Conséquences neurologiques de l'infection au SARS- CoV-2 : Analyse bibliographique

- 1 -

Conséquences neurologiques de l’infection au

SARS-CoV-2

Analyse bibliographique

Michael Ogier1_{, Guillaume Andéol}1_{, Emmanuel Sagui}1-2_{, Gregory Dal Bo}1

1 _{Institut de recherche biomédicale des armées, 1 place Valérie André, 91220, Brétigny sur} Orge, France.

- 2 -

Fiche Bibliographique d’exploitation

diffusion 30 avril 2020

Auteurs principaux

Michael Ogier1_{, Guillaume Andéol}1_{, Emmanuel Sagui}1-2_, Grégory Dal Bo1

Affiliation

1 _{Institut de recherche biomédicale des armées, 1 place Valérie} André, 91220, Brétigny sur Orge, France.

2 _{Hôpital européen de Marseille, 6 rue Désirée Clary, 13003,} Marseille, France.

Titre Conséquences neurologiques de l’infection au SARS-CoV-2

Mots clés

SARS, coronavirus, Covid-19, neuro-invasion, tronc cérébral, neuro-inflammation, amorçage microglial, démyélinisation, sclérose en plaques, potentiels évoqués auditifs

Un article reprenant des éléments de cette analyse bibliographique a été publié dans la revue Brain, Behavior and Immunity – Health :

- 3 -

Résumé

En décembre 2019, est apparu en Chine un nouveau coronavirus, dénommé SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrom-Coronavirus-SARS-CoV-2)(Gorbalenya et al., 2020). Entre 16 et 75% des sujets contaminés par ce virus seraient asymptomatiques (Day, 2020; Mizumoto et al., 2020; Nishiura et al., 2020; Song et al., 2020), l’autre partie développant une symptomatologie plurielle pulmonaire et/ou extra-pulmonaire (Lai et al., 2020; Mao et al., 2020).

La plupart des coronavirus ont un tropisme neurologique (Bohmwald et al., 2018) et il est possible que le SARS-Cov-2 puisse, lui aussi, pénétrer le système nerveux central (SNC) via les nerfs olfactifs, via les chemo ou mécano-récepteurs des voies aériennes ou via une route hématogène. Après neuro-invasion, l’atteinte du tronc cérébral pourrait être impliquée dans la défaillance respiratoire et expliquer ainsi une partie des décès identifiés chez les patients Covid-19 comme d’origine pulmonaire (Netland et al., 2008; Li et al., 2020).

En l’absence d’un haut niveau de preuves, il semble difficile de motiver un changement de pratique médicale et notamment de réaliser des tests additionnels mettant en évidence l’atteinte du système nerveux central chez les patients, ce qui augmenterait de facto le coût matériel et humain nécessaire à leur prise en charge. Néanmoins, il est possible de proposer aux cliniciens les actions suivantes, dont le compromis coût/efficacité semble acceptable :

- Envisager un monitorage non invasif du tronc cérébral via les potentiel évoqués auditifs (PEA) en réanimation,

- Conduire une surveillance neurologique à long terme des patients avec suspicion de neuro-invasion par SARS-CoV-2 (anosmie/agueusie) afin d’anticiper des complications de type neuro-inflammation chronique/démyélinisation pouvant se manifester par des pathologies neurocognitives chroniques (sclérose en plaques, SEP, états de stress post-traumatique, ESPT, troubles anxieux, troubles mnésiques), - Prendre en compte les antécédents traumatiques (traumatisme crânien et

psychologique) dans les tableaux diagnostic et pronostic des patients et réaliser une analyse génétique afin de déterminer les sous-populations à risque,

- Réaliser des banques de tissus (cerveau, moelle épinière) et de fluides corporels (sang, LCR) afin de déterminer, a posteriori, l’existence d’une atteinte du système nerveux. - Envisager des thérapies pharmacologiques limitant l’inflammation centrale et la

- 4 -

I.

Introduction

En décembre 2019, est apparu en Chine un nouveau coronavirus, dénommé SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrom-Coronavirus-SARS-CoV-2)(Gorbalenya et al., 2020). Entre 16 et 75% des sujets contaminés par ce virus seraient asymptomatiques (Day, 2020; Mizumoto et al., 2020; Nishiura et al., 2020; Song et al., 2020), l’autre partie développant une symptomatologie plurielle pulmonaire et/ou extra-pulmonaire (Lai et al., 2020). Près d’un tiers des patients hospitalisés expriment des manifestations neurologiques (Mao et al., 2020), qui pourraient être la conséquence d’un tropisme cérébral du SARS-CoV-2, comme cela a été montré pour la plupart des coronavirus (SARS-CoV-1, MERS-CoV, HCO)(Desforges et al., 2019). Un tel tropisme pourrait particulièrement se concrétiser par une altération du fonctionnement du tronc cérébral (Li et al., 2020), ce qui pourrait notamment participer à la défaillance respiratoire, principale cause de mortalité des patients infectés par le SARS-CoV-2(Chen et al., 2020). Cependant, il n’existe pas aujourd’hui de preuves directes que le SARS-CoV-2 puisse infecter le système nerveux central (SNC) des patients. Il faudra un certain temps pour obtenir un niveau de preuves suffisant pour modifier de manière systématique la prise en charge des patients en réanimation, et notamment vérifier l’intégrité de leurs fonctions cérébrales et adapter les traitements en conséquence. En effet, déterminer si le virus a pénétré le SNC, via la réalisation d’une ponction lombaire ou de mesures de neuroimagerie, complexifierait la prise en charge de patients en réanimation ; le gain supposé devra être à la hauteur et le garantir par des études sera long. Cependant, il est possible de proposer sans attendre des améliorations peu coûteuses de la prise en charge des patients en phase aiguë et des patients guéris. Ces propositions s’appuient sur une analyse des études précliniques et cliniques réalisées sur des coronavirus proches du SARS-CoV-2 : le SARS-CoV-1, le MERS-CoV, le HCoV-OC43(Arbour et al., 2000; Ding et al., 2004; Desforges et al., 2019). Ces études mettent notamment en avant des phénomènes neuro-inflammatoires complexes. La combinaison de ces phénomènes chez un sujet présentant des prédispositions génétiques et/ou un état d’amorçage inflammatoire du fait d’antécédents d’agressions cérébrales mécaniques ou infectieuses, pourrait favoriser l’apparition de séquelles neurologiques anticipables et donc dépistables.

Le présent document constitue une analyse des articles scientifiques publiés dans le domaine au 11 avril 2020. Nous présentons d’abord les manifestations neurologiques du SARS-CoV-2 et les limites des études qui s’y sont intéressées, puis les connaissances sur les voies d’infection du SNC par les coronavirus. La physiopathologie de l’atteinte du SNC est ensuite décrite via les mécanismes par lesquels le virus produirait des lésions neurologiques, en particulier au niveau du tronc cérébral, et leurs conséquences potentielles sur la fonction respiratoire. Le rôle que pourraient prendre les potentiels évoqués auditifs (PEA) dans la prise en charge clinique est ensuite abordé d’une part, en permettant une évaluation non invasive de l’intégrité du tronc cérébral chez le patient en réanimation et d’autre part en autorisant un dépistage des séquelles de type démyélinisation comme la sclérose en plaques (SEP). Enfin, la problématique de l’amorçage inflammatoire (microglial) et des séquelles neurocognitives de l’infection au coronavirus qu’il induirait est abordée.

La conclusion rappelle les propositions cliniques pratiques pour l’évaluation non invasive du tronc cérébral et la surveillance des patients guéris pour le dépistage de diverses séquelles neuro-cognitives.

- 5 -

II.

Signes neurologiques du SARS-CoV-2

L’étude de Mao et collaborateurs (Mao et al., 2020), est l’une des rares abordant directement la symptomatologie neurologique du SARS-CoV-2. C’est une étude rétrospective réalisée à partir de dossiers médicaux électroniques de patients dont le diagnostic infectieux a été confirmé par analyse PCR sur prélèvements de gorge. Sur 214 patients, les auteurs identifient qu’environ 36% présentent des symptômes neurologiques et plus précisément :

- 24% ont une symptomatologie évoquant une atteinte du système nerveux central (céphalée, vertiges, altération de l’état de conscience, pathologie vasculaire aiguë, épilepsie),

- environ 9% avec une atteinte de type anosmie et agueusie étiquetée par les auteurs comme ayant une origine périphérique mais cette symptomatologie pourrait également avoir une origine centrale.

- et environ 11% avec une atteinte musculaire (myalgie, créatine phosphokinase CPK > 200 U/L), souvent associée à une atteinte rénale et hépatique.

