Les cellules endothéliales peuvent acquérir un phénotype mésenchymateux associé avec l’expression de la protéine nestine dans un modèle d’hypertrophie cardiaque et de fibrose réactive

Abstract

L’hypertrophie cardiaque représente la réponse primaire du cœur dans le but d’améliorer la fonction cardiaque qui est compromise suite à un accident ischémique ou une surcharge hémodynamique. Cependant, l’hypertrophie cardiaque a pour conséquence pathologique la fibrose réactive, qui est caractérisée par la synthèse incontrôlée et le dépôt du collagène par les myofibroblastes. Ainsi, l’accumulation accrue du collagène dans le cœur hypertrophié mène à l’augmentation de la rigidité cardiaque et la détérioration progressive de la fonction contractile du cœur. Plusieurs études ont démontré que la protéine nestine, appartenant à la famille des filaments intermédiaires, est ré-exprimée dans les myofibroblastes durant la fibrose réparative et est impliquée dans la prolifération cellulaire. Basée sur ces observations, cette étude teste l’hypothèse selon laquelle nestine est induite dans les myofibroblastes suivant le développement de la fibrose réactive dans le cœur des rats ayant subi une constriction aortique supra-rénale. Deux semaines suivant une constriction aortique supra-rénale chez le rat, un patron d’hypertrophie concentrique cardiaque a été observé et associé avec une réponse de fibrose réactive caractérisée par le dépôt accru de collagène dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire de nombreux vaisseaux sanguins cardiaques. De plus, les niveaux de la protéine nestine sont augmentés significativement dans les cœurs des rats hypertrophiés, et ce, de façon corrélative avec la pression artérielle moyenne et la pression systolique du ventricule gauche. Les techniques d’immunofluorescences ont révélé une apparition accrue des cellules immunoréactives à nestine, qui présentent un phénotype mésenchymateux caractérisé par la co-expression de collagène dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire des cœurs hypertrophiés. Ces données suggèrent que les fibroblastes résidents peuvent exprimer la protéine nestine ou que l’expression de nestine est induite en réponse aux facteurs pro-fibrotiques impliqués dans la fibrose réactive. En effet, l’exposition des myofibroblastes normaux et des myofibroblastes isolés des cœurs hypertrophiés à l’AII, TGF-B1 et EGF augmente significativement l’expression de la protéine nestine, tandis que l’expression de l’α-SMA demeure inchangée. De plus, de manière prédominante dans le cœur hypertrophié, des cellules non-vasculaires CD31(+) ont été détectées dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire. Ces cellules co-expriment nestine et collagène suggérant une transition des cellules endothéliales vers un phénotype mésenchymateux. Finalement, la protéine nestine, sous sa forme filamenteuse, a été détectée dans les cellules endothéliales de l’artère coronaire humaine et leur exposition au TGF-B1, induit l’expression de collagène. En revanche, l’expression de collagène a été détectée dans les cellules microvasculaires de rats CD31(+), alors que l’expression de nestine est absente. En réponse aux traitements de TGF-B1 et EGF, l’expression de nestine, sous sa forme non-filamenteuse, est détectée dans les cellules microvasculaires de rats. Collectivement, ces données supportent la prémisse selon laquelle la réponse de fibrose réactive dans les cœurs hypertrophiés, suite à une constriction aortique supra-rénale, est attribuée en partie à l’augmentation de l’apparition des cellules mésenchymateuses positives à l’expression de nestine qui proviennent des fibroblastes résidents du ventricule. De plus, les données in vivo et in vitro suggèrent que les cellules endothéliales déplacées représentent une source additionnelle des cellules mésenchymateuses nestine(+) dans le cœur hypertrophié et contribuent au développement de la fibrose réactive. Cibler la protéine nestine peut représenter une approche thérapeutique afin d’atténuer la réponse de fibrose réactive indépendamment de l’origine des cellules mésenchymateuses.

Cardiac hypertrophy secondary to an ischemic insult or a hemodynamic overload represents the primary response of the heart to enhance compromised cardiac function. However, a pathological consequence of cardiac hypertrophy is reactive fibrosis characterized by the uncontrolled synthesis and deposition of collagen by proliferating myofibroblasts. Furthermore, the unrestrained accumulation of collagen in the hypertrophic heart leads to increased cardiac stiffness and progressive worsening of contractile function. Previous studies have reported that the intermediate filament protein nestin was re-expressed in myofibroblasts during reparative fibrosis and played a direct role in cell proliferation. Based on these observations, the following study tested the hypothesis that nestin was induced in myofibroblasts secondary to the development of reactive fibrosis in the heart of rats subjected to suprarenal aortic constriction. Two weeks following suprarenal aortic constriction of the adult male rat, a concentric pattern of cardiac hypertrophy was observed and associated with an overt reactive fibrotic response characterized by the increased deposition of collagen in the interstitium and perivascular region of numerous blood vessels. Nestin protein levels were significantly increased in the heart of hypertrophied rats and expression positively correlated with mean arterial pressure and left ventricular systolic pressure. Immunofluorescence approach revealed an increased appearance of nestin-immunoreactive cells in the interstitium and perivascular region of hypertrophied hearts and exhibited a mesenchymal phenotype characterized by collagen co-staining. The latter data suggests that resident fibroblasts may have expressed nestin and/or was induced in response to pro-fibrotic factors implicated in reactive fibrosis. Indeed, the exposure of normal myofibroblasts and myofibroblasts isolated from the hypertrophied heart to AII, TGF-B1 and EGF significantly increased nestin protein levels, whereas α-SMA expression remained unchanged. Moreover and predominantly in the hypertrophied heart, displaced non-vascular CD31(+) cells were detected in the interstitium and perivascular region that co-expressed nestin and collagen suggesting a transition of endothelial cells to a mesenchymal phenotype. Indeed, filamentous nestin was detected in human coronary artery endothelial cells and exposure to TGF-B1 induced collagen expression. By contrast, collagen was detected in CD31(+) rat microvascular endothelial cells whereas nestin expression was absent. In response to TGF-B1 and EGF, nestin was expressed in rat microvascular endothelial cells but the reported filamentous phenotype was not observed. Collectively, these data support the premise that the progression of the reactive fibrotic response in the hypertrophied heart secondary to suprarenal aortic constriction was attributed in part to the increased appearance of nestin(+) mesenchymal cells originating in part from resident ventricular myofibroblasts. Moreover, the in vivo and in vitro data further suggest that displaced endothelial cells may represent an additional source of nestin(+) mesenchymal cells in the hypertrophied heart contributing to the development of reactive fibrosis. Targeting nestin may represent a potential therapeutic approach to attenuate the reactive fibrotic response regardless the cellular origin of the mesenchymal cell.