L’encéphalopathie hépatique (EH) est une complication neuropsychiatrique de la maladie de foie telle que la cirrhose, caractérisée par des dysfonctions cognitives et motrices. Le seul traitement curatif est la transplantation hépatique (TH). Historiquement, l’EH est considérée comme un désordre métabolique réversible et il est attendu qu’il soit résolu suivant la TH. Cependant, il a été démontré que des complications neurologiques persistent chez 47% des patients transplantés. La TH est une opération chirurgicale complexe accompagnée de stress péri-opératoire telle que la perte sanguine et l’hypotension. L’hypothèse de ce projet d’étude est que l’EH minimale (EHm) rend le cerveau plus susceptible à une perte neuronale suite à une insulte hypotensive. Nous avons donc caractérisé un modèle d’hypotension chez des rats cirrhotiques avec ligation de la voie biliaire (BDL) dans lequel une hypovolémie de l’artère fémorale a été faite. Avec ce modèle, nous avons étudié l’impact de différentes pressions sanguines de 120 minutes sur le compte neuronal. Nos résultats démontrent que les BDL hypotendus à une pression artérielle moyenne de 60 mmHg et 30 mmHg ont une diminution du compte neuronal et que les neurones mourraient par apoptose (observée par la présence de caspase-3 clivée). Nous avons également déterminé que le flot sanguin cérébral était altéré chez les rats cirrhotiques BDL. Le second objectif était d’évaluer si le traitement de l’EHm par l’ornithine phénylacétate (OP) permettait d’éviter la perte neuronale chez les BDL hypotendus. Nos résultats ont démontrés que l’OP permettait de partiellement rétablir les fonctions cognitives chez les rats BDL. De plus, les rats BDL traités avec l’OP peuvent éviter la mort neuronale. Cependant, le processus apoptotique est toujours enclenché. Ce résultat suggère la possibilité de mort cellulaire retardée par l’OP. Ces résultats suggèrent que les patients cirrhotiques avec EHm sont plus susceptibles à une mort neuronale induite par hypotension. La combinaison de l’EHm et l’hypotension permet d’expliquer les complications neurologiques rencontrées chez certains patients. Le diagnostic et le traitement de ce syndrome doit donc être fait chez les patients cirrhotiques pour éviter ces complications post-TH. / Hepatic encephalopathy (HE) is a major neuropsychiatric complication caused by chronic liver disease such as cirrhosis and is characterized by cognitive and motor dysfunction. The only curative treatment to date remains liver transplantation (LT). Historically, HE has always been considered to be a reversible metabolic disorder and has therefore been expected to completely resolve following LT. However, persisting neurological complications remain a common problem affecting as many as 47% of LT recipients. LT is a major surgical procedure accompanied by intraoperative stress and confounding factors, including blood loss and hypotension. We hypothesize, in the setting of minimal HE (MHE), the compromised brain becomes susceptible to hypotensive insults, resulting in cell injury and death. To investigate this hypothesis, six-week bile-duct ligated (BDL) rats with MHE and respective controls (SHAM) were used. Blood is withdrawn from the femoral artery (inducing hypovolemia) until a mean arterial pressure of 30, 60 and 90 mmHg (hypotension) and maintained for 120 minutes. Our results demonstrated that BDL with following hypotension of 30 and 60 mmHg have a lower neuronal cell count compared to SHAM-operated animals. Furthermore, we provide evidence neuronal cell death is occurring due to apoptosis (observed by presence of cleaved caspase-3). In addition, cerebral blood flow is reduced in BDL rats compared to SHAM-operated controls. Second objective was to assess the therapeutic potential of the ammonia-lowering agent ornithine phenylacetate (OP) in preventing hypotension-induced neuronal loss in BDL rats. OP-treated BDL rats, in addition to lowering blood ammonia, also ameliorated cognitive function. However, cleaved caspase-3 levels were still elevated in the brains of OP-treated BDL rats therefore suggesting OP delays the onset of neuronal death in BDL rats. Overall, these findings strongly suggest that cirrhotic patients with MHE are more susceptible to hypotension-induced neuronal cell loss. Moreover, these results suggest a patient with HE (even MHE), with a “frail brain”, will fare worse during LT transplantation and consequently result in poor neurological outcome. Combination of MHE and hypotension may account for the persisting neurological complications observed in a number of cirrhotic patients following LT. Therefore, MHE, i) should not be ignored and therefore diagnosed and ii) merits to be treated in order to reduce the risk of neurological complications occurring post-LT