Les atteintes neurologiques étaient plus fréquentes chez les cas sévères. On peut cependant souligner que la symptomatologie neurologique décrite pourrait être en partie expliquée par une hypoxie cérébrale due aux altérations des systèmes périphériques et aux déficits respiratoires. Le SARS-CoV-2 a néanmoins été objectivement identifié par biologie moléculaire (PCR) dans le liquide céphalo-rachidien (LCR) d’un patient ayant souffert d’une méningo-encéphalite (Moriguchi et al., 2020). A noter que le virus n’a pas été retrouvé dans les prélèvements nasopharyngés chez ce patient.

Dans une revue dédiée aux manifestations neurologiques du SARS-CoV-2 (Wu et al., 2020), les auteurs spéculent d’autres atteintes :

- une encéphalopathie toxique sans inflammation, induite par l’hypoxie sévère et la virémie élevée présente chez certains patients. L’atteinte neurologique serait alors secondaire de l’hypoxie. Cependant aucun cas de ce type d’encéphalopathie n’a encore été décrit.

- une pathologie vasculaire cérébrale aiguë, qui pourrait être causée par l’orage de cytokines, une anomalie de la coagulation (D-dimères, temps de prothrombine) ayant été retrouvée lors de tests biologiques chez les patients infectés par le SARS-CoV-2 avec une manifestation neurologique (Mao et al., 2020). Ainsi, la prescription d’héparine de bas poids moléculaire pourrait améliorer la survie des patients avec une infection sévère (Tang et al., 2020). De plus, l’affinité du SARS-CoV-2 pour son récepteur cellulaire, l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2), inhiberait l’action anti-hypertensive de l’enzyme et favoriserait ainsi les hémorragies cérébrales (Wang et al., 2020). Des neurologues italiens alertent sur une recrudescence d’accidents vasculaires cérébraux (Talan, 2020) sans étiologie évidente autre que le SARS-CoV-2, ce qui justifie la recherche de SARS-CoV-2 chez tous les patients souffrant de pathologie vasculaire cérébrale aiguë surtout sans facteur de risque.

Ces différentes hypothèses sont résumées dans la Figure 1 (Wu et al., 2020). A noter également des rapports de cas d’encéphalite nécrosante (Poyiadji et al., 2020), de myélite aiguë (Zhao et al., 2020b), de syndrome de Guillain Barré (Zhao et al., 2020a) (mais attendue car possible lors de tout état dysimmunitaire infectieux). Ainsi, ces tableaux neurologiques, vu le contexte, devraient systématiquement entraîner la recherche de SARS-CoV-2.

- 6 -

Figure 1 : d’après Wu et collaborateur (2020) Physiopathologie de l’atteinte neurologique induite par les

coronavirus (ACE2: angiotensin-converting enzyme 2; BBB: blood brain barrier; IL: interleukin; MHC: major histocompatibility complexes; SIRS: systemic inflammatory response syndrome.)

Les atteintes neurologiques et affections nerveuses dues au SARS-CoV-2 sont très certainement beaucoup plus diverses que ce qui a été décrit à ce jour. A plus long terme, il est possible que chez des individus avec une prédisposition génétique, l’infection au SARS-CoV-2 entraîne des séquelles neurologiques telle que la sclérose en plaques (SEP) (Desforges et al., 2019). En effet, il semble y avoir une prévalence plus élevée d’ARN viral de HCoV-OC43, un homologue proche du SARS-CoV-2, dans les cerveaux de patients ayant souffert de SEP : 36% vs. 14% chez les sujets témoins (Arbour et al., 2000) ; la cause de la démyélinisation pourrait être (1) une conséquence directe de l’infection virale comme la destruction des oligodendrocytes, (2) une conséquence de la réponse immunitaire, ou (3) via l’induction de la sécrétion de molécules inflammatoires par les cellules neurales infectées. A noter que le virus hépatique murine (MHV, pour mouse hepatitis virus) est utilisé comme modèle pour les maladies démyélinisantes type SEP (Perlman and Zhao, 2017). Par ailleurs, la revue de (Bohmwald et al., 2018)) souligne les convulsions fébriles, la perte de connaissance, l’encéphalomyélite et l’encéphalite comme manifestations neurologiques des coronavirus MERS-CoV et SARS-CoV-1.

- 7 -

III.

Neuro-invasion du SARS-CoV-2 et symptômes neurologiques

1. Dissémination des coronavirus dans le système nerveux

A l’heure actuelle, il n’existe que très peu d’études s’étant intéressées à la possibilité d’une dissémination du SARS-CoV-2 dans le cerveau des patients. Toutefois, le neurotropisme des CoV, tout comme celui d’autres virus respiratoires (human respiratory

syncytial virus (hRSV), virus influenza (IV), metapneumovirus humain (hMPV)), a pu être

mis en évidence dans des études antérieures. La présence de certains CoV a pu être détectée dans le LCR de patients infectés (Bohmwald et al., 2018). Par ailleurs, l’analyse post-mortem par immunohistochimie et analyse génique de tissus provenant de quatre patients morts du SARS-CoV-1 révèle une atteinte de multiples organes, hormis ceux de la sphère respiratoire, et en particulier du cerveau (neurones) (Ding et al., 2004). Néanmoins, pour les auteurs, un doute subsiste sur le fait que les lésions observées soient dues à une invasion virale ou à d’autres causes, la réaction immunitaire ou secondaires aux modifications métaboliques de l’atteinte pulmonaire (hypoxie).

Différentes études précliniques, sur modèles animaux, ont permis de corroborer l’infection cérébrale aux CoV. C’est notamment le cas pour le SARS-CoV-1, qui est retrouvé dans le cerveau de souris infectées par inoculation intranasale (McCray et al., 2007; Netland et al., 2008). Par ailleurs, des études réalisées chez le porcelet montre que l’inoculation intranasale de CoV PHEV (« Porcine Hemagglutinating Encephalomyelitis Virus »), un homologue du HCoV-OC43 humain, s’accompagne d’une dissémination du virus dans le tissu cérébral (Andries and Pensaert, 1980; Li et al., 2020).

2. Voies d’accès du virus

a) Route neuronale rétrograde

La voie « olfactive » d’accès au SNC est retrouvée pour de nombreux virus (Desforges et al., 2014), i.e. l’henipavirus, l’influenza A, et au moins deux coronavirus : HCoV-OC43 et le SARS-CoV-1. Le HCoV-OC43 passerait par le bulbe olfactif puis l’hippocampe puis la moelle épinière via une voie transneuronale (voir Figure 2 tirée de (Desforges et al., 2019)). Un cheminement identique a été décrit après l’infection par SARS-CoV-1 chez des souris transgéniques exprimant l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 humaine (hACE2) qui est le récepteur cellulaire du SARS-CoV-1 (Netland et al., 2008). L’infection du SNC se ferait donc principalement par propagation à partir des voies respiratoires supérieures (Bohmwald et al., 2018). Cette voie d’entrée permet l’invasion cérébrale par dissémination du virus dans les cellules épithéliales de la barrière hémato-encéphalique (BHE) (Dubé et al., 2018). L’enveloppe entourant le HCoV présente une forme de couronne particulière, sur laquelle des protéines Spike reconnaissent des récepteurs cellulaires permettant l’infection des cellules sensibles. La présence de HCoV est ainsi retrouvée dans les neurones et les cellules gliales (astrocytes, microglie). Les neurones olfactifs sensitifs projettent profondément dans le cerveau sur leurs neurones cibles, principalement dans le cortex olfactif primaire et le cortex piriforme (Wheeler et al., 2015), permettant la dissémination du virus dans l’ensemble du cerveau en moins de 7

- 8 -

jours (Bohmwald et al., 2018). L’ablation du bulbe olfactif ou l’inactivation des neurones olfactifs permet de limiter les effets neurotropes des HCoV (Bohmwald et al., 2018; Dubé et al., 2018). Ceci suggère la capacité de la transmission du virus par propagation neuronale via transport axonal (Lan et al., 2014).

D’après (Desforges et al., 2019)

L’anosmie est retrouvée chez environ 85% des patients souffrant d’un COVID-19 modéré (Lechien et al., 2020). L’anosmie pourrait être le signe d’une invasion des bulbes olfactifs par le SARS-CoV-2, première étape vers une contamination du système nerveux central. A noter que d’autres voies neuronales sont possibles : le nerf trijumeau via la cavité nasale (Lochhead and Thorne, 2012) ou depuis le poumon vers les centres respiratoires du tronc cérébral (Li et al., 2020) ; par exemple le virus Influenza peut transiter par le nerf vague (Matsuda et al., 2004) et être ensuite détecté dans le tronc cérébral (Park et al., 2002).

