Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Diabète induit par les glucocorticoïdes“

Après la naissance, la croissance et les propriétés contractiles et métaboliques des fibres musculaires sont soumises à une régulation endocrinienne complexe. A l’exception des glucocorticoïdes, la plupart des hormones présente une action anabolique sur le tissu musculaire. Leur influence sur les caractéristiques des fibres est cependant très différente. Ainsi, les hormones somatotropes affectent peu la composition en fibres des muscles. La GH, comme l’IGF-1, régulerait cependant l’expression des isoformes de myosine. Les hormones thyroïdiennes augmentent la proportion des fibres rapides au détriment des lentes. Elles régulent l’expression des chaînes lourdes de myosine, en augmentant celles des isoformes rapides. L’insuline joue également un rôle important, le diabète s’accompagnant d’une diminution du pourcentage relatif des fibres rapides glycolytiques et de la quantité des myosines natives rapides. Les agonistes béta-adrénergiques des catécholamines augmentent la proportion des fibres rapides IIB au détriment des lentes. Leur influence sur l’expression des myosines reste toutefois peu connue. L’action des stéroïdes sexuels est par contre bien documentée : les androgènes diminuent la proportion des fibres rapides IIB, et l’accumulation des chaînes lourdes de myosine IIb. Les oestrogènes ont peu d’effets reconnus sur ces caractéristiques. Enfin, si les fibres IIB constituent la principale cible des glucocorticoïdes, leur effet sur les caractéristiques des fibres est encore mal connu. L’ensemble de ces données suggère que l’on peut modifier la croissance du muscle et sa composition en fibres en modifiant l’équilibre endocrinien des animaux par les techniques d’élevage.

Une exposition excessive aux glucocorticoïdes (GC), comme observée chez les patients recevant une corticothérapie, peut entraîner un dysfonctionnement des cellules β et un diabète chez jusqu'à 40% des patients. Dans l'obésité, une surexposition locale au cortisol secondaire à une altération du métabolisme du cortisol contribue à l'apparition du diabète. Des doses élevées de GC comme la dexaméthasone (DEX) inhibent la sécrétion d'insuline stimulée par le glucose (SISG), mais les effets de doses plus faibles et des autres GC, tels que l'hydrocortisone (HC) et la prednisone (PRED), restent peu étudiés. L'enzyme 5α-réductase de type 1 (SRD5A1) est une enzyme cruciale pour la dégradation des GC, modulant ainsi leur biodisponibilité. L'inhibition de SRD5A1 est associée à une altération de la sensibilité à l'insuline et à un risque accru de diabète. La première partie de ma thèse étudie l'impact de doses "thérapeutiques faibles" de PRED (équivalentes à 5 à 10 mg par voie orale) et d'autres GC sur la SISG étudiée par périfusion dans des îlots isolés de pancréas humains. Tous les GCs diminuent significativement la SISG, la DEX ayant un impact plus important que la PRED et l'HC. L'IMC, l'âge ou le sexe n'influencent pas significativement l'impact de la PRED sur la sécrétion d'insuline. La deuxième partie du travail caractérise le métabolisme des GC dans les îlots humains. SRD5A1 est la seule réductase A-ring dans les îlots, et son expression, ainsi que celle de HSD11B1, est localisée dans les cellules β des îlots. Nous avons démontré l'existence d'un métabolisme intracrine du cortisol dans des cultures primaires d’îlots humains. L’expression de HSD11B1 et SRD5A1 est significativement diminuée dans les îlots des donneurs atteints de DT2 par rapport aux donneurs normoglycémiques. La dernière partie visait à prouver que la diminution de la biodisponibilité du cortisol via la surexpression de SRD5A1 dans les îlots humains atténue l'effet inhibiteur des GC sur la SISG. La surexpression de SR5DA1 a permis d’atténuer l'impact de l'HC sur la première phase de la SISG, mais pas de la PRED. En conclusion, même à faibles doses, les GC altèrent la SISG. La diminution de l'expression de SRD5A1 dans les îlots peut contribuer au développement du diabète dans un contexte métabolique. La surexpression de SRD5A1 protège contre l'impact délétère du cortisol sur la SISG. Ces résultats supportent le rôle de SRD5A1 dans la surexposition locale au cortisol et le développement du diabète. Cependant, l'augmentation de l'activité de SRD5A1 ne semble pas efficace pour protéger contre les complications métaboliques induites par la corticothérapie. D'autres aspects de la fonction des cellules β, en particulier la viabilité cellulaire, vont être étudiés. Par ailleurs, le bénéfice potentiel de SRD5A1 dans la modulation de la résistance à l'insuline et de la stéatose hépatique doivent être étudiés. Ces études complémentaires permettront de mieux comprendre le potentiel du gène SRD5A1 dans la modulation de la résistance à l'insuline et de la maladie du foie gras
