IMMUNO-PATHOLOGIE DANS LE PALUDISME PLACENTAIRE ET CEREBRAL

RT : PARI Marie-Hélène RL : POCCARDI Nolwenn Cours de parasitologie du 16/03/10 Philippe Deloron Philippe.Deloron@ird.fr IMMUNO-PATHOLOGIE DANS LE PALUDISME PLACENTAIRE ET CEREBRAL I- GENERALITES SUR LE PALUDISME 1) RAPPELS 2) CYCLE EPIDEMIOLOGIQUE DE P.FALCIPARUM 3) REPARTITION DE LA MALADIE DANS LE MONDE 4) CARACTERISTIQUES DE L ENDEMIE PALUSTRE II- LE PHENOMENE DE CYTOADHERENCE 1

III- LE PALUDISME ASSOCIE A LA GROSSESSE IV- LE PALUDISME CEREBRAL 1) HYPOTHESE DE SEQUESTRATION 2) HYPOTHESE CYTOKINIQUE 3) HYPOTHESE UNIFIEE I. GENERALITES : EPIDEMIOLOGIE DU PALUDISME 1) RAPPELS Un seul réservoir de virus, l homme et un seul vecteur potentiel, un moustique de l espèce anophèle, dont seules les femelles piquent et sont susceptibles de transmettre la maladie. Dans le monde, on recense une soixantaine d espèces d anophèles capables de transmettre la maladie, 2

mais 2 à 3 espèces seulement jouent un rôle épidémiologique dans une zone déterminée. On peut considérer que l épidémiologie du paludisme est déterminée par le trio : - Biologie du parasite, - Biologie de l anophèle ; - Biologie de l homme. 2) CYCLE EPIDEMIOLOGIQUE DE P.FALCIPARUM Description rapide du cycle par le professeur à partir du schéma suivant : - Tout d abord, lorsqu il pique l homme, l anophèle injecte dans le derme la forme infectieuse du parasite, le sporozoite, qui gagne rapidement le foie et mature à l intérieur des hépatocytes. Ils forment alors des schizontes hépatocytaires, qui vont se rompre et libérer des mérozoïtes, c est le cycle exo-érythrocytaire ou hépatocytaire. - Les mérozoïtes gagnent la circulation sanguine et pénètrent dans les hématies puis maturent en formant des schizontes érythrocytaires après division nucléaire qui se rompent à nouveau pour envahir d autres hématies, c est le cycle érythrocytaire. Celui-ci dure 48h chez P.Falciparum, P.Vivax et P. Ovale, et 72h chez P.Malariae et est à l origine de la totalité de la pathologie humaine du paludisme 3

- Il est possible d observer un embranchement de ce cycle vers la voie sexuée, les trophozoïdes se transforment en gamétocytes (décrivant différents stades de maturation). Ceux-ci sont ingérés par le moustique lors d une nouvelle piqûre, et évoluent rapidement pour donner des gamètes, qui sont fécondés et donnent un ookinète, œuf mobile qui se place au niveau de la paroi gastrique de l anophèle. L ookinète évolue en oocyste, qui va maturer et se rompre tout en relarguant des sporozoïtes, qui regagnent de manière active les glandes salivaires du moustique et seront transmis a l homme lors d une nouvelle piqûre. 3) REPARTITION DE LA MALADIE DANS LE MONDE Selon une étude de l OMS datant de 2005 : - le paludisme est une pathologie qui touche 107 pays dans le monde, dont la transmission a essentiellement lieu dans les régions inter-tropicales. (cf. carte, à l exception des zones désertiques (pas de population) et des zones montagneuses dont les conditions sont défavorables au développement du parasite - 36% de la population mondiale est considérée comme à risque, ce qui représente 3,2 milliards de personnes. - On compte 350 à 500 millions de cas par an, dont 2 à 5 millions de morts (1/100 e du nombre de cas). La morbidité concerne essentiellement les enfants. - 80% des cas mortels proviennent d Afrique Le paludisme est donc une maladie ayant un impact majeur en santé publique, c est en effet une des 2 ou 3 maladies qui tuent le plus à travers le monde. On observe une régression de l aire de transmission depuis une cinquantaine d années (disparition des foyers du sud des Etats-Unis, de l Australie et de l Europe), aujourd hui elle est quasiment purement intertropicale. En effet, ce sont essentiellement des zones développées (Europe, Etats-Unis, Asie centrale, ), grâce à la lutte contre la maladie, directe (anti-vectorielle, distribution des médicaments, aspect non développé dans ce cours), mais aussi par des travaux de génie civil (assèchement des marais, modification des biotopes, les rendant non compatibles avec la survie des moustiques) 4) CARACTERISTIQUES DE L ENDEMIE PALUSTRE 4