- 9 -

b) Route hématogène

Chez des souris transgéniques hACE2, l’ARN viral de SARS-CoV-1 est retrouvé dans le cerveau à partir du 3ème _{jour post-inoculation, le thalamus et le tronc cérébral étant largement} infectés (le cervelet est épargné). Le virus pénétrerait suite à l’altération de la BHE induite par la réaction inflammatoire provoquée par la réplication du virus dans les voies respiratoires (McCray et al., 2007). La rhéologie de la microcirculation cérébrale favoriserait l’interaction entre les pointes virales et le récepteur de l’ACE2 de l’endothélium capillaire (Baig et al., 2020). Le MERS-CoV pourrait tirer profit des leucocytes comme « cheval de Troie » pour pénétrer le système nerveux central. En effet, les leucocytes activés expriment le récepteur dipeptidyl-peptidase 4 qui est le récepteur fonctionnel du MERS-CoV (Zhao et al., 2015).

Lors de l’infection à MERS-CoV, l’hypothèse d’une voie hématogène est évoquée devant l’apparition des symptômes neurologiques (confusion, crise convulsive, encéphalite, accident vasculaire cérébral) 2 à 3 semaines après les symptômes respiratoires (Kim et al., 2017).

Au stade précoce de l’infection, la route hématogène de dissémination des SARS-CoV-1 est, cependant, contestée du fait de l’absence de particules virales dans les cellules non neuronales au niveau des régions cérébrales infectées (Ding et al., 2004). Par ailleurs, dans le modèle murin d’infection au MHV, les antigènes viraux sont retrouvés dans le bulbe olfactif 3 jours après inoculation intranasale du virus alors qu’ils sont absents dans les cellules sanguines (St-Jean et al., 2004).

c) Cellules cibles

Le SARS-CoV-2, tout comme le SARS-CoV-1, utiliserait l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE 2) comme récepteur pour pouvoir infecter ses cellules cibles (Hoffmann et al., 2020). Cette enzyme est fortement exprimée dans le cœur, les reins et le système vasculaire (Harmer et al., 2002). Elle est également détectée dans le nasopharynx, les poumons, l’estomac, l’intestin grêle, le colon, la peau, les ganglions lymphatiques, le thymus, la moelle osseuse, le pancréas et le foie (Hamming et al., 2004). Par ailleurs, l’ACE 2 est exprimée dans différentes régions du cerveau (Harmer et al., 2002; Hamming et al., 2004; Xia and Lazartigues, 2008) (voir Figure 3). La typologie des cellules exprimant l’ACE 2 dans le cerveau humain est encore débattue. Toutefois, des études réalisées sur modèle murin suggèrent que l’enzyme est principalement exprimée par les neurones (Doobay et al., 2007). Ainsi, les neurones pourraient potentiellement être des cibles cellulaires directes des SARS-CoV-1 et -2.

- 10 -

Figure 3. Stellar plot illustrating the mRNA copy number in logarithmic form for ACE 2 in 72 human

tissues. Each point represents the geometric mean copy number from determinations in three donors. Gene copy number increases logarithmically moving from the centre to the periphery of the circle. The tissues used are: 1. heart: left atrium; 2. heart: left ventricle; 3. Blood vessel: coronary artery; 4. oesophagus; 5. stomach: fundus; 6. stomach: body; 7. stomach: antrum; 8. stomach: pyloric canal; 9. duodenum; 10. jejunum; 11. ileum; 12. adipose: omental ileum; 13. blood vessel: mesenteric (colon); 14. caecum; 15. colon; 16. rectum; 17. gallbladder; 18. pancreas ; 19. liver: parenchyma; 20. brain: cerebellum; 21. brain: hippocampus; 22. brain: locus coeruleus;

23. brain: medulla oblongata; 24. brain: amygdala; 25. brain: caudate; 26. brain: hypothalamus anterior; 27. brain: hypothalamus posterior; 28. brain: cortex: cingulate anterior; 29. brain: cortex: cingulate posterior; 30. brain: cortex: frontal-lateral; 31. brain: cortex: frontal-medial; 32. brain: cortex: occipital; 33. brain: cortex: parietal; 34. brain: cortex: temporal; 35. brain: nucleus accumbens; 36. brain: substantia nigra; 37. brain: dorsal raphe nucleus; 38. spinal cord; 39. dorsal root ganglion; 40. pineal gland;

41. pituitary gland; 42. blood vessel: choroid plexus; 43. blood vessel: cerebral: middle cerebral artery; 44. trachea; 45. lung: parenchyma; 46. lung: bronchus: primary; 47. lung: bronchus: tertiary; 48. blood vessel: pulmonary; 49. kidney: cortex; 50. kidney: medulla; 51. kidney: pelvis; 52. blood vessel: renal; 53. ureter; 54. bladder; 55. bladder: trigone; 56. ovary; 57. fallopian tube; 58. uterus: myometrium; 59. uterus: cervix; 60. prostate; 61. vas deferens; 62. testis; 63. spleen: parenchyma; 64. cell: blood mononuclear; 65. lymph gland: tonsil; 66. muscle: skeletal; 67. skin: foreskin; 68. adrenal gland; 69. thyroid gland; 70. Umbilical cord; 71. placenta; 72. breast. (Adapté de Harmer et al., 2002).

IV.

Physiopathologie de l’atteinte du système nerveux central

1. Mécanismes lésionnels

Même si aucune donnée concernant le SARS-CoV-2 n’est encore disponible, sa forte homologie avec le SARS-CoV-1 suggère que les mêmes mécanismes cellulaires seront mis en jeu lors du COVID-19. Plusieurs mécanismes lésionnels sont possibles, direct par neuropathologie (réplication virale à l’intérieur des cellules infectées) ou indirecte par neuro-immunopathologie viro-induite. Plusieurs études ont montré que l’inflammation systémique et la libération massive de cytokines (orage cytokinique ou “cytokines storm” en anglais) contribuent à la progression des infections par le SARS-CoV-1. Les premières données sur les patients infectés par le SARS-CoV-2 confirment aussi un état inflammatoire excessif, avec entre autres les concentrations sériques en interleukines 6, 8 et 10 et en facteur de nécrose

- 11 -

tumorale (TNF-α) plus élevées chez les patients décédés par rapport à ceux ayant récupéré (Chen et al., 2020). Des études récentes ont démontré que cette réaction inflammatoire excessive n’est pas seulement un phénomène systémique, mais est également retrouvée au niveau du SNC. En effet, une libération massive de cytokines a été mesurée dans le LCR de patients infectés par des HCoV (Li et al., 2016b). Les concentrations du facteur stimulant les colonies de granulocytes et de macrophages (GM-CSF), des interleukines pro-inflammatoires (IL-6, IL-8), et de la protéine attractive des monocytes (CCL2/MCP-1) étaient significativement plus élevées dans le LCR de certains patients alors que les concentrations plasmatiques de ces molécules inflammatoires semblaient normales (Li et al., 2016b). Les évaluations histologiques des cerveaux de victimes du SARS-CoV-1 ont pu montrer une dégénérescence neuronale, principalement par nécrose, des œdèmes, des cicatrices gliales, ainsi que la présence de cellules infiltrées (macrophages périphériques et lymphocytes T CD3+)(Guo et al., 2008).

Les cellules microgliales, les macrophages résidentiels du cerveau, sont des acteurs clé dans la communication immunitaire entre le cerveau et le reste du corps. Elles sont particulièrement importantes pour la coordination des réponses immunologiques cérébrale et périphérique contre les infections. Par ailleurs, les cellules microgliales sont les premières à être recrutées en cas d’infection ou de lésion du cerveau, leur rôle de base étant de préserver le tissu cérébral et d’en restaurer l’homéostasie (Hanisch and Kettenmann, 2007; Ransohoff and Perry, 2009). A la suite de leur activation, les cellules microgliales produisent et libèrent différents médiateurs chimiques de l’inflammation, et en particulier des cytokines pro-inflammatoires et des chimiokines, ainsi que des oxydes azotés (Ransohoff and Perry, 2009; Chatterjee et al., 2013). Les cellules microgliales activées sont capables d’éliminer les cellules cérébrales endommagées et les débris cellulaires par phagocytose, et de présenter des antigènes aux lymphocytes T (Arcuri et al., 2017). L’activation microgliale est généralement transitoire et cesse lorsque l’homéostasie cérébrale est restaurée. Toutefois, l’activation prolongée et/ou non contrôlée de la microglie peut engendrer une réponse inflammatoire excessive entrainant, en autre, une ouverture de la BHE, et le passage accru de cellules exogènes dans le tissu cérébral (Chatterjee et al., 2013).