Excessive glucocorticoid (GC) exposure, as seen in patients receiving GC therapy, can lead to β-cell dysfunction and diabetes in up to 40% of the cases. In obesity, increased local cortisol exposure due to altered metabolism contributes to diabetes onset. High doses of GCs like dexamethasone (DEX) are known to inhibit glucose-stimulated insulin secretion (GSIS), but the effects of lower doses and other GCs, such as hydrocortisone (HC) and prednisone (PRED), remain underexplored. The enzyme 5α-reductase type 1 (SRD5A1) is a crucial enzyme for GC degradation, modulating their bioavailability. Inhibition or knockout of SRD5A1 is associated with impaired insulin sensitivity and increased diabetes risk. This first part of my thesis investigates the impact of “low therapeutic” doses of PRED (equivalent to 5 to 10 mg administrated orally) and other GCs on glucose stimulated insulin secretion (GSIS). We showed that PRED significantly decreases GSIS, with DEX having a worse effect compared to PRED and HC. BMI, age, or sex do not significantly influence the direct impact of PRED on insulin secretion. The second part of the work aimed to characterize GC metabolism in human islets. SRD5A1 is the only A-ring reductase expressed in islets, and its expression, along with HSD11B1, is localized within the β-cells of human islets. We demonstrated evidence of intracrine metabolism of cortisol in intact primary human islets cultured under dynamic experimental settings. Expression data reveals significantly diminished expression of both HSD11B1 and SRD5A1 in T2D donors compared to normoglycemic donors. The last part aimed to provide proof of concept that decreased cortisol bioavailability via the overexpression of SRD5A1 in human islets mitigates the inhibitory effect of GCs on GSIS. SR5DA1 overexpression attenuated the impact of HC on the first phase of insulin secretion, but not the PRED impact. To conclude, even at low doses, GCs impair GSIS. The decrease in SRD5A1 expression in islets may contribute to the development of diabetes in metabolic context. SRD5A1 overexpression protects against the deleterious impact of cortisol on GSIS, providing additional evidence to support the enzyme's role in local cortisol overexposure and the development of diabetes. However, increasing SRD5A1 activity may not be an effective approach to protect against metabolic complications induced by GC therapy. Other aspects of β-cell function, especially cell viability, need to be studied. Moreover, the potential benefits of SRD5A1 in modulating insulin resistance and fatty liver disease should be investigated. These further studies will provide more insight into the potential of SRD5A1 as a therapeutic target

L’obésité est devenue une véritable épidémie mondiale qui résulte principalement de la surnutrition mais peut également avoir une origine iatrogène, par la prise au long cours de glucocorticoïdes (GC). Le but de ce travail a été d’identifier les mécanismes impliqués dans la survenue et dans le développement de l’obésité nutritionnelle et induite par les GC. Le modèle d’obésité induite par un régime hyperlipidique a permis de caractériser des perturbations intestinales associées: une capacité d’absorption des acides aminés élevée, un temps de transit ralenti et une perméabilité intestinale augmentée ainsi qu’une flore intestinale altérée qui pourraient concourir à moduler la balance azotée et énergétique.Parallèlement, le second modèle de diabète et d’obésité cortico-induits a révélé des effets différentiels des GCs selon les dépôts adipeux : une hyperplasie adipocytaire et une invasion précoce des macrophages spécifiquement au niveau viscéral ainsi qu’une polarisation macrophagique distincte entre les dépôts viscéraux et sous-cutanés. L’accumulation des macrophages viscéraux est responsable tout au moins partiellement de l’insulino-résistance induite par les GC. D’autre part, en terme d’homéostasie glucidique, le traitement par GC provoque des réponses différentes sur deux fonds génétiques distincts ce qui s’explique par une adaptation pancréatique souche-dépendante. L’ensemble de ce travail met en exergue différents mécanismes d’adaptation des organes périphériques à l’obésité
