Pour la première fois dans l’histoire de l’humanité, reprendre le contrôle de la pandémie signifie vacciner des milliards d’individus en un temps record. ©Adobe Stock

Tandis que la campagne de vaccination contre la Covid-19 suit son cours, les efforts de recherche se poursuivent dans les laboratoires afin d’améliorer les vaccins disponibles et de développer de nouveaux candidats, efficaces et innovants pour lutter contre la pandémie et les variants, et permettant ainsi de protéger le plus grand nombre. Des chercheurs de l’Inserm et de l’Université Paris-Est Créteil à l’Institut de Recherche Vaccinale (VRI), du CEA et de l’Université Paris-Saclay ont développé un vaccin ciblant des cellules clés du système immunitaire, les cellules dendritiques. Celui-ci a montré son efficacité dans des modèles précliniques, induisant une réponse immunitaire protectrice contre le virus. Dans un premier temps, les chercheurs estiment que ce vaccin pourrait être utile pour les personnes convalescentes ou déjà vaccinées dont la réponse immunitaire a commencé à décliner, afin de « booster » leur immunité. Des essais cliniques chez l’Homme doivent démarrer en 2022. Les résultats sont publiés le 1er septembre 2021 dans le journal Nature Communications.

Plus d’un an après le début de la pandémie de Covid-19, plusieurs vaccins ont été autorisés, grâce à des efforts de recherche sans précédents menés à travers le monde. Ces vaccins de première génération apportent beaucoup d’espoirs et sont un pilier central de la lutte contre le virus.  Néanmoins, des questions se posent encore sur la durée de la réponse immunitaire ou la nécessité d’avoir recours à une vaccination de rappel. Par ailleurs, reprendre le contrôle de la pandémie signifie vacciner des milliards d’individus. Or, fabriquer suffisamment de doses pour protéger l’ensemble de la population mondiale constitue un défi considérable. Pour ces raisons, la recherche vaccinale se poursuit afin de développer des candidats vaccins supplémentaires et continuer de répondre à tous ces enjeux.

Les chercheurs du VRI (Inserm/université Paris-Est Créteil), du CEA et de l’Université Paris-Saclay travaillent à la mise au point d’un vaccin composé d’un anticorps monoclonal ciblant des cellules de l’immunité qui circulent dans l’ensemble de l’organisme : les cellules dendritiques. Ces cellules sont clés dans la stimulation du système immunitaire par leur capacité à induire une réponse anticorps et cellulaire, robuste et durable, comme cela a été démontré par l’équipe dans d’autres modèles d’infection. L’anticorps monoclonal est fusionné à une protéine du SARS-CoV-2, qui va venir stimuler les cellules dendritiques.  

Par ailleurs, cette technologie vaccinale ciblant les cellules dendritiques («Dendritic Cell targeting ») est actuellement en phase I d’un essai clinique évaluant la sécurité et l’immunogénicité d’un vaccin préventif contre le VIH.

Restimuler la production d’anticorps neutralisants

Dans leur étude parue dans le journal Nature Communication, les scientifiques se sont d’abord intéressés à la capacité de leur candidat vaccin à induire des réponses « de rappel » anti-Covid-19 dans des modèles utilisant des animaux convalescents (ayant contracté le SARS-CoV-2 six mois plus tôt).  

Ils montrent que ce vaccin est bien toléré et efficace, induisant une forte augmentation des anticorps neutralisants. Face à une nouvelle exposition au virus, les animaux convalescents et vaccinés présentent une charge virale indétectable ou éliminent le virus dans un délai plus court (moins de trois jours) comparativement aux animaux convalescents non vaccinés ou à des animaux témoins indemnes de toute infection préalable. Une dose de ce vaccin permet donc une meilleure protection contre la réinfection que l’immunité naturelle. Par ailleurs, les animaux vaccinés ont été protégés des complications pulmonaires consécutives à l’infection. 

Enfin, les chercheurs ont déjà adapté le candidat vaccin pour qu’il soit efficace contre les nouveaux variants identifiés au cours des derniers mois. En laboratoire, les anticorps induits par le vaccin, sont capables de neutraliser avec une très forte efficacité le variant alpha (B.1.1.7) et également de manière significative le variant bêta (B.1.351). Ainsi, le vaccin développé à partir de la souche initiale circulant début 2020 est capable d’induire une réponse anticorps qui neutralise également les variants testés.

En conclusion, cette étude montre qu’une seule administration du candidat vaccin, sans adjuvant, permet de restimuler la production d’anticorps neutralisants capables de contrôler le virus lors d’une réinfection. Cela confère une meilleure protection contre la réinfection que l’immunité naturelle. Ce vaccin pourrait donc compléter l’arsenal des vaccins anti-Covid déjà disponibles. Les résultats présentés dans cette étude suggèrent qu’il pourrait notamment être utile pour les personnes convalescentes ou déjà vaccinées dont la réponse immunitaire a commencé à décliner, afin de renforcer leur immunité. En raison de la bonne connaissance de l’innocuité des vaccins sous-unitaires, ce vaccin pourrait également être utile pour les personnes vulnérables ou pour la vaccination des enfants.

