Physiopathologie des infections virales Réponse immune F. Rozenberg Virologie Cochin flore.rozenberg@svp.aphp.fr

Points importants Cycle de réplication dans l’organisme comment le virus entre dans l’organisme hôte ? où a lieu la réplication primaire ? comment l’infection dissémine dans l’organisme ? quels organes et quels tissus sont infectés ? comment le virus est transmis à d’autres hôtes ? Physiopathologie quelles sont les conséquences pour les cellules infectées ? quelle est la réponse initiale de l’hôte ? l’infection est-elle éliminée ou persiste-telle ?

Entrée des virus dans l’organisme Cellule accessible au virus l’effraction d’une barrière est parfois nécessaire Cellule sensible récepteur cellulaire : permet l’entrée du virus dans la cellule si absence de récepteur : cellule réfractaire (VIH, érythrovirus B19) Cellule permissive machinerie enzymatique pour la réplication virale si absence : infection abortive, infection latente Ces trois paramètres, ainsi que la réponse immune de l’hôte, déterminent le tropisme du virus

Exemple : le tractus respiratoire Rhinite Rhinovirus Coronavirus Pharyngite Virus Parainfluenza Virus Respiratoire Syncytial Virus influenza Laryngite Adenovirus Virus herpes simplex, EBV Trachéite Virus Parainfluenza Bronchite Virus Respiratoire Syncytial Bronchiolite Adenovirus Bronchopneumonie Principles of Virology 2009 Flint, Enquist, Racaniello, Skalka

Dissémination dans l’organisme Après la réplication intracellulaire au site d’entrée du virus : 2 possibilités 1. l’infection reste localisée 2. l’infection * se propage au-delà du site d’infection primaire * devient systémique si plusieurs organes atteints la dissémination du virus dépend du pôle cellulaire d’où il est excrété pôle apical : réinfection des cellules voisines excrétion virale diffusion de cellule à cellule pôle baso-latéral accès au tissu sous jacent : lymphe, sang elle dépend des réponses immunes de l’hôte à l’infection virale

Entrée et dissémination virale adenovirus HSV, enterovirus 70 rhinovirus, enterovirus adenovirus VRS, influenza R-O-R, VZV arbovirus VIH, VHB, VHC CMV, EBV rhabdovirus coronavirus, rotavirus enterovirus, adenovirus papillomavirus papillomavirus HSV, VIH, VHB Légende : Infection localisée Infection disséminée Principles of Virology 2009 Flint, Enquist, Racaniello, Skalka

Modes de dissémination virale 1.Dissémination hématogène : virémie 1. virémie primaire : virions libérés après réplication au site primaire d’infection libres ou contenus dans les cellules sanguines (lymphocytes) 2. virémie secondaire : amplification organes cibles Principles of Virology 2009 Flint, Enquist, Racaniello, Skalka

Modes de dissémination virale 2. Dissémination neuronale 1. réplication primaire dans les cellules épithéliales 2. accès des virions aux terminaisons des neurones périphériques transport actif vers les corps cellulaires 3. réplication intra neuronale 4. sortie des virions néoformés, transport directionnel (centrifuge-centripète) Enquist

Durées d’incubation Virus Influenza : grippe 1 - 3 j Norwalk : gastroentérite 1 - 2 j Rhinovirus (rhinite) 1 - 2 j Rotavirus (gastro-entérite) 2 - 4 j RSV bronchiolite 3 - 5 j Dengue 3 - 5 j HSV gingivostomatite 5 - 8 j Entérovirus 5 - 12 j Polio virus 6 - 12 j Sd paralytique 6 - 20 j Adénovirus respiratoire 5 - 8 j Rougeole 10 - 12 j Varicelle 13 - 17 j Rubéole 16 - 18 j Oreillons 19 - 23 j HIV : primo-infection 14 - 25 j symptômes SIDA 1 - >15 ans HAV : hépatite A 25 - 30 j EBV : mononucléose 30 - 50 j papilloma : verrue 50 - 150 j HBV : hépatite B 60 - 90 j Rage 15 - 90 j Creutzfeldt –Jakob 2 - >30 ans

