Université libre de Bruxelles Faculté de Médecine
Laboratoire de Vaccinologie et d’Immunologie Mucosale
Réponses immunitaires du grand prématuré
à la vaccination
contre la coqueluche.
Thèse présentée en vue de l’obtention du titre de Docteur en Sciences Médicales
Françoise Vermeulen
« Il n’y a qu’un seul miracle, c’est la vie. Pour tout le reste, il faut se battre ! » Martin Gray.
« La découverte de la vérité appartient, comme les arts et la philosophie, à une démarche essentielle de l'humanité. »
Christian de Duve
A Cemile, Sylvain et William, Zeineb, Emel, Anabelle, Téo, Alexandre, Ines et Maarten, Maxime et Laura, Léa, Hugo, Manon, Wijdane, Rania et Sonja, Toshiro, Mohamed, Lina, Florent, Jérémy et Nathan,Thomas, David, Victoria, Charlotte et Louis, Richard, Ayako, Laura, Luca, Valentin, Theyssa, Célia, Emmeline, Boris et Celia, Julius, Celia, Jawad, Alexis et Nicolas, Aurélie et Guillaume, Célestin, Adam et Aymane, François, Lilian, Olam, Mohamed, Bilal et Dounia, Nathan et Emma, Maria-Julia, Léa, Thomas, Anissa, David, Mathias, Lucie et Juliette,
Assia et Anissa, Imad, Eli, Yoa, Charlotte, Charlie et Charleli.
Composition du jury
Promoteur et Secrétaire du jury : Professeur Françoise Mascart Président du Jury :
Professeur Pierre Alain Gevenois Membres du Jury :
Professeur Francis Corazza Docteur Véronique Flamand Professeur Jack Levy
Experts extérieurs :
Professeur Yannick Aujard (Hôpital Robert Debré, Paris, France)
Professeur Pierre Van Damme (Universiteit Antwerpen)
Remerciements
C’est avec beaucoup de reconnaissance que je remercie toutes les personnes qui, par leur enthousiasme, leur encadrement et leur joie de vivre m’ont aidée à la réalisation de ce travail et fait de moi ce que je suis devenue aujourd’hui.
Merci à Anne Pardou. Merci à toi, Anne, qui après m’avoir transmis ta passion pour les « Si petits, si forts », m’as ouvert les portes d’accès indispensables à l’aboutissement de ce travail. Merci aussi pour tout ce que tu m’as transmis durant toutes ces années : ton savoir, tes valeurs, ton optimisme …
Merci à toute l’équipe du service de néonatologie de l’Hôpital Erasme pour votre savoir- faire, votre patience, votre confiance et votre disponibilité, malgré des circonstances parfois difficiles et chargées d’émotion.
Mijn oprechte dank aan Bart Van Overmeire. Sinds je aankomst in Brussel, heb je me steeds gesteund met jouw goede raad en enthousiaste samenwerking.
Merci aussi à l’équipe du service de néonatologie du Centre Hospitalier Edith Cavell, pour votre précieuse collaboration à la réussite de ce travail.
Toute ma reconnaissance s’adresse aussi à tous les parents qui m’ont permis, à un moment difficile comme celui de la naissance de leur enfant né prématurément, de contribuer à la recherche des réponses aux nombreuses questions sur les conséquences de la prématurité de leur enfant.
A toute l’équipe du Laboratoire de Vaccinologie et d’Immunologie mucosale, merci pour votre accueil, votre soutien, vos connaissances transmises et vos encouragements à surmonter tous les obstacles durant toutes ces années, riches en échanges tant scientifiques, que culturels et amicaux.
aidée à comprendre comment interagissent toutes ces cellules du système immunitaire.
J’espère que tout ceci n’est qu’un début d’une belle histoire immunitaire…
Et bien sûr à mon promoteur, Françoise Mascart. A toi, Françoise, ma plus vive
reconnaissance pour ton soutien, ton aide, ta patience, tes qualités humaines, qui m’ont aidée à accomplir ce travail, à progresser pas à pas dans les méandres de cette matière gigantesque qu’est l’immunologie. Tu m’as transmis le goût de l’immunologie, et j’en resterai marquée à vie. Quand nos chemins se sont croisés il y a une bonne douzaine d’années, je ne savais pas où cela nous mènerait, mais une chose me paraissait sûre: nous avons une passion partagée pour la santé des enfants.
Enfin, à toi Guy, mon amour, à vous mes filles adorées, Hélène, Auriane et Lucie, merci de m’avoir supportée dans tous mes états, de m’avoir encouragée jusqu’au bout de ce long chemin…
TABLE DES MATIÈRES
ABRÉVIATIONS ... 11
RÉSUMÉ... 13
INTRODUCTION ... 15
Chapitre 1 : La coqueluche : infection à Bordetella pertussis... 15
1.1. Historique ... 15
1.2. Microbiologie et pathogenèse... 18
1.3. Expression clinique... 23
1.4. Diagnostic ... 27
1.5. Traitement... 29
1.6. Epidémiologie... 30
Chapitre 2 : Immunité contre Bordetella pertussis... 35
2.1. Aspects généraux... 35
2.2. Immunité naturelle... 36
2.3. Immunité humorale... 39
2.4. Immunité cellulaire... 42
2.5. Mémoire immunitaire (« priming effect ») ... 47
Chapitre 3 : Vaccination et vaccin contre Bordetella pertussis...51
3.1. Aspects généraux... 51
3.2. Effets secondaires des vaccins... 59
3.3. Vaccins contre la coqueluche et atopie... 59
3.4. Effets des corticoïdes sur les réponses vaccinales ... 61
3.5. Vaccins combinés ... 62
3.6. Immunisation à la naissance et effet des anticorps maternels... 63
3.7. Nouvelles stratégies vaccinales : ... 65
Chapitre 4 : Immunité du prématuré ... 69
4.1. Aspects généraux... 69
4.2. Développement et particularités du système immunitaire du prématuré... 69
4.3. Immunité vaccinale du prématuré ... 75
4.4. Immunité vaccinale contre Bordetella pertussis... 76
BUT DU TRAVAIL... 79
MATÉRIELS ET MÉTHODES ... 81
RÉSULTATS ... 87
1 Réponses immunitaires cellulaires des enfants nés prématurément après un vaccin à cellules entières ou un vaccin acellulaire contre la coqueluche. ... 87
2 Persistance à l’âge d’un an des réponses immunitaires cellulaires spécifiques chez les enfants nés prématurément et vaccinés contre la coqueluche : comparaison entre trois vaccins différents et effet d’une dose de rappel... 95
3 Résultats supplémentaires ... 103
DISCUSSION ET PERSPECTIVES...109
BIBLIOGRAPHIE...117
ANNEXES ...141
THESE ANNEXE ...163
ABRÉVIATIONS
AC-Hly Adénylate Cyclase-Hémolysine BPD Dysplasie Broncho-Pulmonaire BSA Bovine Serum Albumin
CLD Chronic Lung disease
CMH I ou II Complexe Majeure d’Histocompatibilité de classe I ou II CPA Cellule Présentatrice d’Antigène
CR3 Complement Receptor 3
CSS Conseil Supérieur de la Santé CTL Cytotoxic T Lymphocyte
DCs Dendritic Cells ou Cellules Dendritiques DTPa, dTpa Diphtérie Tétanos Pertussis acellulaire ELISA Enzyme-Linked Immunosorbent Assay
Fc Fragment cristallisable ou Fragment constant FHA Hémagglutinine Filamenteuse
FIM Protéine Fimbriale
Hib Haemophilus influenzae type b IFN- Interféron gamma
Ig(s) Immunoglobuline (sécrétoire)
IL Interleukine
LPS Endotoxine Lipopolysaccharide
PBMC Peripheral Blood Mononuclear Cells PBS Phosphate Buffered Saline
PHA Phytohémagglutinine
PMN cellule polymorphonucléée
PRN Pertactine
PTX ou PT Toxine de Pertussis Pw vaccin à cellules entières
RRO vaccin contre la rougeole, la rubéole et les oreillons TCR Récepteur du lymphocyte T (T cell receptor)
Tfh lymphocyte T helper folliculaire
TH lymphocyte T helper (TH1 ou TH2 ou TH17) TCT Toxine Cytotrachéale
TNF Tumor Necrosis Factor Treg lymphocyte T régulateur
RÉSUMÉ
Les enfants nés prématurément, et plus particulièrement les grands prématurés nés avant 31 semaines d’âge gestationnel, sont à haut risque de contracter des infections. La vaccination peut prévenir certaines infections, dont la coqueluche qui est causée par la bactérie Bordetella pertussis (Bp). Cependant, cette maladie infectieuse hautement contagieuse est en recrudescence depuis plusieurs années malgré une bonne couverture vaccinale. La morbidité et surtout la mortalité de la coqueluche affectent plus particulièrement les jeunes enfants, incomplètement ou non encore vaccinés.