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

Le foie est un organe indispensable dans le contrôle de l'homéostasie énergétique du corps humain. En particulier, le métabolisme hépatique est crucial pour l'homéostasie glucidique et lipidique. Les voies cataboliques et anaboliques sont en équilibre constant et régulées de façon synergique en fonction de la disponibilité en nutriments et de la demande en énergie. La perturbation de cet équilibre, notamment en cas d'obésité, peut conduire à l'accumulation intra-hépatique de lipides, qui est une des causes principales de la survenue de l'insulino-résistance hépatique (IRH), conduisant à l'hyperglycémie chronique et au diabète de type 2 (DT2). La cellule eucaryote est une structure hautement compartimentée, et à ce titre la compartimentalisation des processus cataboliques et anaboliques est une part intégrante de la gestion des voies métaboliques. Dans cet ensemble, la mitochondrie est un organite clef, qui abrite l'oxydation des lipides, le cycle de l'acide citrique (CAC) et la respiration cellulaire. De cette manière, la fonction mitochondriale est un élément crucial dans le maintien de l'état énergétique et d'oxydation-réduction de la cellule dans une gamme physiologique, ainsi que dans la régulation de l'activité du métabolisme du glucose et des lipides pour l'homéostasie du corps entier. La fonction mitochondriale est directement régulée par son interaction avec le réticulum endoplasmique (RE) via des zones de proximité entre les organites appelées Mitochondria-Associated-Endoplasmic-Reticulum-Membranes ou MAM. Dans ce contexte, j'ai participé au cours de mon travail de thèse à une étude qui a montré l'importance des interactions mitochondrie-RE dans la signalisation de l'insuline et mise en lumière la perturbation des MAM comme acteur principal dans l'IRH. De plus, j'ai étudié la régulation des MAM dans le contexte physiologique de la transition nutritionnelle dans le foie sain et insulino-résistant (IR) / The liver is an essential organ in the control of energetic homeostasis of the human body. Particularly, hepatic metabolism is crucial for glucose and lipid homeostasis. Catabolism and anabolism of both substrates are in constant equilibrium and synergically regulated in regard of nutrient availability and energetic demand. Disruption of this equilibrium, especially in the case of obesity, can lead to hepatic accumulation of lipids, which is a major cause of hepatic insulin resistance (HIR) leading to chronic hyperglycaemia and type 2 diabetes (T2D). The eukaryotic cell is a highly compartmented structure, and in this respect compartmentation of anabolic and catabolic processes is an integral part of managing metabolic pathways together. In this context, the mitochondrion is a key organelle, housing oxidation of lipids, the tricarboxylic acid (TCA) cycle and cellular respiration. In this way, mitochondrial function is a crucial element in maintaining energetic and reductionoxidation state of the cell within physiological ranges, as well in regulating the proper activity of glucose and lipid metabolism for the all body homeostasis. Mitochondrial function is directly regulated by its interaction with the endoplasmic reticulum (ER) via proximity points between the organelles called Mitochondria-Associated-ER-Membranes (MAM). In this context I have participated during my Ph.D. in a work that has shown the importance of mitochondria-ER interactions in insulin signalling and highlighted MAM disruption as a main actor in HIR. Furthermore, I have studied the regulation of MAM in the physiological context of nutritional transition in the healthy and insulin resistant (IR) liver. Particularly, we have shown that MAM disruption induces impaired insulin signalling, while their reinforcement protects against its appearance and restore insulin sensitivity in lipid-induced IR condition. Moreover, we have pointed out a consistent decrease of MAM quantity in the IR liver of ob/ob, high-fat high-sucrose diet (HFHSD) and Cyclophilin D - knock-out (CypD-KO) mice

