Développement d’un vaccin préventif contre le VIH

Physiopathologie et traitement du VIH

Généralités, enjeux, difficultés Bien qu’il existe 2 types de VIH, le VIH-1 et le VIH-2, dans l’ensemble de ce manuscrit, je me suis intéressée uniquement au VIH-1, responsable de la pandémie. Le VIH-1 est plus répandu (98% des infections VIH d’après l’Inserm) et plus pathogène. Veuillez comprendre VIH-1 dès qu’il sera fait mention du VIH. Dans cette première partie, je vais rappeler des généralités sur les connaissances actuelles à propos du VIH. Tous les VIH infectant l’espèce humaine dérivent des virus de l’immunodéficience simienne (Gao et al., 1999). L’Homme a pu être infecté après de multiples exposition à du sang contaminé, à des blessures ou des morsures lors de la chasse et du braconnage de différentes espèces de singe infectés en Afrique intertropicale (Peeters et al., 2002; Zhu et al., 1998). En dépit de son origine Africaine, le premier cas de SIDA a été observé en 1981 aux EtatsUnis et deux ans plus tard, la française Françoise Barré-Sinoussi (Barre-Sinoussi et al., 1983; Greene, 2007) décrit pour la première fois le VIH-1 à l’Institut Pasteur dans le laboratoire de Luc Montagnier. Les hommes ayant des rapports sexuels avec des hommes (HSH) ont été les premières victimes recensées de l’épidémie lors de son apparition en occident suivis par les utilisateurs de drogues injectables. Depuis, un très grand nombre d’études ont portées sur les mécanismes d’infection et sur la pathogénèse du virus. Cette infection se traduit principalement par la déplétion rapide des lymphocytes T (LT) CD4+ jusqu’à la perte de l’immunité à médiation cellulaire, entrainant une sensibilisation aux infections opportunistes et aux cancers. Ces 40 années de recherche ont permis le développement de traitements antirétroviraux efficaces dans le contrôle de l’infection VIH permettant de diminuer la mortalité chez les personnes infectées et traitées mais ils restent contraignants. Ces traitements permettent seulement de contrôler la charge virale à un niveau indétectable (ou très bas) et non pas une guérison des personnes infectées. Ces traitements doivent être pris à vie pour maintenir le contrôle de l’infection. De plus, ils ont un certain coût (soit pour le patient directement, soit pour le pays s’il est remboursé) et ne sont pas toujours accessible aux populations, notamment dans les pays en voie de développement (Figure 1). Sans traitement, la durée moyenne de survie est estimée entre 9 et 11 ans. D’après l’Organisation Mondiale de la Santé, en 2019, l’infection par le VIH touchait 38 millions de personnes dans le monde et était responsable de 690 000 décès en une année, soit plus que la population du Luxembourg. En comparaison, le virus du SarsCov-2, responsable de la pandémie de Covid-19 qui paralyse le monde depuis un an et demi, était responsable de la mort de plus de 4 000 000 personnes à travers le monde en date du 1 septembre 2021 soit 20 mois après son apparition. Dans de nombreux pays développés, malgré l’adoption de comportements de protection individuelle comme la généralisation du préservatif, les nouvelles générations ont tendance à négliger le risque de contracter le virus. En 2019, au moins 6 300 Français ont été infectés par le VIH. Le VIH est donc un problème majeur de santé publique, et plus particulièrement dans les pays en voie de développement. Ces pays sont les plus touchés, 70% des cas d’infection VIH sont recensés en Afrique sub-saharienne, et la prévalence du VIH est bien supérieure à celle des pays développés. Pour endiguer la pandémie la solution la plus efficace serait la vaccination préventive. Seulement, malgré plusieurs décennies de recherche, il n’existe à ce jours aucun vaccin efficace contre le VIH.
