Réservoirs cellulaires et tissulaires du VIH-1 : dynamique au cours de l’infection
Cell and tissue reservoirs of HIV-1: dynamics during infection
Pauline Trémeaux1,2,3,4
Christine Rouzioux1 Véronique Avettand- Fènoël1,2,3,5
1Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Faculté de médecine, Paris, France
2Inserm, U1016, Institut Cochin, Paris, France
3CNRS, UMR8104, Paris, France
4AP-HP, Hôpital Cochin, Laboratoire de virologie, Paris, France
5AP-HP, Hôpital Necker-Enfants malades, Laboratoire de microbiologie clinique, Paris, France
Résumé.Les traitements antirétroviraux actuels permettent un contrôle efficace de la réplication du VIH mais en cas d’arrêt thérapeutique, un rebond de charge virale se produit dans la grande majorité des cas. L’intégration du génome viral dans le génome cellulaire explique cette persistance du VIH dans tous les tissus de l’organisme, bien qu’à des niveaux très variables, liés notamment à la den- sité en lymphocytes T CD4+, principales cibles du virus, et à leur durée de vie.
Les organes lymphoïdes secondaires, et en particulier les ganglions, montrent les niveaux d’infection les plus élevés. Il existe différentes méthodes de caractérisa- tion du réservoir, qui ne détectent pas toutes les mêmes formes virales, et sont complémentaires pour comprendre son établissement lors de la primo-infection et sa dynamique d’évolution. Au niveau sanguin, la diminution de l’ADN VIH, qui quantifie les formes intégrées et non intégrées du génome viral, total est d’autant plus forte et prolongée que les antirétroviraux ont été initiés préco- cement. Le traitement précoce prévient l’augmentation progressive des formes intégrées d’ADN VIH, les plus stables, et préserve les cellules immunitaires de l’infection. Mieux comprendre la physiopathologie de l’infection chez les indivi- dus contrôleurs naturels et les contrôleurs post-traitement peut également aider à la mise au point de nouvelles stratégies thérapeutiques visant la rémission, voire la guérison.
Mots clés :VIH, ADN VIH total, ADN VIH intégré, provirus, réservoir cellulaire, réservoir tissulaire, primo-infection, syndrome d’immunodéficience acquise, lymphocyte T CD4
Abstract.Current antiretroviral therapy allows the control of HIV replication but a relapse occurs most of the time in case of treatment interruption. The viral genome integration explains this persistence of HIV in all body tissues, at very variable levels depending on their density of CD4+ T-cells, HIV main target.
Secondary lymphoid tissues are the most infected organs. Several techniques can be used to characterize the reservoir, detecting different forms of the virus. They are complementary to decipher the establishment of HIV reservoir during the primary infection and its dynamics afterwards. In peripheral blood, the earlier the initiation of treatment, the more important is the decrease in total HIV DNA.
Early treatment prevents the progressive increase in stable integrated forms of HIV DNA and preserves immune cells from infection. A better understanding of HIV infection in controllers will also aid in the development of new therapeutic strategies targeting the reservoir.
Key words:HIV, total HIV DNA, integrated HIV DNA, provirus, cell reservoir, tissue reservoir, primary infection, acquired immune deficiency syndrome, CD4 T-cell
Correspondance :V. Avettand-Fènoël
doi:10.1684/vir.2019.0784
Virologie, Vol 23, n◦4, juillet-août 2019 211
Abréviations : APOBEC : apolipoprotein B mRNA editing enzyme, catalytic polypeptide-like, CTLA4 : cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4, dNTP : desoxyribonucléotide triphosphate, GALT : tissu lymphoïde associé au tube digestif, LAG3 : lymphocyte-activation gene 3, LBA : liquide de lavage broncho-alvéolaire, LTR : longue répé- tition terminale (long-terminal repeat), région répétée à chaque extrémité du génome du VIH, NGS : séquenc¸age de nouvelle génération (next-generation sequencing), PBMC : cellules mononucléées du sang périphérique (lymphocytes et monocytes sanguins) (péripheral blood mononuclear cells), PCR :polymerase chain reaction, ddPCR : PCR digi- tale en gouttelette (droplet digital PCR), qPCR : PCR quantitative, PD-1 :programmed cell death protein 1, PTC : contrôleurs post-traitement (post-treatment controllers), QVOA :quantitative outgrowth assay, SAMHD1 :sterile alpha motif (SAM) and histidine/aspartate (HD) domain-containing protein 1, TCM : lymphocytes mémoires centraux (central memory T-cell), Tfh : lymphocytes T auxiliaires folliculaires (follicular helper T-cell), TSCM : cellules souches mémoires T (stem cell memory T-cell), TTM : lymphocytes mémoires transitionnels (transitional memory T-cell), TEM : lymphocytes mémoires effecteurs (effector memory T-cell), Treg : lymphocytes T régulateurs, TIGIT :T-cell immu- noreceptor with Ig and ITIM – immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif – domains, TILDA :tat/rev induced limiting dilution assay, TIM3 :T-cell immunoglobulin and mucin-domain-containing-3
Introduction
L’arrivée des combinaisons antirétrovirales efficaces dans les années 1990 a transformé l’infection par le VIH d’une maladie mortelle à court ou moyen terme en une maladie chronique, et l’espérance de vie des personnes vivant avec le VIH est proche de celle de la population générale, mal- gré la persistance d’une activation du système immunitaire.
Néanmoins, ce contrôle de la réplication virale par des trai- tements virustatiques nécessite la prise d’un traitement à vie : dans la très grande majorité des cas, une interrup- tion thérapeutique résulte en un rebond de la réplication virale. Cela s’explique par la persistance du virus dans divers cellules et organes de l’organisme, les réservoirs. Les mécanismes moléculaires de cette persistance du virus sont détaillés dans le chapitre « La latence virale du VIH-1 ».
Obtenir l’éradication des réservoirs viraux ou la guérison fonctionnelle, permettant une survie sans traitement, est un enjeu majeur de la recherche actuelle sur le VIH et nécessite au préalable de caractériser au mieux ces réservoirs.
Dans cet article, nous passons en revue les connaissances actuelles et les découvertes récentes permettant de carac- tériser au mieux les réservoirs cellulaires et tissulaires du VIH, ainsi que leur évolution au cours de l’infection, en histoire naturelle et sous traitement antirétroviral.
Les différents marqueurs biologiques de quantification du réservoir
La persistance du VIH provient de la transcription inverse de l’ARN viral en ADN, qui s’intègre ensuite dans le génome de la cellule hôte. En plus de ces formes intégrées d’ADN VIH, les provirus, on trouve également des formes linéaires d’ADN VIH, qui sont des formes pré-intégratives labiles, et des formes épisomales circulaires à 1- ou 2-LTR,
qui correspondent probablement à des échecs d’intégration et peuvent persister plus longtemps (figure 1). Les lym- phocytes T CD4+ sont la cible principale du virus, et il existe différents sous-types cellulaires présentant des profils variés de différenciation et d’activation, et dont la contri- bution aux réservoirs est inégale. D’autres cellules, telles que les monocytes, macrophages ou cellules dendritiques, peuvent également être infectées par le VIH [1]. De plus, on trouve parmi l’ensemble des génomes viraux intégrés de nombreuses formes défectives, partiellement délétées ou mutées, à cause d’erreurs enzymatiques au cours du cycle de réplication ou suite à l’action des différents facteurs de res- triction de l’hôte. Seul un faible pourcentage des génomes viraux présents sont intacts et peuvent être réactivés jusqu’à produire des virus infectieux [2-4]. Ils constituent les réser- voirs latents du VIH [5, 6]. Une définition plus large du réservoir inclut également les génomes viraux n’aboutissant pas à cette synthèse de nouveaux virions mais pouvant néan- moins être en partie transcrits, voire traduits en protéines : ils pourraient alors contribuer à l’activation immunitaire et à la physiopathologie de la maladie [7, 8].
