Microbiome des voies respiratoires et inflammation médiée par Th17 dans la BPCO chez les personnes infectées par le VIH dans une cohorte ougandaise rurale (HLM)

Introduction L'amélioration de l'accès à la thérapie antirétrovirale (TAR) chez les personnes vivant avec le VIH/SIDA (PVVIH) a entraîné une diminution de la morbidité et de la mortalité associées au VIH[1]. Cela est particulièrement vrai dans les pays à revenu faible et intermédiaire (PRFI), qui supportent le plus lourd fardeau du VIH[2]. La réduction de la mortalité a considérablement augmenté l'espérance de vie, les estimations parmi les PVVIH se rapprochant désormais de celles de la population générale[3]. Par conséquent, les survivants ont accordé une attention accrue au fardeau émergent des maladies non transmissibles (MNT), telles que la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO)[4]. L'Afrique subsaharienne, qui a la plus forte densité de PVVIH, a connu des augmentations spectaculaires de la morbidité et de la mortalité liées à la MPOC, en particulier chez les personnes ayant des antécédents de tuberculose pulmonaire (PTB)[5]. Dans les cliniques rurales ougandaises de traitement antirétroviral, nous avons signalé une prévalence de BPCO de 6,22 %, les antécédents de TBP étant le facteur prédictif le plus puissant du risque de BPCO et de la fonction pulmonaire réduite [5]. Actuellement, on ne sait pas exactement ce qui entraîne l'inflammation pulmonaire chronique dans la population de PVVIH bien contrôlée sous TAR.

À la recherche de réponses à la question ci-dessus, nous avons exploré le rôle du microbiome altéré des voies respiratoires dans l'orchestration de l'inflammation chronique des voies respiratoires chez les PVVIH. Notre question de recherche a été étayée par un ensemble croissant de connaissances issues d'études humaines et animales selon lesquelles des altérations des communautés bactériennes habitant les voies respiratoires déclenchent des réponses immunitaires et une inflammation chronique des voies respiratoires [6-9]. Dans une étude récente portant sur 50 participants VIH+BPCO+, 50 VIH+BPCO-, 50 VIH-BPCO- et 50 VIH-BPCO- en milieu rural en Ouganda, nous avons étudié l'association entre le microbiome des voies respiratoires altéré et la BPCO associée au VIH (NCT040702). L'analyse préliminaire du séquençage 16S sur des échantillons d'expectorations induits a révélé que, malgré des différences mineures dans la diversité bactérienne parmi les PVVIH atteintes de BPCO par rapport aux témoins, les microbes commensaux appartenant aux genres Atopobium, Megasphaera, Actinomyces, Selenomonas, Stomatobaculum et Oribacterium étaient significativement enrichis en PVVIH atteints de BPCO tandis que les microbes appartenant aux genres Prevotella, Porphyromonas, Pseudopropionibacterium, Odoribacter et Filifactor ont été épuisés. Nos résultats montrent clairement qu'il y a plus de bactéries pulmonaires touchées par le VIH que par la BPCO, ce qui suggère que les changements associés au VIH dans des genres microbiens uniques des voies respiratoires peuvent être à l'origine de la BPCO chez les PVVIH de notre cohorte. Actuellement, ce qui reste inconnu, c'est comment ces genres provoquent une inflammation chronique des voies respiratoires.

Des études sur des modèles de souris rapportent que Prevotella, Bacteroides et Veillonella jouent un rôle important dans l'orchestration de l'inflammation pulmonaire via la signalisation du récepteur de type Toll (TLR) 2/4 sur les macrophages alvéolaires, les cellules épithéliales et les cellules dendritiques qui amorcent les cellules de l'immunité adaptative [8]. Le résultat rapporté a été Th17 aberrant et des réponses immunitaires Treg réduites en utilisant des modèles de souris exempts de germes et d'agents pathogènes spécifiques [8]. De même, des preuves récentes dans des études humaines montrent que les genres Prevotella et Veillonella sont associés à un profil métabolique distinct, une expression accrue de cytokines pro-inflammatoires caractérisée par une réponse cellulaire Th17 élevée [9]. Il a été rapporté que la communication microbiome-cellule hôte est médiée par des vésicules bactériennes sécrétées de la membrane externe (OMV), qui sont en corrélation avec la biomasse bactérienne (figure 2) [8]. Nous pensons que l'identification des genres bactériens des voies respiratoires qui provoquent une réponse Th17 aberrante chez les PVVIH atteintes de BPCO pourrait être un tremplin vers le développement de stratégies visant à rétablir l'équilibre microbien soit par l'élimination directe des pathobiontes par des antibiotiques, soit par la restauration de commensaux par des probiotiques pour favoriser la résistance à la colonisation au niveau des surfaces muqueuses. .

