revue - John Libbey Eurotext

Nouvelles armes thérapeutiques contre les poxvirus
S. Duraffour
G. Andrei
R. Snoeck
Institut Rega,
Section virologie et chimiothérapie,
Minderbroedersstraat 10,
3000 Leuven, Belgique
<[email protected]>
Résumé. Les poxvirus regroupent plusieurs pathogènes responsables de nom-
breuses maladies reconnues importantes pour la santé humaine, telles que la
variole, le monkeypox, l’orf ou le molluscum contagiosum. La variole, dont
l’agent étiologique est le virus de la variole, est une maladie hautement conta-
gieuse et à mortalité élevée qui a été éradiquée à la fin des années 1970.
Actuellement, une éventuelle réémergence de la variole suite à la menace bio-
terroriste n’est pas négligeable. Ainsi, ces dernières années, les efforts se sont
multipliés pour sélectionner de nouvelles molécules anti-pox. Une meilleure
connaissance du cycle de réplication des poxvirus, la mise en place de cultures
cellulaires tridimensionnelles et l’établissement de plusieurs modèles animaux
ont permis la découverte et le développement de nouvelles classes de molécu-
les prometteuses, actives contre les poxvirus. Le cidofovir, analogue phospho-
nate acyclique de la cytosine, et l’hexadécylpropanediol-cidofovir (CMX001),
l’un de ses promédicaments disponible oralement, inhibent la réplication des
poxvirus in vitro,ex vivo et in vivo en ciblant l’ADN polymérase virale. Le
ST-246 inhibe, quant à lui, une étape cruciale de la morphogenèse des virus
du genre Orthopoxvirus. Son activité anti-orthopox a été démontrée dans plu-
sieurs modèles animaux, et son innocuité chez l’homme a récemment été
confirmée au terme d’un essai clinique de phase I. Les avancées récentes effec-
tuées in vitro,ex vivo,in vivo et chez l’homme, dans les traitements antiviraux
disponibles pour les infections par poxvirus, sont discutées dans cette revue.
Mots clés
: poxvirus, orthopoxvirus, cidofovir, ST-246, cultures
organotypiques, modèles animaux
Abstract. Poxviruses include several pathogens responsible for diseases reco-
gnized as important for human health, such as smallpox, monkeypox, orf and
molluscum contagiosum. Smallpox, whose etiological agent is Variola virus,is
a highly contagious disease which was eradicated last century. Today, the poten-
tial use of Va r i ol a v ir u s in bioterrorism is real. Hence, efforts have been intensi-
fied for the selection of novel anti-poxvirus compounds. The increased
understanding of the poxviral replication, the establishment of three-
dimensional cell cultures, as well as the validation of several animal models,
have led to the discovery and the development of new and promising classes
of compounds active against poxviruses. Cidofovir, an acyclic cytosine phos-
phonate analogue and hexadecylpropanediol-cidofovir (CMX001), one of its
prodrug orally bioavailable, inhibit poxvirus replication in vitro,ex vivo and in
vivo by targeting the viral DNA polymerase. Another compound, ST-246, inhi-
bits a crucial step of the orthopoxvirus morphogenesis. Its antiviral activity has
been demonstrated in several animal models, and its safety has been confirmed
in healthy human volunteers following a phase I clinical trial. Recent develop-
ments made in vitro,ex vivo,in vivo and in humans, in terms of antiviral treat-
ments available of poxvirus infections, are discussed in this review.
Key words
: poxvirus, orthopoxvirus, cidofovir, ST-246, organotypic cultures,
animal models
Virologie 2008, 12 (5) : 323-38
doi: 10.1684/vir.2008.0194
Tirés à part : S. Duraffour
revue
Virologie, Vol. 12, n
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Introduction
Parmi les espèces virales de la famille des Poxviridae se
trouve le célèbre virus de la variole (Variola virus,
VARV), appartenant au genre Orthopoxvirus (tableau 1).
Ce virus, dont l’unique réservoir est l’homme, est l’agent
étiologique d’une maladie humaine particulièrement
dévastatrice, la variole, qui a tué des centaines de milliers
d’individus au long des siècles.
Il y a maintenant une trentaine d’années que la 33
e
Assem-
blée mondiale de la santé déclarait l’éradication mondiale
de la variole : « we declare solemnly that the world and all
its peoples have won freedom from smallpox... » [1]. À la
suite de ce succès, la vaccination contre la variole (avec le
vaccin vivant atténué contenant le virus de la vaccine (Vac-
cinia virus, VACV) a été stoppée. Ainsi, l’abandon pro-
gressif de la vaccination antivariolique depuis plus de
trente ans a engendré une constante augmentation du pour-
centage de la population non immunisée contre le VARV.