Plusieurs approches quantitatives ont été proposées pour estimer la taille du réservoir ; toutes ne détectent pas les mêmes formes du virus et aucune ne peut répondre à toutes les questions posées, selon que l’on cherche à mesurer un réservoir latent, réplicatif, productif, voire infectieux. Ces approches sont donc complémentaires et peuvent être asso- ciées ; il est important d’en connaître les caractéristiques et les limites pour une interprétation correcte des résultats (figure 2).
Marqueurs moléculaires du réservoir
Les méthodes basées sur la PCR en temps réel sont les plus facilement mises en œuvre et les plus fréquemment utili- sées [9]. Le plus aisé est de quantifier l’ADN VIH total,
Formes épisomales
1-LTR 2-LTR
provirus
ADN VIH linéaire non intégré
Figure 1. Les différentes formes d’ADN VIH associé aux cellules.On appelle provirus l’ADN intégré dans le génome de la cellule hôte.
C’est à partir de ces provirus, si le génome viral est entier et intact, que peuvent être produits de nouveaux virions en cas d’activation de la cellule. Les provirus restent«silencieux»dans les cellules latentes. Une majorité des provirus correspondent à des génomes défectifs, comprenant par exemple de grandes délétions, des codons stop ou des hypermutations, et ne permettant pas une réplication virale. Une transcription et une traduction partielles peuvent être possibles. Il existe également des formes linéaires libres, pré-intégratives, et des formes circulaires épisomales comprenant un ou deux LTR, qui résultent probablement d’un échec d’intégration. Ces diverses formes d’ADN VIH peuvent cohabiter dans une même cellule mais ont des durées de vie différentes.
qui regroupe les formes intégrées, les formes épisomales à 1- ou 2-LTR et les formes linéaires non intégrées, et qui permet d’estimer le nombre de cellules infectées. Cette quantification de l’ADN VIH total est facilement appli- cable aux études cliniques au sein d’essais thérapeutiques et de cohortes de patients (cf. chapitre « Implications cli- niques et thérapeutiques de la quantification du réservoir VIH »). Elle permet aussi d’explorer les réservoirs dans des prélèvements tissulaires et des prélèvements cellulaires, par exemple après tri de sous-populations lymphocytaires bien caractérisées. En clinique, ce marqueur est notam- ment utilisé pour le diagnostic de l’infection du nouveau-né dans le cadre du risque de transmission maternofœtale du VIH. Une technique a été mise au point dans le cadre du groupe de quantification virale de l’ANRS (Agence natio- nale de recherches sur le sida et les hépatites virales). Ce test commercialisé est à la disposition de la communauté
scientifique [10]. Plusieurs études démontrent la grande sensibilité, la bonne spécificité et le bon niveau de repro- ductibilité de cette technique [7, 10, 11] ainsi que d’autres tests ciblant la même région génomique du LTR [12-14].
Une quantification spécifique de l’ADN VIH intégré est possible par une PCR amplifiant la région entre le génome viral et les motifsAluqui sont répétés dans tout le génome humain [9, 15]. La quantification se fait ensuite par une qPCR nichée. Une des difficultés réside dans l’obtention d’un standard qui reflète la variabilité de distance entre le génome viral intégré et le motif Alu le plus proche : la longueur de l’amplicon influe en effet sur l’efficacité de la première PCR et,in fine, sur la quantification obtenue. Cer- taines lignées cellulaires reflètent cette variabilité des sites d’intégration du VIH et peuvent être utilisées comme stan- dard [16]. Des corrections mathématiques peuvent aussi être appliquées [17].
ADN VIH total (qPCR/ddPCR)
ADN VIH intégré (PCR Alu)
ADN VIH épisomal à 2-LTR (qPCR)
ARN VIH associé aux cellules (qPCR/ddPCR)
Séquençage génome complet VIH
QVOA (culture) Provirus intact latent
inductible Provirus intact non
réactivable Provirus défectif transcrit et ± traduit
avec possibilité d’identifier leurs défauts Provirus défectif
inactif
avec possibilité d’identifier leurs défauts Formes non
intégrées
2-LTR uniquement ADN VIH total
Provirus (ADN VIH intégré)
Provirus intact Provirus défectif
ADN VIH non intégré (linéaire et épisomal)
Provirus latent inductible
intégré dans le génome cellulaire ?
intégrité génétique ?
transcrit et traduit ?
Provirus non inductible
in vitro
transcrit et
± traduit ?
Provirus défectif transcrit et
± traduit
Provirus défectif inactif +
+
+ +
_
_
_ _
Figure 2. Les différentes formes d’ADN VIH et les méthodes permettant de les détecter ou de quantifier leurs produits.
Par ailleurs, la quantification des cercles à 2-LTR est per- mise par une PCR au niveau de la jonction U5-U3 [15, 18], mais celle des cercles à 1-LTR, qui n’ont pas dans leur séquence de motif spécifique, reste plus difficile [19-21].
Les génomes non intégrés ont une demi-vie bien plus courte que l’ADN VIH intégré et sont le reflet d’une réplication virale récente. On estime qu’ils ont disparu après six mois de traitement antirétroviral [22].
Aux techniques de qPCR en temps réel initialement utili- sées s’ajoutent maintenant celles de PCR digitale (ddPCR), qui donnent une quantification absolue du nombre de copies d’ADN. Certaines études rapportent la possibilité de faux positifs avec cette technique, ce qui peut limiter son utili-
sation en cas de très faibles charges virales ADN VIH [23], comme c’est par exemple le cas chez les patients contrô- leurs naturels ou les contrôleurs post-traitement, et dans le contexte du diagnostic de la transmission mère-enfant. La possibilité de s’affranchir d’un standard pourrait néanmoins être très intéressante [22, 24].
L’estimation de l’activité transcriptionnelle du réservoir peut être obtenue par quantification des transcrits viraux (ARN VIH associé aux cellules : ARN total ou ratio ARN non épissé/ARN multi-épissé). Dans une cellule infectée, les formes multi-épissées d’ARN VIH sont majoritairement produites dans les phases précoces du cycle viral, tandis que les formes incomplètement ou non épissées sont produites
plus tardivement [25]. Le rapport transcrits/ADN VIH per- met de plus d’évaluer l’activité transcriptionnelle en regard du nombre de cellules infectées, chez des patients traités. De plus, la quantification des différents types de transcrits per- met d’identifier précisément les étapes où la transcription est bloquée dans les cellules latentes (initiation, élongation, polyadénylation, épissage, etc.) [26].
Chez les patients traités, la capacité de réactivation des cel- lules latentes peut également être évaluée par la virémie résiduelle, à l’aide de techniques ultrasensibles de quanti- fication de l’ARN VIH sur de larges volumes de plasma [25, 27]. Il est possible de détecter ainsi de très faibles charges virales, inférieures au seuil de quantification des techniques commerciales. L’origine des génomes détec- tés reste controversée [28] : l’absence d’effet des essais d’intensification thérapeutique sur la virémie résiduelle est en faveur d’un relargage à partir des réservoirs [29], tandis que l’évolution des séquences virales observée chez cer- tains patients évoque plutôt l’existence de réels cycles de réplication virale [30], aboutissant à l’infection de nouvelles cellules et au réensemencement des réservoirs.