Structure du VIH Le VIH appartient à la famille des rétrovirus du genre lentivirus. Comme tous les virus, le VIH est un parasite intracellulaire obligatoire avec une architecture rudimentaire qui a besoin de la machinerie cellulaire de la cellule hôte pour se répliquer. Le génome du VIH a une taille d’environ 9,8Kb et est composé de deux molécules d’ARN simple brin protégées par une un assemblage de protéines p24, la capside (Turner and Summers, 1999; Wain-Hobson et al., 1985). Son génome comporte neufs gènes qui codent les protéines qui composent le vuris. Les gènes gag, pol et env sont des gènes classiques des rétrovirus. Ces trois gènes principaux codent des précurseurs polypeptidiques composées de sous-unités. Les protéines de structure (capside, matrice, nucléocapside) sont codées par le gène gag et les enzymes virales (transcriptase inverse, protéase et intégrase) sont codées par le gène pol. Ces protéines sont donc synthétisées en tant que polyprotéines à partir d’un unique ARN messager. Ces polyprotéines doivent ensuite être clivées par la protéase virale pour aboutir à des protéines fonctionnelles. Le gène env code quant à lui la glycoprotéine d’enveloppe gp160 qui sera par la suite clivée en deux glycoprotéines distinctes, la gp120 et la gp41 par une protéase cellulaire lors de l’infection des cellules hôtes (Figure 2). Les six autres gènes, tat, rev, vif, vpr, vpu et nef, sont dits « auxiliaires » et codent des facteurs de régulation de l’expression des gènes viraux et de la réplication virale. Le génome du VIH forme un complexe avec des protéines de la nucléocapside p7 dans la capside pour stabiliser l’ARN virale. Les virions sont enveloppés d’une bicouche lipidique provenant de la membrane plasmique de la cellules hôte et forme une sphère d’environ 100nm de diamètre dans laquelle la glycoprotéine d’enveloppe du virus Env est stabilisée dans la membrane grâce à l’interaction avec la protéine de la matrice p17 (Figure 2). L’interaction de Env avec le CD4 ainsi qu’un corécepteur exprimé à la surface des cellules cibles permet leur infection.
Diversité génétique du VIH La transcriptase inverse est la principale source de diversité VIH au sein des individus infectés. Cette diversité permet au VIH d’échapper au contrôle immunitaire en s’adaptant aux contraintes imposées par l’hôte. Cette enzyme est une ADN polymérase ARN dépendante qui permet de rétro-transcrire l’ARN viral simple brin en ADN double brin. Cependant, cette enzyme est dépourvu de mécanisme de correction des erreurs de rétrotranscription (Roberts et al., 1988). Une erreur d’incorporation survient en moyenne tous les 10000 nucléotides (Abram et al., 2014). 9200 nucléotides composent le génome du VIH. De ce fait, à chaque cycle viral, une mutation est incorporée dans le génome du VIH (Huang and Wooley, 2005). Bien que les mutations soient présentes aléatoirement dans les différentes régions du VIH, seules les mutations n’apportant pas un désavantage pour l’infection sont transmises lors de la propagation du virus. Par exemple, pour la protéine Env, une mutation dans une région responsable de la conformation ou de l’adhésion aux cellules CD4+ rendrait le virion inapte à infecter des cellules CD4+. Ces régions sont donc très conservées (régions constantes C1-C5 de gp120) alors que d’autres sont plus sujettes aux mutations (régions variables