De nouvelles perspectives sur le suivi immunologique du traitement de la tuberculose pulmonaire : une étude multicentrique internationale pour l’évaluation de biomarqueurs immunologiques

Novel Immune Biomarkers for Pulmonary Tuberculosis Treatment Monitoring : a Multicentered study in Moderate- and High-Incidence Settings

• Auteur / Autrice : Carole Chedid
• Direction : Florence Ader, Sayera Banu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 18/10/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (Lyon ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de codirection internationale : International Centre for Diarrhoeal Disease Research, Bangladesh
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre International de Recherche en Infectiologie (Lyon ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Priscille Brodin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Ader, Sayera Banu, Priscille Brodin, Pierre Tattevin, Fabienne Venet, Oana Dumitrescu, Jonathan Hoffmann
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Tattevin, Fabienne Venet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lymphocytes T

Mycobactéries

Tuberculose

Immunologie

Mots clés libres

Immunologie

Tuberculose

Mycobactéries

Infectiologie

Lymphocytes T

Immune biomarkers

Immunology

Tuberculosis

Mycobacteria

Infectious diseases

T cells

Immune biomarkers

Résumé

La tuberculose (TB) est une des maladies infectieuses les plus meurtrières au monde, avec plus d’un million de morts en 2020. Délaissée dans les politiques sanitaires internationales, elle touche principalement les pays en voie de développement et les personnes en situation de précarité. Son traitement nécessite des multithérapies antibiotiques aux effets secondaires toxiques. Concernant la TB pulmonaire en particulier, il existe un besoin clinique pour de nouveaux tests de suivi du traitement plus rapides et adaptés à des échantillons accessibles plus régulièrement que les crachats. Dans ce contexte, les biomarqueurs sanguins immunologiques représentent des options prometteuses. L'objectif principal de cette thèse était d'évaluer la pertinence clinique de tests immunologiques sanguins pour le suivi du traitement anti-TB par rapport à l’évolution microbiologique mesurée par la culture de Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Pour ceci, une étude prospective multicentrique a été menée dans cinq pays à forte incidence de TB (Bangladesh, Géorgie, Liban, Madagascar, Paraguay). Elle comportait un volet d’évaluation de deux outils simples (une numération sanguine et deux tests plasmatiques), et un volet exploratoire utilisant des techniques de cytométrie à hautes dimensions. Nous avons recruté 152 patients adultes atteints de TB pulmonaire sensible ou résistante aux antibiotiques et prélevé des échantillons de sang et de crachats à l'inclusion, après deux mois (T1), et à la fin du traitement (6 à 24 mois). Nous avons observé qu’un nombre de leucocytes élevé et une faible proportion de lymphocytes à l’inclusion, mesurés lors de numérations sanguines de routine, avaient une valeur prédictive de l’échec du traitement. Puis, une combinaison de deux IFN-γ release assays (QuantiFERON-TB Gold Plus et heparin-binding hemagglutinin ; HBHA) a été évaluée. Chez un sous-groupe de patients dont les cultures étaient restées positives à T1, un schéma clinique commun à l’inclusion a été observé (neutrophilie, lymphopénie, faible indice de masse corporelle, faibles réponses QFT-P IFN-γ) ainsi qu’une faible réponse IFN-γ à HBHA pendant le traitement. Enfin, dans un sous-groupe de 22 patients, la diversité phénotypique des lymphocytes T (LT) dans le sang a été caractérisée par cytométrie de masse et de flux spectral. La comparaison des immuno-profils des patients ayant une culture négative à T1, par rapport à ceux dont les cultures étaient restées positives, a révélé chez ces derniers une sous-représentation de LT CD8+ cytotoxiques différenciés et une sur-représentation de LT CD4+ naïfs après deux mois de traitement. Ceci suggère un lien entre le stade de différenciation de certaines sous-populations de LT et la clairance mycobactérienne au cours du traitement. Un phénotypage détaillé des sous-populations concernées a permis d’isoler les marqueurs cellulaires permettant la meilleure différenciation des patients en fonction de leur culture de Mtb. Ces travaux ont documenté la pertinence clinique de deux tests de suivi simples et rapides, adaptés aux zones à forte incidence de TB. Ils ont généré de nouvelles données sur l’immunobiologie des lymphocytes T lors de l’infection tuberculeuse, chez des patients représentatifs des populations les plus touchées. Ceci a permis de faire émerger de nouvelles cibles cellulaires pour le suivi du traitement. Ces résultats pourront avoir des applications directes dans d’autres enjeux majeurs de la prise en charge de la TB, notamment la détection de l’infection tuberculeuse latente, l’identification des patients les plus susceptibles de progresser vers une TB active, et la prédiction des risques de rechute post-traitement.

Tuberculosis (TB) is one of the most deadly infectious diseases in the world, with more than one million deaths by 2020. Neglected in international health policies, it mainly affects developing countries. Its treatment requires antibiotic multi-therapies with toxic side effects. Concerning pulmonary TB in particular, there is a clinical need for new tests to monitor treatment more rapidly, using samples that are more consistently accessible than sputum. In this context, immunological blood biomarkers represent promising options. The main objective was to evaluate the clinical relevance of selected blood-based immunological tests for anti-TB treatment monitoring, in relation Mycobacterium tuberculosis (Mtb) culture conversion. For this purpose, we conducted a prospective multicentered translational study in five high-TB incidence countries (Bangladesh, Georgia, Lebanon, Madagascar, Paraguay). We adopted a hybrid research approach including an on-site evaluation of two point-of-care tests (complete blood counts and interferon-gamma (IFN-γ) release assays), and an exploratory component using high-dimensional single-cell techniques for signature discovery (mass cytometry and full spectrum flow cytometry, in Lyon). We enrolled 152 adult patients with culture-confirmed drug-susceptible (DS) or drug-resistant (DR) pulmonary TB. Peripheral whole blood and sputum samples were collected at inclusion, after two months (T1), and at the end of treatment (6 to 24 months). At inclusion, high total white blood cell counts and low lymphocyte counts – measured by routine complete blood counts – were predictive of treatment failure. Then, a combination of two plasma-based IFN-γ release assays (QuantiFERON-TB Gold Plus and heparin-binding hemagglutinin; HBHA) was evaluated. In a subgroup of patients whose sputum cultures remained positive at T1, a common clinical pattern at inclusion was observed (neutrophilia, lymphopenia, low body mass index, low QFT-P IFN-γ responses) as well as a low IFN-γ response to HBHA during treatment. Finally, in a subgroup of 22 patients, the phenotypic diversity of peripheral T-cells was characterized by mass and full spectrum flow cytometry. At T1, T-cell immune-profile comparison distinguished negative- from positive-sputum culture patients at two months, whether infected with a DS- or DR-Mtb strain. In-depth analyses revealed an under-representation of differentiated cytotoxic CD8+ T-cells and an over-representation of naive CD4+ T-cells in positive-sputum culture patients at two months. This suggests a link between the T-cell differentiation and mycobacterial clearance during treatment. In this work, we have documented the clinical relevance of two simple monitoring tests, adapted to lower-income, high-TB incidence settings. We have generated new data on T-cell immunobiology during TB treatment in patients representative of the most affected populations. These results may have direct applications to other major issues in TB management, including latent TB infection screening, identification of patients most likely to progress to active TB, and prediction of post-treatment relapse risk.