Ces différentes techniques de PCR, plus simples à mettre en œuvre et plus rapides que celles basées sur la culture cellulaire, sont applicables à tout type de prélèvement : cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC), lymphocytes T CD4+ triés, mais aussi macrophages ou prélèvements tissulaires. Elles sont généralement plus sen- sibles, mais la variabilité génétique du VIH nécessite de vérifier l’appariement des amorces de PCR avec les dif- férents sous-types du virus, car cette sensibilité peut sinon varier selon le sous-type viral étudié. Différentes techniques publiées montrent d’ailleurs des performances différentes et celles pour lesquelles les amorces s’hybrident dans les régions conservées du LTR sont les plus sensibles du fait d’une moindre diversité virale dans cette région du génome [13, 31]. De plus, en quantifiant les formes défectives indifféremment de celles capables de réplication, les résul- tats obtenus par les méthodes de PCR correspondent à l’estimation de la fréquence de toutes cellules infectées, ce qui est différent de la fréquence des cellules capables de produire du virus infectieux. Néanmoins, le marqueur ADN VIH total a par exemple montré son intérêt pronostique chez des patients à différents stades cliniques de l’infection (cf.
chapitre « Implications cliniques et thérapeutiques de la quantification du réservoir VIH ») [7, 14].
Pour caractériser les réservoirs, il est possible de séquencer l’ADN VIH afin de distinguer les virus géné- tiquement intacts, supposés capables de réactivation et d’aboutissement à la production de virions infectieux, des virus génétiquement défectifs. Un séquenc¸age du génome complet ou quasi complet est pour cela nécessaire (du 5’LTR au 3’LTR) et est facilité par les techniques actuelles
de séquenc¸age de nouvelle génération (NGS). Compte tenu de la part minoritaire du génome viral intégré au sein du génome cellulaire humain, une étape d’amplification de l’ADN VIH par PCR est généralement réalisée au préalable.
Les conditions de dilutions limites, dans lesquelles moins de 30 % des PCR sont positives, permettent d’obtenir un produit de PCR provenant d’un virus unique dans statisti- quement plus de 80 % des cas [32]. Cela permet également de s’affranchir du biais de PCR qui favorise l’amplification des fragments les plus courts. Après élimination des génomes contenant de grandes délétions internes, des inser- tions ou délétions responsables de décalages du cadre de lecture, des codons stops, des hypermutations induites par APOBEC3G/3F ou des mutations ponctuelles dans le site d’épissage principal (major splice donor site) empêchant la réplication du virus, seuls 2 à 12 % des génomes étudiés sont trouvés intacts et supposés compétents pour la réplication [2-4, 33, 34]. Les formes virales défectives ne sont toutefois pas à négliger car elles peuvent être partiellement trans- crites, voire traduites. Cela peut induire une stimulation du système immunitaire [35]. Même si cela reste débattu, plusieurs études ont aussi montré une association entre les niveaux d’ARN VIH associé aux cellules ou d’ADN VIH sous traitement, et ceux des marqueurs d’inflammation et d’activation immune, phénomènes impliqués dans la phy- siopathologie de l’infection par le VIH [36-38].
Une limite de l’approche par séquenc¸age était d’apporter une information qualitative sur le réservoir du VIH, ou bien seulement une quantification relative du nombre de formes intactes ou défectives. Une méthode quantitative a été très récemment décrite par Bruneret al. pour identifier les délé- tions et hypermutations les plus fréquentes. Ils proposent une technique de ddPCR, afin de s’affranchir de la dilu- tion limite et d’obtenir une quantification [39]. Bien que ne permettant pas une analyse complètement exhaustive des séquences virales, ce type d’approche pourrait simplifier en partie l’étude génomique du réservoir. D’autres études sont nécessaires pour évaluer cette nouvelle méthode.
Marqueurs utilisant les techniques basées sur les cultures cellulaires
À côté des techniques moléculaires, un autre groupe de méthodes de quantification du réservoir VIH est basé sur la mise en culture de lymphocytes T CD4+ triés en condition de dilution limite et leur activation par des agents pharmacologiques ou immunologiques tels que la phytohémagglutinine (PHA), l’ionomycine, le phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA), les anticorps stimulants anti-CD3 et anti-CD28 [5, 40]. Des PBMC déplétées en CD8+provenant d’un donneur, cellules cibles du virus, sont ensuite ajoutées au milieu de culture et la production virale
peut être évaluée par la mesure de l’antigène p24 (quan- titative outgrowth assay[QVOA]) ou de l’ARNm (épissé ou non) nouvellement produit (variantetat/rev induced limi- ting dilution assay[TILDA]) (respectivement par technique ELISA ou qPCR) [5, 40-43]. On évalue ainsi le nombre de cellules latentes capables de produire du virus. Une ver- sion modifiée de QVOA consiste à injecter l’échantillon de cellules latentes en intrapéritonéal à un modèle de sou- ris humanisées immunodéprimées (QVOA murin) [44].
Après déplétion en lymphocytes T CD8+ pour limiter la réponse antivirale et stimulation des cellules latentes par des anticorps anti-CD3 humain, on mesure la charge virale VIH plasmatique pour détecter la production de nouveaux virions.
L’avantage de ces approches est d’estimer la capacité des cellules infectées à produire des virus infectieux, mais elles sous-estiment la taille du réservoir car toutes les cel- lules infectées ne sont pas réactivées en un seul cycle d’activation. La succession de plusieurs cycles d’activation cellulaire peut être nécessaire pour obtenir une production de virus par davantage de cellules qu’avec un cycle unique.
La diversité des cellules infectées par le VIH, associée à celle des mécanismes contrôlant la latence (cf. chapitre « La latence virale du VIH-1 »), explique sans doute en partie une sensibilité différente aux diverses molécules activatrices, mais il a été montré que même des cellules clonales et infec- tées par un virus compétent ne répondent pas de manière uniforme à un cycle unique de stimulation [5]. Par ailleurs, les larges volumes de sang nécessaires et la lourdeur de ces techniques ne permettent pas de les mettre en œuvre sur de nombreux échantillons, ni de faire un contrôle ou un suivi rapproché chez un patient donné. Enfin, la reproductibilité de cette technique est mal connue, ce qui limite la compa- raison des résultats obtenus par différents laboratoires.
Marqueurs cellulaires du réservoir
Un enjeu majeur de la recherche actuelle sur le VIH est de trouver une combinaison de marqueurs qui serait spéci- fique ou fortement surexprimée par les cellules réservoirs quiescentes. Les identifier est en effet une étape indispen- sable au développement de thérapies ciblées (cf. chapitre
« Approches thérapeutiques ciblant les réservoirs VIH » sur les essais de cure). Quelques marqueurs ont déjà été pro- posés : une expression augmentée desimmune checkpoints (protéines stimulatrices ou régulatrices de l’immunité) PD- 1, LAG3, TIGIT, TIM3 et CTLA4 a été rapportée sur les cellules infectées par le VIH [45]. Les cellules co-exprimant cesimmune checkpointsont des niveaux d’infection supé- rieurs aux autres cellules [46].
Le marqueur CD32a a été proposé récemment comme mar- queur spécifique des cellules T CD4+réservoirs [47]. Cette étude a suscité de nombreuses controverses car ces cellules
expriment des marqueurs d’activation [48, 49] et des essais de QVOA par d’autres équipes n’ont pas permis d’induire la production de virus par les cellules CD4+/CD32+[50].
