contre la tuberculose passe en deçà d’un seuil (ligne bleue) qu’il conviendra de définir. C- Synthèse des différents aspects de la recherche d’un nouveau vaccin antituberculeux intégrant les notions de vaccination prophylactique et de vaccin « post-exposition » permettant de traiter une tuberculose latente ou bien une tuberculose active. Adaptée de Andersen and Doherty, 2005 et Aggard et al, 2009.
Immuni té in du ite pa r BCG Seuil de protection Age (années)
A
B
Immuni té in du ite pa r BCG Seuil de protection Age (années) Personne saine Infection par M. tuberculosis Tuberculose active Tuberculose latente Vaccin thérapeutique Vaccin post- exposition Booster de BCG Vaccin alternatifC
- 26 - (c) Les benzothiazinones
Récemment une nouvelle famille de composée a été décrite. Les 1,3-benzothiazin-4-ones (BTZs) ont des effets bactéricides sur M. tuberculosis in vitro, ex vivo, et in vivo chez la souris. Il cible l’enzyme decaprenylphosphoryl-β-D-ribose 2-epimerase (Figure 11). L’inhibition de cette activité enzymatique bloque la formation du decaprenylphosphoryl- arabinose, un des précurseurs requis pour la synthèse de l’enveloppe bactérienne, induisant ainsi la lyse cellulaire et la mort de la bactérie. Le BTZ043 est ainsi un bon candidat pour être administré dans des cas de tuberculose XDR et MDR (Christophe et al., 2009; Makarov et al., 2009).
(d) De nouveaux analogues pour améliorer les traitements actuels
La moxifloxacine est une fluoroquinolone. Il semble que cette nouvelle molécule puisse diminuer le temps de traitement chez les souris lorsqu’on l’utilise à la place de l’isoniazide (Nuermberger et al., 2005). Une étude clinique récente a pu montrer que la substitution de l’ethambutol par cette molécule favorise la conversion négative lors de son utilisation comme traitement de première ligne (Conde et al., 2009) et le temps de traitement est réduit. Cependant, de plus amples études doivent être menées pour évaluer sa réelle efficacité.
La rifapentine, un analogue de la rifampicine, a été validée dans le cadre de traitement anti- tuberculeux en 1998. Ce composé pourrait permettre de diminuer la fréquence des prises de médicament car il possède une demi-vie plus longue que la rifampicine. Ses propriétés pharmacocinétiques font de cette molécule un candidat prometteur pour le traitement des tuberculoses latentes en association avec l’isoniazide (Miyazaki, Chaisson, and Bishai, 1999; Zhang et al., 2009).
(4) Les vaccins
Le fait qu’un tiers de la population mondiale soit infecté par M. tuberculosis et que seule une faible proportion des personnes infectées développe la pathologie démontre l’efficacité de notre système immunitaire pour contenir l’infection. Dès lors, il est légitime d’envisager de pouvoir mettre au point un vaccin. Cependant un problème conceptuel se pose car on constate que les personnes ayant développé des tuberculoses primaires ne sont pas mieux protégés contre la réinfection ou la réactivation (Kaufmann and McMichael, 2005). Ainsi, contrairement à d’autres infections où la stratégie vaccinale classique est efficace, dans le cas de la tuberculose, il semble que la mémoire immunitaire ne soit pas assez efficace pour protéger l’individu à long terme (Figure 12A) (Young et al., 2008).
