Dépôt Institutionnel de l`Université libre de Bruxelles

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Université libre de Bruxelles Institutional Repository
Thèse de doctorat/ PhD Thesis
Citation APA:
Vekemans, J. (2001). Etude des réponses immunes du nouveau-né humain vis-à-vis d'antigènes microbiens (Unpublished doctoral dissertation).
Université libre de Bruxelles, Faculté de Médecine – Médecine, Bruxelles.
Disponible à / Available at permalink : https://dipot.ulb.ac.be/dspace/bitstream/2013/211537/1/f3d79805-5999-4ee1-842d-276495cf7e1c.txt
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UNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES
Faculté de Médecine
ETUDE DES REPONSES IMMUNES DU NOUVEAU-NE HUMAIN
VIS-A-VIS D’ANTIGENES MICROBIENS
Johan Vekemans
B _ Campus
SrScÆlBât-E)
' B-1070 Bruxelles
Laboratoire d’immunologie Expérimentale, ULB
Laboratoire de Parasitologie, ULB
Service d’Immuno-allergologie, Université de Florence, Italie
Medical Research Council Laboratories, The Gambia
Thèse présentée en vue de l’obtention du titre de
Docteur en Sciences Médicales
2001
UNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES
Faculté de Médecine
ETUDE DES REPONSES IMMUNES DU NOUVEAU-NE HUMAIN
VIS-A-VIS D’ANTIGENES MICROBIENS
Johan Vekemans
Laboratoire d’immunologie Expérimentale, ULB
Laboratoire de Parasitologie, ULB
Service d’Immuno-allergologie, Université de Florence, Italie
Medical Research Council Laboratories, The Gambia
Thèse présentée en vue de l’obtention du titre de
Docteur en Sciences Médicales
2001
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Je remercie le Fonds National de la Recherche Scientifique pour le soutien financier dont j’ai
disposé.
Je remercie Arnaud Marchant pour deux années passionnantes en Gambie, et pour ses efforts
à les rendre fructueuses. Merci à Tessa Goetghebuer pour son aide et sa porte ouverte.
Merci à Michel Goldman, qui a généreusement accepté d’être mon promoteur de thèse. Merci
à Jamila Ismaili pour toute son aide, et à mon papa Marcel pour ses conseils en écriture.
Je remercie Dominique Bron, qui m’a guéri et fait faire mes premiers pas dans un laboratoire,
m’offrant deux nouvelles vies dont je profite chaque jour.
Je remercie Yves Carlier de m’avoir envoyé en Bolivie. Merci également à Carine Truyens,
avec qui j’ai beaucoup apprécié travailler. Muchas gracias a Faustino Torrico, Marco Solano,
Patricia Rodriguez y Mary-Cruz Torrico por los dias felices de Cochabamba.
Grazie a Gianfranco Del Prete, Amadeo Amadei y Mario D’Elios que me hanno fatto scoprire
la cultura dei lymfociti, Firenze e la vera pizza con passione.
Many thanks to Martin Ota. Except on Sundays, our steps were never far apart in the field, the
lab, the clinic or on the football pitch. Thanks also to Keith McAdam, Hilton Whittle, Tumani
Corrah, Gareth Morgan and Mike Kidd for their support in the research and in the clinic. To
Kebbe Bunja, Isatou Drammeh, Mamadi Siddibeh and Momodou Jobe, Abaracca! for your
excellent field and lab work in The Gambia.
Merci à Sowsan Atabani et Giorgio Sirugo. Avec les gâteaux de l’une et les poissons de
l’autre, j’étais un homme comblé sous le soleil.
Je remercie les infirmières de la maternité San Simon de Cochabamba, en Bolivie, et du
centre de santé de Serrekunda, en Gambie, où nous avons enrôlé les nouveau-nés des
différentes études présentées ici. Enfin, je remercie toutes les mères qui ont accepté de
participer aux travaux présentés. Puisse cette étude leur rendre honneur.
« Je dis que chaque homme, depuis le temps de sa naissance jusqu’au vieil âge, tend
continuellement vers la sécheresse. Pour cette raison, le sang de l'enfant est bien plus humide
que celui du jeune homme, et encore bien plus que celui du vieillard. La variole survient
quand le sang fermente et putréfie. Les vapeurs superflues sont alors rejetées, et le sang moisi
de l'enfant se transforme en sang mur de jeune homme. Le sang du vieillard est comme le vin
qui a perdu sa force, qui tourne au vinaigre et perd tout intérêt. Pour cette raison, les enfants,
surtout les garçons, échappent rarement à la variole, car il est impossible d’empêcher le
sang, comme la moisissure, de changer. »
Abu Bakr Muhammad ibn Zakariya al-Razi
Médecin, philosophe et alchimiste perse décédé en 932
TABLE DES MA TIERES
1
4
RESUME
INTRODUCTION............................................................................................................
GENERALITES
1.
7
8
8
Vaccination du nourrisson : succès et obstacles
2. Age de vaccination, âge d’exposition
9
PRESENTATION DE L’ANTIGENE EN DEBUT DE VIE
11
1. Fonctions des cellules présentatrices de l’antigène
H
2. Induction de la réponse immune adaptative des lymphocytes T auxiliaires
12
3. Immaturité des cellules présentatrices de l’antigène chez le nouveau-né
14
IMMUNITE CELLULAIRE EN DEBUT DE VIE
16
1. Fonctions des lymphocytes T auxiliaires
16
2. Réponses des lymphocytes auxiliaires aux alloantigènes
18
3. Réponses des lymphocytes auxiliaires aux antigènesde rappel
19
4. Fonctions des lymphocytes T cytotoxiques
24
IMMUNITE HUMORALE EN DEBUT DE VIE
27
1. Principes de l’induction des réponses humorales
27
2. Particularités des lymphocytes B chez le nouveau-né
28
3. Réponses humorales aux vaccins et aux infections en début de vie
29
4. Transfert trans-placentaire d’immunoglobulines et immunisation maternelle
33
2
37
MODULATION PRE- ET POST-NATALE DU SYSTEME IMMUNITAIRE
1. Environnement immunologique de la grossesse
37
2. Modulation prénatale des réponses immunes du nourrisson
39
3. Modulation postnatale des réponses immunes du nourrisson
41
BUTS DU TRA VAIL................................................................................
43
RESULTATS............................................................................................
45
1. La vaccination néonatale par le bacille de Calmette-Guérin induit la production
dTFN-y par les lymphocytes CD4
46
2. Réponse immune du nourrisson au vaccin oral contre la poliomyélite
47
3. Réponse immune du nourrisson au vaccin contre l’hépatite B
48
4. La vaccination par le bacille Calmette-Guérin promeut la réponse immune à
49
d’autres vaccins du nourrisson
5. L’infection maternelle à Trypanosoma cruzi module la capacité de nouveau-
51
nés non infectés à produire des cytokines pro- et anti-inflammatoires
DISCUSSION GENERALE ET PERSPECTIVES.................................
52
1. Capacité des nouveau-nés et nourrissons à développer des réponses immunes
vaccinales de type Thl et Th2
54
2. L’administration précoce du BCG peut moduler le développement de réponses
immunes adaptatives à d’autres antigènes
60
3. Modulation du système immunitaire inné du nouveau-né par une infection
chronique maternelle
62
4. Vers de nouvelles indications cliniques du BCG ?
63
5. Obstacles aux développements de la vaccinologie néonatale
64
BIBLIOGRAPHIE.....................................................................................
67
THESE ANNEXE.....................................................................................
87
3
RESUME
Les décès liés à des causes infectieuses survenant au cours des premiers mois de la vie
pourraient être en partie évités par la vaccination précoce. Pour être efficaces, les
vaccins doivent induire une immunité protectrice chez le nourrisson avant qu’il ne soit
exposé aux agents pathogènes infectieux. Or, l’immaturité du système immunitaire du
nourrisson empêche dans certains cas le succès de la vaccination.
Les lymphocytes T auxiliaires (Th) jouent un rôle important dans l’orchestration de la
réponse immunitaire. On distingue les réponses de type Thl, caractérisées par la
production d’IFN-y et essentielles au contrôle d’infections par des germes
intracellulaires, et les réponses de type Th2 caractérisées par la production
d’interleukine
(IL)-4
et
d’IL-5,
impliquées
dans
l’aide
à
la
synthèse
d’immunoglobulines et le contrôle d’infections par des helminthes. Chez le souriceau
nouveau-né, on observe une faible capacité à développer des réponses de type Thl et
le développement préférentiel de réponses Th2. Chez l’homme, on sait peu de choses
sur les caractéristiques des réponses immunes cellulaires initiées en début de vie. Peu
de travaux se sont attelés à rechercher des facteurs in vivo susceptibles d’influencer le
développement des réponses immunes du jeune nourrisson.
