VIH-1 - John Libbey Eurotext

revue
Virologie 2011, 15 (1) : 23-35
Rôle des anticorps neutralisants dans l’infection
par le virus de l’immunodéficience humaine de
type 1 (VIH-1)
Martine Braibant
Antoine Chaillon
Francis Barin
Université Franc¸ois-Rabelais,
Inserm U966, CHRU de Tours,
10, boulevard Tonnellé,
37032 Tours, France
<[email protected]>
Résumé. La plupart des vaccins viraux induisent la production d’anticorps neu-
tralisants contribuant à la protection vis-à-vis de l’infection ultérieure. Dans le cas
du VIH-1, aucun immunogène n’est capable de générer des anticorps capables
de neutraliser ses nombreux variants circulants. Néanmoins, les travaux de ces
dernières années ont grandement amélioré notre compréhension du rôle de ces
anticorps dans l’infection, des mécanismes développés par le virus pour y échap-
per ainsi que des modes d’action de certains rares anticorps de large spécificité.
Si ces derniers ne semblent pas jouer un rôle majeur dans le contrôle de la
progression de la maladie, on sait aujourd’hui qu’ils sont capables de confé-
rer une immunité stérilisante dans des modèles animaux expérimentaux et cela
à des concentrations proches de celles qui sont retrouvées chez certains indi-
vidus infectés. Les mieux caractérisés reconnaissent des épitopes conservés de
l’enveloppe virale, tels que le site de liaison au récepteur CD4, la région externe
de la gp41 proximale à la membrane virale (membrane-proximal external region
ou MPER), un épitope glycanes-dépendant, ou encore un épitope quaternaire sur
les trimères de glycoprotéines d’enveloppe. Toutefois, des épitopes ciblés par
des anticorps neutralisants de large spectre contenus dans de rares sérums restent
encore à identifier. Leur caractérisation est essentielle pour arriver à concevoir
des immunogènes présentant les épitopes majeurs de neutralisation.
Mots clés : VIH, neutralisation, anticorps, vaccin, épitope
Abstract. Most viral vaccines induce the production of neutralizing antibodies
that prevent infection. In the case of HIV-1, no immunogen is able to generate anti-
bodies that neutralize the highly diverse variants. Nevertheless, studies conducted
these recent years greatly improved our understanding of the role of these anti-
bodies during natural infection, the mechanisms developed by the virus to escape
neutralization, and the modes of action of some rare antibodies with broad speci-
ficity. If neutralizing anibodies do not seem to play a major role in controlling the
disease progression, we now know that several broadly neutralizing antibodies
are able to confer sterilizing immunity in experimental animal models, even at
concentrations close to those found in some infected individuals. The best cha-
racterized antibodies recognize conserved envelope epitopes, such as the CD4
receptor binding site, the membrane-proximal external region (MPER) of gp41,
a glycan-dependent epitope, and a quaternary epitope of the trimeric envelope
glycoprotein spikes. However, other epitopes targeted by broadly neutralizing
antibodies remain to be identified. Their characterization is a major step towards
the development of immunogens presenting major neutralization epitopes.
Key words: HIV, neutralization, antibody, vaccine, epitope
Tirés à part : M. Braibant
doi:10.1684/vir.2011.0381
Virologie, Vol 15, n◦1, janvier-février 2011 23
Pour citer cet article : Braibant M, Chaillon A, Barin F. Rôle des anticorps neutralisants dans l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). Virologie 2011; 15(1) : 23-35
doi:10.1684/vir.2011.0381
Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Téléchargé par un robot venant de 88.99.165.207 le 24/05/2017.