On distingue deux types de paludisme en fonction de la transmission, du mode d acquisition de l immunité et de la localisation des foyers. La transmission du paludisme ne se fait pas de la même manière selon la zone. Il faut savoir que lors de l infection palustre, on met en jeu une immunité concomitante, qui est lente à se mettre en place et partielle (diminue l infection mais n empêche pas la maladie). De plus, dès que le parasite disparait, cette immunité est perdue, elle est labile. a. PALUDISME STABLE La transmission est importante est constante d une année à l autre, même si l on peut observer des fluctuations au cours de l année, notamment due au rythme des saisons (saison des pluies). Les populations acquièrent une immunité précoce et protectrice contre les effets graves du paludisme. Dès 15 ans, ils ne feront plus d accès cliniques palustres même s ils sont porteurs du parasite. Schématiquement, on peut considérer que ce paludisme concerne essentiellement l Afrique intertropicale. b. PALUDISME INSTABLE Il concerne les zones dites «borderline», qui constituent la limite des zones de transmission. La transmission y est faible et variable d une année à l autre. Il peut y avoir des années sans transmission mais aussi assez régulièrement des épidémies. Ainsi, l immunité n y est pas ou tardivement acquise, on peut alors observer des accès cliniques graves chez l adulte. On considère que l Asie du Sud-est et l Amérique du Sud sont touchés, mais cette description est très schématique. 5

II. LE PHENOMENE DE CYTOADHERENCE Les hématies infectées par des stades âgés de plasmodium (P. Falciparum), vont cytoadhérer aux cellules endothéliales des capillaires sinusoïdes. La lumière des capillaires sinusoïdes cérébraux peut être complètement obstruée. Par l intermédiaire de protubérances (knobs), le parasite est capable de s accoler à la paroi de certaines cellules endothéliales. (On observe en gros la même chose au niveau du placenta) KNOBS ET PROTEINES ASSOCIEES Les knobs sont des protubérances saillantes à la surface des hématies infectées par P.Falciparum. Elles sont constituées de protéines d origine : - érythrocytaires : band3, glycophorine - parasitaires : -KAHRP -PfEMP2 -PfEMP1 (Plasmodium falciparum erythrocyte membrane protein 1), la plus importante, la seule protéine ayant un domaine extra érythrocytaire. C est un antigène ayant un rôle important dans la physiopathologie du paludisme car il détermine les phénomènes : - de cytoadhérence d amas. - de rosetting : adhérence d hématies parasitées à des hématies saines, avec formation On observe des modifications de la rhéologie, l obstruction par clumping des capillaires sinusoides pouvant aller jusqu à l arrêt de la circulation. 6

PfEMP1 est aussi une cible très importante de la réponse immunitaire protectrice car c est un antigène variant. En effet, chaque parasite a dans son génome une soixantaine de copies du gène codant PfEMP1, et peut exprimer tour à tour chaque gène, codant pour une protéine particulière. De plus on observe peu ou pas de réactions immunitaires croisées entre les différents variants. La densité parasitaire sanguine évolue par vagues successives, on distingue des maxima et des minima (le parasite disparait du sang, en fait il n est plus détecté par les techniques employées). Il y a une première vague «A», puis une réponse immunitaire qui détruit le parasite et diminue la densité parasitaire périphérique. Face à cela, le parasite exprime un nouveau variant «B», non reconnu par le système immunitaire, il y a donc une nouvelle vague, puis enfin production d anticorps dirigés contre ce variant B, et ainsi de suite. La protéine PfEMP1 est une adhésine de surface du globule rouge parasité, antigène accessible aux anticorps. Le génome comporte environ 60 gènes. C est une très grosse protéine de 200 à 350 kda, ce qui explique la difficulté que l on a à l étudier. Elle est constituée de la succession de différents domaines : - 6 classes de DBL (Duffy Binding Like Domain) - 3 classes de CIDR (Cystein-rich InterDomain Region) Les domaines DBL et CIDR sont architecturés différemment selon le variant, ce qui engendre un polymorphisme très important de la protéine PfEMP1 et donc sa grande variabilité antigénique. Selon sa structure, PfEMP1 adhère à différents récepteurs cellulaires. Dans le cas du paludisme placentaire, la chondroitine sulfate A (CSA), glycoprotéine exprimée à la surface du syncitiotrophoblaste, va pouvoir adhérer avec un variant particulier de PfEMP1, ce qui sera développé dans la suite du cours. Dans le cas des cellules endothéliales, ce sont les récepteurs Fc, ICAM-1, PECAM-1 et CR1 qui sont impliqués. Ainsi, la nature du variant PfEMP1 conditionne la cinétique de cytoadhérence à tel ou tel récepteur en déterminant le type de pathologie que l on va rencontrer. Les domaines DBL sont composés d environ 300 résidus d acides aminés, riches en cystéines conservées. Ils sont classifiés selon leur homologie de séquence en 6 classes ( α, β, γ, δ, ε, X) 7