De plus, il a été montré que le marquage CD4+/CD32+cor- respond souvent à de doublets cellulaires, en particulier à des conjugués de cellules B et T [49, 51]. Ces travaux sou- lignent la difficulté d’identifier spécifiquement toutes les cellules réservoirs.
En résumé, il n’y a pas une technique de référence pour quantifier le réservoir du VIH : chaque marqueur ayant une signification propre, plusieurs techniques complémentaires sont le plus souvent nécessaires pour répondre à la question clinique ou scientifique posée, pour caractériser qualitati- vement et quantitativement les cellules réservoirs. Le choix doit aussi être fait en fonction des matériels biologiques disponibles.
Les réservoirs cellulaires et tissulaires du VIH
Les réservoirs cellulaires
La contribution des cellules infectées par le VIH aux réser- voirs viraux dépend de divers facteurs : leur susceptibilité à l’infection, leur durée de vie, leur capacité proliférative et leur capacité à produire de nouveaux virions après stimu- lation/réactivation.
Une majorité d’études a été réalisée à partir des cellules san- guines, plus faciles à obtenir et permettant des approches quantitatives plus fiables que celles appliquées aux prélè- vements tissulaires.
Lymphocytes T CD4+
Les lymphocytes T CD4+mémoires constituent le réservoir principal du VIH, étant cellules cibles du virus (CD4+) et pouvant persister à long terme et proliférer dans l’organisme (cellules mémoires) [40]. Il s’agit cependant d’une popula- tion cellulaire hétérogène. Un des enjeux importants de la recherche actuelle est de caractériser au mieux les cellules réservoirs, par exemple en identifiant des biomarqueurs qui soient les plus spécifiques possibles des cellules infectées.
Les lymphocytes T quiescents comprennent, d’une part, des cellules naïves (TN) et, d’autre part, des cellules mémoires spécifiques d’un antigène, dans un continuum de stades de différenciation : les cellules souches mémoires T (stem cell memory T-cell [TSCM]), les lymphocytes mémoires centraux (central memory T-cell [TCM]), les lympho- cytes mémoires transitionnels (transitional memory T-cell [TTM]) et les lymphocytes mémoires effecteurs (effector memory T-cell [TEM]). L’activité effectrice de ces cel- lules augmente avec l’état de différenciation, tandis que
leur durée de vie et leur capacité proliférative diminuent [52, 53]. La quantification de l’ADN VIH au sein de chaque sous-population de lymphocytes T mémoires a permis de montrer que non seulement leurs contributions au réservoir du VIH sont différentes, mais aussi que ces proportions varient selon le stade de l’infection (cf. partie « Persistance et évolution des réservoirs au cours de l’infection »).
La majorité des souches de VIH transmises utilisent le corécepteur CCR5 pour infecter de nouvelles cellules et le tropisme CXCR4, s’il est présent, est le plus souvent acquis plus tardivement au cours de l’infection. Seuls 2 % des TN expriment le corécepteur CCR5 à leur surface, ce qui peut expliquer leur faible contribution aux réservoirs du VIH [54]. À l’inverse, 75 % des cellules mémoires possèdent le corécepteur CCR5, en faisant une cible privilégiée.
L’infection des cellules mémoires par le VIH peut s’expliquer par différents mécanismes. L’infection des cel- lules peut avoir lieu quand celles-ci sont activées et avant qu’elles ne retournent à l’état quiescent. Une majorité des cellules infectées sont cependant rapidement détruites par les effets cytopathiques de l’infection et/ou la réponse immunitaire cytotoxique de l’hôte. Une autre possibilité est l’infection par le VIH de cellules déjà dans le processus de retour à l’état quiescent, laissant suffisamment de temps pour que le génome viral s’intègre dans celui de la cel- lule, mais trop peu pour un cycle viral complet qui inclurait l’expression de déterminants viraux et aboutirait à la lyse de la cellule [55]. Enfin, la possibilité d’une transmission de cellule à cellule, plutôt qu’à partir de virions libres, a été démontréein vitro[56].
Une autre caractéristique des lymphocytes T CD4+est leur polarisation fonctionnelle, déterminée par le microenviron- nement lors de la rencontre avec l’antigène et aboutissant à la sécrétion préférentielle de certaines cytokines, ce qui per- met de les classer en Th1, Th2, Th9 ou Th17 (cf. paragraphe sur la « Répartition tissulaire du réservoir »). L’analyse par NGS des séquences génomiques de VIH présent dans ces différents sous-types cellulaires au niveau sanguin a mon- tré que la proportion de génomes intacts est la plus élevée dans les cellules polarisées Th1, suivies des Th17, puis des Th2 et Th9, malgré des fréquences d’infection mesurées par l’ADN VIH similaires [34].
Autres types cellulaires
Le marqueur CD4 est également exprimé sur la lignée des monocytes et macrophages, qui sont donc permis- sives à l’infection [55]. La présence d’ADN VIH dans des cellules CD14+, marqueur de la lignée monocytaire- macrophagique, a en effet été montrée. L’expression du récepteur CD4 à plus faible niveau que sur les lymphocytes T, ainsi qu’une transcription inverse et un import dans le noyau cellulaire moins efficaces sont des facteurs limitant
l’infection des monocytes et macrophages par le VIH et contribuant au pourcentage de cellules infectées plus faible dans cette lignée cellulaire [57, 58]. La réplication virale y est plus lente que dans les lymphocytes T, avec un pic de production virale entre cinq et huit jours après infection contre 30 à 40 heures pour les lymphocytes. Ceci semble principalement dû à un faible taux de dNTP disponible du fait de la forte expression du facteur de restriction cellu- laire SAMHD1 dans la lignée myéloïde [59]. En revanche, la présence des macrophages dans de très nombreux tissus ainsi que leur longue durée de vie sont des caractéris- tiques très importantes pour la dissémination du virus dans l’organisme et pour une potentielle fonction de réservoir [60]. Ils pourraient même être le réservoir cellulaire princi- pal du VIH dans certains tissus [61].
Les cellules dendritiques sont également citées comme cibles du virus (cellules folliculaires dendritiques), mais leur niveau d’infection est faible. Néanmoins, leur fonction clé dans l’établissement des réponses immunitaires ouvre la possibilité d’un rôle direct ou indirect dans la persistance de l’infection par le VIH.
Enfin, d’autres types cellulaires peuvent jouer le rôle de réservoir viral comme détaillé ci-dessous (les cellules souches hématopoïétiques, les cellules de Langerhans, les cellules microgliales, les astrocytes. . .) [6].
Répartition tissulaire du réservoir
L’infection par le VIH est généralisée à tout l’organisme, notamment à cause de la présence de cellules lymphoïdes dans tous les tissus et à leur circulation par le sang et la lymphe. Ces différents tissus et organes contribuent de fac¸on inégale au réservoir du VIH(figure 3), et l’évolution du virus peut parfois varier d’un site à l’autre (phénomène de compartimentation), en fonction de la présence de bar- rière anatomique, du microenvironnement local ou de la diffusion des antirétroviraux.
Tissu lymphoïde secondaire : ganglions lymphatiques, rate, GALT
Les organes lymphoïdes secondaires, très riches en lym- phocytes T, constituent les principaux sites réservoirs. Les lymphocytes folliculaires auxiliaires (Tfh), T CD4+ rési- dents des centres germinatifs des follicules de ces organes lymphoïdes secondaires, représentent une catégorie de cel- lules particulièrement importante dans ce réservoir [62].
Plusieurs études sur les ganglions lymphatiques rapportent leur très fort taux d’infection par le VIH et leur niveau élevé de production de virus après activation [62, 63]. La diffi- culté de pénétration des lymphocytes T CD8+cytotoxiques dans les follicules lymphoïdes B peut être un des facteurs expliquant la forte contribution des Tfh au réservoir du VIH.