Obesity becomes a worldwide epidemic due to over-nutrition, but also to drug treatments, particularly glucocorticoids (GCs). The aim of this work was to identify the mechanisms involved in obesity induced by high-fat diet or by GCs. High-fat diet-induced obesity model was used to characterize intestinal disturbances: an elevated amino acids absorption capacity, a delayed transit time and an increased intestinal permeability and an altered gut microbiota, which can further modulate nitrogen and energy balance. Meanwhile, GC-induced obesity model revealed differential effects of GCs on fat depots. Adipogenesis and an early increased macrophage infiltration were restricted to visceral adipose tissue with a differential macrophage polarization between visceral and subcutaneous fat pads. Visceral macrophage infiltration was responsible for GC-induced insulin resistance. Moreover, GC exposure resulted in opposite phenotypes of glucose metabolism in two distinct genetic murine backgrounds that could be explained by a strain-dependent pancreatic adaptation. Taken together, our work highlights adaptive mechanisms of peripheral organs during obesity

Le diabète de type 2 peut être programmée au cours de la vie fœtale par l’intermédiaire d’une atteinte des cellules β. Nos travaux précédents ont identifié les glucocorticoïdes (GCs) comme acteurs de cette programmation. Pour mieux comprendre le mode d'action des GCs, mon travail de thèse s’est centré sur 2 aspects de leur signalisation :1) le rôle d’un co-régulateur transcriptionnel du récepteur au GCs (GR), PGC-1α et 2) les conséquences de l’invalidation chez la souris du GR dans les cellules pancréatiques précurseurs (GRPdxCre). Nous avons montré qu’un partenaire du GR, PGC-1α, était stimulé par les GCs dans les cellules β, sa surexpression inhibait l’expression de certains gènes clés dont Pdx1 en se liant avec le GR sur son promoteur. Dans des souris surexprimant PGC-1α dans les cellules β, ce co-régulateur altérait la masse et la fonction des cellules β, entrainant une intolérance au glucose. La surexpression uniquement fœtale de PGC-1α suffisait à induire une dysfonction des cellules β. Nous avons ensuite exploré les souris souris GRPdxCre. Elles possédaient un doublement de la masse et une dysfonction des cellules β. Le transcriptôme des îlots de ces souris a révélé la surexpression des gènes codant Tph1 et 2 (Tryptophane hydroxylase), enzymes de synthèse de la sérotonine, dont le contenu était augmenté dans les îlots des souris GRPdxCre. A l’inverse, l’activation de la voie des GCs dans des cellules β in vitro diminuait l’expression des gènes Tph1 et Tph2 et la synthèse de sérotonine. En conclusion, nos travaux suggèrent que PGC-1α et la sérotonine participent aux effets délétères des GCs sur les cellules β, notamment lors de la programmation fœtale
The etiology of type 2 diabetes is complex. This disease may be programmed during fetal life through an impairment of β cells. We previously identified glucocorticoids (GCs) as actors of this fetal programming since we showed that these hormones inhibit β-cell development. Our work has focused on two aspects of GCs signaling: 1) the role of a GCs receptor (GR) transcriptional co-regulator, PGC-1α and 2) the consequences of the GR invalidation in pancreatic precursor cells. We first showed that the GR co-regulator, PGC-1α was stimulated by GCs in the β cells, that its overexpression represses crucia genes for β-cell development and function, including Pdx1, a transcription factor of insulin through binding of a GR/PGC-1α complex to the Pdx1 promoter. Mice overexpressing PGC-1α in β cells exhibited at adult age impaired glucose tolerance associated with reduced insulin secretion and decreased β-cell mass. PGC-1α expression in fetal life only was sufficient to impair adult β-cell function. Then, we explored mice with conditional invalidation of GR in pancreatic precursors (GRPdxCre) that present a phenotype characterized by a doubled β-cell mass and β-cell dysfunction. Transcriptome analysis of the islets of these mice showed overexpression of genes encoding TPH1 and 2 (tryptophan hydroxylase), enzymes involved in serotonin synthesis, whose content was increased in the islets of mice GRPdxCre. In contrast, activation of the GCs pathway in β cells in vitro decreased TPH1 and 2 expression and serotonin synthesis. In conclusion, our findings suggest that PGC-1α and serotonin contribute to the deleterious effects of GCs on the β cells, especially during fetal programming

