Amélioration de l’effet thérapeutique des CSM dans l’arthrose : rôle de PPARb/d – PPAROA

Pour répondre à ces objectifs, PPAROA est structuré en 4 volets :

- WP0 : Gestion du projet, communication et valorisation.

- WP1 : Étude de l’effet de PPARβ/δ sur les propriétés immunorégulatrices des BM-MSC et AT-MSC vis-à-vis des macrophages et lymphocytes T.

- WP2 : Analyse du rôle de PPARβ/δ dans les propriétés chondroprotectrices des MSC humaines et prédiction de leur efficacité thérapeutique.

- WP3 : Évaluation des MSC avec modulation de PPARβ/δ sur l’apparition et l’évolution de l’OA dans des modèles murins.

WP1 : Rôle de PPARβ/δ dans l’effet immunomodulateur des MSC issues de la moelle osseuse et du tissu adipeux

Dans cette première partie, les niveaux de PPARβ/δ et de ses cibles (ANGPTL4, PDK4) dans les MSC issues de la moelle osseuse et du tissu adipeux, provenant de donneurs sains et de souris ont été analysés. Ensuite, l’influence de l’activation ou l’inhibition de PPARβ/δ (via des molécules spécifiques : GSK3787 pour l’inhiber et G501516 pour l’activer) sur l’expression des gènes et les principaux facteurs immunomodulateurs des MSC ont été évalués. Pour finir, la capacité des MSC modifiées à réduire l’activité des lymphocytes et à modifier la polarisation des macrophages, a été mesurée.

WP2 : Rôle de PPARβ/δ dans la protection du cartilage par les MSC

Ici, l’objectif était de voir si le niveau de PPARβ/δ dans les MSC humaines et murines permet de prédire leur capacité à protéger les chondrocytes, les cellules du cartilage. Pour cela, les effets des MSC (prétraitées avec un activateur ou un inhibiteur de PPARβ/δ) ont été évalués sur (i) la prolifération des chondrocytes, (ii) leur résistance à la mort cellulaire, (iii) leur état cellulaire (mature, hypertrophique ou fibrotique).

WP3 : Rôle de PPARβ/δ sur les effets thérapeutiques des MSC dans des modèles d’arthrose

Dans cette dernière partie, l’impact de la modulation de PPARβ/δ sur les propriétés anti-arthrose des MSC ont été évaluées. Différents modèles de souris ont été utilisés, notamment le modèle d’arthrose induite par la collagénase. De plus, un modèle innovant d’arthrose dans des souris humanisées a été développé afin d’évaluer l’efficacité des MSC

Le projet a mis en évidence le rôle du PPARβ/δ dans les propriétés immunomodulatrices et thérapeutiques des cellules souches mésenchymateuses (MSC) issues de la moelle osseuse (BM-MSC) et du tissu adipeux (AT-MSC), notamment dans le contexte de l'arthrose (OA).

L’étude a révélé que l’expression de PPARβ/δ est augmentée dans les MSC humaines (BM-MSC et AT-MSC) en réponse à des cytokines pro-inflammatoires (INF-γ, TNF-α, IL-1β). Cette régulation est associée à une diminution de l'expression des gènes cibles ANGPTL4 et PDK4. L’inhibition de PPARβ/δ dans les MSC humaines intensifie l’effet des cytokines pro-inflammatoires et accroît l’expression des médiateurs immunorégulateurs (COX2, TSG6, IDO, PGE2), sans améliorer leur capacité à inhiber la prolifération lymphocytaire. De plus, la modulation de PPARβ/δ impacte l’interaction avec les macrophages, favorisant un phénotype anti-inflammatoire (M2). L’analyse transcriptomique a identifié ANGPTL4 comme le principal gène différentiellement exprimé après modulation de PPARβ/δ.

Nos résultats montrent que l’activation, l’inhibition ou la suppression de PPARβ/δ dans les MSC ne modifient pas significativement l’expression des médiateurs inflammatoires IL6 et COX2 dans les chondrocytes co-cultivés avec les MSC. En revanche, l’activation de PPARβ/δ protège les MSC du stress oxydatif et renforce leur effet anti-apoptotique sur les chondrocytes soumis à un stress oxydatif induit par le H₂O₂. Ce rôle protecteur est médié par ANGPTL4.

L’utilisation du poisson-zèbre a montré que le rôle de PGE2, un facteur candidat produit par les MSC déficientes en PPARβ/δ, dans la régénération de la nageoire caudale et le recrutement des macrophages. L’injection de MSC a favorisé la régénération, un effet supprimé par l’indométhacine, inhibiteur de PGE2. L’imagerie confocale a révélé une augmentation du recrutement et de la polarisation des macrophages pro-inflammatoires en présence de MSC traitées par indométhacine. De plus, l’activation de PPARβ/δ dans les MSC murines a supprimé leur effet bénéfique sur la régénération, nécessitant des analyses complémentaires pour confirmer ces résultats.

