Immunopathologie de l’infection par le VIH 1er 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 m2

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

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

Lymphocytes 2. 3. Molécules de surface des 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 CD4 : chef d’orchestre de la réponse immunitaire champignons CD4 Mono/Mph NK parasites Cytokines PN cancers CD8 LB Anticorps bactéries virus Guislaine Carcelain / Brigitte Autran

Le virus VIH gp120 core enveloppe gp41 P7 (nucléocapside) P24 (capside) intégrasse P17(matrice) 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 CD4 est le récepteur du VIH Les lymphocytes CD4 sont les principales cibles du virus VIH / microgliale CD4 / macrophages d’après bmsfrance.fr

Entrée et réplication du virus VIH dans les cellules immunitaires (2) gp41 gp120 CD4 co-récepteur (CCR5 ou CXCR4)  liaison gp120/CD4  liaison gp120/coR  liaison gp41/membrane 1/2 vie # 1 min 1/2 vie # 5-8 min 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 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 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) Singe Homme Primo infection SIV Rhésus macaque Infection 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+ intestinales Précoce, dès la primo infection Brenchley, J Exp Med 2004 Mehandru, J Exp Med 2004 Guadalupe, J Virol 2003 CMNS total % CD4+ 5 10 ans Non reflété par le taux de cellules CD4 dans le sang

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 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 CD4 Activation des cellules CD8 cytotoxiques Fonctionnement anormal des cellules immunitaires 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 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-g 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-g, polyfonction) Appay, J Exp Med 00; Kostense, Blood 02; Betts Blood 06

Réponses immunes anti-VIH : cinétique CD4 CD8 anti-HIV HIV-RNA plasmatique AC anti-VIH CD4 anti-HIV Virémie (HIV-DNA) cellulaire Mois 3 10 Années Primo-infection 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

Déplétion en cellules CD4 sanguines (2) 20% R=0.62 Pente CD4 (3 dernières années) - 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 /mm3 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 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 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) - CD4 > 600/mm3 - sans symptômes ni traitement antirétroviral

Asymptomatiques à long terme : virologie Virus non défectueux Cao, NEJM 1995 Virus VIH à tropisme CCR5 Candotti, 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 accrue cellules 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 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 : CCR5 D32(hzg) + SDF-1 wt + HLA-B27+, DR6-, avec 3 parmi HLA-A3, B14, B17 et DR7 Permet de prédire 80% des patients ALT Magierowska, Blood 1999 Moins de mutations sur le gène de CX3CR1 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 G. Carcelain A. Samri P. Debré B. Autran Service de virologie V. Calvez A. G. Marcellin Unité d’épidémiologie D. Costagliola Service des Maladies Infectieuses C. Katlama R. Tubiana M. A. Valantin