Des essais cliniques sont prévus en 2022 chez des personnes convalescentes ou déjà vaccinées par un vaccin de première génération. Ils seront également menés chez des individus n’ayant jamais été exposés à la vaccination ou au virus.

Microscopie électronique d’une cellule infectée par le SARS-CoV-2 © Philippe Roingeard, Anne Bull-Maurer, Sonia Georgeault, unité Inserm U1259 MAVIVH & Université de Tours, France.

Les formes graves de Covid-19 étant associées à une élévation sérique du taux de nombreuses cytokines inflammatoires, il a été très tôt envisagé de traiter ces patients à l’aide de biothérapies bloquant par exemple l’interleukine-6 ou l’interleukine-1. Une étude récemment publiée par la revue Journal of Allergy and Clinical Immunology, menée par l’équipe du professeur Guy Gorochov, montre qu’il existe au moins deux profils distincts de réponse cytokinique associée à la Covid-19, ce qui impliquerait donc la nécessité d’une prise en charge hautement personnalisée des patients.

Hormis les corticoïdes, les différents traitements testés contre la Covid-19 semblent avoir donné des résultats décevants. L’efficacité du blocage des interleukines (IL)-6 et -1 pour réduire la mortalité n’a pour l’instant pas pu être démontrée. Il a été également proposé d’agir sur la réplication virale en administrant de manière précoce des interférons de type-1[A], sans pour l’instant pouvoir démontrer l’efficacité de cette approche, toujours en termes de réduction de mortalité.

© Guy Gorochov

Il est envisageable que cet apparent manque d’efficacité, et notamment celui des biothérapies visant à moduler les désordres cytokiniques, pourrait s’expliquer par une mauvaise stratification des patients, n’ayant pas forcément reçu un traitement adapté à leur profil cytokinique individuel.

Pour répondre à cette question, l’équipe du Pr Gorochov, (département d’immunologie hôpital La Pitié Salpêtrière AP-HP/CIMI – Centre d’Immunologie et des Maladies Infectieuses – Sorbonne Université/Inserm) associée au groupe Bio-informatique du Pr Neumann du département de Médecine Environnementale à l’Université d’Augsbourg en Allemagne, en collaboration avec plusieurs services cliniques et laboratoires de l’AP-HP. Sorbonne Université et Sorbonne Université, a étudié les taux sériques d’un large éventail de cytokines chez 115 patients atteints de Covid-19 au moment de leur hospitalisation lors de la première phase de la pandémie. Les résultats de cette étude ont été ensuite confirmés par l’analyse d’une cohorte de réplication comportant 86 patients de la deuxième vague de la pandémie SARS-CoV-2 en région parisienne¹.

L’analyse des résultats démontre une grande hétérogénéité des réponses cytokiniques à l’échelon individuel. Néanmoins, une analyse combinée des différentes cytokines permet de faire ressortir au moins deux profils de réponses distincts. Les patients ne présentant pas initialement une atteinte respiratoire sévère développent une réponse antivirale dominée par les interférons de type I dans un contexte de forte réplication virale. A l’inverse, les patients présentant à l’admission de graves troubles respiratoires présentent eux des taux élevés de cytokines pro inflammatoires et de faibles niveaux d’interférons de type I. D’une manière inattendue, la charge virale SARS-CoV-2 est moins augmentée dans ce dernier groupe, alors que la réponse anti virale y est moins importante. Ces résultats vont à l’encontre de la notion que la sévérité clinique serait toujours associée à une forte réplication virale.

Il est important de noter que le risque de décès à 30 jours après le début des symptômes est lié dans les deux groupes à l’intensité de chaque signature cytokinique particulière.

La sévérité et le risque de décès ne sont donc pas uniquement associés à une réponse typiquement pro-inflammatoire (IL-1, -6, -8, TNFalpha), comme vérifié chez certains patients, mais plutôt à une réponse antivirale exacerbée chez d’autres.

Au total ces résultats suggèrent qu’il serait intéressant de revisiter l’analyse des essais de biothérapies en fonction des profils cytokiniques à l’inclusion. Les résultats publiés indiquent en effet qu’il ne serait pas nécessaire d’administrer des interférons de type I chez des patients présentant des taux déjà fortement élevés en ces cytokines². A l’inverse, le risque de décès n’étant pas toujours associé à une forte élévation des cytokines pro-inflammatoires, leur ciblage thérapeutique devrait être décidé en fonction des dosages.

