Immunité et Physiopathologie du

Paludisme Professeur Ermanno CANDOLFI

candolfi@unistra.fr

L'infection n'aboutit pas forcément à la maladie et la maladie n'est pas

forcément grave: le devenir de l'infection dépend de toute une série de facteurs, y

compris la virulence du parasite, la génétique et l'immunité de l'hôte.

Histoire

Antiquité :Fièvre des marais 1880 :Découverte du Plasmodium par Alphonse Laveran1897 : Découverte du vecteur, un moustique1964 : Premier cas de résistance à un antimalarique et apparition de la résistance des moustiques au DDT

• Maladie infectieuse humaine

• Fébrile

• Due à des protozoaires:

• les Plasmodium

• Transmise (piqûre moustique)

Définition

Globules rouges infectés par Plasmodium

Espèces responsables

• Plasmodium falciparum

• Plasmodium vivax

• Plasmodium ovale

• Plasmodium malariae

• Plasmodium knowlesi

Cycle

Chez l'être humain = cycle asexué

• intra hépatique (exo érythrocytaire)• intra érythrocytaire

Cycle

Cycle asexué : phase intra hépatique

A

A

BA = sporozoïte

B = schizonte

CycleCycle asexué : phase intra

érythrocytaire

C

D

E

F

C (et F) = mérozoïte

D = trophozoïte

E = schizonte

Cycle

Chez le moustique = cycle sexué

A

G

G

G = gamétocyte

A = sporozoïte

Cycle

Plasmodium vivax et ovale

A

BH A = sporozoïte

B = schizonte

H = hypnozoïte

Données épidémiologiques mondiales

• 300 à 500 millions de cas déclarés • 1 africain sur 2 / an

• 1 à 2 millions de morts / an

• 1 enfant meurt toutes les 12 secondes de paludisme

• 8000 cas de paludisme par an en France

• 85 % de ces cas sont dus à P. falciparum

Données nationales

Répartition géographique Plasmodium falciparum

Afrique inter tropicale (Madagascar)

Amérique inter tropicale (Sud)

Asie (Asie du Sud-Est, sous continent indien)

Afrique inter tropicale (Madagascar)

Amérique inter tropicale (Centre et Sud)

Asie inter tropicale

Répartition géographique Plasmodium vivax

Afrique inter tropicale

Répartition géographique

Plasmodium ovale

Afrique, Amérique, Asie

inter tropicale

Répartition géographique Plasmodium malariae

–Moustique (vecteur ; maladie vectorielle)

–Genre Anopheles–Seule la femelle est hématophage–Elle pique la nuit

Transmission du paludisme

Anophèle femelle hématophage

–Transfusion sanguine–Transplantation d'organe, greffe

de moelle osseuse–Accidents d'exposition au sang–Toxicomanie intra veineuse–Fœtale

Modalités accessoires de transmission

• Paludisme d'importation

• Paludisme autochtone (à déclaration obligatoire)

• Paludisme d'aéroport

Nature du paludisme

Clinique

Incubation Variable selon les espèces :

• P. falciparum : 7 à 15 jours …..à 1 an• P. vivax - P. ovale : 15 jours….à 3 ans

(vivax) et 5 ans (ovale)• P. malariae : 21 jours…………. à 20 ans

Clinique des accès simples

Accès de primo-invasionFréquent +++

• Embarras gastrique fébrile

~~> Accès à fièvre périodique• Frissons (violents) (39°C) 1h

• Chaleur (fièvre 40-41°C) 3-4h• Sueurs (37°C) 2-4h

Tous les 2 jours (falciparum, vivax, ovale)Tous les 3 jours (malariae)

Evolution naturelle P. falciparum

accès de primo-invasion

accès à fièvre périodique accès grave >>décès

paludisme viscéral évolutif

Complications cliniques

1. Neuropaludisme2. Paludisme viscéral évolutif

3. Fièvre bilieuse hémoglobinurique4. Néphrite quartane

Neuropaludisme mortel (coma)

Thrombose capillaire cérébrale

Thrombose capillaire placentaire

Evolution naturelle des autres espèces

accès de primo-invasion

accès à fièvre périodique

paludisme viscéral évolutif

Immunité et physiopathologie

Objectifs1. Savoir les concepts généraux et grandes lignes

de l'immunité anti-Plasmodium2. Connaître les principaux antigènes

plasmodiaux et leur rôle3. Connaître le polymorphisme et la variation

antigénique du Plasmodium4. Connaître les interactions entre la réponse

immunitaire de l’hôte et la physiopathologie de la maladie

1 GRANDES LIGNES DE LA REPONSE IMMUNE

Acquisition de l’immunité en zone d’endémie

• Transfert passif de l'immunité maternelle (par le biais des IgG transmises à travers le placenta).

