Régulation par NCF1 des espèces réactives de l’oxygène dans les cellules de Kupffer : sensibilité à la ferroptose et impact sur la MASH

Introduction

La stéatopathie métabolique (MASLD), auparavant appelée stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD), présente une prévalence mondiale de 25,2% et constitue l’une des principales causes de maladies chroniques du foie chez les adultes et les enfants. La MASLD englobe un éventail d’anomalies histopathologiques hépatiques, allant de la simple stéatose à la stéatohépatite métabolique (MASH), une maladie inflammatoire susceptible de progresser vers la cirrhose, le carcinome hépatocellulaire (CHC) et l’insuffisance hépatique au stade terminal. Actuellement, il n’existe aucun traitement médicamenteux approuvé pour la MASH. Par conséquent, une compréhension approfondie des mécanismes pathologiques de la MASH est cruciale pour le développement de thérapies efficaces.

Contexte et objectifs de l’étude

Des recherches récentes ont indiqué que les cellules de Kupffer (KCs) auto-entretenues sont endommagées dans la MASH. Une augmentation de la mort des KCs entraîne la génération progressive de macrophages dérivés de monocytes (MoMcs) pour reconstituer le réservoir de KCs. Ces nouveaux macrophages présentent un profil transcriptomique distinct de celui des KCs et une caractéristique inflammatoire plus marquée. Les études suggèrent que le stress oxydatif est un facteur clé dans l’aggravation de la stéatose en MASH. Le facteur de cytosol des neutrophiles 1 (NCF1) est un régulateur crucial du stress oxydatif, et ses polymorphismes sont associés à une susceptibilité à diverses maladies auto-immunes inflammatoires chroniques. Cependant, il est encore indéterminé si et comment NCF1 régule les réactions oxydatives et inflammatoires dans la MASH induite par le régime alimentaire. En outre, identifier le type de cellule jouant un rôle pathogène par NCF1 dans la MASH présente un intérêt clinique significatif.

Institutions de recherche et informations de publication

Cet article a été réalisé par des chercheurs de plusieurs instituts et hôpitaux de l’Université Jiaotong de Xi’an, incluant Jing Zhang, Yu Wang, Meiyang Fan, Liesu Meng, et a été publié le 6 août 2024 dans « Cell Metabolism » (DOI : https://doi.org/10.1016/j.cmet.2024.05.008).

Méthodes et processus de recherche

Processus expérimental

La recherche suit le processus suivant :

1. Analyse de l’expression génétique de NCF1

   • Utilisation de la cytométrie en flux pour analyser les cellules hépatiques de souris MASH, et détecter l’expression de NCF1.

2. Étude phénotypique

   • Utilisation de souris de type sauvage (WT), de souris NCF1* et de souris transgéniques exprimant spécifiquement NCF1 dans les macrophages CD68+ (NCF1*.NCF1tg-CD68), nourries sous différentes conditions alimentaires (régime déficient en méthionine/choline et régime riche en graisses) pour évaluer les indicateurs de la fonction hépatique et les changements histologiques.

3. Mesure des niveaux de fer et des espèces réactives de l’oxygène (ROS)

   • Utilisation de la sonde Phen Green SK et d’anticorps contre la ferritine pour évaluer, par cytométrie en flux, la teneur en fer et le niveau de peroxydation lipidique dans les KCs et MoMcs de souris.

4. Expérimentations avec des inhibiteurs de ferroptose

   • Évaluation de l’impact de l’injection de l’inhibiteur de ferroptose Ferrostatin-1 (Fer-1) sur les symptômes de MASH et la ferroptose chez les souris.

5. Expérimentation de co-culture cellulaire

   • Établissement d’un système de co-culture des cellules de Kupffer et des hépatocytes pour étudier le rôle du milieu conditionné (CM) sécrété par les macrophages stimulés par PA sur la production d’Hepcidin par les hépatocytes et l’impact sur la surcharge en fer des KCs.

Analyse des données et algorithmes

Analyse par séquençage ARN, combinée avec les données de cytométrie en flux, en utilisant diverses méthodes statistiques pour analyser et comparer l’expression génique, les niveaux de protéines et les biomarqueurs.

Résultats de la recherche

1. Expression de NCF1 et ses impacts

   • NCF1 est principalement exprimé dans les cellules de Kupffer (KCs) et les macrophages dérivés de monocytes (MoMcs). Une régulation à la hausse significative de NCF1 a été observée dans le foie des souris MASH.

2. Changements phénotypiques

   • Les souris mutantes NCF1* présentent une stéatose, une réaction inflammatoire, et une fibrose plus légères, tandis que la restauration de l’expression de NCF1 dans les macrophages CD68+ aggrave ces indicateurs, prouvant le rôle exacerbé de l’expression de NCF1 dans les macrophages sur la sévérité de la MASH.

3. Niveaux de fer et peroxydation lipidique dans les KCs et MoMcs

   • Les niveaux de fer sont augmentés dans les KCs des souris MASH, mais significativement réduits dans les souris mutantes NCF1*. NCF1 favorise la ferroptose des KCs comme révélé par la détection des produits de peroxydation lipidique.

4. Efficacité des inhibiteurs de ferroptose

   • Ferrostatin-1 (Fer-1) améliore significativement la fonction hépatique, réduit l’inflammation et la fibrose hépatique chez les souris MASH, et diminue la accumulation de fer et la peroxydation lipidique dans les KCs, confirmant le rôle clé de la ferroptose dans la MASH.

5. Système OxPLs et Hepcidin

   • NCF1 promeut la formation de phospholipides oxydés (OxPLs) dans les KCs par augmentation de la génération de ROS. Ces OxPLs, agissant comme messagers, activent le récepteur Toll-like 4 (TLR4) dans les hépatocytes, augmentant ainsi la production d’Hepcidin, ce qui entraîne la surcharge en fer et la ferroptose des KCs.

Conclusion

Cette étude, en dévoilant le rôle de NCF1 dans les macrophages, clarifie le mécanisme de la ferroptose dans les cellules de Kupffer dans la MASH. NCF1 augmente la génération d’OxPLs, activant la voie TLR4 dans les hépatocytes, ce qui stimule la production d’Hepcidin et conduit à la surcharge en fer et à la ferroptose des cellules de Kupffer. Les résultats suggèrent que les stratégies thérapeutiques ciblant NCF1 et les voies signalétiques susmentionnées pourraient offrir de nouvelles directions de traitement pour les patients atteints de MASH.

Aspects clés de l’étude et valeur

1. Découverte majeure

   • Première mise en évidence du mécanisme précis par lequel NCF1 favorise la ferroptose des cellules de Kupffer dans la MASH, offrant une nouvelle perspective pour les études pathologiques de la MASH.

2. Potentiel thérapeutique

   • L’étude indique que NCF1 et ses voies de signalisation associées pourraient constituer des cibles thérapeutiques potentielles pour améliorer le devenir des cellules de Kupffer et limiter la progression de la MASH.

3. Innovation théorique

   • Introduction de la théorie du « cycle vicieux » décrivant comment OxPLs, via l’activation de l’axe TLR4-Hepcidin, favorisent la surcharge en fer et la ferroptose, fournissant une base théorique importante pour le traitement futur de la MASH.

4. Innovation méthodologique

   • Usage innovant de divers modèles murins et systèmes de co-culture cellulaire pour élucider le mécanisme d’action de NCF1 dans les macrophages sur la MASH, avec validation à travers les principaux chemins de signalisation.

Ces découvertes jettent les bases essentielles pour une meilleure compréhension des mécanismes de pathogénie de la MASH et du développement de méthodes de traitement associées.