Candidat Vaccin
Composition Mécanisme d’action
et cible(s)
Phase de test
Références Vecteurs viraux
MVA85A Virus vaccinal
recombinant exprimant l’Ag85
Booster le BCG
Pré-exposition
I/II McShane et al., 2005; Pathan et al., 2007
Ad35 TB-S Vecteur adénoviral
exprimant l’Ag85 et Tb10.4 Booster le BCG Pré-exposition I Radosevic et al., 2007 V.Sous unitaires Mtb72F Ag Recombinant Adjuvant Booster le BCG Pré-exposition
I/II Brandt et al., 2004
Hybrid-1 Ag Recombinant Ag85
– ESAT6 Adjuvant
Booster le BCG
Pré-exposition
I Doherty et al., 2004
HyVac4-IC31 Ag Recombinant Ag85
– Tb10.4 Adjuvant +++
Booster le BCG
Pré-exposition
I/II Agger et al., 2006 Lindenstrom et al., 2009 HBHA Ag Recombinant Adjuvant Booster le BCG Pré-exposition I Rouanet et al., 2009 BCG recombinants
rBCG30 BCG surexprimant Ag85 Augmenter l’immunogénicité du
BCG
Pré-exposition
I Horwitz et al., 2003
rBCGre :CHly+ BCG exprimant un Ag
pro-TH1 de L.monocytogenes Augmenter l’immunogénicité du BCG Pré-exposition I Grode et al., 2005 Mutants de M. tuberculosis
MT103-S02 phoP M. tuberculosis inactivé
dans plusieurs gènes de virulences
Induire une réponse spécifique contre M. tuberculosis
Pré-exposition
I/II Martin et al., 2006 Cardona et al., 2009 Vaccins ADN Hsp65 Plasmide exprimant un antigène de M.leprae Augmente la réponse TH1 Pré-exposition Post-exposition Thérapeutique
Souris Lowrie et al., 1999 Lowrie, 2005
Tableau 2│ De nouveaux candidats vaccins
Le tableau répertorie le principe de vaccination, le nom, la composition, le mécanisme d’action, la phase de test et les références des principaux candidats vaccins décrits dans la littérature. Adapté de Aagard et al,
- 27 - Depuis les années 1950 le vaccin BCG, souche atténuée de M. bovis, est le seul moyen préventif utilisé dans le monde. L’efficacité de ce vaccin est aujourd’hui discutée ; en effet s’il protège bien les jeunes enfants contre les formes graves de la tuberculose, son efficacité à protéger contre les formes pulmonaires, contagieuses, est variable (Andersen and Doherty, 2005).
Plusieurs stratégies sont envisagées pour pouvoir prévenir la maladie sous toutes ses formes. Les nouveaux vaccins devront permettre de prévenir à la fois les primo-infections mais aussi la réactivation en visant les formes latentes et devront par ailleurs permettre de mettre en place une réponse mémoire plus efficace que celle induite par le BCG. De plus, l’existence de nombreuses souches différentes en fonction des régions doit être intégrée au projet de production de nouveaux vaccins. L’efficacité des nouveaux candidats pourrait ainsi varier en fonction du génotype de la souche. (Figure 12 et Tableau 2)
(a) La stratégie de vaccination « pré-exposition »
Les principaux candidats de vaccins prophylactiques visant à prévenir les primo-infections sont des souches recombinantes de M. tuberculosis (Cardona et al., 2009; Martin et al., 2006) ou de BCG améliorées (Grode et al., 2005), ou des formes de BCG « boostés » (Figures 12 et Tableau 2). Les formes boostés consistent à ajouter au BCG un complément sous-unitaire ciblant des antigènes spécifiques et administrées avec de puissants adjuvants afin d’optimiser la réponse lymphocytaire. Une autre stratégie prophylactique consiste à vacciner avec des vecteurs viraux recombinants qui favorisent la réponse immunitaire de type cytotoxique et expriment des antigènes ou des protéines recombinantes permettant d’améliorer la réponse immunitaire (McShane et al., 2005).
(b) La stratégie « post-exposition » (Figures 12B et Tableau 2)
Ce sont des vaccins pouvant être administrés chez des personnes contaminées. Le développement de tels vaccins est essentiel pour améliorer le traitement dans les zones endémiques. Ces vaccins doivent permettre de cibler aussi bien des bacilles réplicatifs que des bacilles à l’état de dormance. Actuellement un seul vaccin a pu montrer des effets curatifs chez l’animal en favorisant l’induction de la réponse inflammatoire (Lowrie, 2005).
- 28 - Afin de pouvoir envisager une eradication de la maladie les moyens de luttes actuels doivent être améliorés. Bien que la réponse immunitaire semble efficace contre le bacille en permettant de contenir l’infection elle ne permet pas d’éliminer l’ensemble des bactéries. Une meilleure compréhension de ses intéractions hôte-pathogène pourrait aider au développement de nouveaux traitements profilactics et curatifs. Ainsi il semble utile de mieux comprendre le rôle des différents récepteurs de M. tuberculosis à la surface des cellules de l’hôte et des différents systèmes permettant au bacille de résister à l’immunité.