De plus, il existe une importante population de patients
immunodéprimés, du fait d’une infection par le virus de
l’immunodéficience humaine (VIH) ou des conséquences
de traitements immunosuppresseurs, chez qui la vaccina-
tion antivariolique est contre-indiquée. Ces dernières
années, un certain nombre de gouvernements ont pris en
compte le risque de l’utilisation du VARV en tant qu’arme
biologique par des groupes terroristes ou par une puissance
militaire [2, 3]. À cela s’ajoute aussi la menace naturelle
représentée par le virus du monkeypox (Monkeypox virus,
MPXV) responsable de plusieurs épidémies d’orthopoxvi-
rose simienne qui ont été rapportées en Afrique centrale et
de l’Ouest [4]. Son statut de zoonose émergente a été
confirmé en 2003 lors d’une épidémie aux États-Unis où
81 cas de monkeypox humain ont été répertoriés [5]. Tou-
tes ces raisons ont motivé les recherches afin de mettre au
point des contre-mesures en terme de prévention et/ou de
traitement de la variole, du monkeypox et des infections par
poxvirus en général. En effet, d’autres poxvirus ont été
reconnus importants pour la santé humaine, ce qui inclut
notamment le virus du cowpox (CPXV) dans le genre
Orthopoxvirus, le virus de l’orf (ORFV) dans le genre
Parapoxvirus, et le virus du molluscum contagiosum
(MOCV) dans le genre Molluscipoxvirus (tableau 1). Il est
à noter qu’un autre virus, le virus du camelpox (CMLV),
peut, comme l’ORFV, avoir un impact économique impor-
tant pour l’élevage dans certaines régions du monde.
La famille des Poxviridae est composée de grands virus à
ADN se répliquant dans le cytoplasme de la cellule hôte.
Les poxvirus se différencient en deux sous-familles selon
leurs spécificités d’hôte, les Entomopoxvirinae ayant un
tropisme vis-à-vis des insectes et les Chordopoxvirinae
infectant les vertébrés. Les Chordopoxvirinae sont divisés
en huit genres dont quatre incluent des espèces virales pou-
vant infecter l’homme : les genres Orthopoxvirus,Para-
poxvirus,Molluscipoxvirus et Yatapoxvirus (tableau 1).
Le genre Orthopoxvirus comprend notamment VARV,
MPXV, CPXV, VACV et CMLV.
Transmission des poxvirus
Le VARV infecte uniquement l’homme et il n’existe pas de
réservoir animal [6]. La contagiosité est souvent forte mais
dépend de la souche virale et des conditions épidémiologi-
ques. Un individu contagieux infecte en moyenne une à
cinq personnes dans son entourage direct. Il est à noter
que la transmissibilité à l’origine de cinq cas secondaires
est celle observée au sein d’une population de densité
moyenne totalement réceptive. En effet, la symptomatolo-
gie de la maladie étant suffisamment prononcée, les
contacts avec les individus contagieux peuvent être limités
(hospitalisation). Dans la majorité des cas, le VARV pénè-
tre dans le corps par voie aérienne à partir d’aérosols, et la
dose infectante est faible. Il peut être aussi transmis indi-
Tableau 1. Classification des virus des genres Orthopoxvirus,Parapoxvirus,Yatapoxvirus et Molluscipoxvirus.
Genre
Orthopoxvirus
Espèce (sigle international)
Chameaux Afrique, Asie Aucun
Europe, Asie Chats, vaches, animaux de zoo, humains
Europe Aucun
Aucun
Afrique de l'Ouest, Afrique centrale Singes, humains
États-Unis (Est)
Mondiale Humains, lapins, vaches, buffles
Mondiale (éradiqué) Aucun
Rongeurs
Rongeurs
Écureuils
Ratons laveurs
Humains
lnconnu
virus du camelpox (CMLV)
virus du cowpox (CPXV)
virus de l'ectromélie (ECTV)
virus du monkeypox (MPXV)
virus du raccoonpox (RCNV)
virus de la vaccine (VACV)
virus de la variole (VARV)
virus de l'orf (ORFV)
virus du tanapox (TANV) Rongeurs ? Afrique de l'Est, Afrique centrale
virus de la tumeur de yaba du singe (YMTV)
virus du molluscum contagiosum (MOCV) Humains Mondiale Aucun
Singes ? Afrique de l'Ouest
Moutons
Bovins
Bovins
Mondiale
Mondiale
Mondiale
Autres ruminants, humains
Humains
Humains
Humains
Humains
virus du pseudocowpox (PCPV)
virus de la stomatite papuleuse bovine (BPSV)
Réservoir Distribution géographique Autres hôtes infectés naturellement
Parapoxvirus
Yatapoxvirus
Molluscipoxvirus
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rectement via toutes surfaces contaminées, y compris par
des croûtes infectées, puisque le virus est extrêmement
stable dans l’environnement [6].