Les estrogènes confèrent aux femmes une protection cardiovasculaire jusqu’à la ménopause. En effet, la perte des fonctions ovariennes engendre plusieurs désordres du profil lipidique qui s’accompagnent d’une accumulation de triglycérides au foie appelée stéatose hépatique. Le retrait des estrogènes perturbe de nombreuses voies de contrôle de la cholestérolémie, provoquant simultanément une hypercholestérolémie et une stéatose hépatiques. Toutefois, à ce jour, les mécanismes d’action du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol favorisant le stockage de triglycérides au foie demeurent imprécis. À cet égard, les travaux de cette thèse visaient à clarifier l’ensemble des effets du retrait des estrogènes sur le métabolisme du cholestérol pouvant mener à la pathogenèse de la stéatose hépatique. Lors de la première étude, l’ovariectomie (Ovx) chez la rate, un modèle bien établi de la stéatose, avait permis d’identifier la voie d’assemblage des lipoprotéines à très faible densité (VLDL) comme élément contributif à la stéatose. La voie des VLDL reliant étant également une voie de transport du cholestérol, l’étude suivante a été réalisée afin de comprendre le rôle du cholestérol alimentaire sur les lipides hépatiques. Dans cette deuxième étude, le modèle de la diète riche en lipides et en cholestérol (HFHC), aussi reconnu pour induire une stéatose hépatique, a permis d’établir des liens étroits entre le métabolisme du cholestérol et celui des lipides hépatiques. Étonnamment, de manière similaire à l’Ovx, la diète HFHC perturbait la voie d’assemblage des VLDL. En outre, les données recueillies au cours de ces travaux indiquaient qu’une dysrégulation du métabolisme des acides biliaires avait contribué à la sévérité de la stéatose hépatique induite par cette diète HFHC. Dans la continuité de ces deux premiers projets, nous nous sommes intéressés aux effets concomitants du retrait des estrogènes et d’une diète HFHC sur la stéatose hépatique. De manière intéressante, lorsque combinés, l’Ovx et la diète HFHC potentialisaient non seulement l’accumulation de lipides hépatiques, mais également les perturbations moléculaires des voies sous-jacentes à la stéatose, dont l’assemblage des VLDL et de la sécrétion d’acides biliaires. Dans l’ensemble, les données présentées dans la revue de littérature et dans les trois études reliées à cette thèse indiquent qu’une dysrégulation du métabolisme du cholestérol en réponse au retrait des estrogènes entraîne des complications favorisant l’accumulation de lipides dans le foie. / Estrogens confer to women a cardiovascular protection until menopause. Indeed, the loss of ovarian functions leads to several lipid disorders along with hepatic triglycerides accumulation called hepatic steatosis. Estrogen withdrawal disrupts several cholesterol metabolism pathways that results in both hypercholesterolemia and hepatic steatosis. However, to date, the precise mechanisms by which estrogen withdrawal affect cholesterol metabolism pathways that favour lipid storage in the liver are unclear. In this regard, works in the present thesis aimed at elucidate the effects of estrogen withdrawal on cholesterol metabolism involved in hepatic steatosis pathogenesis. In the first study, estrogen withdrawal by ovariectomy (Ovx), a well established model for hepatic steatosis and hypercholesterolemia, had enabled the identification of very low density lipoprotein (VLDL) pathway as a contributory element for hepatic steatosis. Since the VLDL pathway relates lipids and cholesterol metabolism, we conducted the second study to explore the role of dietary cholesterol on hepatic lipids. In the second study, the high fat/high cholesterol (HFHC) diet, also recognized as a model for hepatic steatosis development, was used to explore links between cholesterol metabolism and hepatic fat accumulation. Surprisingly, HFHC diet also disrupted the VLDL pathway. Additionally, data provided in this study indicated that a dysregulation of bile acids metabolism might have contributed to the severity of hepatic steatosis induced by the HFHC diet. As a continuation of these projects, we were interested in the concomitant effects of estrogen withdrawal and HFHC diet on hepatic lipid accretion. Interestingly, when combined, Ovx and HFHC diet not only potentiated hepatic lipid accumulation but also molecular disruptions involved in underlying pathways for hepatic steatosis including the VLDL pathway and bile acid secretion. Overall, data presented in the review of litterature and provided by the three studies related to the present thesis indicate that cholesterol metabolism dysregulation following estrogen withdrawal result in complications that favour hepatic lipid accumulation.

