La sténose aortique (SA) est la maladie valvulaire cardiaque ayant la plus forte prévalence dans les pays occidentaux. On s’aperçoit que, malgré le respect des recommandations pour les indications opératoires, les patients présentent des évolutions très variables après chirurgie : certains patients restent symptomatiques, décèdent précocement, ou présentent une dysfonction ventriculaire gauche persistante. Il a été montré que les patients présentant à la fois une SA en bas débit (c’est-à-dire un volume d’éjection bas), une fraction d’éjection ventriculaire gauche (FEVG) altérée et un gradient de pression entre le ventricule et l’aorte abaissé avaient un pronostic péjoratif, avec un risque opératoire majoré lorsqu’ils subissaient un remplacement valvulaire chirurgical. Il a aussi été récemment démontré que, dans le contexte de la SA, un bas débit peut survenir alors que la FEVG est normale. Les objectifs généraux de ce doctorat sont d’étudier l’impact du débit (plus précisément le volume d’éjection ventriculaire gauche) sur le pronostic des patients atteints de SA, ainsi que l’évolution du débit après intervention et les déterminants de son évolution. Les résultats indiquent que le volume d’éjection ventriculaire gauche, que ce soit avant intervention, ou son évolution après TAVI (Transcatheter Aortic Valve Implantation), sont des prédicteurs indépendants puissants de mortalité chez ces patients. / Aortic stenosis (AS) is the most common valvular heart disease in occidental countries. Despite proper use of the guidelines, some patients can present adverse outcomes after surgery: some of them remain symptomatic, some die prematurely, or suffer from a persistant left ventricular dysfunction. It has been demonstrated that patients presenting an AS with low flow (i.e. low stroke volume), impaired left ventricular ejection fraction (LVEF), and a low transvalvular mean gradient, have poor prognosis, with increased risk during aortic valve replacement surgery. It has also been demonstrated that, in AS, a low flow can occur despite a preserved LVEF. The main goals of this PhD were to evaluate the impact of flow (more precisely left ventricular stroke volume) on the prognosis of patients with AS, the evolution of flow after intervention, and the factors that influence it. The results show that left ventricular stroke volume, before or after intervention, or its evolution after TAVI (Transcatheter Aortic Valve Implantation), are powerful independant predictors of mortality.

Les maladies cardiovasculaires, conséquence de l’athérosclérose, sont la première cause de morbi-mortalité dans le monde et voient leur incidence et sévérité augmenter avec l’expansion de leurs principaux facteurs de risque, tels que l’âge, l’obésité et le diabète. La sténose valvulaire aortique, valvulopathie la plus fréquemment rencontrée dans les pays occidentaux essentiellement chez le sujet vieillissant, partage de fortes similitudes avec l’athérosclérose vasculaire. En effet, les plaques athéroscléreuses et les lésions valvulaires sont le siège de processus d’inflammation, d’angiogenèse, de fibrose et de calcification. Les macrophages, issus de la différenciation tissulaire des monocytes infiltrés, jouent un rôle clé dans l’apparition des lésions athéroscléreuses vasculaires et leur devenir. Leur rôle dans l’état inflammatoire des lésions est aujourd’hui bien établi avec de récentes publications qui font état des propriétés plastiques des macrophages, selon leur microenvironnement. Deux principaux sous types de macrophages ont été décrits dans les plaques athéroscléreuses, les macrophages M1 dit « classiques » et M2 dits « alternatifs ». Leur rôle respectif dans la thrombogénécité, la protéolyse et l’angiogenèse, processus impliqués dans l’instabilité de la plaque, ont été moins étudiés. En revanche, les macrophages sont peu décrits dans la valve, à l’inverse des cellules interstitielles de valves (VIC), qui sont cruciales pour le maintien de l’homéostasie et la fonction valvulaire et sont impliquées dans la fibrose et la rigidité des feuillets valvulaires. Mon travail de thèse a pour objectif d’étudier les rôles des macrophages M1/M2 dans les pathologies vasculaires et valvulaires chez l’homme. Nous nous sommes focalisés sur leurs rôles dans l’instabilité de la plaque athéroscléreuse (processus de coagulation et de remodelage