En utilisant une lignée de souris transgéniques (K18-hACE2), exprimant l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 humaine, des recherches précliniques ont permis d’étudier les effets de l’infection au SARS-CoV-1 sur la sphère cérébrale (Netland et al., 2008). Soixante heures après inoculation par voie intranasale, la présence du virus a été observée dans différentes régions du cerveau, dont le bulbe olfactif, les cortex piriforme et infralimbique, les ganglions de la base, le raphé dorsal, le thalamus et le tronc cérébral. Contrairement aux observations faites chez l’Humain, les évaluations histologiques des cerveaux de ces souris ont montré une inflammation limitée, sans modification de la densité des astrocytes, mais avec une élévation du nombre de cellules microgliales (Netland et al., 2008). Toutefois, une élévation du marquage IL-6 a été observée, principalement dans les neurones des souris K18-hACE2 infectées au SARS-CoV-1. L’analyse des niveaux des ARN des cytokines par RT-PCR dans les cerveaux de ces souris montrent une élévation significative notamment d’IL-6, de CCL2, des interférons γ et β, et de CCL12 (McCray et al., 2007).

Les données précliniques concernant le SARS-CoV-1 étant limitées, de nombreuses études se sont intéressées aux effets neuro-inflammatoires des CoV en utilisant le virus MHV,

- 12 -

dont les souches A59 et JHM (pour « John Howard Mueller ») provoquent des désordres du SNC (Phillips and Weiss, 2011; Skinner et al., 2019). Ces souches virales induisent des mécanismes neuro-inflammatoires chez les souris infectées qui reproduisent la dégénérescence neuronale et la démyélinisation observées dans la SEP (Das Sarma, 2014). La souche JMH étant plus neuro-adaptée, elle est la plus utilisée dans les études précliniques. Suite à l’inoculation intranasale, le JHMV infecte préférentiellement les interneurones du bulbe olfactif, sans toutefois entrainer leur dégénérescence, contrairement aux astrocytes qui sont particulièrement affectés (Wheeler et al., 2017). Les cellules microgliales sont rapidement activées, phagocytent les cellules infectées et libèrent de nombreuses cytokines et chimiokines, dont l’IFN-α et β, CCL2, TNFα et IL-6 (Wheeler et al., 2018). Ces résultats démontrent l’importance de la réaction microgliale dans les premiers moments post-infection. Par ailleurs, l’inhibition des cellules microgliales entraine une réplication accentuée du virus et une dissémination plus rapide (Wheeler et al., 2018). Toutefois, même si l’activation microgliale ne semble pas être responsable de l’infiltration des cellules inflammatoires périphériques, elles jouent un rôle prédominant dans le recrutement et l’orchestration de la réponse des lymphocytes T CD4+ (Wheeler et al., 2018).

Suite à l’infection au JHMV, la présence de lymphocytes T est détectable dès le 6ème _jour post-infection et atteint le pic entre les 7 et 10ème _{jours (Phares et al., 2013). Les lymphocytes T} CD4+ et CD8+ pénètrent le SNC via les ganglions lymphatiques cervicaux au travers de la BHE perméabilisée suite à la sécrétion de métalloprotéases matricielles par les neutrophiles et macrophages (Skinner et al., 2019). De par leur activité cytolytique, les cellules CD8+ sont essentielles pour le contrôle et la clairance du virus, tandis que les CD4+ vont permettre d’augmenter la réponse immunitaire en sécrétant l’IFN-γ et en induisant l’expression du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) par les cellules microgliales (Wheeler et al., 2018). Les mécanismes permettant la clairance virale requièrent l’expression augmentée des CMH 1 et 2 (Skinner et al., 2019). Deux cytokines sont soupçonnées de jouer un rôle prépondérant dans l’initiation de la réaction inflammatoire induite après infection JHMV. CXCL10 jouerait un rôle de sentinelle essentiel en attirant les lymphocytes T CXCR3 (Skinner et al., 2019), tandis que l’IL-21 optimiserait la réponse des lymphocytes B et T à l’intérieur du SNC (Phares et al., 2013). Enfin, les lymphocytes T CD4+ régulateurs (Treg), qui expriment le facteur de transcription Foxp3, la neuropiline et le récepteur IL-2, sont recrutés lorsque l’inflammation atteint son pic et vont permettre de limiter la réaction inflammatoire (de Aquino et al., 2013). Toutefois, l’action de Treg va uniquement permettre de limiter la réplication du virus mais ne permet pas de contrôler sa persistance (de Aquino et al., 2013).

D’autres études précliniques ont également montré une réaction neuro-inflammatoire importante après infection aux CoV. Une analyse par micropuces du niveau d’expression génique dans le cortex cérébral de souris infectées par une autre souche de coronavirus, le virus de l’encéphalite hémagglutinante porcine (PHEV), a permis de montrer des variations d’une multitude de gènes impliqués dans les processus pro- et anti-inflammatoires, les mécanismes d’apoptose et l’homéostasie neuronale (Lan et al., 2014). Parmi ceux-ci, l’élévation rapide des IFN-I dès le 3ème _{jour post-inoculation alors que le virus est peu détecté} dans le cerveau des souris à ce stade, puis de chimiokines dont CXCL10 au 5ème jour, vont dans le même sens que les données obtenues avec le JHMV. Ces données suggèrent que le mode de défense du SNC contre le coronavirus semble être similaire quelle que soit la souche

- 13 -

et permettent d’imaginer que l’infection au SAR-CoV-2 déclenche les mêmes processus neuro-inflammatoires.

De plus, ces perturbations inflammatoires de l’homéostasie cérébrale sont connues pour avoir des répercussions sur la production de radicaux libres, et plus communément des dérivés réactifs de l’oxygène (DRO, Reactive Oxygen Species ou ROS en anglais), qui participent à la mise en place de cascades apoptotiques (Amor et al., 2010). Des niveaux plus élevés d’IL-6, de TNF-α et de CXCL8 sont retrouvés dans plusieurs pathologies neurodégénératives, et sont associés à des productions accrues de DRO, une augmentation de la concentration intracellulaire de calcium et une libération accrue de glutamate. Des niveaux de glutamate anormalement élevés vont être responsables d’une cytotoxicité affectant les neurones comme les cellules gliales (Amor et al., 2010). Cette augmentation des niveaux de glutamate est bien observée dans des modèles précliniques d’infection avec des HCoV. Par ailleurs, l’utilisation d’antagonistes spécifiques des récepteurs glutamatergiques AMPA (Brison et al., 2011) ou NMDA tel que la mémantine (Brison et al., 2014), améliore les performances motrices des animaux, réduit l’inflammation des souris infectées, augmente leur survie et même réduit la réplication virale dans un modèle de culture neuronale. Ces données suggèrent que le contrôle de l’inflammation et surtout de ses conséquences permettraient de limiter les atteintes centrales des infections au coronavirus.

2. Atteinte du tronc cérébral, détresse respiratoire et mortalité

Jusqu’à présent, la majorité des études des effets du SARS-CoV-2 se sont intéressées à la fonction et aux organes respiratoires, du fait de l’infection primaire touchant le tractus respiratoire et les poumons, et de la mortalité qui est principalement due à des difficultés respiratoires sévères. La plupart des patients développent une dyspnée ainsi qu’une pneumonie qui peut engendrer un Syndrome de Détresse Respiratoire Aiguë (SDRA) potentiellement létal (Chen et al., 2020; Huang et al., 2020; Zhu et al., 2020). L’étiologie de ces dysfonctionnements respiratoires reste, toutefois, encore incertaine. La typologie de l’atteinte pulmonaire diagnostiquée a rarement été décrite ; or, cette dernière peut être d’origine très diverse, et peut notamment être la conséquence d’un dysfonctionnement cérébral, comme c’est le cas pour les pneumopathies d’inhalation (Balofsky et al., 2017). Une étude américaine très récente, a rapporté l’existence d’un patient positif pour le SARS-CoV-2 décédé suite à une bronchopneumonie bactérienne causée par inhalation (Barton et al., 2020). Toutefois, et sans analyse anatomique poussée de l’intégrité du cerveau du patient, la cause de son décès a été attribuée à une complication de cirrhose hépatique. Il est important de noter que le patient était obèse et souffrait de dystrophie myotonique musculaire progressive. Les études radiologiques publiées à ce jour décrivent, dans la majorité des cas, la présence de lésions de types opacités en verre dépoli et consolidations au niveau pulmonaire chez les patients SARS-CoV-2, la typologie des lésions observées semblant évoluer avec les signes pathologiques (Shi et al., 2020; Zhao et al., 2020b; Zhou et al., 2020). Ces lésions ne sont pas obligatoirement dues à une détérioration du tissu pulmonaire par infection virale directe, car elles sont également observées chez les patients dysphagiques souffrant d’inhalation chronique, qui est l’une des causes principales des pneumopathies d’inhalation (Scheeren et al., 2016). Une étude récente

- 14 -

de Chen et collaborateurs, a dressé un tableau plus complet des symptômes respiratoires associées à l’infection au SARS-CoV-2 (Chen et al., 2020). Cette étude a portée sur 274 patients positifs pour le SARS-CoV-2 modérément à sévèrement malades ou en stade critique. Dans cette étude, 44% des patients présentaient initialement une dyspnée et 72 % d’entre eux ont développé un SDRA associé principalement à une défaillance respiratoire de type 1, qui est une défaillance d’origine pulmonaire. Il est important de noter que la détresse respiratoire pouvait également être associée, dans une moindre mesure, à une défaillance respiratoire de type 2, qui peut avoir des causes extra-pulmonaires comme une atteinte du tronc cérébral. Ainsi, les difficultés respiratoires associées à l’infection au SARS-CoV-2 pourraient avoir une origine multifactorielle et multi-organique.