Au-delà des ganglions, une présence de Tfh a été montrée
Ganglions lymphatiques
Sang Foie Tissu lymphoïde associé au système digestif
Système nerveux central
Thymus Poumons Rate Reins Tissu adipeux Organes génitaux Moelle osseuse
Faible niveau d’infection Fort niveau d’infection
Figure 3. Sites anatomiques des réservoirs du VIH.Les cellules infectées sont disséminées dans tout l’organisme. L’intensité de leur coloration représente le niveau d’infection de chaque organe. [62, 63, 65, 67-69, 71, 79, 84, 87, 90, 91].
au niveau muqueux, et un sous-groupe des TCM du sang périphérique, ayant des propriétés proches des Tfh en aidant à la maturation des lymphocytes B, a été nommé pTfh : elles sont, elles aussi, plus sensibles à l’infection par le VIH que les cellules non pTfh, en particulier pour celles exprimant le marqueur PD-1, et présentent une plus grande proportion de cellules inductiblesex vivo[64].
Une autre catégorie de cellules, découverte en 2011, sont les lymphocytes T régulateurs ayant migré dans les ganglions lymphatiques (notées Tfr ou fTreg) et partageant certains marqueurs avec les Tfh. Comme ces dernières et contraire- ment aux autres lymphocytes T régulateurs (Treg), les Tfr sont très permissives à l’infection par le VIH [62].
Le lien entre toutes ces sous-populations de cellules n’est pas encore clairement établi, mais les ganglions lympha- tiques semblent jouer un rôle central dans la constitution et le maintien du réservoir.
Des niveaux élevés d’infection par le VIH sont également observés dans le tissu splénique, dû à sa grande richesse en cellules lymphoïdes. La position de la rate à l’intersection entre le système immunitaire et le système sanguin en fait un autre organe important dans la physiopathologie de la maladie, ainsi qu’un possible site sanctuaire [65].
Le tissu lymphoïde associé au tube digestif (GALT) joue, lui aussi, un rôle majeur comme réservoir du VIH. Très étendu, il concentre de très nombreux lymphocytes [66], et la proportion de cellules CD4+ infectées y est supé-
rieure à celle du sang [42, 67]. Dans les premières heures suivant l’infection, le VIH traverse la muqueuse digestive pour atteindre lalamina propria, où résident de nombreux lymphocytes T mémoires [68]. De plus, l’exposition per- manente à des antigènes microbiens favorise l’activation immunitaire locale, ce qui pourrait favoriser la production de virus par les cellules infectées. Néanmoins, et contraire- ment à ce qui est observé au niveau sanguin, la production de transcrits viraux n’apparaît pas corrélée à l’état d’activation cellulaire [68]. Des mécanismes différents de régulation de la latence et de l’expression des provirus semblent interve- nir au niveau du GALT. À ce sujet, l’étude des différents types de transcrits ARN VIH a montré un niveau d’initiation de la transcription 12 fois plus faible dans les lymphocytes CD4+ issus de tissus rectaux que dans les CD4+ sanguins d’individus sous traitement. À l’inverse, la transcription est moins souvent bloquée aux étapes plus tardives (élonga- tion, polyadénylation ou épissage) dans les CD4+ rectaux qu’au niveau sanguin (PBMC ou CD4+) ou dans les biop- sies rectales sans tri cellulaire [26]. Les Th17, sécréteurs des cytokines IL-17 et IL-22, et les Th1/Th17, qui sécrètent à la fois l’IL-17 et l’IFN-␥, semblent être des cibles privilégiées du VIH au niveau intestinal, avec un taux élevé d’ADN VIH.
De manière intéressante, un faible ratio de transcrits ARN VIH/ADN VIH a été observé dans les Th17 : ces cellules pourraient donc constituer une part importante du réservoir latent. Il reste néanmoins à vérifier que ces cellules soient
bien porteuses de provirus intacts et compétents pour la réplication virale [68].
Organes lymphoïdes primaires : moelle osseuse et thymus
Quelques études ont rapporté la présence d’ADN VIH dans les progéniteurs hématopoïétiques et leur rôle potentiel de réservoir. L’infection des cellules très primitives et sans récepteurs de surface pour le virus semble difficile, mais plusieurs études ont montré la permissivité au VIH de cel- lules CD34+ [69]. De plus, la séquence quasi complète du provirus a bien été mise en évidence dans des pro- géniteurs exprimant le CD4 ainsi que dans des lignées plus différenciées, soutenant l’hypothèse d’une participa- tion de la moelle osseuse à la persistance du VIH [70]. Les organes lymphoïdes primaires semblent cependant avoir un rôle moins prépondérant dans le réservoir du VIH que les organes lymphoïdes secondaires.
Autres tissus
Quasiment tous les organes et tissus de l’organisme peuvent contenir des lymphocytes T CD4+infectés et jouer le rôle de réservoir du VIH, dans une moindre mesure que les organes lymphoïdes secondaires.
On peut retrouver l’ARN VIH et l’ADN VIH dans les fluides et organes génitaux masculins et féminins. Chez l’homme, l’excrétion de virus dans le sperme provient de différentes origines [71]. En primo-infection, les séquences virales retrouvées dans le sperme sont très proches de celles du sang et proviennent probablement d’une diffusion passive [72]. Plus à distance, une compartimentation est possible [73], et les virus présents dans le sperme peuvent provenir des différents tissus et conduits du comparti- ment génital masculin [74]. Sous traitement antirétroviral, l’excrétion au niveau génital est beaucoup moins fréquente mais une dissociation peut être observée entre les charges virales plasmatique et séminale. Une excrétion intermit- tente dans le sperme se produit chez 5 à 8 % des patients malgré un apparent contrôle au niveau systémique [75]. Ce phénomène suggère l’existence d’un réservoir réactivable au niveau génital. Une étude très récente consacrée au tissu urétral a montré la présence d’ADN VIH intégré pouvant aboutir à la production de particules virales infectieuses dans les macrophages urétraux d’individus infectés sous traitement antirétroviral, tandis que ce n’était pas le cas dans les lymphocytes T [61]. De plus, une infection locale par un autre pathogène (infection sexuellement transmis- sible, réactivation du CMV. . .) peut favoriser l’expression et la réplication du VIH.
Chez la femme, la muqueuse génitale comprend des lym- phocytes T CD4+ et des macrophages, cellules cibles du virus. On retrouve le VIH dans les sécrétions cervicovagi-
nales, et l’analyse des séquences virales suggère, comme chez l’homme, une provenance double : par transfert pas- sif depuis le sang et par une réplication locale [76]. La diffusion passive est probablement favorisée par l’absence de barrière physique entre les compartiments sanguins et génitaux. L’inflammation locale et les infections favorisent la réplication locale du virus, et environ 6 % des femmes non virémiques sous traitement antirétroviral présentent une excrétion génitale [77]. Ces données soulignent le rôle des organes génitaux comme réservoir ou sanctuaire, c’est d’autant plus important qu’ils sont à l’origine de la trans- mission sexuelle et responsables de l’épidémie de VIH.
