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n°105 - décembre 02


VIH -- VIROLOGIE

Quelle place pour les anticorps neutralisants dans un modèle vaccinal

Anne-Marie Aubertin
Inserm U544, Institut de virologie, Université Louis Pasteur (Strasbourg)






Crosslinked HIV-1 envelope-CD4 receptor complexes elicit broadly cross-reactive neutralizing antibodies in rhesus macaques
Fouts T., Godfrey K., Bobb K., Montefiori D., Hanson C.V., Kalyanaraman V.S., DeVico A., Pal R.
PNAS, 2002, 99, 18, 11842-7

Une expérience inédite, avec un modèle vaccinal novateur (gp120 ou gp140/CD4), menée chez le macaque, remet en scène la piste des anticorps dits "neutralisants" comme constitutive d'une réponse vaccinale anti-VIH en montrant que les anticorps induits sont capables de neutraliser in vitro de nombreux isolats primaires de VIH-1. Reste à démontrer le pendant chez l'homme.

La recherche d'immunogènes capables d'induire une réponse immunitaire humorale susceptible d'être efficace, avec des anticorps neutralisant (AcN) un large spectre d'isolats primaires (IP) de VIH, demeure un challenge capital dans l'élaboration d'un vaccin permettant de protéger de l'infection par le VIH.
Alors que les premiers essais de vaccins prototypes ont été focalisés sur une recherche de conditions favorisant l'induction d'anticorps neutralisant le VIH et basés sur l'utilisation d'enveloppe virale (glycoprotéine gp120, gp140 ou précurseur gp160) ou de domaines de celle-ci, force a été de constater que, dans les meilleurs cas, les anticorps induits neutralisaient principalement la souche virale dont était dérivée l'enveloppe (souvent, pour des raisons de facilité de production, un virus adapté à la culture sur lignée cellulaire - TCLA) et non les isolats viraux circulant dans la population humaine.
L'idée d'immuniser avec des gp présentant certains des changements de conformation qui ont lieu lors de l'étape de fixation du virus à la cellule ou de sa fusion avec la membrane plasmique a engendré différentes études. Ainsi des épitopes linéaires (masqués par des domaines flexibles de la gp120 présente sur le virus libre) ou conformationnels (induits par l'interaction des gp avec les protéines cellulaires, récepteur, corécepteur) seraient susceptibles d'être exposés et pourraient être reconnus par le système immunitaire.
Plusieurs essais d'immunisation avec des complexes CD4 soluble-gp120 recombinante ont été rapportés dès 19901, une caractérisation des spécificités des anticorps induits a montré que les AcN reconnaissaient des épitopes conformationnels mais aussi des domaines du CD4, bloquant la fusion de virus TCLA sans inhiber l'interaction gp120-CD42.
Les travaux de LaCasse et coll.3 décrivant l'induction d'AcN un très large spectre d'IP avec un immunogène "fusion-competent" composé de cellules exprimant l'enveloppe d'un isolat primaire double tropique cultivées en présence de cellules CD4+, CCR5+ et fixées lors de l'étape transitoire de fusion, avaient suscité un très grand intérêt. Cependant, il s'est avéré que ces activités étaient principalement dues à un effet cytotoxique spécifique, absent des sérums contrôle.

L'étude de Fouts et coll. reprend le principe d'une immunisation réalisée avec des complexes gp120-CD4 ou gp140-CD4 (CD4 soluble humain), mais cette fois fixés de manière covalente par un agent chimique de pontage, et compare la réponse humorale à celle induite par des gp120 ou gp140 libres (les gp dérivent aussi de la souche TCLA HIV-1 IIIB). Cette fixation chimique peut conduire à des modifications d'immunogénicité mais doit contribuer à maintenir les changements conformationnels induits par l'interaction env-CD4.
L'expérience a été réalisée chez le macaque - un ou deux animaux seulement par groupe d'immunisation -, et les antigènes formulés en adjuvant QS21 inoculés, de manière répétée, par voie musculaire. L'analyse cinétique de l'induction des anticorps dirigés contre la gp140 ou le CD4 soluble, détectés par ELISA, révèle un pic de production atteint à 22 semaines, après la 6e immunisation ; une augmentation des titres est néanmoins observée après plusieurs rappels faits plus tardivement.
L'étude des AcN induits a été principalement réalisée sur des prélèvements effectués 2 semaines après le rappel de la 94e semaine (soit après la 8e immunisation) ou sur des prélèvements postérieurs après rappel aux semaines 122, 178 et 250. Les auteurs indiquent que les titres ELISA de ces quatre prélèvements (qui s'étalent quand même sur trois ans) ne sont pas significativement différents. Il reste cependant possible que les spécificités et les affinités des anticorps pour l'antigène varient durant la période d'étude et que les informations obtenues avec un sérum ne s'appliquent pas nécessairement aux suivants.

