Effets de l’âge et de l’ischémie cérébrale sur les concentrations des stéroïdes : rôle potentiel de la 5α-réduction dans la cérébroprotection

Résumé

L’accident vasculaire cérébral est la première cause de handicap acquis et la troisième cause de mortalité chez l’homme. L’âge est le principal facteur de risque non modifiable. Toutefois, les études précliniques sont généralement réalisées chez des animaux jeunes et il y a peu de données chez l’animal âgé. Les stéroïdes font partie des facteurs endogènes qui peuvent jouent un rôle cérébroprotecteur en contrecarrant les conséquences délétères de l’ischémie cérébrale.Mes travaux de thèse avaient pour objectifs de 1) comparer les concentrations des stéroïdes dans le cerveau et le plasma de souris jeunes (3 mois) et âgées (18 mois) dans les conditions basales ; 2) comparer les effets de l’ischémie cérébrale sur les concentrations des stéroïdes, les déficits sensori-moteurs, le volume de l’infarctus, et la dégénérescence neuronale chez des souris jeunes et âgées ; 3) étudier le rôle potentiel des stéroïdes 5α-réduits après ischémie cérébrale chez des souris jeunes en utilisant le finastéride, un inhibiteur de la 5α-réductase. Pour cela, nous avons utilisé un modèle expérimental d’ischémie cérébrale par occlusion de l’artère cérébrale moyenne suivie de reperfusion (MCAO/R). Les profils stéroïdiens ont été établis par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem et complétés par des analyses comportementales et immunohistologiques 6 h après MCAO.Dans la première partie, nous avons montré que les concentrations cérébrales et plasmatiques des principaux métabolites 5α-réduits de la progestérone, de la 11-déoxycorticostérone et de la corticostérone étaient plus faibles chez les souris âgées que chez les souris jeunes dans les conditions basales. Après MCAO/R, les concentrations cérébrales de la 5α-dihydroprogestérone (5α-DHP), de la 5α20α-tétrahydroprogestérone (5α20α-THP), de la 3α5α20α-hexahydroprogestérone (3α5α20α-HHP), de la 3α5α-tétrahydrodéoxycorticostérone (3α5α-THDOC), de la 3β5α-tétrahydrodéoxycorticostérone (3β5α-THDOC) et de la corticostérone augmentaient chez les souris jeunes mais pas chez les souris âgées. De plus, suite à l’ischémie, les concentrations cérébrales de la 5α-DHP, de la 3β5α-tétrahydroprogestérone (3β5α-THP), de la 5α20α-THP, de la 3α5α-THDOC et de la 3β5α-THDOC étaient plus faibles chez les souris âgées que chez les souris jeunes. Nous avons également observé qu’après MCAO/R les souris âgées présentaient plus de déficits sensori-moteurs et de dégénérescence neuronale dans le caudé putamen que les souris jeunes. Ces données suggèrent fortement que la 5α-réduction des stéroïdes est plus faible chez les souris âgées que chez les souris jeunes et que cela pourrait contribuer à l’aggravation de leurs déficits. Ainsi, les souris jeunes seraient protégées par leurs concentrations plus élevées de stéroïdes 5α-réduits et par leur capacité à augmenter leur synthèse après ischémie.Dans la seconde partie, nous avons montré qu’après MCAO/R chez les souris jeunes, le finastéride a diminué efficacement les concentrations cérébrales et plasmatiques des métabolites 5α-réduits de la progestérone et de la DOC ; cette diminution était associée à une augmentation du volume de l’infarctus cérébral, une diminution du score neurologique, une diminution du temps passé sur le Rotarod, ainsi qu’une diminution de la densité des astrocytes activés dans la capsule externe et la strie terminale. Par ailleurs, nous avons montré que le finastéride, en plus de diminuer les concentrations des stéroïdes 5α-réduits, modifiait les concentrations d’autres stéroïdes. Ces résultats montrent que les stéroïdes 5α-réduits jouent un rôle-clef dans la cérébroprotection et que le finastéride a des effets sur la stéroïdogenèse qui vont bien au-delà de la seule inhibition de la 5α-réduction.Ce travail a permis de mettre en évidence une diminution des stéroïdes 5α-réduits avec l’âge et leur rôle clé dans la cérébroprotection à la phase aigüe après ischémie chez les souris jeunes.

Abstract

Stroke is a leading cause of disability and the third cause of mortality in men. Age is the main non-modifiable risk factor. However, preclinical in vivo studies are mostly conducted in young animals and data in old animals are scarce. Besides, steroids are part of the endogenous factors that may play a cerebroprotective role to counter the deleterious consequences of cerebral ischemia.My thesis work aimed to 1) compare steroid concentrations in brain and plasma of young (3-month-old) and old (18-month-old) mice in basal conditions ; 2) compare the effects of cerebral ischemia on steroid concentrations, sensorimotor deficits, infarct volume and neuronal degenerescence in young and old mice ; 3) study the potential role of 5α-reduced steroids after cerebral ischemia in young mice using finasteride, a 5α-reductase inhibitor. For this purpose, we used an experimental model of cerebral ischemia by occlusion of middle cerebral artery followed by reperfusion (MCAO/R). Steroid profiles were established by gas chromatography coupled to tandem mass spectrometry and completed by behavioral and immunohistological analyses at 6 h post-MCAO.In the first part, we showed that brain and plasma concentrations of the main 5α-reduced metabolites of progesterone, 11-deoxycorticosterone and corticosterone were lower in old mice than in young mice. Following MCAO/R, brain concentrations of 5α-dihydroprogesterone (5α-DHP), 5α20α-tetrahydroprogesterone (5α20α-THP), 3α5α20α-hexahydroprogesterone (3α5α20α-HHP), 3α5α-tétrahydrodeoxycorticosterone (3α5α-THDOC), 3β5α-tetrahydrodeoxycorticosterone (3β5α-THDOC) and corticosterone increased in young mice but not in old mice. Furthermore, following ischemia, the concentrations of 5α-DHP, 3β5α-THP, 5α20α-THP, 3α5α-THDOC and 3β5α-THDOC were lower in old mice compared to young mice. Following cerebral ischemia, we also observed more sensorimotor deficits and neuronal degenerescence in caudate putamen in old mice than in young mice. These results strongly suggest that, 5α-reduction of steroids is lower in old mice as compared to young mice and this could contribute to the worsening of their stroke outcomes. Therefore, young mice could be protected by their higher concentrations of 5α-reduced steroids and by their capability to increase their synthesis after MCAO/R.In the second part, we showed that following cerebral ischemia in young mice, finasteride efficiently diminished brain and plasma concentrations of 5α-reduced metabolites of progesterone and DOC and this diminution was associated with an increase in infarct volume, a diminution in neurological score and time spent on Rotarod, along with a diminution of density of activated astrocytes in external capsule and stria terminalis. In addition, finasteride not only diminished the concentrations of 5α-reduced steroids but also modified the concentrations of other steroids. These results show that 5α-reduced steroids play a key role in cerebroprotection after MCAO/R and that finasteride exerts effects on steroidogenesis that go far beyond the sole inhibition of 5α-reduction.Altogether, our findings point to a decrease in the concentrations of 5α-reduced steroids with age and highlighted their key role in cerebroprotection in the acute phase of cerebral ischemia in young mice.

Présentée le 20 mars 2023

Laboratoire où a été préparée la thèse : Maladies et hormones du système nerveux (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne), Université Paris-Saclay.

Sous la direction de Rachida Guennoun