Le système nerveux central (SNC) est également un site au niveau duquel des cellules infectées par le VIH sont souvent présentes, avec des charges virales parfois éle- vées dans le liquide céphalorachidien (LCR) [78]. En cas d’inflammation, la diffusion des cellules immunitaires à tra- vers la barrière hématoencéphalique est facilitée, mais il existe aussi une réplication viralein situ. Il est d’ailleurs par- fois possible d’observer une compartimentation avec une charge virale positive dans le LCR en l’absence de viré- mie, ou encore des profils de résistance aux antirétroviraux différents entre les deux compartiments [79, 80]. La sépa- ration entre le SNC et le reste de l’organisme par la barrière hématoencéphalique favorise très certainement ce phéno- mène. Les lymphocytes T sont très peu nombreux dans le SNC et les principales cellules CD4+ dans ce comparti- ment sont les macrophages (dans les méninges, les plexus choroïdes et l’espace périvasculaire) et la microglie (macro- phages résidents du parenchyme cérébral, qui représentent 5 à 20 % d’un cerveau adulte) [81]. Certains virions du VIH développent ou possèdent un tropisme « M » pour ces cellules qui expriment le récepteur CD4 à plus faible niveau [81]. Concernant leur rôle de réservoir, des tech- niques d’hybridationin situont montré la présence d’ADN viral co-localisé avec le marqueur CD68 des macrophages et des cellules microgliales chez des patients sous traitement antirétroviral efficace, et celle d’ARN viral chez certains [82]. Cette technique n’a en revanche pas détecté l’ADN VIH dans les astrocytes, le type cellulaire majoritaire dans le cerveau. ParAlu-PCR, technique plus sensible, la présence d’ADN VIH intégré a néanmoins été mise en évidence dans 3 % d’entre eux, et jusqu’à 7 % post-mortem[83]. Leur infection ne se fait pas par le mécanisme habituel de fusion de l’enveloppe virale avec la membrane cellulaire, les astro- cytes ne possédant pas le récepteur CD4, mais semble avoir lieu par endocytose ou par transmission de cellule à cellule à partir d’un lymphocyte infecté [83]. Le faible taux de transcription indique que l’infection des astrocytes est le plus souvent non productive, ce qui pourrait favoriser leur rôle en tant que réservoir viral.
Les poumons sont aussi un site d’infection par le VIH : comme le GALT, il s’agit d’un site contenant un impor-
tant tissu lymphoïde, et ayant une forte exposition à divers pathogènes microbiens. De l’ADN VIH ainsi que des trans- crits viraux ont été mis en évidence dans les lavages broncho-alvéolaire (LBA) et, au niveau cellulaire, dans les macrophages alvéolaires et les lymphocytes T CD4+, chez des individus traités ou non traités [84]. La moindre péné- tration des antirétroviraux dans les macrophages [85], la longue durée de vie de ceux-ci, leur relative résistance à l’apoptose et leur forte abondance au niveau alvéolaire expliquent qu’ils soient en grande partie responsables de la persistance du VIH dans les poumons, malgré un niveau d’infection inférieure à celui des lymphocytes T CD4+ (0,1 % versus1 %) [84]. Par ailleurs, une étude récente chez des individus traités a montré la corrélation entre les taux d’ADN VIH dans le LBA et les PBMC, avec des valeurs en moyenne 13 fois plus élevés dans le LBA.
Comparés aux lymphocytes T CD4+ sanguins, les CD4+ du LBA avaient une fréquence d’infection par le VIH plus élevée et les CD4+ de la muqueuse pulmonaire une fréquence d’activation plus grande également. Les LBA montraient également un enrichissement en cellules Th17 et Th1/Th17 chez les individus infectés par le VIH, tandis que seuls les Th17 étaient augmentés par rapport au sang chez les non-infectés [86].
Au niveau hépatique, le VIH peut s’intégrer non seulement dans les lymphocytes présents mais aussi dans les cellules de Küpffer – macrophages résidents du foie – et les hépa- tocytes [87]. La comparaison des séquences d’ARN VIH gagetenvprovenant de biopsies hépatiques et de plasma a montré qu’une compartimentation du virus dans le foie était possible [88].
L’ADN VIH a été retrouvé dans l’urine de près d’un quart des patients, même en l’absence de virémie positive [89].
Dans le cadre particulier de la transplantation rénale, une infection du greffon et en particulier des podocytes a été observée même chez les patients avirémiques, ce qui ren- force l’hypothèse du rein comme site sanctuaire pour le VIH [90].
Enfin, la peau et le tissu adipeux contiennent également des cellules porteuses d’ADN VIH et/ou ARN VIH, en par- ticulier les cellules immunitaires (lymphocytes T CD4+, macrophages, cellules de Langerhans). Une réactivationex vivodes lymphocytes T CD4+ du tissu adipeux a montré la production d’ARN VIH par ces cellules provenant de patients avirémiques [91]. Le marqueur PD-1 est exprimé par une proportion élevée des lymphocytes T CD4+ rési- dents du tissu adipeux. Chez les individus infectés et sous traitement antirétroviral efficace, le ratio CD4+/CD8+ au niveau adipeux est plus faible et la proportion de Treg plus élevée par rapport à des sujets non infectés, mais il n’y a pas de différence significative dans les proportions de cellules Th1, Th2 ou Th17, ni dans l’expression du mar- queur d’activation Ki-67 [92]. Ces données indiquent un
bon contrôle de l’activation immunitaire dans le tissu adi- peux et orientent vers un rôle de réservoir latent.
Compte tenu de l’étendue de l’infection par le VIH à l’ensemble de l’organisme, la diffusion des molécules anti- rétrovirales ou anti-latence, notamment dans les tissus lymphoïdes, est un élément clé à prendre en compte dans le développement des stratégies thérapeutiques, y compris dans celles ciblant les cellules réservoirs.
Persistance et évolution
des réservoirs au cours de l’infection
Mécanismes de persistance
La persistance à long terme du VIH s’explique par divers phénomènes, non mutuellement exclusifs (figure 4), et explique le rebond viral le plus souvent observé à l’arrêt des antirétroviraux, même après des années de contrôle de l’infection. Tout d’abord, la réplication virale permet la pro- pagation du virus à de nouvelles cellules. Prépondérant en histoire naturelle, ce mécanisme a un impact limité sous traitement antirétroviral efficace. Comme évoqué précé- demment, il est néanmoins possible d’avoir une dissociation entre les charges virales de divers compartiments et une réplication à bas bruit dans des sites sanctuaires moins accessibles aux molécules antirétrovirales pourrait expli- quer la virémie résiduelle sous traitement. Celle-ci peut aussi résulter du relargage de génomes viraux ou de virions à partir des cellules réservoirs (cf. partie « Les différents marqueurs biologiques de quantification du réservoir »).
La persistance du VIH peut également s’expliquer par la survie des cellules infectées, en particulier des lymphocytes T CD4+mémoires. La demi-vie des cellules quiescentes a été estimée à 44 mois [93], et l’absence d’expression du génome viral empêche que ces cellules ne soient la cible du système immunitaire.
Enfin, l’analyse de la séquence complète du génome viral et/ou celle de sites d’intégration du provirus ont révélé des profils identiques dans de multiples cellules, et mis en évi- dence la contribution de la prolifération clonale de cellules infectées dans le maintien du réservoir [94-97]. Plusieurs articles récents mettent en avant le rôle prépondérant de la prolifération clonale chez les patients sous traitement, ainsi que chez les contrôleurs naturels [98].
La part de chaque mécanisme dans le maintien du réservoir dépend de différents facteurs, tels que le stade de l’infection, le tissu considéré et l’état d’activation et de différenciation cellulaire, ou la diffusion ou non des antirétroviraux.