vasculaire) et dans la fibrose valvulaire ainsi que sur leur modulation phénotypique par d’autres types cellulaires présents dans les lésions, les polynucléaires neutrophiles dans la plaque ou les VIC dans la valve.Nos résultats suggèrent que les macrophages M1 et M2 pourraient moduler différemment des processus physiopathologiques majeurs de l'athérosclérose. Par ailleurs, les macrophages M1 de patients diabétiques présentent un phénotype délétère qui pourrait expliquer la plus grande vulnérabilité des plaques d’athérosclérose observée chez ces sujets. Concernant la pathologie valvulaire, après avoir caractérisé par analyse histologique les M1/M2 dans les valves aortiques humaines, nous avons montré que les macrophages M1 sont impliqués dans la progression de la fibrose via la modulation de leur répertoire sécrétoire par les VIC.Cette thèse apporte de nouveaux indices sur les processus physiopathologiques impliqués dans les maladies vasculaires et valvulaires. Elle met l’accent sur le rôle délétère des macrophages M1 chez les sujets diabétiques en pathologie vasculaire et identifie également une fonction jusque-là méconnue des M1 dans la progression de la fibrose, associée au « cross-talk » avec les VIC. Il conviendra par la suite d’identifier les mécanismes moléculaires sous-jacents à ces intéractions, ce qui devrait permettre d’envisager de nouvelles voies thérapeutiques visant à moduler l’effet de ce sous-type cellulaire dans ces pathologies. / Cardiovascular disease, as a result of atherosclerosis, are the main cause of morbidity and mortality in the world and see their incidence and severity increase with the expansion of their major risk factors, such as age, obesity and diabetes. Aortic valve stenosis, valve disease most frequently encountered in Western countries mainly in the old subject, shares strong similarities with vascular atherosclerosis. Indeed, atherosclerotic plaques and valvular lesions are the site of inflammation, angiogenesis, fibrosis and calcification processes. Macrophages, from monocytes infiltrated tissue differentiation, play a key role in the development of vascular atherosclerotic lesions and their future. Their role in the inflammatory state of the lesions is now well established with recent publications that report on plastic properties of macrophages, according to their microenvironment. Two major subtypes of macrophages have been described in the atherosclerotic plaques, classically (M1) or alternatively (M2) activated macrophages. Their respective role in thrombogenicity, proteolysis and angiogenesis processes involved in plaque instability, have been less studied. In contrast, macrophages are not disclosed in the valve, compared to the valvular interstitial cells (VIC), which are crucial for the maintenance of homeostasis and the valvular function and are involved in the fibrosis and rigidity of the valvular leaflets. My thesis aims to study the roles of macrophages M1/M2 in vascular and valvular pathologies in humans. We focused on their roles in the instability of atherosclerotic plaque (haemostatic or clotting process and vascular remodeling) and valvular fibrosis and their phenotypic modulation by other cell types present in the lesions, neutrophils (PNN) in the plaque or VIC in the valve.Our results suggest that the M1 and M2 macrophages may differently modulate major pathophysiological processes of atherosclerosis. In addition, M1 macrophages from diabetic patients have a deleterious phenotype that could explain the increased vulnerability of atherosclerotic plaques observed in these subjects. About valvular pathology, after characterized histologically M1/M2 in human aortic valves, we have shown that the M1 macrophages are involved in the progression of fibrosis through the modulation of their secretory repertoire by VIC.This work provides new clues about the pathophysiological processes involved in vascular and valvular diseases. It focuses on the deleterious role of M1 macrophages in diabetic subjects in vascular pathology and also identifies an unknown function of M1 in the progression of fibrosis associated with "cross-talk" with VIC. It will be necessary later to identify the molecular mechanisms underlying these interactions, which is expected to consider new therapeutic approaches to modulate the effect of this cell subtype in these diseases.