Il existe deux types de vaccins contre B. pertussis : les vaccins de première génération à cellules entières et les vaccins acellulaires, plus récents. Suite à l’apparition d’effets secondaires causés par le vaccin à cellules entières, les vaccins acellulaires, comprenant seulement un certain nombre d’antigènes purifiés de B. pertussis, sont utilisés en Belgique comme dans de nombreux autres pays industrialisés.
L’immunité protectrice contre B. pertussis fait appel tant à l’immunité cellulaire qu‘à l’immunité humorale. De nombreuses études ont démontré une production d’anticorps spécifiques aux antigènes de B. pertussis suite à l’administration des différents types de vaccins. Par contre, peu d’entre elles ont analysé la réponse d’immunité cellulaire spécifique caractérisée, entre autres, par une sécrétion d’Interféron-gamma (IFN-).
A notre connaissance, ce type d’étude n’a pas été réalisée jusqu’à ce jour chez les grands prématurés, raison pour laquelle nous avons caractérisé les réponses immunitaires induites chez ces enfants après vaccination à l’âge chronologique par les 2 types de vaccins contre la coqueluche.
INTRODUCTION
Chapitre 1 : La coqueluche : infection à Bordetella pertussis
1.1. Historique
L’époque exacte où la coqueluche est apparue, semble inconnue. Hippocrate et Avicenne décrivent une maladie qui lui ressemble fortement. Dans son Livre 7, Hippocrate écrit : « Je remarque dans une pareille toux de l’assoupissement jusqu’au 7ème jour. A peine les malades sont-ils prêts de s’endormir que les envies de tousser les prennent. La matière de la toux était d’abord visqueuse, blanche, épaisse et ne s’est détachée que vers le onzième jour...
dès que la matière fut cuite, elle ressemblait à du pus. Après l’accès de toux, la matière était aisément expectorée….. » (1).
Si l’on se réfère au Traité des Maladies des Enfants de Nils Rosén von Rosenstein (2), cette maladie est probablement née en Afrique ou dans les Indes Orientales. Elle serait apparue en Europe et notamment en France en 1414. Dans sa première description elle est appelée
« Tussis quinta » ou « Tussis quintana », par G. de Baillou, à la suite d’une épidémie qui s’est déclarée à Paris en 1578. Elle touchait principalement les enfants, suggérant que les adultes étaient immuns et que la maladie devait exister auparavant. Le fait que les premières
Nils Rosén von Rosenstein(1706 – 1773), médecin, anatomiste et naturaliste suédois, est considéré comme le fondateur de la pédiatrie. Il fait paraître en 1752 son traité de médecine familiale De Morbis infantum qui sera traduit dans de nombreuses langues (huit langues dans vingt-cinq éditions jusqu’à la dernière édition suédoise de 1851). Il est traduit en français en 1778 par Jean Baptiste Lefebvre de Villebrune (1732-1809) sous le titre de Traité des Maladies des Enfants. Cet ouvrage est le fruit d'une longue
observation, et est appuyé sur les faits les plus authentiques (chez Pierre Guillaume Cavelier, libraire à Paris).
(3). Son caractère épidémique est établi par Sydenham en 1679, puis par T. Willis en 1682 qui, en raison du caractère convulsif de la toux, lui donne le nom de « tussis puerorum convulsiva ». La propagation de la maladie a vraisemblablement été interhumaine et liée à l’accroissement des densités de population, ainsi qu’aux échanges par trains et bateaux.
Selon N. Rosen de Rosenstein, cette maladie aurait entraîné la mort de 43 393 enfants entre 1749 et 1764. La maladie se développe alors sur le continent américain, puis en Australie et en Océanie, et provoque une mortalité infantile élevée. Au XIXème siècle, la coqueluche est, avec la rougeole, la première cause de décès d'enfants par maladies infectieuses (1/1000).
La baisse de la mortalité due à la coqueluche a été observée avant l’arrivée de la vaccination.
En 1906, Bordet et Gengou isolèrent le microbe responsable. La maladie fut reproduite pour la première fois en 1908 par Klimenko chez le singe et chez le chien. Les antibiotiques ont amélioré le pronostic de la coqueluche dont les complications pulmonaires et cérébrales entraînaient une lourde mortalité infantile. Mais la chute de cette mortalité, dans la proportion de 95 %, est liée à la mise en place de programmes de vaccination généralisée.
Depuis les années 1940, la vaccination constitue un progrès remarquable dans la prévention de cette infection. En 1950, en France, la maladie coquelucheuse provoquait une cinquantaine de décès par an. Mais, depuis la mise en œuvre de la vaccination (1966), la mortalité a progressivement baissé. La déclaration de la maladie a cessé d'être obligatoire en 1986. Cependant, sa réapparition dans les années 1990 a entraîné la création de laboratoires de vigilance, exerçant une surveillance de la maladie. En 1993 un Centre National de Référence (CNR) est créé à l’Institut Pasteur en France, assurant l’identification et la surveillance des souches qui lui sont adressées par l’ensemble des laboratoires français (4). Depuis le 1/04/1996 une surveillance continue de la coqueluche par un réseau sentinelle hospitalier pédiatrique (RENACOQ) y est instaurée. En Belgique, les deux centres nationaux de référence pour la coqueluche, à l’UZ Brussel-VUB (Labomicro@uzbrussel.be) et à l’Institut de Santé Publique (kris.huygen@wiv-isp.be) ont enregistré 243 cas de coqueluche en 2011.
L’étymologie du mot coqueluche serait celle de « cucullum » mot latin pour « capuchon ».
Pourquoi « cucullum » ? Soit parce que, comme disait J. Sirois en 1586, “la maladie affligeant principalement la tête semble l’investir et l’élever à la similitude du capeluche ou coqueluche” soit parce que les personnes atteintes de coqueluche se garantissaient du froid par le port d’un capuchon (1).
En Europe cette maladie a ensuite été appelée « mal du mouton » ou « toux de l’âne » (Italie) ou « mal des poules » (Allemagne) ou « chant du coq » (en France, le terme français qui s’applique au chant du coq est : coqueliner) ce qui montre que la comparaison avec les symptômes des maladies animales est manifeste à l’époque. On dit aussi que le mot coqueluche pourrait trouver son origine dans le coquelicot car, aux XVI-XVIIème siècles, on employait le sirop de cette plante comme antitussif. Mais Goupil infirme cette étymologie car le pavot employé alors était le “papaver sommiferum” et non le “papaver rhoeas”ou coquelicot !
L’étymologie du mot quinte vient du latin « quinta » qui veut dire cinq. D’après de Baillou les accès de toux survenaient toutes les cinq heures. Ce terme pouvait aussi avoir été emprunté aux musiciens, alors que le malade émettait un son bitonal réalisant un accord de quinte.
Enfin, L. Schenk, à propos d’une épidémie parisienne en 1695 écrit “car de même que pour saisir la quintessence, il est très difficile de soigner cette toux”, ce qui veut dire que ne pouvant en saisir ni la nature ni la soigner, cette toux s’était vu attribuer le terme de « quinteuse » dans le sens qu’on lui connaît encore actuellement lorsque l’on parle d’un caractère « quinteux », caractère difficile à analyser (5).
Nous ne connaitrons sans doute jamais les étymologies des mots coqueluche et quinte. Mais autant le mot quinte est utilisé par G. de Baillou pour la première fois, autant le mot coqueluche n’a pas été utilisé par les médecins, ce qui tend à prouver qu’il est d’origine populaire.