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La stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) est une affection du foie qui est causée par l’accumulation hépatique de triglycérides. Elle présente plusieurs degrés qui vont de la stéatose hépatique seule à la stéatohépatite avec fibrose. L’obésité et les autres éléments du syndrome métabolique, dont le diabète et l’hypertriglycéridémie, sont des facteurs de risque importants de la NAFLD, laquelle touche entre 20% et 29% des Canadiens. Ces statistiques sont alarmantes, surtout en sachant qu’aucun traitement n’est actuellement disponible pour cette condition et prenant compte de l’augmentation de la prévalence de l’obésité. La lipoprotéine lipase (LPL) hydrolyse les triglycérides contenus dans les lipoprotéines de très basse densité (VLDL) et dans les chylomicrons. La LPL est très souvent régulée à la baisse dans le syndrome métabolique de sorte que certains patients présentent des taux de triglycérides sanguins de plus de 10 mmol/L, comme les patients avec hyperchylomicronémie multifactorielle (MCS pour multifactorial chylomicronemia syndrome). Les chylomicronémies comprennent également celle causée par une déficience totale en LPL, appelée l’hyperchylomicronémie familiale (FCS pour familial chylomicronemia syndrome). La FCS et la MCS sont ainsi deux dyslipidémies caractérisées par une hypertriglycéridémie sévère, laquelle est associée à un risque augmenté de pancréatites. Toutefois, alors que la FCS est monogénique, la MCS est multifactiorielle et liée directement à l’expression du syndrome métabolique avec une influence importante de l’environnement. Les résultats de ce mémoire comparent l’expression de la NAFLD chez les patients atteints de FCS et MCS. L’évaluation par élastographie impulsionnelle de l’expression de la NAFLD a été effectuée chez 18 patients FCS et 18 patients MCS, appariés pour l’âge et le sexe. Des résultats du paramètre d’atténuation contrôlé (CAP) ≥ 280 dB/m, suggérant une NAFLD, ont été rencontrés chez 50% des FCS et 83,3% des MCS. La différence entre les degrés de stéatose hépatique chez les deux groupes est significative avec une valeur de p de 0,03. De plus, seulement 22,2% des patients FCS avec NAFLD sont obèses comparativement à 71,4% chez les patients MCS (p=0,001). Il est aussi intéressant de relever que les patients FCS présentent une NAFLD même en présence d’un indice de masse corporelle très faible (IMC < 18 kg/m2). Par ailleurs, le score de CAP chez les FCS serait négativement corrélé avec le nombre de 2 pancréatites aigues (p=0,004). Notre étude démontre que la NAFLD est fréquemment observée chez les patients FCS et chez les patients MCS. De plus, la NAFLD s’exprimerait indépendamment de l’IMC chez les patients FCS, contrairement à ce que l’on observe chez les patients MCS. Finalement, la NAFLD chez les patients FCS pourrait être associée à une fréquence plus faible de pancréatites aigues. / Nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a disorder caused by hepatic triglyceride accumulation. It ranges from hepatic steatosis to steatohepatitis with fibrosis. Obesity and other elements of the metabolic syndrome, such as hypertriglyceridemia and type 2 diabetes, are risk factors for NAFLD, which affects between 20% and 29% of Canadians. These statistics are alarming, especially knowing that there is still no treatment for this condition and considering the increasing prevalence of obesity. Lipoprotein lipase (LPL) hydrolyzes triglycerides contained in very low-density lipoproteins (VLDL) and chylomicrons. LPL is often down-regulated in the metabolic syndrome and some patients may present triglycerides level higher than 10 mmol/L, as multifactorial chylomicronemia syndrome (MCS). Chylomicronemia also characterizes total LPL deficiency, known as familial chylomicronemia syndrome (FCS). FCS and MCS are two dyslipidemias associated with severe hypertriglyceridemia, which is associated with increased risk of recurrent acute pancreatitis. Whereas FCS is monogenic, MCS is polygenic and directly related to the metabolic syndrome with a significant influence of the environment. Results of the present study compare the expression of NAFLD in FCS and MCS patients. NAFLD was assessed using transient elastography performed in 18 FCS and 18 MCS patients matched for age and sex. Controled attenuation parameter (CAP) score ≥ 280 dB/m, suggesting NAFLD expression, were observed in 50% of FCS and 83.3% of MCS. The difference between degrees of hepatic steatosis in both groups is significant with a p-value of 0.036. In addition, only 22.2% of FCS with NAFLD are obese compared to 71.4% for MCS (p = 0.001). It is also interesting to note that FCS patients have NAFLD even in the presence of a very low body mass index (BMI<18 kg / m2). Besides, CAP score in FCS was negatively correlated with the number of acute pancreatitis (p=0.004). Our study shows that NAFLD was frequently observed in FCS and MCS but occurred independently of BMI and could be associated with a lower occurrence of acute pancreatitis.