Les tests de neutralisation ont été faits par quatre laboratoires indépendants, selon six protocoles différents mettant en jeu des lignées cellulaires, des PBMC activés (lymphocytes primaires) et des cellules CD4-, CXCR4+. Les activités neutralisantes sont fréquemment retrouvées dans les différentes conditions expérimentales.
Résultat particulièrement marquant, la très grande majorité des isolats primaires testés, qu'ils utilisent le corécepteur CCR5, CXCR4 ou soient double tropique, sont neutralisés par les sérums anti-env-CD4. Pour un même sérum, les titres en AcN sont variables selon l'isolat mis en jeu et, dans quelques cas, peuvent être relativement élevés (>300).
Observation encore plus étonnante, alors que les quatre sérums anti-env-CD4 neutralisent un IP donné, trois d'entre eux n'ont pas d'activité sur la souche adaptée dérivant de cet isolat. Cette dernière est toutefois neutralisée efficacement par les sérums anti-env, tout comme les souches virales TCLA (HIV-1 IIIB, SF2) ; par contre, ces sérums n'inhibent pas la réplication des IP. La spécificité décrite pour ces sérums anti-env-CD4 est vraiment intéressante, et d'autant plus étonnante qu'elle a été obtenue avec une enveloppe de virus TCLA.
La comparaison des immunogènes gp120-CD4 ou gp140-CD4 ne permet pas de conclure quant à un éventuel bénéfice dû à la présence des épitopes "neutralisants" de l'ectodomaine de gp41 (épitopes susceptibles d'induire des AcN). En effet, pour certains IP, les titres en AcN des sérums anti-gp140-CD4 sont parfois supérieurs à ceux des sérums anti-gp120-CD4. Mais la situation inverse étant aussi observée, il faudrait augmenter le nombre d'animaux immunisés dans chaque groupe pour conclure.

Des anticorps anti-CD4 humain ayant été induits par l'immunisation avec les complexes env-CD4, les auteurs se sont attachés à évaluer la contribution éventuelle des anticorps dirigés contre le CD4 dans cette neutralisation. Ils ont montré qu'un isolat viral capable d'infecter des cellules CD4- est neutralisé par les sérums anti-env-CD4. Il faut cependant noter que les virus VIH-1 qui ne dépendent pas du récepteur CD4 pour l'infection sont souvent plus sensibles à la neutralisation que les IP ayant les propriétés habituelles de VIH-1.
L'étude de l'immunoréactivité des sérums a permis de montrer que les anticorps dirigés contre le CD4 ne bloquaient pas l'interaction avec la gp120 et qu'ils ne reconnaissaient pas le CD4 de macaque. En ce qui concerne la reconnaissance de la gp120, la molécule non dénaturée est mieux détectée par les sérums anti-env-CD4 que par les sérums anti-env tandis que ceux-ci sont plus réactifs vis-à-vis de la gp120 dénaturée.
Pour affiner la détermination de la spécificité des anticorps, ceux-ci ont été purifiés par chromatographie d'affinité mettant en jeu une gp120 dérivée du virus macrophage tropique Bal couplé à un peptide mimétique connu pour reconnaître le site de fixation de CD4 sur la gp120 (= complexe SCBal/M9). Une déplétion importante des AcN est observée après passage sur cette colonne d'affinité, indiquant une rétention des anticorps actifs par le complexe, les anticorps anti-CD4 étant principalement retrouvés dans la fraction d'immunoglobulines non retenue par la colonne.
De plus, l'activité neutralisante est retrouvée associée aux immunoglobulines éluées de la colonne, qui ne sont toutefois pas totalement dépourvues d'anticorps anti-CD4. Ces résultats plaident donc en faveur d'une réelle spécificité des anticorps reconnaissant la gp120 dans une conformation modifiée par l'interaction avec le CD4, anticorps qui néanmoins sont capables de se fixer in vitro sur la gp120 libre.
La contribution d'anticorps anti-CD4 n'étant pas complètement exclue, les auteurs concluent que leur participation à l'activité neutralisante des sérums est minime. Pour palier à ce problème, il pourrait être envisagé d'immuniser des macaques avec des complexes gp120-CD4 de macaque qui ne devraient pas induire de réponse contre le CD4 autologue.

En mettant de côté le problème du protocole d'immunisation qui a permis l'obtention d'AcN un large spectre d'IP (inoculations répétées : 8 à 11 injections), la question cruciale qui se pose est de savoir si ces concentrations en AcN induits chez le macaque seraient suffisantes pour permettre une protection contre une infection lentivirale. Le choix d'un modèle expérimental pourra s'avérer délicat puisque ces sérums anti-env-CD4 ne neutralisent pas les virus chimériques SHIV89.6, SHIV89.6p, SHIV KU2 ou le SIVmac239, virus souvent utilisés pour les épreuves dans les essais vaccinaux, mais d'autres chimères portant une enveloppe VIH-1 R5 sont disponibles.

Le transfert passif d'Ig polyclonales ayant une activité neutralisante ou d'anticorps monoclonaux neutralisant les IP confère au macaque une immunité protectrice vis-à-vis d'une inoculation de virus d'épreuve et démontre le rôle important que les AcN peuvent jouer dans une protection vaccinale. Dans cette optique, les données apportées par l'étude de Fouts et coll. sont très encourageantes et ouvrent de nouvelles perspectives pour induire des anticorps neutralisants les isolats primaires de VIH-1.



1 - Celada F, Cambiaggi C, Maccari J et al.
"Antibody raised against soluble CD4-rgp120 complex recognizes the CD4 moiety and blocks membrane fusion without inhibiting CD4-gp120 binding."
J Exp Med, 1990, 172, 4, 1143-50
2 - Kang CY, Hariharan K, Sodroski J, Moore JP
"Immunization with a soluble CD4-gp120 complex preferentially induces neutralizing anti-HIV-1 antibodies directed to conformation-dependent epitopes of gp120."
J Virol, 1994, 68, 9, 5854-62
3 - LaCasse RA, Follis KE, Trahey M et al.
"Fusion-competent vaccines : broad neutralization of primary isolates of HIV"
Science, 1999, 283, 5400, 357-62, Retracted publication.