sóleo e temporal) e com conteúdo de colágeno. O T reduziu a PAM no SHR na 4ª e 8ª semana, provocou bradicardia de repouso em ambos os grupos na 8ª, melhorou a variabilidade da FC (WKY e SHR) e impediu o aumento da variabilidade da PAS nos SHR. Hipertensão provocou aumento da razão parede/luz e conteúdo de colágeno em ambas as artérias, T impediu esse aumento na artéria femoral, efeito não foi observado na artéria renal. T impediu a queda da razão parede/luz em arteríolas do músculo sóleo sem efeitos no músculo sóleo. / Studies in the chronic phase of hypertension prove the effectiveness of aerobic training (T) in partially reduce blood pressure (BP), which correlated with vascular remodeling. Little is known about the potential beneficial effect of T started in pre-hypertensive stage. The objectives were to analyze in young SHR (4 weeks) and their WKY controls the sequential effects of T on BP levels, vascular changes, total collagen content, linking them to the neural modulation. Animals in the pre-hypertension stage T made of low intensity (50-60%) or inactivity for 8 weeks. We evaluated the functional parameters and their spectral components, structural changes in arteries (femoral and renal), arterioles (soleus muscle and temporal) and collagen content. OT reduced MAP in SHR at 4 and 8 weeks, caused bradycardia standby in both groups in 8th improved HR variability (WKY and SHR) and prevent the increase of SBP variability in SHR. Hypertension caused ratio increase / wall light and collagen content in both arteries, t prevented this increase in femoral artery, an effect was not observed in the renal artery. T prevented the fall of reason / wall light in arterioles of the soleus muscle without effects in the soleus muscle.

Neste estudo, os objetivos propostos foram: 1) verificar o efeito da sobrecarga salina 1% sobre a pressão arterial e variáveis relacionadas ao controle hídrico em camundongos machos e fêmeas; 2) comparar os efeitos da sobrecarga salina sobre o remodelamento vascular de artérias elásticas e de resistência em machos e fêmeas. Para tal, foram usados camundongos C57Bl/6 machos e fêmeas tratados por 2 ou 12 semanas com solução de NaCl 1% para beber ou água fresca (grupo controle). Os animais foram pesados semanalmente e acompanhados em gaiola metabólica ao final do estudo (coleta de água e urina). A pressão arterial (PA) e frequência cardíaca (FC) foram medidas por pletismografia de cauda. Os animais foram eutanasiados, tiveram peso e comprimento naso-anal medidos, sendo coletados coração (análise de artérias cardíacas) e aorta para análise morfométrica, avaliando-se fibras colágenas e lamelas elásticas. Também foi avaliada a relação percentual peso cardíaco/peso corporal. Urina e sangue foram coletados para quantificação de proteínas totais, creatinina, sódio e cloreto. Ao final dos tempos de sobrecarga salina, não foram observadas diferenças significantes de peso corporal, pressão arterial e frequência cardíaca, hematócrito e medida naso-anal entre os grupos. Verificamos aumento de peso relativo do coração em períodos mais curtos de sobrecarga em machos (2 semanas) e mais longos em fêmeas (12 semanas). Os valores urinários de sódio, proteína total e creatinina aumentaram com a sobrecarga salina, tanto em machos como em fêmeas. A avaliação morfométrica das artérias elásticas apontou aumento do número de lamelas em machos, enquanto a avaliação das artérias musculares apontou aumento da deposição colágena em fêmeas. / In this study, the objectives were: 1) determine the effect of 1% salt overload on blood pressure and related variables controlling water in male and female mice, 2) to compare the effects of salt overload on vascular remodeling of elastic arteries and strength in both males and females. To this end, we used C57BL / 6 males and females treated for 2 or 12 weeks with 1% NaCl solution for drinking or fresh water (control group). The animals were weighed weekly and monitored in metabolic cage at the end of the study (collecting water and urine). Blood pressure (BP) and heart rate (HR) were measured by tail plethysmography. The animals were euthanized, had weight and naso-anal length measured heart being collected (analysis of heart arteries) and aorta for morphometric analysis, evaluating elastic lamellae and collagen fibers. We also evaluated the percentage ratio heart weight / body weight. Blood and urine were collected for measurement of total protein, creatinine, sodium and chloride. At the end of the times of saline overload, no significant differences were observed in body weight, blood pressure and heart rate, and hematocrit measured naso-anal between groups. We observed increase in relative heart weight in shorter periods of overload in males (2 weeks) and longer in females (12 weeks). The values of urinary sodium, total protein and creatinine increased with saline overload in both males and females. The morphometric analysis of the elastic arteries showed an increase in the number of lamellae in males, while the evaluation of muscular arteries showed increased collagen deposition in females.

