Immunopathologie de linfection par le VIH 1 er

Immunopathologie de l’infection par le VIH 1 er Forum interassociatif sur la transmission sexuelle du VIH TRT-5 / ANRS 27 mars 2009 Dr. Amélie Guihot Dr. Guislaine Carcelain Laboratoire d’immunologie cellulaire et tissulaire Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris

Plan I. Rappels d’anatomie et de biologie Les muqueuses Les cellules sanguines et les lymphocytes Le système lymphoïde Le virus VIH II. Premières étapes de l’infection par le VIH Entrée et transport du virus dans les cellules immunitaires Déplétion muqueuse et activation « généralisée » Réponses immunitaires anti-VIH et leurs limites III. Facteurs « hôte » influençant la transmission ou la progression de l’infection par le VIH Cas des exposés non infectés Cas des asymptomatiques à long terme

Anatomie : muqueuses • Minces couches de tissus qui tapissent les cavités ouvertes vers le milieu extérieur – Narines, paupières – Appareil respiratoire – Zones uro-génitales (utérus, vagin, clitoris, gland, prépuce interne) – Tube digestif (de la bouche à l'anus) • Ensemble = 400 m 2

Les globules blancs sont les cellules de l’immunité - Polynucléaires neutrophiles - Polynucléaires basophiles - Polynucléaires éosinophiles - Monocytes / Macrophages - Lymphocytes www. ensemble-avec-benoit. com 5 à 15 µm

Anatomie : système lymphoïde ( GALT Ly > reste organisme ) d’après http: //www. corpscite. be

Lymphocytes Lymphocyte T (ou cellule T pour Thymus) 2. 3. Molécules de surface des lymphocytes : - Marqueurs de différenciation - Marqueurs d’activation - Récepteurs aux cytokines / chimiokines etc. d’après http: //archimede. bibl. ulaval. ca

Le lymphocyte CD 4 : chef d’orchestre de la réponse immunitaire champignons Mono/Mph CD 4 NK parasites Cytokines cancers PN CD 8 LB virus Anticorps bactéries Guislaine Carcelain / Brigitte Autran

Le virus VIH gp 120 core P 7 (nucléocapside) P 24 (capside) P 17(matrice) gp 41 enveloppe intégrasse transcriptase inverse RNA protéase 90 à 120 nm (0, 09 à 0, 12 µm) Comme les autres virus, le VIH ne peut se répliquer en dehors d’une cellule hôte et y entre par un récepteur cellulaire Guislaine Carcelain / Brigitte Autran

II. Premières étapes de l’infection par le VIH Entrée et transport du virus dans les cellules immunitaires Déplétion muqueuse et activation « généralisée » Réponses immunitaires anti-VIH et leurs limites

Entrée et réplication du virus VIH dans les cellules immunitaires (1) La molécule CD 4 est le récepteur du VIH Les lymphocytes CD 4 sont les principales cibles du virus VIH / microgliale CD 4 / macrophages d’après bmsfrance. fr

Entrée et réplication du virus VIH dans les cellules immunitaires (2) gp 41 gp 120 CD 4 co-récepteur (CCR 5 ou CXCR 4) liaison gp 120/CD 4 1/2 vie # 1 min liaison gp 120/co. R 1/2 vie # 5 -8 min liaison gp 41/membrane 1/2 vie # 10 -15 min Guislaine Carcelain / Brigitte Autran

Transport immunitaire du virus depuis les muqueuses • Cellules de Langerhans - Relais ganglionnaire - Présentation aux cellules CD 4+ • Cellules dendritiques sous épithéliales • Macrophages • Cellules CD 4

Le récepteur du VIH est surtout présent dans les muqueuses sexuelles Hussain, Immunology 1995

Infiltrat immun de la muqueuse génitale masculine Mc. Coombe, AIDS 2006

Entrée du virus VIH par les muqueuses génitales masculines Mc. Coombe, AIDS 2006

Dissémination sanguine des cellules infectées Waldeyer, gg, amygdales, végétations Tissus lymphoïde associé bronches gg lymphatiques rate gg mésentériques Plaques de Peyer Tissus lymphoïde uro-génital Guislaine Carcelain / Brigitte Autran

II. Premières étapes de l’infection par le VIH Entrée et transport du virus dans les cellules immunitaires Déplétion muqueuse et activation « généralisée » Réponses immunitaires anti-VIH et leurs limites