Dans ce travail, nous présentons des résultats d’études prospectives qui portent sur la
caractérisation des réponses immunes aux vaccins administrés dès la naissance, à
savoir les vaccins anti-poliomyélite, anti-hépatite B et BCG. Nous avons comparé ces
réponses à celles observées chez des adultes immuns. Nous nous sommes aussi
intéressés à la modulation des réponses immunes du nourrisson par le vaccin BCG et
par une infection maternelle durant la grossesse, l’infection à Trypanosoma cruzi.
En réponse au vaccin contre la poliomyélite, on observe chez le nourrisson une
production d’IFN-y et une réponse proliférative plus faible que chez l’adulte. Les
nourrissons présentent également un déficit de production d’IFN-y en réponse au
vaccin contre l’hépatite B. On ne détecte néanmoins pas plus de cytokines Th2 chez le
nourrisson que chez l’adulte suite à la vaccination contre la poliomyélite et contre
l’hépatite B. En réponse aux deux vaccins, les nourrissons produisent par contre des
quantités d’anticorps supérieures aux adultes.
5
La vaccination du nouveau-né par le BCG induit la production d’IFN-y par des
lymphocytes CD4. Chez le nourrisson vacciné et chez l’adulte immun, on mesure des
taux similaires de cytokines Thl et Th2. Une analyse clonale démontre l’absence de
biais Th2 chez le nourrisson après vaccination au BCG.
Ayant démontré l’induction par le BCG d’une réponse à prédominance Thl dès la
naissance, nous avons étudié l’effet de la vaccination par le BCG sur les réponses
immunes aux autres vaccins administrés au nourrisson. Nous avons pu observer que la
vaccination au BCG promeut les réponses humorales et cellulaires aux vaccins contre
l’hépatite B, le tétanos et la poliomyélite.
Le système immunitaire néonatal peut être influencé par des facteurs intra-utérins.
Nous avons observé que l’infection maternelle à Trypanosoma cruzi {T. cruzi) induit
chez le nouveau-né non infecté une capacité accrue à produire des facteurs pro- et
anti-inflammatoires.
Nos observations montrent qu’un déficit de production d’IFN-y après vaccination du
nourrisson humain peut être observé dans certains cas, comme chez la souris. Ce
déficit n’est néanmoins pas systématique, puisque le BCG néonatal induit la
production de taux élevés d’IFN-y. Contrairement aux observations faites chez la
souris, nous n’avons pas retrouvé d’élévation de la production de cytokines Th2 chez
le nourrisson. Il n’existe donc pas de biais Th2 systématique en réponse à la
vaccination néonatale chez l’homme. Chez la souris, une réponse de type Thl peut
être initiée dans des conditions optimales de présentation de l’antigène. L’activation
d’une réponse productrice d’IFN-y par le BCG néonatal dépend probablement de ses
propriétés stimulatrices des cellules présentatrices de l’antigène. L’activation des
cellules dendritiques représente probablement une voie d’avenir pour l’activation de
réponses Thl chez le nourrisson.
Les stratégies d’activation du système immunitaire en début de vie doivent prendre en
considération l’influence d’événements prénatals comme l’infection maternelle à T.
cruzi et d’expositions post-natales à des immunogènes tels que le BCG sur le
développement des réponses immunes chez le nourrisson.
6
INTRODUCTION
Rgure. 1 Progrès majeurs obtenus grâce à la vaccination. Aux Etats-Unis, le nombre de cas rapportés de
diphtérie (A), de polio (B) et de rougeole (C) par 100.000 habitants a énormément diminué grâce aux
stratégies de vaccination. En D, on peut voir le nombre de pays rapportant un ou plusieurs cas de variole
par an, avant la déclaration officielle d'éradication, en 1979. Adapté de "Janeway, C. and P.Travers. Basic
concepts in immunology. 1997. In: Immunobiology, the immune system in heaith and disease. P. Austin,
E. Lawrence and M. Robertson, eds.Current Biology LtdVGarland Publishing Inc. London, UK".
100
10
A
1.0
0.1
1900 1910
1920 1930
1940 1950
1960 1970
1980
1990
40
30
10
0
1940
1950
1960
1970
1980
1990
600
500
400
C
300
200
100
0
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
30
D
15
0
1965
1970
1975
1960
Figure 2. Bien que la vaccination permette d'en éviter un grand nombre, des cas de maladies
et de décès dûs aux infections prévenables par la vaccination surviennent encore, surtout
en pays en voie de développement. Estimation de 1995 (référence 3).
Poliomyelitis
I. GENERALITES
1. Vaccination du nourrisson : succès et obstacles
L’éradication de la variole représente un succès historique des stratégies de contrôle
des maladies infectieuses par la vaccination. La perspective d’éradication prochaine
de la poliomyélite et les 3 millions de morts évités chaque année grâce à la
vaccination contre la rougeole, le tétanos et la coqueluche récompensent les efforts de
recherche rendant ces stratégies possibles (figure 1)
De même, les vaccins contre
l’hépatite B et contre VHaemophilius influenzae de type b ont permis une réduction
massive des pathologies dues à ces germes là où ils ont été distribués largement ’.
Malheureusement, ces succès sont tempérés par de nombreuses difficultés à contrôler
les maladies infectieuses pédiatriques, surtout dans les régions du monde en voie de
développement (figure 2). Bien qu’il ait été démontré que les coûts associés aux
programmes de vaccination représentent une économie par rapport aux coûts de santé
en l’absence de programmes de vaccination, l’instabilité économique représente un
obstacle majeur à l’implantation de programmes de vaccination efficaces
En
Afrique sub-Saharienne, environ 15% des problèmes de santé en dessous de 5 ans
sont encore attribués à des infections qui peuvent être prévenues par la vaccination
Dans la table 1, nous présentons la liste des pathogènes responsables d’une grande
morbidité et mortalité en pays développés et en pays en voie de développement. On
peut noter que dans les pays en voie de développement, le nombre de pathogènes
importants est plus grand. Aujourd’hui, malgré les succès enregistrés, on n’est pas
parvenu à un contrôle satisfaisant de certaines infections dues à des germes contre
lesquels un vaccin existe. En effet, dans de nombreux pays, des coûts élevés
empêchent la décision d’inclure certains vaccins pourtant démontrés efficaces
(comme les vaccins contre l’hépatite B ou VHaemophilius influenzae de type b) dans
les programmes nationaux de vaccination de pays souvent les plus touchés (figure 3).
Un vaccin contre la tuberculose existe, mais son efficacité est variable. De nouveaux
vaccins (contre l’infection à pneumocoque et à méningocoque) ont été récemment
développés, mais leur place dans les programmes nationaux de vaccinations n’ont pas
encore été clairement définie. De nombreux vaccins restent à développer. On estime
que la découverte d’un nombre limité de vaccins (contre le virus respiratoire syncitial.
8
Table 1. Agents pathogènes actuellement importants en période infantile.
Bactéries
Pays industrialisés
Pays en voie de développement
Streptococcus pneumoniae *
Streptococcus pneumoniae *
Haemophilius influenzae *
Haemophilius influenzae *
Staphylococcus
Staphylococcus
Streptocoque de groupe B
Neisseria meningitidis *
Listeria monocytogenes
Clostridium tetani *
Autres bactéries Gram négatives
Clostridium diphteriae *
Streptocoque de groupe A
Bordetella pertussis *
Autres bactéries Gram négatives
Virus
Virus Respiratoire Syncytial
Virus Respiratoire Syncytial
Rotavirus, Enterovirus
Rotavirus, Enterovirus
Cytomégalovirus
Virus de la Rougeole *
Virus Herpes Simplex
Virus de l’Hépatite B *
Virus d’immunodéficience Humaine
Virus de la Poliomyélite *
Autres
Candida albicans
Plasmodium falciparum
Chlamydia trachomatis
Chlamydia trachomatis
Toxoplasma gondii
* pathogènes contre lesquels un vaccin existe actuellement
les virus responsables de gastro-entérites, la malaria et le virus d’immunodéficience
humaine (VIH)), pourraient avoir des conséquences majeures sur la santé publique
dans le monde.