V1-V5 de gp120) (Checkley et al., 2011). De plus, les génomes de deux souches suffisamment éloignées génétiquement peuvent se recombiner lors de l’infection d’une cellule par deux souches différentes (Tebit et al., 2007). Dans ce cas, une molécule d’ARN génomique de chacune des souches se retrouve dans la même particule virale. La transcriptase inverse peut changer de matrice au cours de la rétrotranscription et ainsi générer un ADN proviral recombinant (Ramirez et al., 2008). Ces formes hybrides sont ensuite classées selon le nombre de patients chez lesquels on les retrouve. Si la recombinaison est présente chez un seul patient ou des patients liés épidémiologiquement, alors c’est une URF (Unique Recombinant Form) ; si la recombinaison est présente chez au moins trois patients sans lien épidémiologique, alors c’est une CRF (Circulating Recombinant Form) (Taylor and Hammer, 2008). Les souches recombinées seraient responsables de 20% des infections à travers le monde (Hemelaar et al., 2011). La propriété de recombinaison du VIH est donc efficace pour produire de nouvelles souches virulentes. Enfin, le cycle de réplication du VIH est extrêmement rapide, c’est pourquoi la réponse B est systématiquement en retard sur la réplication et diversification virale et permet l’échappement au contrôle du système immunitaire inadapté à l’instant T pour reconnaitre Env. Ces mutations, seules ou combinées, sont la principale cause des échecs thérapeutiques (Smyth and Negroni, 2016).
Différents groupes Les passages répétés de la barrière inter-espèce entre les Primates Non-Humains et Homme a divisé les souches de VIH en quatre groupes phylogénétiques : le groupe M (major), le groupe O (outlier), le groupe N (non-M, non-O) et le dernier groupe récemment identifié, le groupe P. Il existe une grande disparité dans la prévalence et dans la répartition géographique des groupes ou sous-types de VIH à travers le monde. Les souches de VIH des groupes N et P sont endémiques au Cameroun et rares, elles ont été détectées chez moins de 20 individus (Delaugerre et al., 2011; Plantier et al., 2009). Les souches de VIH du groupe O sont également endémiques au Cameroun et certains cas ont été reportés aux Etats-Unis et en Europe bien que leurs prévalences restent faibles (Mourez et al., 2013; Vessière et al., 2010). Les souches de VIH du groupe M sont responsables en majorité de la pandémie. Elles sont originaires de la République Démocratique du Congo et sont caractérisées par une grande diversité génétique. Au sein du groupe M, neuf sous-types de souches répartis à travers le monde ont été identifiés : A, B, C, D, F, G, H, J, K (Hemelaar et al., 2019). Les stratégies de développement de vaccin doivent donc en priorité être tournées vers l’induction d’une protection contre les souches majoritairement retrouvées pour endiguer la pandémie. A noter que le sous type B prédomine dans les pays occidentaux. De plus, le soustype C est responsable de la moitié des infections à travers le monde et se retrouve principalement dans les pays avec une forte prévalence du VIH tels que l’Inde et dans le Sud de l’Afrique (Hemelaar et al., 2019; Magiorkinis et al., 2016) A ce jour, des formes recombinantes entre des souches des groupes M, O ou N ont été caractérisées, complexifiant encore le développement d’un vaccin efficace contre une majorité de souches infectieuses (Hemelaar et al., 2019). La variabilité du VIH est donc un enjeu majeur pour la conception d’un vaccin préventif car le système immunitaire doit reconnaître une grande diversité de cibles.