Déplétion en cellules CD 4 muqueuses (1) • Singe Primo infection SIV Rhésus macaque Infection massive CD 4 mémoires CCR 5+ Perte 80% cellules CD 4 infectées en qq jours Veazey, Science 1998 (lamina propia intest) Veazey, J Infect Dis 2003 (muqueuse vaginale) Mattapallil, Nature 2005 (jejunum) • Homme Réduction du nombre de CD 4+ intestinales Précoce, dès la primo infection % CD 4+ CMNS 0 total Brenchley, J Exp Med 2004 Mehandru, J Exp Med 2004 Guadalupe, J Virol 2003 5 10 ans Non reflété par le taux de cellules CD 4 dans le sang

Déplétion en cellules CD 4 muqueuses (2) Brenchley, J Exp Med 2004

Déplétion muqueuse, barrière intestinale et activation cellulaire • • • La déplétion muqueuse rend possible le passage de composants bactériens dans le sang Participe à l’activation du système immunitaire L’activation d’une cellule conduit à la réplication du virus si elle est infectée infection de nouvelles cellules contagiosité ++++ Brenchley, Nat Immunol 2006

Activation généralisée du système immunitaire Infection des cellules cibles Réplication virale massive (1 à 10 milliards/j) Activation des lymphocytes B Activation des cellules CD 4 Fonctionnement anormal des cellules immunitaires Activation des cellules CD 8 cytotoxiques Destruction des lymphocytes

II. Premières étapes de l’infection par le VIH Entrée et transport du virus dans les cellules immunitaires Déplétion muqueuse et activation « généralisée » Réponses immunitaires anti-VIH et leurs limites

Mise en place des réponses immunitaires anti-VIH • Dès la primo-infection • Réponse immunitaire innée – Réponse NK • Réponse immunitaire adaptative : – Limitée par la grande variabilité du virus – Réponse B = réponse humorale (anticorps) • Tardive (2 -23 jours après disparition de la p 24 soit S 3 à S 12) • Anticorps neutralisants faibles et tardifs (3ème mois), contre la gp 120 (V 3 ou CD 4 bs) – Réponse T = réponse cellulaire

Réponses CD 4 anti-VIH • Apparaissent précocement en primo-infection (1 ere semaine) • Dirigées plutôt contre p 24 et p 17 • Double production IL-2/IFN-g associée au contrôle viral Harari Blood 03, Younes JEM 03 • Disparaissent rapidement (IL-2, prolif. ) quand CD 4 <350400/mm 3 car cibles privilégiées du virus • Favorise les mauvaises réponses immunes anti-VIH ( « help CD 4 » )

Réponses CD 8 anti-VIH (1) • Effecteurs antiviraux majeurs, dès J 4 • Contrôle initial de la virémie en primo-infection Schmitz, Science 1999

Réponses CD 8 anti-VIH (2) • • Nombre de CD 8 anti-VIH important Dirigées contre toutes les protéines du VIH Avec adaptation au virus Mais, avec le temps (pas de help CD 4, activation …) : - Défaut de maturation par rapport aux CD 8 anti-CMV ou EBV Champagne, Nature 2001 - Capacités fonctionnelles diminuées (cytotoxicité, production d’IFN-g, polyfonction) Appay, J Exp Med 00; Kostense, Blood 02; Betts Blood 06

Réponses immunes anti-VIH : cinétique CD 4 CD 8 anti-HIV HIV-RNA plasmatique Virémie (HIV-DNA) cellulaire Mois 3 Primo-infection AC anti-VIH CD 4 anti-HIV Années 10 SIDA Guislaine Carcelain / Brigitte Autran

Réponses cellulaires anti-VIH : limites • Le système immunitaire est vite dépassé : - Epuisement du système immunitaire (SIDA) - en l’absence de traitement antirétroviral - Superinfections possibles O'Connell, Nature Rev Microbiol 2008

Pente CD 4 (3 dernières années) Déplétion en cellules CD 4 sanguines (2) 20% - 20% R=0. 62 - 60% Charge Virale (première année; copies VIH /ml)) Cohorte IMMUNOCO, Paris, France

Mécanismes de la lymphopénie CD 4 • Réplication virale dans les cellules CD 4 + effet cytopathogène ? Mais pas seulement (1/10, 000 à 1/100, 000 CD 4 infectés) : • Destruction des cellules infectées par les CD 8 = réponse immune spécifique • Activation chronique • Anergie/apoptose ou mort cellulaire • Défaut de régénération = fonctionnement altéré du thymus

Evolution et conséquences de la lymphopénie CD 4 /mm 3 candidose Charge virale VIH zona Kaposi lymphomes pneumocystose toxoplasmose 200 CMV MAC Années Mois Primo-infection Latence SIDA Guislaine Carcelain / Brigitte Autran

III. Facteurs « hôte » influençant la transmission ou la progression de l’infection par le VIH Cas des exposés non infectés Cas des asymptomatiques à long terme

