Régulation de la réponse immunitaire au cours du sepsis

par Fanny Alby-Laurent

Thèse de doctorat en Immunologie

Sous la direction de Jean-Daniel Chiche.

Soutenue le 25-10-2018

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) .

Le président du jury était Karim Asehnoune.

Le jury était composé de Jean-Daniel Chiche, Karim Asehnoune, Thierry Roger, Fabienne Venet, Sandrine Bourdoulous, Guy Leverger, Julie Toubiana.

Les rapporteurs étaient Thierry Roger, Fabienne Venet.


  • Résumé

    Avec un taux de mortalité élevé, le sepsis reste un problème majeur de santé publique. Il résulte d'une dérégulation de la réponse immunitaire face à l'invasion de l'organisme par un pathogène. Ce travail de thèse avait pour but d'identifier de nouveaux acteurs de la régulation de la réponse immunitaire qui pourraient être des cibles thérapeutiques potentielles au cours du sepsis. Au stade précoce de l'infection, la réponse pro-inflammatoire doit être finement régulée afin d'éradiquer l'agent infectieux sans pour autant entraîner de lésions d'organes. Les régulateurs négatifs des Toll-like récepteurs (TLR) jouent un rôle important dans le contrôle de la réponse inflammatoire et de la clairance bactérienne. Nous avons rapporté que l'ionosine monophosphate déshydrogénase II, cible du traitement immunosuppresseur mycophénolate mofétil (MMF), est un régulateur négatif du facteur de transcription NF-kB après activation de TLR2. Le rôle du MMF au cours du sepsis a cependant été très peu étudié. Nous avons infecté en intra péritonéal des souris C57BL/6J par S. aureus, bactérie gram positif qui active TLR2, et les avons traitées avec du MMF (20mg/kg/j pendant 5 jours), dose n'ayant pas d'effet sur les sous-populations lymphocytaires mais augmentant l'activité de NF-kB. Nous avons observé que le MMF améliorait la survie et la clairance bactérienne à J1 de l'infection. Le MMF augmentait également la capacité de phagocytose des macrophages péritonéaux, et diminuait la sécrétion des cytokines pro-inflammatoires. Ces résultats suggèrent que le MMF améliore le pronostic dans notre modèle de sepsis en renforçant la défense anti-infectieuse, évitant ainsi une exacerbation de la réponse inflammatoire. L'intérêt de la régulation de la réponse immunitaire à la phase précoce du sepsis est aussi d'empêcher l'apparition d'un état d'immunosuppression post-infectieuse (ISPI) responsable d'infections secondaires. Plusieurs études suggèrent que cette ISPI, caractérisée par des anomalies quantitatives et fonctionnelles des cellules de l'immunité innée et adaptative, résulte de modifications épigénétiques à type de modifications répressives d'histones induites au moment du sepsis. Nous avons donc fait l'hypothèse que des drogues épigénétiques données au moment du sepsis pourraient moduler l'ISPI. Afin de tester cette hypothèse, nous avons étudié l'effet de la trichostatine A (TSA), inhibiteur d'histone déacétylases (HDACs), dans un modèle murin relevant d'ISPI. Nous avons traité ou non des souris C57BL/6J avec de la TSA (2 mg/kg ip) 30 min avant d'induire un sepsis par ligature et ponction caecale (CLP), puis nous avons réalisé une instillation intra trachéale de P. aeruginosa (2.10^6 UFC) 8 jours après chez les souris survivantes. Alors que le traitement par TSA ne modifiait pas la survie après la CLP, il améliorait la survie et la clairance bactérienne à l'infection secondaire. L'étude des phénotypes cellulaires par cytométrie en flux a permis d'observer que la TSA réduisait significativement la déplétion splénique en lymphocytes T (LT) 8 jours secondaire au sepsis en empêchant leur apoptose à J1 ; La surexpression de PD-1 et de PDL-1 normalement observée au niveau des lymphocytes T au cours du sepsis était aussi inhibée. Sur le plan épigénétique, nous avons observé que la TSA augmentait l'acétylation globale de l'histone 3 dans les LT post-septiques et l'analyse transcriptomique des ces cellules à 8 jours du sepsis à montré que TSA empêchait la diminution de l'expression de gènes impliqués dans la réponse immunitaire induite par le sepsis. Ces résultats suggèrent que les inhibiteurs d'HDACs pourraient limiter le phénomène d'ISPI en empêchant les modifications phénotypiques des cellules T induites par le sepsis. Nos résultats apportent de nouvelles perspectives dans la physiopathologie du sepsis et suggèrent des applications thérapeutiques potentielles.