Après la première description de la maladie, par G. de Baillou qui n’emploie que l’expression
“Tussis quinta” et “Tussis Quintana”, ce furent celles de Sydenham qui l’appelle “Pertussis”
(http://www.pasteur.fr/recherche/unites/Ptmmh/Histoire.html). Les noms médicaux aux 17 et 18ème siècles furent tussis ferina, tussis suffocativa, tussis convulsiva, tussis clangosa, tussis ferina seu furibonda…..
Ce n’est qu’à partir du XIX ème siècle que la coqueluche fut décrite cliniquement en France, en Allemagne et en Angleterre, comme une maladie comprenant trois périodes : l’invasion
1.2. Microbiologie et pathogenèse
L’agent de la coqueluche a été isolé par deux immunologistes Jules Bordet (1870-1961) et son beau-frère Octave Gengou (1875 – 1957). A cette époque immunologie et bactériologie étaient très imbriquées. J. Bordet, découvreur de la voie classique de l’activation du complément, était convaincu du rôle étiologique d’une bactérie dans la coqueluche.
Rapidement, il observe et décrit la variabilité antigénique. Par ailleurs, il met en évidence avec O. Gengou la production d’une endotoxine par cette bactérie et ensemble ils mettent au point les conditions de production d’un vaccin anti-coquelucheux composé de bactéries entières (6). La bactérie fut appelée Haemophilus pertussis puis Bordetella pertussis en l’honneur de J. Bordet. C’est un coccobacille à Gram négatif, aérobie strict ayant un métabolisme respiratoire et dont la température optimale de croissance se situe entre 35 et 37°C. Le genre Bordetella comprend maintenant neuf espèces connues (7) : pertussis et parapertussis (agents de la coqueluche), bronchiseptica (agent de la rhinite atrophique du porc et de la toux des chenilles), avium (agent du coryza du dindon et opportuniste chez l’homme), hinzii (responsable d’infections respiratoires chez les oiseaux et opportuniste chez l’homme), holmesii (responsable de bactériémie chez l’homme), trematum (isolée chez l’homme à partir de blessures ou au cours d’infections auriculaires chroniques), petrii (isolée de l’environnement et seule capable de croître en aérobiose et anaérobiose) et ansorpii (isolée récemment dans une lésion purulente chez un patient sous chimiothérapie).
Micrographie électronique de B.pertussis (x5000) P. Gounon
Depuis l’isolement de l’agent de la maladie, la bactérie Bordetella pertussis, de nombreuses études ont été réalisées sur cette bactérie et sur deux autres espèces du genre Bordetella, parapertussis et bronchiseptica, en particulier le séquençage de leur génome. L’utilisation combinée de plusieurs techniques d’analyse des génomes a récemment montré que B.
pertussis (germe spécifique de l’homme) dériverait de B. bronchiseptica (bactérie pouvant infecter un grand nombre de mammifères) qui se serait adaptée à l’homme (8). B. pertussis et B. parapertussis ont une très faible viabilité en dehors de leur hôte mais B. bronchiseptica a la capacité de survivre à l’extérieur (45 jours sur le sol, 24 semaines dans les eaux naturelles), et des réservoirs pourraient donc exister en dehors de l’hôte (9). L’expression clinique de l’infection à B. pertussis diffère de celle à B. parapertussis: la maladie est moins sévère, la bactérie ne produit pas de toxine et sa croissance est plus rapide sur le milieu de Bordet et Gengou, où elle se caractérise par un halo d’hémolyse et un brunissement par l’effet de l’uréase et la tyrosinase.
La pathogenèse de la coqueluche
B. pertussis produit un certain nombre de facteurs de virulence. Parmi ces facteurs, il y a des toxines et des molécules, appelées adhésines ou agglutinogènes, antigènes trouvés à la surface de la bactérie, impliqués dans l’adhésion du micro-organisme aux cellules ciliées de l’arbre respiratoire (10). Parmi les adhésines les plus importantes, il y a l’hémagglutinine filamenteuse, la pertactine, les fimbriae.
L’hémagglutinine filamenteuse (FHA) est une protéine monomérique d’environ 220 kDa (11).
Des études de microscopie à haute résolution suggèrent que la FHA forme une boucle en épingle à cheveux d’une longueur d’approximativement 50 nm et d’un diamètre moyen d’environ 4 nm (12). La FHA exprime au moins trois différents mécanismes d’adhérence. Le premier mécanisme est l’interaction de la FHA avec des glycosamine-glycannes sulfatées à la surface de cellules épithéliales et dans la matrice extracellulaire (13). Un autre mécanisme d’adhérence est celui de la FHA avec l’intégrine CR3 à la surface des macrophages, permettant de les pénétrer sans enclencher le métabolisme oxydatif et, de ce fait, de
Finalement, une troisième activité d’adhérence implique l’interaction de la FHA avec des glycoconjugués à la surface des cellules ciliées (15).
La pertactine (PRN) est une protéine autotransporteur, produite au départ d’un précurseur de 94 kDa qui contient un peptide signal permettant à la protéine de traverser la membrane interne (16). En tant que protéine de surface de la bactérie, la PRN, comme la FHA, est impliquée dans l’adhérence avec des intégrines à la surface de cellules épithéliales et l’interaction avec les monocytes, macrophages et cellules dendritiques de l’hôte (17).
Les fimbriae sont composés d’une sous-unité majeure, appelée Fim2 ou Fim3, selon le sérotype, et d’une sous-unité mineure, appelée FimD (18). Elles peuvent se lier, comme la FHA, à des glycoconjugués sulfatés à la surface des cellules épithéliales (19) et des macrophages (20). Cette liaison induit une augmentation de la production de l’intégrine CR3, favorisant ainsi l’interaction de la FHA avec les macrophages. Les fimbriae et la FHA semblent donc coopérer dans l’attachement de B. pertussis aux macrophages.
Outre les adhésines, B. pertussis produit également plusieurs toxines, jouant un rôle important dans la pathogenèse de la coqueluche.
La toxine de pertussis (PTX ou PT), exprimée uniquement par B. pertussis et donc spécifique de cette espèce est certainement une toxine bactérienne extrêmement complexe. Elle est composée de cinq sous-unités différentes, appelées S1 à S5, assemblées dans une structure de type A-B, dont la partie A ou oligomère A, composée de la sous-unité S1, exprime une activité d’ADP-ribosyltransférase, et dont la partie B ou oligomère B, composée des sous- unités S2 à S5, se lie aux récepteurs des cellules cibles (21). Les sous-unités S2 et S3 de l’oligomère B permettent la fixation de PTX aux macrophages et aux cellules épithéliales ciliées de l’arbre respiratoire, grâce à leur homologie avec les sélectines E et P des cellules endothéliales (22). Cette fixation ou rôle d’adhésine de PTX aux cellules eucaryotes inhibe le phénomène de diapédèse (mécanisme par lequel les leucocytes s’insinuent entre les cellules épithéliales d’un capillaire sanguin en réponse à des signaux inflammatoires) et ainsi la migration des leucocytes vers le site de l’inflammation, expliquant l’hyperleucocytose observée au cours de l’infection. Elle entraine aussi l’activation des intégrines exprimées à la
surface des cellules de l’hôte, dont l’intégrine CR3 sur laquelle la FHA se fixe. Elle permet ainsi l’entrée de la bactérie dans les monocytes et macrophages de l’hôte (23).
La PTX contribue à la morbidité de la maladie. Cependant, elle ne semble pas avoir de rôle dans l’apparition de la toux typique de la coqueluche, puisque B. parapertussis, bactérie aussi responsable de coqueluche, ne synthétise pas cette toxine (24).
D’autres toxines jouent un rôle dans la pathogenèse de la coqueluche : la Toxine cytotrachéale (TCT) est un peptide constitutivement sécrété par B. pertussis et B.
parapertussis. C’est un fragment du peptidoglycane de la bactérie, un muramyl peptide, qui agit sur l’épithélium respiratoire en détruisant le mécanisme de clairance ciliaire et en empêchant de façon durable sa réparation, ceci en synergie durable avec le lipopolysaccharide (LPS) (25). Le LPS est un autre agent toxique, responsable en partie des effets secondaires sévères des vaccins à cellules entières. L’adényl cyclase-hémolysine (AC- Hly) ou adényl cyclase toxine (ACT) est une toxine sécrétée par B. pertussis et B.
parapertussis. Elle est responsable de la mort cellulaire par apoptose des macrophages alvéolaires mis en contact avec B. pertussis (26).