revue
Introduction
Malgré les progrès constants des traitements contre le virus
de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), le
développement d’un vaccin efficace dans la prévention de
l’infection et/ou le contrôle de la progression de la maladie
reste aujourd’hui un objectif majeur. Grâce aux nombreux
travaux visant à établir des corrélats de protection vis-à-vis
de l’infection par le VIH-1, confortés par l’expérience des
stratégies vaccinales utilisées dans d’autres maladies virales
comme la grippe ou la poliomyélite, il est actuellement
admis que la réponse humorale, par le biais des anticorps
neutralisants, constitue un élément central dans le déve-
loppement d’un vaccin préventif. L’association de cette
réponse humorale à une réponse cellulaire T cytotoxique
détruisant toute cellule infectée par des virus qui auraient
échappé aux anticorps neutralisants devrait théoriquement
permettre d’obtenir une réelle immunité stérilisante vis-
à-vis de l’infection par le VIH-1. Malheureusement, les
échecs relatifs des essais cliniques vaccinaux réalisés chez
l’homme ces dernières années rappellent la complexité de
cet objectif dans le cas de ce pathogène très particulier
qu’est le VIH [1-4].
Le VIH, un virus particulier ?
Face aux agents pathogènes bactériens ou viraux, le système
immunitaire développe une réponse immunitaire adaptative
impliquant, d’une part, des anticorps neutralisants capables
d’inhiber l’infectiosité des particules virales et, d’autre part,
des lymphocytes T CD8+cytotoxiques qui reconnaissent et
détruisent les cellules cibles infectées. La coordination de
ces réponses est médiée par les lymphocytes T CD4+auxi-
liaires. Dans le cadre d’une infection par le VIH, la réponse
immunitaire est inefficace et ne permet pas d’éliminer le
virus. En effet, aucun cas de guérison spontanée d’une
personne séropositive n’a été décrit à ce jour. Différentes
propriétés propres au VIH-1 permettent d’expliquer le
manque d’efficacité de la réponse immunitaire et les dif-
ficultés de conception d’immunogènes efficaces.
Parmi celles-ci il y a tout d’abord l’extraordinaire diver-
sité du VIH-1. De par son énorme capacité réplicative
(1010 virions produits par jour au sein d’un individu), sa
propension à se recombiner et le taux d’erreur élevé de la
transcriptase inverse (3,4 ×10−5mutations par base et par
cycle), la capacité de mutation et d’adaptation du VIH-1
est particulièrement élevée. L’extraordinaire diversité géné-
tique du VIH est illustrée tant par les nombreux sous-types
circulants à l’échelle de la planète que par la multipli-
cité des variants viraux constituant les « quasi espèces »
à l’échelle d’un individu. Le groupe M du VIH-1 est divisé
en neuf sous-types purs et 43 formes recombinantes circu-
lantes. Au sein d’un même sous-type, la diversité du VIH-1
peut atteindre 20 % et, dans certaines régions d’Afrique où
plusieurs sous-types circulent, les virus circulants peuvent
présenter une diversité allant jusqu’à 38 % dans certaines
régions variables de leur glycoprotéine d’enveloppe. Chez
un seul individu, la diversité génétique du VIH-1 géné-
rée après six années d’infection serait supérieure à celle
des virus de la grippe A sur la planète en une année [5].
Cette diversité du VIH-1 constitue un obstacle majeur au
développement d’immunogènes représentatifs de tous les
variants circulants. Elle lui permet en effet d’échapper aux
lymphocytes T CD8+cytotoxiques ainsi qu’aux anticorps
neutralisants.
Un second obstacle rencontré est lié au fait que le VIH
infecte les cellules du système immunitaire, en particulier
les lymphocytes T CD4+, cellules clés de la mise en place
des réponses immunes adaptatives. La chute rapide et pré-
coce du nombre de lymphocytes T CD4+, en particulier
dans les organes lymphoïdes associés au tractus digestif,
dans lesquels 60 % de la quantité totale des lymphocytes T
CD4+sont présents, constitue un élément déterminant de
l’échec de la clairance virale [6, 7].
Enfin, la capacité du VIH-1 à établir, dès la primo-infection,
un réservoir latent de lymphocytes T CD4+infectés consti-
tue un obstacle majeur à l’élimination du virus. Dans ce
réservoir latent, le virus dont le génome est intégré dans
celui de la cellule hôte n’est pas reconnu par le système
immunitaire et ne peut pas être éliminé par les traitements
dont on dispose actuellement [8-10].
