Contexte académique et problématique

La fibrose pulmonaire idiopathique (Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF) est une maladie pulmonaire interstitielle progressive associée au vieillissement et un facteur de risque indépendant pour le cancer du poumon. Des études épidémiologiques indiquent que 3 à 22 % des patients atteints d’IPF développent un cancer du poumon au cours du suivi, et l’incidence cumulative augmente avec le temps, faisant du cancer du poumon l’une des principales causes de mortalité chez ces patients. Le cancer du poumon associé à l’IPF (IPF-LC) présente une agressivité significativement plus élevée que le cancer du poumon sporadique, en particulier le cancer du poumon non à petites cellules (Non-Small Cell Lung Cancer, NSCLC), qui est le principal type histologique de l’IPF-LC. Cependant, il n’existe actuellement aucune ligne directrice spécifique pour le traitement de l’IPF-LC, et les traitements standards du cancer du poumon, tels que la chimiothérapie, la radiothérapie, l’immunothérapie et la thérapie ciblée, peuvent entraîner des exacerbations aiguës de l’IPF en pratique clinique, limitant ainsi les options de traitement pour les patients atteints d’IPF-LC. Par conséquent, élucider les mécanismes moléculaires sous-jacents à la progression de l’IPF-LC est crucial pour développer de nouvelles cibles thérapeutiques.

Ces dernières années, les fibroblastes associés au cancer (Cancer-Associated Fibroblasts, CAFs) dans le microenvironnement tumoral (Tumor Microenvironment, TME) ont attiré une attention considérable. Les CAFs favorisent la prolifération des cellules tumorales, l’évasion immunitaire, la métastase et la résistance aux traitements en remodelant la matrice extracellulaire (Extracellular Matrix, ECM) et en sécrétant des facteurs de croissance et des cytokines. Des études ont montré que les myofibroblastes dans l’IPF partagent de nombreuses similitudes avec les CAFs, notamment une activation excessive soutenue, une prolifération anormale, des caractéristiques mésenchymateuses et l’activation de voies de signalisation similaires. De plus, il a été démontré que les fibroblastes dans l’IPF peuvent favoriser la tumorigenèse et la progression tumorale. Cependant, le nombre d’études disponibles est limité.

La sénescence cellulaire (Cellular Senescence) est un processus irréversible conduisant à l’arrêt du cycle cellulaire, et elle est de plus en plus impliquée dans la pathogenèse de l’IPF. Bien que la sénescence cellulaire ait initialement été considérée comme un mécanisme de suppression tumorale, des études récentes suggèrent que les fibroblastes sénescents peuvent favoriser la prolifération et l’invasion des cellules tumorales par la sécrétion de facteurs du phénotype sécrétoire associé à la sénescence (Senescence-Associated Secretory Phenotype, SASP). Par conséquent, étudier l’impact des fibroblastes sénescents de l’IPF sur le comportement malin des cellules NSCLC est d’une importance capitale.

Origine de l’article

Cet article a été rédigé par Yuqiong Lei, Cheng Zhong, Jingyuan Zhang, Qi Zheng, Yongle Xu, Zhoubin Li, Chenwen Huang et Tao Ren, affiliés respectivement au Département de médecine respiratoire de l’Hôpital du Peuple de Shanghai affilié à l’École de médecine de l’Université Jiao Tong de Shanghai, au Département de transplantation pulmonaire et de chirurgie thoracique du Premier Hôpital affilié de l’Université du Zhejiang, au Centre de recherche clinique de l’Hôpital du Peuple de Shanghai affilié à l’École de médecine de l’Université Jiao Tong de Shanghai, et au Centre des cellules souches de l’Hôpital du Peuple de Shanghai. L’article a été publié en 2024 dans la revue Oncogene, avec le DOI : https://doi.org/10.1038/s41388-024-03236-5.