Évolution en histoire naturelle
Les différents marqueurs évoqués précédemment évoluent au cours de l’infection. En particulier, la quantification de
Réplication virale résiduelle
Persistance cellulaire
Prolifération clonale
Figure 4. Mécanismes de maintien du réservoir au cours du temps sous traitement antirétroviral.On distingue trois mécanismes principaux : (1) la réplication résiduelle aboutissant à l’infection de nouvelles cellules ; (2) la persistance de cellules infectées à longue demi-vie ; (3) la prolifération clonale des cellules infectées, qui aboutit à la transmission du provirus intégré à toutes les cellules filles mais à une dilution des formes épisomales.
l’ADN VIH total dans les PBMC a été réalisée dans de nombreuses études et chez un large panel de personnes infectées par le VIH, du fait de la relative facilité d’accès aux prélèvements sanguins, et permet grâce à sa très bonne reproductibilité de mieux comprendre l’évolution du réser- voir(figure 5)[7].
Primo-infection
Le réservoir viral commence à se constituer dès les premiers jours qui suivent la contamination [99-101]. On observe au cours de la primo-infection un niveau très élevé d’ADN VIH total dans le sang (3,3 log copies/106PBMC en médiane dans la cohorte nationale franc¸aise ANRS- PRIMO, avec un délai estimé depuis la contamination de 47 jours en médiane [102, 103]) et dans le rectum [104].
Au niveau sanguin, seule une minorité de cellules infectées
est constituée de formes intégrées stables [16, 105]. Le fort niveau de formes non intégrées est corrélé à la forte réplication virale à ce stade. Les données de la cohorte thaïe SEARCH010/RV254 montrent que ce pic d’ADN VIH total est très précoce, avec un taux plus bas chez les patients au stade Fiebig I (stade très précoce pendant lequel seul l’ARN VIH est décelable) que ceux aux stades Fiebig II, III et IV (stades pendant lesquels l’antigène p24 puis les anti- corps sont détectés dans le sérum des patients), mais sans différence significative entre ces derniers stades. Le niveau d’ADN VIH dans des biopsies coliques était également plus faible au stade le plus précoce [101]. La diffusion rapide du virus dans tout l’organisme lors de la primo-infection abou- tit à l’ensemencement et à la dissémination des réservoirs, et à l’activation immunitaire globale dans l’organisme. On observe néanmoins des différences interindividuelles.
Histoire naturelle Sous traitement antirétroviral Contrôle de I’infection Depuis la
primo-infection Depuis la phase chronique
ADN VIH total (log copies / million PBMC)
Primo- infection
Adultes 6-24 mois
Enfants Après
2 ans Après 3,6 ans
Adultes Adultes Adultes
Contrôleurs naturels
Contrôleurs post-traitement Traitement SIDA
précoce
Traitement tardif 4,5
4,0 3,5
3,3 3,4
2,3 2,3
2,15
2,84
1,5 1,71 Q3
Q1 médiane 3,44
3,0 2,86 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0
552 271 121 90 35 116 272 44 15 14 n
Figure 5.ADN VIH total dans différentes situations cliniques. D’après Avettand-Fènoëlet al. [7].
Par ailleurs, l’analyse des sous-populations de lymphocytes T CD4+sanguins à ce stade montre une contribution préfé- rentielle des TTM au réservoir, cellules plus différenciées et probablement moins persistantes que les TCM [106, 107].
Infection chronique
Plus à distance de l’infection, le niveau d’ADN VIH total a diminué (2,86 log copies/106 PBMC en médiane entre 6-24 mois post-contamination [102]) mais comprend davantage de formes intégrées [105]. Un suivi sur plu- sieurs années dans la cohorte historique ANRS-SEROCO a mis en évidence une augmentation significative des niveaux d’ADN VIH total et d’ADN VIH intégré en l’absence de traitement antirétroviral : +0,627 log (+5371 copies)/106 PBMC d’ADN VIH total sur six ans et +0,538 log (+5122 copies)/106PBMC d’ADN VIH inté- gré sur six ans chez ceux qui progressent vers le sida dans les six ans qui suivent la contamination, et +0,574 log (+2510 copies)/106PBMC d’ADN VIH total sur six ans ; et +0,796 log (+1780 copies)/106PBMC d’ADN VIH inté- gré sur six ans chez les progresseurs plus lents [16]. Chez les patients progressant le plus rapidement, on note une plus grande proportion de formes intégrées dès la pre- mière année d’infection [16]. Au stade sida ou dans les 12 mois précédents, la valeur médiane d’ADN VIH total était de 3,64 log copies/106PBMC [16]. D’autres études ont montré une augmentation progressive de la quantité de transcrits d’ARN associés aux cellules chez les progres- seurs rapides, tandis que les progresseurs lents avaient des taux plus faibles et stables [25].
À l’inverse, chez le groupe particulier des patients contrô- lant naturellement l’infection, qui maintiennent une charge virale négative ou faible en l’absence de traitement, la quan- tité d’ADN VIH total est particulièrement faible (1,50 log copies/106PBMC en médiane à l’inclusion dans la cohorte ANRS CODEX –HIV controllers) [108]. Ce contrôle de l’infection fait intervenir plusieurs facteurs et a notamment été associé à la présence des allèles protecteurs HLA- B*27/B*57 et à une forte réponse immunitaire CD8+et/ou CD4+ spécifique. Il s’agit néanmoins d’un groupe hété- rogène de patients, dont le risque de progression de la maladie est variable. Le suivi à long terme de la dyna- mique du réservoir sanguin montre un sous-groupe de patients avec un niveau d’ADN VIH total particulière- ment faible et qui diminue au cours du temps (−0,138 log [−9 copies]/106PBMC d’ADN VIH total sur six ans) [109].
Cette décroissance est associée à une charge virale plasma- tique initiale et une proportion de lymphocytes T CD4+ infectés plus faibles lors de l’inclusion dans la cohorte, ainsi qu’à une sur-représentation des allèles protecteurs de HLA. À l’inverse, on observe une augmentation modeste et progressive de l’ADN VIH total chez d’autres patients contrôleurs (+0,228 log [+22 copies]/106PBMC d’ADN VIH total sur six ans), ce qui est associé avec des rebonds de charge virale plasmatique plus élevés, des taux plus élevés d’IP-10 (cytokine pro-inflammatoire corrélée aux marqueurs d’activation des lymphocytes T CD4+et CD8+), et une forte réponse CD8+ spécifique [109]. Ce deuxième sous-groupe a très probablement un risque un peu plus élevé de progression de la maladie [110].
Une analyse plus détaillée des populations de lympho- cytes T CD4+sanguins chez les patients qui ne progressent pas au long cours (long-term non-progressors) et qui ont les allèles protecteurs HLA-B*27 ou B*57 a montré une contribution préférentielle des cellules plus différenciées (TEM et TTM) au réservoir par rapport aux TCM, alors que chez des patients non contrôleurs non traités, on observe, selon les études, une contribution équivalente des trois sous-populations ou bien une prédominance des TCM [76, 111]. La comparaison des séquences intégrées dans les différentes sous-populations avec celles circulant au niveau plasmatique a révélé une plus grande divergence des virus présents dans les TEM que ceux des TTM et TCM, mais avec une faible diversité génétique entre elles, ce qui suggère un maintien du réservoir préférentiellement par expansion clonale dans les TEM [111]. Bien que très informatives, les données sanguines ne sont qu’un reflet imparfait du réservoir et les analyses sur les tissus sont nécessaires.
Évolution sous traitement antirétroviral
L’introduction d’un traitement antirétroviral inhibant la réplication du virus induit, dans une première phase, une diminution rapide du réservoir mesurée par l’ADN VIH total dans les PBMC. Cette phase, que l’on peut suppo- ser correspondre principalement à l’élimination des formes d’ADN non intégrées et des cellules activées à courte demi- vie, est suivie d’une seconde phase de cinétique plus lente.