• Prémunition (immunité relative)• Maintenance d’une semi-immunité nécessite

une réinfection fréquente. • Tolérance clinique • Perte de la semi-immunité au cours de la

grossesse ou après un an sans réinfection

2 PRINCIPAUX ANTIGENES PLASMODIAUX

• Plasmodium = eucaryote inférieur• complexité génétique cinq fois plus grande que

celle d'une bactérie• envahit trois types cellulaires différents

(érythrocyte, hépatocyte et cellule épithéliale de l'estomac moyen du moustique)

• survit dans différents environnements hostiles. • ~~~>structure antigénique complexe et variable

• Les antigènes plasmodiaux sont particulièrement bien connus et la séquence génique complète est connue pour la plupart des antigènes protéiques.

• Outre la spécificité de stade, les antigènes plasmodiaux possèdent une série de caractéristiques importantes:

i. Un petit nombre de molécules est exprimé à la surface des stades d'invasion extracellulaires

• fonctions biologiques cruciales d'adhérence aux cellules hôtes qu'elles sont sur le point d'envahir – CSP-1 et SSP2/TRAP des sporozoites (dans les

hépatocytes), – MSP-1 et MSP-2 des mérozoites (dans les globules

rouges)– Pfs230, Pfs45/48 et Pfs25 à la surface des ookinètes

(dans le moustique).

ii) les stades d'invasion sont munis des organelles caractéristiques des Apicomplexa

• complexe apical avec Rhoptries et Micronèmes• antigènes immunodominants sont localisés à ce

niveau; c'est le cas d'AMA-1, RAP1/3 et Rhop 1/3, EBA-175, Ag512.

Complexe apical contenant des rhoptries et des micronèmes

iii) certaines molécules d'origine parasitaire sont exprimées à la surface de l'érythrocyte

• fonctions biologiques fondamentales

– cytoadhérence à l'endothélium vasculaire, – l'évasion immunitaire– le transport trans-membranaire

Par exemple PfEMP-1, la séquestrine et les rifines.

iv) certaines molécules d'origine parasitaire sont exprimées à la surface de l'hépatocyte

infecté• par l'intermédiaire des molécules MHC de

classe I

• CSP-1, LSA-1 & LSA-2, STARP.

v) Certains antigènes proviennent de l'intérieur du parasite

• Ces molécules sont soit excrétées soit libérées

• Extrêmement immunogènes

• Impliquées dans l'immunopathologie.

• HRP-2, pLDH , aldolase

3 MECANISMES DE L'IMMUNITE

La réponse immune correspond à une série d'évènements complexes,

impliquant différents mécanismes effecteurs, dont l'importance relative peut varier

considérablement d'une combinaison hôte-parasite à une autre.

Pour mieux comprendre l'immunité antipalustre, il est nécessaire d'examiner chacun des

mécanismes effecteurs.

3.1 ROLE DES ANTICORPS

• Le rôle protecteur des anticorps a été démontré lors d'expériences de transfert passif d'immunoglobulines provenant de donneurs adultes semi-immuns à des enfants infectés.

• Le passage d'anticorps de type IgG à travers le placenta est une autre forme de transfert passif d'immunité de la mère immune à son enfant, ce transfert assure une protection effective de l'enfant pendant les premiers six mois.

CD8+ producteurs d’IFN-gamma +++

Globules rouges(absence de CMH1 et 2)

Foie

Ac+++

Modes opératoiresdes AC

• blocage de la dispersion des mérozoites• inhibition de l'invasion • destruction intracellulaire du parasite • inhibition ou réversion de la cytoadhérence: • la fécondation peut être bloquée par les

anticorps• synergie avec différentes cellules effectrices

(macrophages et lymphocytes T) • Mais des souris KO pur FcR ou de complément

éliminent aussi les parasites

3.2 ROLE DES LYMPHOCYTES T

• Les lymphocytes T CD4+ et CD8+ producteurs d’IFN- jouent un rôle crucial dans l'immunité contre le paludisme.