Ces résultats pourraient suggérer de nouvelles pistes thérapeutiques. Il est en effet observé que le risque de décès à 30 jours des patients les plus sévères, Dont la prise en charge a nécessité le recours à une circulation extracorporelle pour oxygéner le sang, est associé à des taux plus faibles d’interleukine-17 et d’interleukine-18 au moment de l’admission en soins intensifs. Une supplémentation en ces cytokines chez ces patients pourrait donc être envisagée comme nouveaux traitements ciblés.

[A] Les interférons de type I (IFN), principalement IFN-α (alpha), IFN-β (bêta), sont impliqués dans l’immunité innée contre les infections virales, mais interviennent également dans plusieurs maladies inflammatoires, comme le Lupus. Les interleukines (IL) 1, 6, 18 et le facteur de nécrose tumorale (TNFalpha) sont des cytokines pro-inflammatoires. L’IL-17 est impliquée dans les réponses anti-microbiennes et induit l’IL-8, chimiokine qui permet le recrutement des neutrophiles.

©AdobeStock

En s’appuyant sur des études épidémiologiques de terrain et sur la cohorte hospitalière FrenchCOVID coordonnée par l’Inserm, des équipes de l’Institut Pasteur, du CNRS et du Vaccine Research Institute (VRI, Inserm/université Paris Est Créteil) ont étudié les anticorps induits chez des individus infectés par le SARS-CoV-2 de manière asymptomatique ou symptomatique. Les chercheurs et chercheuses ont montré que l’infection induit des anticorps polyfonctionnels, c’est à dire possédant une activité neutralisante mais aussi capables d’activer d’autres mécanismes de défense tels que les cellules tueuses NK (Natural Killer) ou les molécules du complément. Les niveaux d’anticorps sont légèrement plus faibles chez les personnes asymptomatiques en comparaison à celles symptomatiques, mais des anticorps polyfonctionnels sont retrouvés chez tous les individus. Ces résultats montrent que l’infection induit des anticorps capables de tuer les cellules infectées quelle que soit la sévérité de la maladie. L’étude fait l’objet d’une publication dans la revue Cell Reports Medicine, le 21 avril 2021.

Près de la moitié des personnes infectées par le SARS-CoV-2 ne développe pas de symptôme. Cependant, la réponse immunitaire induite par les formes asymptomatiques de la Covid-19 est encore mal caractérisée. L’étendue des fonctions antivirales des anticorps anti-SARS-CoV-2 est également mal comprise. En effet, les anticorps sont capables de neutraliser le virus, mais aussi d’activer des fonctions dites « non neutralisantes ». Parmi elles, la cytotoxicité dépendante des anticorps (antibody-dependent cellular cytotoxicity ; ADCC) et l’activation du complément sont des constituants majeurs de la réponse immunitaire et de l’efficacité de certains vaccins. L’ADCC est un phénomène en deux étapes, durant lequel les cellules infectées sont d’abord reconnues par les anticorps, puis détruites par les cellules NK. Le complément est un ensemble de protéines plasmatiques qui permet également l’élimination des cellules ciblées par les anticorps. La capacité des anticorps à activer ces fonctions non neutralisantes est encore très peu décrite dans le contexte de l’infection par le SARS-CoV-2.

Dans un premier temps, les équipes de l’Institut Pasteur, du CNRS et du VRI (Inserm/université Paris Est Créteil) ont mis au point de nouveaux tests permettant de mesurer les différentes fonctions des anticorps. Elles ont développé des tests pour étudier la mort cellulaire induite par les cellules NK ou par le complément en présence d’anticorps. En étudiant les cultures en temps réel grâce à la vidéo-microscopie, les chercheurs et chercheuses ont montré que les cellules NK, en présence des anticorps, peuvent tuer les cellules infectées, démontrant une nouvelle activité antivirale des anticorps.

Les scientifiques ont ensuite étudié des sérums de patients atteints de formes symptomatiques ou asymptomatiques de la Covid-19. En plus de leurs nouveaux tests, ils ont analysé les anticorps avec différentes méthodes préalablement développées à l’Institut Pasteur, telles que le test S-Flow pour rechercher la présence d’anticorps dirigés contre la Spike du SARS-CoV-2 et le test S-Fuse qui mesure la capacité de neutralisation de ces anticorps.

« Cette étude a permis de montrer que les individus infectés par le SARS-CoV-2 possèdent des anticorps capables d’attaquer le virus de différentes manières, en l’empêchant d’entrer dans les cellules (neutralisation) ou en tuant les cellules infectées grâce à l’activation des cellules NK (via la fonction ADCC). On parle donc d’anticorps polyfonctionnels », explique Timothée Bruel, co-auteur principal de l’étude et chercheur au sein de l’unité Virus et immunité à l’Institut Pasteur[1] et au VRI. En comparant différents groupes de patients, les scientifiques ont ensuite montré que les personnes asymptomatiques possèdent également des anticorps polyfonctionnels et que leur réponse est légèrement plus faible que celle des patients atteints de formes modérées de la Covid-19.

