Réponse immunitaire innée et SARS-CoV...The Journal of Heart and Lung Transplantation DOI:...

Réponse immunitaire innée

et SARS-CoV

1

https://www.groupedeveillecovid.fr/

T. LAVAUX (biochimie/biologie cellulaire) relecture C MAYEUR ROUSSE (hématologie), D. FERRANDON (DR IBMC)Pour le groupe COVID Strasbourg v1.0 (30/03/2020)

https://www.groupedeveillecovid.fr/

Préambule

• Ce travail de synthèse bibliographique se base sur une

partie des travaux réalisées sur le SARS-CoV de

l’épidémie de 2003

• Compte-tenu des délais impartis pour sa réalisation, il doit

être critiqué et amendé au regard des connaissances

actuelles et des publications futures

2

Réponse immunitaire innée et sepsis

• La réponse innée initiale contre les virus est différente de

celle des bactéries

• Les mécanismes immunitaires antiviraux et antibactériens

présentent des similitudes, mais ne sont pas

transposables

• La réponse contre un virus a des particularités connues

depuis 1957: la réponse interféron

3

Ref

• La majorité des études ont été réalisées sur le sepsis bactérien

• Les définitions du sepsis/sepsis grave/choc septique ont évolué,

notamment les définitions en 2016

• La réponse immunitaire est un équilibre entre réponse inflammatoire

systémique (SIRS) et compensation anti-inflammatoire (CARS)

• Initialement la phase SIRS précédait la phase CARS, mais des

études plus récentes ont montrées que ces phases sont quasi-

simultanées

Réponse immunitaire : bactérie

4

Hotchkiss et al. Science 2015

• Concept SIRS/CARS

simutanée

• SIRS : Systemic Inflammatory

Response Syndrome

• CARS : Compensatory

Response Syndrome

Réponse immunitaire : bactérie

5

Hotchkiss et al. Nat Rev Dis Primers. 2017

Aspect SIRS

• Production de cytokines pro-inflammatoires

• Cytokines de première phase (IL1b, TNF-alpha) à H1-3h puis de

seconde phase (IL-6, IL8) à H6-12h

• Puis protéines de l’inflammation produites par le foie : IL-6 induit la

production de CRP

• A noter la PCT n’est pas produite par le foie elle est produite en

réponse à l’infection bactérienne, mais aussi en cas de choc

métabolique, d’hypoxie sévère ou d’ischémie/reperfusion

6

Hotchkiss et al. NEJM 2003

Aspect CARS

• Apoptose lymphocytaire

• Shift Th1/Th2

• Anergie : baisse expression HLA-DR/TCR

7

Hotchkiss et al. NEJM 2003

Immunomodulation : quand ? comment ?

• Un aspect très important dans l’immunomodulation du sepsis est de

bien définir l’état inflammatoire

• SIRS excessif : immunosuppression

• CARS excessif : immunostimulation

• Attention : à ce jour aucune thérapie n’a montré de bénéfices dans le

sepsis bactérien

8

Hotchkiss et al. Science 2015; Webster et al. British Journal of Anaesthesia 2009

Transposable au SARS ?

• La majorité des études sur l’immunomodulation dans le choc septique

est basée sur l’infection bactérienne

• La réponse immunitaire contre les virus est différente : réponse

interféron

• Dans le SARS, unique agent pathogène viral, simplification du modèle

• Dans le SARS l’estimation du J0 est possible

• Expérience du SARS-1 de l’épidémie de 2003 est-elle transposable ?

9

Le parallèle est possible

en attendant les

données plus détaillées

sur le SARS-2

• SARS-1 = SARS-2 ?

• SARS-1 = même porte d’entrée (ACE2)

clinique et biologie comparables

• SARS-2 : contagiosité (taux de reproduction)

plus important (entre 2 et 3, peut être > ?)