Processus et résultats de la recherche

1. Caractéristiques de sénescence des fibroblastes de l’IPF

L’étude a d’abord détecté les marqueurs de sénescence (γH2AX, p53, p16, p21) dans les tissus pulmonaires de patients atteints d’IPF par co-localisation immunofluorescente, révélant que les fibroblastes, les cellules alvéolaires de type I (AT1) et les cellules alvéolaires de type II (AT2) présentaient tous un phénotype sénescent, les fibroblastes étant les plus touchés. Par rapport au groupe témoin sain, l’expression de γH2AX, p53, p16 et p21 était significativement augmentée dans les tissus pulmonaires de l’IPF. L’extraction de fibroblastes primaires a montré que les fibroblastes de l’IPF (DHLFs) présentaient des caractéristiques typiques de sénescence, telles qu’une augmentation de la taille des cellules, une morphologie irrégulière, une expression accrue d’α-SMA et de Vimentin, ainsi qu’une capacité de prolifération significativement réduite. Les tests d’activité SA-β-gal ont confirmé les caractéristiques de sénescence des DHLFs.

2. Les fibroblastes sénescents de l’IPF favorisent la prolifération et l’invasion des cellules NSCLC

En utilisant un modèle de co-culture indirecte par chambres Transwell, l’étude a montré que les cellules NSCLC (A549 et SK-MES-1) co-cultivées avec des fibroblastes de l’IPF présentaient une transformation morphologique d’un aspect pavimenteux à une forme fusiforme, suggérant une transition épithéliale-mésenchymateuse (Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT). Les tests CCK8 ont révélé que les cellules NSCLC co-cultivées avec des fibroblastes de l’IPF avaient une capacité de prolifération significativement accrue. De plus, les tests de formation de colonies et les expériences Transwell ont montré que les fibroblastes de l’IPF augmentaient significativement la capacité de formation de colonies et les capacités d’invasion et de migration des cellules NSCLC. L’analyse par Western blot a montré que les fibroblastes de l’IPF favorisaient les changements d’expression des protéines liées à l’EMT, comme une diminution de l’E-cadherin et une augmentation de la N-cadherin, de la Vimentin et de Snail.

3. Les exosomes sécrétés par les fibroblastes de l’IPF favorisent la transformation maligne des cellules NSCLC

Pour identifier les composants spécifiques sécrétés par les fibroblastes de l’IPF qui influencent les changements phénotypiques des cellules NSCLC, l’étude a isolé des microvésicules (MVs), des exosomes et un surnageant sans vésicules extracellulaires (EVs-free) par centrifugation différentielle. La détection par Western blot a confirmé l’extraction réussie des exosomes. Les tests CCK8 et de formation de colonies ont montré que les exosomes avaient l’effet le plus significatif sur la prolifération et la formation de colonies des cellules NSCLC. La microscopie électronique à transmission (TEM) et l’analyse de suivi de nanoparticules (NTA) ont confirmé la structure bilamellaire des exosomes et leur distribution de taille (30-150 nm). Les exosomes marqués par fluorescence ont été internalisés par les cellules NSCLC en 4 heures, avec une absorption importante en 24 heures. Des expériences supplémentaires ont montré que les exosomes sécrétés par les fibroblastes de l’IPF augmentaient significativement la prolifération et la capacité de formation de colonies des cellules NSCLC.

4. Les facteurs SASP dans les exosomes des DHLFs sont associés à la progression du NSCLC

L’analyse par spectrométrie de masse a révélé que 392 protéines étaient surexprimées dans les exosomes des DHLFs, y compris des composants clés du SASP tels que FBLN2, IL-6, MMP1, MMP3 et IGFBP3. L’analyse d’enrichissement de l’ontologie génique (GO) a montré que “l’exosome extracellulaire” était le composant cellulaire le plus enrichi, et l’analyse des voies KEGG a révélé que les voies de signalisation PI3K-AKT-mTOR et de sénescence cellulaire étaient significativement enrichies. L’analyse de séquençage monocellulaire a en outre identifié des sous-populations spécifiques de fibroblastes de l’IPF, qui présentaient des scores de sénescence plus élevés et une expression accrue de protéines liées au remodelage de la matrice extracellulaire et à la fibrose. L’évaluation quantitative des facteurs SASP a montré une augmentation significative de l’expression des facteurs SASP dans les exosomes de l’IPF, avec une différence d’expression particulièrement marquée pour MMP1.

