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)
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
Channappanavar et al. Semin Immunopathol 2017 ; Schneider et al. Annu Rev Immunol. 2014
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
Channappanavar et al. Semin Immunopathol 2017 ; Schneider et al. Annu Rev Immunol. 2014
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
Channappanavar et al. Semin Immunopathol 2017 ; Schneider et al. Annu Rev Immunol. 2014
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
Channappanavar et al. Semin Immunopathol 2017 ; Schneider et al. Annu Rev Immunol. 2014
https://planet-vie.ens.fr Pascal Combmorel CC-BY-SA
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
Channappanavar et al. Semin Immunopathol 2017 ; Schneider et al. Annu Rev Immunol. 2014
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
Channappanavar et al. Semin Immunopathol 2017 ; Schneider et al. Annu Rev Immunol. 2014
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
Channappanavar et al. Semin Immunopathol 2017 ; Schneider et al. Annu Rev Immunol. 2014
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
Chen et al. Journal of virology 2010
SARS-1 ou SARS
apparu en 2002
Souris de 12-14 mois,
pour mimer la maladie
chez les sujets plus
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
Chen et al. Journal of virology 2010
SARS-1 ou SARS
apparu en 2002
Souris de 12-14 mois,
pour mimer la maladie
chez les sujets plus
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
Chen et al. Journal of virology 2010
SARS-1 ou SARS
apparu en 2002
Souris de 12-14 mois,
pour mimer la maladie
chez les sujets plus
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
Chen et al. Journal of virology 2010
SARS-1 ou SARS
apparu en 2002
Souris de 12-14 mois,
pour mimer la maladie
chez les sujets plus
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
Souris 7 – 9 semaines
et
Souris 8 – 9 mois
BALB/c : souris contrôle
IFNAR-/- : ko pour
récepteur INF-α/β
• 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
Channappanavar et al . Cell Host & Microbe 2016
SARS-1 ou SARS
apparu en 2002
Souris 7 – 9 semaines
et
Souris 8 – 9 mois
BALB/c : souris contrôle
IFNAR-/- : ko pour
récepteur INF-α/β
• 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
Channappanavar et al . Cell Host & Microbe 2016
SARS-1 ou SARS
apparu en 2002
Souris 7 – 9 semaines
et
Souris 8 – 9 mois
BALB/c : souris contrôle
IFNAR-/- : ko pour
récepteur INF-α/β
• Apoptose et balance CD4/CD8
• Moins d’apoptose LcT chez IFNAR-/-, mais pas de
déséquilibre CD/CD8Animal
35
Channappanavar et al . Cell Host & Microbe 2016
SARS-1 ou SARS
apparu en 2002
Souris 7 – 9 semaines
et
Souris 8 – 9 mois
BALB/c : souris contrôle
• 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
Channappanavar et al . Cell Host & Microbe 2016
SARS-1 ou SARS
apparu en 2002
Souris 7 – 9 semaines
• En résumé
Animal
37
Channappanavar et al . Cell Host & Microbe 2016
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)
Hypothèse dans le SARS-2
• 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
The Journal of Heart and Lung Transplantation DOI: (10.1016/j.healun.2020.03.012)
Hypothèse dans le SARS-2
• 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
The Journal of Heart and Lung Transplantation DOI: (10.1016/j.healun.2020.03.012)
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