Données du SARS-1

SARS

10

Chen et al. Annu. Rev. Immunol. 2007 ; Zimmerman et al. The Pediatric Infectious Disease Journal 2020

La réponse interféron

Réponse antivirale

de l’immunité innée

11

Réponse de l’organisme

à une infection virale

Réponse très spécifique

de l’infection virale

• Réponse interféron découverte par

Isaacs et Lindenmann en 1957

• Le nom interféron vient de l’observation

d’une interférence de la réponse

cellulaire par des facteurs circulants

lors d’une infection virale

• 3 types d’interféron : I II et III

classification basée sur les différences

de structure de leurs récepteurs

Réponse IFN

12

Channappanavar et al. Semin Immunopathol 2017 ; Schneider et al. Annu Rev Immunol. 2014

IFN-γ peu impliqué

dans la réponse anti-

virale

IFN-λ fort intérêt car

potentiellement très

impliqué dans les

atteintes respiratoires

Les effets biologiques

des type I et III semblent

très similaires

Le type II est produit par

les cellules NK et les

LcT

• 3 types d’interférons

• Type I : IFN-α/β récepteur (IFNAR)

• Ligand : IFN-α, IFN-β, IFN-ε, IFN-κ et IFN-ω

• Type II : IFN-γ récepteur (INFGR)

• Ligand : IFN-γ (gamma)

• Type III : complexe formé de IL10R2 (CRF2-4) + IFNLR1

• Ligand : IFN-λ (lambda)

• Toutes les cellules peuvent produire le type I et le type

III, type III spécifiques des muqueuses (cellules

épithéliales)

• Certaines cellules spécialisées capables de produire

des quantités très importantes d’IFN de type I:

• Ex : cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC)

Réponse IFN

13


Les dosages d’IFN- α ou

d’IFN- β ne font pas la

différence entre les

sous-types

• Type I

• IFN-α : 12 gènes fonctionnels avec des protéines très

proches structurellement.

• La diversité des IFN-α montre que ces protéines sont

fondamentales dans la défense immunitaire antivirale,

• les variations des IFN-α sont probablement liées à des

réponses différentes selon les virus, sélectionnés au cours

de l’évolution

• Utilisés en thérapeutique antiviral (hépatite B et C), anti-

cancéreuse

• IFN-β : 2 sous types 1 et 3

• Produits par les fibroblastes

• Utilisés en thérapeutique dans la SEP

Réponse IFN

14


Syndrome d’activation

macrophagique

Activation et prolifération

de macrophages ou de

cellules dendritiques

Caractérisée par

différentes anomalies

biologiques dont

l’augmentation

importante de la ferritine

Peut être induite par des

infections virales (EBV)

• Type II

• L’IFN-γ est impliqué dans le syndrome d’activation

macrophagique

• Chez l’homme augmentation de l’IFN-gamma et de l’IL-6

associé au SAM

• Chez la souris un blocage de l’IFN-γ sur un modèle SAM

(stimulation d’IL-6) prévient les conséquences délétères du

SAM

• IFN-gamma induit CXCL9/CXCL10

Réponse IFN

15


Le type III est de

découverte récente

• Type III

• IFN-λ : 4 gènes fonctionnels donc 4 sous types :IFN- λ 1

(ou IL-29), 2 (ou IL-28a) 3 (ou IL-28b) et 4.

• Récepteur : 1 sous unité du récepteur de l’IL-10, un autre

du récepteur de l’IL28

• Les récepteurs pour le type III sont présents sur des types

cellulaires plus limités

• Connaissance plus limité de ce type d’IFN

Réponse IFN

16

Syedbasha et al. Frontiers in immunology 2017

Les IFN de type I et III

activent environ 300 à

400 gènes, nommés

ISG qui assurent une

réponse antivirale

complète ciblant toutes

les étapes des cycles

réplicatifs des différents

virus

ISG : interferon-

stimulated genes

• Signalisation cellulaire : voie JAK-STAT

• Intérêt car il existe des médicaments ciblant ces

voies de signalisation pour traiter certaines maladies

auto-immunes (inhibiteur JAK/STAT), myélofibrose

(ruxolitinib)

Réponse IFN

17


https://planet-vie.ens.fr Pascal Combmorel CC-BY-SA

https://planet-vie.ens.fr/

Signature de la réponse

cellulaire à la production

d’interféron

Mesurable par ex dans

les cellules nucléés

circulantes du sang

(PBMCs)

• Signature interféron

• Ensemble de 300 à 400 gènes modifiés suite à

la production d’interférons

• Fonctions très diverses : inflammation,

défense antivirale, affecte l’ensemble de la

machinerie cellulaire

• Dont chemokines CCL2 et CXCL10

• Dépend du type d’IFN produit

Réponse IFN

18


ISG

• réponse interféron peut induire

l’apoptose de la cellule cible

• rôle de modulateur de la réponse

immunitaire adaptative.