2. Age de vaccination, âge d’exposition
Un obstacle majeur au succès des stratégies de vaccination en pays en voie de
développement provient de la précocité de l’exposition aux pathogènes. En
conséquence, l’Organisation Mondials de la Santé recommande de vacciner plus tôt
dans les pays en voie de développement. A titre d’exemple, nous reprenons les
calendriers nationaux suivis en Belgique et en Gambie (table 2). Malgré la
vaccination, on estime qu’entre les âges de 1 et 12 mois, environ 2,5 millions de décès
de causes infectieuses sont à déplorer annuellement, pour la toute grande majorité en
pays en voie de développement
En effet, même dans les cas où un vaccin est
disponible, des nourrissons qui n’ont pas encore atteint l’âge recommandé de
vaccination peuvent être victimes de la maladie. L’exemple de la rougeole est
illustratif : l’existence d’un réservoir de transmission constitué par les enfants qui ne
sont pas encore en âge d’être vaccinés constitue un obstacle important au contrôle de
cette maladie qui demeure une cause de mortalité extrêmement fréquente
De
même, des risques d’infections à Bordetella pertussis et à Haemophilius influenzae de
type b existent chez des nourrissons partiellement vaccinés
Les pays en voie de
développement ne sont pas seuls concernés par la nécessité de vacciner précocement.
Le virus respiratoire syncitial est responsable de bronchiolites chez les nourrissons,
partout dans le monde. L’âge médian d’hospitalisation est de trois mois. Un vaccin
qui serait efficace après trois doses administrées dans le cadre du calendrier de
vaccination actuel ne permettrait de prévenir que 50 à 75% des cas de bronchiolite
Le cas de la diarrhée â rotavirus est similaire
La vaccination précoce est aussi souhaitable pour obtenir des taux élevés de
couverture vaccinale
Le contact avec les centres de santés est en effet plus fi'équent
au cours des premiers mois de vie, alors que le suivi médical diminue après quelques
mois. Ainsi, le bacille de Calmette-Guérin (BCG) administré à la naissance est le
vaccin le plus administré au monde, alors que les taux de couverture par le vaccin
contre la rougeole, administré plus tard, atteignent rarement 80% en pays en voie de
9
Figure 3. Les pays où la prévalence du portage chronique de l'antigène HBs est la plus élevée (A) ne sont pas
toujours ceux où l'on vaccine contre l'hépatite B (B, carte de 1997). En C, on peut voir les niveaux de
couverture vaccinle contre la diphtérie, le tétanos, le pertussis, en 1996 (référence 3).
C
Couverture vaccinale
contre la diphtérie,
le tétanos et
la coqueluche
I
I No report
I
I Above 80%
Q 50%-80%
Q Below50%
développement
Il a aussi été démontré que l’administration à la naissance de la
première dose de vaccin anti-hépatite B est favorable au suivi complet du calendrier
vaccinal
Le développement de vaccins pouvant être administrés rapidement après la naissance
est donc souhaitable. Malheureusement, l’immaturité du système immunitaire dans les
premiers mois de vie est non seulement responsable d’une grande susceptibilité aux
infections, mais également d’une incapacité à générer des réponses immunes
protectrices après administration de certains vaccins. Dans la suite de cette
introduction, nous ferons le point sur l’état actuel des connaissances sur le système
immunitaire du nouveau-né et du nourrisson, en nous intéressant particulièrement aux
fonctions présentatrices de l’antigène ainsi qu’au développement de réponses
humorales et cellulaires. Nous discuterons des facteurs prénatals et postnatals
susceptibles d’influencer l’ontogénie du système immunitaire. Nous essayerons de
définir les compartiments du système immunitaire les plus marqués d’immaturité en
début de vie, et dont l’activation pourrait être la cible des vaccins permettant de
générer des réponses immunes protectrices précocement. Ces informations nous
permettront d’introduire les questions abordées au cours de notre travail de recherche.
10
Table 2.
A. Calendrier vaccinal en Gambie jusqu’à 15 mois.
1
2
3
+
-1-
+
Di Te Per
+
+
+
+
H. Influenzae b
+
+
+
+
Age (mois)
0
BCG
+
Poliomyélite*
+
4
9
13-15
+
-1-
Rougeole
Oreillons-Rubéole
+
Hépatite B
+
+
B. Calendrier vaccinal en Belgique jusqu’à 15 mois.
2
3
4
Poliomyélite*
-1-
+
-h
Di Te Per
-1-
-1-
+
H. Influenzae b
+
+
-f-
Age (mois)
0
1
9
13-15
BCG
Hépatite B
-1-1-
Rougeole
Oreillons-Rubéole
+
-1-
-t-
+
-1-
-1-
+
-1-
* En Gambie, le vaccin vivant atténué est administré, alors qu’en Belgique, on utilise le
vaccin inactivé.
IL PRESENTATION DE L’ANTIGENE EN DEBUT DE VIE
1. Fonctions des cellules présentatrices de l’antigène.
Les cellules présentatrices de l’antigène sont les cellules capables de présenter un
antigène
à
des
lymphocytes
T.
Les
cellules
présentatrices
de
l’antigène
professionnelles, qui expriment constitutivement les molécules du complexe majeur
d’histocompatibilité (CMH) de classe II, sont les cellules dendritiques, les monocytes
et les lymphocytes B. Seules les cellules dendritiques sont capables de stimuler des
lymphocytes T naïfs et d’initier une réponse immune primaire.
Lors de l’entrée dans l’organisme d’un pathogène ou d’un antigène vaccinal, des
antigènes vont être internalisés par des cellules dendritiques présentes dans le tissu ou
attirées par la libération de facteurs chimiotactiques et pro-inflammatoires. L’antigène
sera dégradé dans les voies lysosomiales, et des peptides antigéniques seront présentés
à la surface cellulaire en association avec des molécules du CMH de classe IL La
cellule dendritique va entamer une migration vers l’organe lymphoïde secondaire
régional, tout en acquérant un phénotype de maturité caractérisé par l’augmentation
de l’expression de molécules du CMH, l’expression de molécules de co-stimulation
(B7-1, B7-2, CD40) à la surface cellulaire, et la capacité de produire des quantités
importantes de cytokines qui joueront un rôle important dans l’orientation de la
réponse immune.
Arrivée dans la zone T des organes lymphoïdes secondaires, la cellule dendritique
activée va interagir avec un lymphocyte T naïf spécifique d’un peptide présenté. On
distingue classiquement deux signaux nécessaires à l’activation d’im lymphocyte T
naïf. Le premier signal est caractérisé par l’engagement du récepteur de cellule T. Le
second signal est caractérisé par la liaison de diverses molécules de co-stimulation de
part et d’autre des cellules en présence et par la production de cytokines par la cellule
dendritique. Les caractéristiques de l’interaction entre le lymphocyte T naïf et la
cellule dendritique détermineront l’orientation de la réponse immune effectrice
générée.
11
Figure 4. Les conditions d'interaction entre la cellule présentatrice de l'antigène et le lymphocyte! auxiliaire
déterminent le profil de différenciation lymphocytaire.
Des facteurs favorisant le développement d'un profilThl (à gauche) et!h2 {à droite) sont présentés.
Mycobactéries
Vaccins au DNA, motifs CpG
Adjuvants Th 1
Allergènes
Helminthes
Alum
IL-12
IL-4
IFN-y
CD40 ligand
IL-5
IL-10
lL-13
TNF-a
IFN-y
Aide à la synthèse des immunoglobulines
Protection contre les helminthes
Protection contre les
germes intra-cellulaires
Cellule présentatrice de l'antigène
C5)
Lymphocyte! auxilliaire
A
Cytokine
ü
Récepteur de cytokine
CD40
^ CMH Cl II
9
Peptide antigénique
Récepteur de cellule T
CD40 ligand
(
Jj CD28
1
2. Induction de la réponse immune adaptative des lymphocytes T auxiliaires
(flgure 4)
Si la cellule dendritique n’a pas connu de processus de maturation, l’engagement du
récepteur de cellules T ne s’accompagnera pas du second signal, et une rencontre
ultérieure avec l’antigène n’induira pas l’activation du lymphocyte. En présence du
deuxième signal, le lymphocyte T naïf est activé et se différencie en lymphocyte
effecteur et/ou en lymphocyte mémoire. Les lymphocytes T auxiliaires activés
orchestrent la réaction immunitaire par la production de cytokines au rôle effecteur
essentiel de par leur action sur les autres types cellulaires. On distingue divers types
de lymphocytes T auxiliaires activés.