• Les souris sans lymphocytes T développent une parasitémie fulgurante, rapidement mortelle à P. chabaudi et redeviennent capables de contrôler leur infection après transfert de lymphocytes T CD4+.

Rôle des lymphocytes T dans l'immunité contre la phase

érythrocytaire

• Activation des macrophages et contrôle de la production d'anticorps.

• Les anticorps T-indépendants ne jouent qu'un rôle minime lors des stades précoces de l'infection et seulement dans certains des modèles expérimentaux.

Th1 versus Th2

• Réponse immune initiale = Th1

• Switch vers Th2 dans les phases chroniques correspondant à un contrôle de la prolifération du parasite par les Ac

Cellules cytotoxiques CD4+ ou CD8+ (CTL)

• Aucun rôle dans l'immunité contre les stades érythrocytaires.

• Efficace dans stades pré-érythrocytaires (hépatiques)

Cytokines

• IFN-, IL-1, IL-6, TNF-, C-Reactive Protéine et monoxyde d'azote (NO) sont impliqués dans la destruction des parasites dans les formes pré-érythrocytaires (réponse Th1)

• IL-10 produite par des cellules T CD4+ (CD25-, Foxp3-, et CD127-) est anti-inflammatoire et assure la persistance du parasite dans le sang circulant

Macrophages.

• Responsable de la splénomégalie par phagocytose des parasites, des débris parasitaires (en particulier le pigment), des globules rouges infectés, mais aussi des globules rouges normaux.

• Anticorps opsonisants agissent en synergie.

• Développement de l'immunité par leurs formes dendritiques.

•Lymphocytes NK et gamma-delta.

• stimulation par des superantigènes plasmodiaux

• augmentation des cytokines pro-inflammatoires (particulièrement IFN- et TNF- (Th1)

• Mécanismes précoces de défense contre l'infection.

CGA

Chromogranin A : a prohormone which generates several peptides by

proteolytic processing

Metz-Boutigue MH, Kieffer AE, Goumon Y, Aunis D (2003). Trends Microbiol 11: 585-592Briolat J, et al. (2005). Cell Mol Life Sci 62: 377-385..

Several AMP displayed antimicrobial activities (antibacterial, antifungal) against various microorganisms

CGA

In vitro action of human Catestatin (P. falciparum strain 3D7)

0

5

10

15

20

25

D0 D1 D2 D3 D4

Days post infection

par

asit

emia

(%

)

Control 20nM 200nM 2μM 20µM 50µM

MIC = 2µM

Akkadar et al., CMLS, 2010

5.4 AGE-DEPENDANCE ET PREMUNITION

• L'immunité est âge-dépendante et croit avec l’âge

• Les infections répétées sont nécessaires, ce qui prend souvent quelques années.

• La parasitémie diminue avec l’âge

• Atteinte d’un état de « prémunition » (immunité non stérilisante et protectrice contre le paludisme maladie dite relative)

5.5 IMMUNITE ET CHIMIOTHERAPIE

• Chimioprophylaxie prise régulièrement (comme c'est le cas chez les expatriés vivant pendant un temps limité en zone d'endémie) empêche le développement d'une immunité anti-palustre.

• Chimioprophylaxie de l’enfant interrompue, ~~> pas d’effet rebond

• Moustiquaire et chimioprophylaxie ~~~> effet rebond !!!!

• Synergie entre les effets du médicament et de l'immunité.

6 GENETIQUE DE LA REPONSE IMMUNE

• Groupes ethniques : avec une longue association avec le paludisme, sont moins susceptibles à l'infection et à la maladie

• Famille : une étude de groupes familiaux bien caractérisés semble impliquer une région du chromosome 5 (5q3l-q33) comme étant le locus de susceptibilité à l'infection plasmodiale.

Invasion et génétique

• P. vivax est restreint aux réticulocytes et aux cellules Duffy positives

• Invasion de P. falciparum peut être significativement réduite lorsque les globules rouges présentent des anomalies de la glycophorine (par exemple, le phénotype En(a-) ou le phénotype S-s-U-).