À la différence du VARV, le MPXV infecte plusieurs espè-
ces animales (rongeurs, singes) et son taux de transmission
interhumaine est faible (3 %). Des contacts directs avec des
animaux sauvages infectés sont à l’origine de la transmis-
sion du virus à l’homme [7].
Le CPXV est, quant à lui, retrouvé chez une variété d’ani-
maux (animaux domestiques ou de zoos) infectés à partir
du réservoir du virus : les rongeurs péridomestiques.
Les infections par le CPXV chez l’homme se font, dans la
majorité des cas, à la suite de griffures d’un chat contaminé
par un rongeur [8].
L’ORFV infecte naturellement les moutons et les chèvres,
tandis que le virus du pseudocowpox ou nodule des
trayeurs (PCPV) et le virus de la stomatite papuleuse
bovine (BPSV) infectent les bovins. Tous trois peuvent
être à l’origine d’infections humaines [6]. Ces virus se
transmettent à l’homme par contacts directs avec des ani-
maux infectés. Dans le cas de l’ORFVet du PCPV, la trans-
mission peut se faire par les fils de fer barbelés des parcs où
paissent les animaux malades.
Le MOCV, dont l’unique réservoir est l’homme, se trans-
met soit par contact direct de peau à peau, soit indirecte-
ment par des objets contaminés. La maladie, le molluscum
contagiosum, se produit de façon sporadique et son inci-
dence dépend des populations : elle peut devenir endé-
mique dans les institutions de soins pour enfants, dans les
écoles ou dans les communautés souffrant d’un manque
d’hygiène [9].
Le virus du tanapox (TANV) appartenant au genre Yata-
poxvirus est responsable de zoonoses rares. L’hôte réser-
voir de la maladie et le mode exact de transmission du
virus restent inconnus à l’heure actuelle. Néanmoins, une
transmission du virus des singes à l’homme a été observée
[10]. La maladie reste endémique au Kenya et en Répu-
blique démocratique du Congo.
Clinique des infections par poxvirus
Dans la variole, le VARV infecte tout d’abord les muqueu-
ses de l’oropharynx et de l’appareil respiratoire via les
macrophages. Pendant la phase d’incubation (de 8 à
14 jours post-infection), aucun signe de maladie n’est
observé et l’individu contaminé n’est pas contagieux.
Le virus se multiplie activement dans les cellules de la
muqueuse respiratoire et au niveau des organes hémato-
poïétiques (première virémie). Durant la phase d’invasion
(de 3 à 4 jours), le virus cible les ganglions lymphatiques
puis les différents organes internes via la circulation san-
guine et se multiplie activement (deuxième virémie).
La période d’état survient alors et associe les signes géné-
raux (syndrome pseudo-grippal dès le 9
e
jour post-
infection), l’exanthème et l’énanthème. L’individu est
contagieux un jour avant l’apparition des pustules et jus-
qu’au moment où les croûtes tombent. L’éruption cutanée
ou rash, caractéristique de la variole, débute sur la face puis
s’étend de façon centrifuge au tronc et aux membres supé-
rieurs le deuxième jour, pour atteindre l’abdomen et les
membres inférieurs le troisième jour. La distribution cen-
trifuge du rash, l’aspect des lésions élémentaires, où les
vésicules sont enchâssées dans le derme, et l’existence
d’une poussée unique permettent d’établir le diagnostic dif-
férentiel entre variole et varicelle. Tous les éléments évo-
luent, dans un même temps, sur une même surface,
successivement, d’une macule en papule, vésicule, puis
pustule qui se dessèche. La croûte, toujours infectieuse,
tombe en laissant une cicatrice indélébile (peau grêlée de
la petite vérole). L’énanthème atteint toutes les muqueuses
et est à l’origine de troubles laryngés, bronchiques et diges-
tifs. La mort survient dans 30 à 50 % des cas (Variola
major), sauf dans une forme particulière liée à des souches
moins pathogènes (Variola minor), à létalité < 1 %.