Dans la plupart des cas, ce sont ces domaines DBL qui déterminent la spécificité de liaison du PfEMP1 à un récepteur déterminé. Protéines impliquées dans la formation de rosette : Les récepteurs essentiellement impliqués sont les glycosaminoglycanes, CR1/CD35 et CD36. STEVOR et RIFIN joueraient également un rôle mais il n y a pas de preuve directe de cette implication. Dans l accès palustre, il y a régulièrement une production d IFN- γ et de TNF- α, induisant l expression de récepteurs à la surface des cellules endothéliales (dont ICAM-1), ce qui augmente le phénomène de cytoadhérence. III- LE PALUDISME ASSOCIE A LA GROSSESSE On constate que la fréquence et la sévérité de la maladie est plus importante pendant la grossesse. De plus, la susceptibilité à l infection chez la femme enceinte: - est déterminée par le degré de prémunition acquis auparavant (pendant l enfance) : En zone de transmission stable, les femmes enceintes n ont quasiment pas de signes cliniques alors qu en zone instable il y a des accès cliniques voire des morts par paludisme. - dépend du degré de parité et de ses interactions avec le niveau de prémunition - est maximale chez la primipare 8

Les formes cliniques de paludisme associé à la grossesse dépendent donc de la zone de transmission. 1) En zone de forte transmission On observe peu de signes cliniques, mais très fréquemment une anémie maternelle sévère et un petit poids de naissance entrainant une mortalité néonatale et infantile. Cela ne concerne essentiellement que les primigravides. 2) En zone de faible transmission Les accès cliniques sont fréquents, l anémie maternelle sévère également. Il y a toujours un petit poids de naissance associé à une mortalité néonatale et infantile. De plus, il peut y avoir un avortement ou un accouchement prématuré chez toutes les femmes enceintes quelle que soit la parité. On remarque qu il y a une relation directe entre cytoadhérence placentaire et réduction du poids de naissance Différentes hypothèses depuis une quarantaine d années ont été émises pour expliquer la susceptibilité des femmes enceintes à l infection palustre : - Le placenta et la circulation utéro placentaire sont immunologiquement «malaria-naïve» - Immuno-modulation généralisée au cours de la grossesse : afin de permettre au fœtus de ne pas être reconnu comme un corps étranger, la réponse TH1 est physiologiquement diminuée au cours de la grossesse. Or la réponse protectrice dans le cas du paludisme est justement cette réponse TH1 ce qui expliquerait un développement parasitaire facilité durant la grossesse. - Immuno-modulation placentaire hormonale (locale) - Augmentation de la réticulocytose : les réticulocytes sont plus facilement affectables par P. Falciparum que les hématies normales voire âgées - Augmentation de l attractivité aux moustiques de la femme enceinte Or aucune de ces hypothèses n explique à la fois: - La plus grande susceptibilité des primigestes et - La localisation des parasites dans le placenta On a découvert que les parasites associés à la grossesse sont différents des autres. En effet, par des tests in vitro, on peut montrer que le placenta n exprime pas les récepteurs usuels de cytoadhérence. Les parasites adhèrent exclusivement à la CSA. Les ligands sont les Antigènes Variables de Surface (VSA), dont le principal est PfEMP1, un antigène variant codé par un gène var. Chaque parasite possède entre 40 et 60 gènes var. Une seule copie est active à la fois et code pour un variant particulier de PfEMP1. Cette protéine est exprimée sur la membrane du globule rouge, elle est antigénique et impliquée dans la cytoadhérence. Notion d immunité spécifique de souche : 9

