Effets divers et spécifiques aux phages des virus bactériens sur le système immunitaire

«Face à la menace croissante de la résistance aux antibiotiques, l’intérêt pour la phagothérapie (PT) comme solution potentielle à cette crise a rapidement augmenté. Récemment, plusieurs rapports ont été publiés décrivant le traitement réussi de patients souffrant d’infections bactériennes résistantes aux antibiotiques et engageant le pronostic vital, notamment chez des receveurs de transplantations pulmonaires et via l’utilisation de phages génétiquement modifiés. De plus, le premier centre de PT a ouvert ses portes aux États-Unis, après l’établissement d’une unité similaire en Belgique. Ces développements confirment notre décision de créer en 2005 la première unité de ce type, opérant conformément à l’UKORE et aux réglementations nationales, ce qui a contribué à ouvrir la voie aux progrès futurs de la PT en tant qu’option pour lutter contre la crise de la résistance aux antibiotiques. Des preuves étendues issues d’études observationnelles soulignent la sécurité de la PT. En outre, plusieurs études cliniques ont été achevées (dont une selon toutes les normes requises de bonne pratique médicale et de médecine fondée sur les preuves) et d’autres sont en cours. Cependant, ces études doivent encore fournir la preuve définitive de l’efficacité de la PT [1-4]. Alors que la lutte pour l’enregistrement et la mise sur le marché des phages en tant que médicaments se poursuit, des données parallèles se sont accumulées, indiquant que les phages peuvent interagir non seulement avec les bactéries, mais aussi avec les cellules eucaryotes (y compris les cellules du système immunitaire). Par conséquent, on ne peut exclure qu’à l’avenir, après la découverte des phages, la recherche s’oriente vers les interactions phage-système immunitaire, alors que jusqu’à présent, les travaux sur les interactions des phages avec leur cible naturelle (les bactéries) ont dominé. Il reste à espérer que des progrès simultanés dans ces deux domaines de recherche puissent produire des résultats positifs pour la santé humaine, tant dans la lutte contre les infections bactériennes résistantes aux antibiotiques que dans le développement de nouvelles substances anti-inflammatoires et immunomodulatrices présentant une toxicité minimale et une efficacité satisfaisante [4,5].

Nous avons formulé une hypothèse selon laquelle les phages présents dans l’intestin peuvent migrer vers le sang, la lymphe et les organes, assurer la médiation d’effets anti-inflammatoires et contribuer à la tolérance immunologique et à l’homéostasie immunitaire — tant in situ qu’en d’autres points de l’organisme [6]. Les résultats des études le confirment et, de plus, plus de 30 milliards de phages subissent quotidiennement une transcytose à travers l’épithélium intestinal et se propagent vers le sang, la lymphe et les organes [7]. En outre, d’autres types cellulaires, y compris les cellules immunitaires, peuvent absorber des phages par voie endocytaire [8].

Le concept émergent du phage, qui englobe non seulement des prédateurs bactériens mais aussi des substances anti-inflammatoires et immunomodulatrices potentielles, nécessite des recherches approfondies supplémentaires. Un point critique à éclaircir est la spécificité des phages dans la médiation de certaines réponses immunitaires. Les phages sont connus pour leur haute spécificité vis-à-vis des bactéries, établie depuis des décennies et utilisée dans le typage phagique pour la classification de différentes souches bactériennes. Leurs activités immunotropes sont-elles également spécifiques aux phages ou les phages induisent-ils des réponses similaires, quel que soit le type de phage ?