La stéatose hépatique est une affection caractérisée par l'accumulation d'un excès de graisse dans le foie d'un individu sans antécédents d'abus d'alcool. La stéatose hépatique est en train de devenir la maladie chronique du foie la plus répandue dans le monde. En l'absence de thérapies approuvées, les modifications du mode de vie, y compris les interventions diététiques, restent la seule stratégie thérapeutique. Dans cette étude, nous avons cherché à déterminer si un régime riche en graisses (HFD) complété par des triglycérides à chaîne moyenne (TCM) atténue la stéatose hépatique chez les souris. Des souris mâles âgées de 7 semaines C57BL/6 ont été nourries avec un régime riche en graisses puis ont été randomisées pour rester sous régime riche en graisses ou passer à un régime riche en graisses complété par des TCM ou à un régime pauvre en graisses (LFD). Comparées aux souris nourries au HFD, les souris nourries au HFD supplémenté en TCM ont présenté une amélioration significative du degré de stéatose et d'inflammation et une amélioration des tests de tolérance au glucose et à l'insuline avec des changements modestes dans les lipides circulants et les teneurs en triacylglycérol et en cholestérol du foie. Notre étude démontre qu’une diète en gras supplémenté en TCM a des effets bénéfiques sur la stéatose hépatique. Les améliorations observées semblent être liées à la réduction de la teneur hépatique en céramides et en diacylglycérols, améliorant la sensibilité à l’insuline, et faisant des TCM une option non-pharmacologique viable à inclure dans la prise en charge de cette maladie débilitante. / Hepatic steatosis is a condition where excess fat accumulates in an individual's liver without a history of alcohol abuse. Hepatic steatosis is becoming the most common chronic liver disease worldwide. In the absence of approved therapies to specifically treat hepatic steatosis, lifestyle modifications, including dietary interventions, remain the only therapeutic strategy. In this study, we sought to determine whether a high-fat diet (HFD) supplemented with medium-chain triglycerides (MCT) attenuates hepatic steatosis in mice. Seven-week-old C57BL/6 male mice were fed HFD for 12 weeks to induce hepatic steatosis, then mice were randomized to remain on HFD or switch to either HFD supplemented with MCT or low-fat diet (LFD) for 6 weeks. Mice switched to LFD were used as another model of dietary interventions. Compared with mice fed HFD, mice fed HFD supplemented with MCT exhibited significant improvement in the degree of steatosis and inflammation as well as improvement in glucose and insulin tolerance tests with modest changes in circulating lipids and liver triacylglycerol and cholesterol contents, the hallmark of hepatic steatosis. Our study demonstrates that HFD supplement with MCT has beneficial effects on hepatic steatosis. The observed improvements seem to be linked to reductions in hepatic ceramide and diacylglycerol content, which ultimately prevents protein kinase C-ε translocation to the plasma membrane and improves insulin sensitivity, making a dietary supplement like MCTs, a viable non-pharmacological option in the management of this debilitating disease.