Les lymphocytes Thl, au caractère pro-inflammatoire, secrétent de l’interféron (IFN)Y, du facteur de nécrose tumorale (TNF)-a et de l’interleukine (IL)-2, mais pas d’IL-4
ni d’IL-5. Ils supportent les fonctions cytotoxiques des lymphocytes CD8 et des
lymphocytes Natural Killers (NK). Les lymphocytes Thl jouent un rôle essentiel dans
la
défense
contre
les
pathogènes
intracellulaires,
mais
ils
contribuent
au
développement de certaines maladies auto-immunes comme par exemple l’arthrite
rhumatoïde. La production d’IL-12 par les cellules dendritiques lors de l’activation du
lymphocyte T naïf est essentielle à la différenciation Thl. La stimulation du CD40 à
la surface de la cellule dendritique par le CD40 ligand exprimé à la surface des
lymphocytes T activés favorise la production d’IL-12 et donc la différenciation Thl.
Il en va de même de l’interaction entre le B7-1 et le CD28.
Les lymphocytes Th2 produisent de l’IL-4, de l’IL-5, de l’IL-10 et de l’IL-13 mais ni
riFN-y, ni l’IL-2, ni le TNF-a. Les lymphocytes Th2 jouent un rôle essentiel dans le
support de la production d’anticorps et de la défense contre les helminthes. Leur
activation contribue néanmoins aux manifestations atopiques et au développement
d’autres maladies auto-immunes comme le lupus érythémateux. L’IL-4, produite par
des lymphocytes naïfs activés ou par d’autres sources cellulaires, stimule la
différentiation Th2. La présence d’IL-4 et d’IFN-y produits par d’autres cellules
(mastocytes, lymphocytes Natural Killers, lymphocytes T yô) peut également
influencer la polarisation des lymphocytes auxiliaires.
12
Les lymphocytes ThO produisent à la fois des cytokines de type Thl et de type Th2.
Une régulation réciproque des différents types de lymphocytes auxiliaires existe, via
l’action inhibitrice de l’IL-10 sur la différenciation Thl et de TIFN-y sur la
différenciation Th2. Plus récemment, des lymphocytes T régulateurs producteurs de
cytokines inhibitrices ont été décrits, mais leur rôle dans des systèmes spécifiques de
l’antigène n’a pas encore été démontré.
De nombreux facteurs peuvent influencer le processus de maturation de la cellule
dendritique et donc le type de réponse immime développée. Outre la génétique de
l’hôte, la nature de l’antigène, sa dose et sa formulation sont des facteurs essentiels.
Ainsi, de nombreux microbes induisent la maturation fonctionnelle de la cellule
dendritique et sa production d’IL-12. C’est le cas des bactéries gram négatives (le
lipopolysaccharide bactérien joue un rôle important), gram positives {Staphylococcus
aureus), des mycobactéries, du toxoplasme et des leishmanies. D’autres, comme le
virus de la rougeole ou le VIH, ainsi que le Trypanosoma cruzi (T. cruzi), inhibent la
maturation des cellules dendritiques. Les adjuvants ont la propriété d’augmenter
l’immunogénicité des antigènes avec lesquels ils sont injectés. Ils agissent en
augmentant la réaction inflammatoire au site d’injection et en modulant l’activité et la
maturation des cellules dendritiques. Ils affectent la solubilité de l’antigène et donc la
façon dont celui-ci est internalisé par les cellules présentatrices de l’antigène.
L’hydroxyde d’aluminium (Alum) est le seul adjuvant autorisé en pratique vaccinale
pédiatrique. Il favorise le développement des réponses humorales et des réponses Th2.
L’adjuvant complet de Freund comporte des extraits mycobactériens et favorise chez
l’animal le développement de réactions immunes de type Thl. L’ADN bactérien,
grâce à son contenu en motifs répétitifs de dinucléotides non méthylés CpG a aussi la
propriété de stimuler la maturation des cellules dendritiques et leur production d’IL12, et dès lors de favoriser le développement de réponses Thl. De nombreux autres
adjuvants existent. Certains ont été essayés en essais cliniques chez l’adulte avec des
succès variables.
13
3. Immaturité des cellules présentatrices de l’antigène chez le nouveau-né
On sait peu de choses des fonctions de présentation de l’antigène en début de vie.
Chez la sotuis, il a été montré qu’au cours des premières semaines de vie, les cellules
dendritiques présentent im défaut de capacité à présenter im antigène purifié à des
clones T spécifiques matures
Chez l’homme, par contre, des expériences de
présentations d’antigènes de cytomégalovirus, de virus herpétique et de virus de la
varicelle par des monocytes de sang de cordon à des lymphocytes maternels suggèrent
que le nouveau-né est capable de présenter l’antigène
La capacité du nourrisson à
présenter des antigènes purifiés n’a néanmoins pas été comparée à celle d’individus
plus âgés.
Par ailleurs, on sait que les cellules présentatrices de l’antigène du nouveau-né sont de
faibles inducteurs de la prolifération de cellules T adultes en culture cellulaire
allogénique
La réaction allogénique dépend de l’expression d’antigènes
d’histocompatibilité. Il a effectivement été démontré, chez la souris et chez l’homme,
que les cellules dendritiques de nouveau-né expriment des quantités réduites de
molécules du CMH de classe I et de classe II, comme de molécules de co-stimulations
13,16,17
Récemment, un défaut d’expression de molécules co-stimulatrices à la surface de
cellules dendritiques différenciées à partir de monocytes du sang de cordon a été mis
en évidence. Il fut montré que le déficit d’expression des molécules du CMH de
classe II et des molécules co-stimulatrices B7-1 et CD40 est particulièrement marqué.
En réponse à des stimuli inflammatoires, les cellules dendritiques de nouveau-nés
produisent des quantités de TNF-a, d’IL-8 et d’IL-6 comparables à l’adulte. Par
contre, leur capacité à produire de l’IL-12 est profondément réduite, ceci étant
secondaire à un défaut de transcription du gène de la sous-vmité p35 de l’IL12
Des
facteurs post-transcriptioimels semblent également à prendre en compte, comme le
suggère l’instabilité de l’ARN messager de l’IL-12 et de l’IL-15 observée chez le
nouveau-ne'
19,20
.
14
In vivo, les fonctions de présentation de l’antigène sont moins bien connues. Au cours
de la grossesse, le nombre de cellules de Langerhans épidermiques et de cellules
dendritiques dermiques s’accroît progressivement
On ne cormaît pas les différences
de ce réseau cellulaire en début de vie et chez l’adulte. Chez le rat, la colonisation des
muqueuses respiratoires par les populations de cellules dendritiques résidentes se fait
au cours des premières semaines de vie post-natale. Elles ne sont alors capables que
d’une activation sub-optimale en réponse à des stimuli inflammatoires
Les
souriceaux nouveau-nés présentent une susceptibilité particulière à l’infection
intranasale par Pneumocystis carinii. Suite à cette infection, on retrouve, en
comparaison à l’adulte, des nombres réduits de cellules dendritiques au niveau du
poumon, une faible capacité migratoire vers l’organe lymphoïde régional, et un défaut
de production de facteurs chimiotactiques et d’attraction de lymphocytes T matures
La susceptibilité à l’infection par Listeria monocytogenes corréle également chez
l’animal à un défaut de fonction présentatrice de l’antigène
.
Plus loin dans cette introduction, nous ferons référence à des travaux utilisant le
modèle murin qui suggèrent que la génération de réponses immunes cellulaires
matures par la vaccination néonatale dépend de la capacité du vaccin à activer les
cellules présentatrices de l’antigène. Nous présenterons ensuite des résultats d’études
d’immunogénicité vaccinale chez le nouveau-né humain appuyant cette hypothèse.
15
III. IMMUNITE CELLULAIRE EN DEBUT DE VIE
Contrairement à l’immunisation passive que représente le transfert transplacentaire
d’immunoglobulines et qui confère une protection essentielle contre certaines
infections au cours des premiers mois de vie, la transmission materno-foetale
d’immunité cellulaire n’est pas possible, étant donné la barrière mécanique
placentaire qui limite les échanges de cellules, et la restriction des réponses
lymphocytaires T par un système du CMH hautement polymorphique, dont les
haplotypes diffèrent pour moitié entre une mère et son fœtus. La seule façon de
générer des réponses cellulaires dont le fœtus dispose est de les développer lui-même.