INTRODUÇÃO: A exposição contínua desde o nascimento à poluição atmosférica de grandes centros urbanos de origem predominante veicular, contribui para eventos cardiopulmonares em adultos. A inflamação e remodelamento induzidos pelos poluentes podem modular a resposta vascular a mediadores e alterar a sua patência e reatividade contribuindo para eventos isquêmicos. MÉTODOS: Verificar alterações inflamatórias e estruturais nos pulmões e corações de camundongos Swiss machos cronicamente expostos, desde o nascimento até a idade adulta, às câmaras seletivas com filtros (câmara limpa) e sem filtros (câmara poluída) para particulados e gases tóxicos, situadas a 20m de um cruzamento de tráfego intenso da cidade de São Paulo, 24 h/7dias/semana/4 meses. Realizaram-se medidas internas e externas dos poluentes: PM2,5; NO2 e Black Carbon (BC) e análises morfométricas nos pulmões e corações. RESULTADOS: A filtragem da câmara limpa clareou 100% de BC, 52% de PM2,5 e 32% de NO2. Nos pulmões, as alterações predominaram na região peribronquiolar. Os animais submetidos à câmara poluída apresentaram inflamação peribronquiolar caracterizada por aumento do infiltrado perivascular (p=0,022), hiperplasia do epitélio bronquiolar (p=0,037), escore inflamatório total (p=0,015), e diminuição do infiltrado polimorfonuclear na região do septo alveolar distal (p=0.001). A parede dos vasos peribronquiolares não demonstrou alteração da razão lúmen/parede (L/P) entre os grupos (0,094), porém, os animais submetidos à câmara poluída, apresentaram remodelamento estrutural com diminuição de fibras elásticas na adventícia (p= 0,006) e na túnica média (p= 0,008) e das fibras colágenas apenas na adventícia (p= 0,016). No miocárdio, verificamos aumento do número de núcleos por área do VE, sem alteração de peso dos corações entre os grupos (p=0,005). As coronárias dos camundongos expostos à câmara poluída também não demonstraram diferenças na razão L/P, porém a poluição induziu remodelamento através de aumento de fibras colágenas e elásticas na camada adventícia e média dos vasos (p<0.001; p=0,03 respectivamente), mesmo quando categorizados os vasos por seu calibre e por ventrículo separadamente (p<0,001). CONCLUSÃO: A poluição atmosférica da cidade de São Paulo, Brasil, induziu alterações inflamatórias e estruturais nos pulmões e corações dos animais normais expostos desde o nascimento até a idade adulta. A resposta pulmonar caracterizou-se por inflamação e diminuição das fibras da matriz extracelular dos vasos, enquanto as coronárias apresentaram fibrose e elastogênese em toda parede vascular. Esses achados reforçam a hipótese de que a poluição atmosférica de grandes centros urbanos induz alterações silenciosas porém significativas, órgão-específicas, modulando a resposta vascular, podendo contribuir para alteração da patência e reatividade dos vasos e eventos isquêmicos na idade adulta / INTRODUCTION: The continuous exposition since birth to atmospheric pollution of great urban centers originated by vehicles predominantly, contributes to cardiopulmonary events in adults. The remodeling and inflammation induced by airborne pollutants may modulate the vascular response to mediators and alter the vascular patency and reactivity which may contribute to ischemic events. METHODS: To verify the inflammatory and structural alterations of the lungs and heart of Swiss male mice chronically and continuously exposed since birth to adulthood, to selective chambers with (clean) or without (polluted) filter devices for particles and toxic gases, 7days/24h/4 months, located 20m far from a cross-road with heavy traffic in Sao Paulo city downtown. Measurements of PM2,5; NO2 and Black Carbon (BC) inside the chambers and in the external environment and morphometric analyses of the lung and heart were made. RESULTS: Filters cleared 100% of BC, 47% of PM2,5 and 68% of NO2 in the clean chamber. In the lungs, pollutants affected predominantly the peribronchiolar area. Animals submitted to the polluted chamber presented peribronchiolar inflammation characterized by increased perivascular influx (p=0.022), bronchiolar epithelial hyperplasia (p=0.037), total inflammatory scores (p=0.015), and decrement of polymorphonuclear cells infiltration in the distal septa (p=0.001). There was no difference of the lumen/wall ratio (L/W) of peribronchiolar vessels (p=0.094) between groups. However, mice from polluted chamber presented