PROSAIC-19 - Évaluation longitudinale prospective dans une cohorte infectée par le COVID-19 (PROSAIC-19)

INTRODUCTION

1.1 CONTEXTE

La maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) causée par une infection par le SRAS-CoV-2 est une nouvelle maladie infectieuse à propagation rapide sans options de traitement éprouvées. Le virus provoque un éventail de maladies allant de symptômes coryzaux légers à une atteinte respiratoire grave nécessitant une assistance ventilatoire. Les conseils de Public Health England identifient plusieurs groupes à risque de maladie grave, notamment les personnes âgées et les personnes atteintes d'une maladie pulmonaire chronique. De plus, il y a également un débat sur le rôle des corticostéroïdes, certaines directives hospitalières recommandant leur utilisation malgré les directives de l'OMS contredisant cela en raison des craintes qu'ils puissent altérer l'immunité antivirale et aggraver la maladie. Les mécanismes à l'origine de la gravité de la maladie chez certains individus infectés par le COVID-19 sont mal compris. Nous devons de toute urgence comprendre ces mécanismes pour faciliter le développement rapide de nouvelles thérapies et vaccins efficaces

1. Immunosusceptibilité à la maladie COVID-19 sévère

Il existe plusieurs mécanismes putatifs par lesquels le SRAS-CoV-2 pourrait entraîner une plus grande gravité de la maladie chez les personnes prédisposées. Ceux-ci inclus:

1. Réponses immunitaires antivirales innées altérées

   Après l'entrée virale, la réponse immunitaire innée aux virus respiratoires implique l'induction des interférons de type I et III (IFN). Cela initie une cascade qui déclenche l'expression d'une gamme de gènes stimulés par l'interféron exprimant des protéines qui agissent de concert pour limiter la réplication virale. Les maladies pulmonaires chroniques, en particulier l'asthme, la fibrose kystique (FK) et la MPOC, sont associées à une induction altérée ou dérégulée de l'interféron aux virus couramment rencontrés tels que le rhinovirus et la grippe et une dérégulation similaire peut survenir avec le SRAS-CoV-2. L'interféron-β inhalé fait actuellement l'objet d'essais en tant que traitement antiviral de l'asthme et de la MPOC.

2. Réponses inflammatoires exagérées à une infection virale

   Les infections virales respiratoires courantes telles que la grippe et le virus respiratoire syncytial (RSV) peuvent favoriser une pathologie virale médiée par les anticorps et les réponses des lymphocytes T. Les premières preuves suggèrent que la maladie COVID-19 sévère est associée à une hyperinflammation, une caractéristique qui pourrait être directement due à la charge virale ou se produire en raison d'une hyperactivation indépendante du système immunitaire. Les infections à coronavirus humain, y compris le SRAS-CoV, peuvent induire une immunopathologie dans les poumons par un certain nombre de mécanismes différents, notamment l'amélioration des anticorps de l'infection par le SRAS-CoV par les macrophages humains. Des augmentations significatives des CD4 et CD8 exprimant des cytokines pro-inflammatoires ont été observées dans les cas graves de SRAS-CoV par rapport aux cas légers/modérés.

   En conséquence, il y a eu un intérêt considérable pour un rôle potentiel de réorientation des thérapies immunosuppressives existantes pour le traitement du COVID-19 sévère. Les principaux médiateurs et voies qui entraînent l'hyperinflammation dans le COVID-19 ne sont pas clairs et une meilleure élucidation de ces processus éclairera la réorientation des thérapies existantes ou le développement de nouvelles approches pour un traitement efficace. L'implication des réponses initiales des cellules T dérégulées telles que celles observées dans les maladies pulmonaires chroniques (par ex. l'asthme, la MPOC, la fibrose kystique) n'est pas encore clair et nécessite une compréhension mécaniste plus approfondie. En tant que tel, il n'est pas encore clair si les thérapies immunosuppressives actuellement en cours d'essais cliniques seront bénéfiques ou nocives dans ces grandes cohortes de patients sensibles.

3. Fonction endothéliale dépendante de l'interféron dérégulée au COVID-19

   Le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) est caractérisé par un œdème pulmonaire hydrostatique, une résistance vasculaire pulmonaire élevée et une coagulopathie, il y a une perturbation de la fonction endothéliale avec une libération dérégulée des hormones vasoactives dérivées de l'endothélium. Les taux circulants d'endothéline-1 sont élevés chez les patients atteints de SDRA [16], probablement en raison d'une production accrue et d'une diminution de la clairance dans les poumons potentiellement régulées par l'angiopoïétine-1.