- 29 -
B.
Le bacille et le système immunitaire de l’hôte
1.
Les mycobactéries sont des pathogènes intracellulaires facultatifs qui, contrairement à d’autres bactéries telles que Listeria monocytogenes, pénètrent dans les cellules-hôtes de manière passive grâce à des récepteurs endocytaires intervenant dans les voie de la phagocytose (Figure 13). La complexité de la structure de l’enveloppe mycobactérienne explique le grand nombre d’interactions possibles entre le bacille et de nombreux types de récepteurs. Ces récepteurs de reconnaissance de motifs (PRRs pour pattern recognition receptors) sont exprimés à la surface des cellules phagocytaires (macrophages, MPs, cellules dendritiques, DCs, polymorphonucléaires, PMNs), épithéliales mais aussi lymphocytaires. Ils peuvent être divisés en trois grandes catégories de PRRs : les PRRs phagocytaires opsonisants ou non-opsonisants, et les PRRs permettant de moduler la réponse immunitaire innée afin d’induire et de réguler la réponse adaptative (Figure13).
La réponse immunitaire innée
a) Les PRRs opsonisants
Les interactions entre le bacille et la cellule-hôte se font essentiellement dans des régions membranaires de la cellule enrichies en cholestérol appelées « radeaux lipidiques » (lipid raft). La phagocytose peut se faire via différents types de récepteurs qui interagissent majoritairement avec des motifs sucrés, des lipides, ou des lipoprotéines membranaires de l’enveloppe mycobactérienne (Ernst, 1998).
(1) Le Récepteur du complément de type 3 (CR3)
Le CR3 est un récepteur hétérodimérique de surface (CD11b/CD18) qui fait partie de la famille des intégrines (Arnaout, 1990; Newton, Thiel, and Hogg, 1997). Il est majoritairement exprimé à la surface des neutrophiles, macrophages, monocytes et des cellules NK (Arnaout, 1990). La chaîne CD11b, appelée chaîne α présente à son extrémité N-terminale une accumulation de séquences répétées en feuillets β interrompue par le domaine I commun à la famille des intégrines (Velasco-Velazquez et al., 2003). Ce domaine fonctionnel peut interagir avec les molécules opsonisantes du complément ou directement avec des composants mycobactériens tel que l’antigène 85C (Ag85C) de M. tuberculosis (Armitige et al., 2000). Le bacille peut aussi interagir de manière non spécifique avec des facteurs de la voie d’activation alternative du complément et notamment être opsonisé par C3b et iC3b (Schlesinger et al.,
Figure 13│Les interactions de M. tuberculosis avec le système immunitaire inné.
Le bacille et les antigènes mycobactériens peuvent interagir à la surface des cellules de l’hôte avec de nombreux récepteurs de la réponse immunitaire innée. Parmi ces récepteurs certains peuvent médier la phagocytose de la mycobactérie de manière directe (i) ou dépendante de l’opsonisation du bacille (ii). Certains récepteurs tels que certaines des lectines de type C sont à la fois endocytaires et aussi capables d’induire des cascades de transduction de manière indépendante ou en collaboration avec les TLRs. Une fois endocytés le bacille et des antigènes mycobactériens peuvent interagir avec des PRRs endosomaux tels que le TLR9 mais aussi avec des PRRs intracytoplasmiques tels que les NLRs (iii). L’induction des cascades transductionnelles aboutissent à la modulation de l’état cellulaire et à l’induction de la sécrétion de cytokines. M. tuberculosis est un pathogène intracellulaire qui pénètre dans les cellules de manière passive via les récepteurs phagocytaires. Parmi ces nombreux PRRs interagissant avec le bacille certains contribuent à l’activation de la réponse immunitaire alors que d’autres permettent au bacille de persister.