structural remodeling characterized by decrement of elastic fibers in both adventitia (p=0.006) and media layers (p= 0.008) and collagen content in the adventitia (p= 0.016). In the heart, there was an increase of nucleus of myocytes/left ventricle area, but no alteration of the myocardial weight between groups (p=0.005). Although the coronary arterioles from mice exposed to polluted ambient did not show differences of L/W ratio when compared to those from clean ambient, pollutants induced increment of collagen and elastic fibers in the adventitia and media vascular layer (p<0.001; p=0.03 respectively), even when vessels were categorized by caliber and per ventricle chamber separately (p<0.001). CONCLUSION: The continuous exposure to atmospheric pollution of São Paulo city, Brazil, since birth to adulthood, induced inflammatory and structural alterations in the lungs and heart. The lung response was characterized by inflammation and decrement of extracellular matrix fibers while in the heart, there was fibrosis and elastin increment in the coronary arteriolar wall. These results reinforce the hypothesis that urban airborne pollution predominantly generated by traffic, induces silent but significant organ-specific alterations, which may impair vascular patency and reactivity and may contribute to ischemic cardiac events in the adulthood

Les péricytes sont fortement suspectés de jouer un rôle déterminant dans la physiopathologie de l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP), non seulement en raison de leur position et distribution, de leur rôle dans l'homéostasie vasculaire, de leur plasticité et spécificité tissulaire, mais aussi vu leur nette augmentation en nombre autour des artérioles pulmonaires remodelées. Cependant, les mécanismes impliqués dans leur accumulation autour des vaisseaux remodelés ainsi que leur importance dans la mise en place et la progression de l’HTAP restent encore incompris. De plus, nous ne savons pas si les péricytes présentent ou non des anomalies phénotypiques dans l’HTAP.C’est pourquoi ces travaux de doctorat ont visé à : 1) Identifier les possibles anomalies intrinsèques des péricytes provenant de patients HTAP ; 2) Préciser rôle de la voie de signalisation CXCL12/CXCR4/CXCR7 dans l’augmentation de la couverture péricytaire et tester des inhibiteurs de cette voie dans des modèles précliniques d’hypertension pulmonaire (HP) ; 3) Etudier l’impact du pouvoir mésenchymateux des péricytes dans le remodelage vasculaire pulmonaire associé à l’HTAP.Nos données ont permis d’une part de démontrer que les péricytes provenant de patients HTAP possédent des défauts intrinsèques dans les mécanismes de prolifération, de migration et de différenciation cellulaire et que la voie du CXCL12 contribue fortement à l’augmentation anormale de la couverture péricytaire autour des vaisseaux remodelés de patients HTAP. D’autre part, via leur capacité à se différencier en cellules contractiles, nous avons pu démontrer que les péricytes contribuaient directement au remodelage vasculaire pulmonaire.En conclusion, notre étude montre ainsi l’importance du rôle des péricytes pulmonaires dans la progression de l’hypertension artérielle pulmonaire humaine et expérimentale. / Pericytes (PCs) are strongly suspected to play a determining role in the pathophysiology of pulmonary arterial hypertension (PAH), because of their position and distribution, role in vascular homeostasis, versatility and tissue-specificity, but also because they accumulate around remodeled pulmonary arterioles in PAH. However, the underlying mechanisms and their dynamic role in PAH are still unknown. Furthermore, we do not know whether pulmonary PCs are phenotypically and functionally altered in PAH. To answer these questions, our objective were: 1) To examine the phenotypic and functional characteristics of human pulmonary PCs derived from control and PAH patients; 2) To precise the role of the intrinsic abnormalities in the altered phenotype of pulmonary PCs in PAH; 3) To study the dynamic role(s) of pulmonary PCs in preclinical PAH models, especially through modulation of the CXCL12/CXCR4/CXCR7 signaling pathway. Taken together, our findings identify for the first time phenotypic and functional abnormalities of pulmonary PCs in PAH with pathogenetic significance since they increased directly their proliferation, migration and capacity to differentiate in smooth muscle-like cells.