Cela signifie que, pour être optimale, une stratégie vaccinale
préventive nécessiterait le développement d’une réponse
immunitaire humorale large reconnaissant des virus très
divers et agissant très rapidement afin d’éviter tout archi-
vage génomique [11, 12].
Les anticorps neutralisants : définition et
méthodes d’étude
Les anticorps neutralisants sont classiquement définis par
un rôle fonctionnel d’inhibition de l’infection des cellules
cibles déterminé in vitro. Ces anticorps agissent aux stades
précoces de l’infection en empêchant la fixation du virus
à la surface cellulaire et/ou sa libération dans le cyto-
plasme cellulaire [13]. Comme rappelé dans une revue
antérieure, il est considéré que, dans les modèles viraux
où une protection par vaccination est obtenue, les anti-
corps protecteurs in vivo sont neutralisants in vitro [14]. Les
tests de détermination de l’activité neutralisante de sérums
de patients ou d’anticorps monoclonaux utilisent désor-
mais comme cellules cibles, soit des cellules mononuclées
du sang périphérique (PBMCS), soit des lignées cellu-
laires adhérentes modifiées pour exprimer les récepteurs
et co-récepteurs du VIH. Bien qu’il soit toujours néces-
saire d’améliorer la robustesse des tests pour des études
24 Virologie, Vol 15, n◦1, janvier-février 2011
Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Téléchargé par un robot venant de 88.99.165.207 le 24/05/2017.

revue
comparatives, les lignées génétiquement modifiées sont
maintenant communément acceptées du fait de résultats
généralement concordants [15, 16]. L’une des lignées
les plus utilisées est la lignée TZM-bl qui héberge des
gènes rapporteurs, ␤-galactosidase et luciférase, sous la
dépendance du LTR du VIH-1, facilitant ainsi énor-
mément la quantification de l’infection environ 48 h
post-inoculation [17, 18]. Les virus sont soit des isolats
primaires soit des virus pseudotypés porteurs des glyco-
protéines d’enveloppe d’intérêt obtenus par co-transfection
d’un vecteur d’expression porteur du gène env d’intérêt et
d’un vecteur contenant l’ensemble du génome du VIH-1
mais défectif au niveau du gène d’enveloppe (figure 1).
Il sera question dans cette revue uniquement des anti-
corps neutralisants sériques détectés et quantifiés selon
ces définitions et ces approches « classiques », et non
des anticorps bloquant d’autres propriétés fonctionnelles
telles que l’inhibition de la transcytose, ou de la cyto-
toxicité à médiation cellulaire dépendant des anticorps
(antibody-dependant cell-mediated cytotoxicity ou ADCC)
qui pourraient également jouer un rôle majeur dans la pro-
tection [19].
La réponse neutralisante anti-VIH-1 au
cours de l’infection naturelle
Neutralisation autologue
La réponse immunitaire humorale de l’hôte vis-à-vis du
VIH-1 se traduit par le développement dès les phases
précoces de l’infection d’anticorps dirigés contre de mul-
tiples épitopes viraux majoritairement localisés sur les
glycoprotéines d’enveloppe. Cette réponse est principale-
ment dirigée contre la « face non neutralisante » de la
gp120 masquée à l’intérieur de la forme native trimérique
gp120-gp41 de la glycoprotéine d’enveloppe (figure 2).
Cette face n’est donc pas accessible aux anticorps qui n’ont,
par conséquent, aucun pouvoir de neutralisation. La réponse
anticorps intense contre cette face « non neutralisante » est
liée au fait que cette face est fréquemment et rapidement
exposée au système immunitaire du fait de la probable faible
stabilité des trimères à la surface des virions ou des cel-
lules infectées productrices et donc au relargage important
de monomères de gp120. À l’opposé, la majorité des anti-
corps neutralisants, définis comme étant capables d’inhiber
in vitro l’infectiosité virale, reconnaissent la face exposée
du trimère appelée « face de neutralisation » qui contient
notamment les sites de liaison au récepteur CD4 et aux
co-récepteurs. Le développement chez un individu infecté
d’anticorps neutralisants dirigés contre les variants de la
quasi espèce virale présente chez cet individu définit la
réponse neutralisante autologue.