La diminution est d’autant plus grande que l’initiation du traitement est précoce et celui-ci prolongé (figure 6) [7, 112]. Dans le cas d’un traitement instauré durant la primo-infection, on note par exemple une valeur médiane de 2,3 log copies/106 PBMC après deux ans et 2,15 log après 3,6 ans [112, 113]. Une modélisation mathématique montre que la pente de décroissance de l’ADN VIH lors de la première phase (0-8 mois) est d’autant plus pronon- cée que l’instauration du traitement est précoce durant la primo-infection, et ce à 15 jours près [114, 115]. Les pentes de décroissance ultérieures sont similaires, mais plus fortes que pour les patients traités seulement à partir de la phase chronique de l’infection [112]. On rapporte une médiane de 2,30 log copies/106PBMC après 5,3 années de traitement instauré en début de phase chronique (lymphocytes T CD4+
>350/mm3, ARN VIH plasmatique<50 000 copies/ml), essai ANRS-SALTO) et de 2,84 log avec une instauration plus tardive [7, 116]. Au stade sida, chez des patients en multi-échec, le niveau d’infection est très élevé (médiane : 3,44 log copies/106PBMC).
La forte réduction des réservoirs cellulaires, suite à l’instauration précoce des antirétroviraux, peut permettre chez une minorité de personnes d’obtenir un contrôle à long terme de l’infection, y compris après interruption du
traitement. L’existence de ces contrôleurs post-traitement (PTC) a été montrée initialement dans la cohorte ANRS- VISCONTI [117] et est corroborée par la modélisation mathématique de la dynamique des réservoirs viraux latents [118]. Ces modèles montrent cependant qu’une simple diminution du réservoir latent est généralement insuffi- sante pour retarder significativement le rebond de charge virale après interruption du traitement et doit être associée à d’autres modifications, par exemple une augmentation de la réponse immune.
Les PTC ont en commun avec les contrôleurs natu- rels le faible niveau du réservoir sanguin (1,71 log copies/106 PBMC en médiane) ; cependant, les méca- nismes physiopathologiques impliqués dans le contrôle viral diffèrent : les allèles HLA-B protecteurs ne sont pas sur-représentés chez les PTC et leurs réponses T CD8+ sont faibles [117]. Une étude récente a comparé la séquence quasi complète du génome proviral chez des PTC (durée médiane de contrôle après arrêt des antirétroviraux : 63 semaines) et des individus non contrôleurs à l’arrêt du traitement, afin de quantifier la proportion de séquences défectives ou intactes. Bien que le nombre de séquences intactes chez les PTC soit plus faible, leur proportion n’est pas significativement différente entre les deux groupes [33].
Parmi les dix PTC décrits dans cette étude, seuls quatre avaient initié le traitement antirétroviral en primo-infection (avec en médiane 12 séquences de génome VIH proviral complet obtenues pour chacun). Les autres PTC avaient initié le traitement au stade chronique et avaient participé à des d’essais vaccinaux et/ou des études d’interruption pro- grammée de traitement ; ils peuvent être considérés comme un groupe à part de sujets. Des études complémentaires et à plus long terme sont nécessaires pour caractériser les différents mécanismes de contrôle de l’infection.
Un traitement très précoce s’accompagne également d’une normalisation plus fréquente et plus rapide du taux de lym- phocytes T CD4+ et du ratio CD4+/CD8+ [112, 115]. De plus, on observe chez les patients traités dès la primo- infection un maintien de la faible contribution des TCM au réservoir sanguin, chez les patients toujours sous traite- ment mais également chez les PTC [113, 117]. L’initiation précoce du traitement permet donc de préserver partielle- ment de l’infection les TCM sanguins, cellules à longue demi-vie et forte capacité réplicative, et que l’on retrouve comme principales contributrices au réservoir VIH au stade chronique et chez les patients traités uniquement à par- tir de ce stade chronique, qu’ils soient en succès ou en échec de traitement [76, 94]. La contribution des différentes sous-populations de lymphocytes T CD4+au réservoir VIH semble donc être davantage influencée par le stade de la maladie que l’instauration ou non d’un traitement antiré- troviral. La forte contribution des TCM au réservoir VIH, qui s’ajoute à la proportion élevée de formes intégrées en
Début des ARV
ADN VIH total (log copies / 106PBMC)
Initiation en phase chronique
Initiation en primo-infection
1 4
3
2
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10
Temps depuis l’initiation du traitement antirétroviral (années)
Figure 6. Schématisation de la cinétique de décroissance de l’ADN VIH total dans le sang périphérique selon le moment d’initiation du traitement. Selon le moment de la primo-infection, les niveaux d’ADN VIH total varient.Le diagnostic est souvent fait quelques semaines après la contamination, quand le niveau d’ADN VIH total est souvent élevé et similaire aux valeurs observées au stade chronique.
La charge ADN VIH total a donc été représentée au même niveau pour les deux groupes d’individus au moment de l’initiation du traitement.
phase chronique, explique probablement en partie la dimi- nution plus modeste de l’ADN VIH total si le traitement est instauré tardivement(figure 6)[16, 115].
Des données concordantes sont observées chez les enfants infectés par le VIH par transmission maternofœtale. La diminution de l’ADN VIH total dans les PBMC sous trai- tement montre un profil biphasique, avec une pente initiale de décroissance plus forte si celui-ci a été instauré préco- cement [119]. La fréquence d’infection des lymphocytes T CD4+ est corrélée au délai pour obtenir le contrôle virolo- gique [120], avec un réservoir sanguin de très faible taille si l’indétectabilité de la virémie a été obtenue avant un an de vie [121]. Une instauration très précoce (avant six mois, ou même dans les 72 premières heures de vie) peut même aboutir chez certains enfants à des niveaux indétectables d’ADN VIH dans les lymphocytes T CD4 sanguins, et à des tests sérologiques négatifs ou indéterminés [121, 122].
Un cas de contrôle post-traitement a également été rapporté, avec un contrôle pendant 27 mois chez une enfant traitée dès la 30e heure de vie jusqu’à environ l’âge de 18 mois (« enfant du Mississipi ») [123]. Un autre cas de PTC au long cours a été rapporté chez une jeune fille, présentant un contrôle virologique maintenu depuis plus de 12 années, alors qu’elle avait été traitée dès la naissance jusqu’à l’âge de six ans [124].
Conclusion
De par son tropisme pour des cellules du système immu- nitaire, le VIH a la particularité d’induire une infection généralisée. La proportion de cellules infectées est cepen- dant très variable selon les tissus, en fonction notamment de la densité de chacun en cellules cibles CD4+. L’intégration du génome viral est à la source de la persistance du VIH, faisant intervenir plusieurs mécanismes : réplication virale résiduelle, survie et prolifération cellulaires. L’étude de différents marqueurs du réservoir du VIH a permis de carac- tériser son établissement lors de la primo-infection et sa dynamique au cours de l’évolution de la maladie. Ceci est un préalable indispensable à la mise au point de stratégies thérapeutiques visant la guérison ou la rémission, lesquelles permettraient de libérer les personnes vivant avec le VIH de la contrainte d’un traitement à vie par antirétroviraux.
Remerciements.Nous remercions l’ANRS (Agence natio- nale de recherches sur le sida et les hépatites virales) pour le soutien financier au long cours du groupe de quantification virale de l’action coordonnée 11 et celui des études virolo- giques menées au sein des cohortes nationales de personnes vivant avec le VIH.