Sur la base de ce contexte, nous visons à déterminer si le microbiome des voies respiratoires alimente l'inflammation des voies respiratoires médiée par Th17 dans la MPOC chez les personnes infectées par le VIH. Nous émettons l'hypothèse que : (1) le microbiome induit le Th17 des voies respiratoires et supprime les réponses immunitaires Treg chez les personnes infectées par le VIH atteintes de MPOC ; (2) la réponse Th17 induite par les bactéries favorise l'expression de gènes pro-inflammatoires chez les personnes atteintes de MPOC et (3) le microbiome des voies respiratoires médie son effet sur la réponse immunitaire Th17 par la sécrétion de vésicules bactériennes de la membrane externe (OMV).

Dans cette étude, nous allons : (1) établir une relation entre le microbiome des voies respiratoires et les phénotypes cellulaires Th17/Treg chez les personnes infectées par le VIH atteintes de MPOC ; (2) étudier la régulation à la hausse par Th17 à médiation bactérienne des gènes pro-inflammatoires et pro-fibrotiques chez les personnes séropositives atteintes de MPOC et (3) explorer le rôle des vésicules bactériennes de la membrane externe (OMV) dans la médiation des réponses immunitaires Th17 induites par le microbiome chez les personnes séropositives.

Buts et objectifs de l'étude

But de l'étude :

Étudier l'inflammation induite par le Th17 des voies respiratoires dans la BPCO chez les personnes infectées par le VIH

Objectifs spécifiques

1. Établir une relation entre le microbiome des voies respiratoires et les phénotypes cellulaires Th17/Treg chez les personnes infectées par le VIH atteintes de MPOC.
2. Étudier la régulation à la hausse par Th17 des gènes pro-inflammatoires chez les personnes infectées par le VIH atteintes de MPOC
3. Étudier le rôle des vésicules bactériennes de la membrane externe (OMV) dans la médiation des réponses immunitaires Th17 induites par la dysbiose chez les personnes vivant avec le VIH.

Énoncé du problème La prévalence de la maladie pulmonaire obstructive chronique augmente chez les personnes vivant avec le VIH/SIDA (PVVIH) car l'utilisation généralisée de la thérapie antirétrovirale (ART) a augmenté la longévité dans cette population[5]. On ne sait toujours pas ce qui entraîne l'inflammation chronique des voies respiratoires chez les PVVIH bien contrôlées sous TAR. En dépit d'une association bien établie entre la BPCO et la tuberculose pulmonaire, elle ne rend pas entièrement compte des cas de BPCO rapportés chez les PVVIH[5]. Dans notre population d'étude, ni le tabagisme ni l'exposition à la biomasse n'ont été signalés comme étant associés à la MPOC. Il est nécessaire d'explorer les facteurs à l'origine de l'inflammation chronique des voies respiratoires chez les PVVIH.

Justification Des communautés microbiennes spécifiques capables de provoquer des réponses immunitaires intenses pourraient déterminer le résultat de l'interaction hôte-microbiome, soit la tolérance immunitaire, soit l'inflammation. Alors qu'une caractérisation approfondie du microbiome des voies respiratoires a été réalisée dans des études humaines sur la MPOC et des modèles animaux [5-8], seules des associations ont été signalées et quelques signatures spécifiques ont été impliquées comme prédicteurs de la mortalité par MPOC [9]. Peu de modèles de microbiome basés sur des animaux ont été traduits en modèles testables de voies respiratoires humaines ou de poumons pour élaborer sur le rôle mécaniste du microbiome dans la MPOC. Déchiffrer quelles bactéries induisent une forte réponse immunitaire au sein d'une multitude de communautés microbiennes reste un domaine d'intérêt important pour le sous-phénotype et l'identification des traits traitables. Nous pensons que la poursuite de cette question de recherche fournira une base pour l'immunophénotypage des communautés microbiennes des voies respiratoires comme tolérogènes (induisant des Treg) ou inflammatoires (induisant des Th17), une découverte scientifique potentiellement fondamentale en immunobiologie respiratoire.

Revue de la littérature À l'échelle mondiale, plus de 80 % des décès liés aux MNT surviennent dans les pays à revenu faible ou intermédiaire (PRFI)[10]. Parmi les MNT, les maladies pulmonaires chroniques sont la quatrième cause de décès dans le monde et devraient être le troisième problème de santé en importance en Afrique subsaharienne d'ici 2030[11]. La MPOC est une obstruction progressive des voies respiratoires potentiellement mortelle qui provoque un essoufflement initialement à l'effort et prédispose à des exacerbations et à des maladies graves [12]. Dans la population générale, la MPOC avait coûté la vie à trois millions de personnes dans le monde en 2015[13]. À la suite de l'intensification mondiale de la thérapie antirétrovirale (TAR) et de la prophylaxie au cotrimoxazole, l'incidence des infections pulmonaires a considérablement diminué, mais la MPOC est une complication de plus en plus reconnue mais mal comprise [14]. Une méta-analyse sur l'épidémiologie de la BPCO dans la population mondiale infectée par le VIH à ce jour démontre une prévalence de la BPCO entre 3 et 23 %[15].