Chez le fœtus et le nourrisson, on observe une susceptibilité particulière aux
pathogènes intracellulaires tels que le virus de l'herpès, le cytomégalovirus, le VIH,
Listeria monocytogenes, Toxoplasma gondii et Mycobacterium tuberculosis
26
. Etant
donné le rôle essentiel des lymphocytes T dans le contrôle des infections
intracellulaires, ces observations suggèrent qu’il existe un déficit de fonction de ces
cellules en début de vie. Ce déficit a pu être investigué chez l’animal et sur des
lymphocytes de sang de cordon isolés et stimulés in vitro. Peu de doiuiées sont
disponibles concernant les réponses T auxiliaires induites par l’exposition antigénique
in vivo en début de vie, chez l’homme.
1. Réponses des lymphocytes T auxiliaires aux activateurs polyclonaux
a. Les lymphocytes T de nouveau-nés présentent un déficit de réponse au
premier signal, mais sont sensibles à l’intensité du deuxième signal
d’activation
Un grand nombre des travaux de caractérisation des fonctions des lymphocytes T ont
porté sur l’activation mitogénique des lymphocytes du sang de cordon. Les mitogènes
sont des activateurs lymphocytaires polyclonaux. La réponse est donc indépendante
de la spécificité antigénique des lymphocytes. En réponse à divers mitogènes, il a été
démontré que la capacité d’expression du gène de l’IFN-y par les lymphocytes du
sang de cordon était réduite
Le déficit de production d’IFN-y est particulièrement
16
observé dans un contexte de stimulation exclusive du récepteur des cellules T, du
CD3 ou du CD2
Chez le souriceau nouveau-né, alors qu’on trouve peu d’IFN-y
en réponse à la stimulation du récepteur de cellules T, on observe une production
accrue d’IL-4, en comparaison à l’adulte
Chez l’homme, il apparaît par contre que
l’expression du gène et la production de l’IL-4 sont également diminuées à la
naissance
Le défaut de production d’IFN-y à la naissance est, au moins partiellement, secondaire
aux faibles conditions de co-stimulation lors de l’induction de la réaction primaire
En effet, la synthèse d’IFN-y en réponse à l’anti-CD2 augmente en présence de
cellules allogéniques adultes, capables d’apporter un signal de co-stimulation essentiel
En présence d’un anticorps anti-CD28 ou d’autres mitogènes capables d’activer les
signaux de co-stimulation, le déficit de production d’IFN-y disparaît
La présence
de cytokines dans le milieu d’activation peut également jouer un rôle important. Alors
que la production endogène d’IL-4 par les lymphocytes du sang de cordon est
responsable d’une différenciation clonale Th2 par défaut qui n’est pas retrouvée chez
l’adulte, la présence d’IL-12 exogène favorise la production d’IFN-y
b. Naïveté ou immaturité lymphocytaire ?
La faible capacité du nouveau-né à produire de l’IFN-y paraît au moins partiellement
liée au caractère naïf de la population lymphocytaire. Alors que la toute grande
majorité des lymphocytes de sang de cordon expriment le marqueur de phénotype naïf
CD45 RA en début de vie, la proportion de lymphocytes mémoires porteurs du
marqueur CD45 RO augmente avec l’âge
Certains chercheurs affirment dès lors
que la seule particularité des lymphocytes de nouveau-nés est de manquer de
l’expérience d’exposition à l’antigène
d’IFN-y comme l’expression
En effet, la capacité de production in vitro
du CD40L (molécule essentielle à l’interaction du
lymphocytes T avec les cellules dendritiques et les lymphocytes B) s’acquièrent avec
la division clonale induite par la stimulation répétée du récepteur de cellules T, qui
induit aussi l’expression de marqueurs de mémoire lymphocytaire
17
Il y a cependant des raisons de penser qu’à la naïveté antigénique des lymphocytes T
de nouveau-nés s’ajoutent des caractéristiques d’immaturité. En effet, une proportion
importante de lymphocytes circulants à la naissance sont des émigrants thymiques
récents, comme l’attestent l’expression de marqueurs de différenciation et les
remaniements histologiques intrathymiques observés à la naissance
De plus, les
lymphocytes naïfs adultes et de nouveau-nés diffèrent dans leur sensibilité à l’effet de
l’IL-12, qui induit chez l’adulte la génération d’effecteurs produisant exclusivement
de riFN-y mais chez le nouveau-né de TIEN-y et de l’IL-4
Une sensibilité
augmentée des lymphocytes de nouveau-nés à l’action inhibitrice de la prostaglandine
E2 sur la production d’IFN-y a également été rapportée
2. Réponses des lymphocytes T auxiliaires aux alloantigènes
Une grande partie des cormaissances sur les réponses immunes spécifiques en début
de vie proviennent du modèle murin. En 1953, il fut démontré que le transfert de
cellules spléniques allogéniques au souriceau nouveau-né induit une tolérance aux
greffes cutanées du même donneur à l’âge adulte
Il fut interprété que la période
néo-natale est critique pour le développement de la recormaissance immunologique du
soi, et que les lymphocytes de nouveau-nés ont ime susceptibilité unique et
intrinsèque à l’induction de tolérance. Différents mécanismes ont été impliqués.
Certains chercheurs ont suggéré que les cellules circulantes du donneur se retrouvent
dans le thymus où le processus de sélection négative aboutit à la délétion clonale des
lymphocytes réactifs d’antigènes du dormeur
D’autres expériences suggèrent que la
tolérance néonatale est le résultat d’un développement préférentiel de réponse Th2
Cette déviation immune et la tolérance de greffe ne sont pas observées lorsque des
inducteurs de réponse Thl tels que l’IL-12, l’IFN-y, des anticorps neutralisants antiIL-4 ou stimulants anti-CD40 sont administrées au nouveau-né en même temps que
les cellules allogéniques
H a aussi été démontré que l’induction de tolérance
dépend des conditions de présentation des alloantigènes. Alors qu’une tolérance est
induite par injection néonatale de cellules spléniques, ime réponse cytotoxique
vigoureuse peut être induite à la naissance par l’injection de cellules dendritiques
adultes
La dose de l’antigène a également un rôle important. En effet, une
tolérance aux alloantigènes peut être induite chez l’adulte par l’injection d’un grand
18
nombre de cellules spléniques allogéniques
Enfin, la tolérance néonatale peut aussi
dépendre de phénomènes se produisant au niveau des tissus périphériques. En effet,
les lymphocytes T naïfs du souriceau nouveau-né circulent à travers les tissus
périphériques non lymphoïdes, et des processus de tolérisation vis-à-vis d’auto­
antigènes s’y déroulent. Chez l’animal adulte, seuls les lymphocytes ayant déjà
rencontré l’antigène se retrouvent dans les tissus périphériques non lymphoïdes
.
Chez l’humain, la susceptibilité des lymphocytes de nouveau-nés à l’induction de
tolérance aux alloantigènes contribue à la faible incidence de réactions du greffon
contre l’hôte, lorsque les cellules du sang de cordon servent de source de cellules
souches hématopoïétiques chez des patients leucémiques immuno-supprimés
63
L’induction de tolérance aux alloantigènes n’est néanmoins pas un phénomène
systématique à la naissance. Une réponse cellulaire vis-à-vis d’alloantigènes peut
effectivement être observée après transfusion in utero de globules rouges irradiés
provenant d’un donneur hétérologue, ce qui cause également une augmentation de la
proportion de lymphocytes exprimant le marqueur de mémoire CD45RO
3. Réponses des lymphocytes T auxiliaires aux antigènes de rappel
a.