  • Titre traduit

    Immune response regulation in sepsis


  • Résumé

    Sepsis remains a leading cause of critical illness and mortality worldwide despite recent advances in supportive care. It has been recently redefined as life-threatening organ dysfunction that is caused by a dysregulated host response to infection. After invasion with a pathogen, the immune response fails to return to homeostasis, thus culminating in a pathological syndrome that is characterized by sustained excessive inflammation and immune suppression. The objective of this thesis was to identify mechanisms of immune response regulation in order to find new therapeutic targets in sepsis. At the early stage of infection, a tight regulation of the pro-inflammatory response is necessary to tip the balance toward efficient phagocytosis while avoiding organ failure. Negative regulators of Toll-like receptors (TLR) signaling pathway play an important role in the control of the pro-inflammatory response that contributes to sepsis-induced tissue injury. Inhibition of these regulators can potentiate NF-κB activation and improve bacterial clearance. We have reported that ionosine monophosphate dehydrogenase II, the target of immunosuppressant drug mycophenolate mofetil (MMF), is a negative regulator of NF-κB after TLR2 activation. Whether low-dose MMF has an impact on survival and on innate immune response in sepsis, with a limited effect in adaptive immunity is unknown. In order to answer to this question, we infected C57BL/6J mice intraperitonealy with 108 CFU of S. aureus, and treated them or not with low dose of MMF (20mg/kg OD during 5 days). We observed that MMF-treated mice exhibited improved survival compared to non-treated ones. MMF treatment also improved local and systemic bacterial clearance leading to a significant cytokines secretion decrease. MMF treatment was associated with improved phagocytosis activity of peritoneal macrophages, suggesting that MMF could improve fatal outcome during S.aureus sepsis by increasing pathogen killing and therefore avoiding tissue injury. At the early stage of sepsis, anti-inflammatory response must also be tightly regulated in order to avoid sepsis-induced immunosuppression (SIIS) that is responsible of fatal secondary infections. Several studies have indicated that immunological defects that define SIIS including quantitative and functional defects of both innate and immune cells, resulted from sepsis-induced epigenetic alterations. Indeed, a shift toward repressive histone modifications is observed in patients with SIIS. We therefore made the hypothesis that epigenetic drugs could prevent SIIS. In order to test this hypothesis, we investigated the effect of trichostatin A (TSA), histone deacetylases (HDACs) inhibitor, in a relevant murine model of SIIS. We treated or not C57BL/6J mice treated with TSA (2 mg/kg ip) 30 min before induction of sepsis by cecal ligation and puncture (CLP) and surviving mice underwent intratracheal instillation of 2.106 CFU of Pseudomonas aeruginosa 8 days after CLP. Whereas treatment with TSA did not change survival after CLP, TSA improved survival and bacterial clearance in the bronchoalveolar lavage after pneumonia. We observed effect of TSA on T-cells was responsible of this phenotype. Indeed, treatment with TSA significantly reduced T-cell depletion 8 days after sepsis by preventing sepsis-induced T-cell apoptosis 1 day after CLP. TSA also prevented sepsis-induced T-cell overexpression of PD1 and PDL-1 one day after sepsis. Histone 3 acetylation was increased in these cells and after transcriptomic analysis 8 days after sepsis, we observed TSA prevented sepsis-induced down-regulation of genes implicated in immune response. These results suggest that HDAC inhibitor could reduce SIIS by preventing sepsis-induced T-cell abnormalities. Our results provide new insights in the pathophysiology of sepsis and suggest potential therapeutic applications.

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