Un faisceau de résultats obtenus dans le cadre d’études d’autres souches de CoV, dont les conséquences pathologiques et l’origine sont similaires, suggère que les déficits respiratoires liés à l’infection au SARS-CoV-2 pourraient être, au moins en partie, d’origine cérébrale. Les résultats de ces études suggèrent plus précisément qu’une atteinte du tronc cérébral pourrait être l’une des causes principales des déficits respiratoires, voire de la mortalité, liée à l’infection au SARS-CoV-2, et aux CoV de manière générale. Le tronc cérébral est une région primordiale du cerveau, de par le fait qu’il regroupe la plupart des structures nerveuses essentielles aux fonctions vitales (Nicholls and Paton, 2009).

Des études expérimentales datant des années 1980 réalisées chez le porcelet ont montré que l’infection au CoV PHEV, un homologue du HCoV-OC43 humain, provoque l’apparition de symptômes neurologiques et de vomissements, principalement dus à une encéphalomyélite lésionnelle (Andries and Pensaert, 1980). Il s’avère que ce CoV est retrouvé, après inoculation par voie intranasale, au niveau du tissu cérébral des porcelets. Le virus s’est probablement propagé au cerveau par voie nerveuse, puisque sa présence a été retrouvée au niveau de différents éléments du système nerveux périphérique (ganglion trigéminal, ganglion vagal inférieur, ganglion cervical supérieur, plexus nerveux intestinal, ganglion solaire, ganglions rachidiens de la région thoracique inférieure) et que sa propagation trans-synaptique a été démontrée (Andries and Pensaert, 1980; Li et al., 2013). Dans ces études d’inoculation intranasale, il a été montré que tronc cérébral est rapidement infecté par le virus, qui est notamment retrouvé au niveau des neurones médullaires sensoriels trigéminaux et vagaux. Ces neurones sont, entre autres, impliqués dans la régulation du péristaltisme digestif, de la déglutition et des fonctions cardio-respiratoires (Diamant, 1997; Browning and Travagli, 2014; Benarroch, 2018). Les vomissements caractéristiques de l’infection au CoV PHEV seraient dus aux lésions induites au niveau de ces centres nerveux médullaires et au dysfonctionnement du tractus digestif. Même si la voie d’entrée principale de CoV est l’épithélium du tractus respiratoire supérieur, des déficits respiratoires n’ont que rarement été démontrés chez le porc après infection aux CoV. Toutefois, une étude menée par Lorbach et collaborateurs (2017), a montré la présence de déficits respiratoires chez des porcs naturellement infectés par le CoV HEV. L’origine « organique » de ces déficits n’a malheureusement pas été démontrée, et aucune étude histopathologique n’a été menée. Néanmoins, il est possible que le virus ait infecté et lésé le tronc cérébral de ces porcs, en particulier les noyaux médullaires en charge de la régulation des fonctions cardio-respiratoires, expliquant tout ou partie des symptômes respiratoires observés.

- 15 -

D’autres éléments de la littérature appuient l’hypothèse de l’origine cérébrale des altérations respiratoires consécutives à l’infection aux CoV. Ces éléments proviennent principalement d’études expérimentales réalisées chez le rongeur. McRay, Netland et collaborateurs ont utilisé, comme moyen expérimental d’étude, des souris transgéniques exprimant le gène humain de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2), qui est le récepteur cellulaire du SARS-CoV-1 (McCray et al., 2007; Netland et al., 2008). Ces souris, après inoculation de SARS-CoV-1 par voie intranasale, développent des symptômes relativement proches des cas humains d’infection, et en particulier une perte de poids, une léthargie et une difficulté respiratoire. Les souris infectées sont gravement atteintes, et ces dernières meurent 6 à 7 jours après inoculation du virus. Les études histopathologiques réalisées dans ces deux études montrent une dissémination virale pulmonaire initiale et une dissémination cérébrale secondaire. Dans ces deux études, une dissémination du virus a pu être clairement démontrée au niveau du tronc cérébral. L’étude de Netland et collaborateurs (2008) a permis de répertorier avec précision les zones cérébrales infectées par le virus chez ces souris transgéniques. Parmi celles-ci, on retrouve notamment les noyaux médullaires du complexe vagal dorsal, i.e. le noyau du faisceau solitaire, l’area postrema et le noyau moteur dorsal du nerf vague, ainsi que le noyau ambigu, qui sont en charge du contrôle central des fonctions cardiaques et respiratoires (Benarroch, 2018). Il est intéressant de noter que ces structures cérébrales semblent constituer des niches infectieuses « privilégiées » indépendamment du mode d’inoculation initial. En effet, il a été mis en évidence qu’une injection intracérébrale de SARS-CoV-1 même à faible titrage s’accompagne, comme décrit à la suite d’une inoculation intranasale, d’une accumulation de cellules infectées au niveau des structures du complexe vagal dorsal (Netland et al., 2008). L’implication de la dissémination cérébrale du virus dans la détérioration de la fonction respiratoire observée chez les souris est appuyée par le fait que l’injection intracérébrale de SARS-CoV-1 s’accompagne de lésions pulmonaires (infiltration neutrophilique et signes de pneumopathie d’inhalation) associés à un faible titrage viral endogène et à l’absence d’antigènes viraux.

Des études expérimentales réalisées sur d’autres modèles transgéniques murins ont permis de démontrer qu’une autre souche de CoV, le MERS-CoV, peut être disséminée dans le tissu cérébral après exposition par voie intranasale. Différents modèles transgéniques murins exprimant le gène humain de la dipeptidyl peptidase 4 (hDPP4), qui est le récepteur cellulaire principal du MERS-CoV, ont été étudiés (Agrawal et al., 2015; Li et al., 2016a). Les études réalisées par Agrawal et collaborateurs (2015) ont montré une infection cérébrale par le MERS-CoV chez des souris transgéniques présentant un tableau clinique similaire à celui décrit par McRay et Netland. Toutefois, dans ces études, aucune lésion cérébrale n’a pu être mise en évidence, malgré une forte augmentation de l’expression cérébrale de différentes cytokines et chimiokines pro-inflammatoires. Li et collaborateurs (2016) ont également démontré une dissémination cérébrale du MERS-CoV après inoculation intranasale du virus. Contrairement aux résultats présentés par Agrawal, ces études ont clairement montré la présence de zones de dégénérescence neuronale et des débris cellulaires au niveau du cerveau des souris infectées, principalement au niveau du thalamus et du tronc cérébral.

Les atteintes cérébrales dues à l’infection au SARS-CoV-2, et en particulier celles relevées dans les modèles animaux au niveau du tronc cérébral et du thalamus, pourraient expliquer, si elles sont également présentes chez les patients, une majorité des symptômes

- 16 -

neurologiques. Par exemple, l’agueusie, qui est un symptôme fréquent de l’exposition au SARS-CoV-2 pourrait être, en réalité, due à un dysfonctionnement ou une lésion dans ces deux structures cérébrales. En effet, le premier relais central des informations gustatives est le noyau du faisceau solitaire, qui distribue secondairement les informations au reste du cerveau par des connections medullo-thalamiques puis thalamo-corticales (Heckmann et al., 2003). Il est important de noter que les études expérimentales réalisées jusqu’à présent montrent que le tronc cérébral et le thalamus sont des zones privilégiées d’infection aux CoV, mais ce ne sont pas les seules régions cérébrales pouvant être touchées. En effet, les études de Netland (2008) sur le SARS-CoV-1 suggèrent que le cerveau médian, l’hypothalamus, l’amygdale, l’hippocampe, les ganglions de la base, le cortex et les bulbes olfactifs peuvent être infectés par le virus, et pourraient ainsi connaître des dysfonctionnements, voire même être lésés (voir Tableau 1).