CD36 MR DC-SIGN FcgR SpR210 CRs CR3 SRA MARCO TLR2 TLR6 TLR1 RP105 TLR4 TLR9 Lectines de type C Recepteurs scavenger Recepteurs opsonisants TLRs NLR Maturation du phagosome Modulation de l’homéostasie Cascades de transduction Internalisation dectine-2 dectine-1 Igs SPA + FN MBL SPD Complément Bacille et Ags NOD2 NLRP3 (i) (ii) (iii) ?
- 30 - 1990). Les formes opsonisées peuvent être reconnues par les CR1-3 et 4, cependant la phagocytose du bacille se fait essentiellement via le CR3 (Schlesinger et al., 1990). A son extrémité C-terminale, la sous-unité α présente un domaine fonctionnel de type lectine de type C (domaine C) qui permet d’interagir avec des oligosaccharides de manière dépendante du calcium. Ce domaine C permet au CR3 de se lier directement à des constituants glycosylés de la paroi des mycobactéries tel que le ManLAM (lipoarabinomannane mannosylé) (Tada et al., 2005; Thornton et al., 1996; Thorson et al., 2001).
Ces interactions dépendantes ou non de l’opsonisation entraînent l’activation du CR3. Cela induit une cascade de phosphorylations. Puis s’en suit une accumulation de calcium et un remodelage du cytosquelette d’actine entraînant la phagocytose et l’induction de processus bactéricides pour éliminer le pathogène (Velasco-Velazquez et al., 2003). Les voies non- opsoniques d’activation directes du CR3 par les mycobactéries sont les plus probables in vivo car il semble que le taux de facteurs du complément soit faible dans le compartiment alvéolaire (Velasco-Velazquez et al., 2003). In vivo, l’importance de ce récepteur dans le modèle d’infection murin est difficile à évaluer. L’étude de souris déficientes pour la chaîne CD11b a permis de confirmer le rôle de ces deux voies de phagocytose (Melo et al., 2000). Cependant, l’inhibition de ce récepteur n’altère pas le devenir de la bactérie, ni dans les macrophages, ni dans les souris ce qui implique que le bacille puisse interagir avec d’autres systèmes endocytaires et que les cellules hôtes possèdent aussi d’autres PRRs pour la phagocytose et le contrôle de l’infection (Hu et al., 2000; Melo et al., 2000).
(2) Les collectines (SPA, SPD et fibronectine)
Les protéines du surfactant A et D (SPA, SPD) et la fibronectine sont des protéines produites par les cellules de l’épithélium respiratoire (Hall-Stoodley et al., 2006). Les collectines SPA et SPD sont des récepteurs de carbohydrates de la famille des lectines de type C. Elles jouent des rôles dans la régulation de l’opsonisation, la phagocytose et l’agglutination de micro- organismes dans le tractus respiratoire mais aussi dans la fluidification du mucus afin de drainer l’ensemble des voies respiratoires et participer à la barrière mécano-cilié (Kuroki, Takahashi, and Nishitani, 2007).
(a) La SPA et SPA-R (SP-R210)
La SPA est formée par l’oligomérisation de six trimères qui lui confère une forme en bouquet (Kuroki, Takahashi, and Nishitani, 2007). Elle joue à la fois un rôle d’opsonisation non spécifique de M. tuberculosis (Pasula et al., 1997) et pourrait aussi interagir de manière spécifique avec une glycoprotéine membranaire du bacille appelée Apa (alanine- and proline-
- 31 - rich antigenic) (Ragas et al., 2007). Elle peut aussi réguler l’activité de certains récepteurs pouvant reconnaître la mycobactérie tels que le récepteur du mannose (MR, pour mannose receptor) et le récepteur « scavenger » A (Beharka et al., 2002; Crouch, 1998; Kuroki, Takahashi, and Nishitani, 2007; Sidobre et al., 2000). La SPA, une fois liée au pathogène ou à ses ligands, est reconnue par un récepteur membranaire appelé SP-R210 qui est exprimé à la surface des pneumocytes et des macrophages. Cette protéine membranaire peut réguler la phagocytose de particules et pourrait interagir avec des TLR pour moduler la réponse inflammatoire (Kuroki, Takahashi, and Nishitani, 2007).