Vaccin sous-unitaire

   Les vaccins sous-unitaires, ou sous-particulaires, à la différence des vaccins à vecteurs viraux, sont exclusivement composés du fragment spécifique de l’agent pathogène cible du système immunitaire, tel que sa paroi ou sa toxine. L’antigène est présent sous forme protéique ou saccharidique, et provient d’une fabrication de novo ou d’un traitement de l’agent infectieux. La taille de l’antigène étant très limité, les vaccins sous-unitaires ne stimulent pas de PAMP donc l’immunogénicité de ces vaccins, s’ils étaient formulés uniquement avec l’antigène, serait limitée. C’est pourquoi l’ajout d’un adjuvant ou un système de liposome est nécessaire (Perrie et al., 2008).

Modèles précliniques d’étude du VIH

   Les modèles animaux permettent d’étudier l’immunogénicité et les capacités de protection des vaccins candidats lors des phases précliniques avant d’être transposés en phase clinique chez l’Homme puis d’être mis sur le marché. La première étape pour évaluer l’efficacité d’un vaccin est donc de déterminer le modèle qui reflète au mieux les réponses humaines. Aucun modèle n’étant parfait il est important de connaitre les avantages et les limites de chacun (Hatziioannou and Evans, 2012). Pour qu’une espèce soit susceptible d’être utilisée dans des études précliniques du VIH, son système doit à l’évidence supporter l’infection de ses lymphocytes (entre autres) et donc comprendre les récepteurs et corécepteurs utilisés par le VIH. Il doit également comporter les facteurs cellulaires nécessaire à la réplication du virus mais pas les facteurs de restriction qui inhibe cette réplication (Ghimire et al., 2018). Ces facteurs de restriction sont très répandus dans les espèces animales mais le VIH ne s’est adapté qu’à très peu ce qui explique en partie l’incapacité du VIH à se répliquer ou à provoquer une maladie chez la plupart des espèces autres que les humains ou les primates. De par l’origine simienne du VIH, les primates non humains sont le modèle de référence utilisé pour l’étude de l’efficacité des vaccin anti-VIH. Bien que le VIH dérive du SIV du chimpanzés, le fait que peu de chimpanzés infectés par le SIV développent une phase de SIDA et leur statut d’espèce en danger limite leur utilisation dans les études précliniques (Gao et al., 1999). D’autres modèles simiens tels que le macaque rhésus sont alors préférés. Cependant, l’utilisation de primates pose un problème éthique et économique à cause de la taille des animaux, de leur nombre de représentant dans le monde, de leur reproduction et des coûts d’hébergement. Les objectifs de la vaccination VIH peuvent être divers comme par exemple le test de l’efficacité vaccinale ou l’étude des mécanismes immunitaires. Dans ce deuxième cas, il est inutile que le modèle puisse être infecté par le VIH. Seule la similarité des réponses immunitaires engagées chez l’homme et l’espèce animale est nécessaire. Des modèles de petits animaux plus simples, génétiquement identiques et moins onéreux tels que la souris ou le lapin peuvent alors être utilisés. Les progrès dans le développement d’une myriade de modèles murins sophistiqués dit « humanisés » dont le système immunitaire se rapproche de plus en plus à celui de l’homme encourage leur utilisation. Comme dans toute étude, les modèles d’étude préclinique pour une étude globale de la réponse immunitaire au VIH et à la vaccination VIH sont imparfaits. Les modèles d’étude préclinique utilisés, peuvent donc être divers mais toujours en accord avec l’objectif de l’étude préclinique.

RV144 (la cohorte THAI)

   L’essai RV144 est un essai de phase III qui a débuté en octobre 2003 sur 16402 volontaires du sud-est de la Thaïlande (où la prévalence de l’infection est élevée) âgés entre 18 et 30 ans, séronégatifs le jour du lancement de l’essai et sans comportement à risque. L’objectif était de tester un vaccin candidat à la fois prophylactique, c’est à dire capable de bloquer l’infection par le VIH, et thérapeutique, c’est à dire luttant contre la progression vers le SIDA en cas d’infection. La moitié des volontaires (8197) ont reçu le vaccin candidat et l’autre moitié (8198) le placebo. Ce vaccin candidat consiste en 4 injections de deux vaccins n’ayant pas montré de résultats concluants seuls en phase II chez l’homme, selon le principe du « prime-boost ». Pour ce faire, la réponse immunitaire est initiée avec un vecteur recombinant dérivé du poxvirus (ALVAC) exprimant Gag et Pol d’une souche de sous-type B (souche LAI) et la protéine d’enveloppe gp120 d’un VIH-1 de sous-type CRF01-AE associée à la partie transmembranaire de la gp41 de la souche LAI puis stimulée fortement avec les mêmes immunogènes que ceux contenus dans l’essai VAX003, c’est-à-dire un mélange de deux gp120 recombinantes, l’une de sous-type B et l’autre de sous-type CRF01_AE (AIDSVAX B/E) formulé dans de l’Alum. Les résultats présentés le 24 septembre 2009 ont montré, pour la première fois dans l’histoire de la vaccination anti-VIH chez l’homme, une protection modeste (31,2 % d’efficacité de protection) contre l’infection (Haynes et al., 2012). Mais cette protection diminue avec le temps, en partie à cause de la faiblesse de l’immunogénicité globale du vaccin. Ces résultats, tout de même encourageants, ont menés à des analyses plus poussées des réponses immunitaires pour l’identification de corrélats de protection.