La sténose valvulaire aortique (SVA) est une valvulopathie résultant en l'ouverture incomplète de la valve aortique. La calcification des feuillets associée au vieillissement est la cause la plus importante de la SVA. Sa pathogénèse implique des dépôts de lipoprotéines, de l'inflammation et de la calcification des feuillets. Notre étude vise à identifier les gènes associés à une prédisposition à la SVA afin de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à cette maladie et potentiellement identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Pour ce faire, nous avons recruté 190 patients avec SVA dégénérative et 192 témoins, appariés pour l'âge et le sexe, puis effectué une étude d’association par gènes candidats en utilisant des marqueurs génétiques polymorphiques (SNP). Les gènes candidats choisis incluent (1) ceux dont les polymorphismes ont été présumés associés à la SVA dans des études antérieures (APOB, APOE, ESR1, PTH et VDR) (2) des gènes dont les polymorphismes ont été significativement associés et validés pour quelques maladies inflammatoires (IL-10, TNFAIP3) ou pour le métabolisme lipidique (PCSK9, LDLR) dans des études d’association pangénomiques, et (3) des gènes impliqués dans la pathogénie de la SVA à partir d’études faites sur des modèles animaux en lien avec la calcification (BMP2, CCR5, CTGF, LRP5, MSX2, WNT3), le remodelage tissulaire (CTSS, MMP9) ou le métabolisme lipidique (SMPD1). Pour les gènes des groupes (1) et (2), nous avons utilisé les SNPs rapportés dans la littérature comme étant significativement associés. Pour le groupe (3), nous avons effectué une approche par «tagSNP» qui consiste à sélectionner un groupe de SNP capturant la variabilité génétique dans la région ciblée. Au total, 81 SNPs dans 18 gènes ont été testés. Nous avons trouvé une association nominale avec les gènes BMP2 (OR = 1.55, IC95%: 1.14-2.10, p = 0.004) et LRP5 (OR = 1.47, IC95%: 1.06-2.03, p = 0.023) après ajustement pour la maladie coronarienne. Les gènes BMP2 et LRP5, impliqués dans la calcification selon certains modèles expérimentaux, sont donc associés à la SVA. Ce travail devrait être validé dans une cohorte indépendante plus large dans un avenir rapproché et il pourrait être étendu à d’autres gènes. / Aortic valve stenosis (AVS) is a valvular heart disease caused by calcification leading to incomplete opening of the aortic valve. Calcification of valve leaflets associated with aging is the most common cause of AVS. AVS pathogenesis involves lipoprotein deposits, chronic inflammation and calcification of the aortic valve leaflets. Our study aims to identify genes associated with AVS in order to better understand its mechanisms and potentially identify new therapeutic targets. We recruited 190 cases with AVS of different severity and 192 controls matched for age and sex. Then we conducted a candidate gene association study using single nucleotide polymorphisms (SNPs). The candidate genes selected include: (1) those with polymorphisms putatively implicated in previous genetic association studies of AVS (APOB, APOE, ESR1, PTH and VDR); (2) those with validated associations to inflammatory diseases (IL-10, TNFAIP3) or lipid metabolism (LDLR ,PCSK9) in genome-wide association studies and, (3) genes impliated in AVS pathogenesis from studies with animal models and thought to be involved in calcification (BMP2, CCR5, CTGF, LRP5, MXS2, WNT3); tissue remodeling (CTSS, MMP9) or lipid metabolism (SMPD1). For the first two categories of genes, we tested the SNPs reported to be associated in the literature and, in the third category we used a tag-SNP approach which consists of selecting a subset of SNPs to capture variability in the target region. Finally, 81 SNPs in 18 genes were tested. We found a nominal association of BMP2 (OR=1.55, CI: 1.14 – 2.10, p=0.004) and LRP5 (OR=1.47, CI: 1.06 – 2.03, p=0.023) with presence of AVS after adjustment for coronary heart disease. The genes BMP2 and LRP5, which are known to be involved in calcification based on animal models, are associated with AVS. The result of the current study should be validated in a larger independent cohort in the near future and then, it could also be extended to the study of other genes.

La sténose valvulaire aortique (SVA) est une pathologie associée au vieillissement et aux facteurs de risque cardiovasculaire. Afin d’étudier la SVA et d’explorer de nouvelles thérapies, plusieurs modèles animaux ont été récemment développés, mais la plupart de ces modèles ciblent les mécanismes de développement de la SVA reliés à l’hypercholestérolémie. Le syndrome de Werner (WS) est une maladie caractérisée par un vieillissement prématuré. Récemment, il a été découvert que des souris mutantes ayant une délétion du domaine hélicase du gène Werner, responsable du WS, démontraient un profile hémodynamique typique de la SVA. De ce fait, nous avons émis l’hypothèse que ces souris pourraient développer une SVA plus rapidement que des souris de type sauvage. Nous avons donc étudié les effets cette mutation chez des souris WrnΔhel/Δhel, en comparant le taux de progression d’une SVA entre des souris WrnΔhel/Δhel (WrnΔhel) et des souris de type sauvage comme groupe contrôle. À la suite d’une diète riche en sucre et en gras sur une période de 24 semaines, les souris WrnΔhel ont démontré une diminution plus prononcée de leur aire de valve aortique (mesures échocardiographiques) que les souris contrôles, supportée par les analyses histologiques concernant la fibrose des valves aortiques. Les souris n’ont toutefois développé aucun signe évident d’athérosclérose comme l’infiltration de lipides ou l’inflammation, bien que certaines caractéristiques liées à la dysfonction endothéliale semblent être augmentées chez les souris WrnΔhel. D’autres mesures échocardiographiques indiquant