Résumé Introduction L’amlodipine et l’atorvastatine offrent des avantages thérapeutiques au-delà de leur indication primaire, soit la réduction de la pression artérielle et des lipides sanguins, respectivement. L’amlodipine induit l’apoptose des cellules de muscle lisse vasculaire (CMLV) in vivo, contribuant à la régression de l'hypertrophie aortique chez le rat spontanément hypertendu (SHR). L'atorvastatine induit l’apoptose des CMLV in vitro, un effet proportionnel à la dose. Toutefois, cet effet reste à être démontré in vivo. Nous postulons que l’atorvastatine induira la régression de l’hypertrophie aortique via l’apoptose des CMLV chez le SHR, et que la combinaison de l’amlodipine et de l’atorvastatine aura un effet synergique sur la régression de l’hypertrophie aortique via l’apoptose des CMLV chez le SHR. Méthodologie L’amlodipine et l’atorvastatine ont été administrées à des SHR âgés de 11 semaines durant trois ou six semaines, individuellement ou en combinaison. Les points principaux à l'étude étaient le remodelage vasculaire et la pression artérielle. La fragmentation et le contenu en ADN, le stress oxydant, le taux de cholestérol et les niveaux de nitrates ont aussi été mesurés. Résultats Lorsque l’atorvastatine a été administrée seule, une diminution significative du stress oxydant et de la pression artérielle a été observée après trois et six semaines de traitement, respectivement. Par contre, aucune différence n’a pu être décelée quant au remodelage vasculaire. L'amlodipine a réduit la pression artérielle et l'hypertrophie aortique de façon dépendante de la dose. Une diminution significative de l'hyperplasie a été détectée après trois semaines de traitement avec la combinaison, et après six semaines avec une faible dose d'amlodipine. Conclusion Nos résultats ne supportent pas l'hypothèse que l'atorvastatine induit l'apoptose des CMLV in vivo. Par contre, lorsque combinée à l'amlodipine, elle pourrait ajouter un bénéfice supplémentaire au niveau de la réduction de l'hyperplasie aortique. / Abstract Background and purpose Antihypertensive drugs such as the calcium channel blocker (CCB) amlodipine and cholesterol lowering agents such as statins exhibit pleiotropic effects. Amlodipine reduces aortic hypertrophy and hyperplasia in spontaneously hypertensive rat (SHR) by inducing a transient wave of apoptosis. Atorvastatin induces apoptosis of vascular smooth muscle cell (VSMC) in vitro, independently of cholesterol synthesis, an effect that remains to be shown in vivo. The present studies were designed to test the hypothesis that atorvastatin can induce vascular remodeling by VSMC apoptosis in vivo in SHR, and to test whether combined therapy with low dose amlodipine would provide synergistic effects on regression of aortic hypertrophy. Experimental approach 11-week old SHR were given atorvastatin and amlodipine, alone or in combination, for three or six weeks. Primary end-points were vascular remodeling and blood pressure. Secondary end-points included DNA fragmentation and content in the aorta, oxidative stress, cholesterol and serum total nitrite and nitrate (NOx) concentrations. Key results Treatment with atorvastatin did not modify vascular structure, although it significantly reduced oxidative stress after three weeks and blood pressure after six weeks. Amlodipine dose-dependently reduced blood pressure and aortic hypertrophy. Significant reduction of cellular hyperplasia was reached after 6 weeks with a low dose of amlodipine alone or after 3 weeks when atorvastatin was combined with low dose amlodipine. Conclusions and implications Our results do not support the notion that atorvastatin induces VSMC apoptosis in vivo, although the data suggest a possible interaction with amlodipine in reducing VSMC hyperplasia in the hypertensive aorta.

