ii. physiopathologie au cours de l'infection vih

Immunité muqueuse :

Exemple de l’immunité digestive au

cours de l’infection VIH

Pierre DELOBEL

Service des Maladies Infectieuses et Tropicales

& INSERM UMR1043

CHU de Toulouse

DESC 16/04/2015

Plan: I. Physiologie I.1. Effecteurs de l’immunité innnée et adaptative muqueuse I.2. Mécanismes de homing intestinal des cellules immunitaires II. Physiopathologie au cours de l’infection VIH II.1. Atteinte de la muqueuse digestive au cours de l’infection VIH II.2. Translocation bactérienne: conséquences inflammatoires et métaboliques II.3. Focus sur le rôle des Th17 II.4. Reconstitution de l’immunité muqueuse sous traitement ARV

Plan: I. Physiologie I.1. Effecteurs de l’immunité innnée et adaptative muqueuse I.2. Mécanismes de homing intestinal des cellules immunitaires II. Physiopathologie au cours de l’infection VIH II.1. Atteinte de la muqueuse digestive au cours de l’infection VIH II.2. Translocation bactérienne: conséquences inflammatoires et métaboliques II.3. Focus sur le rôle des Th17 II.4. Reconstitution de l’immunité muqueuse sous traitement ARV

Effecteurs immunitaires de la muqueuse intestinale

Epithelium: Enterocytes

Goblet cells

Paneth cells Intra-Epithelial Lymphocytes

Lamina propria: Lymphocytes T CD4+ / T CD8+ Plasmocytes IgA+ DC Macrophages Innate Lymphoid cells

Plaques de Peyer: DC Lymphocytes T CD4+ / T CD8+ Lymphocytes B

Abreu Nat Rev Immunol 2010

Barrière muqueuse: jonctions serrées

Turner Nat Rev Immunol 2009

Immunité innée de barrière non spécifique: Globet cells ! mucin

Paneth cells ! α-defensins

Bevins Nat Rev Immunol 2011

Immunité innée de barrière non spécifique: Pathogens-Associated Molecular Patterns sensing

Hooper Nat Rev Immunol 2010

Présentation antigénique: Cellules dendritiques

Cellules « M »

Artis Nat Rev Immunol 2008

Lymphocytes intra-épithéliaux: T αβ CD8+ et T γδ

IEL " Entérocytes

αEβ7 ó E-cadherin

Cheroutre Nat Rev Immunol 2011

Innate Lymphoid Cells T γδ, iNKT, LTi-like, NKp46+…

! Production d’IL-17 et d’IL-22 Cua Nat Rev Immunol 2010

Lamina propria: Plasmocytes IgA+

Lymphocytes T+ CD4

Plasmocytes IgA+ Lymphocytes T CD4+

Th17

Fagarasan Nat Rev Immunol 2003 Mavigner JCI 2012

Plan: I. Physiologie I.1. Effecteurs de l’immunité innnée et adaptative muqueuse I.2. Mécanismes de homing intestinal des cellules immunitaires II. Physiopathologie au cours de l’infection VIH II.1. Atteinte de la muqueuse digestive au cours de l’infection VIH II.2. Translocation bactérienne: conséquences inflammatoires et métaboliques II.3. Focus sur le rôle des Th17 II.4. Reconstitution de l’immunité muqueuse sous traitement ARV

Présentation antigénique: cellules dendritiques

Rôle de l’acide rétinoïque / DC CD103+ Induction de l’expression des marqueurs de homing α4β7 et CCR9

Coombes Nat Rev Immunol 2008

Marqueurs de homing intestinal

Johansson Nat Immunol 2005

Cellule M

Cellule épithéliale

DC

Antigène

SITES INDUCTEURS

LT

Sang

Ganglions lymphatiques

mésentériques

(MLN)

Cellules apoptotiques

SITES INDUCTEURS (Plaques de Peyer ou

follicule lymphoïde isolé)

SITES EFFECTEURS (lamina propria)

Canal thoracique

Circulation périphérique

Cellules endothéliale exprimant

MAdCAM-1

Centre germinatif LT activés

LT naïfs

Canaux lymphatiques LT exprimant α4β7

LT quiescents

Veinule

! Rôle de CCR9 et α4β7

α4β7

CCL25 exprimé par les cellules épithéliales de l’intestin grêle

MAdCAM-1 exprimée sur les cellules endothéliales des plaques de Peyer et de la lamina propria de l’intestin grêle et du colon

CCR9

Chimiotactisme des lymphocytes vers la muqueuse intestinale

CCL20 exprimé par les cellules épithéliales

Rôle dans le homing des Th17

CCR6

Voies de homing homéostatique (CCR9-CCL25, α4β7-MAdCAM1, CCR6-CCL20…)

et inflammatoire (induction CCR6-CCL20, CXCR3-CXCL9/10/11…)