Réponses immunes des lymphocytes T auxiliaires chez la souris
Chez la souris, la capacité de générer une réponse immune productrice d’IFN-y en
réponse à la vaccination augmente graduellement au cours des premières semaines de
vie. Parallèlement, la production de cytokines Th2 diminue. Ceci a été démontré en
réponse à une série d’antigènes vaccinaux en présence d’Alum ou en l’absence
d’adjuvants, en utilisant des souches de souris qui, à l’âge adulte, ont tendance à
développer des réponses Th2 (BALB/C) comme Thl (C57/B6)
Des réponses
Th2 ont été décrites au niveau des ganglions d’animaux tolérisés vis-à-vis de certains
peptides à la naissance
’ . Dans certains modèles expérimentaux, la vaccination
néonatale induit précocement des effecteurs lymphocytaires de type Thl et Th2, mais
les lymphocytes mémoires sont de type Th2
Lorsqu’une réponse de type Th2 est
initiée à la naissance, il semble difficile de la réorienter : des inducteurs puissants de
19
réponses Thl peuvent réorienter vers un profil Thl une réponse Th2 initiée à l’âge
adulte, mais pas à la naissance
La génération de réponses vaccinales en début de vie proches de celles observées à
l’âge adulte a pu être obtenue grâce à l’utilisation de vaccins à l’ADN contre toute
ime série de pathogènes
Des résultats prometteurs ont également été obtenus
chez des primates non humains vaccinés à la naissance contre le virus de l’influenza,
de l’hépatite B et contre le VIH
ou après vaccination orale intra-amniotique chez le
veau
Les mécanismes par lesquels les vaccins à l’ADN permettent d’induire des réponses
immunes vigoureuses en début de vie ne sont pas entièrement élucidés. Comme dans
le cas d’autres vaccins qui ont la propriété de permettre à l’antigène de persister
durant un certain temps dans l’organisme, il se pourrait que l’activation de
lymphocytes naïfs continue au-delà de la période néonatale, en dehors de la période
d’immaturité néonatale
Les motifs CpG non méthylés présents dans les vaccins à
l’ADN produits par des bactéries recombinantes jouent un rôle important
en effet la propriété d’attirer et d’activer les cellules dendritiques
’ . Ils ont
. Ces motifs
peuvent également augmenter l’immimogénicité de vaccins protéiques ^'*’*'*, et
permettent d’éviter l’anergie et l’apoptose des lymphocytes B de nouveau-nés en
réponse la vaccination par des antigènes T-indépendants
Bien que les vaccins à T ADN aient permis l’activation de réponses productrices
d’IFN-y, de lymphocytes cytotoxiques et de taux importants d’immunoglobulines à la
naissance, il faut préciser que des différences avec l’adulte ont été observées. La
génération de lymphocytes cytotoxiques est effectivement plus lente et de plus brève
amplitude lors de la vaccination néonatale. Les titres d’anticorps sont inférieurs et la
composante Th2 plus marquée
Dans un cas particulier de vaccin à T ADN codant
pour un antigène de Plasmodium yoelii, l’induction de tolérance par la vaccination
néonatale a été rapportée sans que le mécanisme n’en ait été élucidé
L’amplification de réponses initiées lors d’une primo-immimisation par un vaccin à
l’ADN pourrait être obtenue grâce à l’administration ultérieure d’un même vaccin
sous sa forme protéique
20
Figure 5. Facteurs susceptibles d'expliquer la susceptibilité des nourrissons aux infections intra-cellulaires.
Immaturité des cellules présentatrices de l'antigène
Défaut de différenciation Thi,développement préférentiel de réponsesTh2
Cellule présentatrice de l'antigène
CS)
Lymphocyte! auxilliaire
A
Cytokine
ca
Récepteur de cytokine
^
9
CMH Cl II
1
Peptide antigénique
Récepteur de cellule T
CD40
CD40 ligand
(
1
rncD28
Il existe d’autres stratégies permettant d’induire, chez la souris, des réponses de type
Thl à la naissance. La co-administration d’IL-12 avec l’antigène vaccinal promeut la
production d’IFN-y, ainsi que la production de cytokines Th2 et d’anticorps
protecteurs
Malheureusement, l’effet nécessite souvent plusieurs administrations,
à des doses proches de la toxicité
De même que l’administration de CD40L peut
prévenir le développement de tolérance néonatale aux alloantigènes, la co­
administration d’un plasmide codant pour le CD40L avec un vaccin à l’ADN contre la
rougeole permet de générer une réponse de type Thl identique à celle observée chez
l’adulte
Une réponse Thl a également pu être induite en présence d’adjuvants, et
notamment l’adjuvant complet de Freund dérivé des mycobactéries
l’aide de vaccins capables de réplication in vivo
ainsi qu’à
Quant au BCG, il est capable
d’induire une réponse de type Thl chez la souris âgée d’une semaine mais pas à la
naissance
Comme pour les expériences d’induction de tolérance néonatale, il a été démontré que
la dose utilisée au cours de l’immunisation peut déterminer le type de réponse
générée. Ainsi, une réponse Thl et cytotoxique est induite par la vaccination
néonatale à faible dose par un rétrovirus murin alors qu’une réponse non protectrice
de type Th2 est observée lors de l’utilisation de hautes doses
Ceci pourrait
s’expliquer par un déséquilibre quantitatif entre lymphocytes T, lymphocytes B et
cellules dendritiques dans les organes lymphoïdes périphériques, surtout au niveau
splénique
La présence de hautes concentrations d’antigènes pourrait
effectivement permettre d’impliquer des cellules autres que les cellules dendritiques
pour la présentation de l’antigène, de manière défavorable à l’établissement de
réponses de type Thl. Le rétablissement d’une orientation Thl par réduction de la
dose n’a néanmoins pas été observé dans les cas de la toxine tétanique et d’un vaccin
pox recombinant
L’ensemble des
données expérimentales disponibles, provenant d’expériences
animales ou d’analyses cellulaires in vitro, suggèrent que différents facteurs peuvent
expliquer l’immaturité des fonctions des lymphocytes T en début de vie (figure 5).
Toutes ces observations ne sont cependant pas extrapolables à l’homme. Le degré
21
d’immaturité des lymphocytes périphériques semble moins profond chez l’homme
que chez la souris. Alors qu’une thymectomie néonatale aboutit chez la souris au
développement de maladies auto-immunes, chez l’homme elle se
conséquences majeures en cours de chirurgie cardiaque
fait sans
La sélection thymique
post-natale se poursuit de manière plus intense chez le souriceau nouveau-né. La
susceptibilité à l’induction de tolérance est moins apparente chez l’homme. Il a été
suggéré que les réponses immunes chez la souris âgée d’une semaine reflètent bien les
réponses immunes néonatales chez l’homme. La maturation du système immunitaire
murin au cours des 4 premières semaines de vie ressemble à celle observée au cours
de la première année de la vie humaine
b.