Thèse réalisée en cotutelle avec Dre Christine Des Rosiers / Le processus de l’athérosclérose est associé à des changements vasculaires structuraux et mécaniques dont la rigidification carotidienne et aortique. Ce phénomème est bien connu et contraste avec l’augmentation paradoxale de la distensibilité cérébrovasculaire observée dans les artères cérébrales exposées aux facteurs de risque cardiovasculaire, tels que l’hypertension. L’impact de l’athérosclérose sur le remodelage, la compliance et la fonction des artères cérébrales est inconnu. En ciblant l’endothélium, l’athérosclérose induit une dysfonction endothéliale cérébrale sévère qui interfère avec le contrôle du débit sanguin cérébral et ultimement avec les fonctions cognitives. Dans les artères cérébrales, le remodelage de la paroi artérielle est toujours accompagné d’une perte des fonctions vasodilatatrices, ce qui suggère que ces deux évènements sont au cœur d’un cercle vicieux. Nos études visent à vérifier l’hypothèse selon laquelle le remodelage de la paroi est déterminé par la fonction endothéliale au niveau cérébrovasculaire alors qu’au niveau de la carotide, le stress mécanique du pouls sanguin régule les propriétés structurales et biomécaniques. Afin de vérifier cette hypothèse, dans une première étude, nous avons sélectionné trois interventions thérapeutiques aux mécanismes d’action différents qui modulent la fonction endothéliale indirectement en diminuant le stress mécanique exercé sur la paroi via une diminution de la fréquence cardiaque. Suite à un traitement chronique de trois mois chez la souris athérosclérotique, LDLr-/-; hApoB-100+/+, l’efficacité de l’ivabradine, du métoprolol et de l’exercice physique volontaire dans la prévention de l’augmentation de la compliance cérébrovasculaire s’est avérée proportionnelle à l’étendue des bénéfices sur la fonction endothéliale. La rigidification carotidienne n’a été prévenue que par les interventions qui réduisent vraiment la fréquence cardiaque, c’est-à-dire l’ivabradine et le métoprolol. Dans une deuxième étude, nous avons confirmé nos résultats en utilisant un traitement antioxydant dans le but de cibler plus directement l’endothélium. La catéchine ne réduit pas la fréquence cardiaque, mais elle est reconnue pour protéger l’endothélium cérébral en neutralisant le stress oxydant. Ainsi, la carotide est restée rigide alors que le remodelage cérébral a été prévenu. Une technique d’imagerie novatrice, la tomographie par cohérence optique, nous a permis de valider nos observations in vivo et de proposer que la catéchine prévient l’hypoperfusion du cerveau en protégeant la fonction endothéliale et l’intégrité de la paroi vasculaire cérébrale. Finalement, les deux études identifient la métalloprotéinase de type 9 comme un joueur potentiellement impliqué dans l’augmentation de la compliance cérébrovasculaire. Nos études démontrent que les changements structuraux et biomécaniques affectant la paroi des artères cérébrales sont indubitablement dépendants de l’endothélium alors que dans la carotide, le stress mécanique est le paramètre le plus déterminant. Somme toute, en protégeant indirectement l’endothélium cérébral on empêche les processus de remodelage, telle que l’activation de la métalloprotéinase de type 9. De nombreuses études ont suggéré l’implication des dysfonctions cérébrovasculaires dans la maladie d’Alzheimer. En effet, les affections vasculaires qui compromettent chroniquement le débit sanguin cérébral, telles la dysfonction endothéliale et la réduction de la lumière artérielle, vont entraîner un déficit métabolique des neurones à l’origine de la neurodégénérescence. Les traitements préventifs cardioprotecteurs, tels que l’ivabradine, l’exercice physique et la catéchine améliorent la fonction endothéliale, la structure et la biomécanique des artères cérébrales, et pourraient donc prévenir l’hypoperfusion chronique du cerveau et le déclin cognitif dans l’athérosclérose. / Large artery stiffness and endothelial dysfunction are markers of atherosclerosis. Stiffening of the carotid arteries contrast with the paradoxical increase in distensibility of cerebral arteries that was reported in the presence of risk factors for cardiovascular diseases, such as hypertension. However, our knowledge concerning the influence of atherosclerosis on cerebrovascular compliance and structure remains incomplete. By targeting the endothelium, atherosclerosis induces a severe cerebral endothelial dysfunction affecting chronically the cerebral blood flow and potentially leading to cognitive dysfunctions. Few studies have shown that the paradoxical increase in cerebrovascular distensibility is consistently reported in animal model of risk factors for cardiovascular diseases exhibiting a cerebral endothelial dysfunction. That being said, we hypothesized that the compliance