B. pertussis est un pathogène respiratoire qui ne peut se multiplier que chez son hôte, l’homme. Afin d’assurer sa survie, elle synthétise, comme décrit ci-dessus, plusieurs adhésines (FHA, PRN, FIM) et plusieurs toxines (PTX, TCT, AC-Hly) qui travaillent en synergies. Ceci illustre bien la complexité des mécanismes d’adhésion et de pathogénicité bactérienne. Ces toxines et adhésines reconnaissent des récepteurs sur les cellules de leurs hôtes (PTX, FHA, FIM, PRN) ou se lient avec des protéines de leur hôte (AC-Hly). Cette fixation sur des récepteurs cellulaires est due à l’homologie avec des protéines de l’hôte tels la fibronectine (FHA, PRN), les sélectines (PTX) et les intégrines (FHA, FIM).
Facteurs de virulence de B. pertussis (27) Cette illustration montre la complexité moléculaire de la bactérie, représentant les toxines (en rouge), les adhésines (en bleu) et les protéines de régulation (en jaune).
Pathogenèse de la coqueluche(28)
Les bactéries inhalées vont adhérer aux cellules ciliaires de l’épithélium respiratoire, produire des toxines et se multiplier, entrainant un appel de neutrophiles, et provoquant une réaction immunitaire impliquant différentes cellules (macrophages, cellules dendritiques, lymphocytes T régulateurs et suppresseurs) produisant des cytokines responsables d’une réaction inflammatoire chronique.
Schéma adapté de Carbonetti, N Current Opinion in Pharmacology 2007
1.3. Expression clinique
La coqueluche est une maladie infectieuse très contagieuse surtout juste après l’incubation, dans la première phase symptomatique alors qu’elle passe souvent inaperçue. La bactérie se transmet par voie aérienne : des gouttelettes de salive forment un aérosol lorsque le sujet malade tousse.
phase catarrhale avec des symptômes non spécifiques tels la rhinorrhée, un peu de toux, des picotements de gorge, des maux de tête, généralement sans fièvre ; une phase d’état qui peut durer 30 à 40 jours, avec toux paroxystique et quintes, souvent nocturnes, et reprise inspiratoire très difficile, vomissements, côtes cassées, incontinence et très grande fatigue chez l’adulte, pouvant être dramatique chez le nourrisson et provoquer la mort ; enfin une phase de convalescence qui peut aussi durer une quarantaine de jours (29).
Jeune enfant atteint de coqueluche
L’expression clinique varie selon l’âge : chez le nourrisson, on retrouve les 4 stades mais les quintes de toux sont atypiques et émétisantes, entrainant régulièrement chez les plus jeunes (< 6mois) une déshydratation et une dénutrition. La toux est aussi souvent cyanosante et spasmodique, suivie d’accès hypoxiques avec apnées et bradycardies profondes, pouvant entrainer la mort subite (30).
Chez le jeune nourrisson, une coqueluche « fulminante » peut apparaitre comme une pneumonie évoluant progressivement vers une déficience cardio-respiratoire avec hypertension artérielle pulmonaire (31). Elle est caractérisée par une hyperleucocytose induite par une quantité proportionnelle de toxine pertussique, provoquant une hyperviscosité sanguine et des microthrombi dans le réseau vasculaire pulmonaire. Une hypertension artérielle pulmonaire associée à une défaillance cardiaque droite en résulte (figure de Paddock et al. (32)). Dans les voies respiratoires les dégâts provoqués par les toxines induisent une alvéolite et une bronchiolite nécrosante. Les troubles de
ventilation/perfusion augmentent et entrainent une cascade d’évènements comme l’hypoxie, l’acidose, la vasoconstriction pulmonaire et l’issue est souvent fatale, malgré les traitements (ECMO, NO-inhalé, ventilation à haute fréquence).
Pathogenèse de l’hypertension artérielle pulmonaire chez l’enfant atteint de pneumonie à B.
pertussis, adapté de Paddock et al, CID 2008 : 47 p 336.
Infection pulmonaire à B. pertussis
Apnées Bronchopneumonie nécrosante leukocytose médiée par les toxines
Hypoxémie syndrome de détresse respiratoire aigu masse sanguine totale
Vasoconstriction pulmonaire résistance vasculaire
HYPERTENSION ARTERIELLE PULMONAIRE
Décompensation cardiaque et choc
Chez le sujet immunisé (par vaccin ou infection), la maladie est moins sévère (immunité résiduelle) mais la toux est quinteuse, prolongée (2-3 semaines à 2 mois) et souvent socialement dérangeante. Elle entraine des consultations multiples imposant des examens complémentaires et des traitements multiples et inefficaces. Une forme plus sévère apparaît chez le sujet asthmatique ou malade respiratoire, d’évolution comparable à celle du sujet non immunisé (33).
d’une toux persistante, souvent en quintes, parfois émétisante, expectorante. Cette toux cause des réveils nocturnes et est peu distincte de celle de banales infections des voies aériennes supérieures ou de bronchites. Elle est résistante aux traitements conventionnels (34)(35)(36)(37). A l’examen clinique, l’examen des voies respiratoires supérieures et l’auscultation sont normaux ; la fièvre et les signes généraux sont absents ou discrets, ce qui peut aider au diagnostic différentiel des toux virales ou allergiques. Selon une étude publiée en 2001, jusqu’à un patient sur trois consultant pour toux persistante, présenterait un diagnostic de coqueluche (PCR, culture et/ou sérologie) (38). Le diagnostic, même tardif permet de recourir au traitement symptomatique, afin de prévenir les complications : douleurs musculotendineuses intercostales et abdominales, fracture de côte, emphysème médiastinal, pneumothorax, otite barotraumatique, hernie, incontinence urinaire transitoire, prolapsus (39)(40).
Etudes de prévalence de l’infection à B pertussis chez les patients consultant pour toux. Toux persistantes et coqueluche de l'adulte en médecine générale (38).
1.4. Diagnostic
C’est en 1900 que Jules Bordet identifia la bactérie dans l’expectoration d’un nourrisson de cinq mois atteint de coqueluche, mais n’arriva pas à l’isoler car il se heurta aux problèmes de fragilité du germe, et à la mise au point d’un milieu particulier. En 1906, J. Bordet parvient, cette fois, à isoler le même germe, « bacille de Bordet-Gengou », que celui observé en 1900, dans l’expectoration d’un nourrisson de deux mois (qui aurait été son propre fils, Paul) grâce à la mise au point d’un milieu particulier avec O. Gengou (41). Ce milieu, maintenant connu comme milieu de Bordet-Gengou, est élaboré à partir d’infusion de pomme de terre avec 10% de glycérol et de la gélose dans lequel du sang défibriné de cheval ou de mouton doit être ajouté (9). Un autre milieu a été mis au point à base de charbon, aussi enrichi de sang qui permet la neutralisation des divers inhibiteurs de la croissance bactérienne comme les acides gras non saturés. Il a également l’avantage de permettre la visualisation du halo d’hémolyse présent autour des colonies bactériennes sur milieu de Bordet-Gengou.
Comme nous l’avons constaté depuis la vaccination généralisée, l’expression clinique est très variable et souvent atypique. Le diagnostic clinique est très difficile et les diagnostics biologiques sont devenus indispensables (42). Ils sont de deux types, directs ou indirects. Le choix se fera en fonction de l’âge et de l’état immun du patient. Les diagnostics biologiques directs sont la culture sur milieux spécifiques, enrichis et frais, et la détection de l’ADN bactérien par la technique de polymérisation en chaîne (PCR). L’aspiration nasopharyngée douce, ou ANP, constitue un matériel adapté pour l’isolement des Bordetelles. Elle est réalisée sur tube sec et stérile, à l’aide d’une sonde molle et fine. L’ANP pourra être fractionnée et utilisée à la fois pour la culture et la PCR. Un écouvillon nasal ou une expectoration sont également valables pour isoler le germe. Uniquement B. pertussis et B.
parapertussis sont cultivées en Belgique dans le laboratoire de référence.