Réponses immunes des lymphocytes T auxiliaires chez l’homme
L’exposition in utero à divers antigènes peut induire des réponses immunes cellulaires
détectables à la naissance. Dans un certain nombre de cas d’infections congénitales,
des réponses immunes cellulaires peuvent être détectées à la naissance, mais ces
réponses sont souvent de faible amplitude. Suite à l’infection congénitale ou néonatale
par le virus de l’herpès, les nouveau-nés développent une réponse immune cellulaire
productrice d’IFN-y, mais de manière plus lente que lors d’une primo-infection chez
l’adulte. Ce délai, en partie attribué à ime faible activité NK, semble expliquer la
gravité de cette infection chez le nouveau-né
Des réponses prolifératives plus
faibles chez le nourrisson que chez des enfants plus âgés ont également été observées
en cas d’infection congénitale et néonatales par le cytomégalovirus, le virus de la
varicelle et de la rubéole, la toxoplasmose et la syphilis, sans que ces réponses n’aient
été caractérisées dans le détail
En absence d’infection fœtale, on peut dans certains cas détecter après la naissance
des réponses cellulaires vis-à-vis d’antigènes transmis par voie transplacentaire. Une
réponse cellulaire de type Th2 vis-à-vis d’antigènes d’helminthes
(filariose,
schistosomiase) peut être détectée à la naissance et durant plusieurs années chez des
enfants nés de mères infectées durant leur grossesse
109,110
réponses de type
Th2 vis-à-vis d’allergènes ont été détectées dans le sang de cordon aussi bien chez des
enfants qui développent par la suite des manifestations allergiques que chez des
22
enfants
non
atopiques
Sous
l’influence
de
facteurs
génétiques
et
environnementaux, le profil de réponses vis-à-vis d’allergènes dévieront vers le type
Thl chez les enfants non atopiques alors qu’un profil pathogène de type Th2 persiste
chez les enfants atopiques
Etant donné que des réponses Th2 sont également
observées chez des adultes allergiques ou infectés par des helminthes, ces
observations ne suffisent pas à conclure que les réponses immunes prénatales sont
universellement biaisées vers le profil Th2. D’ailleurs, l’exposition in utero à des
antigènes mycobactériens semble également pouvoir induire une réponse productrice
d’IFN-y à la naissance
Les qualités des réponses immunes cellulaires induites par l’exposition du nourrisson
à des antigènes vaccinaux ou à des infections naturelles sont peu connues. Le vaccin
contre la variole a été administré durant de longues années à des nouveau-nés et à des
nourrissons, mais à notre connaissance, la réponse cellulaire n’a jamais été
investiguée. La vaccination contre le tétanos à 2, 4 et 6 mois induit initialement la
production de cytokines Thl et Th2. Néanmoins, à l’âge d’un an, la production
d’IFN-y a diminué, alors que la production de cytokines Th2 s’est amplifiée
Les
auteurs interprètent leur résultat comme l’indication d’une tendance à développer
préférentiellement des réponses mémoires Th2 en début de vie. Une étude
d’immunogénicité et d’efficacité clinique d’un vaccin inactivé contre le virus
respiratoire syncitial a démontré l’induction d’une réponse de type Th2 accompagnée
d’une augmentation de mortalité suite à l’infection naturelle
Les nourrissons
vaccinés par le vaccin acellulaire contre la coqueluche développent une réponse mixte
Thl/Th2, alors qu’en réponse au vaccin cellulaire, une réponse de type Thl
ressemblant à celle induite par l’infection naturelle apparaît
Une réponse
proliférative à un vaccin contenant la gpl20 du VIH a pu être induite chez environ
50% de nourrissons vaccinés à la naissance et à l’âge de deux semaines ou à l’âge
d’un mois, mais le profil de production de cytokines n’a pas été évalué. Le rôle
immunogène d’une émulsion lipidique comme adjuvant présent dans le vaccin a été
mis en évidence
De rares études d’immunogénicité cellulaire en début de vie ont inclus des individus
plus âgés. Une réduction quantitative de réponses aussi bien Thl que Th2 a été
23
rapportée chez des nourrissons infectés par Plasmodium falciparum, par rapport à des
adultes infectés
La réponse Thl détectée après méningite à Neisseria meningitidis
était plus marquée chez les enfants en bas âge que chez les enfants plus âgés
. Le
vaccin contre la rougeole induit une production d’IFN-y équivalente chez des adultes
et des nourrissons de 6 à 12 mois, alors que la réponse proliférative et la production
d’IL-12 sont plus faibles chez le nourrisson
Le vaccin BCG contre la tuberculose est administré à la naissance dans la plupart des
pays en voie de développement. Une augmentation de la réponse proliférative lorsque
le vaccin est administré à 3 ou 6 mois plutôt qu’à la naissance a été rapportée
Le vaccin BCG est connu pour induire une réaction immune de type Thl chez l’adulte
Etant donné l’importance du profil de production de cytokines dans le contrôle des
infections à germes intracellulaires, la production de cytokines en réponse à la
vaccination par le BCG en début de vie a été étudiée en Gambie. La réponse cellulaire
a été caractérisée jusqu’à l’âge de 1 an chez des nourrissons vaccinés à la naissance, à
l’âge de 2 ou de 4 mois. Ces études ont montré que le BCG induit à la naissance une
réponse immune similaire à celle mesurée chez des enfants plus âgés, caractérisée par
la production de quantités importantes d’IFN-y, et de quantités très faibles de
cytokines Th2 IL-13 et IL-5
La source de ces cytokines n’a pas été caractérisée.
Par ailleurs, aucune de ces études n’a inclus de comparaison avec des adultes.
Ces travaux ne permettent pas de conclure quant à l’existence ou non d’ime capacité
diminuée des nouveau-nés humains à développer des réponses de type Thl, et quant à
l’existence d’un biais Th2 systématique en réponse à la vaccination infantile. Des
travaux supplémentaires sont nécessaires pour caractériser la maturité des fonctions
des lymphocytes T auxiliaires chez l’homme en début de vie. Plus loin, nous
apporterons des éléments de réponse à ces questions importantes en présentant des
résultats d’études que nous avons menées en Gambie.
4. Fonctions des lymphocytes T cytotoxiques
Les lymphocytes CD8 cytotoxiques (CTL) jouent un rôle essentiel dans la défense
contre les pathogènes intracellulaires. Ils reconnaissent des peptides présentés par les
24
molécules de classe I du CMH à la surface des cellules de l’organisme. Les antigènes
présents dans le cytoplasme de cellules infectées sont transportés dans le réticulum
endoplasmique. Les peptides issus de la dégradation de l’antigène seront associés à
des antigènes du CMH de classe I avant d’être exprimés à la surface cellulaire, où ils
pourront être reconnus par des CTL qui exerceront leur rôle protecteur via la
production de facteurs cytotoxiques tels la perforine, le granzyme ou des cytokines
comme le TNF-a et l’IFN-y. Bien que les CTL puissent exercer leur activité
cytotoxique directement sur n’importe quelle cellule de l’organisme exprimant les
molécules du CMH de classe I, leur activation dépend de l’aide fournie par les
lymphocytes T auxiliaires de type Thl. Cette assistance s’organise dans les organes
lymphoïdes autour des cellules dendritiques qui co-expriment les molécules du CMH
de classe I et II, produisent de l’IL-12 et expriment des molécules de co-stimulation.
Ces interactions sont essentielles à l’activation des lymphocytes CD8.
Chez la souris, un parallèle peut être fait entre la capacité de développer des réponses
immimes de type Thl et de type cytotoxique. Ainsi, de sévères limitations des
réponses cytotoxiques ont été décrites dans divers modèles de vaccination néonatale
66,68,74,127
expériences classiques de transfert néonatal de cellules allogéniques
induit la tolérisation de lymphocytes CD8
. Des CTL spécifiques ont néanmoins pu
être activés grâce à l’utilisation de vaccins à l’ADN, de vaccins vivants, d’adjuvants
ou de cellules dendritiques matures
Peu de données sont disponibles concernant les fonctions des lymphocytes CD8 des
nouveau-nés humains. Des travaux in vitro sur le sang de cordon indiquent que,
contrairement aux lymphocytes T CD4, les lymphocytes T CD8 ne se différencient
pas en effecteurs producteurs d’IL-4 et d’IL-5 sous des conditions neutres de
stimulation
La capacité des lymphocytes CD8 du sang de cordon à se différencier
en CTL alloréactifs producteurs d’IFN-y est néanmoins diminuée en comparaison à
l’adulte
In vivo, on observe précocement la capacité de développer des réponses cytotoxiques.
Des réponses cytotoxiques ont été observées chez des enfants atteints d’infections
congénitales au cytomégalovirus ou à la rubéole
’
. Dans le cas de l’infection
25
congénitale à VIH, des CTL sont observés chez certains enfants
Les fréquences
des CTL dans le sang circulant sont néanmoins plus faibles que chez l’adulte
Comme chez l’adulte, l’activité CTL anti-VIH joue un rôle protecteur et est corrélée à
l’évolution clinique *^’’*^*. L’existence de CTL anti-VIH chez des enfants non infectés
nés de mère VIH positive a été rapportée
H est possible que ces enfants aient
été infectés par le VIH et soient parvenus à se débarrasser du virus grâce au
développement d’une réponse immime protectrice.
Des CTL spécifiques du virus respiratoire syncitial ont été décrits chez des enfants
ayant fait une bronchiolite. L’intensité des réponses était plus importante en cas de
bronchiolite peu sévère, suggérant un rôle protecteur
L’intensité des réponses
cytotoxiques dirigées contre le virus respiratoire syncitial est dépendante de l’âge, ce
qui suggère une maturation de la capacité à développer ce type de réponse au cours de
la première année de vie
Les réponses cytotoxiques induites par le vaccin anti­
rougeoleux administré à l’âge de 9 mois sont semblables à celles induites par
l’infection naturelle chez des enfants plus âgés
Des réponses cytotoxiques anti-
influenza ont aussi été décrites chez des nourrissons, quelques semaines après
infection par le virus de la grippe
Il serait intéressant d’étudier les conditions
d’immunisation permettant l’induction de réponses CTL à la naissance. En effet,
plusieurs vaccins en cours de développement visent à activer ce type de réponses
immunes, dont des vaccins contre la malaria, le VIH et la tuberculose. Certains ont été
administrés expérimentalement à des individus adultes, mais pas en début de vie.
26
Figure 6. Importance des intéractions inter-cellulaires dans le développement de la réponse humorale.