une SVA, comme une hypertrophie du ventricule gauche dans le groupe WrnΔhel, ont été obtenues. Nous avons aussi observé des indices de vieillissement plus marqués quant aux analyses sanguines et de la moelle osseuse des souris WrnΔhel en comparaison avec les souris contrôles. Par conséquent, ce modèle expérimental de vieillissement pourrait être utilisé pour les études futures sur la SVA sans les principaux effets athérogéniques des autres modèles expérimentaux. / Aortic valve stenosis (AVS) is associated with aging and classical cardiovascular risk factors. Different animal models were recently developed to study AVS and explore new therapies, however, most of these models rely almost exclusively on hypercholesterolemia-related mechanisms for AVS development. Werner syndrome (WS) is a disorder characterized by premature aging. It was recently demonstrated that mutant mice with a deletion of the helicase domain of the Werner gene, the gene responsible for WS, showed hemodynamic profile typical of AVS. We therefore hypothesized that mice with the WrnΔhel deletion could develop AVS earlier than wild-type (WT) mice. We studied the effect of the WrnΔhel mutation by comparing the rate of progression of AVS in homozygous mutant versus WT mice. By twenty-four weeks on a high-fat/high-carbohydrate diet, WrnΔhel/Δhel (WrnΔhel) mice showed a stronger decrease of the aortic valve area measured by serial echocardiography than WT mice, supported by histological analyses of valve fibrosis but without developing major signs of atherosclerosis such as lipid infiltration or increased inflammation. Some features linked to endothelial dysfunction also appeared to be increased in WrnΔhel mice. Other echocardiographic measurements were typical of AVS, such as left ventricle hypertrophy in the WrnΔhel group. We also observed stronger aging properties from WrnΔhel mice bone marrow and blood analyses compared to the WT group. Consequently, this experimental aging model could be used for AVS research without the major confounding atherogenic effects of other experimental models.

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La sténose valvulaire aortique (SVA) est une pathologie associée au vieillissement et aux facteurs de risque cardiovasculaire. Afin d’étudier la SVA et d’explorer de nouvelles thérapies, plusieurs modèles animaux ont été récemment développés, mais la plupart de ces modèles ciblent les mécanismes de développement de la SVA reliés à l’hypercholestérolémie. Le syndrome de Werner (WS) est une maladie caractérisée par un vieillissement prématuré. Récemment, il a été découvert que des souris mutantes ayant une délétion du domaine hélicase du gène Werner, responsable du WS, démontraient un profile hémodynamique typique de la SVA. De ce fait, nous avons émis l’hypothèse que ces souris pourraient développer une SVA plus rapidement que des souris de type sauvage. Nous avons donc étudié les effets cette mutation chez des souris WrnΔhel/Δhel, en comparant le taux de progression d’une SVA entre des souris WrnΔhel/Δhel (WrnΔhel) et des souris de type sauvage comme groupe contrôle. À la suite d’une diète riche en sucre et en gras sur une période de 24 semaines, les souris WrnΔhel ont démontré une diminution plus prononcée de leur aire de valve aortique (mesures échocardiographiques) que les souris contrôles, supportée par les analyses histologiques concernant la fibrose des valves aortiques. Les souris n’ont toutefois développé aucun signe évident d’athérosclérose comme l’infiltration de lipides ou l’inflammation, bien que certaines caractéristiques liées à la dysfonction endothéliale semblent être augmentées chez les souris WrnΔhel. D’autres mesures échocardiographiques indiquant une SVA, comme une hypertrophie du ventricule gauche dans le groupe WrnΔhel, ont été obtenues. Nous avons aussi observé des indices de vieillissement plus marqués quant aux analyses sanguines et de la moelle osseuse des souris WrnΔhel en comparaison avec les souris contrôles. Par conséquent, ce modèle expérimental de vieillissement pourrait être utilisé pour les études futures sur la SVA sans les principaux effets athérogéniques des autres modèles expérimentaux. / Aortic valve stenosis (AVS) is associated with aging and classical cardiovascular risk factors. Different animal models were recently developed to study AVS and explore new therapies, however, most of these models rely almost exclusively on hypercholesterolemia-related mechanisms for AVS development. Werner syndrome (WS) is a disorder characterized by premature aging. It was recently demonstrated that mutant mice with a deletion of the helicase domain of the Werner gene, the gene responsible for WS, showed hemodynamic profile typical of AVS. We therefore hypothesized that mice with the WrnΔhel deletion could develop AVS earlier than wild-type (WT) mice. We studied the effect of the WrnΔhel mutation by comparing the rate of progression of AVS in homozygous mutant versus WT mice. By twenty-four weeks on a high-fat/high-carbohydrate diet, WrnΔhel/Δhel (WrnΔhel) mice showed a stronger decrease of the aortic valve area measured by serial echocardiography than WT mice, supported by histological analyses of valve fibrosis but without developing major signs of atherosclerosis such as lipid infiltration or increased inflammation. Some features linked to endothelial dysfunction also appeared to be increased in WrnΔhel mice. Other echocardiographic measurements were typical of AVS, such as left ventricle hypertrophy in the WrnΔhel group. We also observed stronger aging properties from WrnΔhel mice bone marrow and blood analyses compared to the WT group. Consequently, this experimental aging model could be used for AVS research without the major confounding atherogenic effects of other experimental models.