Jusqu'en 2015, la prévalence et les facteurs de risque de la BPCO en Ouganda étaient largement non caractérisés. La prévalence de la MPOC a d'abord été estimée dans une population rurale en Ouganda à 16 % de prévalence[11]. Dans cette étude, ils n'ont pas comparé la prévalence selon le statut VIH. La prévalence rapportée était plus élevée par rapport à d'autres études dans la région et peut s'expliquer par d'autres facteurs. Siddharthan et ses collègues ont signalé une prévalence de 6,1 % de MPOC dans les communautés rurales ougandaises du district de Nakaseke, contre une prévalence de 1,5 % dans les communautés urbaines de Kampala[16]. Dans cette étude, il a été souligné que le facteur le plus important associé à la MPOC était la résidence rurale, et le VIH ne semblait pas être un facteur de risque important pour la MPOC[5]. Néanmoins, cette étude basée sur la population n'a pas exploré les effets de la charge virale du VIH et du nombre de CD4 sur la prévalence de la MPOC et les résultats de la fonction pulmonaire. De plus, le statut VIH était autodéclaré à 8,1 %. De même, dans une étude récente dans le sud-ouest de l'Ouganda, North et ses collègues n'ont signalé aucune association significative entre le VIH et les symptômes respiratoires ni la fonction pulmonaire. Cependant, les auteurs n'ont pas exploré les effets des caractéristiques spécifiques au VIH sur la MPOC[17].

Dans un cadre rural de cliniques de TAR dans le district de Nakaseke en Ouganda, avec des participants ayant un VIH bien contrôlé, nous avons trouvé une prévalence de BPCO de 6,22 %[5]. Les antécédents de tuberculose pulmonaire étaient fortement associés à la BPCO et à une fonction pulmonaire réduite. Comme prévu, l'augmentation de l'âge était associée à une fonction pulmonaire réduite. Cependant, les caractéristiques spécifiques au VIH, y compris l'utilisation et la durée du TARV, le nombre actuel et initial de cellules CD4+T et la charge virale, n'étaient pas associés à la MPOC ou à une fonction pulmonaire réduite dans une analyse ajustée et ajustée[5]. Parmi les personnes diagnostiquées, la MPOC était associée à un état de santé respiratoire réduit et à des symptômes respiratoires graves. Actuellement, on ne sait pas exactement ce qui motive l'inflammation pulmonaire chronique dans notre population de PVVIH avec plus de 90 % de suppression virologique, un nombre de groupes de différenciation 4 (CD4) > 500, 80 % de non-fumeurs, avec des antécédents de guérison de la tuberculose pulmonaire et aucune association significative entre la BPCO et l'exposition à la biomasse[5]. Des études récentes suggèrent que les communautés bactériennes habitant les surfaces muqueuses des voies respiratoires entraînent une inflammation chronique [8].

Dans des conditions homéostatiques, la surface muqueuse des voies respiratoires est habitée par des communautés microbiennes commensales. Ces organismes induisent une résistance à la colonisation contre les pathobiontes par plusieurs mécanismes moléculaires [18]. Les mécanismes les plus étudiés concernent les interactions microbe-microbe et microbe-hôte. Les commensaux se répliquent très rapidement et subsistent dans des niches biologiques densément occupées, limitant la disponibilité des nutriments dans ces micro-habitats. Cette compétition pour les ressources comme les acides aminés, les sucres, le zinc, le fer et l'oxygène limite la colonisation par les pathobiontes[18]. Ainsi, une diversité microbienne plus élevée implique plus de microbes utilisant un pool de métabolites plus polyvalent, ce qui pose un défi à tout pathobionte pour prospérer. Par conséquent, tout changement entraînant une perte de biomasse ou de diversité microbienne déstabilise l'écosystème microbien, créant une opportunité pour les souches ayant une meilleure aptitude à proliférer.

Certains commensaux inhibent directement la croissance des pathobiontes par la sécrétion de peptides antimicrobiens (AMP). Ces facteurs limitent la croissance des bactéries adjacentes par une pléthore de mécanismes tels que l'inhibition de la synthèse de la paroi cellulaire, la formation de pores et l'activité nucléase. D'autres molécules non peptidiques qui inhibent la prolifération des bactéries voisines comprennent les acides gras à chaîne courte (AGCC), le peroxyde d'hydrogène (H2O2) et les acides biliaires secondaires. Enfin, les systèmes de sécrétion bactériens (en particulier le système de sécrétion de type VI) ont été largement utilisés par les commensaux pour transporter des substances toxiques dans leur environnement ou même à proximité de cellules eucaryotes ou procaryotes [18].