Introduction : L’hypophosphatémie survient couramment après hépatectomie partielle. La régénération du foie était l’explication initiale. Cependant, les pertes rénales de phosphate observées récemment suggèrent que l’hypophosphatémie est probablement d’origine rénale. Nous avons donc mesuré la fraction d’excrétion urinaire de phosphate (FePO4) après hépatectomie partielle et nous avons étudié le rôle de la parathormone (PTH) et des phosphatonines dans cette hypophosphatémie. Méthodes : Les taux sériques de phosphate, de calcium ionisé, de PTH intacte, de « fibroblast growth factor- 23 » (FGF-23) intact et carboxyle-terminal, de FGF-7, de la « frizzled-related protein-4 » (FRP-4) et de HCO3- ainsi que le pH et la FePO4 ont été mesurés avant la chirurgie et aux jours postopératoires (po) 1, 2, 3, 5 et 7, chez 18 patients ayant subi une résection hépatique partielle. Résultats : Le phosphate sérique était à son plus bas niveau (0,66 ± 0,33 mmol/l; p < 0,001) au jour po 2. La FePO4 culminait à 25,07 ± 2,26 % au jour po 1 (p < 0,05) et était associée avec le taux de la parathormone intacte (r = 0,65; p = 0,006). Le calcium ionisé sérique diminuait à 1,1 ± 0,01 mmol/l, (p < 0,01) en même temps que la parathormone intacte s’élevait à 8,8 ± 0,9 pmol/l, (p < 0,01) au jour po 1; ces deux paramètres étaient inversement corrélés (r = -0,062; p = 0,016). Le FGF-23 intact atteignait son plus bas niveau à 7,8 ± 6,9 pg/ml (p < 0,001), au jour po 3; les valeurs de FGF-23 étaient corrélées avec la diminution du phosphate sérique aux jours po 0, 3, 5 et 7 (p < 0,001). Le FGF-23 carboxyle-terminal, le FGF-7 et la FRP-4 n’étaient pas reliés au phosphate sérique ni à la FePO4. Conclusion : L’hypophosphatémie observée après résection hépatique partielle est liée à une augmentation de la FePO4 qui est sans aucune relation avec les FGF-23 intact ou carboxyle-terminal, le FGF-7 et la FRP-4. La PTH intacte était associée avec la FePO4 uniquement au jour po 1. L’hypophosphatémie après résection hépatique est secondaire à d’autres facteurs non encore identifiés. / Background: Post-hepatectomy hypophosphatemia, first associated with metabolic demands by the regenerating liver, has recently been related to an excessive fractional urinary phosphate excretion (FePO4). We decided to investigate the role of parathyroid hormone (PTH) and of phosphatonins in the latter finding. Methods: Serum phosphate (PO4), ionized calcium (Ca++), HCO3-, pH and FePO4, Intact PTH, carboxyl-terminal and Intact fibroblast growth factor 23 (FGF-23), FGF-7 and frizzled related-protein-4 (FRP-4) were measured before and serially on post-operative days 1, 2, 3, 5 and 7, in 18 patients undergoing liver resection. Results: Serum PO4 was lowest (0.66 ± 0.33 mmol/l; p < 0.001) on po day 2. FePO4 peaked at 25.07 ± 2.26 % on po day 1 (p < 0.05) and was associated with Intact PTH levels (r = 0.65, p = 0.006). Decreased Ca++ levels (1.1 ± 0.01 mmol/l; p < 0.01) and increased Intact PTH levels (8.8 ± 0.9 pmol/l; p < 0.01) observed on po day 1 were negatively related (r = -0.62, p = 0.016). Intact FGF-23 decreased to its nadir 7.8 ± 6.9 pg/ml (p < 0.001), on po day 3 and was correlated with PO4 levels on po days 0, 3, 5 and 7 (p < 0.001). Carboxyl-terminal FGF-23, FGF-7 and FRP-4 levels could not be related either to PO4 concentrations or FePO4. Conclusion: Post-hepatectomy hypophosphatemia is related to an increased FePO4 unrelated to Intact FGF-23 or carboxyl-terminal FGF-23, FGF-7 or FRP-4. I-PTH contributes to excessive FePO4 on po day 1 but not thereafter. Other factors not yet defined should explain post hepatectomy hypophosphatemia.

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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.