Le point Vétérinaire n° 232 du 01/02/2003
 

PATHOLOGIE RESPIRATOIRE

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COURS

Jean-Jacques Letesson

Laboratoire d'immunologie
et de microbiologie, Unité de recherche
en biologie moléculaire,
Fondation universitaire Notre-Dame-de-la-Paix,
Namur (Belgique).

Les similitudes entre virus RS humain et bovin permettent de mieux comprendre la problématique de la vaccination contre le BRSV et la nature des accidents post vaccinaux rencontrés dans les deux espèces.

Résumé

La vaccination contre le virus respiratoire syncytial bovin (BRSV) doit être envisagée à la lumière des connaissances acquises en matière de virus respiratoire syncytial humain (HRSV). Ces deux virus présentent de nombreuses similitudes, et l’épidémiologie et les signes cliniques des infections qu’ils provoquent sont aussi très similaires. La réponse immune contre HRSV et BRSV fait donc face aux mêmes contraintes (caractère transitoire de la réponse locale, non-prévention systématique des réinfections par la réponse induite par une primo-infection, difficultés de la protection en présence d’anticorps d’origine maternelle, apparition de lésions liées à la réponse immunitaire, existence d’accidents post vaccinaux). La mise au point d’un vaccin efficace contre le BRSV doit surmonter des obstacles liés à l’influence de l’atténuation (vaccins vivants), à l’obtention d’une réponse immune adéquate et à la possible apparition de phénomène d’exacerbation des symptômes lors d’infection naturelle

La vaccination contre les virus respiratoires syncytiaux (RS) reste dominée par le spectre d’un accident historique. Pendant la période 1965-1967, un vaccin contre le virus respiratoire syncytial humain (HRSV), inactivé au formol, a été testé chez des enfants. De manière inattendue, suite à une infection naturelle ultérieure par le HRSV, les enfants vaccinés ont développé des signes cliniques sévères qui ont conduit à l’hospitalisation de 80  d’entre eux et à deux décès. Dans un groupe témoin, vacciné avec un vaccin parainfluenza, seuls 5  des enfants infectés par le HRSV avaient été hospitalisés [6, 10].

Il apparaît donc que, dans certaines conditions, une vaccination contre le HRSV est susceptible d’aggraver la symptomatologie liée à une infection naturelle par ce virus. L’exacerbation semble liée à des phénomènes immunopathologiques, étudiés depuis plus de dix ans, mais non encore entièrement élucidés à l’heure actuelle. Ce problème, qui continue à hanter les essais vaccinaux chez l’homme, constitue le principal facteur expliquant qu’il n’existe actuellement aucun vaccin commercialisé contre le HRSV, malgré l’importance de cette maladie chez l’enfant, et en dépit de la priorité mise par l’OMS (1) sur le développement d’un vaccin humain efficace et d’un foisonnement de littérature, parfois contradictoire.

C’est, entre autres, en fonction de ces considérations que la vaccination contre le virus respiratoire syncytial bovin (BRSV) doit être envisagée. Il existe en effet une série d’éléments qui rapprochent fortement les virus RS humain et bovin.

De nombreuses similitudes entre virus RS humain et bovin

1. Similarités sur les plans du génome et du mode de réplication

Le HRSV a été isolé pour la première fois en 1956, chez des enfants qui présentaient des troubles respiratoires sévères [15]. Ce virus provoquait, dans des cultures cellulaires, l’apparition de cellules géantes multinucléées (syncytia) (PHOTO 1), ce qui lui valut sa dénomination. En 1970, un virus provoquant le même type de lésions en culture a été isolé chez des bovins qui souffraient de troubles respiratoires, et baptisé dès lors BRSV [23]  (2).

Les virus RS sont pourvus d’une enveloppe issue de leur bourgeonnement de la cellule infectée. Leur génome est constitué d’un ARN simple brin qui code dix ARN messagers, traduits à leur tour en dix protéines. Parmi elles, les deux protéines immunogènes majeures sont la protéine d’attachement G et la protéine de fusion F.

2. Les protéines des deux virus sont étroitement apparentées aux niveaux structural et antigénique

Les protéines structurales de ces deux virus sont généralement assez similaires (plus de 80  d’identité en acides aminés), à l’exception de la protéine G, responsable de l’attachement du virus à la cellule hôte. Cette parenté structurale est à mettre en parallèle avec une parenté antigénique : par exemple les anticorps anti-F du HRSV réagissent aussi contre la protéine F du BRSV et vice versa.

La protéine F est responsable de la fusion de l’enveloppe virale à la membrane cellulaire, ainsi que de la fusion des membranes des cellules infectées entre elles, ce qui conduit à la formation de syncytia.