Les malades survivants à une épidémie de variole dévelop-
pent une immunité anti-variolique le plus souvent protec-
trice [11].
Le monkeypox a des manifestations cliniques qui sont
similaires à celles de la variole : éruption pustuleuse, fièvre,
symptômes respiratoires avec un taux de mortalité allant de
3 % à 17 % [12, 13], bien que des épidémies de varicelle
concomitantes aux épidémies de monkeypox puissent avoir
faussé ces données épidémiologiques.
La vaccine se traduit, après la primo-vaccination antivario-
lique par le VACV, par l’apparition d’une pustule vacci-
nale, mais elle peut comporter des complications post-
vaccinales, telles que l’eczema vaccinatum, la vaccinia
necrosum ou vaccine progressive, l’encéphalite post-
vaccinale, la vaccine généralisée et les inoculations secon-
daires multiples. Ces complications peuvent avoir une
issue mortelle. L’eczema vaccinatum est caractérisé par
une réplication active du VACV sur de larges surfaces cuta-
nées eczémateuses chez des individus atopiques. Une répli-
cation virale à l’ensemble des tissus sous-jacents de
l’épiderme est observée dans les cas de vaccine progressive
(4,5 cas pour un million de vaccinés), à l’inverse d’une
multiplication virale épidermique observée dans les cas
de vaccine généralisée (250 cas sur un million de vaccinés)
[14].
Le cowpox humain est représenté par une infection modé-
rée et localisée. Les lésions cutanées suivent l’évolution
constatée avec les lésions vaccinales, mais avec une inten-
sité supérieure à celle observée avec le VACV. Des adéno-
pathies satellites sont souvent observées dans la zone de
drainage et sont concomitantes à l’apparition de la fièvre.
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Les lésions disparaissent après trois à quatre semaines, bien
qu’elles puissent évoluer vers un stade sévère, voire fatal
chez les individus immunodéficients [15] ou atopiques
avec des lésions cutanées [16, 17], et ce particulièrement
chez les enfants. Récemment, une infection systémique
létale a été décrite chez un patient immunocompétent [18].
Dans l’orf et le pseudocowpox, les lésions sont majoritai-
rement retrouvées sur les mains et peuvent être multiples,
leur taille variant de 1 à 3 cm de diamètre. Les lésions de
l’orf évoluent jusqu’à un stade de nodule ulcéré et vascula-
risé avec une ombilication centrale qui aboutit à une
escarre, puis l’épiderme se régénère [19]. Chez des patients
transplantés, des ecthymas géants ont été observés [20, 21].
Dans le pseudocowpox (appelé aussi nodule des trayeurs
ou paravaccine), les lésions progressent vers des nodules
lisses, pourpres et vascularisés mais non ulcérés et dispa-
raissent au bout de cinq semaines [6].
Les lésions du molluscum contagiosum sont majoritaire-
ment bénignes et localisées, mais un tiers des enfants
atteints présentent des symptômes incluant des prurits,
des érythèmes, et occasionnellement des surinfections bac-
tériennes qui peuvent être douloureuses. Les lésions,
excroissances sous forme de perle, de la couleur de la
peau, de 2 à 5 mm de diamètre, sont limitées à l’épiderme
et peuvent persister plusieurs mois ne donnant que peu de
symptômes inflammatoires. Elles apparaissent principale-
ment sur les paupières, derrière les genoux, rarement sur les
paumes et les muqueuses. Dès l’apparition de l’inflamma-
tion, elles disparaissent de façon spontanée, sauf chez cer-
tains individus atopiques (avec des lésions cutanées) ou
ayant des dysfonctionnements immunitaires, un traitement
devant alors être envisagé (pour revue voir [9]).
Le tanapox chez l’homme se caractérise par l’apparition
d’une ou plusieurs éruptions cutanées après une période
de fièvre ou de maux de tête sévères. Une lésion débute
par un petit nodule avec en son centre une abrasion ;
celui-ci s’élargit jusqu’à 15 mm de diamètre où une zone
oedémateuse et une large auréole érythémateuse entourent
le nodule (au bout de deux semaines). L’évolution de la
lésion se poursuit généralement en ulcère dès la troisième
semaine et laissera une cicatrice après cinq à six semaines.