Hormis les aspects purement physiopathologiques, les études expérimentales citées ci-avant soulèvent la possibilité que l’infection cérébrale par les CoV soit l’une des principales causes de mortalité pour les patients. En effet, les études sur modèle murin ont montré qu’une injection intracérébrale d’un faible titrage de SARS-CoV-1, 75 à 7500 fois moins important que celui utilisé pour l’inoculation intranasale, est suffisante pour entraîner la mort de l’ensemble des animaux sans infection ou détérioration notables des voies aériennes (Netland et al., 2008). Par ailleurs, l’inoculation intranasale de faibles titrages de MERS-CoV (10 000 fois inférieurs au titrage maximal utilisé) permet de ralentir la progression des pathologies associées et réduire le taux de mortalité des souris de 40% (Li et al., 2016a). Alors que plus de 40% des animaux inoculés avec du MERS-CoV dans ces conditions présentent une dissémination virale au niveau cérébral, aucun animal ne présente de signes visibles d’infection pulmonaire. Il semblerait donc que la dissémination cérébrale des CoV soit suffisante pour induire la mort des animaux, en l’absence d’atteintes des voies aériennes. Les mécanismes impliqués dans ce phénomène restent à déterminer. Ils pourraient toutefois être soutenus par une défaillance des structures médullaires vitales (centres cardio-respiratoires du tronc cérébral), et/ou par une réaction inflammatoire cérébrale anormalement forte (orage cytokinique).

Les hypothèses avancées sur l’implication d’une infection cérébrale directe du SARS-CoV-2, et un dysfonctionnement cérébral associé, dans le tableau pathologique des patients reste, toutefois, purement spéculatif dans l’état actuel des connaissances. En effet, le neurotropisme du SARS-CoV-2 reste à prouver, et seuls quelques cas humains de lésions cérébrales ont pour l’instant été publiés. Toutefois, l’ensemble des données présentées appellent à systématiser la mesure de l’intégrité physique et fonctionnelle du cerveau chez les patients infectés par le SARS-CoV-2, et en particulier l’intégrité du tronc cérébral.

- 17 -

Tableau 1. Régions cérébrales infectées par le SARS-CoV-1 après inoculation intranasale chez les souris

- 18 -

V.

Facteurs de prédisposition aux effets néfastes de l’infection aux

coronavirus sur le cerveau

Dans les études récemment publiées, il apparait que la majorité des patients admis en réanimation suite à l’infection au SARS-CoV-2 ont plus de 20 ans, les patients décédés avaient, quant à eux, en général plus de 60 ans (Verity et al., 2020). S’il s’avère que la plupart des cas sévères et létaux sont également associés à la présence de pathologies préexistantes, à savoir l’hypertension, un diabète, une pathologie cardiovasculaire, une pathologie respiratoire chronique ou un cancer, une proportion non négligeable de cas échappe à ces conditions (âge avancé et pathologies préalables). Ainsi, il semble que d’autres facteurs, génétiques et/ou environnementaux, pourraient influencer la progression des pathologies associées à l’infection au SARS-CoV, en modifiant probablement la multiplication et la dissémination du virus. Les études sur les facteurs génétiques potentiellement cruciaux sont en cours de réalisation(Kaiser, 2020). Une des pistes génétiques naturellement poursuivie est celle du gène codant pour l’ACE2 qui, pour rappel, semble être le récepteur cellulaire du SARS-CoV-2, au même titre que pour le SARS-CoV-1 (Hoffmann et al., 2020; Zhou et al., 2020). Il est vraisemblable que d’autres facteurs de prédisposition, encore inconnus à ce jour, sont cruciaux dans le contexte de l’infection au SARS-CoV-2. Au vu des données mécanistiques et physiopathologiques existantes, il est probable qu’une perturbation inflammatoire préexistante fasse partie de ces facteurs de prédisposition.

Il a récemment été mis en évidence, de manière expérimentale (études sur différentes espèces animales), que dans certaines conditions, la nature des cellules microgliales est modifiée, et le rôle protecteur joué par ces cellules est altéré de manière chronique. En effet, il semble qu’après exposition chronique au stress, après exposition à un traumatisme crânien, dans des conditions de neuropathologie dégénérative ou au cours du vieillissement, la microglie se retrouve sous un état « amorcé » (de l’anglais « primed »). Sous cet état, elle semble être beaucoup plus réactive qu’en condition normale aux sollicitations immunitaires, relarguant des quantités anormalement importantes de cytokines pro-inflammatoires sur des durées beaucoup plus longues (Norden and Godbout, 2013; Norden et al., 2015; Niraula et al., 2017; Fonken et al., 2018). La sur-activation microgliale peut non seulement engendrer une extension des dommages cérébraux en cas de lésions, mais peut également interférer avec le fonctionnement cérébral (Norden et al., 2015). En effet, nombre de cytokines sont également de puissants neuromodulateurs (Vezzani and Viviani, 2015). Pour exemple, les interleukines -1β et- 6 sont sécrétées par la microglie, lorsque cette dernière est activée (Hanisch and Kettenmann, 2007). Il a été montré de manière expérimentale que la présence de taux élevés d’interleukines -1 β et -6 entraîne une altération de la potentialisation à long terme des cellules de l’hippocampe, qui est l’un des mécanismes sous-tendant les processus d’apprentissage et de mémoire (Williamson and Bilbo, 2013; Donzis and Tronson, 2014). De par les modifications cérébrales qu’il engendre, il est suspecté que l’amorçage microglial est impliqué dans la genèse d’un nombre important de désordres neuropsychiatriques sévères, notamment les comportements d’addiction, la dépression majeure, le trouble bipolaire, la schizophrénie et la dysfonction cognitive post-opératoire (Tay et al., 2017; Liu and Yin, 2018).

- 19 -

En résumé, il est possible que l’amorçage microglial soit une condition prédisposant au développement des lésions cérébrales anormalement étendues et potentiellement mortelles, ainsi que des déficits neurologiques sévères dans le contexte d’une infection au SARS-CoV-2. Il serait donc opportun de prendre en compte différents paramètres extrinsèques, en sus de l’âge, dans le tableau diagnostique des patients, et en particulier des antécédents de traumatisme crânien (même léger) et de pathologies liées au stress. Par ailleurs, il n’est pas exclu que, dans des conditions où les cellules microgliales seraient mises à contribution de manière prolongée par l’infection cérébrale due au SARS-CoV-2, ces dernières puissent s’amorcer et contribuer au développement de désordres neurologiques chroniques après résolution des aspects pathologiques liés à l’infection. Un suivi à long terme de l’état neurologique des patients, même si ces derniers n’ont pas été considérés comme ayant connus de symptômes infectieux sévères, devrait être assuré afin de vérifier la réelle innocuité de la contamination au SARS-CoV-2.

Ces hypothèses amènent à réfléchir aux mesures cliniques à déployer chez les patients ayant été infectés par le SARS-CoV-2 dans le but de raffiner le diagnostic et le pronostic post-infectieux. L’inflammation cérébrale est un processus relativement difficile à mesurer de manière non-invasive. Chez les patients sévères, une ponction lombaire pourrait être réalisée afin de mesurer, par des tests in vitro, les niveaux de cytokines pro-inflammatoires présents dans le LCR. Toutefois, cette pratique clinique est relativement invasive. L’imagerie cérébrale pourrait aider à améliorer la prise en charge des patients sévères et non-sévères. En effet, l’IRM seule (séquence T2) ou couplée à une injection de gadolinium, un agent de contraste s’accumulant au niveau des zones inflammatoires du cerveau (Quarantelli, 2015), ou de particules d’oxydes de fer super-paramagnétiques (USPIO), qui s’accumulent dans les cellules immuno-inflammatoires phagocytaires (monocytes et macrophages) pouvant envahir le cerveau (Gkagkanasiou et al., 2016), pourrait permettre la mise évidence des foci inflammatoires au niveau cérébral de manière non-invasive chez les patients. La détection par tomographie par émission de positron de l’accumulation des protéines translocatrices TSPO, marquant relativement spécifiquement les cellules microgliales activées (Werry et al., 2019), ou de 18-fluorine-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose, un marqueur d’activité métabolique (Rajagopalan and Pioro, 2019), pourrait également être utilisée. Dans les établissements possédant le matériel nécessaire, des mesures par neuroimagerie pourraient être indiquées afin de complémenter les tableaux diagnostic et pronostic des patients positifs pour le SARS-CoV-2 présentant des difficultés respiratoires modérées à sévères, associées ou non à des symptômes neurologiques, et pour lesquels les tests sanguins auraient révélé une présence anormalement élevée de cytokines.

- 20 -

VI.

Apport des tests auditifs dans les atteintes aiguës et chroniques du tronc

cérébral

1. Evaluation en phase aiguë chez le patient SARS-CoV-2 en

réanimation

Les potentiel évoqués auditifs (PEA) du tronc cérébral sont utilisables en réanimation pour évaluer une atteinte de cette région cérébrale (Azabou et al., 2017). En effet les PEA ne sont pas modifiés par le niveau de consciences, les drogues sédatives ou la curarisation (Stone et al., 2017). La réalisation de potentiels évoqués auditifs chez des patients en réanimation devrait être précédée d’une tympanométrie. La tympanométrie aura pour but de détecter une dysfonction tubaire fréquente chez les patients sédatés ou sous ventilation assistée et entraînant une surdité de transmission. Cette dernière sera de toute manière évoquée devant un allongement de la latence de l’onde I.