and structure of cerebral arteries is essentially controlled by the endothelium. To validate our hypothesis, in a first study, we selected three distinct therapeutic approaches that modulated the cerebral endothelial function and the mechanical stress imposed to the vascular wall by lowering heart rate in a mouse model of atherosclerosis, LDLr-/-; hApoB-100+/+ during three months. Ivabradine, metroprolol and voluntary physical training protected, with different efficiencies, the cerebral flow-mediated dilation and this was reflected by a prevention, or not, of the increase in compliance. A 13.5 % heart rate reduction with ivabradine and metoprolol limited carotid artery stiffening. Voluntary physical training did not induce an overall reduction of heart rate explaining the lack of effect on carotid mechanics and suggesting that carotids compliance is more influenced by the mechanical stress imposed to the vascular wall by the cardiac cycle. In a second study, we confirmed our previous findings using a diatery approach that targeted more directly the endothelium, the polyphenol antioxidant catechin. Catechin was previously proven, by us and others, to reverse endothelial dysfunction, reduce inflammation and neutralize reactive oxygen species in diverse vascular beds from animal models of atherosclerosis. Accordingly, we found that catechin prevents adverse cerebral wall remodeling but, again, without a significant heart rate reduction, carotids remained stiff. We also integrated a new live imaging technology allowing us to confirm our findings in vivo and to demonstrate that endothelial, structural and mechanical protection by catechin can result in an improvement of basal cerebral blood flow. Finally, both studies identified metalloproteinase -9 as a potential player in the process leading the weakening of the cerebral artery walls. Taken together, our studies highlight that structural and biomechanical alterations are genuinely triggered by endothelial dysfunction. In carotids, mechanicals stress seems to be the main factor controlling remodeling. In essence, indirect protection of the endothelium impedes in cerebral vessels the remodeling processes, such as the activation of metalloproteinase -9. Numerous studies have revealed that vascular, especially cerebral endothelial dysfunction is implicated in the pathogenesis of Alzheimer’s disease. When brain perfusion is compromised, the suboptimal energy delivery causes neuronal death. Deleterious cerebrovascular outcomes that promote the impairment of vasodilation and the encroachment of the lumen will limit cerebral blood flow in a chronic manner. Chronic treatment with ivabradine, voluntary physical training and catechin preserved the endothelial function, the structure and the mechanics of cerebral arteries, which guarantees a closer management of cerebral blow flow in atherosclerotic mice and a reduce propensity to develop cognitive deficiency.

Résumé Introduction L’amlodipine et l’atorvastatine offrent des avantages thérapeutiques au-delà de leur indication primaire, soit la réduction de la pression artérielle et des lipides sanguins, respectivement. L’amlodipine induit l’apoptose des cellules de muscle lisse vasculaire (CMLV) in vivo, contribuant à la régression de l'hypertrophie aortique chez le rat spontanément hypertendu (SHR). L'atorvastatine induit l’apoptose des CMLV in vitro, un effet proportionnel à la dose. Toutefois, cet effet reste à être démontré in vivo. Nous postulons que l’atorvastatine induira la régression de l’hypertrophie aortique via l’apoptose des CMLV chez le SHR, et que la combinaison de l’amlodipine et de l’atorvastatine aura un effet synergique sur la régression de l’hypertrophie aortique via l’apoptose des CMLV chez le SHR. Méthodologie L’amlodipine et l’atorvastatine ont été administrées à des SHR âgés de 11 semaines durant trois ou six semaines, individuellement ou en combinaison. Les points principaux à l'étude étaient le remodelage vasculaire et la pression artérielle. La fragmentation et le contenu en ADN, le stress oxydant, le taux de cholestérol et les niveaux de nitrates ont aussi été mesurés. Résultats Lorsque l’atorvastatine a été administrée seule, une diminution significative du stress oxydant et de la pression artérielle a été observée après trois et six semaines de traitement, respectivement. Par contre, aucune différence n’a pu être décelée quant au remodelage vasculaire. L'amlodipine a réduit la pression artérielle et l'hypertrophie aortique de façon dépendante de la dose. Une diminution significative de l'hyperplasie a été détectée après trois semaines de traitement avec la combinaison, et après six semaines avec une faible dose d'amlodipine. Conclusion Nos résultats ne supportent pas l'hypothèse que l'atorvastatine induit l'apoptose des CMLV in vivo. Par contre, lorsque