CCL28 exprimé par les cellules épithéliales

Rôle dans le homing des Th22

CCR10

CXCR3

Rôle dans le homing des Th1

CXCL9/10/11

Chimiotactisme des lymphocytes vers la muqueuse intestinale

Plan: I. Physiologie I.1. Effecteurs de l’immunité innnée et adaptative muqueuse I.2. Mécanismes de homing intestinal des cellules immunitaires II. Physiopathologie au cours de l’infection VIH II.1. Atteinte de la muqueuse digestive au cours de l’infection VIH II.2. Translocation bactérienne: conséquences inflammatoires et métaboliques II.3. Focus sur le rôle des Th17 II.4. Reconstitution de l’immunité muqueuse sous traitement ARV

q  Les T CD4+ du GALT sont des effecteurs mémoires CCR5+

q  Affinité de la gp120 pour α4β7

Arthos Nat Immunol 2008; Cicala PNAS 2009

D’après Johnson NEJM 2008

# Infection préférentielle des T CD4+ intestinaux

Le VIH a un tropisme particulier pour les T CD4+ du GALT

Atteinte des sites inducteurs et effecteurs du GALT au cours de l’infection VIH

Une infection massive des T CD4+ du GALT survient dès la primo-infection VIH

D. Douek

q  Les T CD4+ infectés contiennent 1-2 copies d’ADN gag

q  60% des T CD4+ mémoires du GALT peuvent être infectés au pic de virémie

La muqueuse intestinale est un tissu clé de l’infection VIH

q  Les T CD4+ de la lamina propria sont déplétés au cours de la primo-infection

q  Les T CD4+ intestinaux restent diminués en phase chronique et ne sont restaurés que de façon incomplète sous antirétroviraux

Mattapallil Nature 2005 Li Nature 2005 Brenchley J Exp Med 2004

Mavigner JCI 2012

AD

N V

IH-1

(c

opie

s/10

6 LT C

D4+

) n=16 Moyenne : 2.5 copies/mg

AR

N V

IH-1

(cop

ies/

mg

de ti

ssu

jéju

nal)

ð  Etude ANRS EP44:

20 patients avec CV < 50 copies depuis 66 mois [49-67] sous ARV

Taux T CD4+ 668/mm3 [451-849], nadir T CD4+ 185/mm3 [123-221]

Ä  Persistance d’ARN VIH chez tous les patients mais niveau faible Ä  ADN VIH 6x plus important dans les T CD4+ du jejunum vs sang

Persistance virale au niveau des sites effecteurs des muqueuses digestives

patients

Mavigner JCI 2012

ð  Les LT CD4+ muqueux sont majoritairement des mémoires effectrices: # Durée de vie courte des ces cellules hébergeant de l’ADN VIH

Infection récente in situ? Différenciation et migration de cellules infectées?

Persistance virale au niveau des sites effecteurs des muqueuses digestives

Contrôles Contrôles VIH+ VIH+

Sang Muqueuse duodéno-jejunale

Mavigner JCI 2012

Plan: I. Physiologie I.1. Effecteurs de l’immunité innnée et adaptative muqueuse I.2. Mécanismes de homing intestinal des cellules immunitaires II. Physiopathologie au cours de l’infection VIH II.1. Atteinte de la muqueuse digestive au cours de l’infection VIH II.2. Translocation bactérienne: conséquences inflammatoires et métaboliques II.3. Focus sur le rôle des Th17 II.4. Reconstitution de l’immunité muqueuse sous traitement ARV

VIH - VIH +

Translocation microbienne au cours de l’infection VIH

Klatt Trends in Microbiol 2012

Translocation microbienne et activation immunitaire

q  Niveaux élevés de produits microbiens dans le plasma des patients infectés par le VIH-1: LPS, ADNr16S

q  Niveau de translocation bactérienne corrélé à l’activation immunitaire systémique:

Monocytes : sCD14 Lymphocytes T: HLA-DR, CD38

Brenchley Nat Med 2006

LPS plasmatique (pg/ml)

% L

T CD

8+ C

D38

+ HLA

-DR

+

LPS

plas

mat

ique

(pg/

ml)

HIV- SIDA Phase précoce

Phase chronique

Cercle vicieux entre translocation microbienne et activation immunitaire

GALT

Entéropathie Déplétion CD4

Cellules cibles

Activation immunitaire

Translocation microbienne

D’après Douek Annu Rev Med 2009

VIH

Renouvellement CD4 réduit

Translocation microbienne et maladies inflammatoires chroniques du tube digestif

! Des phénomènes de translocation microbienne existent au cours des MICI comme dans l’infection par le VIH