Transmission de l’infection virale Mécanismes de transmission environnement : aérosols, eau et aliments, fomites horizontale : sécrétions corporelles, activité sexuelle

Transmission horizontale Transmission respiratoire Gouttelettes : Gouttelettes ne restent pas en suspension dans l’air et sédimentent rapidement Diamètre > 10 microns Transmission à courte distance, conjonctives ou muqueuses de la face Éternuement = 40 000 gouttelettes Toux = 3000 gouttelettes Grippe, VRS Aérosols : Particules suffisamment petites pour rester en suspension dans l’air pendant plusieurs minutes Diamètre < 10 microns. Transmission à distance, plusieurs heures Varicelle, Rougeole

Transmission féco-orale Fruits et légumes souillés Virus des gastro-entérites Hépatite A Entérovirus : poliovirus Eaux souillées

Transmission salivaire EBV :« maladie du baiser » (mononucléose infectieuse) CMV : cytomégalovirus HSV : herpes simplex virus Transmission sexuelle Excrétion de virus dans le tractus uro-génital Porte d’entrée : épithélium muqueux VIH, VHB HSV HPV : papillomavirus humains

Transmission sanguine Toxicomanie intraveineuse Tatouages, piercing, acupuncture : aiguilles non/ mal stérilisées Transfusion : avant sécurité transfusionnelle Accident d’exposition au sang = tout contact avec du sang ou un liquide biologique contaminé par du sang, lors d’une piqûre avec une aiguille, une coupure avec un objet tranchant ou par contact avec du sang ou un liquide biologique contaminé sur une plaie, une peau non intacte ou une muqueuse. VIH, VHB, VHC

Transmission iatrogène Transfusion Greffe d’organes/tissus Actes de soins ou examens invasifs VIH, VHB, VHC CMV, EBV

Transmission verticale mère–enfant : 1. transplacentaire 2. périnatale 3. allaitement) Rubéole VIH, VHB HTLV, VIH, CMV CMV HSV, CMV B19 VZV VZV

Transmission zoonotique Arbovirus Rage réservoir : humain ou hôte intermédiaire (zoonoses : animaux, insectes)

Paramètres influençant la transmission Géographie et saison (température, humidité) Facteurs de risque âge, terrain immunitaire mode de vie, voyages, activités professionnelles Population sensible à l’infection taille de la population nombre de sujets non immunisés

Réponse de l’hôte à l’infection virale 1ère ligne : barrières physiques et chimiques peau, mucus, pH acide, larmes… 2è ligne : défenses cellulaires intrinsèques détection d’une modification du métabolisme (récepteur-transduction) détection de macromolécules d’organismes pathogènes acides nucléiques, protéines (effet cytopathique) autophagie production de cytokines secrétées induction de l’apoptose de la cellule interférence avec les premières étapes de la réplication virale 3è ligne : réponse immune innée et adaptative amplification de la réponse innée par des cellules spécialisées déclenchement de la réponse adaptative : « sur mesure » contre 1 pathogène réponse humorale (anticorps), réponse cellulaire mémoire immunitaire

Réponse intrinsèque : autophagie

Réponse immune intrinsèque 1. Détection plusieurs familles de protéines, expression cytoplasmique ou membranaire capables de détecter des composants génériques des microbes ces senseurs sont appelés « pattern recognition receptor » (PRR) ils reconnaissent des « pathogen associated molecular pattern » (PAMP) Toll-like R (TLR) Rig-like R (RLR) Nod-like LR (NLR) membrane endosomes cytoplasme cytoplasme cytokines inflammatoires interférons «inflammasome» activation de chimiokines

Réponse intrinsèque 2. Transduction du signal Molecular Therapy (2010) Shayakhmetov,  Di Paolo Mossman

Réponse intrinsèque 3. Effecteurs : cytokines, interférons I cytokines produites par les cellules infectées : première réponse à l’infection IFN I (a, b) TNF a, IL-6, Il-12, IFN-g activent une réponse immune innée plus globale cellules dendritiques, macrophages, cellules adjacentes secrétées dans les fluides biologiques et sang (marqueurs d’infection très récente) symptômes d’infection virale (F°, somnolence, myalgies, nausées…) IFN I : interférons interfèrent avec la réplication virale – établissent un état antiviral mort de la cellule infectée - coupe-feu à l’infection