Les anticorps dirigés contre la protéine F sont capables d’empêcher son fonctionnement. Ils interfèrent ainsi avec l’infection des cellules par le virus RS et avec la formation des syncytia. Leur activité, appelée neutralisante et/ou inhibitrice de fusion, semble être un paramètre essentiel de la protection contre l’infection des voies respiratoires par le virus RS [21].

La protéine F est sensible à divers traitements comme la chaleur, la fixation (formol) ou l’abaissement du pH, qui modifient sa conformation. Ce type de traitement est souvent utilisé pour inactiver des souches vaccinales de RS ou pour produire des protéines purifiées à des fins vaccinales. Suite à de tels traitements, les préparations vaccinales induisent des anticorps dirigés contre une protéine F mal conformée, qui sont souvent peu capables d’activité neutralisante [16].

3. Une épidémiologie et des signes cliniques qui se ressemblent étroitement [3]

Une primo-infection par le BRSV peut conduire à une affection grave des voies respiratoires profondes, mais il existe des infections asymptomatiques. Chez les enfants, la sévérité de la maladie est variable, les cas mortels touchent surtout les enfants immunodéprimés.

Chez le veau et chez l’enfant, les signes cliniques apparaissent après quatre ou cinq jours d’incubation et incluent une hyperthermie, du jetage nasal et une toux sèche. À ce stade, la maladie peut rétrocéder ou évoluer en deux ou trois jours vers une symptomatologie typique d’une atteinte de l’arbre respiratoire profond : tachypnée, dyspnée, respiration abdominale et, le cas échéant, conduire à la mort.

Les poumons présentent des lésions d’emphysème marquées, de l’œdème et une distension des septa interlobulaires. Outre les bronchiolites et les lésions de pneumonie interstitielle, l’examen histologique révèle des infiltrations mononucléées dans les parois alvéolaires avec des inclusions éosinophiles et la formation de syncytia. Des macrophages et des polynucléaires neutrophiles s’accumulent dans les espaces alvéolaires.

Les infections par les virus RS ont une incidence maximale en automne et en hiver dans les régions tempérées. Les jeunes individus y sont particulièrement sensibles, même en présence d’anticorps d’origine maternelle.

Après une primo-infection par le HRSV ou le BRSV, les réinfections multiples sont fréquentes. Elles génèrent ordinairement des signes cliniques d’intensité décroissante avec les contacts successifs.

Dans certains élevages, la maladie revient chaque année et peut devenir endémique. La fréquence des réinfections suggère une persistance du virus au niveau individuel avec des épisodes de réactivation [20].

La réponse immune contre HRSV et BRSV fait face aux mêmes contraintes

1. Infection des muqueuses respiratoires et immunité

Le virus RS réalise une infection des muqueuses des voies respiratoires sans localisation systémique [14]. La période d’incubation est très courte, de l’ordre de deux ou trois jours. Le virus atteint son pic de multiplication en quatre à cinq jours et disparaît après sept à huit jours. La rapidité de cette évolution et la localisation muqueuse de l’infection ont d’importantes conséquences sur la réponse immunitaire et sur la possibilité d’isoler le virus lors d’infection (diagnostic virologique).

Chez le bovin comme chez la souris, lors d’une primo-infection en l’absence d’anticorps d’origine maternelle, les anticorps apparaissent trop tard pour être impliqués dans la décroissance de l’excrétion virale [2]. En effet, lorsque les premières IgG muqueuses apparaissent par transsudation des IgG circulantes, le virus est déjà pratiquement éliminé. La quantité d’IgG locales évolue parallèlement à celle des IgG circulantes. Les IgA locales apparaissent encore plus tardivement et sont relativement transitoires.

À l’inverse, les activités cellulaires cytotoxiques destinées à éliminer les cellules infectées sont mieux corrélées avec la décroissance de l’excrétion virale. Ainsi, un pic d’activité des cellules cytotoxiques non spécifiques (Natural Killer) coïncide avec le pic de réplication virale et l’activité des lymphocytes T cytotoxiques spécifiques culmine peu après le pic de réexcrétion.

Le caractère transitoire de la réponse locale humorale et cellulaire (environ quatre mois) entraîne une résistance de courte durée aux infections respiratoires (environ quatre à six mois). En effet, les réinfections que l’on constate souvent sont en partie liées à l’incubation courte de ce type de maladie. La réplication virale peut avoir lieu avant que la réponse immune mémoire ne soit rappelée et ne contrôle l’infection. Il en va autrement pour les infections systémiques, où la période d’incubation plus longue donne le temps à la réponse mémoire de s’amplifier et de contrôler la maladie (voir la FIGURE « Comparaison d’une infection muqueuse et d’une infection systémique »).