   Une infection grave par le SRAS-CoV-2 est associée à une tempête de cytokines. Des taux sériques élevés d'un certain nombre de cytokines inflammatoires clés, notamment l'IFN-gamma, le TNF-alpha, l'IP10, l'IL-8 et l'IL-10, et des taux élevés d'IL-6 sont fortement associés à la mortalité. La libération d'IL-6 est induite de manière synergique par l'IFN-gamma et le TNF-alpha et dans un mécanisme de rétroaction positive, une faible dose d'IL-6 améliore fortement les réponses cellulaires à l'IFN-alpha et module l'expression génique stimulée par l'interféron. Dans un modèle murin expérimental, nous avons constaté que l'infection par le rhinovirus avec co-stimulation IFN conduit à des niveaux élevés de lavage bronchoalvéolaire d'IL-6 (Singanayagam et al, observations non publiées). Ces données suggèrent que chez les patients atteints de COVID-19 sévère, un processus hyperinflammatoire s'ensuit et nous émettons l'hypothèse que, grâce à une production d'IFN dérégulée et incontrôlée, les gènes clés stimulés par l'interféron vasculo-inflammatoire, y compris IP10 et ET-1, entraînent de moins bons résultats avec une augmentation des voies vasculaires parenchymateuses et pulmonaires. inflammation. Il en résulte une dichotomie dans laquelle l'induction initiale d'IFN est nécessaire pour limiter la réplication virale, mais une production tardive non contrôlée peut aggraver la physiopathologie. Ceci est étayé par des données cliniques émergentes suggérant un phénotype unique pour les patients en soins intensifs du SRAS-CoV-2 caractérisés par une hypoxie sévère avec une compliance pulmonaire presque normale.

4. Expression altérée du récepteur d'entrée virale : des données récentes indiquent que le SRAS-CoV-2 utilise l'enzyme de conversion de l'angiotensine (ACE)2 comme récepteur pour la fixation virale, ainsi que la protéase TMPRSS2 qui clive la protéine de pointe (S) pour permettre la fusion du virus avec la cellule membranes. ACE2 et TMPRSS2 sont fréquemment co-exprimés dans l'épithélium pulmonaire. Une étude récente a également montré que l'ACE2 est un gène stimulé par l'interféron (ISG) (c'est-à-dire directement induit par la réponse antivirale) et par conséquent, le SRAS-CoV-2 pourrait réguler à la hausse son propre récepteur pour propager l'infection. Des données récentes indiquent que les fumeurs et les sujets atteints de maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) ont une expression pulmonaire accrue de l'ACE2, ce qui suggère que la maladie pulmonaire chronique pourrait faciliter une plus grande infection par le SRAS-CoV-2. Inversement, l'expression de l'ACE2 protège contre les lésions pulmonaires aiguës dans le contexte de l'aspiration acide ou de la septicémie et, par conséquent, si l'induction de l'ACE2 par le SRAS-CoV est altérée dans les maladies pulmonaires chroniques, cela pourrait prédisposer à des résultats indésirables.
5. Augmentation des infections bactériennes et/ou fongiques secondaires

Dans les premières séries de cas, des infections secondaires ont été observées plus fréquemment chez les sujets atteints de COVID-19 sévère. L'infection bactérienne secondaire est un phénomène bien connu après le rhinovirus, la grippe ou le virus respiratoire syncytial et peut être mécaniquement entraînée par une gamme de mécanismes possibles, y compris la phagocytose des macrophages ou le clivage des peptides antimicrobiens médié par l'élastase des neutrophiles. Ces processus peuvent être aggravés par l'utilisation de corticostéroïdes28 et, notamment, une plus grande proportion de patients présentant des infections secondaires suite au COVID-19 s'est vu prescrire des stéroïdes.

Une maladie fongique invasive compatible avec l'aspergillose a également été observée pour le coronavirus du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2003) et le coronavirus du syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS-CoV), et des rapports anecdotiques d'autopsie chez des patients atteints de COVID-19 de La Chine suggère que des infections pulmonaires à Aspergillus se produisent. Ces données sont des signes avant-coureurs indiquant que les infections fongiques invasives secondaires peuvent présenter une complication de plus en plus grave chez les patients atteints de COVID-19 à mesure que la pandémie progresse. Comprendre la base mécaniste de la susceptibilité immunitaire aux infections bactériennes/fongiques secondaires et la capacité de prévenir ces infections secondaires pourrait être une étape clé vers l'amélioration des résultats de la maladie.

1.2 JUSTIFICATION DE L'ÉTUDE ACTUELLE

Dans cette étude, les chercheurs analyseront des échantillons de sang et de voies respiratoires de personnes atteintes de COVID-19 confirmé pour comprendre les mécanismes immunitaires qui conduisent à une maladie grave. Nous éluciderons les mécanismes spécifiques qui entraînent une pathologie plus grave chez les personnes à haut risque telles que celles atteintes d'une maladie pulmonaire chronique. Grâce à un immunoprofilage détaillé, nous identifierons les voies clés et les cibles médicamenteuses à exploiter dans les futures études d'intervention clinique.