Le diabète de type 2 est aujourd'hui un réel problème de santé publique mondial. Il résulte d'un défaut de masse et/ou de fonction des cellules bêta pancréatiques. L'identification et la compréhension des mécanismes à l'origine de ces défauts permettrait de développer des stratégies pour restaurer la masse fonctionnelle de cellules bêta. Les hormones glucocorticoïdes (GC), hormones de stress et d'adaptation métaboliques, sont capables d'inhiber la sécrétion d'insuline mais leur mode d'action n'est pas encore entièrement compris. Récemment, la sérotonine, neurotransmetteur présent dans les cellules bêta, a été décrite comme étant à l'origine de l'augmentation de la masse bêta lors de la gestation et d'une modulation de la sécrétion d'insuline chez la souris. Dans ce contexte, nous avons voulu définir si les GC pouvaient moduler le système sérotonine des cellules bêta. Nous nous sommes alors intéressés aux enzymes de synthèse de la sérotonine Tph1 et Tph2. Nous avons pu montrer que l'expression des enzymes Tph1 et Tph2 était inhibée par les GC entrainant une diminution de la synthèse de la sérotonine. Ensuite nous avons confirmé que l'expression de Tph1 et 2 était stimulée par la prolactine mais aussi montré pour la première fois que ces enzymes étaient stimulées par l'exenatide-4, un analogue de GLP-1. Dans ces deux situations stimulantes, nous retrouvons un effet contre-régulateur des GC. Enfin, nous nous sommes intéressés au rôle de la sérotonine sur la fonction des cellules bêta. Nous avons pu mettre en évidence que la sérotonine est capable d'inhiber la sécrétion d'insuline par altération du flux calcique dans la cellule bêta pancréatique. En conclusion, nos résultats montrent que, au sein de la cellule bêta, le système sérotonine est une des cibles des GC, suggérant que la réduction de sérotonine puisse être un relais des effets des GC sur les cellules bêta
Type 2 diabetes is now a real global public health problem. It results from a defect of mass and / or function of pancreatic beta cells. The identification and understanding of the mechanisms underlying these defects would help develop strategies to restore the functional beta cell mass. Glucocorticoid hormones (GC), hormones of stress and metabolic adaptation, can inhibit insulin secretion but their mode of action is not yet fully understood. Recently, the neurotransmitter serotonin present in the beta cells has been described as involved in the increase in beta-cell mass during gestation and a modulation of the insulin secretion in mice. In this context, we wanted to determine whether GC could modulate the serotonin system of beta cells. We focused on the enzymes required for serotonin synthesis Tph1 and 2. We could show that the expression of Tph1 and Tph2 1 and Tph2 enzyme was inhibited by GC causing a decrease in serotonin synthesis. We then confirmed the expression of Tph1 and 2 was stimulated by prolactin but also showed for the first time that these enzymes were stimulated by exenatide-4, a GLP-1. In these two stimulating situations, we found that GC exerts a counter-regulatory effect. Finally, we studied the role of serotonin on beta cell function. We were able to show that serotonin can inhibit the secretion of insulin by altering the calcium flux in the pancreatic beta cell. In conclusion, our results show that, within the beta cell, the serotonin system is one of GC target, suggesting that serotonin reduction can be a relay of the effects of GC on beta cells

Un des défis majeurs de la recherche sur le traitement du diabète de type I porte sur l'identification de cellules souches capables de se différencier en cellules bêta insulino-sécrétrices. II a été suggéré que les cellules de la moelle osseuse étaient capables de se différencier en cellules différentes de leur tissu d'origine (" transdifférenciation "). Nous avons donc formulé l'hypothèse qu'elles pourraient également constituer une source de cellules bêta. Notre objectif a consisté à déterminer, dans différents modèles d'étude murins complémentaires, si les cellules médullaires pouvaient se différencier en cellules productrices d'insuline, et si elles pouvaient avoir un effet thérapeutique sur un diabète chimiquement induit. Nos résultats montrent que ces cellules ne peuvent pas se différencier spontanément in vivo en cellules productrices d'insuline. Néanmoins, elles pourraient avoir un effet bénéfique sur les cellules bêta en se différenciant en cellules endothéliales.