Le bacille est long à cultiver (7 jours en moyenne). La sensibilité de la culture est faible (<
50%) et diminue si la mise en culture de l’échantillon, conservé à température ambiante, est effectuée plus de 2 heures après le prélèvement. La sensibilité diminue également si la
conservé à 4°C jusqu’à 24 heures après le prélèvement pour la culture et jusqu’à 3 jours pour la PCR (exceptionnellement à -20°C pour une plus longue période).
Même si la culture est le « gold standard » pour l’identification de B. pertussis, l’avantage de la PCR est que c’est une technique rapide (2-3 jours), simple, très sensible et souvent utilisée en même temps que la culture. Une real-time PCR (44), visant une région du gène de la pertactine, un des antigènes de B. pertussis, combinée à l’analyse de la séquence des gènes 16S ARNr pour l’identification des autres espèces de Bordetelles, peut être effectuée (45). Le gène cible est la séquence d’insertion 481 (IS481). Des études de validation clinique pouvant confirmer la valeur prédictive positive du diagnostic RT-PCR pour l’infection à B. pertussis sont nécessaires (46). Il faut savoir que le diagnostic de la coqueluche au moyen des techniques moléculaires n’est pas remboursé en Belgique.
Finalement, comme diagnostic biologique indirect, il y a la sérologie, très utile dans la surveillance épidémiologique et lors d’un diagnostic tardif (47). Elle consiste à détecter des anticorps spécifiques (IgG et IgA) dirigés contre les antigènes de B. pertussis (la toxine pertussique, l’hémagglutinine filamenteuse, la pertactine et les fimbriae) dans le sérum des malades. La confirmation du diagnostic ne peut se faire qu’au vu de deux sérologies (pendant la phase aiguë de la maladie et la convalescence), mettant en évidence la variation du taux d’anticorps (42). Les plus souvent dosés sont les anti-PTX, car ils sont spécifiques des infections à B. pertussis alors que les anticorps anti-FHA et anti-PRN ne sont pas spécifiques des infections à B. pertussis, mais aussi de celles à B. parapertussis et à B. bronchiseptica (48). A l’heure actuelle en Belgique, une infection récente est prouvée, entre autres, sur base d’un taux d’IgG anti-PT > 17 Unités Internationales par millilitre (UI/ml – mesuré par ELISA Virotech) selon le laboratoire de référence à l’Institut de Santé Publique. Les anticorps anti-PTX sont majoritairement de type Immunoglobuline G (IgG) mais aussi parfois de type IgA, IgM et IgE. Ce sont les IgG qui semblent être le plus utile d’un point de vue diagnostic (49). Cependant, en cas de réinfection récente chez des sujets vaccinés, ce sont les IgA anti- PT qui semblent montrer une augmentation marquée, alors que le rôle des IgA anti-FHA et – PRN post infectieux demeure plus controversé (50).
1.5. Traitement
Les objectifs du traitement peuvent se résumer en deux points : diminuer la contagiosité du patient et améliorer la symptomatologie clinique.
L’antibiothérapie reste le traitement clef du contrôle de la coqueluche. Toute la difficulté réside dans le fait que le diagnostic est souvent posé tardivement, quand la phase de contagion de la maladie touche à sa fin. L’antibiotique peut influencer le décours de la maladie et diminuer la contagiosité si administré durant la phase catarrhale ou en début de phase paroxysmale. Sous antibiotique, les prélèvements sont négatifs dès le cinquième jour de traitement, et les sujets sont considérés comme non contagieux. Le traitement de référence est un antibiotique de la famille des Macrolides. L’Erythromycine est prescrite à la dose de 40 à 60 mg/kg/jour en quatre prises durant 14 jours. En raison de l’intolérance (effets secondaires gastro-intestinaux) ou du manque de compliance (long), d’autres molécules comme la Clarithromycine (en 2 prises par jour pendant 10 jours) et l’Azithromycine (en une prise par jour durant 5 jours), reconnues comme efficaces, peuvent être utilisées. Le Cotrimoxazole est l’alternative classique en cas d’intolérance, allergie ou résistance aux Macrolides. Les Fluoroquinolones sont, chez l’adulte, l’autre alternative, mais déconseillés chez l’enfant en pleine croissance et la femme enceinte de par leur liaison aux cartilages de croissance induisant des altérations des cartilages et des arthropathies (42)(« Recommended Antimicrobial Agents for the Treatment and Postexposure Prophylaxis of Pertussis : 2005 CDC Guidelines » 2011).
Les jeunes nourrissons non ou partiellement vaccinés font l’objet de considérations particulières. Avant l’âge de 3 mois, tout nourrisson devrait être hospitalisé en raison du grand risque de quintes asphyxiantes et d’apnée, pouvant aller jusqu’à la mort subite. Le support hydrique et nutritionnel est important dans le cadre des toux émétisantes.
L’hospitalisation en unité de soins intensifs peut être nécessaire dans le cas de détresse respiratoire majeure nécessitant une ventilation assistée et d’autres techniques de support cardiovasculaire dans le cas d’une coqueluche maligne, évoluant souvent vers le décès
Le traitement ou non des sujets contacts, est une autre question à se poser quand une coqueluche survient dans une famille. En l’absence de traitement, jusqu’à 90% des contacts familiaux anciennement immunisés contractent l’infection. Administrés tôt, les antibiotiques utilisés en prophylaxie (même schéma thérapeutique qu’en curatif) préviennent en partie le risque de survenue de coqueluche (52)(53).
1.6. Epidémiologie
La coqueluche reste un problème de santé publique avec une mortalité infantile importante dans le monde, même dans les pays où la couverture vaccinale est élevée. Selon les estimations de l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé), il y a eu environ 16 millions de cas de coqueluche en 2008. Elle atteignait les enfants, les adolescents et les adultes et 95%
des cas font partie des pays en voie de développement (54). Environ 195 000 enfants en seraient décédés, malgré une couverture vaccinale estimée à 83% en 2011 (54). Parmi les maladies à prévention vaccinale, la coqueluche reste l’une des plus difficiles à éliminer. Très contagieuse, elle évolue sur un mode endémique, avec des cycles épidémiques périodiques survenant tous les 2 à 5 ans, suggérant que la vaccination contrôle la maladie mais non la circulation de l’agent responsable, Bordetella pertussis (55). Quelques décennies après l’introduction de la vaccination généralisée avec des vaccins efficaces, on observe, parallèlement à sa baisse d’incidence, des modifications épidémiologiques, en particulier une réémergence de la maladie (56). L’âge de la maladie s’est modifié du fait de la vaccination des jeunes enfants et de la baisse de l’immunité au cours du temps. Cette baisse d’immunité vaccinale, est rendue plus manifeste par l’absence de rappels naturels en raison de la forte diminution des contacts avec les sujets malades. L’immunité induite par la vaccination (mais également celle acquise au décours de l’infection naturelle) s’affaiblit au fil du temps, ce qui ne permet pas de constituer « l’immunité de groupe » nécessaire à l’élimination de la maladie. C’est ainsi que l’on a observé une augmentation de l’incidence chez les adolescents et les adultes jeunes, qui constituent un « réservoir » de l’infection et une source de transmission pour les enfants susceptibles (nourrissons non encore vaccinés).
