Effets divers et spécifiques des bactériophages sur le système immunitaire

«Avec la menace croissante de la résistance aux antibiotiques, l’intérêt pour la phagothérapie (PT) en tant que solution potentielle à cette crise a rapidement augmenté. Récemment, plusieurs rapports ont été publiés décrivant le succès du traitement de patients atteints d’infections bactériennes résistantes aux antibiotiques et potentiellement mortelles, y compris des receveurs de greffes pulmonaires bilatérales et le traitement par des phages génétiquement modifiés. En outre, le premier centre de PT a été ouvert aux États-Unis, après la création d’une unité similaire en Belgique. Ces développements confirment notre décision de créer en 2005 la première unité de ce type, fonctionnant en conformité avec l’UKORE et les réglementations nationales, ce qui a contribué à ouvrir la voie à de futurs progrès en PT en tant qu’option pour lutter contre la crise de la résistance aux antibiotiques. Des preuves abondantes issues d’études observationnelles suggèrent la sécurité de la PT. De plus, plusieurs essais cliniques ont été achevés (dont un selon toutes les normes requises de bonne pratique médicale et de médecine fondée sur les preuves) et sont en cours. Cependant, ces études n’ont pas encore fourni la preuve définitive de l’efficacité de la PT[1-4]. Alors que la lutte pour l’enregistrement et la commercialisation des phages en tant que médicaments se poursuit, des données parallèles se sont accumulées, suggérant 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, il ne peut être exclu qu’à l’avenir, après la découverte des phages, la recherche se tourne 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 les progrès simultanés dans ces deux domaines de recherche pourront apporter des résultats positifs pour la santé humaine, tant dans la lutte contre les infections bactériennes résistantes aux antibiotiques que dans le développement de nouveaux agents anti-inflammatoires et immunomodulateurs avec 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, médiant des effets anti-inflammatoires et contribuant à la tolérance immunologique et à l’homéostasie immunitaire – à la fois in situ et dans d’autres sites du corps[6]. Les résultats de l’étude le confirment et, de plus, plus de 30 milliards de phages subissent quotidiennement une transcytose de l’épithélium intestinal et se distribuent dans le sang, la lymphe et les organes[7]. En outre, d’autres types de cellules, y compris les cellules immunitaires, peuvent également capter les phages par la voie endocytaire[8].