Les cellules béta pancréatiques synthétisent et sécrètent l’insuline, unique hormone hypoglycémiante de l’organisme. Ces cellules jouent un rôle central dans l’apparition du diabète, préserver leurs masses fonctionnelles est donc essentiel. Le récepteur GLP-1, appartenant à la classe B de la super famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs), est considéré comme une cible thérapeutique majeure dans le traitement du diabète de type 2. Via son récepteur, le GLP-1 potentialise la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et favorise la survie des cellules beta. Les glucocorticoïdes sont des hormones du stress impliquées dans la régulation énergétique, largement utilisés en thérapeutique pour leur propriétés anti-inflammatoire, immunosuppresseur et antiallergique. Néanmoins, les glucocorticoïdes administrés en chronique sont diabétogènes en exerçant notamment des effets délétères sur les cellules beta. Nous avons caractérisé l’impact d’une exposition prolongée des cellules beta à un glucocorticoïde de synthèse (la dexaméthasone) sur les actions biologiques du glucose et du GLP-1.Nous montrons qu’une exposition prolongée des cellules beta à la dexaméthasone exerce des effets délétères en inhibant la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et l’activation des kinases de survie ERK1/2 (Extracellular Regulated Kinases 1/2). A l’inverse, nous démontrons que l’exposition prolongée des cellules bêta à la dexaméthasone favorise le maintien du récepteur GLP-1 à la membrane plasmique, augmente le couplage du récepteur à la protéine Galpha s, ce qui se traduit par une production de second messager (AMPc) intracellulaire doublée. Malgré une diminution des effets du glucose, la sécrétion d’insuline et l’activation des kinases ERK1/2 en réponse au GLP-1 ne sont pas affectées. Cette étude révèle qu’une exposition chronique des cellules beta aux glucocorticoïdes 1) régule le trafficking du récepteur GLP-1 et favorise son maintien à la surface cellulaire, 2) hypersensibilise la signalisation du récepteur GLP-1 dépendante de la protéine Gαs , et 3) pourrait impacter les effets thérapeutiques des molécules ciblant l’activation du récepteur GLP-1
Pancreatic beta cells synthesize and secrete insulin, the only hypoglycemic hormone in the body. These cells play a central role in the onset of diabetes. To protect the functional beta-cell mass is essential. The GLP-1 receptor, which belongs to the class B of the G protein-coupled receptor (GPCR) family, is a major therapeutic target in type 2 diabetes. Through its receptor, GLP-1 potentiates glucose-induced insulin secretion and improves the survival of pancreatic beta cells. Glucocorticoids are stress hormones implied in energetic metabolism and are widely used in therapeutics for their anti-inflammatory, immunosupressive and anti-allergic properties. Neverless, on chronic administration, glucocorticoids can induce metabolic syndrome especially due beta cell functional mass impairement. Here, we characterized the impact of a prolonged exposure of pancreatic beta cells to a synthetic glucocorticoid (dexamethasone) on biological actions of glucose and GLP-1.We show that a chronic exposure of beta cells to dexamethasone exerted deleterious effects on glucose-induced insulin secretion and ERK1/2 (Extracelllular Regulated Kinases 1/2) activation. In contrast, we observed that the glucocorticoid treatment increased GLP-1 receptor expression at the plasma membrane and improved the Galpha s protein coupling leading to an enhancement of cAMP production (2 fold increase). Despite the negative impact on glucose effects, glucocorticoids did not impair neither GLP-1-induced insulin secretion nor ERK1/2 activation. This study reveals that a glucocorticoid chronic exposure 1) regulates GLP-1 receptor trafficking and increases its expression to the plasma membrane, 2) causes supersensitization of Gαs-associated signaling, and 3) could impact on therapeutic effects of GLP-1 receptor-based drugs