Dans des infections de type RS, la réponse immune induite par une primo-infection ne prévient pas systématiquement la réinfection. Seule la persistance au niveau local d’une mémoire immune et surtout des effecteurs immuns (anticorps) peut contribuer significativement à réduire l’incidence des réinfections.

Alors que la réponse IgA locale est éphémère, la réponse IgG systémique dure plus longtemps et s’accroît suite aux contacts répétés avec l’agent infectieux. La transsudation des IgG systémiques vers les muqueuses étant un phénomène passif, la quantité d’IgG locales disponible est directement corrélée à la quantité d’IgG circulantes. La résistance aux réinfections semble dépendre de la présence locale d’une grande quantité d’anticorps spécifiques. En outre, plus que leur quantité, il apparaît que c’est l’activité fonctionnelle des anticorps présents qui est le mieux corrélée avec leur rôle protecteur. Ces anticorps doivent avoir une activité neutralisante (voire inhibitrice de fusion) pour être réellement efficaces et ces activités sont majoritairement portées par les anticorps spécifiques de la protéine F et accessoirement par les anticorps anti-G.

Outre une réponse cytotoxique mémoire, c’est la qualité de la réponse anticorps et sa localisation adéquate qui déterminent son efficacité.

C’est dans ce contexte qu’il convient de voir l’impact de l’immunité passive d’origine maternelle.

2. Infection en présence d’anticorps maternels et immunité

Chez l’enfant et chez le veau, les anticorps d’origine maternelle peuvent contribuer à limiter les signes cliniques de la maladie. Néanmoins, des infections, même sous le couvert de l’immunité maternelle, sont souvent constatées. Pour les raisons déjà évoquées (diffusion passive de la circulation vers les territoires muqueux), cette immunité passive, pour être protectrice, doit atteindre non seulement une quantité suffisante mais aussi un seuil critique en anticorps neutralisants. Or, la qualité de l’immunité passive est variable selon les individus et diminue au cours du temps en fonction de la demi-vie plasmatique des anticorps d’origine maternelle qui ne sont évidemment pas renouvelés.

Aussi, certains jeunes individus ont une immunité maternelle insuffisante quand ils entrent en contact avec le virus sauvage

Néanmoins, ces anticorps passifs ont également leurs inconvénients. Leur présence interfère avec l’induction d’une immunité active par une sorte de mécanisme de « feed-back » négatif. On décrit ainsi, chez la souris, lors d’une infection en présence d’anticorps maternels, une limitation de la production d’anticorps locaux et systémiques anti-F, anti-G et de lymphocytes T cytotoxiques anti-RSV [4]. Si l’on ajoute à cela que les très jeunes individus ont un système immunitaire encore immature, il est clair que cette situation complique singulièrement les approches vaccinales.

3. Lésions liées à la réponse immunitaire

S’il ne fait pas de doute que la réponse immunitaire puisse contrecarrer une infection par le RSV, il semble tout aussi évident que cette réponse soit également impliquée dans la nature et l’étendue des lésions pulmonaires [11].

Ainsi, par exemple, les œdèmes et les lésions inflammatoires généralisées à l’ensemble du poumon peuvent difficilement être imputables à la seule réplication virale, et cela d’autant plus que les antigènes viraux sont majoritairement retrouvés dans les lobes cranio-ventraux.

L’accident consécutif au contact naturel avec le HRSV chez des enfants vaccinés avec un vaccin inactivé par traitement au formol conduit aussi à impliquer des phénomènes immunopathologiques. Une situation analogue a été constatée chez le bovin en utilisant un vaccin BRSV inactivé(3).

La question de l’analogie entre les mécanismes pathologiques responsables des cas graves lors de primo-infections par le RSV et ceux responsables des accidents postvaccinaux peut donc être posée. En effet, dans le premier cas, un contact préalable avec le virus sans symptomatologie apparente (lié à la présence abondante d’anticorps maternels par exemple) pourrait avoir dévié la réponse immunitaire vers une orientation défavorable, comparable à celle qui est induite par le vaccin inactivé. Dans les deux cas, le contact ultérieur avec le virus se concrétiserait par une réaction pathologique exacerbée.

Les facteurs responsables de ces manifestations et les mécanismes immunopathologiques commencent à être mieux connus.

Puisque certaines manifestations cliniques sévères se produisent souvent en présence d’anticorps maternels ou après une vaccination avec un virus inactivé qui induit de très hauts titres en anticorps, certains types d’anticorps ont été incriminés dans les phénomènes pathologiques. La faible activité neutralisante des anticorps induits par les vaccins inactivés a pu notamment être mise en avant [16].

Quoi qu’il en soit, ces anticorps ne semblent pas seuls en cause, puisque l’on n’a jamais réussi à reproduire ces manifestations pathologiques exacerbées en transférant à un individu naïf des anticorps de ce type avant infection.