5. MMP1 est un facteur clé dans la promotion de la progression du NSCLC par les exosomes des DHLFs

L’étude a montré que les fibroblastes des tissus pulmonaires de l’IPF exprimaient fortement MMP1, contrairement aux fibroblastes des tissus pulmonaires normaux. Les expériences de Western blot et ELISA ont confirmé que l’expression de MMP1 était significativement plus élevée dans les DHLFs et leurs exosomes que dans les fibroblastes normaux. En utilisant des shRNA pour réduire l’expression de MMP1, l’étude a montré que les exosomes avec une expression réduite de MMP1 affaiblissaient significativement la prolifération et la capacité de formation de colonies des cellules NSCLC. Des expériences supplémentaires ont montré que MMP1 exerçait ses effets pro-tumoraux en activant le récepteur PAR1 et la voie de signalisation PI3K-AKT-mTOR.

6. Les exosomes des DHLFs favorisent la prolifération des cellules cancéreuses pulmonaires via l’activation de la voie PAR1-PI3K-AKT-mTOR

PAR1 est un récepteur largement reconnu pour MMP1. L’étude a utilisé l’antagoniste PAR1 SCH79797 pour confirmer que MMP1 exerce ses effets pro-tumoraux en se liant à PAR1. L’analyse RNA-seq a montré que 407 gènes étaient régulés à la hausse et 182 gènes à la baisse dans les cellules SK-MES-1 traitées avec des exosomes de DHLFs. Les analyses GO et KEGG ont indiqué que la voie de signalisation PI3K-AKT était significativement enrichie. Les expériences de Western blot ont confirmé que les exosomes de DHLFs activaient significativement la voie PI3K-AKT-mTOR dans les cellules NSCLC, tandis que les exosomes avec une expression réduite de MMP1 atténuaient cette activation.

7. MMP1 exosomal favorise la croissance tumorale in vivo

Les expériences de formation de tumeurs sous-cutanées chez des souris nues ont montré que les exosomes de DHLFs favorisaient significativement la croissance tumorale, tandis que les exosomes avec une expression réduite de MMP1 ou l’inhibiteur PAR1 atténuaient cet effet pro-tumoral. L’analyse immunohistochimique et Western blot a en outre confirmé que les exosomes de DHLFs activaient la voie PI3K-AKT-mTOR pour favoriser la croissance tumorale.

Conclusion et signification

Cette étude démontre que les fibroblastes sénescents de l’IPF favorisent la progression du NSCLC en sécrétant des exosomes contenant MMP1, qui activent la voie de signalisation PAR1-PI3K-AKT-mTOR. Ces résultats offrent de nouvelles perspectives thérapeutiques pour les patients atteints d’IPF-LC, en ciblant les fibroblastes sénescents ou des facteurs clés tels que MMP1 et PAR1 pour inhiber la progression tumorale. De plus, l’étude met en lumière le rôle important des exosomes dans la progression de l’IPF-LC, ouvrant la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Points forts de la recherche

1. Découverte importante : Première démonstration que les fibroblastes sénescents de l’IPF favorisent la progression du NSCLC via les exosomes MMP1.
2. Innovation méthodologique : Utilisation de la spectrométrie de masse et du séquençage monocellulaire pour identifier systématiquement les facteurs SASP dans les exosomes des fibroblastes de l’IPF.
3. Valeur applicative : Les résultats offrent de nouvelles cibles thérapeutiques pour les patients atteints d’IPF-LC, avec un potentiel clinique significatif.

Autres informations pertinentes

Les limites de l’étude incluent le fait qu’elle se concentre uniquement sur l’effet pro-tumoral de MMP1 exosomal, sans explorer pleinement le rôle des autres composants actifs des exosomes. Les recherches futures viseront à étudier ces composants pour identifier davantage de cibles thérapeutiques potentielles. De plus, la taille de l’échantillon de patients IPF et de témoins sains est relativement petite, et des études futures prévoient de collecter davantage d’échantillons pour améliorer la fiabilité et la validité des résultats.