(b) La SPD
La SPD est formée par l’oligomérisation de quatre trimères qui lui donne une conformation en croix (Kuroki, Takahashi, and Nishitani, 2007). Elle attache les pathogènes via son domaine de reconnaissance des carbohydrates mais, contrairement à SPA, elle n’induit pas la phagocytose. Elle peut cependant induire une agrégation des pathogènes qui entraîne une diminution des interactions avec les cellules hôtes (Crouch, 1998; Ferguson and Schlesinger, 2000). L’agrégation de M. tuberculosis inhibe la phagocytose du bacille par les autres récepteurs des MPs alvéolaires et facilite l’évacuation du bacille (Ferguson et al., 1999; Ferguson et al., 2002). La SPD reconnaît les mycobactéries en se liant à des constituants glycosylés de l’enveloppe tels que le ManLAM de M. tuberculosis et M. avium (Ferguson et al., 1999; Kudo et al., 2004). Ces interactions avec ce glycolipide semblent pouvoir inhiber la reconnaissance de la mycobactérie par le MR qui est un récepteur phagocytaire associé au développement de la mycobactérie dans le macrophage. Le bacille agglutiné peut être phagocyté de manière moins efficace mais de manière indépendante du MR ce qui favorise la maturation du phagosome et la dégradation de la mycobactérie (Ferguson et al., 2006).
(c) La fibronectine (FN)
La FN est une glycoprotéine qui joue un rôle dans la réponse immunitaire contre les dommages tissulaires et dans l’opsonisation des bactéries (Naito et al., 2000). Elle a plusieurs sites d’interaction lui permettant d’interagir avec des molécules endogènes (héparine, fibrine) et elle joue aussi un rôle dans l’attachement des mycobactéries aux cellules-hôtes (Naito et al., 1998; Pasula, Wisniowski, and Martin, 2002). Elle peut ainsi reconnaitre l’Ag85B de M. tuberculosis (Ag-Alpha) (Naito et al., 2000). L’étude des interactions entre le bacille, ces collectines et la FN dans des conditions dynamiques mimant les contraintes mécaniques du poumon ont mis en évidence que la FN semble permettre un meilleur attachement à des cellules épithéliales du poumon, au moins in vitro (Hall-Stoodley et al., 2006). La SPA et la
- 32 - SPD semblent capables de discriminer des souches de M. tuberculosis pathogène (H37Rv) et non-pathogène (H37Ra) (Hall-Stoodley et al., 2006).
(3) Le récepteur des fractions constantes des IgGs (FcγR) Les récepteurs des fractions communes des IgGs (FcγR) permettent d’interagir avec les mycobactéries recouvertes d’IgG spécifiques ou non. Ces récepteurs transmembranaires présentent à leur extrémité intra-cytoplasmique des domaines de type ITAM/ITIM (immunoreceptor tyrosine-based Activation / Inhibition motif) permettant de recruter des kinases qui activent les cascades de phosphorylations nécessaires à l’induction de la phagocytose et à la transduction d’un signal afin de moduler la réponse immunitaire (Groves et al., 2008). Récemment, il a été montré que ce récepteur joue un rôle essentiel dans la modulation de la réponse à un ligand mycobactérien : le tréhalose-6,6-dimycolate (TDM ou Cord Factor) et à son analogue synthétique : le tréhalose-6,6-dibehenate (TDB) qui ont un fort pouvoir immunogène (Bekierkunst et al., 1969). Ces interactions permettent d’activer la réponse immunitaire de manière dépendante de FcγR-Syk-Card9-Bcl10-Malt1. Cette propriété immuno-modulatrice confère au Cord factor un bon rôle d’adjuvant chez la souris (Werninghaus et al., 2009).
(4) La « mannose binding lectin » (MBL)
MBL est une lectine de type C secrétée qui, grâce à son CRD, peut interagir avec des épitopes mannosylés. Elle est essentiellement produite par le foie (Ezekowitz, 2003; Jack and Turner, 2003; Turner, 2003). De part sa structure comprenant un domaine de type collagène, cette lectine de type C forme des oligomères très semblables aux protéines du surfactant. En association avec les récepteurs du complément et des collectines, elle permet l’opsonisation des microorganismes et leur phagocytose par les macrophages (Turner, 1996). Elle interagit avec des oligosaccharides enrichis en mannose ou en N-acétylglucosamine présents à la surface de nombreux microorganismes, et notamment avec le LAM des mycobactéries (Garred et al., 1994).
