Evaluation de la dynamique de la réponse immune cytotoxique au cours du traitement de la tuberculose : Identification de biomarqueurs de l’hôte pour une approche personnalisée du suivi de la réponse au traitement

Dynamics of the cytotoxic immune response during anti-tuberculosis therapy : identification of host biomarkers for personalized treatment monitoring

• Auteur / Autrice : Olivier Bahuaud
• Direction : Florence Ader, Oana Dumitrescu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 19/12/2025
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre international de recherche en infectiologie (Lyon ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabienne Venet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Ader, Oana Dumitrescu, Benjamin Gaborit, Maryline Bonnet, Philippe Lanotte, Matthieu Revest
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benjamin Gaborit, Maryline Bonnet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunophénomarquage

Réponse immunitaire

Cytotoxines

Tuberculose -- Prévention

Mots clés libres

Tuberculose

Immunophénotypage

Réponse au traitement

Cytotoxicité

Biomarqueurs

Tuberculosis

Immunophenotyping

Treatment monitoring

Cytotoxicity

Biomarkers

Résumé

Au cours des dernières années, la prise en soin de la tuberculose (TB) a connu des avancées majeures, notamment grâce à l’avènement des tests moléculaires rapides et au développement de nouvelles associations thérapeutiques permettant de réduire les durées de traitement. Cependant, l’évaluation de la réponse au traitement demeure complexe, reposant sur des outils cliniques, radiologiques ou microbiologiques souvent subjectifs, longs à interpréter et peu prédictifs d’une évolution favorable. Or, disposer d’indicateurs fiables de l’efficacité thérapeutique est essentiel à la mise en œuvre de stratégies de traitement personnalisées et à l’évaluation de schémas thérapeutiques raccourcis. Dans cette perspective, la recherche de nouveaux biomarqueurs capables de refléter précocement l’efficacité du traitement apparait aujourd’hui comme une priorité. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans cette dynamique et visent à identifier des biomarqueurs immunologiques de l’hôte associés à l’évolution clinique au cours du traitement de la TB. Ils s’appuient sur la cohorte prospective OPTI-4TB, conçue pour associer un suivi longitudinal rigoureux, intégrant des données cliniques, biologiques et microbiologiques, à l’évaluation approfondie de la réponse immunitaire des patients traités pour une TB pulmonaire sensible. Dans un premier temps, l’immunophénotypage étendu des populations lymphocytaires cytotoxiques circulantes en cytométrie spectrale a permis de mettre en évidence deux sous-populations de lymphocytes T-CD8⁺ présentant des dynamiques opposées au cours du traitement : Une population avec un profil d’effecteur mémoire à long-terme dont l’abondance augmentait (LLEM : CD8⁺CD45RA⁻CCR7⁻CD27⁺IL7Rα⁺) et une population d’effecteur mémoire activés à courte durée de vie, dont la proportion diminuait progressivement (SLEM : CD8⁺CD45RA⁻CCR7⁻CD38⁺HLA-DR⁺). En parallèle, une sous-population NK activée (CD56dimCD16⁺CD38⁺) diminuait également au cours du traitement. Ces dynamiques cellulaires accompagnaient la guérison clinique observée chez l’ensemble des patients de la cohorte. Les dynamiques inverses deux populations CD8⁺ ont conduit à la définition d’une signature immunologique intégrative sous la forme d’un ratio LLEM/SLEM. De façon intéressante, la dynamique du ratio LLEM/SLEM au cours du traitement était étroitement associée à celle du score transcriptomique Risk6, marqueur validé de réponse favorable au traitement, soulignant le potentiel du ratio comme biomarqueur immunologique précoce de la bonne réponse au traitement. Une partie de ce travail a également porté sur la simplification de la signature phénotypique de ces populations dans une optique de transposition potentielle vers des applications en routine. Un autre volet de ces travaux a exploré l’intérêt des paramètres pharmacocinétiques dans l’appréciation de la réponse au traitement antituberculeux. Les dosages de la rifampicine et de son métabolite actif (25-déacétylrifampicine) ont montré une auto-induction enzymatique rapide entraînant une sous-exposition fréquente pour une posologie standard (10 mg/kg). Bien que ces paramètres ne permettent pas, à eux seuls, de prédire directement la réponse au traitement, ils constituent un levier complémentaire dans une stratégie de suivi personnalisée en favorisant l’identification précoce des patients sous-exposés et l’ajustement individualisé des posologies. En conclusion, ces travaux soulignent l’intérêt d’une approche intégrée combinant immunomonitoring et pharmacocinétique pour le suivi du traitement antituberculeux. Nous proposons ici un nouvel outil immunologique prometteur pour l’évaluation de la réponse au traitement dont la validation dans des cohortes élargies, notamment dans des contextes à forte endémie, représentera une étape clé vers son intégration potentielle dans la pratique clinique et les essais thérapeutiques.

