L’effet de l’hyperoxie néonatale sur la néovascularisation post-ischémique à l’âge adulte

Abstract

Il est de plus en plus reconnu que les conditions néonatales, incluant la prématurité, peuvent moduler de façon significative la santé cardiovasculaire chez l’adulte. Les bébés prématurés sont souvent exposés à de hauts niveaux d’oxygène, ce qui dans des modèles animaux a été associé chez l’adulte au développement de la dysfonction endothéliale, de l’hypertension et du remodelage cardiaque. La néovascularisation est un mécanisme de défense essentiel contre les maladies vasculaires ischémiques. Ici nous avons testé l’hypothèse qu’une exposition néonatale à un haut taux d’oxygène pourrait porter atteinte à la néovascularisation post-ischémique à l’âge adulte.

Des souris C57BL/6 ont été exposées à l’hyperoxie (85% O2) ou à la normoxie (20% O2) du jour 2 à 14 après leur naissance. Lorsque les souris ont atteint la maturité (6 à 8 semaines), une ischémie du membre postérieur a été réalisée de façon chirurgicale, par le retrait de l’artère fémorale. Nous avons découvert que l’hyperoxie néonatale est associée à une diminution significative de la récupération du flux sanguin après l’ischémie du membre postérieur, comme démontré par l’imagerie au moyen d’un Laser Doppler. Les ratios du flux Doppler sont significativement diminués chez les souris exposées à l’hyperoxie néonatale au jour 7 et au jour 21 après la chirurgie. Au niveau des muscles ischémiques, l’hyperoxie néonatale est associée à une diminution de la densité capillaire, une augmentation du stress oxydant et une réduction de l’expression de l’enzyme superoxyde dismutase de type 1 (SOD1) et du facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF). Les cellules angiogéniques circulantes (PACs) ont un rôle important dans la néovascularisation postnatale. Nous avons découvert que l’exposition à une hyperoxie néonatale est associée chez l’adulte à une diminution significative du nombre de PACs dans la moelle osseuse et dans la rate au jour 7 après l’ischémie du membre postérieur. De plus, la propriété d’adhérence des PACs aux cellules endothéliales de veine ombilicale humaine (HUVECs) fut significativement diminuée chez les souris exposées à l’hyperoxie néonatale. Les cellules endothéliales isolées de l’aorte de souris exposées aux conditions hyperoxiques à la naissance démontrent une altération de leur capacité de migration, une diminution de la production d’oxyde nitrique et une réduction de la formation de tubules.

Globalement, nos résultats indiquent que l’exposition transitoire néonatale à des niveaux élevés d’oxygène porte atteinte à la néovascularisation post-ischémique à l’âge adulte. Les mécanismes impliqués comprennent des effets délétères sur les voies de signalisation angiogéniques dans les muscles ischémiques, et également une diminution du nombre et de la fonction des PACs et des cellules endothéliales matures.

It is increasingly recognized that neonatal conditions, including prematurity, can significantly modulate adult cardiovascular health. Premature infants are often exposed to high oxygen levels, which in animal models has been associated with the development of endothelial dysfunction, hypertension, and cardiac remodeling in the adult. Neovascularization is an essential defense mechanism against ischemic vascular diseases. Here we tested the novel hypothesis that neonatal exposure to high oxygen levels might impair ischemia-induced neovascularization in the adult. C57BL/6 mice were exposed to hyperoxia (85% O2) or normoxia (20% O2) from days 2 to 14 after birth. When the mice reached adulthood (6-8 weeks), hindlimb ischemia was surgically induced by femoral artery removal. We found that neonatal hyperoxia was associated with a significantly slower rate of blood flow recovery after hindlimb ischemia, as assessed by Laser Doppler imaging. Doppler flow ratios were significantly reduced in mice exposed to neonatal hyperoxia, both at day 7 and at day 21 after surgery. In ischemic tissues, previous exposure to neonatal hyperoxia led in adults to decreased capillary density, increased oxidative stress levels and reduced expression of the enzyme superoxide dismutase 1 (SOD1) and Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF). Pro-angiogenic cells (PACs) have been shown to have an important role for postnatal neovascularisation. In adult mice, we found that previous neonatal exposure to hyperoxia was associated with a significant reduced number of bone marrow and peripheral PACs at day 7 after hindlimb ischemia. Moreover, the adhesion properties of PACs to Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) were significantly impaired in mice exposed to neonatal v hyperoxia. Interestingly, aortic endothelial cells (MAECs) isolated from mice that had been exposed to neonatal hyperoxic conditions appear to exhibit impaired migration capacity, lower NO production and reduction of tube formation compared to MAECs isolated from control mice. Globally, our results indicate that transient neonatal exposure to high oxygen levels leads to impaired ischemia-induced neovascularization during adulthood. The mechanism involves negative effects of neonatal hyperoxia on angiogenic pathways in ischemic muscles, together with a reduction in the number and the function of PACs and mature endothelial cells.