Translocation microbienne et troubles métaboliques

control High Fat Dietary 1 week

Muqueuse iléale E. coli GFP

Amar EMBO Mol Med 2011

Translocation microbienne et troubles métaboliques

Présence de produits bactériens transloqués dans le sang, les adénopathies mésentériques, et le tissu adipeux

Influence du régime alimentaire

Amar EMBO Mol Med 2011

Translocation microbienne et troubles métaboliques

Co-localisation E. coli / cellules dendritiques dans la muqueuse iléale

Amar EMBO Mol Med 2011

Translocation microbienne et troubles métaboliques

Co-localisation E. coli /cellules dendritiques dans les ganglions mésentériques

Amar EMBO Mol Med 2011

Plan: I. Physiologie I.1. Effecteurs de l’immunité innnée et adaptative muqueuse I.2. Mécanismes de homing intestinal des cellules immunitaires II. Physiopathologie au cours de l’infection VIH II.1. Atteinte de la muqueuse digestive au cours de l’infection VIH II.2. Translocation bactérienne: conséquences inflammatoires et métaboliques II.3. Focus sur le rôle des Th17 II.4. Reconstitution de l’immunité muqueuse sous traitement ARV

Rôle des Th17 dans l’homéostasie muqueuse intestinale : immunité & auto-immunité

q  les souris IL17 -/- KO sont protégées contre les maladies auto-immunes

q  niveaux élevés d’IL-17 dans les maladies auto-immunes chez l’homme

q  rôle protecteur contre les pathogènes extra-cellulaires

q  rôle protecteur sur l’intégrité de l’épithelium

! Rôle protecteur des Th17 contre les pathogènes au niveau des barrières muqueuses

Rôle des Th17 dans l’homéostasie muqueuse intestinale : protecteur

ð  déséquilibre Th17 / Treg dans la pathogénèse des maladies inflammatoires digestives

Kanai Mucosal Immunology 2012

Rôle des Th17 dans l’homéostasie muqueuse intestinale : pro-inflammatoire?

Les Th17 intestinales sont spécifiquement déplétées au cours des infections HIV/SIV pathogènes

HAART

untreated

Gut Gut

ð  Les Th17 intestinales sont spécifiquement diminuées parmi les T CD4+ et incomplètement restaurées sous antirétroviraux

Brenchley Blood 2008

Gut Gut Brenchley Blood 2008

Les Th17 intestinales sont préservées au cours des infections SIV non-pathogènes

ð  Les Th17 intestinales sont spécifiquement préservées parmi les T CD4+ de la muqueuse intestinale

Différences les infections HIV et SIV pathogènes/ non-pathogènes

Sooty Mangabeys

Human

Rhesus macaques

African Green Monkeys

Adapted from Paiardini Curr Opin HIV AIDS 2010

Natural hosts

Non-natural hosts

Yes No

Rare Yes Yes No

No

Yes Yes Yes Yes No Yes

Yes

Mécanismes de la déplétion des Th17 intestinales au cours de l’infection VIH

q  Destruction directe des Th17 par l’infection virale? Ø Infection préférentielle des CD4+ CD45RO+ CCR6+ Ø Mais pas de déplétion de Th17 de la muqueuse alvéolaire

q  Défaut de différenciation des Th17 dans la muqueuse? Ø Rôle de l’IL-21?

q  Défaut de homing des Th17 vers l’intestin ? Ø  Axe CCR6/CCL20 déficitaire

Plan: I. Physiologie I.1. Effecteurs de l’immunité innnée et adaptative muqueuse I.2. Mécanismes de homing intestinal des cellules immunitaires II. Physiopathologie au cours de l’infection VIH II.1. Atteinte de la muqueuse digestive au cours de l’infection VIH II.2. Translocation bactérienne: conséquences inflammatoires et métaboliques II.3. Focus sur le rôle des Th17 II.4. Reconstitution de l’immunité muqueuse sous traitement ARV

Atteinte de la barrière muqueuse et activation immunitaire persistante sous ARV

Déplétion persistante des T CD4+ intestinaux malgré un traitement ARV prolongé

CD

4 + T

cel

ls (%

)

100

80

60

40

20

0 Controls HIV +

P = 0.002

P = 0.0001

Controls HIV +

1500

1000

500

0 C

ontr

ols

HIV

+ Gut

CD

4 + T

cel

ls/m

m2

CV < 50 copies depuis 66 mois [49-67] T CD4+ 668/mm3 [451-849]

Mavigner JCI 2012

Persistante de dommages entérocytaires et d’une translocation bactérienne sous ARV

Atteinte de la barrière muqueuse et activation immunitaire persistante sous ARV

Controls HIV +

1500

1000

500

0

I-FA

BP

(pg/

ml)

P = 0.038

2

8

4

0

6

LPS

(pg/

ml)

