Immunopathologie de l’infection par le VIH

Dr. Amélie GuihotDr. Guislaine Carcelain

Laboratoire d’immunologie cellulaire et tissulaireHôpital Pitié-Salpêtrière, Paris

1er Forum interassociatif sur la transmission sexuelle du VIH

TRT-5 / ANRS27 mars 2009

Plan

I. Rappels d’anatomie et de biologieLes muqueusesLes cellules sanguines et les lymphocytesLe système lymphoïdeLe virus VIH

II. Premières étapes de l’infection par le VIHEntrée et transport du virus dans les cellules immunitairesDéplétion 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 infectésCas 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 m2

Les globules blancs sont les cellules de l’immunité

www.ensemble-avec-benoit.com

- Polynucléaires neutrophiles

- Polynucléaires basophiles

- Polynucléaires éosinophiles

- Monocytes / Macrophages

- Lymphocytes

5 à 15 µm

Anatomie : système lymphoïde

d’après http://www.corpscite.be

( GALT Ly > reste organisme )

Lymphocytes

d’après http://archimede.bibl.ulaval.ca

Molécules de surface des lymphocytes :

- Marqueurs de différenciation

- Marqueurs d’activation

- Récepteurs aux cytokines / chimiokines

etc.

Lymphocyte T

(ou cellule T pour Thymus)

2.

3.

Le lymphocyte CD4 : chef d’orchestre de la réponse immunitaire

CD4

champignons

parasites

bactériesvirus

cancers

NK

CD8LB

PN

Mono/Mph

Guislaine Carcelain / Brigitte Autran

Anticorps

Cytokines

Le virus VIH

intégrasse

enveloppe

transcriptase inverse

gp120

gp41

RNA

P17(matrice)

P24 (capside)P7 (nucléocapside)

core

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)

CD4 / macrophages

/ microgliale

d’après bmsfrance.fr

La molécule CD4 est le récepteur du VIH

Les lymphocytes CD4 sont les principales cibles du virus VIH

Entrée et réplication du virus VIH dans les cellules immunitaires (2)

gp120

gp41

co-récepteur (CCR5 ou CXCR4)

CD4

liaisongp120/CD4

liaisongp120/coR

liaisongp41/membrane

1/2 vie 1 min 1/2 vie 5-8 min 1/2 vie 10-15 min

Guislaine Carcelain / Brigitte Autran

Transport immunitairedu virus depuis les muqueuses

• Cellules de Langerhans- Relais ganglionnaire

- Présentation aux cellules CD4+

• Cellules dendritiques sous épithéliales

• Macrophages• Cellules CD4

Le récepteur du VIH est surtout présent dans les muqueuses sexuelles

Hussain, Immunology 1995

Infiltrat immun de la muqueuse génitale masculine

McCoombe, AIDS 2006

Entrée du virus VIH par les muqueuses génitales masculines

McCoombe, AIDS 2006

Dissémination sanguine des cellules infectées

Tissus lymphoïde associé bronches

gg lymphatiques

rate

gg mésentériques

Waldeyer, gg, amygdales, végétations

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 CD4 muqueuses (1)

Primo infection SIV Rhésus macaqueInfection massive CD4 mémoires CCR5+

Perte 80% cellules CD4 infectées en qq jours

Veazey, Science 1998 (lamina propia intest)Veazey, J Infect Dis 2003 (muqueuse vaginale)

Mattapallil, Nature 2005 (jejunum)

Réduction du nombre de CD4+ intestinalesPrécoce, dès la primo infection

Brenchley, J Exp Med 2004Mehandru, J Exp Med 2004

Guadalupe, J Virol 2003

Non reflété par le taux de cellules CD4 dans le sang

05 10 ans

% C

D4

+

CMNS

total

• Singe

• Homme

Déplétion en cellules CD4 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

Brenchley, Nat Immunol 2006

infection de nouvelles cellulescontagiosité ++++

Activation généralisée du système immunitaire

Infection des cellules cibles

Réplication virale massive (1 à 10 milliards/j)

Activation des cellules CD4Activation des cellules

CD8 cytotoxiques

Destruction des lymphocytes

Activation des lymphocytes B

Fonctionnement anormal des cellules immunitaires

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 p24 soit S3 à S12)• Anticorps neutralisants faibles et tardifs (3ème mois), contre la

gp120 (V3 ou CD4bs)

– Réponse T = réponse cellulaire

Réponses CD4 anti-VIH

• Apparaissent précocement en primo-infection (1ere semaine)

• Dirigées plutôt contre p24 et p17• Double production IL-2/IFN- associée au contrôle viral

Harari Blood 03, Younes JEM 03

• Disparaissent rapidement (IL-2, prolif.) quand CD4 <350-400/mm3 car cibles privilégiées du virus

• Favorise les mauvaises réponses immunes anti-VIH (« help CD4 »)

Réponses CD8 anti-VIH (1)