Paludisme et hémoglobinopathies

• Le développement intra-érythrocytaire de P. falciparum est réduit ou retardé dans le cas de globules rouges présentant certains hémoglobinopathies, y compris HbS, HbE, HbF, HbC, déficience en G6PD ou -thalassémie.

5.7 DIVERSITE ANTIGENIQUE

• spécificité d'espèce

• spécificité de stade

• spécificité de souche

Polymorphisme génétique

• Considérable…..

• Gènes ayant un polymorphisme élevé: MSP-1, MSP-2, GLURP, Pf 60.1 ou TRAP

• Contribue à la lenteur de l’immunisation

5.8 VARIATION ANTIGENIQUE

• le parasite possède une variété de gènes possibles pour une molécule donnée, et est capable d'exprimer l'un ou l'autre de ces gènes, d'une façon séquentielle ou non-séquentielle, et pourra ainsi changer cette molécule plusieurs fois au cours de son développement chez un même hôte. ~~> Echappement à la pression sélective exprimée par l’hôte

P. chabaudi and mice

Facteurs de variations

• chez P. falciparum il a été estimé que 2% des parasites varient lors de chaque cycle érythrocytaire.

• Les antigènes de surface du parasite ou de l’erythrocyte par exemple, PfEMP-1 chez P. falciparum

• La variation antigénique chez P. falciparum a été associée à une grande famille de gènes (les gènes var) et il a été calculé que le génome d'un clone de parasite donné contient environ 50 gènes var (soit approximativement 6% du génome total), donnant à chaque population de parasite un énorme potentiel de variation.

Pf EMP1

• La transcription des gènes var est stade-spécifique • détectables entre 3 et 18 heures après l'invasion par le

mérozoite. • La molécule PfEMP-1 est présente à la surface de

l'érythrocyte à partir de la 16ème heure post-invasion, temps nécessaire à l’exportation de la molécule à travers la membrane de la vacuole parasitophore, à travers le cytosol de l'érythrocyte et, finalement, à travers la membrane érythrocytaire elle-même.

• Chaque cellule ne peut exprimer qu'un seul phénotype de PfEMP-1 à la fois (c'est à dire que les gènes var sont exprimés un à la fois, en série ou de façon aléatoire).

• Responsable du roseting

Les gènes var

• codent pour les protéines PfEMP-1 de P. falciparum font partie de la famille multigénique var.

• 50 gènes var par génome haploïde, pour chaque clone de P. falciparum

• distribués sur tous les 14 chromosomes• Localisation télomérique ~~>

réarrangement et délétions• Ralentit l’immunisation

Autres facteurs de variations

• D'autres familles multigéniques ont été associés au phénomène de variation antigénique; en particulier, l'étude du génome de P. falciparum a révélé l'existence de trois autres familles de gènes (rif, stevor et Pf60),

5.9 PHYSIOPATHOLOGIE DU PALUDISME

• Le paludisme et ses complications sont le résultat d'une cascade d'évènements physiopathologiques, influencés à la fois par le parasite et des facteurs liés à l'hôte (y compris l'immunité er des facteurs de susceptibilité génétiques). Comment se fait-il qu'une cascade d'évènements apparemment identiques puisse résulter en un accès simple chez certains individus, en un neuropaludisme ou une anémie grave chez d'autres ?

5.9.1 PHYSIOPATHOLOGIE DE L'ACCES PALUSTRE

• La fièvre due à des 'pyrogènes endogènes', et coïncide avec rupture du schizonte.

• TNF-alpha qui joue un rôle crucial• Le taux de parasitémie déclenche un accès clinique • Le seuil de parasitémie est variable :

– un sujet naïf, qui n'a jamais fait de paludisme, est susceptible de faire un accès clinique avec une parasitémie à peine détectable (0,001%)

– enfant d'âge scolaire en zone d'endémie restera le plus souvent asymptomatique, même à une parasitémie très élevée (5-15%).

5.9.2 PHYSIOPATHOLOGIE DU NEUROPALUDISME

• rôle central pour la séquestration intracapillaire des érythrocytes infectés par cytoadhérence à différentes molécules endothéliales.

Scram

bled C

ate

statin

h

Ca

testa

tin

ESM

Facteurs favorisants

• Différentes souches de P. falciparum sont plus ou moins cytoadhérentes à une gamme de récepteurs différents

• Les effets du TNF- ~~>– augmentation des récepteurs d'adhérence

des cellules endothéliales – état immunitaire Th1 > Th2.