On suppose que les protéines de la capside du phage pourraient être principalement responsables des propriétés biologiques du phage non liées aux interactions avec les bactéries. Ces protéines diffèrent par leur immunogénicité et peuvent susciter différentes réponses d’anticorps aux phages, ce qui dépend également de la voie d’administration. De plus, différentes souches d’un phage homologue, reconnaissant une bactérie donnée, peuvent exprimer différentes protéines [9,10] et conférer au phage différentes fonctions (par exemple, la persistance dans la circulation et des effets antimétastatiques). Par exemple, un mutant du phage T4, HAP1, doté d’une protéine Hoc non fonctionnelle, est plus sensible aux cellules de Kupffer du foie et est éliminé plus rapidement que sa souche parentale. Il existe également des différences entre les phages HAP1 et T4 dans leurs interactions avec les lymphocytes T et le fibrinogène [11,12].
Les premières études sur les effets des phages sur d’autres fonctions immunitaires suggèrent que les effets peuvent également différer selon le type de phage. Par exemple, le coliphage T4 purifié inhibe la prolifération des lymphocytes T humains induite par le complexe CD3-TCR, tandis que le phage staphylococcique purifié exerce un effet co-stimulateur [12]. Une étude détaillée sur les phages staphylococciques et Pseudomonas a montré que, bien que ces phages induisent des réponses similaires dans les cellules mononucléées du sang périphérique humain par une régulation positive de l’expression génique des cytokines anti-inflammatoires antagonistes des récepteurs de l’IL-1 et des suppresseurs de la signalisation des cytokines 3, leur influence sur d’autres fonctions immunitaires était limitée au phage spécifique. Une cytokine protolérogène et anti-inflammatoire, l’IL-10, a été induite par tous les phages Pseudomonas testés, mais pas par un phage staphylococcique. D’autre part, ce dernier a provoqué du TNFα, alors que seulement deux des quatre phages Pseudomonas étudiés ont eu des effets similaires. De plus, le gène TLR4 a été régulé négativement exclusivement par un phage Pseudomonas PMN, ce qui indique son action anti-inflammatoire (l’activation de TLR4 entraîne la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires) [13]. La diversité de l’action des phages sur le système immunitaire a également été confirmée par des données plus récentes montrant qu’un phage filamenteux Pseudomonas Pf inhibe la production de TNF et la phagocytose, alors que le phage filamenteux Fd d’Escherichia coli n’a pas de tels effets [8]. En outre, nos données suggèrent que tant le coliphage T4 que le phage A5/80 de Staphylococcus aureus réduisent significativement l’expression des gènes de l’adénovirus humain, mais la synthèse de l’ADN viral n’est inhibée que par le coliphage T4 [14]. De plus, il existe des indices selon lesquels les phages tempérés et lytiques pourraient différer dans leur effet sur le système immunitaire [8]. Les prophages sont en effet le principal facteur de l’hétérogénéité bactérienne du système immunitaire entre les souches, qui se manifeste par une variation des réponses immunitaires adaptatives des lymphocytes T et B humains in vitro vis-à-vis de S. aureus et Streptococcus pyogenes [15].

Les effets immunomodulateurs et anti-inflammatoires des phages peuvent également être spécifiques aux cellules et aux tissus. L’administration intranasale du coliphage 536_P1 (mais pas du LM33-P1) chez des souris souffrant de pneumonie expérimentale a entraîné une augmentation des cytokines et chimiokines pulmonaires antivirales. Aucun des deux phages n’a provoqué de changements dans les taux de cytokines/chimiokines sanguines, ce qui suggère également que les effets des phages sur le système immunitaire peuvent avoir différentes manifestations dans différents compartiments de l’organisme [16]. La capacité du phage à assurer une activité spécifique aux tissus est confirmée par Pincus et al. [17], où le phage staphylococcique n’a pas induit de cytokines pro-inflammatoires dans les cellules mononucléées du sang périphérique humain, mais a pu induire de l’IFN-γ dans les kératinocytes humains. De plus, nous avons démontré que le phage staphylococcique A5/80 augmente l’expression de l’IL-2 dans la lignée cellulaire A549 [18] ; une activité qui n’a pas encore été rapportée pour l’action des phages sur d’autres types cellulaires dans des études in vitro. Une augmentation des taux sériques d’IL-2 en réponse à l’administration de phages a également été rapportée récemment chez des souris traitées avec des phages d’Acinetobacter baumannii, mais leur source cellulaire est inconnue [19].