La voie Interféron a/b (I) Bouttier et al, Virologie 2008 (159-73)

Mais : les virus contrecarrent les voies Interférons ! Rôle majeur de la voie IFN dans la résistance aux infections virales : Virus délété d’une protéine contrecarrant la voie IFN : virulence très atténuée Hôte déleté d’un élément de la voie IFN : sensibilité accrue aux infections virales

La réponse immune innée 1. cellules dendritiques Lien entre la réponse innée et la réponse adaptative Certains virus infectent cellules dendritiques: inhibent production IFN Principles of Virology 2009 Flint, Enquist, Racaniello, Skalka

La réponse immune innée 2. cellules NK A l’interface immunité innée / adaptative un des rôles des NK = éliminer cellules qui n’expriment pas molécules MHC I ou expriment MHC I modifié intégration signaux activateurs/inhibiteurs De nombreux virus contrecarrent les NK : ex : produisent homologues de MHC-I, bloquent activation des NK

La réponse immune innée 3. le système du complément Cascade du complément : > 30 protéines, action séquentielle * lyse cellulaire ou lyse virale * activation de l’inflammation * opsonisation : liaison des protéines Ct à particules virales cellule phagocytaire les englobe et les détruit * solubilisation des immuns complexes ag-AC De nombreux virus contrecarrent la voie du complément ex : protéines capables de lier différentes fractions du complément

La réponse immune adaptative La réponse humorale et la réponse à médiation cellulaire sont indispensables mais la contribution de chacune varie en fonction du virus : Anticorps (AC) se lient aux particules virales dans le sang et les muqueuses Lymphocytes T détruisent les cellules infectées Comment ? Lymphocyte B reconnaît épitope de protéines virales intactes Lymphocyte T reconnaît peptide (protéolyse de protéines virales) associé à molécule du CMH cette reconnaissance entraîne production de cytokines division = amplification clonale (et cellules mémoire) activation = différenciation

1. Réponse immune cellulaire : l T Lymphocytes T CD4+ : auxiliaires interagissent avec lymphos B et cellules présentatrices d’ag-MHC classe II évolution des B en plasmocytes secréteurs d’anticorps évolution des CD8+ en T cytotoxiques Lymphocytes T CD8+ : cellules effectrices (lysent cellules infectées) interagissent avec presque toutes cellules organisme-MHC classe I tuent les cellules infectées perforine, granzymes apoptose (Fas ligand-Fas)

2. Réponse immune humorale : anticorps Apparition successive : IgM réponse systémique primaire IgA réponse muqueuse sécrétoire (clairance virale des muqueuses) IgG réponse systémique majeure, mémoire Réponse anticorps primaire, réponse anticorps secondaire :

Anticorps neutralisants AC neutralisants = AC protecteurs dirigés contre antigènes de surface du virus efficaces contre virus extra cellulaires empêchent entrée du virus ou premières étapes du cycle empêchent l’infection ou la limitent si administrés de façon préventive rôle des IgA muqueuses (base de la vaccination poliovirus orale) stratégie d’échappement des virus : mutations…

Rôle des anticorps

Evolution temporelle de la réponse immune Réponse innée rapide, non spécifique Réponse adaptative lente, spécifique…mémoire Cellules NK INF-α + INF-β Lymphocytes T Réponse Anticorps Réponse immune 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Jours post-infection d’après Cellular and Molecular Immunology A. K. Abbas, A.H. Lichtman, S.Pillai, 2012 34

Immunopathologie 1. Effets délétères de la réponse immune CD8 + hépatite aiguë VHB myocardite coxsackie B Anticorps dépôts de complexes antigènes-anticorps formes graves de dengue (4 sérotypes) 2. Immunosuppression induite par les virus rougeole, VIH 3. Réponse inflammatoire systémique orage cytokinique après infection par virus influenza

