ii. physiopathologie au cours de l'infection vih
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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