Lymphocytes T non conventionnels dans les pneumonies graves et le syndrome de détresse respiratoire aiguë

Non conventional T cells during severe pneumonia and acute respiratory distress syndrome

• Auteur / Autrice : Youenn Jouan
• Direction : Mustapha Si-Tahar, Christophe Paget
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 12/12/2019
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant - SSBCV
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Si-Tahar
• Jury : Président / Présidente : Pierre-François Dequin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mustapha Si-tahar, Christophe Paget, Olivier Lantz, Julie Ribot, Jean-Marc Tadie, James Di santo, Valérie Gouilleux
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Lantz, Jean-Marc Tadie

Mots clés

Mots clés libres

Pneumonie

Syndrome de Détresse Respiratoire Aiguë

Lymphocytes T non conventionnels

Lymphocytes Tγδ

Mucosal Associated Invariant T cells

Natural Killer T cells

Pneumonia

Acute Respiratory Distress Syndrome

Unconventional T cells

ΓδT cells

Mucosal Associated Invariant T cells

Natural Killer T cells

Résumé

Les pneumonies représentent la première cause d’hospitalisation pour infection. Les formes les plus sévères évoluent en Syndrome de Détresse Respiratoire Aiguë (SDRA), dont la mortalité est de 40%. Le développement du SDRA est expliquée par une dérégulation de la réponse immunitaire, mais tous les essais cliniques à visée immunomodulatrice sont des échecs à ce jour. Il est probable que des acteurs cellulaires à l’origine de cette dérégulation n’aient pas été encore identifiés. Une population particulière de lymphocytes T, appelée « Lymphocytes T non conventionnels » (LTNC) représente une cible pertinente à cet égard. En effet, les LTNC (i) ont un rôle clé dans l’orchestration de la réponse immunitaire; (ii) sont activées dans les heures et les jours qui suivent l’agression initiale, une fenêtre temporelle compatible avec la transition d'une pneumonie grave vers un SDRA et, (iii) sont à fort tropisme ou situées au sein de la muqueuse respiratoire. Les LTNC comprennent : les lymphocytes T gamma delta (LTgd), les Mucosal Associated Invariant T Cells (MAIT) et les invariant Natural Killer T cells (iNKT). Nous faisons l’hypothèse que l’activation et la régulation des LTNC sont importantes dans les pneumonies graves, et qu’un défaut de contrôle pourrait aboutir à une réponse inflammatoire aberrante et au SDRA. Nous avons développé une approche expérimentale consistant en un modèle murin d’infection respiratoire sévère au virus de la grippe, couplée à une approche translationnelle portant sur des patients ayant une pneumonie et admis en réanimation. Nous étudions la fréquence des LTNC, leur activation, leur régulation (expression de CD69 et PD-1 respectivement) et leur production de cytokines dans plusieurs compartiments et de façon dynamique. Par ailleurs, dans une perspective thérapeutique d’immunomodulation, avons étudié le rôle de l'interleukine 7 (IL-7), une cytokine impliquée dans l’homéostasie et la survie des LTNC RORgamma-t (RORgt), sur un murin modèle d'infection respiratoire à Streptococcus pneumoniae. Nous avons ainsi montré dans notre modèle expérimental de grippe sévère que les LTNC étaient transitoirement recrutés dans les voies aériennes durant la phase aiguë inflammatoire. Le phénotype le plus intéressant était observé pour les MAIT qui apparaissaient fortement modulés dans le parenchyme pulmonaire et dans les voies aériennes, avec une phase initiale d’activation, puis secondairement, l’apparition de MAIT PD-1+ lors de la phase de résolution. Par ailleurs, l'utilisation de souris génétiquement modifiées suggère un rôle protecteur des MAIT dans notre modèle d'infection. Les premiers résultats de l’étude clinique ont mis en évidence un effondrement de la fréquence des MAIT dans le sang des patients (comparés à des sujets sains), sans atteinte des LTgd ni des NKT. La proportion de MAIT activés était également élevée à l’admission, puis diminuait avec l’amélioration clinique des patients. Ces données suggèrent donc le recrutement et l’activation des LTNC en phase aiguë des pneumonies graves et du SDRA, avec un phénotype particulièrement modulé et dynamique pour les MAIT. En parallèle, nous avons pu mettre en évidence les propriétés immunomodulatrices de l'IL-7, qui, instillée en intra nasal à des souris naïves, induit l'augmentation pulmonaire sélective de la population des LTNC RORgt+ produisant de l'IL-17. L'instillation d'IL-7 avant une infection respiratoire à S. pneumoniae permet une réduction de la charge bactérienne, en lien avec un recrutement accru de neutrophiles, dépendant de l’IL-17 et des LTgd. Enfin, en combinant instillation d’IL-7 et d’alpha-GalactosylCeramide -un antigène agoniste des iNKT- la production d’IL-17 par les LTNC était plus importante, de même que le recrutement des neutrophiles, conférant une protection presque complète en termes de survie. Nous avons ainsi fait la preuve du concept de la manipulation thérapeutique sélective de LTNC au niveau respiratoire par l’IL-7.

