Implication des granulocytes neutrophiles dans la physiopathologie des formes sévères de la COVID-19

Involvement of neutrophils in the pathophysiology of severe forms COVID-19 disease

• Auteur / Autrice : Chloé Loyer
• Direction : Guillaume Dorothée, Carole Elbim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie intégrée
• Date : Soutenance le 14/09/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physiologie, Physiopathologie et Thérapeutique (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche Saint-Antoine (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Hafid Ait-Oufella
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Delphine Sauce, Jean-Daniel Lelièvre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Léa Tourneur, Mireille Laforge

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules endothéliales

Espèces réactives de l'oxygène et de l'azote

SARS-CoV-2 (virus)

Physiopathologie

Neutrophiles

Mots clés libres

Neutrophiles

Covid-19

Sous-population

Neutrophils

Covid-19

Subset

Résumé

La pandémie croissante de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) causée par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) a entraîné des dommages économiques et des décès dans le monde entier. Le spectre des manifestations cliniques chez les patients infectés par le SARS-CoV-2 (SARSCoV-2+) va du syndrome asymptomatique au syndrome de détresse respiratoire aiguë sévère (SDRA) et à l'atteinte de plusieurs organes. Données émergentes et rapports cliniques suggèrent de plus en plus que le COVID-19 sévère reflète une confluence de dommages micro-vasculaires liés à un dysfonctionnement endothélial et/ou à une angiogenèse altérée, et dérégulé inflammation. Les neutrophiles, les leucocytes les plus abondants dans le sang, sont connus pour fournir une protection immédiate contre les bactéries et les champignons qui se divisent rapidement. Un nombre croissant de preuves implique les neutrophiles, via leur génération d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), les pièges extracellulaires des neutrophiles (NET) et leur capacité à agir en tant que cellules présentatrices d'antigène, dans la réponse de l'hôte aux infections virales. Cependant, l'activation inappropriée des neutrophiles peut entraîner un stress oxydatif et une inflammation systémique incontrôlée qui endommagent l'endothélium capillaire et perturbent l'état thrombo-protecteur des cellules endothéliales. Des données récentes ont montré que les neutrophiles polymorphonucléaires sont fonctionnels, polyvalents et diversifiés sur le plan phénotypique. Des sous-populations spécifiques de neutrophiles qui ont un grand potentiel de destruction des tissus sont impliquées dans la dysfonction endothéliale, l'angiogenèse et l'inflammation vasculaire : (i) les neutrophiles sénescents deviennent hyperactifs, produisent de fortes quantités de ROS et expriment des niveaux élevés de CXCR4 ; (ii) il a été observé que les neutrophiles effectuent une migration transendothéliale inverse (rTEM), réintègrent la circulation puis se propagent potentiellement dans tout le corps via la circulation sanguine, transmigrent dans d'autres organes et contribuent à davantage de blessures à davantage d'organes et à l'inflammation systémique ; (iii) les neutrophiles pro-angiogéniques migrent vers le tissu hypoxique et participent à la néovascularisation. Des études menées lors de la première vague de COVID-19 ont rapporté la génération robuste de NET chez les patients atteints de COVID-19 sévère, la présence dans la circulation de cellules myéloïdes immatures et suppressives, y compris les neutrophiles, ainsi que des infiltrats de neutrophiles dans les poumons. De plus, bien que des preuves substantielles indiquent qu'un processus de maladie vasculaire contribue à la pathogenèse du COVID-19, aucune donnée sur les neutrophiles sénescents, rTEM ou angiogéniques chez les patients COVID-19 n'a été rapportée. Enfin, comme le succès du traitement par la dexaméthasone chez les patients COVID-19 oxygéno-dépendants pourrait s'expliquer par ses effets anti-inflammatoires ainsi que par ses effets vasoconstricteurs évidents, il existe un réel besoin de réévaluer le compartiment des neutrophiles en tenant compte de ce traitement. Nous avons caractérisé en détail les phénotypes et les fonctions longitudinales des neutrophiles circulants dans le sang total frais dans une grande cohorte de patients COVID-19 gravement malades dans l'USI recevant une corticothérapie, en les comparant à ceux de SARS-CoV-2 – des patients hospitalisés pour une pneumonie communautaire sévère (CAP) et de témoins appariés en âge. Nous avons également évalué les corrélations entre ces indicateurs phénotypiques et fonctionnels et les marqueurs de lésions endothéliales ainsi que la gravité de la maladie.

The rising pandemic of coronavirus disease 2019 (COVID-19) caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has led to worldwide economic harm and deaths. The spectrum of clinical manifestations in SARS-CoV-2-infected patients (SARSCoV-2+) ranges from asymptomatic to severe acute respiratory distress syndrome (ARDS) and multiple organ involvement. Emerging data and clinical reports increasingly suggest that severe COVID-19 reflects a confluence of micro-vascular damage related to endothelial dysfunction and/or impaired angiogenesis, and dysregulated inflammation. Neutrophils, the most abundant leukocytes in the blood, are known for providing immediate frontline protection against rapidly dividing bacteria and fungi. A growing body of evidence implicates neutrophils, via their generation of reactive oxygen species (ROS), neutrophil extracellular traps (NETs), and ability to act as antigen-presenting cells, in the host response to viral infections. However, the inappropriate activation of neutrophils can lead to oxidative stress and uncontrolled systemic inflammation that damage the capillary endothelium and disrupt the thrombo-protective state of endothelial cells. Recent data have shown that polymorphonuclear neutrophils are functional, versatile, and phenotypically diverse. Specific subpopulations of neutrophils that have great tissue-destructive potential are implicated in endothelial dysfunction, angiogenesis, and vascular inflammation: (i) senescent neutrophils become overactive, produce strong ROS responses, and express high levels of CXCR4; (ii) neutrophils have been observed to perform reverse transendothelial migration (rTEM), re-entering the circulation and then potentially spreading throughout the body via the bloodstream, transmigrating into other organs and contributing to more injuries to more organs and to systemic inflammation; (iii) pro-angiogenic neutrophils are reported to migrate to hypoxic tissue and participate in neovascularization. Studies conducted during the first COVID-19 wave reported the robust generation of NETs in patients with severe COVID-19, the presence in the circulation of immature and suppressive myeloid cells, including neutrophils, as well as neutrophilic infiltrates in the lung. In addition, although substantial evidence points toward a vascular disease process as a contributor to COVID-19 pathogenesis, no data about senescent, rTEM, or angiogenic neutrophils in COVID-19 patients have been reported. Finally, as the success of dexamethasone treatment in oxygen-dependent COVID-19 patients might be explained by its anti-inflammatory as well as its clear vasoconstrictive effects, there is a real need to reevaluate the neutrophil compartment taking this treatment into account. We characterized in detail the phenotypes and longitudinal functions of fresh whole-blood circulating neutrophils in a large cohort of severely ill COVID-19 patients in the ICU receiving steroid therapy, comparing them with those of SARS-CoV-2– patients hospitalized for severe community-acquired pneumonia (CAP) and healthy controls similar for sex and age. We also assessed correlations between these phenotypic and functional indicators and markers of endothelial damage as well as disease severity.