1000

4000

2000

0

3000

sCD

14 (n

g/m

l)

P = 0.005

Controls HIV + Controls HIV +

P = 0.004

Mavigner JCI 2012

Distribution inverse des LT CD4+ CCR9+ α4β7+ entre sang et muqueuse intestinale

Gut

CC

R9

+ β7

hi

CD

4 + T

cel

ls (%

)

5

20

10

0

15

+ - - + HIV

PB Gut

P = 0.002 P = 0.014

5

20

10

0

15

5

20

10

0

15

5 20 10 0 15 5 20 10 0 15

ρ = - 0.53 P = 0.017

ρ = - 0.75 P = 0.019

PB CCR9 +β7 hi CD4 + T cells (%)

Gut

CC

R9

+ β7

hi C

D4

+ T

cells

(%)

HIV + Controls

Gut

CC

R9

+ β7

hi C

D4

+ T

cells

(%)

PB CCR9 +β7 hi CD4 + T cells (%)

Mavigner JCI 2012

q  Chimiokine exprimée par les cellules endothéliales et épithéliales de l’intestin grêle q  Ligand de CCR9

CCL25

Controls HIV +

P = 0.0001

0.5

2.0

1.0

0.0

1.5

CC

L25

mR

NA

expr

essi

on (A

U)

Controls HIV +

P = 0.006

5

20

10

0

15

CC

L25

expr

essi

on

per

sur

face

uni

t (%

)

Con

trol

s H

IV +

Expression réduite de CCL25 dans la muqueuse intestinale des patients VIH+ sous ARV

Mavigner JCI 2012

Loiseau et al., données non publiées

î  expression de CCL20 par les entérocytes

î  fréquence des T CD4+ CCR6+ dans la muqueuse intestinale

0

1

2

3P=0.0009

HIV-1 - +

CCL2

0 m

RNA

expr

essio

n (A

.U)

0

20

40

60

80

100 P=0.002

HIV-1 - +

Gut

CD

4+

CC

R6+ T

cel

ls (%

)

Expression réduite de CCL20 dans la muqueuse intestinale des patients VIH+ sous ARV

q  Chimiokine exprimée par les entérocytes q  Ligand de CCR6

CCL20

HIV-1- HIV-1+

CCL20 CCL20

Homing intestinal des Th17

CXCR3 C

CR

4

CC

R6

CD161

0

5

10

15 P=0.02

HIV-1 - +

Gut

Th1

7 ce

lls (

%)

$ fréquence des Th17 dans la muqueuse intestinale des

patients VIH+ sous ARV

Th17

Loiseau et al., données non publiées

↓ CCR6+ T cells gut homing

↑ CCR6- Treg cells lamina propria ↓ Th17 cells lamina propria

↓ Gut CCR6- Treg/Th17 ratio

↓ IL-17 cytokine production

↓ CCL20 chemokine expression by epithelial cells

HIV-1+

Chronic phase cART

Défaut de l’axe CCR6-CCL20 et déficit en Th17

Défaut de reconstitution des T CD4+ / Th17 de la muqueuse intestinale par altération des axes de homing

CCR9-CCL25 et CCR6-CCL20

T CD4+ / Th17

T CD4+ / Th17

Sang Intestin

VIH+ VIH-

Translocation bactérienne

Activation immunitaire

+

+

-

-

Expression CCL20/CCL25 par les entérocytes + -

Conclusions

q  Complexité de l’immunité muqueuse: Barrière épithéliale / Immunité innée / DC/ immunité adaptative / Homing Rôle majeur de l’IL-17 dans l’immunité muqueuse contre les pathogènes

q  Altération des axes de homing CCR9/CCL25 et CCR6/CCL20: Défaut de reconstitution T CD4+ et notamment Th17 sous antirétroviraux

q  Muqueuse intestinale: cible majeure de l’infection VIH Les Th17 intestinales sont déplétées dans les infections HIV/SIV mais préservées dans les infections SIV non pathogènes

q  Translocation bactérienne Conséquences inflammatoires et métaboliques

Centre de Physiopathologie de Toulouse-Purpan, INSERM UMR1043 Equipe 8 «Infections virales: persistance, réponse de l’hôte et physiopathologie» J. Izopet

C. Loiseau, M. Mavigner, M. Cazabat, M. Requena, P. Delobel

Institut des Maladies Métaboliques et Cardiovasculaires, INSERM UMR1048 Equipe 2 «Facteurs de risque intestinaux, dyslipidémie, diabète »

J. Amar, R. Burcelin

Service des Maladies Infectieuses et Tropicales, CHU Purpan, Toulouse B. Marchou, P. Delobel

Pôle digestif, CHU Purpan, Toulouse L. Alric, N. Carrere, B. Suc