Over the past decade, tuberculosis (TB) management significantly improved, notably with the advent of rapid molecular diagnostic tools and the development of new drug regimens that shortened the duration of anti-TB therapy. However, assessing treatment response remains challenging, still relying on clinical, radiological, or mycobacteriological tools that are often subjective, time-consuming, and poorly predictive of favourable outcomes. Yet, reliable indicators of therapeutic efficacy are essential to the implementation of personalized treatment strategies and the evaluation of shortened drug regimens. In this context, the identification of new biomarkers capable of reflecting treatment efficacy at an early stage has become a key focus in TB research. This thesis is part of that effort and aims to identify host immunological biomarkers associated with clinical evolution during TB treatment. The work is based on the prospective OPTI-4TB cohort, designed to combine rigorous longitudinal follow-up — integrating clinical, biological, and microbiological data — with an in-depth characterisation of the host immune response in patients treated for drug-susceptible pulmonary TB. Using extended immunophenotyping by spectral flow cytometry, we first characterized circulating cytotoxic lymphocyte populations and identified two CD8⁺ T-cell subsets with opposing dynamics during treatment: a long-lived effector memory population that increased in abundance (LLEM: CD8⁺CD45RA⁻CCR7⁻CD27⁺IL7Rα⁺) and a short-lived activated effector memory population that progressively declined (SLEM: CD8⁺CD45RA⁻CCR7⁻CD38⁺HLA-DR⁺). In parallel, an activated NK subset (CD56dimCD16⁺CD38⁺) also decreased over the course of treatment. These cellular dynamics paralleled the favourable clinical outcome observed in all patients. Taking advantage of the inverse trajectories of the two CD8⁺ populations we defined an integrative immune signature, expressed as the LLEM/SLEM ratio. Interestingly, the longitudinal evolution of this ratio closely mirrored the kinetics of the Risk6 transcriptomic score, a validated correlate of favourable outcome, further highlighting its potential as an early immune biomarker of therapeutic success. A part of this work also focused on simplifying the phenotypic definition of these subsets to facilitate potential translation into routine applications. Another aspect of the study explored the contribution of pharmacokinetic parameters to the assessment of anti-TB treatment response. Quantification of rifampicin and its active metabolite (25-deacetyl-rifampicin) revealed a rapid auto-induction process leading to frequent underexposure upon standard dosing (10 mg/kg). Although pharmacokinetic parameters alone cannot directly predict treatment outcome, they represent a valuable complementary component of a personalized monitoring strategy, allowing early identification of underexposed patients and individualized dose adjustment. In conclusion, this work emphasizes the relevance of an integrated approach combining immunomonitoring and pharmacokinetic analysis for TB treatment follow-up. We propose a novel and promising immunological tool, the LLEM/SLEM ratio, for monitoring therapeutic response. Its validation in larger and more diverse cohorts, particularly in high-burden settings, will represent a key step toward its potential integration into routine clinical practice and clinical trials.