• IFN-α et β participent à la différenciation

de certains lymphocytes T

• IFN-λ interviennent dans la maturation

de lymphocytes T et B

Réponse IFN

19


SOCS = Suppressor of

cytokine signalling

7 facteurs de régulation

de la signalisation

intracellulaire : SOCS1 à

7

Fonctions des SOCS1 à

3 connus, mais pas les

autres (SOCS4 à 7)

• Arrêt de la réponse par rétrocontrôle négatif

sinon boucle d’inflammation

• Les IFNs induisent secondairement

l’expression des SOCS

• Ce rétrocontrôle est moins efficace avec l’âge :

• explication des maladies auto-immunes

• phénomènes de tornade cytokinique dans

certaines infections virales (SARS ou MERS

en particulier)

Réponse IFN

20


https://planet-vie.ens.fr Pascal Combmorel CC-BY-SA


La réponse immunitaire contre le

SARS-1

21

Hypothèse de réponse

immunitaire dans le

SARS-1

Réponse initiale au

niveau pulmonaire,

production de cytokines

pro-inflammatoires et de

chemokines/chimiokines

(cytokines aux

propriétés chemo-

attractives)

Réponse secondaire :

activation des LcT

• SARS-1

Réponse

immunitaire

22

Chen et al. Annu. Rev. Immunol. 2007

IFN type III produit

initialement une réponse

antiviral

Si type III insuffisant

production du type I

avec effet pro-

inflammatoire pouvant

endommager les

cellules

pDC présentent au

niveau pulmonaire

produisant des quantités

importantes d’IFN-α/β

• Au niveau pulmonaire

Réponse IFN

23

Andreakos et al. Frontiers in Immulogy 2017 ; https://planet-vie.ens.fr Pascal Combmorel CC-BY-SA


pDC rôle clé dans la

réponse antivirale

Profile type de réponse

des pDC

• pDC

Réponse IFN

24

Fitzgerald-Bocarsly et al. Cytokine Growth Factor Rev. 2008

Modèles animaux sur le SARS-1

Chen et al. Journal of virology 2010

Modèle souris âgées

25

SARS-1 ou SARS

apparu en 2002

Souris de 12-14 mois,

pour mimer la maladie

chez les sujets plus

âgées

• Chez la souris âgé, maladie en 2 phases :

• J2-3 : phase initiale avec réponse pro-inflammatoire

• J7 : phase secondaire avec pneumonie et clairance de

la charge viraleAnimal

26


SARS-1 ou SARS

apparu en 2002




âgées

• Phase initiale (J2-3)

• production par les pDC d’IFN-alpha

• Phase secondaire (J7)

• réponse lymphocytaire T CD4+ et infiltration de

neutrophiles au niveau pulmonaire

• coïncide avec la clairance virale

• coïncide aussi avec la pneumonie

• Hypothèse : réponse secondaire excessive induit le

SDRA chez l’homme ?