L’absence d’apparition de pustules permet de différencier
le tanapox des infections par orthopoxvirus [22, 10].
Organisation génomique
et structure des virions
Le génome des poxvirus est constitué d’un unique ADN
bicaténaire linéaire dont la taille varie de 150 à 300 kpb.
La région centrale du génome (environ 100 kpb) est haute-
ment conservée, codant la majorité des gènes essentiels à la
réplication de l’ADN viral et à l’assemblage du virus. À
l’inverse, les régions terminales sont variables avec pré-
sence de mutations, transpositions ou délétions et incluent
les gènes codant les facteurs de virulence et de restriction
d’hôte [23].
Les virions des genres Orthopoxvirus,Molluscipoxvirus et
Yatapoxvirus ont une forme rectangulaire, à l’inverse de la
forme ovoïde des virus du genre Parapoxvirus [23]. Un
virion se présente sous la forme d’un nucléoïde central
(ou core) en forme d’haltère où l’ADN viral et plusieurs
protéines s’organisent en nucléosome. Le nucléoïde est
entouré par une couche palissadique biconcave épaisse de
18 nm, flanquée de deux corps latéraux. L’ensemble est
entouré d’une membrane externe lipoprotéique épaisse de
12 nm. La surface de cette membrane est constituée de
tubules positionnés de façon irrégulière donnant un aspect
en forme de mûre au virion non enveloppé. Les virions
peuvent également posséder une membrane supplémen-
taire acquise au cours de la morphogenèse à partir des
membranes du réseau trans-golgien ou des endosomes
(figure 1).
Cycle de réplication des poxvirus
et stratégie pour définir
des cibles antivirales
Les poxvirus se répliquent uniquement dans le cytoplasme
de la cellule infectée. Au cours du cycle viral, deux types de
particules virales infectieuses sont produits : des formes
virales non enveloppées et enveloppées. Chacune de ces
formes a un rôle spécifique dans la pathogénicité du virus
et utilise plusieurs récepteurs cellulaires et des protéines
virales pour pénétrer dans la cellule hôte. La majorité des
données actuelles sur le cycle viral des poxvirus ont été
obtenues à partir d’études intensives réalisées avec le
VACV. Les données présentées ci-après concerneront
essentiellement le VACV mais peuvent être extrapolées
aux autres poxvirus (figure 2) (pour revue, voir [24]).
La première étape du cycle viral des orthopoxvirus corres-
pond à l’attachement des virions à la surface de la cellule.
Les deux formes virales impliquées dans l’infection de la
cellule sont la forme IMV (virus intracellulaire mature, non
enveloppé) et la forme EEV (virus extracellulaire enve-
loppé) qui sont distinctes sur le plan structural et antigé-
nique. Les formes EEV possèdent une membrane
lipidique supplémentaire par rapport aux formes IMV et
doivent donc s’affranchir de deux membranes pour péné-
trer dans le cytosol. Les mécanismes permettant l’entrée
des IMV et des EEV dans la cellule doivent encore être
élucidés. La majorité des données publiées prônent un
mode d’entrée des IMV dans la cellule par fusion, ces der-
niers n’étant entourés que d’une membrane [24]. Très
récemment, un autre mode d’entrée des virus de type
revue
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Corps Latéral
Membrane du core
Nucléosome :
Membrane externe
lipoprotéique
Enveloppe
- ADN viral
- Protéines virales
Figure 1. Représentation schématique (à gauche) et en microscopie électronique (à droite)d’une forme virale enveloppée du virus de la
vaccine (VACV).
Voie d'entrée des IMV Voie d'entrée des EEV
Entrée
Transcription des gènes précoces par
I'ARN polymérase virale ADN-dépendante
présente dans le nucléoïde
ARNm et protéines précoces:
ouverture de la membrane du nucléoïde
Libération du génome viral
Transcription
des gènes intermédiaires
Transcription
des gènes tardifs
Réplication du génome viral
Crescents Virions immatures
Lyse cellulaire
Milieu extracellulaire Virus enveloppé associé à la membrane (CEV)
EEV
Microtubules
Virus intracellulaire enveloppé (IEV)
Enveloppement
Réseau
trans-golgien
(ou endosomes)
IMV
bas pH?
Virus extracellulaire enveloppé (EEV)
par macropinocytose
Virus mature intracellulaire (IMV)
N
o
y
a
u
M
e
m
b
r
a
n
e
p
l
a
s
m
i
q
u
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Figure 2. Cycle viral du virus de la vaccine (VACV).
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