| Summary: | Cystic fibrosis (CF) is an autosomal recessive disease caused by mutations in the CF Transmembrane Conductance Regulator (CFTR). Individuals are usually diagnosed in infancy and are burdened with extensive medical treatments throughout their lives. The treatments currently available attempt to preserve lung function by addressing bacterial infections and physiological defects of the CF lung. There are many CF phenotypes not addressed by current therapies such as high levels of inflammation, high oxidative/nitrosative stress, abnormal levels of polyunsaturated fatty acids (PUFA) and defects in ceramide. Based on our preliminary studies, we hypothesized that fenretinide could address these gaps in CF treatment. Our previous studies demonstrated the protective effects of fenretinide, a derivative of vitamin A, in CF mice. The drug treatment in CF mice improved clearance of lung infections and normalized the levels of ceramide, which were abnormally low in CF. In this thesis, we show that the abnormal levels of PUFAs, arachidonic acid (AA) and docosahexaenoic acid (DHA), are associated with the defects in ceramide in CF patients. Fenretinide treatment in CF mice improved the PUFA imbalance systemically and in CF-related organs, lung, ileum, pancreas and liver. The drug also reduced the expression of inflammatory genes, IL-1β and S100A8, in the lung of CF mice. Fenretinide had prolonged normalizing effects on PUFA and ceramide levels in mice with one dose improving the lipids up to 90 hours after treatment. It also reduced the levels of malondialdehyde, a marker of lipid peroxidation, and nitrotyrosine, a marker of nitrosative stress. High levels of lipid peroxidation and nitrosative stress were correlated with greater defects in lipids. Lipids from leukocytes isolated from CF patients responded to fenretinide treatment in similar ways with a reduction in AA, and increased DHA and ceramide. Lipid peroxidation also decreased in CF cells. We also tested different formulations of the drug in monkeys and demonstrated a drug effect in yet another animal species. CF patients periodically experience worsening of their pulmonary symptoms and these events are called pulmonary exacerbations (PEx). These events impact the progression of lung disease however they are nearly impossible to prevent. We followed a cohort of CF patients during stable disease to evaluate markers associated with the risk of a future PEx. We determined that at stable disease, a worse clinical picture and a lower score on the patient's quality of life assessment were related to a higher risk of a PEx. After treatment for PEx, patients with high levels of inflammation had rapidly re-exacerbated. We discovered that the aggressive treatments used during PEx decreased inflammatory markers but also improved the defects in PUFA by decreasing AA and increasing DHA. Additionally, treatments for PEx reduced the levels of malondialdehyde and nitrotyrosine, however they are not feasible for chronic use unlike fenretinide. Fenretinide has been used in long-term cancer prevention trials. The reported side-effects were minimal and reversible with short drug-free intervals. The results in this thesis show the impact of fenretinide on improving lipid defects, reducing inflammation and normalizing high levels of lipid peroxidation and nitrosative stress. These phenotypes are not currently addressed in routine CF therapy thus fenretinide is a good candidate for future clinical trials. === La fibrose kystique (FK) est une maladie génétique, à transmission autosomique récessive, causée par une mutation du gène CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator). Présentement, les traitements disponibles pour las FK cherchent à maintenir le fonctionnement des poumons en ciblant les infections pulmonaires et les problèmes physiologiques du poumon FK. Plusieurs phénotypes, dont les niveaux élevés d'inflammation, le stress oxydatif/nitrosatif élevé, les niveaux anormaux d'acides gras polyinsaturés (AGPI) et de céramide, ne bénéficient pas de ces thérapies. Suite à nos études préliminaires, nous avons émis l'hypothèse que la fenrétinide pourrait combler ce manque dans l'arsenal thérapeutique de la FK. Nos études précédentes ont démontré que le traitment des souris FK avec la fenrétinide, un dérivé de la vitamine A, a amélioré l'élimination des infections pulmonaires et avait normalisé les niveaux de céramide. Dans cette thèse de doctorat, nous démontrons que des niveaux anormaux d'AGPI, notamment l'acide arachidonique (AA) et l'acide docosahexaénoïque (ADH), sont associés avec une carence en céramide chez les patients FK. Le traitement avec fenrétinide chez les souris FK a amélioré le déséquilibre en AGPI dans le plasma et tous les organes liés à la FK, soit les poumons, l'iléon, le pancréas et le foie. Ce médicament a aussi réduit l'expression des gènes proinflammatoires, IL-1β et S100A8, dans les poumons des souris FK. Une dose unique de fenrétinide avait des effets de longue durée sur les AGPI et céramide chez les souris. Les niveaux de malondialdéhyde, un indice de peroxydation des lipides, et de nitrotyrosine, un indice de stress nitrosatif, ont également été réduits. Les niveaux élevés de peroxydation et de stress nitrosatif étaient corrélés avec de plus grosses carences lipidiques. En utilisant des leucocytes isolés des patients FK, nous avons démontré que les lipides des cellules humaines peuvent être modifiés par la fenrétinide de la même façon que chez les souris, soit en réduisant l'AA et augmentant de l'ADH. La peroxydation des lipides et les niveaux de nitrotyrosine sont aussi réduits par le traitement. Nous avons essayé différentes formulations de fenrétinide chez les singes, qui démontrent l'effet du médicament sur les AGPI dans un autre modèle animal. Les patients FK souffrent de façon intermittente d'une détérioration de leurs symptômes nommée exacerbation pulmonaire (EP). Ces événements ont un impact important sur la progression de la maladie, mais sont par contre presque impossible à prévenir. Nous avons suivi une cohorte de patients FK pendant des périodes de maladie stable pour évaluer des marqueurs associés à un risque d'EP future. Nous avons déterminé, lors de ces périodes stables, qu'un pire état clinique et des scores de qualité de vie inférieurs sont associés à un risque d'EP plus élevé. Après traitement de l'EP, les patients avec plus d'inflammation ont rapidement redéveloppé une EP. Nous avons constaté que les traitements agressifs prescrits aux patients lors des EP ont non seulement réduit les marqueurs d'inflammation, mais ont aussi amélioré les défauts dans les AGPI, réduisant l'AA et augmentant l'ADH. Ces traitements ont aussi réduit les niveaux de malondialdéhyde et de nitrotyrosine. Par contre, ces améliorations ne sont que transitoires et la nature agressive de ces traitements n'en permet pas l'usage quotidien. La fenrétinide a été utilisé dans des études à long terme pour le cancer. Les effets secondaires sont mineurs et réversibles avec de courts intervalles d'interruption du traitement. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent l'impact de la fenrétinide sur l'amélioration des défauts lipidiques, la réduction de l'inflammation, des hauts niveaux de peroxydation et du stress nitrosatif. Ces phénotypes ne sont pas traités par les thérapies actuellement disponibles pour la FK, donc la fenrétinide représente un bon candidat pour des essais cliniques futurs.
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