• autopsie : surexpression d’IL-6, CCL2, CXCL10 au niveau

pulmonaire

• sang : surexpression d’IL-6/IL-8 en phase initiale, et maintient de

l’expression de CCL2, CXCL9 et CXL10 tout au long de la

maladie chez les survivants et les non survivants

• Sang : gravité de la pneumonie coïncide avec surexpression de

CXCL10, IL-2 et IL-6

Animal

27


SARS-1 ou SARS

apparu en 2002




âgées

• Profil d’expression des cytokines au niveau

pulmonaire

• Cinétique intéressante

• 1ère phase J1-J5 IFN-alpha/beta IL6 TNFalpha

• 2ème phase J7 : IFN-gamma IL2 IL6 TNFalpha

• Cinétique biphasique

Animal

28


SARS-1 ou SARS

apparu en 2002




âgées

• Profil d’expression des chemokines au niveau

pulmonaire

• Cinétique intéressante

• 1ère phase J1-J5 CCL2 CCL3 CXCL10

• 2ème phase J7 : CCL5 CXCL9 + CCL2 CCL3 CXCL10

• Cinétique biphasique

Animal

29


SARS-1 ou SARS

apparu en 2002




âgées

• Rôle des lymphocytes T et balance CD4/CD8

• déplétion globale CD4/CD8 ne modifie pas l’élimination virale

• l’élimination des LcT CD8+ est aussi sans effet

• stimuler les LcT CD8+ améliore la survie

• en revanche l’élimination des LcT CD4+ augmente la gravité de la

pneumonie et diminue l’élimination virale

• Chez l’homme lymphopénie avec déséquilibre CD4/CD8 < 1

délétère

• Hypothèse : intérêt du ratio CD4/CD8 dans le

SARS-2 ? Ratio < 1 mauvais pronostic ?

Animal

30

Chen et al. Journal of virology 2010 ; Zhao et al. Journal of virology 2010

Modèles animaux sur le SARS-1

Cell Host & Microbe 2016

Modèle réponse IFN type I

31

SARS-1 ou SARS

apparu en 2002

Souris 7 – 9 semaines

et

Souris 8 – 9 mois

BALB/c : souris contrôle

IFNAR-/- : ko pour le

récepteur INF-α/β

• Réponse IFN• souris KO pour récepteur IFN-α/β : IFNAR -/-

• dose létale de SARS : toutes les souris IFNAR-/- survivent quelque

que soit l’âge

• même résultat avec Ig bloquant le récepteur IFNAR

• Cependant même expérience avec virus influenza =

décès des souris !

• Caractère particulier de l’infection à SARS et

réponse IFN non transposable à d’autres virus

• Risque si co-infection virale !

Animal

32

Channappanavar et al . Cell Host & Microbe 2016

SARS-1 ou SARS

apparu en 2002


et

Souris 8 – 9 mois


IFNAR-/- : ko pour


• Prétraitement de souris contrôle avec IFN-β 6h

avant infection protège les souris

• Pas d’effet si administration IFN-β 24h pré-infection

• Pas d’effet si IFN-β 6h post-infection

• Fenêtre très précise pour administrer IFN-β !

Animal

33


SARS-1 ou SARS

apparu en 2002


et

Souris 8 – 9 mois


IFNAR-/- : ko pour


• Profil des cytokines pulmonaires

• Profil des pDC : IFN-β et IFNα4

• Macrophage : dans une moindre mesure,

production d’IFN de type I

• Pas de rôle des neutrophiles ?

Animal

34


SARS-1 ou SARS

apparu en 2002


et

Souris 8 – 9 mois


IFNAR-/- : ko pour


• Apoptose et balance CD4/CD8

• Moins d’apoptose LcT chez IFNAR-/-, mais pas de

déséquilibre CD/CD8Animal

35


SARS-1 ou SARS

apparu en 2002


et

Souris 8 – 9 mois


• Stratégie de réduction de l’inflammation ?

• Anti-TNF améliore survie

• Mais souris STAT1 -/- (carré blanc) plus susceptible

à l’infection à SARS : nécessité de réduire

l’inflammation à un temps précis

Animal

36


SARS-1 ou SARS

apparu en 2002


• En résumé

Animal

37


Hypothèse dans le SARS-2

• Si correspondance entre SARS1 et SARS2, maladie biphasique

38

The Journal of Heart and Lung Transplantation DOI: (10.1016/j.healun.2020.03.012)


• La réponse immunitaire change avec le temps, les interventions sur

l’immunité doivent tenir compte de ces stades

• Si le SIRS secondaire excessif est démontré dans les formes graves,

l’immunosuppression initiale doit être mieux caractérisée

39



• Une stimulation de l’immunité à la phase virale peut augmenter le

risque de tornade cytokinique secondaire, surtout chez les sujets âgés

• Phase CARS en même temps qu’une phase SIRS ? Pas de réponse

évidente en l’état actuel

40


Hypothèses basées sur

les observations du

SARS1 et SARS2

Entre parenthèse, en

gris italique les

cytokines non détectées

dans le sang chez

l’homme

En vert diminution

En rouge augmentation

• Profil cytokines/chemokines retrouvé dans les

études animales et chez l’homme (non

exhaustif)

