Etude épidémiologique, virologique et physiopathologique des infections respiratoires basses par les entérovirus en pédiatrie

Clinical, epidemiological and virological features of enterovirus respiratory infections

• Auteur / Autrice : Jérôme Jacques
• Direction : Laurent Andreoletti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine. Virologie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Reims

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bronchiolite virale

Épidémiologie

Pédiatrie

Enterovirus

Résumé

Les @entérovirus (Picornaviridae) sont des agents infectieux communs divisés en 5 espèces (Poliovirus et Entérovirus humains A à D) qui regroupent actuellement 89 sérotypes. Ces virus à ARN positif simple brin, sont responsables de syndromes infectieux variés incluant des infections des voies respiratoires hautes ou basses chez l'adulte ou l’enfant. Actuellement l’importance épidémiologique, les caractéristiques cliniques ainsi que les mécanismes physiopathologiques des infections respiratoires par les entérovirus restent à préciser. La première partie de notre travail a eu pour objectif d’évaluer le rôle étiologique potentiel des picornavirus à tropisme respiratoire chez 192 enfants âgés de moins de 36 mois et hospitalisés pour bronchiolite. Un agent viral a été identifié chez 138 (72. 5%) des 192 enfants étudiés. Les virus les plus fréquemment détectés étaient respectivement le Virus Respiratoire Syncytial (VRS) (30%), les Rhinovirus (RVH) (21%), les entérovirus (EV) (9%), et les Métapneumovirus humains (MPVh) (4%). Les RVH et les EV sont apparus comme étant la seule cause de l'infection virale de l’arbre respiratoire dans 57 (30%) des 192 jeunes enfants, tandis qu’une co-infection avec du RVH ou du EV a été détectée dans 25 (13%) des 192 jeunes enfants (30 vs. 13%, P<10-3). Ces données suggèrent que les picornavirus (RVH et EV) à tropisme respiratoire seraient l'une des principales causes virales de bronchiolite en France. Dans une seconde étude, nous avons analysé 252 cas d’infections pédiatriques à EV diagnostiqués chez 11509 enfants. Les souches d’EV ont été isolées dans des échantillons naso-pharyngés grâce à la culture virale, et identifiées par séroneutralisation. Les syndromes respiratoires (79 (31%) des 252 infections à EV) associés à une infection par un EV sont apparus comme étant la deuxième plus fréquente pathologie pédiatrique après la méningite (111 (44%) des 252 cas) (44 vs 31%, p <10-3). Les EVs ont contribué aux infections respiratoires bases dans 54 % des 79 cas d’infection à EV. La bronchiolite a été la pathologie la plus souvent diagnostiquée dans les infections respiratoires à EV (34 (43%) des 79 cas, p <10-3), survenant le plus souvent chez les enfants âgés de 1-12 mois (P = 0. 0002). Les echovirus 11, 6 et 13 ont été les souches les plus fréquemment identifiées dans les infections respiratoires (24, 13 et 11%, respectivement). L’analyse phylogénétique du gène codant pour la protéine de capside VP1 a révélé la circulation concomitante ou successive de souches distinctes EV à tropisme respiratoire au cours du même mois ou de la période épidémique. Ces résultats indiquent que les infections des voies respiratoires représentent 30% des cas des infections pédiatriques à entérovirus. De plus, la circulation concomitante ou successives de souches génétiquement distinctes d’EV indique la possibilité d’infections respiratoires répétées au sein de la même saison épidémique, et suggère la possibilité de mécanismes de recombinaison génétique entre des souches d’EV d’espèces A ou B. Afin d’identifier les mécanismes qui peuvent réguler le développement de l’inflammation des muqueuses respiratoires au cours de l’infection des voies aériennes basses par les EVs, nous avons étudié les profils et les niveaux de production de « CC et CXC chimiokines » de cellules épithéliales pulmonaires humaines primaires (SAEC), infectées par deux souches sauvages d’EV à tropisme respiratoire. L’exposition des SAEC à l'interféron gamma (INF-γ) et aux virus sauvages de type Coxsackie B5 ou ECHO 30 induit une augmentation significative de la production de RANTES qui est synergique par rapport celle obtenue par l’infection virale ou par l’INF-γ seul. Nous avons observé que l'infection réplicative des entérovirus dans les SAEC induisait une augmentation dose et temps-dépendante des ARNm, et des protéines RANTES, MCP-1 et l'IL-8. La sécrétion de ces chimiokines est significativement augmenté à 48 ou 72 heures suivant l’infection dans les cultures traitées par de faibles doses d’INF-γ, et ceci comparativement aux cellules non infectées (P <0,001). Les chimiokines produites par les SAEC en réponse à l’infection virale ont montrés une forte activité chimiotactique pour les éosinophiles humains du sang périphérique. En outre, nous avons observé une infection productive par les entérovirus à tropisme respiratoire dans les éosinophiles. Ceux-ci ont spécifiquement sécrété des niveaux significatifs de RANTES et MCP-1,et ceci 24 heures après l'infection. Par conséquent, le processus inflammatoire induit par les entérovirus semble être déclenché par l'infection de cellules épithéliales, et amplifié par des mécanismes déclenchés par l’INF-γ ainsi que par la sécrétion de chimiokines par les éosinophiles recrutés dans la lumière bronchique. En conclusion, nos travaux indiquent que les EVs sont une cause fréquente d'infection des voies respiratoires chez les enfants, et qu’ils sont capables d’induire au cours de l’infection des cellules de l'épithélium bronchique, une sécrétion spécifique de chimiokines de type RANTES, MCP-1 et IL-8. Ces résultats suggèrent l’importance du rôle des entérovirus dans le développement de pathologies respiratoires chez les enfants immunocompétents.