« Cette étude révèle de nouveaux modes d’action des anticorps et suggère que la protection induite par une infection asymptomatique est très proche de celle observée après une infection symptomatique », conclut Olivier Schwartz, co-auteur principal de l’étude et responsable de l’unité Virus et immunité à l’Institut Pasteur et au VRI (Inserm/université Paris Est Créteil).

[1] Département de virologie (CNRS/Institut Pasteur)

Cellules infectées par le SARS-CoV-2 (marqué en vert). L’échelle de taille correspond à 10µm. © Joe McKellar

Les cellules cibles du SARS-CoV-2 dans les voies respiratoires produisent des molécules antivirales suite à l’infection, mais trop tardivement pour empêcher la réplication du virus. C’est le constat que dressent les chercheurs et chercheuses de l’Inserm, du CNRS et de l’Université de Montpellier à l’Institut de recherche en Infectiologie de Montpellier. Leurs résultats sont publiés dans la revue Journal of Virology.

Avec son équipe, la chercheuse Inserm Caroline Goujon travaille de longue date sur les virus à l’Institut de Recherche en infectiologie de Montpellier (CNRS/université de Montpellier). Au début de l’épidémie de Covid-19, elle et son collègue Olivier Moncorgé décident de réorienter leurs recherches sur le nouveau coronavirus SARS-CoV-2 et lancent plusieurs projets dont l’un fondamental, destiné à comprendre la réponse des cellules cibles au moment de l’infection.

Alors que la communauté scientifique continue encore à se poser des questions sur le SARS-CoV-2, bâtir des connaissances sur les phases précoces de l’infection pour comprendre comment le virus pénètre dans l’organisme et comment il peut être bloqué est en effet essentiel.

A la recherche des interférons

Dans leur récente étude, les scientifiques décrivent cette réponse des cellules cibles dans l’épithélium respiratoire. Ils ont d’abord mis des cellules d’épithéliums respiratoires au contact du virus et analysé la multiplication de ce dernier dans les heures qui ont suivies. En parallèle, ils ont recherché la présence d’interférons, des molécules antivirales naturellement produites par les cellules en cas d’infection.

Ils ont constaté une augmentation rapide de la charge virale après 48 heures et une production importante de deux types d’interférons (les interférons de type I et de type III) entre 48 et 72 heures après l’infection. La production de ces molécules est classiquement déclenchée par certaines protéines des cellules hôtes – dites protéines sentinelles – car chargées de détecter la présence des virus.

Les chercheurs ont ensuite supprimé les gènes codants les principales protéines sentinelles avec la technique CRISPR-Cas9. Ils ont constaté que l’absence de l’un de ces gènes, MDA-5, empêchait la production des interférons. Cependant, ce phénomène n’avait pas d’impact sur la réplication virale. « Avec ou sans la production de ces interférons, qui ont pourtant pour but de contrecarrer le virus, la réplication virale avait lieu de la même manière dans notre modèle de cellules d’épithélium », clarifie Caroline Goujon.

Pourtant, les travaux de l’équipe et de nombreux autres groupes montrent que la mise en contact des cellules cibles avec ces mêmes interférons dans les heures précédant l’infection réduit énormément la capacité du virus à se répliquer : le taux de réplication est divisé par dix au minimum.

« L’activité antivirale des interférons n’est donc pas à remettre en cause contre le SARS-CoV-2. Leur inefficacité dans notre modèle est due à un problème de « timing ». Leur libération survient trop tard pour bloquer la réplication virale », explique-t-elle. Pour avoir un rôle protecteur et éviter la réplication virale, il semble important que leur production intervienne plus précocement.

Ouvrir des pistes de recherche thérapeutique

Ces travaux dessinent par ailleurs de nouvelles perspectives contre les formes sévères de Covid. « Nous savons grâce à des études précédentes que les niveaux d’interférons naturels sont bas chez les patients souffrant de forme grave de Covid-19 par rapport à ceux présentant une pathologie moins sévère. Stimuler précocement la production d’interférons par l’organisme en activant la voie MDA-5 pourrait permettre de limiter le risque de développement de formes sévères chez certains patients », ajoute la chercheuse.

Certaines équipes de recherche ont d’ores et déjà commencé à étudier l’administration précoce d’interférons dans le cadre de plusieurs essais cliniques. Caroline Goujon et ses collègues ont de leur côté entamé la suite du projet : identifier les gènes des cellules cibles dont l’expression est stimulée par l’infection et qui contribuent à freiner la réplication virale avec peut-être à la clé de nouvelles pistes thérapeutiques.