• IL1-β, (TNF-α, IL-12), (IFN-α), IFN-β, IFN-γ, IL-

6, IL-8/CXCL8, IL-10

• CXCL10/IP-10, CCL2/MCP1

• CCL3, CCL5

• sIL2R/sCD25 (marqueur du SAM)

• D’autres récepteurs solubles pourraient être

mesurables :

• sIL1R, sIL6R, sTNFR

Profil

cytokinique

41

COVID19

Observation chez

l’homme

Tornade cytokinique

dans le SARS =

mécanisme proche du

syndrome d’activation

macrophagique ?

En rouge non

survivants, en bleu

survivants

• Tornade cytokinique : augmentation des marqueurs

comme la ferritine et l’IL-6, lymphopénie

• Expression de la ferritine induite par les cytokines

pro-inflammatoires, les IFNs, certaines chemokines

Biologie

42

Zhou et al. The Lancet 2020

COVID19

Atteinte cardiaque

Série de 48 patients décédés

• Myocardite par la tornade cytokinique ?

• modèle myocardite infectieuse animal montre l’implication

délétère des cDC et des CD4

• pas d’isolement de SARS-CoV-1 au niveau cardiaque, pas

d’ACE2

• Myocardite dans 40% des décès d’une série de 48

patient

• Augmentation Troponine I HS mauvais pronostic ?

Biologie

43

Zhou et al. The Lancet 2020 ; Ruan et al. Intensive Care Med 2020 ; Van der Borght et al. Frontiers in Immunology 2018 ; Hamming et al. J Pathol 2004

COVID19

La CRP est produite par

le foie en réponse à l’IL-

6 (et aussi l’IL1β)

• CRP/IL6 augmente chez les patients non

survivants (orange)

• Corrélation entre taux IL6/CRP ? Marqueur

pronostic ?

Biologie

44

Ruan et al. Intensive Care Med 2020 ; Rhodes et al. Nat. Rev. Rheumatol. 2011

COVID19

Impact sur l’hémostase

Lien entre inflammation

et hémostase bien

connu dans le sepsis,

interactions complexes

Rôle des

prostaglandines type

PGE2 dans la fonction

plaquettaire et

l’inflammation

• D-dimères facteur pronostic ?

• L’inflammation peut provoquer des troubles de

l’hémostase (CIVD)Biologie

45

Zhou et al. The Lancet 2020 ; Gao et al. Journal of Medical virology 2020

Un marqueur dans le

SDRA du SARS-2 ?

KL-6 : protéine de type

surfactant produite par

les pneumocytes de

type 2

dARDS = Direct-risk

ARDS

iARDS =

Idiopathic/immune

ARDS

• Infection des pneumocytes de type 2 par le

SARS, observation retrouvée chez l’homme

• KL-6 : surfactant marqueur de gravité dans le

SDRA, non évalué dans le SARS, reflète la

gravité de l’atteinte pulmonaire

• Intérêt d’un marqueur KL-6 sérique déjà utilisé

dans le SDRA ? Pronostic ? Marqueur de la

gravité de l’atteinte pulmonaire ?

SDRA

46

Koyama et al. Critical Care 2019

Hypothèses

• Même stratégie de traitement que le SAM pour

contrer la tornade cytokinique ? Traitements anti-

inflammatoires des maladies auto-immunes ?

Syndrome de relargage des cytokines comme

dans les traitements post CAR-T cells ?

• Ferritine comme marqueur biologique

d’hyperinflammation ? De réponse à ces traitements ?

• Ratio CD4/8 ?

Pistes

thérapeutiques

47

Crayne et al. Frontiers in Immunology 2019

Il faudra des travaux

chez l’homme et des

protocoles

thérapeutiques bien

conduit pour pouvoir

valider ces hypothèses

• Réponse IFN excessive par défaut de

rétrocontrôle peut expliquer la gravité de la

maladie chez les sujets âgés

• Prendre en compte le caractère biphasique de

la pathologie dans la stratégie thérapeutique

Conclusion

48

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