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

On pense que les protéines de la capside phagique peuvent être principalement responsables des propriétés biologiques du phage non liées aux interactions avec les bactéries. Ces protéines diffèrent par leur immunogénicité et peuvent induire différentes réponses anticorps aux phages, ce qui dépend également de la voie d’administration. De plus, différentes souches d’un phage homologue reconnaissant une bactérie particulière peuvent exprimer différentes protéines[9,10] et conférer différentes fonctions au phage (par exemple, persistance dans la circulation et effets antimétastatiques). Par exemple, un mutant du phage T4, HAP1, avec 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 études initiales 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 de Staphylococcus et de Pseudomonas a révélé que, bien que ces phages aient induit des réponses similaires dans les cellules mononucléaires du sang périphérique humain, par la régulation positive de l’expression génique des cytokines anti-inflammatoires IL-1 et des suppresseurs du signal de cytokine 3, leur influence sur d’autres fonctions immunitaires était limitée au phage spécifique. Une cytokine protolérante et anti-inflammatoire, l’IL-10, a été induite par tous les phages de Pseudomonas testés, mais pas par un phage de Staphylococcus. D’autre part, ce dernier phage a provoqué la production de TNFα, tandis que seulement deux des quatre phages de Pseudomonas étudiés ont eu des effets similaires. De plus, le gène TLR4 a été régulé à la baisse exclusivement par un phage PMN de Pseudomonas, ce qui indique son effet anti-inflammatoire (l’activation de TLR4 provoque 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 de Pseudomonas Pf inhibe la production de TNF et la phagocytose, tandis que le foliphage filamenteux d’Escherichia coli n’a pas de tels effets[8]. De plus, nos données suggèrent que le coliphage T4 et 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]. En outre, il existe des preuves que les phages tempérés et lytiques peuvent différer dans leurs effets sur le système immunitaire[8]. En fait, les prophages sont le principal facteur de l’hétérogénéité bactérienne du système immunitaire entre les souches, se manifestant par une variation des réponses immunitaires adaptatives des lymphocytes T et B humains in vitro à 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 atteintes de pneumonie expérimentale a entraîné une augmentation des cytokines et chimiokines antivirales pulmonaires. Aucun des deux phages n’a provoqué de changements dans les niveaux de cytokines/chimiokines sanguines, ce qui suggère également que les effets des phages sur le système immunitaire peuvent avoir diverses manifestations dans différents compartiments du corps[16]. La capacité du phage à médier 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 mononucléaires du sang périphérique humain, mais a pu induire l’IFN-γ dans les kératinocytes humains. De plus, nous avons montré que le phage A5/80 de Staphylococcus aureus 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 de cellules dans les études in vitro. Une augmentation des niveaux sériques d’Il-2 en réponse à l’administration de phages a également été récemment rapportée 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 mammaliennes et qu’un grand nombre de transcytoses se produisent via les cellules épithéliales intestinales, 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 stimulation significative, dépendante du phage, du gène Hsp72[18]. Cette induction d’une chaperonne cellulaire connue peut être un mécanisme de protection des cellules subissant une transcytose contre une éventuelle lésion due aux 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 peut suggérer 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 du phage soit au moins partiellement responsable de l’inhibition des réponses immunitaires anormales (y compris l’auto-immunité et l’hyperinflammation) causées par le phage[24].
Les interactions des phages avec les cellules immunitaires peuvent dépendre de récepteurs phagiques spécifiques qui permettent ces interactions. Actuellement, peu de données sont disponibles sur la nature de ces récepteurs. Pruzzo et al.[25] ont suggéré que les coliphages T3 et T7 pourraient adhérer aux cellules épithéliales avec leurs récepteurs pour Klebsiella pneumoniae. Notre hypothèse a suggéré une séquence Lys-Gly-Asp (KGD) présente dans l’une des protéines de la capside du phage T4 comme ligand potentiel pour les récepteurs d’intégrine cellulaire[24]. Lehti et al. ont montré que le phage E. coli peut reconnaître et se lier aux cellules de neuroblastome qui présentent de l’acide polysialique à leur surface[26]. Si l’acide polysialique est effectivement un ligand pour les récepteurs de certains phages, cela pourrait permettre à ces phages de se lier aux cellules immunitaires, car la présence d’acide polysialique a également été démontrée sur les DC humains, 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 transcyter vers les cellules cibles, y compris celles du système immunitaire. En particulier, une seule substitution d’acide aminé dans une protéine de la capside phagique peut déjà entraîner une amélioration de plus de 1000 fois de la survie du phage dans la circulation murine, ce qui reflète probablement des interactions modifiées entre les phages et les phagocytes (et peut-être d’autres cellules internalisant les phages)[29].

Les phages ne ciblent pas seulement des bactéries spécifiques, mais peuvent – du moins en partie – également provoquer des réponses immunitaires spécifiques aux phages. Ces résultats ouvrent un nouveau champ passionnant pour la recherche future sur l’importance de ces réponses pour la santé et la maladie. De plus, ces données suggèrent qu’un phage particulier 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 du type de réponse immunitaire qu’il peut induire. Ceci est important chez les patients atteints d’immunodéficiences, d’auto-immunité, les receveurs d’allogreffes, etc., qui – selon la nature de leur affection – nécessitent une stimulation ou une suppression immunitaire. De toute évidence, des recherches supplémentaires dans ce domaine peuvent ouvrir la voie à l’utilisation de phages spécifiques dans l’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