combinée à l'amlodipine, elle pourrait ajouter un bénéfice supplémentaire au niveau de la réduction de l'hyperplasie aortique. / Abstract Background and purpose Antihypertensive drugs such as the calcium channel blocker (CCB) amlodipine and cholesterol lowering agents such as statins exhibit pleiotropic effects. Amlodipine reduces aortic hypertrophy and hyperplasia in spontaneously hypertensive rat (SHR) by inducing a transient wave of apoptosis. Atorvastatin induces apoptosis of vascular smooth muscle cell (VSMC) in vitro, independently of cholesterol synthesis, an effect that remains to be shown in vivo. The present studies were designed to test the hypothesis that atorvastatin can induce vascular remodeling by VSMC apoptosis in vivo in SHR, and to test whether combined therapy with low dose amlodipine would provide synergistic effects on regression of aortic hypertrophy. Experimental approach 11-week old SHR were given atorvastatin and amlodipine, alone or in combination, for three or six weeks. Primary end-points were vascular remodeling and blood pressure. Secondary end-points included DNA fragmentation and content in the aorta, oxidative stress, cholesterol and serum total nitrite and nitrate (NOx) concentrations. Key results Treatment with atorvastatin did not modify vascular structure, although it significantly reduced oxidative stress after three weeks and blood pressure after six weeks. Amlodipine dose-dependently reduced blood pressure and aortic hypertrophy. Significant reduction of cellular hyperplasia was reached after 6 weeks with a low dose of amlodipine alone or after 3 weeks when atorvastatin was combined with low dose amlodipine. Conclusions and implications Our results do not support the notion that atorvastatin induces VSMC apoptosis in vivo, although the data suggest a possible interaction with amlodipine in reducing VSMC hyperplasia in the hypertensive aorta.

Le processus de l’athérosclérose est associé à des changements vasculaires structuraux et mécaniques dont la rigidification carotidienne et aortique. Ce phénomème est bien connu et contraste avec l’augmentation paradoxale de la distensibilité cérébrovasculaire observée dans les artères cérébrales exposées aux facteurs de risque cardiovasculaire, tels que l’hypertension. L’impact de l’athérosclérose sur le remodelage, la compliance et la fonction des artères cérébrales est inconnu. En ciblant l’endothélium, l’athérosclérose induit une dysfonction endothéliale cérébrale sévère qui interfère avec le contrôle du débit sanguin cérébral et ultimement avec les fonctions cognitives. Dans les artères cérébrales, le remodelage de la paroi artérielle est toujours accompagné d’une perte des fonctions vasodilatatrices, ce qui suggère que ces deux évènements sont au cœur d’un cercle vicieux. Nos études visent à vérifier l’hypothèse selon laquelle le remodelage de la paroi est déterminé par la fonction endothéliale au niveau cérébrovasculaire alors qu’au niveau de la carotide, le stress mécanique du pouls sanguin régule les propriétés structurales et biomécaniques. Afin de vérifier cette hypothèse, dans une première étude, nous avons sélectionné trois interventions thérapeutiques aux mécanismes d’action différents qui modulent la fonction endothéliale indirectement en diminuant le stress mécanique exercé sur la paroi via une diminution de la fréquence cardiaque. Suite à un traitement chronique de trois mois chez la souris athérosclérotique, LDLr-/-; hApoB-100+/+, l’efficacité de l’ivabradine, du métoprolol et de l’exercice physique volontaire dans la prévention de l’augmentation de la compliance cérébrovasculaire s’est avérée proportionnelle à l’étendue des bénéfices sur la fonction endothéliale. La rigidification carotidienne n’a été prévenue que par les interventions qui réduisent vraiment la fréquence cardiaque, c’est-à-dire l’ivabradine et le métoprolol. Dans une deuxième étude, nous avons confirmé nos résultats en utilisant un traitement antioxydant dans le but de cibler plus directement l’endothélium. La catéchine ne réduit pas la fréquence cardiaque, mais elle est reconnue pour protéger l’endothélium cérébral en neutralisant le stress oxydant. Ainsi, la carotide est restée rigide alors que le remodelage cérébral a été prévenu. Une technique d’imagerie novatrice, la tomographie par cohérence optique, nous a permis de valider nos observations in vivo et de proposer que la catéchine prévient l’hypoperfusion du cerveau en protégeant la fonction endothéliale et l’intégrité de la paroi vasculaire cérébrale. Finalement, les deux études identifient la métalloprotéinase de type 9 comme un joueur potentiellement impliqué dans l’augmentation de la compliance cérébrovasculaire. Nos études démontrent que les changements structuraux et biomécaniques affectant la paroi des artères cérébrales sont indubitablement