• Effecteurs antiviraux majeurs, dès J4 • Contrôle initial de la virémie en primo-infection

Schmitz, Science 1999

Réponses CD8 anti-VIH (2)

• Nombre de CD8 anti-VIH important• Dirigées contre toutes les protéines du VIH• Avec adaptation au virus• Mais, avec le temps (pas de help CD4, activation …) :

- Défaut de maturation par rapport aux CD8 anti-CMV ou EBV

Champagne, Nature 2001

- Capacités fonctionnelles diminuées (cytotoxicité, production d’IFN, polyfonction)

Appay, J Exp Med 00; Kostense, Blood 02; Betts Blood 06

Réponses immunes anti-VIH : cinétique

Années

Primo-infection SIDA

Mois

HIV-RNA plasmatique

Virémie (HIV-DNA) cellulaire

CD4

CD8 anti-HIV

AC anti-VIH

CD4 anti-HIV

3 10

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

Déplétion en cellules CD4 sanguines (2)

R=0.62

Pen

te C

D4

(3 d

erni

ères

ann

ées)

20%

- 20%

- 60%

Charge Virale (première année; copies VIH /ml))

Cohorte IMMUNOCO, Paris, France

Mécanismes de la lymphopénie CD4

• Réplication virale dans les cellules CD4

+ effet cytopathogène ?

Mais pas seulement (1/10,000 à 1/100,000 CD4 infectés) :

• Destruction des cellules infectées par les CD8 = réponse immune spécifique

• Activation chronique• Anergie/apoptose ou mort cellulaire• Défaut de régénération

= fonctionnement altéré du thymus

Evolution et conséquences de la lymphopénie CD4

Années

Primo-infection Latence SIDA

Charge virale VIH

CD4/mm3

candidose

zona

Kaposi

lymphomes

pneumocystose

toxoplasmose

CMVMAC

200

Mois

Guislaine Carcelain / Brigitte Autran

III. Facteurs « hôte » influençant la transmission ou la progression

de l’infection par le VIH

Cas des exposés non infectésCas des asymptomatiques à long terme

Exposés non infectés : mutation du co-récepteur CCR5

• Délétion de 32 paires de bases dans le gène de CCR5

– empêche le virus de pénétrer dans les cellules cibles

• Population « caucasienne » :

– fréquence moyenne de 10 % d’hétérozygotes

– donc 1 % d’homozygotes

Liu et al, Cell 1996

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 :- IgA /IgG anti-VIH +/- neutralisants dans les muqueuses/sang (controversé) DeVito, JAIDS 02; Buchacz, AIDS Res Hum Retrov.01

- Ac anti-CCR5 ou CD4 Ditzel, PNAS 98; Burastero, AIDS Res 96

• Génétique :- récepteurs des cellules NK et du HLA de classe I

(KIR3DL1 et HLA B57) 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 infectésCas 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)

- CD4 > 600/mm3

- sans symptômes ni traitement antirétroviral

Asymptomatiques à long terme : virologie

• Virus non défectueux Cao, NEJM 1995

• Virus VIH à tropisme CCR5Candotti, J Gen Virology 1998

• Charge virale VIH faible : – médiane 5900 copies/mL– 22% < 200 copies/mL

Cohorte ALT ANRS CO-15

• Parfois charge virale indétectable :- « HIV controllers », « elite controllers », « elite suppressors », ou

« natural viral suppressors »

Asymptomatiques à long terme : réponses CD8 anti-VIH

• Réponses CD8 fortes plus de cellules CD8 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 accruecellules CD8 anti-VIH plus souvent polyfonctionnelles

Betts, Blood 2006

• Chez les HIVc : réponses CD8 puissantes car inhibent la réplication du VIH dans les cellules CD4

Saez-Cirion, PNAS 2007

Asymptomatiques à long terme : réponses CD4 anti-VIH

• Conservées dans le temps• Inversement corrélées à la charge virale et à l’ADN

proviral • Prédictives avec les IgG2 anti-gag et Gp41 du maintien

du statut ALT à long termeMartinez 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 ethniqueBuchbinder, AIDS 1994

• Assortiment de plusieurs gènes de l’immunité :– CCR5 D32(hzg) + SDF-1 wt + HLA-B27+, DR6-,

avec 3 parmi HLA-A3, B14, B17 et DR7

Permet de prédire 80% des patients ALTMagierowska, Blood 1999

• Moins de mutations sur le gène de CX3CR1Faure, 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)

Service d’Immunologie CellulaireG. Carcelain

A. SamriP. DebréB. Autran

Service des Maladies Infectieuses C. KatlamaR. Tubiana

M. A. Valantin

Unité d’épidémiologie D. Costagliola

Service de virologieV. Calvez

A. G. Marcellin

ANRS Sidaction

Les personnes vivant avec le VIH et participant aux études cliniques

Pitié-Salpêtrière