Table des matières

Introduction : Vaccination VIH
1. Physiopathologie et traitement du VIH
1.1. Généralités, enjeux, difficultés
1.1.1. Structure du VIH
1.1.2. Diversité génétique du VIH
1.1.3. Différents groupes
1.2. Transmission et cibles
1.2.1. Voies de transmission
1.2.2. Cibles cellulaires
1.3. Etapes de l’infection cellulaire par Env
1.3.1. Infection
1.3.2. Cycle de réplication viral
1.3.3. Dissémination et constitution du réservoir
1.3.4. Epuisement des LT
1.4. Mécanismes d’échappement au contrôle de l’infection
1.4.1. Propriétés structurales
1.4.2. Pression sélective
1.5. Evolution de l’infection : phases et prédiction
1.5.1. Primo-infection
1.5.2. SIDA
1.5.3. Prédiction de l’évolution de l’infection
1.6. Détection et traitement
1.6.1. Détection
1.6.2. Traitement
1.7. Paramètres génétiques associés à la protection chez les patients VIH+
2. Développement d’un vaccin préventif contre le VIH
2.1. Généralités sur la vaccination
2.2. Orientation d’une réponse immunitaire adaptative
2.2.1. Réponse cellulaire
2.2.2. Réponse humorale
2.2.3. Réponse Anticorps neutralisants contre le VIH
2.3. Types de vaccins
2.3.1. Vaccin tué ou inactivé
2.3.2. Vaccin vivant atténué
2.3.3. Vaccin à vecteur viral
2.3.4. Vaccin sous-unitaire
2.3.1. Vaccin à base d’acides nucléiques
2.4. Différentes phases de validation d’un vaccin et corrélats de protection
2.4.1. Modèles précliniques d’étude du VIH
2.4.2. Phases des essais cliniques
2.4.1. Essais cliniques anti-VIH
2.4.2. RV144 (la cohorte THAI)
2.4.3. Corrélats de protection
2.5. Antigène
2.5.1. Objectif : diriger la réponse anticorps
2.5.2. Motif 3S
2.5.3. Carrier
2.6. Formulation du vaccin
2.6.1. Objectifs
2.6.2. Diversité des adjuvants
2.6.3. Alum, sel d’aluminium, hydroxyde d’aluminium
2.6.4. Emulsion huile dans l’eau à base de squalène, AddaVaxTM, MF-59®, SQE
2.7. Modalités d’administration
2.7.1. Différentes voies d’administration vaccinale
2.7.2. Cinétique d’injection
3. Réponse humorale aux vaccins protéiques induisant des AcN
3.1. Réponse humorale
3.2. Réponse innée au site d’injection
3.2.1. Recrutement et activation cellulaire au site d’injection
3.2.2. Prise en charge de l’antigène, maturation et migration vers les GLD
3.3. Interface entre la réponse innée et acquise dans les GLD
3.3.1. Apprêtement et présentation de l’antigène
3.3.2. Activation et différenciation des LT en Tfh
3.3.3. Activation des LB
3.4. La réaction du centre germinatif des OLII
3.4.1. Phase extra-folliculaire et formation du CG
3.4.2. Centre Germinatif
3.4.3. Zone claire : interaction LB-Tfh et sélection clonale
3.4.4. Zone sombre : maturation des LB
3.5. Mémoire 
3.5.1. Devenir des LT
3.5.2. Devenir des LB
Hypothèses et Objectifs
Résultats
1. Réponse adaptative : article
2. Réponse innée : Résultats supplémentaires
Discussion – Conclusion
Maturation des LB
Caractéristiques des anticorps
Effet dépôt
Recrutement cellulaire au site d’injection
Prise en charge de l’antigène
Transport de l’antigène vers les GLD
Activation des neutrophiles
Impact de la déplétion des neutrophiles sur la réponse humorale
Conclusion

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