dépendants de l’endothélium alors que dans la carotide, le stress mécanique est le paramètre le plus déterminant. Somme toute, en protégeant indirectement l’endothélium cérébral on empêche les processus de remodelage, telle que l’activation de la métalloprotéinase de type 9. De nombreuses études ont suggéré l’implication des dysfonctions cérébrovasculaires dans la maladie d’Alzheimer. En effet, les affections vasculaires qui compromettent chroniquement le débit sanguin cérébral, telles la dysfonction endothéliale et la réduction de la lumière artérielle, vont entraîner un déficit métabolique des neurones à l’origine de la neurodégénérescence. Les traitements préventifs cardioprotecteurs, tels que l’ivabradine, l’exercice physique et la catéchine améliorent la fonction endothéliale, la structure et la biomécanique des artères cérébrales, et pourraient donc prévenir l’hypoperfusion chronique du cerveau et le déclin cognitif dans l’athérosclérose. / Large artery stiffness and endothelial dysfunction are markers of atherosclerosis. Stiffening of the carotid arteries contrast with the paradoxical increase in distensibility of cerebral arteries that was reported in the presence of risk factors for cardiovascular diseases, such as hypertension. However, our knowledge concerning the influence of atherosclerosis on cerebrovascular compliance and structure remains incomplete. By targeting the endothelium, atherosclerosis induces a severe cerebral endothelial dysfunction affecting chronically the cerebral blood flow and potentially leading to cognitive dysfunctions. Few studies have shown that the paradoxical increase in cerebrovascular distensibility is consistently reported in animal model of risk factors for cardiovascular diseases exhibiting a cerebral endothelial dysfunction. That being said, we hypothesized that the compliance and structure of cerebral arteries is essentially controlled by the endothelium. To validate our hypothesis, in a first study, we selected three distinct therapeutic approaches that modulated the cerebral endothelial function and the mechanical stress imposed to the vascular wall by lowering heart rate in a mouse model of atherosclerosis, LDLr-/-; hApoB-100+/+ during three months. Ivabradine, metroprolol and voluntary physical training protected, with different efficiencies, the cerebral flow-mediated dilation and this was reflected by a prevention, or not, of the increase in compliance. A 13.5 % heart rate reduction with ivabradine and metoprolol limited carotid artery stiffening. Voluntary physical training did not induce an overall reduction of heart rate explaining the lack of effect on carotid mechanics and suggesting that carotids compliance is more influenced by the mechanical stress imposed to the vascular wall by the cardiac cycle. In a second study, we confirmed our previous findings using a diatery approach that targeted more directly the endothelium, the polyphenol antioxidant catechin. Catechin was previously proven, by us and others, to reverse endothelial dysfunction, reduce inflammation and neutralize reactive oxygen species in diverse vascular beds from animal models of atherosclerosis. Accordingly, we found that catechin prevents adverse cerebral wall remodeling but, again, without a significant heart rate reduction, carotids remained stiff. We also integrated a new live imaging technology allowing us to confirm our findings in vivo and to demonstrate that endothelial, structural and mechanical protection by catechin can result in an improvement of basal cerebral blood flow. Finally, both studies identified metalloproteinase -9 as a potential player in the process leading the weakening of the cerebral artery walls. Taken together, our studies highlight that structural and biomechanical alterations are genuinely triggered by endothelial dysfunction. In carotids, mechanicals stress seems to be the main factor controlling remodeling. In essence, indirect protection of the endothelium impedes in cerebral vessels the remodeling processes, such as the activation of metalloproteinase -9. Numerous studies have revealed that vascular, especially cerebral endothelial dysfunction is implicated in the pathogenesis of Alzheimer’s disease. When brain perfusion is compromised, the suboptimal energy delivery causes neuronal death. Deleterious cerebrovascular outcomes that promote the impairment of vasodilation and the encroachment of the lumen will limit cerebral blood flow in a chronic manner. Chronic treatment with ivabradine, voluntary physical training and catechin preserved the endothelial function, the structure and the mechanics of cerebral arteries, which guarantees a closer management of cerebral blow flow in atherosclerotic mice and a reduce propensity to develop cognitive deficiency. / Thèse réalisée en cotutelle avec Dre Christine Des Rosiers