Les changements épidémiologiques ont mis une quinzaine d’années à être acceptés. Ils sont maintenant bien documentés et la mise sur le marché de nouveaux vaccins coquelucheux, permet enfin, d’établir de nouvelles stratégies vaccinales. Il est devenu évident qu’il est essentiel d’organiser une surveillance de la maladie afin de pouvoir la contrôler. Surveillance qui va nécessiter la standardisation des techniques de diagnostics cliniques, bactériologiques et biologiques. Dans les pays où les programmes de vaccination ont été arrêtés (Suède), momentanément interrompus (Royaume-Uni) ou insuffisamment développés avec des couvertures vaccinales restant inférieures à 50% (Russie, Italie, Allemagne, Australie…), l’incidence de la coqueluche était de 10 à 100 fois plus élevée, témoignant indirectement de l’efficacité des programmes de vaccination (57).
http://www.who.int/immunization_monitoring/diseases/Pertussis_coverage.gif
http://www.who.int/immunization_monitoring/diseases/DTP3_map_coverage.jpg
Aux Pays-Bas, alors que la couverture vaccinale vis-à-vis de la coqueluche était stable et élevée (96%), une soudaine augmentation de l’incidence de la coqueluche a été rapportée en 1996, probablement liée à une diminution d’efficacité du vaccin (58). Une inadéquation entre souches vaccinales et souches circulantes a aussi été évoquée (59). Une autre explication à cette soudaine augmentation de l’incidence de la coqueluche, pouvait être la diminution de la couverture vaccinale, et plus particulièrement en ce qui concerne le rappel par le vaccin à cellules entières à l’âge de un an. Une raison évidente était l’apparition d’effets secondaires plus sévères, comme des épisodes d'hypotonie/hypo-réactivité (60)ou encore de convulsions hyperthermiques (61) (chapitre 3.4). Suite à cela, différents chercheurs se sont penchés sur l’élaboration d’un nouveau vaccin, le vaccin acellulaire, comprenant seulement certains antigènes de B. pertussis (62,63). Puisqu’il paraissait nettement mieux toléré et aussi efficace, ce vaccin acellulaire a remplacé le vaccin à cellules entières. Cependant, ce nouveau vaccin acellulaire semblerait avoir d’autres inconvénients qui pourraient expliquer les changements épidémiologiques. La durée de l’immunité semble notamment plus limitée que celle des vaccins à cellules entières et pourrait expliquer la survenue de petites épidémies aux Etats Unis chez les enfants à l’âge de la préadolescence, ayant suscité un vent de panique (64). L’inquiétude de la communauté scientifique a poussé les chercheurs à s’interroger sur l’efficacité du vaccin acellulaire et la nécessité de développer de nouveaux vaccins (65).
En Belgique, différentes stratégies ont été mise en place durant la dernière décennie. Le vaccin à cellule entière a été remplacé par l’acellulaire dès 2001. Un deuxième rappel vaccinal à l’âge de 5 à 7 ans (DTPa - Tetravac) a été introduit en 2003. Dans la même année, un troisième rappel vaccinal (dTpa - Boostrix) a été disponible pour les adolescents âgés de 14 à 16 ans et recommandé par le CSS (Conseil Supérieur de la Santé) dès 2009 (66) . Pour les adultes en contact avec des nourrissons non ou incomplètement vaccinés (< 12 mois), l’administration d’une dose unique de dTpa est recommandée dans le cadre de la
« vaccination cocoon ». Elle concerne les futurs ou jeunes parents, grands-parents et leurs contacts familiaux proches ainsi que le personnel soignant en hospitalisation pédiatrique, en
administré avant la sortie à toutes les mères informées et consentantes) et dans les milieux d’accueil de la petite enfance.
Impact de la vaccination coquelucheuse généralisée des nourrissons et jeunes enfants, adapté de Nicole Guiso 2007 (67)
Chapitre 2 : Immunité contre Bordetella pertussis
2.1. Aspects généraux
La fonction physiologique du système immunitaire est de protéger les individus contre les infections. Les mécanismes de défense de l’hôte se composent d’une immunité naturelle et d’une immunité adaptative. L’immunité naturelle, dite aussi native ou innée, est responsable de la protection initiale contre les infections, prête à bloquer l’entrée des microbes et à les éliminer rapidement s’ils ont réussi à pénétrer dans les tissus de l’hôte. L’immunité adaptative, dite aussi acquise ou spécifique, se développe plus lentement et met en œuvre une défense tardive et plus efficace contre les infections. Il existe deux types d’immunité adaptative, appelées immunité humorale et immunité cellulaire, destinées à opposer une défense respectivement aux germes extracellulaires et intracellulaires. Les cellules de l’immunité adaptative sont dotées d’une spécificité et d’une diversité de reconnaissance antigénique, ainsi que d’une mémoire immunitaire et de l’absence de réactivité contre le soi.
Adapté de Abul K. Abbas et Andrew H. Lichtman – Les bases de l’immunologie fondamentale
L’infection à Bordetella pertussis induit une réponse immunitaire complexe due à sa production de nombreuses toxines et adhésines. Celles-ci contribuent tant à la pathogenèse de la maladie qu’à la survie de la bactérie dans le tractus respiratoire, ainsi que dans les macrophages et autres types de cellules. Quoique l’homme soit le seul hôte naturel de la bactérie, différents modèles animaux, comme le rat, le lapin et la souris ont pu être infectés par B. pertussis et utilisés pour les études sur l’immunité contre ce microorganisme (69).
Les différents aspects de l’immunité naturelle d’une part et l’immunité adaptative d’autre part, tant cellulaire qu’humorale, lors d’une infection ou après vaccination contre Bordetella pertussis seront discutés dans les prochains paragraphes.
2.2. Immunité naturelle
L’immunité naturelle, dite aussi native ou innée, est la première ligne de défense, assurée par des cellules et des molécules qui sont toujours présentes et prêtes à éliminer les agents infectieux ou pathogènes. Elle est constituée par les barrières épithéliales et par des cellules spécialisées. La fonction de tous ces éléments est de bloquer la pénétration des pathogènes, tout en restant inactifs contre les substances étrangères non infectieuses. Si les pathogènes réussissent à passer les épithéliums et à pénétrer dans les tissus ou dans la circulation, ils sont attaqués par les phagocytes (neutrophiles et monocytes ou macrophages), par des lymphocytes spécialisés appelés cellules tueuses ou NK (natural killer), et par plusieurs protéines plasmatiques, notamment les protéines du système du complément. Outre la capacité d’assurer les défenses précoces contre les infections, les réponses immunitaires naturelles stimulent les réponses immunitaires adaptatives contre les agents infectieux par la production de cytokines (TNF, IL-12, IFN-, chimiokines). Inversement, l’immunité adaptative agit en stimulant davantage les mécanismes antimicrobiens de l’immunité naturelle. Par exemple, les anticorps (éléments de l’immunité acquise) se lient aux pathogènes. Ceux-ci, enrobés, se lient avec une grande facilité aux phagocytes (éléments de l’immunité naturelle), qui sont ainsi amenés à les ingérer et à les détruire.
Les voies de pénétration les plus fréquentes des pathogènes, la peau, le tractus respiratoire et le tractus gastro-intestinal, contiennent des cellules présentatrices d’antigène (CPA)
situées dans les épithéliums. Les CPA capturent les antigènes et les transportent dans les tissus lymphoïdes périphériques et les présentent aux lymphocytes. Le prototype des CPA est constitué par les cellules dendritiques (CDs), mais les macrophages et certains lymphocytes B peuvent exercer la même fonction.
La colonisation des muqueuses respiratoires par B. pertussis initie la réponse immunitaire locale par le recrutement des cellules dendritiques (DCs) et des macrophages, localisés aux endroits stratégiques que sont les portes d’entrée des pathogènes, comme l’arbre respiratoire. Habituellement, les neutrophiles sont recrutés par les chimiokines secrétéees par les macrophages alvéolaires et les cellules épithéliales, suivies des cellules NK, des DCs et des lymphocytes. L’adhérence de B. pertussis aux phagocytes se fait par l’intermédiaire de deux récepteurs : le récepteur du complément CR3 et le récepteur du Fragment constant (Fc) des immunoglobulines (70–72). Les cellules phagocytaires (neutrophiles, macrophages, monocytes) interagissent avec B. pertussis par différents mécanismes. L’adhésion de B.
pertussis aux monocytes humains se fait à l’aide des adhésines FHA, les fimbriae (Fim) et la pertactine (PRN) (73). La toxine pertussique (PT) jouerait un rôle dans la résistance de la bactérie à la phagocytose par les monocytes (74). Quand B. pertussis infecte l’individu dépourvu d’anticorps, elle pénètre les neutrophiles via le CR3. Ce processus dépend des interactions entre l’hémagglutinine filamenteuse (FHA) et le récepteur CR3 à la surface des neutrophiles (75). Dans le milieu intracellulaire, elle survivra par inhibition de fusion du phagosome avec le lysosome (74,76). Si l’individu est immunisé, la bactérie, recouverte d’anticorps spécifiques, entrera préférentiellement via les récepteurs du Fc présents à la surface des phagocytes, reconnus par la fraction Fc des anticorps, induisant une phagocytose efficace contribuant à l’élimination du pathogène (70,72). Une étude récente sur des macrophages humains a montré la capacité de multiplication intracellulaire de B.