La rencontre avec une souche procure une protection complète contre cette souche, mais aucune contre les autres. Le parasite infectant n est pas reconnu au cours d un accès clinique, mais est reconnu au décours. Une immunité protectrice est atteinte lorsque l ensemble du répertoire (totalité des souches parasitaires en circulation dans la région) est connu. Application à la femme enceinte. Les parasites placentaires expriment un seul variant PfEMP1, il y a conservation antigénique du ligand. Des anticorps anti-csa (correspondant à des anticorps anti PfEMP1) inhibent l adhésion au CSA. Cette inhibition de l adhérence est sexe et parité dépendante et surtout non géographiquement restreinte. Le récepteur d adhésion est antigéniquement similaire dans diverses populations parasitaires. Face à l extrême polymorphisme de PfEMP1, le récepteur d adhésion est très peu variable, ce qui a permis d établir un vaccin. Facteurs de risque d un faible poids de naissance : - Existence d une parasitémie placentaire - Haut niveau d adhésion à la CSA - Parité Grâce à des expériences en RT-PCR, on a pu montrer que le seul gène var qui est surexprimé est le gène Var2CSA, chez les parasites adhérant au CSA. Le niveau d expression de Var2CSA et l adhésion au CSA sont liés. (plus il est exprimé, plus il y a adhésion, il n existe pas de telle relation avec le gène Var1CSA par exemple) Le gène Var2CSA est le seul gène var à ne pas comporter de domaine CIDR, il comporte 6 domaines DBL, 3 domaines X et 3 domaines ε Il a été montré que les domaines DBL2, 3, 5, et 6 sont indépendamment capables de se fixer au CSA. La recherche vaccinale avance rapidement, mais il reste des interrogations concernant le paludisme placentaire : - Comment peut-il y avoir une infection placentaire sans parasite dans le sang périphérique? - Pourquoi les parasites se localisent-ils dans les espaces intervilleux? - Des anticorps anti-adhésion seront-ils efficaces? - Var2CSA est-il la cible vaccinale? (c est certainement le cas, mais on peut actuellement se demander si seul Var2CSA est impliqué et s il n y a pas d autres cibles additionnelles) - Pourquoi la susceptibilité est-elle augmentée au cours du post-partum? (alors qu il n y a plus de placenta, plus de possibilité de cytoadhérence au CSA, la femme recouvre une immunité normale) - Pourquoi une susceptibilité à P. Vivax? (alors que l on sait que P.Vivax est incapable de cytoadhérer et ne comporte pas d antigène de type PfEMP1) - Combien de récepteurs placentaires? (on a pu évoquer d autres récepteurs qui ont été écartés au profit de la CSA) IV- PALUDISME CEREBRAL 10

Le professeur a passé assez vite cette partie du cours, au vu du peu de connaissances dont nous disposons sur cette forme de la pathologie. Cytopathologie liée à l obstruction de capillaires sinusoïdes du cerveau par des hématies parasitées. Les signes cliniques associés sont pathognomoniques et sont un blocage du canal céphalorachidien, une hypertension cérébrale. On ne connait que mal la physiopathologie de la maladie, mais plusieurs hypothèses ont été émises pour tenter de l expliquer. 1) HYPOTHESE DE SEQUESTRATION Il y a une cytoadhérence entrainant une ischémie cérébrale, une hypoxie, des effets métaboliques, un coma et finalement la mort. Mais on constate : - Une réversibilité rapide - Pas de lésions ischémiques - Peu de séquelles neurologiques permanentes Ce qui n est pas compatible avec une hypoxie cérébrale qui peut être prolongée. 2) HYPOTHESE CYTOKINIQUE TNF-α entraine l augmentation d ICAM-1 qui favorise la cytoadhérence De plus, TNF-α stimule INF-γ qui augmente à nouveau TNF-α. C est une boucle d autoentrainement, un cercle vicieux. LTα augmente ICAM-1 qui favorise la cytoadhérence. Or l infiltraton lymphocytaire et inflammation sont minimales ce qui est contraire à ce que l on devrait observer avec une telle cascade cytokinique. 3) HYPOTHESE UNIFIEE C est un «mélange» des 2 hypothèses précédentes. Il y a un premier phénomène de cytoadhérence à des cellules endothéliales, à des plaquettes et des leucocytes, qui cause des lésions minimes de l endothélium. Celui-ci répond en relarguant des cytokines et d autres médiateurs (TNFα, LTα principalement) qui activent les cellules endothéliales. On observe alors des interactions avec les cellules de l hôte, et au final des lésions microvasculaires qui favorisent la cytoadhérence, libèrent des molécules pathogènes dans la circulation, entraînant des dommages directs de l endothélium. La détermination de l évolution clinique de l infection palustre (infection asymptomatique, fièvre, malaria sévère, mort) dépend de plusieurs facteurs : - Caractéristiques géographiques et sociales - Caractéristiques de l hôte (background génétique, polymorphisme de gènes du TNFα par exemple) - Caractéristiques parasitaires. 11