La sténose valvulaire aortique (SVA) est une valvulopathie résultant en l'ouverture incomplète de la valve aortique. La calcification des feuillets associée au vieillissement est la cause la plus importante de la SVA. Sa pathogénèse implique des dépôts de lipoprotéines, de l'inflammation et de la calcification des feuillets. Notre étude vise à identifier les gènes associés à une prédisposition à la SVA afin de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à cette maladie et potentiellement identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Pour ce faire, nous avons recruté 190 patients avec SVA dégénérative et 192 témoins, appariés pour l'âge et le sexe, puis effectué une étude d’association par gènes candidats en utilisant des marqueurs génétiques polymorphiques (SNP). Les gènes candidats choisis incluent (1) ceux dont les polymorphismes ont été présumés associés à la SVA dans des études antérieures (APOB, APOE, ESR1, PTH et VDR) (2) des gènes dont les polymorphismes ont été significativement associés et validés pour quelques maladies inflammatoires (IL-10, TNFAIP3) ou pour le métabolisme lipidique (PCSK9, LDLR) dans des études d’association pangénomiques, et (3) des gènes impliqués dans la pathogénie de la SVA à partir d’études faites sur des modèles animaux en lien avec la calcification (BMP2, CCR5, CTGF, LRP5, MSX2, WNT3), le remodelage tissulaire (CTSS, MMP9) ou le métabolisme lipidique (SMPD1). Pour les gènes des groupes (1) et (2), nous avons utilisé les SNPs rapportés dans la littérature comme étant significativement associés. Pour le groupe (3), nous avons effectué une approche par «tagSNP» qui consiste à sélectionner un groupe de SNP capturant la variabilité génétique dans la région ciblée. Au total, 81 SNPs dans 18 gènes ont été testés. Nous avons trouvé une association nominale avec les gènes BMP2 (OR = 1.55, IC95%: 1.14-2.10, p = 0.004) et LRP5 (OR = 1.47, IC95%: 1.06-2.03, p = 0.023) après ajustement pour la maladie coronarienne. Les gènes BMP2 et LRP5, impliqués dans la calcification selon certains modèles expérimentaux, sont donc associés à la SVA. Ce travail devrait être validé dans une cohorte indépendante plus large dans un avenir rapproché et il pourrait être étendu à d’autres gènes. / Aortic valve stenosis (AVS) is a valvular heart disease caused by calcification leading to incomplete opening of the aortic valve. Calcification of valve leaflets associated with aging is the most common cause of AVS. AVS pathogenesis involves lipoprotein deposits, chronic inflammation and calcification of the aortic valve leaflets. Our study aims to identify genes associated with AVS in order to better understand its mechanisms and potentially identify new therapeutic targets. We recruited 190 cases with AVS of different severity and 192 controls matched for age and sex. Then we conducted a candidate gene association study using single nucleotide polymorphisms (SNPs). The candidate genes selected include: (1) those with polymorphisms putatively implicated in previous genetic association studies of AVS (APOB, APOE, ESR1, PTH and VDR); (2) those with validated associations to inflammatory diseases (IL-10, TNFAIP3) or lipid metabolism (LDLR ,PCSK9) in genome-wide association studies and, (3) genes impliated in AVS pathogenesis from studies with animal models and thought to be involved in calcification (BMP2, CCR5, CTGF, LRP5, MXS2, WNT3); tissue remodeling (CTSS, MMP9) or lipid metabolism (SMPD1). For the first two categories of genes, we tested the SNPs reported to be associated in the literature and, in the third category we used a tag-SNP approach which consists of selecting a subset of SNPs to capture variability in the target region. Finally, 81 SNPs in 18 genes were tested. We found a nominal association of BMP2 (OR=1.55, CI: 1.14 – 2.10, p=0.004) and LRP5 (OR=1.47, CI: 1.06 – 2.03, p=0.023) with presence of AVS after adjustment for coronary heart disease. The genes BMP2 and LRP5, which are known to be involved in calcification based on animal models, are associated with AVS. The result of the current study should be validated in a larger independent cohort in the near future and then, it could also be extended to the study of other genes.

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