Décrite dès 1986 par Weiss et al. [20], la réponse neutra-
lisante autologue a fait l’objet de plusieurs études visant à
déterminer sa cinétique d’apparition, ses épitopes cibles sur
la glycoprotéine d’enveloppe et les mécanismes développés
par le virus pour y échapper. Les travaux de Richman et al.
ont montré que la réponse neutralisante autologue appa-
rait très rapidement, dès les premières semaines suivant
la primo-infection, chez la plupart des individus infectés
par des virus de sous-type B [21]. Cette apparition pré-
coce d’anticorps neutralisants autologues a été confirmée
chez des sujets infectés par des virus de sous-type C [22].
Néanmoins, la compréhension de l’impact de cette réponse
neutralisante autologue sur le contrôle de la réplication
Production de
virus pseudotypés
(co-transfection)
Vecteur
d’expression
Plasmide contenant
un génome du VIH
délété ou défectif au
niveau du gène env
Virus pseudotypés
porteurs des protéines
d’enveloppe d’intérêt
Gène env
d’intérêt obtenu
par PCR ou RT-
PCR
Infection de cellules indicatrices
permissives contenant un gène
rapporteur sous contrôle du LTR
du VIH-1
Incubation des virus
pseudotypés en présence
d’anticorps monoclonaux
ou sérums
Figure 1. Schéma représentant le principe des tests de neutralisation utilisant des virus pseudotypés.
Virologie, Vol 15, n◦1, janvier-février 2011 25
Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Téléchargé par un robot venant de 88.99.165.207 le 24/05/2017.

revue
Face silencieuse
Face neutralisante
Boucles V1-V2
variables V3
Face
non-neutralisante
AB
CD
Figure 2. Organisation des glycoprotéines d’enveloppe du VIH-1. (A) Cliché de microscopie électronique montant les spicules d’enveloppe
à la surface d’un virion. (B) Représentation schématique d’un trimère de glycoprotéines d’enveloppe. Vert pâle : gp41 ; bleu: face dite «silen-
cieuse »de la gp120 ; jaune : face dite «neutralisante »de la gp120 ; rose : boucles variables V1-V2 et V3 ; vert foncé : chaînes glycaniques.
(C) Représentation schématique des différentes régions antigéniques d’un monomère de gp120. Gris: face dite «non neutralisante ». Autres
couleurs: idem que B. (D) Représentation schématique des différentes régions antigéniques de la gp120 associée en trimères. Schémas
inspirés de Kwong et al. [42].
virale reste incomplète. En raison de la sélection perma-
nente de variants résistants à la neutralisation, les anticorps
neutralisants autologues sont incapables de neutraliser les
variants majoritaires contemporains [21, 23] (figure 3).
La réponse neutralisante autologue apparaît donc ineffi-
cace pour contrôler la réplication virale. Il a néanmoins
été montré que les sujets non progresseurs à long terme
possédaient des anticorps neutralisants plus puissants et
de plus large spécificité que les sujets progresseurs, ce
qui suggérait que ces anticorps pourraient contribuer au
contrôle de l’infection chez ces individus [24-26]. Deux
études récentes montrent cependant très clairement que le
développement d’anticorps neutralisants puissants résulte
d’une forte stimulation antigénique en début d’infection,
mais n’influence pas la progression de la maladie [27, 28].
La présence de tels anticorps chez les sujets non progres-
seurs serait donc plutôt le reflet de la conservation d’une
bonne fonctionnalité du système immunitaire associée à
une stimulation antigénique importante qu’une des causes
de la non-évolution clinique de ces patients. L’absence ou
le faible taux d’anticorps neutralisants chez les rares sujets
non progresseurs avirémiques qualifiés de « controlleurs
élites » renforce cette hypothèse [29].