Il existe de nombreux variants alléliques de la MBL et certaines mutations entraînent une diminution drastique du taux circulant de protéine alors que d’autres favorisent la sécrétion de la protéine. De manière générale, les études génétiques d’association tendent à montrer que des déficits en MBL augmentent la susceptibilité à différentes infections. Dans le cadre de la tuberculose, plusieurs études ont été menées, certaines concluant à des augmentations de susceptibilité et d’autres à des phénotypes de protection (Capparelli et al., 2009; Selvaraj et
- 33 - al., 2006). Cependant, le rôle de cette lectine dans l’immunité innée reste discutable. D’un point de vue évolutif l’existence de nombreux variants alléliques n’est pas en faveur de l’importance du rôle de cette lectine dans la réponse immunitaire. Il semble que la MBL ait une fonction redondante dans l’immunité innée, au moins chez l’homme (Verdu et al., 2006). M. tuberculosis peut interagir avec différents PRRs jouant un rôle dans les voies d’opsonisation afin de moduler la réponse immunitaire et d’induire la phagocytose. A ces opsonines s’ajoutent des familles de récepteurs membranaires comprenant des récepteurs scavengers ainsi que les récepteurs « senseurs de dangers » comprenant les TLRs (Toll-like receptors), NLRs (Nod-like receptors) et les lectines de type C (CTLs ; C type lectins) transmembranaires.
b) Les récepteurs membranaires
(1) Les Récepteurs Scavengers (SRs ; scavenger receptors) Les SRs forment une grande famille de protéines exprimées à la surface de différents types cellulaires incluant les MPs, DCs, cellules endothéliales et adipocytes (Zimmerli, Edwards, and Ernst, 1996). Ils sont souvent impliqués dans des phénomènes d’endocytose de ligands polyanioniques d’origine protéique ou lipidique (Peiser et al., 2006). Ils peuvent aussi bien interagir avec des molécules endogènes que des molécules exogènes (Krieger, 1997), ce qui leur permet de jouer un rôle dans des phénomènes d’adhésion cellulaire et dans l’immunité innée (Peiser and Gordon, 2001). Ce sont des récepteurs très conservés au cours de l’évolution, ainsi on les retrouve chez la drosophile où ils jouent un rôle dans la réponse immunitaire innée et la dégradation des cellules apoptotiques (Franc and White, 2000). Ils présentent des conformations et des domaines fonctionnels très variés et on peut distinguer deux grandes familles de SRs interagissant avec M. tuberculosis : de type collagène et de type non collagénique.
(a) Les SRs type collagène
SRA joue un rôle dans la réponse immunitaire et permet de contrôler la réponse inflammatoire dans des modèles de choc sceptique (Haworth et al., 1997; Suzuki et al., 1997). Il est impliqué dans la réponse à l’infection par les mycobactéries. Ainsi, son expression est activée lorsqu’on infecte des macrophages, et il est très exprimé dans les macrophages des granulomes (Haworth et al., 1997; Pedroza-Gonzalez et al., 2004; Suzuki et al., 1997). Cependant son rôle dans l’induction de la phagocytose des mycobactéries reste discutable. Il semble qu’il soit l’un des récepteurs pouvant interagir avec le TDM. Cette interaction inhibe la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires induites par des interactions entre ce glycolipide
- 34 - mycobactérien et d’autres récepteurs. Effectivement, lors de la stimulation de MPs déficients pour SRA, ou de MPs incubés avec un anticorps bloquant anti-SRA, ils secrètent plus de TNF et MIP1α (macrophage inflammatory protein 1α ) en réponse au TDM (Ozeki et al., 2006). MARCO (macrophage receptor with collagenous structure) est un autre récepteur de la famille de SRA. Il a été décrit comme étant impliqué dans la réponse immunitaire contre