Exposés non infectés : mutation du corécepteur CCR 5 • Délétion de 32 paires de bases dans le gène de CCR 5 – empêche le virus de pénétrer dans les cellules cibles Liu et al, Cell 1996 • Population « caucasienne » : – fréquence moyenne de 10 % d’hétérozygotes – donc 1 % d’homozygotes Janvier, Médecine/Science 2005

Exposés non infectés : autres données immunologiques • Immunité cellulaire : - cellules NK Scott-Algara, J Immunol 2003 - cellules T spécifiques du VIH (controversé) Truong, AIDS 03; Nguyen, JAIDS 06 • Immunité humorale : - Ig. A /Ig. G anti-VIH +/- neutralisants dans les muqueuses/sang (controversé) De. Vito, JAIDS 02; Buchacz, AIDS Res Hum Retrov. 01 - Ac anti-CCR 5 ou CD 4 Ditzel, PNAS 98; Burastero, AIDS Res 96 • Génétique : - récepteurs des cellules NK et du HLA de classe I (KIR 3 DL 1 et HLA B 57) Boulet , AIDS 2008 - polymorphisme génétique sur le chr. 22 Kanari , AIDS 2005

III. Facteurs hôte influençant la transmission ou la progression de l’infection par le VIH Cas des exposés non infectés Cas des asymptomatiques à long terme

Modes de progression de l’infection VIH Martinez, Médecine/Science 2008

Asymptomatiques à long terme • ALT, ou long-term non progressors (LTNP) • Cohorte ALT-ANRS CO-15 : > 70 patients inclus depuis 1995 - séropositivité > 8 ans (8 -15 ans) - CD 4 > 600/mm 3 - sans symptômes ni traitement antirétroviral

Asymptomatiques à long terme : virologie • Virus non défectueux Cao, NEJM 1995 • Virus VIH à tropisme CCR 5 Candotti, J Gen Virology 1998 • Charge virale VIH faible : – médiane 5900 copies/m. L – 22% < 200 copies/m. L Cohorte ALT ANRS CO-15 • Parfois charge virale indétectable : - « HIV controllers » , « elite suppressors » , ou « natural viral suppressors »

Asymptomatiques à long terme : réponses CD 8 anti-VIH • Réponses CD 8 fortes plus de cellules CD 8 anti-VIH dans les CMNS (ELISpot, cytotox. ) Sun, J Immunol Meth 2003 • Plus « rapides » à tuer les cellules infectées avidité inversement corrélée à l’ADN proviral Almeida, JEM 07 • Sécrétion simultanée de cytokines accrue cellules CD 8 anti-VIH plus souvent polyfonctionnelles Betts, Blood 2006 • Chez les HIVc : réponses CD 8 puissantes car inhibent la réplication du VIH dans les cellules CD 4 Saez-Cirion, PNAS 2007

Asymptomatiques à long terme : réponses CD 4 anti-VIH • Conservées dans le temps • Inversement corrélées à la charge virale et à l’ADN proviral • Prédictives avec les Ig. G 2 anti-gag et Gp 41 du maintien du statut ALT à long terme Martinez et al, JID 2005 • Capacités prolifératives et polyfonctionnelles (sécrétion d’IL-2) maintenues Guihot, Submitted 09; Harari, Blood 2002

Asymptomatiques à long terme : génétique • Pas de prédominance ethnique Buchbinder, AIDS 1994 • Assortiment de plusieurs gènes de l’immunité : – CCR 5 D 32(hzg) + SDF-1 wt + HLA-B 27+, DR 6 -, avec 3 parmi HLA-A 3, B 14, B 17 et DR 7 Permet de prédire 80% des patients ALT Magierowska, Blood 1999 • Moins de mutations sur le gène de CX 3 CR 1 Faure, Science 2000

Conclusion D’un point de vue immunologique, la susceptibilité à l’infection par le VIH dépend : - du statut des muqueuses (type de muqueuse, intégrité, circoncision…) Rôle des muqueuses dans la dissémination et amplification réplication en PI - de facteurs génétiques de l’hôte Les facteurs liés à une réponse immunologique protectrice contre le virus ne sont que partiellement connus (obstacle au vaccin)

Les personnes vivant avec le VIH et participant aux études cliniques ANRS Pitié-Salpêtrière Sidaction Service d’Immunologie Cellulaire Service de virologie V. Calvez A. G. Marcellin G. Carcelain A. Samri P. Debré B. Autran Unité d’épidémiologie Service des Maladies Infectieuses C. Katlama R. Tubiana M. A. Valantin D. Costagliola