Si une dysfonction tubaire est constatée alors il pourrait être nécessaire d’augmenter l’intensité de stimulation (par exemple, si possible de 80 à 100 dB nHL (above normal adult Hearing Level).

Un diagnostic lésionnel fin des atteintes du tronc cérébral est théoriquement possible à l’aide des PEA (Celesia, 2015), mais il n’est pas forcément souhaité en pratique de réanimation et pourrait être trompeur en cas d’atteinte virale multifocale. Pour l’interprétation il sera plus simple pour l’opérateur de rechercher l’onde V car elle est plus facilement identifiable. L’atteinte du tronc cérébral se manifestera par un allongement de la latence entre l’onde III et l’onde V, un rapport entre l’amplitude onde I/onde V inférieur à 0,5. En cas d’atteinte très sévère, et donc avec un retentissement respiratoire plus probable, l’amplitude de l’onde V sera très réduite, voire nulle (Avan, 1997; André-Obadia and Mauguière, 2015).

Pour les patients SARS-CoV-2, les PEA pourraient être en théorie normaux si l’atteinte est limitée aux centres respiratoires du tronc cérébral et qu’elle provient uniquement d’une remontée du virus par le nerf vague. Cependant, la probabilité pour que cela soit le cas est faible d’une part car cette route retrouvée chez le virus Influenza A n’a pas été décrite pour les coronavirus et d’autre part car l’infection aurait tendance à s’étendre à d’autres noyaux tronc cérébral comme décrit précédemment (McCray et al., 2007; Netland et al., 2008; Desforges et al., 2019)

2. Dépistage de démyélinisation après guérison

Plusieurs études précédemment évoquées suggèrent un lien entre infection par coronavirus et SEP (Burks et al., 1980; Arbour et al., 2000; Perlman and Zhao, 2017; Bohmwald et al., 2018). Dès lors, il peut être important de s’intéresser à un éventuel dépistage d’atteinte type SEP chez les patients ayant souffert d’une infection à coronavirus. Une surveillance des voies auditives pourrait s’avérer pertinente étant donné qu’elle aurait pour avantage de combiner une évaluation de l’atteinte du tronc cérébral (région suspectée comme cible du SARS-CoV-2) avec une surveillance de lésions démyélinisantes. Dans la SEP, les atteintes auditives résultent principalement d’une anomalie dans l’intégration de l’information temporelle des

- 21 -

signaux en provenance des deux oreilles. La démyélinisation induit un ralentissement hétérogène au niveau des voies auditives, ce qui entraîne une désynchronisation, elle-même responsable des anomalies au niveau des PEA du tronc cérébral, comme des tâches comportementales (Furst and Levine, 2015). En potentiel évoqués, seraient notés une anomalie de la morphologie des ondes IV et V, un allongement de l’intervalle ondes III/V et une réduction voire une absence de l’onde V. Les PEA du tronc cérébral devraient être enregistrés avec une taux de click autour de 10/s pour viser les atteintes type désynchronisation/lésions de la substance blanche comme celles retrouvés dans les traumatismes crâniens modérés (Washnik et al., 2019).

Selon la localisation des lésions, sur 38 patients, il est retrouvée une anomalie des tests comportementaux d’audition binaurale (différence interaurale de temps de signaux haute fréquence (> 4 kHz) dans 76% des cas alors qu’une anomalie des PEA du tronc cérébral n’est identifiée que pour 42% des cas (Levine et al., 1994). D’autres tests psycho-acoustiques sont intéressants : le BMLD (« Binaural masking-level difference ») et les tests de latéralisation. Dans deux études (7 patients (Furst et al., 1995) et 22 patients (SEP et AVC, (Furst et al., 2000), tous les patients dont l’IRM objective une lésion du tronc cérébral au niveau du système auditif ont une anomalie au niveau du test comportemental de latéralisation ; de plus, le type d’anomalie dépend de la localisation de la lésion. La limite de ce type de test est clairement le temps de participation par patient, de l’ordre d’une heure dans un contexte expérimental (Furst and Algom, 1995; Furst et al., 1995). Néanmoins, une version clinique plus courte pourrait être facilement développée (Moore and Sek, 2009; Füllgrabe and Moore, 2017). S’il est suffisamment rapide à réaliser, un test clinique auditif comportemental serait intéressant pour le suivi des patients ; fiables, requérant peu de matériel, à faible coût. Une autre limite des tests comportementaux est leur perturbation possible par des atteintes de structures supérieures au tronc cérébral. Dans ce cas les PEA du tronc cérébral permettraient de lever la confusion.

Pour les tests comportementaux ou les PEA, l’efficacité du dépistage serait améliorée par un suivi longitudinal des patients de manière à pouvoir comparer les résultats avec une valeur de base ou entre deux visites.

VII.

Conclusion

Les études précliniques et cliniques conduites sur des coronavirus homologues, ainsi que quelques données cliniques recueillies chez les patients infectés par le SARS-CoV-2, suggèrent que ce dernier pourrait infecter le SNC et en altérer son fonctionnement. Cependant, en l’absence d’un haut niveau de preuves, il semble difficile de motiver un changement de pratique médicale et notamment de réaliser des tests additionnels qui permettraient de mettre en évidence un tel phénomène, ce qui augmenterait de facto le coût matériel et humain nécessaire à la prise en charge des patients. Néanmoins, il est possible de proposer aux cliniciens les actions suivantes, dont le compromis coût/efficacité semble acceptable :

o Envisager un monitorage non invasif du tronc cérébral via les PEA en réanimation,

- 22 -

o Conduire une surveillance neurologique à long terme des patients avec suspicion de neuro-invasion par SARS-CoV-2 (anosmie/agueusie) afin d’anticiper des complications de type neuro-inflammation chronique/démyélinisation pouvant se manifester par des pathologies neurocognitives chroniques (SEP, ESPT, troubles anxieux, troubles mnésiques),

o Prendre en compte les antécédents médicaux pouvant être associés à une inflammation cérébrale (traumatisme crânien, épilepsie, psychotraumatisme) dans les tableaux diagnostic et pronostic des patients et réaliser une analyse génétique afin de déterminer les sous-populations à risque,

o Réaliser des banques de tissus (cerveau, moelle épinière) et de fluides corporels (sang, LCR) afin de déterminer, a posteriori, l’existence d’une atteinte du système nerveux.

o Envisager des thérapies pharmacologiques limitant l’inflammation centrale et la production de DRO.

- 23 -

VIII. Références

Agrawal, A. S., Garron, T., Tao, X., Peng, B.-H., Wakamiya, M., Chan, T.-S., et al. (2015). Generation of a transgenic mouse model of Middle East respiratory syndrome coronavirus infection and disease. J. Virol. 89, 3659–3670. doi:10.1128/JVI.03427-14.

Amor, S., Puentes, F., Baker, D., and van der Valk, P. (2010). Inflammation in neurodegenerative diseases. Immunology 129, 154–169. doi:10.1111/j.1365-2567.2009.03225.x.

André-Obadia, N., and Mauguière, F. (2015). Potentiels évoqués en neurologie: réponses normales. EMC–Neurologie 12, 1–28.

Andries, K., and Pensaert, M. B. (1980). Immunofluorescence studies on the pathogenesis of hemagglutinating encephalomyelitis virus infection in pigs after oronasal inoculation. Am. J. Vet. Res. 41, 1372–1378.

Arbour, N., Day, R., Newcombe, J., and Talbot, P. J. (2000). Neuroinvasion by human respiratory coronaviruses. Journal of virology 74, 8913–8921.

Arcuri, C., Fioretti, B., Bianchi, R., Mecca, C., Tubaro, C., Beccari, T., et al. (2017). Microglia-glioma cross-talk: a two way approach to new strategies against glioma. Front Biosci (Landmark Ed) 22, 268–309. doi:10.2741/4486.

Avan, P. (1997). Exploration fonctionnelle objective des voies auditives. Cachan: Tec & Doc Lavoisier. Azabou, E., Silva, S., and pour la Commission de recherche translationnelle (CRT) de la Société de

réanimation de langue française (SRLF) (2017). Fiche CRT : les potentiels évoqués en réanimation. Méd. Intensive Réa 26, 326–329. doi:10.1007/s13546-017-1283-y.

Baig, A. M., Khaleeq, A., Ali, U., and Syeda, H. (2020). Evidence of the COVID-19 Virus Targeting the CNS: Tissue Distribution, Host-Virus Interaction, and Proposed Neurotropic Mechanisms. ACS Chem Neurosci 11, 995–998. doi:10.1021/acschemneuro.0c00122.

Balofsky, A., George, J., and Papadakos, P. (2017). Neuropulmonology. Handb Clin Neurol 140, 33– 48. doi:10.1016/B978-0-444-63600-3.00003-9.