pertussis après infection (76). Après immunisation, la présence d’IgG spécifiques entraine la destruction bactérienne en favorisant l’entrée des bactéries opsonisées dans les macrophages et empêche la réplication bactérienne intracellulaire (76). D’autres chercheurs ont montré que B. pertussis intracellulaire est rapidement détruit dans le PMN (77). Par
Les DCs, également douées de capacités phagocytaires, jouent plutôt un rôle dans l’initiation à la réponse adaptative par la présentation des antigènes étrangers aux lymphocytes T. Ces DCs migrent de la moelle osseuse via la circulation sanguine vers les tissus pulmonaires infectés par le pathogène inhalé (79) où elles capturent les antigènes microbiens et quittent l’épithélium pour migrer vers les ganglions lymphatiques locorégionaux. Dans ces ganglions lymphatiques et en présence d’antigènes, les DCs vont interagir avec les lymphocytes T naïfs.
Capture et présentation des antigènes protéiques par les cellules dendritiques. Adapté de Abul K. Abbas et Andrew H. Lichtman – Les bases de l’immunologie fondamentale et clinique (68).
Lors des différentes étapes de leur maturation, les DCs peuvent exprimer différentes protéines membranaires, dont de nombreuses molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH). Dans le cas d’une infection à B. pertussis, les DCs interagiront avec les lymphocytes T via les protéines membranaires du CMH de classe II (CMH II), spécifiques des peptides exogènes. En présentant l’antigène, représenté ici par B. pertussis,
avec ses multiples facteurs de virulence, à un lymphocyte T naïf, ces DCs matures vont ainsi orienter la différenciation des lymphocytes T CD4+ en lymphocytes T effecteurs, Th1, Th2, Th17 et T régulateurs (Treg) décrits dans le paragraphe 2.4 sur l’immunité cellulaire.
Dans les trois prochains paragraphes, l’immunité adaptative, dite acquise ou spécifique, sera développée dans son rôle de protection contre B. pertussis. L’immunité humorale implique les lymphocytes B et l’immunité cellulaire implique les lymphocytes T. Enfin, la mémoire immunitaire répond plus efficacement à chaque nouvelle rencontre avec le pathogène, ce qui est un objectif important de la vaccination.
2.3. Immunité humorale
L’immunité humorale s’exerce par l’intermédiaire d’anticorps, secrétés par des cellules effectrices, les plasmocytes, dérivés des lymphocytes B, au contact de l’antigène. Les lymphocytes B ont des récepteurs d’antigènes, c’est-à-dire des anticorps liés à la membrane, capables de reconnaître une grande variété de macromolécules (protéines, polysaccharides, lipides et acides nucléiques), contrairement à la majorité des lymphocytes T, les médiateurs de l’immunité cellulaires, qui ne reconnaissent et ne répondent qu’aux antigènes protéiques.
Par conséquent, les réponses de l’immunité humorale assurées par les lymphocytes B peuvent être déclenchées contre de nombreux types de molécules et d’antigènes solubles microbiens. Les anticorps participent à la défense de l’hôte de trois différentes façons (80), comme représenté dans la figure ci-dessous, par neutralisation en se liant par exemple à une toxine bactérienne, par opsonisation favorisant la phagocytose (ingestion et destruction) des bactéries par les macrophages et neutrophiles, et finalement par l’activation du complément par le complexe antigène-anticorps et destruction directe de la bactérie ou favorisant l’ingestion et la destruction de la bactérie par le phagocyte.
Participation des anticorps dans la défense de l’hôte par neutralisation, opsonisation et activation du complément. Adapté de Charles A Janeway dans « The recognition and effector mechanisms of adaptive immunity ».
Lors de l’infection par B. pertussis, la réponse humorale locale est induite au niveau des muqueuses respiratoires. Des Immunoglobulines A sécrétoires (IgAs) anti-FHA sont détectées dans les sécrétions nasales de patients convalescents (81)(82). Dans les sécrétions salivaires d’enfants infectés, des IgAs spécifiques de la Pertactine (PRN) sont fréquemment détectés alors que les titres en anticorps sériques sont faibles (83). Il a pu être démontré que cette réponse immunitaire locale, impliquée dans l’infection à B. pertussis et pas lors de la vaccination, pouvait être utile au diagnostic quand la maladie est déjà à un stade avancé (phase d’état à voir dans chapitre 1.3 expression clinique), ne permettant plus de cultiver la bactérie (84). Ces IgAs anti-pertussiques sont alors détectables 2 à 3 semaines après le début de la maladie et peuvent persister jusqu’à trois mois après les premiers symptômes.
Certains anticorps préviennent l’adhérence de la bactérie aux cellules épithéliales respiratoires, comme les anti-FIM, -FHA, et -PRN.
Dans le sérum des malades on retrouve des anticorps spécifiques des adhésines et des toxines sécrétées par B. pertussis après l’infection (83)(85)(81). Certains anticorps vont promouvoir la phagocytose ou l’activation du complément (par le complexe Ag-AC) après opsonisation, provoquant la lyse bactérienne. D’autres encore sont agglutinants, comme les anti-PT, -FHA et –PRN. Certains auteurs ont démontré une corrélation entre la présence de ces agglutinines et une certaine protection prédite chez l’enfant (83).
Il existe une littérature abondante sur l’immunité humorale contre B. pertussis. Vu la multiplicité d’antigènes que représente B. pertussis, de nombreuses études ont mis en évidence la présence de différents types d’anticorps dirigés contre ces différents facteurs de virulence (86). Le taux limite d’anticorps assurant une protection contre la maladie n’a pas pu être établi à l’heure actuelle. Le taux d’anticorps circulants ne reflète probablement pas tout à fait ce qui se passe sur le site de l’infection. La mise en évidence directe du rôle protecteur des anticorps a pu être démontrée par le fait que l’immunité passive avec un antisérum spécifique de B. pertussis pouvait diminuer la sévérité de la maladie chez l’homme (87) comme chez la souris (88). Certaines études d’exposition familiale récente ont mis en évidence qu’un taux d’anticorps élevé contre PT, PRN, FIM diminue l’incidence de la coqueluche sévère après vaccination par un vaccin tri- ou pentavalent Pa (89) (90). La présence des anticorps, de même que leur spécificité pour les antigènes, diffèrent selon le type de vaccin, à cellule entière (Pw) ou acellulaire (Pa), tout comme selon la présence et la quantité d’antigènes, différents d’un vaccin à l’autre. L’infection à B. pertussis ainsi que le vaccin Pw induisent chez la souris une réponse en anticorps de type IgG2a. Ces anticorps IgG2a sont associés à une réponse immunitaire cellulaire de type Th1, et induiraient une protection supérieure contre l’infection à B. pertussis (91,92). Le vaccin Pa induirait de préférence les IgG1, associées à une réponse d’immunité cellulaire de type Th2 (92,93).
Ceci suggère bien le rôle de l’immunité humorale dans la protection contre la coqueluche.
taux d’anticorps sériques et la protection contre la coqueluche (95)(96), et la production variable en anticorps spécifiques contre B. pertussis, chez la souris (91,97,98) comme chez l’humain (99), mènent à penser que des mécanismes de défense autre que l’immunité humorale semblent exister contre l’infection à B. pertussis.