Physiopathologie des infections virales In vitro, l’évolution de l’infection de cellules en culture est variable : production de nouvelles particules et destruction cellulaire (virus cytopathique) production de nouvelles particules sans destruction cellulaire pas de production virale ni de destruction cellulaire In vivo et dans la population, l’évolution d’une infection virale est variable : charge virale infectante (inoculum) défenses de l’hôte (immunogénétique) composition de la population (hétérogène) environnement on observe deux grands schémas d’infection virale : 1. Infections aiguës 2. Infections persistantes (chroniques, latentes, lentes, transformantes)

Infections aiguës Les plus simples …exemples : grippe, rhinovirus début brutal de la maladie, durée brève des symptômes, résolution rapide production rapide de particules infectieuses par l’hôte infecté élimination rapide de l’infection par la forte réponse immune de l’hôte protection « à vie » 1. de nombreuses infections virales aiguës sont inapparentes (poliovirus : 99%) réplication virale suffisante pour diffuser, insuffisante pour symptômes preuve de l’infection : présence d’anticorps (AC) 2. chez l’immunodéprimé : l’infection peut devenir chronique – persistante

ex: incidence des cas de rougeole, de grippe, de gastro-entérite Epidémiologie Incidence des infections aiguës : nombre de cas divisé par une mesure de la taille de la population dans une période de temps nombre de cas / million d’habitants / an ex: incidence des cas de rougeole, de grippe, de gastro-entérite

Groupes Régionaux d’Observation de la Grippe : GROG Epidémiologie Exemple 1 : incidence de la grippe 12è semaine 2012 Exemple 2 : incidence des infections respiratoires entre octobre et décembre 2011 Groupes Régionaux d’Observation de la Grippe : GROG

Infections persistantes 1. latentes-réactivables Herpesvirus - Papillomavirus – Polyomavirus programmes alternatifs de réplication et latence échappement à la réponse immune de l’hôte maintien du génome viral dans certaines cellules sans production virale mini-chromosome non réplicatif (HSV) dans une cellule sans division mini-chromosome réplicatif (EBV) dans une cellule en division contrôle levé sous influence de stimulations diverses « stress » 1. ces infections sont asymptomatiques chez la majorité de la population 2. si déficit immunitaire : infections plus graves et réactivations + fréquentes 3. transformation (oncogénèse) dans un petit nombre de cas (cofacteurs ?)

Infections persistantes 2. chroniques VIH, virus des hépatites B et C infections très productives avec réplication abondante de virus = production continue d’antigènes viraux, exposés à l’hôte réponses spécifiques cellulaires (lymphocytes T) dysfonctionnelles épuisement lymphocytaire cellules lymphocytaires elles-mêmes cibles de l’infection virale échappement du virus à la réponse immune par mutagénèse infections transformantes (mécanismes liés au virus, liés à la réponse de l’hôte)

Epidémiologie Prévalence des infections chroniques : Séro-prévalence : infections dont la date de début n’est pas facile à déterminer nombre de cas / million d’habitants à une date donnée Séro-prévalence : pourcentage de sujets porteurs d’Anticorps IgG vis-à vis d’un virus infection aiguë ou vaccination : virus Rougeole infection persistante : Cytomégalovirus, Varicelle-Zona

Exemple : séroprévalence de l’infection par le VIH en 2009 Epidémiologie Exemple : séroprévalence de l’infection par le VIH en 2009 cdc.goc

Infections persistantes 3. lentes (SNC) Virus de la rougeole et panencéphalite sclérosante subaiguë Polyomavirus JC et encéphalopathie multifocale progressive virus responsables d’infections rares du système nerveux central (SNC) délai > 10-20 ans après l’infection initiale persistance dans un compartiment non connu de l’organisme entrée ultérieure dans le SNC, développement lent, fatal

Conclusion Physiopathologie de l’infection virale évènements survenant lors de l’infection virale d’un organisme hôte = somme des effets de la réplication virale et de la réponse immune La gravité de l’infection dépend de l’interaction entre les cellules infectées et les systèmes de défense immunitaire interactions nombreuses complexes, multifactorielles facteurs de virulence virale (virus + virulents, atténués : vaccins vivants) facteurs de susceptibilité à l’infection (gènes contrôlant l’immunité)