L’évaluation des effets thérapeutiques des MSC activées pour PPARβ/δ (MSCAgo) dans un modèle murin d’arthrose a montré que ces cellules améliorent significativement les paramètres clés du cartilage (volume, dégradation, épaisseur) par rapport aux MSC non modifiées (MSCcontrol). L’activation de PPARβ/δ amplifie ainsi le potentiel thérapeutique des MSC en protégeant le cartilage de la dégradation et en ralentissant la progression de l’arthrose. De plus, un modèle expérimental d’arthrose post-traumatique chez la souris humanisée a été développé et caractérisé pour étudier l’effet des MSC humaines modifiées pour PPARβ/δ, bien que les résultats préliminaires indiquent une efficacité moindre par rapport aux MSC murines.

Le projet a généré un certain nombre de perspectives prometteuses dans les domaines scientifique, médical et translationnel, en particulier dans les domaines de la médecine régénérative, de la gestion des maladies inflammatoires et du traitement de l'arthrose.

Le projet a permis des avancées significatives dans la compréhension des mécanismes moléculaires qui régulent les cellules souches mésenchymateuses (CSM), notamment en ce qui concerne le rôle de la signalisation du récepteur activé par PPARβ/δ. Il a été démontré que la modulation de PPARβ/δ influence les propriétés immunorégulatrices des CSM, la polarisation des macrophages et la survie des CSM dans des conditions de stress. L’identification de médiateurs clés tels que la Prostaglandine E2 (PGE2) et la Protéine de type Angiopoïétine 4 (ANGPTL4) a ouvert de nouvelles perspectives pour améliorer la fonctionnalité des CSM. De plus, l’étude met en évidence des différences entre la biologie des CSM murines et humaines, soulignant la nécessité d'approches adaptées pour améliorer l'efficacité thérapeutique. Les connaissances acquises pourraient être exploitées pour d'autres affections dégénératives ou inflammatoires au-delà de l’arthrose, élargissant ainsi le champ d’application des thérapies basées sur les CSM.

L'intégration, dans ce projet, de divers modèles, notamment le poisson-zèbre, le modèle murin et humain, souligne l'efficacité des approches multidisciplinaires dans la recherche en médecine régénérative. Ce cadre méthodologique constitue une base solide pour les études et innovations futures dans ce domaine.

Les contributions de ce projet sont doubles : il fait progresser les connaissances fondamentales tout en posant les bases d’applications thérapeutiques innovantes. Ce faisant, il offre un espoir d'amélioration des résultats pour les patients et contribue au développement du domaine de la médecine régénérative.

Bodic B, Boyer C, Metayer B, Masson M, Vignes C, Lesoeur J, Veziers J, Daguin V, Haspot F, Maugars Y, Djouad F, Guicheux J, and Vinatier C. « Development and characterization of a humanized mouse model of steoarthritis”. Osteoarthritis and cartilage, Submitted.
V. Delplace, M.A. Boutet, C. Le Visage, Y. Maugars, J. Guicheux, C. Vinatier. Osteoarthritis: from upcoming treatments to treatments yet to come. Joint Bone Spine 2021
Contreras-Lopez R, Elizondo-Vega R, Paredes MJ, Luque-Campos N, Torres MJ, Tejedor G, Vega-Letter AM, Figueroa-Valdés A, Pradenas C, Oyarce K, Jorgensen C, Khoury M, Garcia-Robles MLA, Altamirano C, Djouad F, Luz-Crawford PHIF1a-dependent metabolic reprogramming governs mesenchymal stem/stromal cell immunoregulatory functions. FASEB J. 2020
Contreras-Lopez RA, Elizondo-Vega R, Torres MJ, Vega-Letter AM, Luque-Campos N, Paredes-Martinez MJ, Pradenas C, Tejedor G, Oyarce K, Salgado M, Jorgensen C, Khoury M, Kronke G, Garcia-Robles MA, Altamirano C, Luz-Crawford P, Djouad F. PPARß/d-dependent MSC metabolism determines their immunoregulatory properties. Sci Rep. 2020
Contreras-Lopez R, Elizondo-Vega R, Luque-Campos N, Torres MJ, Pradenas C, Tejedor G, Paredes-Martínez MJ, Vega-Letter AM, Campos-Mora M, Rigual-Gonzalez Y, Oyarce K, Salgado M, Jorgensen C, Khoury M, Garcia-Robles MLÁ, Altamirano C, Djouad F, Luz-Crawford P. The ATP synthase inhibition induces an AMPK-dependent glycolytic switch of mesenchymal stem cells that enhances their immunotherapeutic potential. Theranostics. 2021