Comme mentionné précédemment, des données récentes suggèrent que les phages peuvent être internalisés par les cellules de mammifères et subir un grand nombre de transcytoses via les cellules de l’épithélium intestinal, tandis que les cellules immunitaires internalisent également les phages, en particulier les cellules dendritiques (DC), les monocytes et les lymphocytes B [7,8]. Récemment, nous avons décrit une nette stimulation dépendante des phages du gène Hsp72 [18]. Cette induction d’un chaperon cellulaire connu pourrait être un mécanisme de protection des cellules subissant une transcytose contre d’éventuels dommages causés par les phages intracellulaires. De plus, il est connu que Hsp72 réduit la prolifération des lymphocytes T et la sécrétion de cytokines, indépendamment des stimuli utilisés, et inhibe la capacité des DC à stimuler les lymphocytes T allogéniques. Cela pourrait indiquer que Hsp72 pourrait être utilisé comme immunomodulateur [20]. Il a également été démontré qu’il supprime l’arthrite expérimentale chez le rat [21]. Nous avons rapporté que les phages peuvent inhiber le développement de l’arthrite induite par le collagène chez la souris, un modèle expérimental de polyarthrite rhumatoïde [22]. Fait intéressant, dans ce modèle, il a également été démontré que Hsp72 supprime l’arthrite [23]. Il est fort possible que l’induction de Hsp72 dépendante des phages soit au moins partiellement responsable de l’inhibition des réponses immunitaires anormales causées par les phages (y compris l’auto-immunité et l’hyperinflammation) [24].
Les interactions des phages avec les cellules immunitaires peuvent dépendre de récepteurs phagiques spécifiques permettant ces interactions. Peu de données sont actuellement disponibles sur la nature de tels récepteurs. Pruzzo et al. [25] ont suggéré que les coliphages T3 et T7 pourraient s’attacher aux cellules épithéliales via leurs récepteurs pour Klebsiella pneumoniae. Notre hypothèse pointait vers une séquence Lys-Gly-Asp (KGD) présente dans l’une des protéines de la capside du phage T4 comme ligand potentiel pour les récepteurs cellulaires de l’intégrine [24]. Lehti et al. ont montré que le phage E. coli peut reconnaître et lier des cellules de neuroblastome présentant de l’acide polysialique à leur surface [26]. Si l’acide polysialique est effectivement un ligand pour les récepteurs de certains phages, il pourrait permettre à ces phages de se lier aux cellules immunitaires, car la présence d’acide polysialique a également été démontrée sur les DC humaines, les cellules NK et une sous-population de lymphocytes T [27,28]. Il est donc probable que différents phages puissent utiliser différents ligands cellulaires pour se lier et effectuer une transcytose vers les cellules cibles, y compris celles du système immunitaire. Notamment, une seule substitution d’acide aminé dans une protéine de capside de phage peut déjà entraîner une amélioration de plus de 1000 fois de la survie du phage dans la circulation de la souris, ce qui reflète probablement des interactions modifiées entre les phages et les phagocytes (et peut-être d’autres cellules endocytant les phages) [29].

Les phages ne ciblent pas seulement certaines bactéries, mais peuvent également — du moins partiellement — provoquer des réponses immunitaires spécifiques aux phages. Ces résultats ouvrent un nouveau champ passionnant pour des recherches ultérieures sur la signification de telles réponses pour la santé et la maladie. De plus, ces données suggèrent qu’un phage donné pourrait être sélectionné de manière optimale pour une utilisation en PT parmi différentes souches de phages reconnaissant une bactérie spécifique, en tenant compte à la fois de son activité antibactérienne et de la nature de la réponse immunitaire qu’il peut susciter. Ceci est important chez les patients souffrant d’immunodéficiences, d’auto-immunité, les receveurs d’allogreffes, etc., qui — selon la nature de leur pathologie — nécessitent une immunostimulation ou une immunosuppression. Évidemment, des recherches plus approfondies dans ce domaine peuvent ouvrir la voie à l’utilisation de phages spécifiques en immunomodulation.

Traduction de la source : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6802706/

Phage-specific diverse effects of bacterial viruses on the immune system
Andrzej Górski, Ryszard Międzybrodzki, Ewa Jończyk-Matysiak, Maciej Żaczek, and Jan Borysowski