Enteroviruses (EV) (Picornaviridae) are among the most common viruses infecting human beings worldwide. These viral agents are associated with a wide range of human pathologies, including upper respiratory but also lower respiratory tract infections resulting in bronchitis, pneumonia or bronchiolitis in adults or in infants. In the first study, we assessed the potential role of the respiratory picornaviruses as causative agents of bronchiolitis in 192 infants ≤36 months of age and hospitalized for acute bronchiolitis. The detection of common respiratory viruses (respiratory syncytial virus, influenza virus A and B, parainfluenza virus I, II, III, and adenovirus) was performed using classical immunofluorescence antigens and cell culture detection assays in nasopharyngeal aspirates whereas the detection of human metapneumovirus (HMPV) rhinoviruses and enteroviruses was performed by molecular techniques. A potential causative virus was detected in 72. 5 % of the 192 study infants. RSV (30%), rhinovirus (21%), enterovirus (9%), influenza virus A (6%) and human metapneumovirus (4%) were the most frequent causative agents detected. Rhinoviruses or enteroviruses were detected as the only evidence of respiratory viral tract infection in 57 (30%) of 192 infants, whereas rhinovirus or enterovirus occurred in mixed viral infection detected in 25 (13%) of 192 study cases (30 vs. 13%, p<10-3). Our data suggest that respiratory picornaviruses are one of the leading etiological causes of bronchiolitis in French infants. In the second part our investigations, we analysed 252 EV-related infection cases (median age, 5. 1 years) diagnosed among 11,509 consecutive children visiting emergency departments within a 7-year period in the North of France. EV strains were isolated from nasopharyngeal samples by viral cell culture, identified by seroneutralization assay and genetically compared by partial amplification and sequencing of the VP1 gene. The respiratory syndromes (79 (31%) of 252 EV infections) appeared as the second more frequent EV induced pediatric pathologies after meningitis (111 (44%) of 252 cases) (44 vs. 31%, P<10-3), contributing to lower respiratory tract infection (LRTI) in 43 (54%) of 79 EV respiratory infection cases. Bronchiolitis was the most frequent EV induced LRTI (34 (43%) of 79 cases, P<10-3) occurring more often in infants aged 1-12 months (P=0. 0002) with spring-fall seasonality. Viruses ECHO 11, 6 and 13 were the more frequently identified respiratory strains (24, 13 and 11%, respectively). The VP1 gene phylogenetic analysis showed the concomitant or successive circulation of genetically distinct EV respiratory strains (species A or B) during the same month or annual epidemic period. Our findings indicated that respiratory tract infections accounted for appreciatively 30% of EV-induced paediatric pathologies, contributing to LRTIs in 54% of these cases. Moreover, the concomitant or successive circulation of genetically distinct EV strains indicated the possibility of paediatric repeated respiratory infections within the same epidemic season. To identify the mechanisms that can regulate the development of airway mucosa inflammation during EV respiratory lower tract infection, we investigated the production of chemokines by EV-infected bronchial epithelial cells. Cultures of primary human small airway epithelial cell (SAEC) were infected by wild-type respiratory EV strains, demonstrating a replicative and productive infection by Coxsackievirus B5 and Echovirus 30 strains. Exposure of SAEC to gamma interferon (INF-γ), in combination with Coxsackievirus B5 and Echovirus 30 infection, induced a significant increase in RANTES production that was synergistic with respect to that obtained by EV-infection or INF-γ treatment alone. We observed that the replicative infection of the SAEC by Coxsackievirus B5 and Echovirus 30 wild-type viruses induced dose and time-dependent increases in mRNA and protein secretion for RANTES, MCP-1 and IL-8. The protein secretion of these chemokines appeared to be significantly increased at 48 or 72 hours post-infection in cultures treated by low-doses of INF-γ comparatively to mock-infected cells (P<0. 001), and was correlated to the viral replication activity. SAEC-derived chemokines exhibited a strong chemotactic activity for normal human blood eosinophils. Furthermore, we observed an EV productive infection in eosinophils, which specifically released significant levels of RANTES and MCP-1, 24 hours post-infection. Therefore, the inflammatory process in EV-induced bronchiolitis appears to be triggered by the infection of epithelial cells and further amplified via mechanisms driven by INF-γ and by the secretion of eosinophil chemokines. Altogether, our findings suggest that EVs are a common cause of respiratory tract infections in paediatric patients, where they can induce the release of chemokines by bronchial epithelial cells, which may significantly contribute to the various histologic and inflammatory features of EV-induced airway disease.