L'arthrose (OA) est la maladie dégénérative et inflammatoire des articulations la plus fréquente. Malgré l'augmentation de son incidence, il n'existe pas de traitement efficace capable de restaurer la structure du cartilage et la fonction des articulations pathologiques. Par conséquent, les thérapies basées sur l’utilisation des cellules stromales/souches mésenchymateuses (CSM) sont devenues un domaine de recherche en plein essor. Les études précliniques et cliniques de phase I ou II ont montré que l'injection intra-articulaire (IA) de CSM était sûre et bien tolérée. Dans ce contexte, le partenaire 1 (INSERM U1229-RMES/Nantes) coordonne, depuis 2013, un essai clinique «Arthrostem» (NCT: 01879046) qui vise à étudier les propriétés immunomodulatrices et anti-arthrosiques de CSM isolées de la moelle osseuse (MO-CSM) et du tissu adipeux (TA-CSM) collectées à partir du même patient arthrosique. Grâce à cet essai clinique, une biocollection de CSM de 30 patients a été constituée. Pour sa part, le partenaire 2 (INSERM U1183-IRMB/Montpellier) a démontré la capacité de CSM à réduire la gravité clinique de l'OA en diminuant l'inflammation et en protégeant les chondrocytes de l'apoptose et de leur perte de phénotype. Le partenaire 2 coordonne également l’essai clinique ADIPOA2 (H2020) qui a pour but de valider l’efficacité de CSM dans l’arthrose du genou. Cependant et en dépit de leur efficacité clinique dans l'OA, les CSM présentent, après injection IA, un très faible taux de survie et de greffe. Cette présence éphémère in vivo de CSM après injection a suggéré que leurs effets thérapeutiques dans l'OA pouvaient être médiés par la libération de molécules chondroprotectrices et/ou immunomodulatrices agissant sur l'éducation des cellules immunitaires vers un phénotype régulateur. En accord avec cette hypothèse, le partenaire 2 a montré qu'en plus de leur capacité à protéger les chondrocytes, les CSM contrôlent l’activité des macrophages en favorisant l’engagement de leur phénotype de M1 (pro-inflammatoire) vers M2 (anti-inflammatoire et pro-régénératif). Chez les patients arthrosiques et comme décrit ci-dessus, bien que les CSM soient considérées comme sûres lorsqu'elles sont administrées par voie IA, leurs effets thérapeutiques demeurent modestes et doivent être améliorés pour garantir des bénéfices à long terme et les transformer ainsi en un traitement efficace de l’arthrose. De manière intéressante, des données récentes ont suggéré un rôle de PPARß/d dans le développement et la sévérité de l’OA chez la souris. De plus, le partenaire 2 a récemment démontré que le niveau d'expression de PPARß/d prédisait le potentiel immunomodulateur des CSM et que son inhibition augmentait les effets thérapeutiques des CSM dans l'arthrite murine. Compte tenu de l'effet thérapeutique prometteur des CSM dans l'OA et du rôle potentiel de PPARß/d dans les propriétés immunodulatrices des CSM, les objectifs du projet PPAROA sont (i) de déchiffrer le rôle de PPARß/d dans les effets thérapeutiques de MO-CSM et TA-CSM collectées chez des patients OA Arthrostem et (ii) de définir si la modulation pharmacologique de PPARß/d dans les CSM peut augmenter et prolonger leurs effets thérapeutiques anti-OA. Pour répondre à ces questions, le projet PPAROA sera organisé en 3 groupes de travail scientifiques (GT): • GT1 : Rôle de PPARß/d dans les propriétés immunomodulatrices de MO-CSM et TA-CSM sur les cellules du système immunitaire inné et adaptatif • GT2 : Rôle de PPARß/d dans les propriétés chondro-protectrices de MO-CSM et TA-CSM • GT3 : Rôle de PPARß/d sur les effets thérapeutiques des MO-CSM et TA-CSM dans des modèles précliniques d’OA. En cas de succès, ce projet ambitieux de 4 ans nous amènera sans aucun doute à envisager des essais cliniques avec modulation de la voie PPARß/d dans les MSC afin de proposer une thérapie cellulaire optimisée et ouvrira ainsi la voie à de nouvelles approches thérapeutiques dans la prise en charge des patients atteints d'arthrose.