• Facteurs génétiques

Coma

• l'hypoxie locale est le facteur déterminant du coma.

• hypoglycémie,

• accumulation d'acide lactique

• accumulation de glutamate

5.9.3 PHYSIOPATHOLOGIE DE L'ANEMIE

• L'anémie sévère est l'une des causes principales de mortalité dans le paludisme à P. falciparum.

• En Afrique, le pic de mortalité par anémie sévère survient à un plus jeune âge que le pic de mortalité par neuropaludisme (entre 6 mois et 2 ans pour l'anémie, 2 à 3 ans pour le neuropaludisme).

• La physiopathologie de l'anémie est multifactorielle, impliquant à la fois une destruction globulaire et une réduction de l'érythropoïèse. Les mécanismes responsables de la destruction globulaire sont les suivants:

Facteurs responsonsables de l’anémie

• Rupture des globules rouges parasités

• Erythrophagocytose et hypersplénisme

• Fièvre bilieuse hémolytique

• Dysérythropoïèse

• Facteurs nutritionnels (carence en fer, et/ou en acide folique)

5.9.4 PHYSIOPATHOLOGIE DU PALUDISME DE LA GROSSESSE

• importante cause de faible poids à la naissance et de mortalité chez le nouveau-né

• morbidité chez la mère par anémie grave

• développement de phénotypes parasitaires nouveaux, propres à la grossesse

Le placenta et le paludisme

• La chondroïtine sulfate A (CSA) présente sur les villosités placentaires est un récepteur de nouvelles souches adhérentes à la CSA

• Environnement placentaire de type Th1 au cours d'une grossesse pathologique favorise l’adhésion des GR parasités

Thrombose capillaire placentaire

ABO

VSA-PAM (antigènes variants de surface)

Chez la primigeste

ABO

Chez la multigeste

5.10 IMMUNOPATHOLOGIE

• le système immunitaire de l'hôte n'est pas capable de facilement contrôler l'infection palustre et ceci explique l'existence de réponses immunes aberrantes ou exagérées et leurs conséquences immunopathologiques.

Syndromes immunopathologiques

• l'hypergammaglobulinémie par stimulation polyclonale

• immunosuppression avec de nombreuses conséquences :– diminution de réponse aux vaccinations – augmente la susceptibilité aux septicémies à

salmonelles et aux infections respiratoires

Paludisme et lymphome de Burkitt

• cancer le plus fréquent chez l'enfant en Afrique car :– le paludisme chronique produit une activation

polyclonale des lymphocytes B– l'activation polyclonale augmente les chances de

translocalisation de l'oncogène c-myc proche des gènes des Ig

– l'infection par un EBV des lymphocytes B qui ont déjà subi une translocation de l'oncogène va induire une croissance autonome déréglée de ces cellules

– l'immunosuppression induite par le paludisme diminue l'efficacité de l'immunité anti-EBV (en particulier, par réduction des cellules T-cytotoxiques anti-EBV).

Paludisme et VIH

• pas d'augmentation ni de diminution de l'incidence du neuropaludisme

• Augmentation de l’incidence chez les femmes enceintes

10.3 NEPHROPATHIE PALUSTRE

• Les syndromes néphrotiques sont 100-fois plus fréquents chez les enfants africains que les enfants européens

• Dépôt de complexes immuns (antigène de P. malariae et d’anticorps) au niveau du glomérule

10.4 SPLENOMEGALIE TROPICALE

• Splénomégalie de l’enfant = bon signe de prémunition

• splénomégalie d'hyperréactivité au paludisme chez l’adulte due à la prolifération clonale de certains lymphocytes B en réponse à des antigènes plasmodiaux chez des individus génétiquement susceptibles.

• La spénomégalie tropicale est plus fréquente dans certaines ethnies dans certaines zones d'endémie, ce qui suggère la présence de facteurs génétiques: chez les Fulas en Gambie, les Fulanis au Nigeria, les Kamba et les Luo au Kenya, les immigrés Rwandais en Uganda et les non-Austronésiens en Nouvelle Guinée.

• Un certain nombre de ces splénomégalies évoluent vers une forme particulière de leucémie.