De récentes études suggèrent que les lymphocytes T auxiliaires (Th) jouent un rôle central dans l’orientation de la réponse immune vers la protection ou la pathologie lors d’une infection par le virus RS [8, 9] (voir la FIGURE « Facteurs influençant l’orientation d’une réponse T).

En effet, chez la souris, et peut-être chez l’homme, la protection contre le HRSV semble associée majoritairement à une réponse de type Th1 qui oriente le système immunitaire vers la production de cellules cytotoxiques, la production de médiateurs antiviraux (interféron gamma) et la synthèse d’anticorps fixant le complément, mais n’activant pas les mastocytes.

À l’inverse, les phénomènes pathologiques seraient déclenchés par une réponse excessive de type Th2. Ces cellules sécrètent des médiateurs (interleukines) qui orientent le système immunitaire vers la production d’anticorps peu fixateurs de complément ou capables de se lier aux mastocytes (IgE), vers l’activation des mastocytes et des éosinophiles. En ce sens, la pathogénie des infections par le RSV ressemblerait à celle des infections parasitaires ou à celle des manifestations asthmatiques, qui sont aussi liées à des réponses de type Th2.

L’origine de l’orientation inadéquate de la réponse immunitaire dans les cas graves d’infection par les virus RS est vraisemblablement multifactorielle : facteurs génétiques prédisposants, terrain atopique, contact préalable déviant avec le virus (vaccin inactivé présentant une modification de sa structure antigénique ou, peut-être, en présence d’anticorps maternels), immaturité du système immunitaire, infections intercurrentes, etc.

Les approches vaccinales actuelles se doivent donc de tenir compte de ces paramètres et notamment d’induire une réponse immune dont la balance Th1/Th2 soit optimale.

Conclusion

La mise au point d’un vaccin efficace pour prévenir la contamination du bétail par le BRSV ou pour le protéger contre les effets cliniques d’une telle contamination constitue donc une tâche très complexe (4). Si l’on considère les nombreuses similitudes qui existent entre le HRSV et le BRSV, il est fort probable que les problématiques vaccinales liées à ces deux virus se recoupent. Celles-ci conduisent à s’interroger sur l’innocuité de vaccins BRSV inactivés autrefois disponibles sur le marché. Les développements dans la connaissance de la biologie des virus RS, la meilleure compréhension de la réponse immune anti-RS et de ses déviations et l’amélioration des formulations adjuvantes permettront d’élaborer des préparations vaccinales inactivées ou sous-unitaires efficaces et sans effets délétères.

En ce qui concerne les préparations vaccinales vivantes atténuées, leur efficacité pourrait encore être améliorée en validant l’effet protecteur d’une administration locale par voie nasale.

  • (1) OMS : Organisation mondiale de la santé.

  • (2) Ces virus sont classés dans le genre Pneumovirus, famille des Paramyxoviridae, ordre des Mononegavirales [17].

  • (3) Voir l’article « Taux de mortalité élevé dû au BRSV dans un lot de veaux vaccinés », du même auteur dans ce numéro.

  • (4) Voir le débat technique « Vaccination des bovins contre le BRSV : des obstacles difficiles à surmonter », du même auteur dans ce numéro.

Points forts

Dans certaines conditions, une vaccination contre un virus RS a pu aggraver la symptomatologie liée à une infection naturelle par ce virus.

Les anticorps dirigés contre la protéine F jouent un rôle essentiel dans la protection contre l’infection des voies respiratoires par les virus RS (activité neutralisante et/ou inhibitrice de fusion).

La protéine F est sensible aux traitements d’inactivation des souches vaccinales. Les anticorps anti-F suscités par les vaccins inactivés peuvent donc être peu fonctionnels.

Les virus RS réalisent une infection des muqueuses des voies respiratoires sans localisation systémique.

Le caractère transitoire de la réponse immunitaire locale entraîne une résistance de courte durée aux infections respiratoires.

La réponse immune induite par une primo-infection ne prévient pas systématiquement la réinfection.

La résistance aux réinfections dépend de la présence locale d’une grande quantité d’anticorps spécifiques et de leur activité fonctionnelle.

ATTENTION

L’origine de l’orientation inadéquate de la réponse immunitaire dans les cas graves de RSV est probablement multifactorielle (prédisposition génétique, terrain atopique, contact préalable déviant avec le virus, immaturité du système immunitaire, infections intercurrentes).

PHOTO 1.Syncytia provoqués par le BRSV dans une culture cellulaire.

Comparaison d'une infection muqueuse et d'une infection systémique

D’après [14]

Facteurs influençant l'orientation d'une réponse Th anti-RSV et conséquences de ces réponses sur la protection et la pathologie