2.4. Immunité cellulaire
L’immunité cellulaire est la branche de l’immunité adaptative dont le rôle est de combattre les infections par des pathogènes intracellulaires. Ce type d’immunité est assuré par les lymphocytes T. L’élimination des bactéries (ou autres germes) qui ont la capacité de vivre dans les vacuoles phagocytaires ou dans le cytoplasme des cellules infectées est la fonction principale des lymphocytes T. Ils ont également pour fonction d’aider dans la maturation de la plupart des lymphocytes B. Deux populations principales de lymphocytes T spécifiques d’un antigène se distinguent par leurs molécules de surface CD4+ ou CD8+. Les lymphocytes T auxiliaires (T helper cell) ont à leur surface la molécule CD4+ et les lymphocytes T cytotoxiques (Cytotoxic T Lymphocyte (CTL)) la molécule CD8+. Les lymphocytes T CD8+
reconnaissent les peptides d’antigènes protéiques intracellulaires (cytoplasmiques) et peuvent nécessiter la collaboration des lymphocytes T CD4+ pour se différencier en CTL effecteurs. Les CTL détruisent les cellules produisant des antigènes microbiens cytoplasmiques. Les cellules présentatrices de l’antigène (CPA), décrites plus haut (paragraphe 2.2 Immunité naturelle) interagissent avec les lymphocytes T, qui ne sont en mesure de déceler que des fragments peptidiques d’antigènes protéiques, présentés par des molécules spécialisées dans la présentation des peptides. Les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) de classe II des CPA, liées aux antigènes peptidiques, ainsi que d’autres molécules de co-stimulation, vont être reconnues par le récepteur (TCR) des lymphocytes T CD4+. En réponse à la reconnaissance de l’antigène phagocyté par les macrophages, les lymphocytes T sécrètent des cytokines. Certaines d’entre elles induisent la prolifération des lymphocytes T stimulés par l’antigène, d’autres assurent les fonctions effectrices des lymphocytes T en activant d’une part les macrophages à la destruction des antigènes ou fragments de bactéries phagocytés et d’autre part à la maturation des
lymphocytes B en plasmocytes producteurs d’anticorps contre ces antigènes bactériens et leurs toxines extracellulaires (Figure A adaptée d’A.K. Abbas et A.H. Lichtman).
Les antigènes protéiques des germes qui vivent dans le cytoplasme de cellules infectées utilisent les molécules du CMH de classe I pour être reconnus par le récepteur (TCR) des lymphocytes T cytotoxiques CD8+, dont la fonction est de détruire les cellules infectées (Figure B adaptée d’A.K. Abbas et A.H. Lichtman).
Rôle de la présentation des antigènes associés aux molécules du CMH dans la reconnaissance des pathogènes par les lymphocytes T CD4+ et CD8+. Adapté d‘A.K. Abbas et A.H. Lichtman (68).
Les antigènes protéiques des microbes extra-cellulaires utilisent quant à eux les molécules du CMH de classe II pour être reconnus par le récepteur (TCR) des lymphocytes T facilitants CD4+ (Figure A adaptée d’A.K. Abbas et A.H. Lichtman).
La reconnaissance au sein des organes lymphoïdes secondaires par un lymphocyte CD4+ naif, d’un peptide présenté par les DC, entraîne la prolifération lymphocytaire et la différentiation en différentes sous-populations de cellules effectrices qui produisent différentes cytokines assurant des fonctions variées. L’orientation préférentielle vers l’une ou l’autre sous-population est étroitement liée notamment aux cytokines sécrétées par les DC, processus régulé par les stimuli reçus par les microbes. Les principales sous-populations de lymphocytes CD4+ facilitants sont les suivantes : les lymphocytes T helper 1 (Th1), T helper 2 (Th2), T helper 17 (Th17), T régulateur (Treg) et T folliculaire (Tfh) qui expriment chacun un facteur de transcription principal (respectivement T-bet, Gata3, Rort, Foxp3, Bcl-6) (voir figure d’O’shea et Paul, 2010) (100) Certains auteurs distinguent aussi les sous- populations Th22 et Th9.
Différentiation des Cellules T helper : flexibilité et plasticité des cellules T en matière de production de cytokines et d’expression des facteurs de transcription(100).
Les lymphocytes Th1, produisent essentiellement de l’interféron gamma (IFN-) qui active les phagocytes pour éliminer les microbes intracellulaires. Les lymphocytes Th2, qui produisent les interleukines 4, 5 et 13 (IL-4, IL-5 et IL-13), stimulent la production d’IgE, activent les éosinophiles et jouent un rôle déterminant dans l’élimination des parasites. La population des lymphocytes Th17, plus récemment découverte, produit surtout de l’IL-17 et est impliquée dans plusieurs maladies inflammatoires auto-immunes. Ces lymphocytes Th17 peuvent également jouer un rôle dans la défense contre les infections fongiques et bactériennes, comme B. pertussis (101), intervenant comme lien entre l’immunité innée et adaptative à la surface des muqueuses en produisant des cytokines pro-inflammatoires qui stimulent le recrutement des neutrophiles et l’activation des macrophages (102,103). Les lymphocytes Treg interviennent dans le maintien de l’immunotolérance et leur dysrégulation est donc notamment impliquée dans la pathogénèse de différentes maladies auto-immunes.
On distingue des Treg naturels (nTreg) dérivés du Thymus et des Treg induits en périphérie (iTreg), l’importance relative de ces deux sous-populations n’étant pas connue. Toutes deux sont caractérisées par l’expression du facteur de transcription FoxP3 et secrètent de l’IL-10, du TGF-, et de l’IL-35. Enfin, les cellules T helper folliculaires (Tfh) aident les cellules B à produire des anticorps contre les antigènes T-dépendants dans les organes lymphoïdes. Ils contribuent au développement des centres germinatifs des organes lymphoïdes secondaires et à promouvoir la production des différentes classes d’immunoglobulines, ainsi que la maturation de leur affinité. La principale cytokine produite par les Tfh est l’IL-21.
Cependant, le concept initialement établi de sous-populations de lymphocytes facilitants ayant subi une différentiation terminale et stable est aujourd’hui remis en question (100).
On admet maintenant que la production de cytokines est plus flexible, que le profil de production de cytokines par les lymphocytes CD4+ peut changer au cours du temps, même si la fréquence à laquelle ces changements potentiels surviennent in vivo n’est pas connue (100). Dans certaines circonstances, on observe donc une expression transitoire d’un facteur de transcription par une sous-population lymphocytaire alors que dans d’autres circonstances, certaines cellules peuvent exprimer plus d’un facteur de transcription.
C’est ainsi qu’il n’est pas certain que la population de Tfh soit réellement distincte des autres sous populations, étant donné qu’elles peuvent dans certaines conditions d’activation produire des cytokines Th1 ou Th2.
L’intervention de mécanismes d’immunité cellulaire adaptative dans la pathogénèse de l’infection par B.pertussis a été clairement mise en évidence chez la souris par Mills et al.
(104)(107). Ils ont montré que des souris dépourvues de cellules T (athymiques) développent une infection chronique à B. pertussis, alors que lorsque ces souris ont subi un transfert (adoptif) de cellules T CD4+ spécifiques de B. pertussis de souris convalescentes avant l’infection, une élimination totale des bactéries est observée quelques semaines après l’infection. Les auteurs concluent que l’immunité à médiation cellulaire joue un rôle important dans la guérison d’une infection primaire et dans la protection contre les réinfections. Chez l’homme, il est clairement établi qu’une infection à B. pertussis s’accompagne d’une réponse immunitaire cellulaire de type Th1, c’est-à-dire d’une sécrétion d’interféron-gamma (IFN-), spécifiquement dirigée contre les antigènes de B. pertussis (105)(106). Ce type de réponse d’immunité cellulaire a également été mis en évidence chez l’homme au cours d’études d’efficacité vaccinale par les vaccins à cellules entières et acellulaire (108)(109)(110). Le caractère protecteur de cette réponse est difficile à mettre en évidence chez l’homme mais il est probable étant donné que la persistance de B. pertussis dans les macrophages a été mise en évidence.
L’étude des réponses immunitaires cellulaires chez l’enfant vacciné par le vaccin acellulaire (Pa) montre par contre que ces vaccins induisent non seulement des lymphocytes de type Th1 sécréteurs d’IFN-g mais aussi des lymphocytes de type Th2 sécréteurs d’IL-4, d’IL-5 et d’IL-13: on parle de réponse immunitaire cellulaire mixte Th1/Th2 après Pa (111)(112)(113).
Les cytokines Th2 sont induites par la plupart des adjuvants ajoutés aux vaccins actuellement sur le marché, et leur sécrétion en excès pourrait faire craindre une susceptibilité aux allergies (voir chapitre 3.3).