Barton, L. M., Duval, E. J., Stroberg, E., Ghosh, S., and Mukhopadhyay, S. (2020). COVID-19 Autopsies, Oklahoma, USA. Am. J. Clin. Pathol. doi:10.1093/ajcp/aqaa062.

Benarroch, E. E. (2018). Brainstem integration of arousal, sleep, cardiovascular, and respiratory control. Neurology 91, 958–966. doi:10.1212/WNL.0000000000006537.

Bohmwald, K., Gálvez, N. M. S., Ríos, M., and Kalergis, A. M. (2018). Neurologic Alterations Due to Respiratory Virus Infections. Front Cell Neurosci 12. doi:10.3389/fncel.2018.00386.

Brison, E., Jacomy, H., Desforges, M., and Talbot, P. J. (2011). Glutamate excitotoxicity is involved in the induction of paralysis in mice after infection by a human coronavirus with a single point mutation in its spike protein. J. Virol. 85, 12464–12473. doi:10.1128/JVI.05576-11.

Brison, E., Jacomy, H., Desforges, M., and Talbot, P. J. (2014). Novel treatment with neuroprotective and antiviral properties against a neuroinvasive human respiratory virus. J. Virol. 88, 1548– 1563. doi:10.1128/JVI.02972-13.

- 24 -

Browning, K. N., and Travagli, R. A. (2014). Central nervous system control of gastrointestinal motility and secretion and modulation of gastrointestinal functions. Compr Physiol 4, 1339– 1368. doi:10.1002/cphy.c130055.

Burks, J. S., DeVald, B. L., Jankovsky, L. D., and Gerdes, J. C. (1980). Two coronaviruses isolated from central nervous system tissue of two multiple sclerosis patients. Science 209, 933–934. doi:10.1126/science.7403860.

Celesia, G. G. (2015). Hearing disorders in brainstem lesions. Handb Clin Neurol 129, 509–536. doi:10.1016/B978-0-444-62630-1.00029-9.

Chatterjee, D., Biswas, K., Nag, S., Ramachandra, S. G., and Das Sarma, J. (2013). Microglia play a major role in direct viral-induced demyelination. Clin. Dev. Immunol. 2013, 510396. doi:10.1155/2013/510396.

Chen, T., Wu, D., Chen, H., Yan, W., Yang, D., Chen, G., et al. (2020). Clinical characteristics of 113 deceased patients with coronavirus disease 2019: retrospective study. BMJ 368, m1091. doi:10.1136/bmj.m1091.

Das Sarma, J. (2014). Microglia-mediated neuroinflammation is an amplifier of virus-induced neuropathology. J. Neurovirol. 20, 122–136. doi:10.1007/s13365-013-0188-4.

Day, M. (2020). Covid-19: identifying and isolating asymptomatic people helped eliminate virus in Italian village. BMJ 368. doi:10.1136/bmj.m1165.

de Aquino, M. T. P., Puntambekar, S. S., Savarin, C., Bergmann, C. C., Phares, T. W., Hinton, D. R., et al. (2013). Role of CD25(+) CD4(+) T cells in acute and persistent coronavirus infection of the central nervous system. Virology 447, 112–120. doi:10.1016/j.virol.2013.08.030. Desforges, M., Coupanec, A. L., Brison, É., Meessen-Pinard, M., and Talbot, P. J. (2014). Coronavirus

humains respiratoires neuro-invasifs et neurotropes : agents neurovirulents potentiels. Virologie 18, 5–16. doi:10.1684/vir.2014.0544.

Desforges, M., Le Coupanec, A., Dubeau, P., Bourgouin, A., Lajoie, L., Dubé, M., et al. (2019). Human Coronaviruses and Other Respiratory Viruses: Underestimated Opportunistic Pathogens of the Central Nervous System? Viruses 12. doi:10.3390/v12010014.

Diamant, N. E. (1997). Neuromuscular mechanisms of primary peristalsis. Am. J. Med. 103, 40S-43S. doi:10.1016/s0002-9343(97)00320-3.

Ding, Y., He, L., Zhang, Q., Huang, Z., Che, X., Hou, J., et al. (2004). Organ distribution of severe acute respiratory syndrome (SARS) associated coronavirus (SARS-CoV) in SARS patients: implications for pathogenesis and virus transmission pathways. J. Pathol. 203, 622–630. doi:10.1002/path.1560.

Donzis, E. J., and Tronson, N. C. (2014). Modulation of learning and memory by cytokines: signaling mechanisms and long term consequences. Neurobiol Learn Mem 115, 68–77.

doi:10.1016/j.nlm.2014.08.008.

Doobay, M. F., Talman, L. S., Obr, T. D., Tian, X., Davisson, R. L., and Lazartigues, E. (2007). Differential expression of neuronal ACE2 in transgenic mice with overexpression of the brain renin-angiotensin system. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 292, R373-381. doi:10.1152/ajpregu.00292.2006.

- 25 -

Dubé, M., Le Coupanec, A., Wong, A. H. M., Rini, J. M., Desforges, M., and Talbot, P. J. (2018). Axonal Transport Enables Neuron-to-Neuron Propagation of Human Coronavirus OC43. J. Virol. 92. doi:10.1128/JVI.00404-18.

Fonken, L. K., Frank, M. G., Gaudet, A. D., and Maier, S. F. (2018). Stress and aging act through common mechanisms to elicit neuroinflammatory priming. Brain Behav. Immun. 73, 133– 148. doi:10.1016/j.bbi.2018.07.012.

Füllgrabe, C., and Moore, B. C. J. (2017). Evaluation of a Method for Determining Binaural Sensitivity to Temporal Fine Structure (TFS-AF Test) for Older Listeners With Normal and Impaired Low-Frequency Hearing. Trends Hear 21, 2331216517737230.

doi:10.1177/2331216517737230.

Furst, M., Aharonson, V., Levine, R. A., Fullerton, B. C., Tadmor, R., Pratt, H., et al. (2000). Sound lateralization and interaural discrimination. Effects of brainstem infarcts and multiple sclerosis lesions. Hear. Res. 143, 29–42. doi:10.1016/s0378-5955(00)00019-8.

Furst, M., and Algom, D. (1995). Lateralization and discrimination of dichotic clicks: evidence from patients with brainstem lesions and normal cohorts. J Basic Clin Physiol Pharmacol 6, 149– 171. doi:10.1515/jbcpp.1995.6.2.149.

Furst, M., and Levine, R. A. (2015). “Chapter 36 - Hearing disorders in multiple sclerosis,” in Handbook of Clinical Neurology The Human Auditory System., eds. M. J. Aminoff, F. Boller, and D. F. Swaab (Elsevier), 649–665. doi:10.1016/B978-0-444-62630-1.00036-6.

Furst, M., Levine, R. A., Korczyn, A. D., Fullerton, B. C., Tadmor, R., and Algom, D. (1995). Brainstem lesions and click lateralization in patients with multiple sclerosis. Hear. Res. 82, 109–124. doi:10.1016/0378-5955(94)00170-u.

Gkagkanasiou, M., Ploussi, A., Gazouli, M., and Efstathopoulos, E. P. (2016). USPIO-Enhanced MRI Neuroimaging: A Review. J Neuroimaging 26, 161–168. doi:10.1111/jon.12318.

Gorbalenya, A. E., Baker, S. C., Baric, R. S., de Groot, R. J., Drosten, C., Gulyaeva, A. A., et al. (2020). The species Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus: classifying 2019-nCoV and naming it SARS-CoV-2. Nature Microbiology 5, 536–544. doi:10.1038/s41564-020-0695-z.

Guo, Y., Korteweg, C., McNutt, M. A., and Gu, J. (2008). Pathogenetic mechanisms of severe acute respiratory syndrome. Virus Res. 133, 4–12. doi:10.1016/j.virusres.2007.01.022.

Hamming, I., Timens, W., Bulthuis, M. L. C., Lely, A. T., Navis, G. J., and van Goor, H. (2004). Tissue distribution of ACE2 protein, the functional receptor for SARS coronavirus. A first step in understanding SARS pathogenesis. J. Pathol. 203, 631–637. doi:10.1002/path.1570. Hanisch, U.-K., and Kettenmann, H. (2007). Microglia: active sensor and versatile effector cells in

the normal and pathologic brain. Nat. Neurosci. 10, 1387–1394. doi:10.1038/nn1997. Harmer, D., Gilbert, M., Borman, R., and Clark, K. L. (2002). Quantitative mRNA expression profiling

of ACE 2, a novel homologue of angiotensin converting enzyme. FEBS Lett. 532, 107–110. doi:10.1016/s0014-5793(02)03640-2.

Heckmann, J. G., Heckmann, S. M., Lang, C. J. G., and Hummel, T. (2003). Neurological aspects of taste disorders. Arch. Neurol. 60, 667–671. doi:10.1001/archneur.60.5.667.