Hypothèses:

1. Les personnes à haut risque, y compris les personnes atteintes d'une maladie pulmonaire chronique, ont des réponses immunitaires antivirales altérées contre le SRAS-CoV-2, ce qui augmente l'inflammation induite par le virus.
2. Le dysfonctionnement endothélial dépendant de l'interféron entraîne la pathogénicité dans l'infection par le SRAS-CoV-2.
3. La sensibilité aux infections bactériennes et fongiques secondaires dans les maladies pulmonaires chroniques est liée à des anomalies des voies sélectives de la fonction immunitaire innée.

2. OBJECTIFS DE L'ETUDE

Objectif principal:

1. Comprendre les mécanismes immunitaires à l'origine de la maladie COVID-19 chez les patients ayant des antécédents de maladie pulmonaire

Objectifs secondaires

1. Identifier les corrélats immunitaires de la protection et de la pathologie pulmonaire dans l'infection par le SRAS-CoV-2.
2. Analyse de la fonction endothéliale chez les patients COVID-19 légers et sévères et ex vivo à l'aide de cellules endothéliales dérivées du sang stimulées par le virus de patients atteints de COVID-19.
3. Évaluation des modifications du microbiote et du mycobiote des voies respiratoires supérieures/inférieures survenant pendant la COVID-19.
4. Évaluation des réponses immunitaires ex vivo du sang périphérique aux stimuli viraux, bactériens et fongiques chez les patients atteints de COVID-19 et de maladie pulmonaire chronique par rapport aux patients atteints de COVID-19 et sans maladie pulmonaire chronique.
5. Analyse de l'impact sur la qualité de vie de l'infection au COVID-19 dans les maladies pulmonaires chroniques.

3. CONCEPTION DE L'ÉTUDE

Grâce à une étude observationnelle longitudinale prospective multicentrique de 24 mois (Royal Brompton & Harefield NHS Trust Chelsea et Westminster NHS Foundation Trust, et Imperial College Healthcare NHS Trusts), l'équipe de l'étude analysera le sang, les expectorations et le prélèvement nasal parallèlement au test non invasif du dispositif EndoPAT dans un total de 230 sujets. L'équipe de l'étude obtiendra des échantillons de sang périphérique, d'expectorations, de lavage nasal, de brossage et de matrice absorbante synthétique nasale (SAM) et effectuera des tests EndoPAT non invasifs le jour de la présentation à l'hôpital et à des intervalles hebdomadaires pendant l'hospitalisation, puis lors des visites ambulatoires post- congé sur une période de suivi de 12 mois. L'équipe de l'étude recueillera des informations cliniques, notamment des données démographiques, des examens de laboratoire de routine, des scores de symptômes cliniques et des résultats. L'imagerie radiologique pseudo-anonymisée liée sera également transférée pour analyse.

Des échantillons d'expectorations spontanément expectorées, de lavage nasal, de brossage et de matrice nasale absorbante synthétique (SAM) seront prélevés et traités comme décrit précédemment et stockés à -80 °C pour des analyses en aval, notamment ELISA/MSD, mesure de la charge virale et analyse du microbiome. Le sang veineux (60 ml) sera prélevé dans des tubes d'héparine de lithium et des tubes d'ARN PAXgene et transféré à l'Imperial College (RBH) pour traitement et stockage. Les PBMC seront extraits pour des tests de stimulation in vitro et le sang total (1 ml) et le sérum (2 ml) seront isolés et stockés à -80°C pour une analyse plus approfondie. Les tubes PAXgene seront stockés à -80°C pour une analyse plus poussée du séquençage génétique de l'hôte. Analyse immunologique supplémentaire utilisant l'affichage de surface de levure pour le profilage des anticorps sériques, le tri des cellules B individuelles pour générer des anticorps monoclonaux et ELISPOT pour analyser les cellules T CD4 et CD8 ELISPOT aux pools de peptides SARS CoV-2. Un profilage immunologique approfondi utilisant l'analyse des cytokines, la réponse des cytokines PBMC au virus (ou à l'agoniste viral du PRR), les stimuli fongiques, l'affichage de la surface de la levure pour le profilage des anticorps sériques, le clonage de l'expression des cellules B à mémoire unique seront effectués. L'ELISPOT des lymphocytes T CD4 et CD8 sera effectué comme décrit précédemment. Des tests EndoPAT non invasifs seront également effectués comme décrit précédemment.