Bien qu’apparaissant peu efficace dans le contrôle de
l’infection, la réponse neutralisante autologue semble
cependant exercer une pression de sélection dirigeant
l’évolution du virus [21, 30]. Plusieurs travaux ont montré
l’apparition précoce de variants d’échappement présen-
tant une extension de la taille des régions variables de
la gp120, ainsi qu’une augmentation et/ou une redistribu-
tion des sites potentiels de N-glycosylation [23, 31, 32].
Cette observation a fait naître l’hypothèse d’un bou-
clier glycanique dynamique à la surface de la gp120
qui empècherait par encombrement stérique l’accès aux
anticorps neutralisants. La longueur et la glycosyla-
tion des régions variables V1V2 en particulier semblent
jouer un rôle déterminant dans l’échappement à la
réponse neutralisante autologue, probablement par un
mécanisme de camouflage d’épitopes neutralisants rela-
tivement conservés de l’enveloppe virale [22, 31-35].
Enfin, outre le bouclier glycanique, des substitutions ponc-
tuelles d’acides aminés sont également responsables de la
26 Virologie, Vol 15, n◦1, janvier-février 2011
Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Téléchargé par un robot venant de 88.99.165.207 le 24/05/2017.

revue
4000
T0
T3
T6
2000
3000
T9
T12
T18
1000
0M18M12M9M6M3M0
Temps (Mois)
Figure 3. Évolution de la réponse neutralisante au cours des premiers mois suivant la primo-infection et échappement du virus aux anticorps
neutralisants autologues. Illustration d’un cas décrit dans [21]. Le code couleur correspond aux différents prélèvements séquentiels (T0,
..., T18). La partie haute du schéma illustre l’augmentation progressive du titre des anticorps neutralisants autologues vis-à-vis de la
population virale présente aux différents temps. La partie basse est une représentation schématique de l’apparition progressive des
anticorps neutralisants vis-à-vis des différents variants générés au cours du temps. Cette simplification graphique montre que la réponse
neutralisante est efficace vis-à-vis des variants de la quasi-espèce antérieurement présents, mais en général inexistante vis-à-vis du variant
émergent contemporain.
diversification de l’enveloppe et de l’échappement aux anti-
corps neutralisants [30].
Malgré cette extraordinaire capacité d’échappement, dif-
férents travaux suggèrent que l’évolution de l’enveloppe
virale sous pression de sélection n’est certainement pas
sans conséquence fonctionnelle pour le virus. En étudiant
les caractéristiques des enveloppes de virus présents chez
des couples hétérosexuels dont l’un des partenaires infecté
(« donneur ») venait de transmettre le virus (essentiellement
de sous-type C) à son conjoint (« receveur »), Derdeyn
et al. ont en effet montré que les variants retrouvés pré-
cocement chez le « receveur » étaient plus sensibles à la
neutralisation et leur enveloppe plus compacte (nombre
d’acides aminés plus faible) et moins glycosylée (nombre
de sites potentiels de N-glycosylation plus faible) que la
plupart des variants retrouvés chez le partenaire « don-
neur » [36]. Cela peut signifier qu’il existe un avantage
réplicatif pour les virus dont l’enveloppe est plus faible-
ment glycosylée (meilleure fitness) et que l’acquisition d’un
phénotype résistant à la neutralisation se fait au détriment
de cette capacité réplicative. Des observations similaires
ont été rapportées dans d’autres études, lors de la trans-
mission sexuelle de virus de sous-types A ou C [37-39].
Cette hypothèse est également confortée par quelques rares
travaux portant sur l’étude de la réponse neutralisante auto-
logue en phase tardive d’infection [31, 40]. Les travaux de
Bunnik et al. ont montré que, dans un contexte de moindre
pression immune, au stade tardif de l’infection, ilyaune
réversion des changements dans la longueur et le nombre
de sites potentiels de N-glycosylation de la glycoprotéine
Virologie, Vol 15, n◦1, janvier-février 2011 27
Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Téléchargé par un robot venant de 88.99.165.207 le 24/05/2017.