Severe pneumonia is the leading cause of infectious-driven hospitalization and is frequently associated with acute respiratory distress syndrome (ARDS), a severe form of respiratory failure with 40% mortality and no specific treatment. Uncontrolled host inflammatory response in the lung is the key factor in the transition from pneumonia to ARDS. However, all immunomodulatory-based clinical trials have failed to date. Thus, it is assumable that some cellular key-players have not been identified yet. In this context, a peculiar heterogeneous population of T cell referred to as “unconventional T cells (UTC)” should deserve greater attention. This family comprises gamma delta T (gdT) cells, Mucosal-associated invariant T (MAIT) cells and invariant Natural Killer T (iNKT) cells. Indeed, UTC have recently emerged as major actors in the orchestration of the host response against pathogens especially at barrier sites. In addition, these cells can activate within hours to days following entrance of the intruders, a window of time that fits with clinical progression from severe pneumonia to ARDS. Last, UTC are enriched in mucosal tissues including lungs in which they can exert their functions. Thus, we hypothesize that 1) the activation and regulation of UTC cells could be central in the host response during severe pneumonia and 2) a lack of control in their activity might lead to an aberrant inflammatory response favoring the development of ARDS. To explore this, we combined a model of influenza A virus (IAV) infection that mimics ARDS symptoms and a clinical study recruiting patients in Intensive Care Unit with severe pneumonia and we investigated (1) the dynamics of UTC frequency in different compartments, (2) their pattern of activation/regulation markers (e.g. CD69 and PD-1) and (3) their capacity to secrete inflammatory cytokines. Moreover, we also explored the role of interleukin (IL)-7, a cytokine with homeostatic and survival effects on RORgamma-t+ (RORgt) UTC, and questioned if it could be instrumental in boosting the local host immune response against respiratory bacterial infection. During experimental IAV infection, UTC were transiently recruited in the airways during the inflammatory phase. Compared to gamma delta T and NKT cells, MAIT cells appeared highly modulated, with a progressive increase in CD69 expression as well as IFN-g and IL-17 secretion. During the resolution phase, pulmonary MAIT cells acquired PD-1, a phenotype that can suggest regulatory functions. Last, using gene-targeted mice, we suggested that MAIT cells confer a protective effect during pneumonia. In our ongoing clinical study, we observed a striking decrease in circulating MAIT cells, but not for NKT nor γδT cells, in patients with severe pneumonia compared to healthy controls. In addition, a high proportion of circulating MAIT cells of patients expressed CD69 and PD-1. Interestingly, proportion of CD69+ MAIT cells decreased with clinical improvement. These data suggest a role for UTC cells during severe pneumonia, and especially MAIT cells, justifying pursuing in-depth analysis of their functions in our model and in patients, in correlation with clinical condition. Regarding exploration of IL-7 based immune-intervention, we illustrated a role for topical IL-7 delivery in selectively increasing the pool of lung RORgt+ IL-17A-producing innate T cells. Prophylactic IL-7 treatment prior Streptococcus pneumoniae infection led to better bacterial containment, a process associated with increased neutrophilia and that depended on gdT cells and IL-17A. Lastly, combined delivery of IL-7 and alpha-galactosylceramide, a potent agonist for invariant NKT (iNKT) cells, conferred an almost total protection in term of survival, an effect associated with enhanced IL-17 production by innate T cells and neutrophilia. Collectively, we provide a proof of concept that IL-7 enables fine-tuning of innate T cell functions.