3. Au niveau de la zone T d'un ganglion, un
lymphocyte! auxiliaire spécifique va reconnaître
le peptide présenté par
A
^
Y
□
Récepteur de cytokine
CD40
Anticorps
Peptide antigénique
Récepteur de cellule!
Antigène
I
CD40 ligand
III. IMMUNITE HUMORALE EN DEBUT DE VIE
Les anticorps jouent un rôle de défense essentiel contre les bactéries extracellulaires
grâce à leur propriétés d’opsonisation, de fixation du complément et de cytotoxicité
médiée par les anticorps. Ils peuvent bloquer l’action de toxines ou neutraliser des
virus avant leur pénétration intracellulaire.
1. Principes de l’induction des réponses humorales (fîgure 6)
Un lymphocyte B naïf, issu de la moelle osseuse, peut être activé par la liaison de ses
immunoglobulines membranaires à un antigène. S’il s’agit d’un antigène protéique,
celui-ci sera internalisé, dégradé et présenté à la surface du lymphocyte B en
association avec une molécule du CMH de classe IL Dans la zone T d’un organe
lymphoïde secondaire, un lymphocyte T spécifique du peptide présenté pourra alors
lier le lymphocyte B, et lui délivrer des signaux de stimulation. La prolifération du
lymphocyte B ainsi stimulé aboutira à la formation d’un centre germinal. La
stimulation du lymphocyte B se maintient grâce à la présence de l’antigène, capturé à
la surface d’une cellule dendritique folliculaire, et par l’interaction avec le
lymphocyte T. Les lymphocytes B pourront se différencier en lymphocytes mémoires
à la longue durée de vie ou en plasmocytes, qui migreront vers d’autres organes
lymphoïdes, surtout la moelle osseuse, où seront synthétisées des quantités
importantes d’immunoglobulines. Les lymphocytes B naïfs expriment à leur surface
des IgM, qui reconnaissent l’antigène avec une faible affinité. Au niveau du centre
germinal, la commutation isotypique a lieu, grâce au réarrangement des gènes des
chaînes lourdes des immunoglobulines, ce qui permet l’expression de différents
isotypes d’immunoglobulines, aux fonctions diverses. Les mutations somatiques
survenant au niveau des régions variables des gènes d’immunoglobulines permettent
une maturation d’affinité des anticorps pour l’antigène.
L’interaction entre la cellule dendritique folliculaire, le lymphocyte T et le
lymphocyte B joue un rôle essentiel dans l’induction de la réponse humorale. La
liaison du CD40 ligand exprimé à la surface des lymphocytes T au CD40 exprimé par
les lymphocytes B est particulièrement importante pour l’induction de la commutation
isotypique, de même que la production de cytokines par le lymphocyte T auxiliaire.
27
L’IL-4 promeut la production d’IgGl et d’IgE, alors que TIEN-y inhibe la production
d’IgE. Chez la souris, l’IL-2 promeut la production d’IgM, et TIEN-y celle d’IgG2a.
On estime que chez la souris, un rapport IgGl/IgG2 élevé ou bas reflète,
respectivement, une forte activité Th2 ou Thl. Chez l’homme, une relation claire
entre polarisation Thl ou Th2 et production d’isotypes particuliers n’a pas été mise en
évidence.
2. Particularités des lymphocytes B à la naissance
a.
Immaturité et induction de tolérance
On trouve, à la naissance, ime plus grande proportion par rapport à l’adulte de cellules
B appelées Bl, capables d’auto-renouvellement, qui ne produisent que des IgM de
faible affinité, à la spécificité dégénérée (capables de polyspécificité), et dont le rôle
est peu clair
immature
On trouve aussi davantage de lymphocytes B naïfs au phénotype
Les lymphocytes B du nouveau-né sont particulièrement sensibles à
l’induction d’anergie lors de la stimulation de l’immunoglobuline de surface sans
l’apport de signaux de co-stimulation
b.
Diversité du répertoire des immunoglobulines
Le répertoire d’immunoglobulines est l’ensemble des anticorps de spécificités
antigéniques distinctes présents chez un individu. La diversité du répertoire dépend de
la recombinaison des
gènes des
immunoglobulines,
et de
l’activité
de
la
deoxytransférase terminale qui peut enlever des nucléotides aux sites de jonction des
différents
segments
de
l’immunoglobuline.
Bien
que
le
répertoire
des
immunoglobulines s’élargisse fortement au cours de la deuxième moitié de la
grossesse, celui-ci n’atteint le degré de diversité observé chez l’adulte que vers
plusieurs mois, voire plusieurs années de vie
28
Figure 7. Facteurs susceptibles d'expliquer le défaut de fonction humorale associé au début de vie.
A
Peptide antigénique
Y
□
Récepteur de cytokine
CD40
Anticorps
Récepteur de cellule T
2^ Antigène
I
CD40 ligand
3. Réponses humorales aux vaccins et aux infections en début de vie (flgure 7)
a. Réponses humorales in utero
La capacité à produire des anticorps spécifiques s’acquiert in utero, comme on peut
l’observer chez des nouveau-nés prématurés atteints d’infection congénitale à CMV, à
virus de la rubéole ou à toxoplasmose
L’apparition d’immimoglobulines
spécifiques d’origine fœtale a aussi été démontrée suite à l’exposition intra-utérine à
des antigènes parasitaires ou après vaccination maternelle contre le tétanos, la
méningite ou l’infection streptococcique
Les réponses humorales en début de
vie diffèrent néanmoins fortement de celles observées plus tardivement.
b. Amplitude des réponses humorales et fonction plasmocytaire
En réponse à une dose vaccinale unique, on retrouve généralement une augmentation
progressive avec l’âge des titres sériques d’anticorps induits. Entre 2 et 12 mois, on
observe une augmentation des taux d’anticorps en réponse à une dose d’un vaccin
conjugué contre VHaemophilius influenzae de type b
. Lfne augmentation
progressive de la réponse humorale à une dose de vaccin anti-rougeole est également
retrouvée entre 6 et 15 mois
Des observations similaires sont faites lors de l’administrations de plusieurs doses
vaccinales. Un schéma précoce de vaccination combinée contre la diphtérie, le tétanos
et la coqueluche à 2, 3 et 4 mois induisent des taux d’anticorps sériques inférieurs à
ceux trouvés après vaccinations aux âges de 3, 5 et 9 mois
Le vaccin contre
l’hépatite B peut induire dès la première dose une réponse humorale chez certains
nouveau-nés, mais les taux d’anticorps obtenus à long terme après un schéma de
vaccination à 0, 1 et 2 mois sont plus faibles qu’après un schéma à 0, 1 et 6 mois
162,163 L’âge iQj.g jje la dernière dose vaccinale semble être le principal déterminant
des titres induits à long terme. Ainsi, le risque de coqueluche ou de rougeole est plus
faible lorsque le schéma de vaccination comporte une dose au cours de la deuxième
annee de vie
’
.
29
Ces observations démontrent que l’amplitude et la durée des réponses humorales
initiées en début de vie sont diminuées, ce qui suggère im déficit de différenciation ou
de fonction des plasmocytes. La capacité de cellules B naïves à se différencier en
plasmocytes secrétant des IgA et des IgG ne devient mature que vers les âges de 2 et 5
ans respectivement
Il a été démontré chez la souris que la capacité d’accueil de
plasmocytes dans la moelle osseuse est faible au cours des premières semaines de vie
Cet aspect de la fonction humorale n’a pas été investiguée chez l’homme.
c. Génération de lymphocytes B mémoires
Administrés à la naissance,
VHaemophilius
spécifiques
les vaccins contre la diphtérie,
le tétanos
influenza b n’induisent qu’une faible production
et
d’anticorps
Néanmoins, l’administration de la première dose de vaccin à la
naissance favorise dans certains cas la réponse aux doses ultérieures, et permet
l’application de schémas rapprochés au cours des premiers mois de vie, comme ce fut
démontré dans les cas de la vaccination à la naissance contre la poliomyélite, contre
l’hépatite B et contre VHaemophilius injîuenzae de type b '*^3,169,170
suggère
qu’en l’absence de génération de plasmocytes, l’induction de lymphocytes B
mémoires est possible. Ce n’est pas vrai pour tous les vaccins : l’administration
néonatale d’une dose contre le tétanos n’a pas d’effet favorable sur les doses
ultérieures
Il a même été montré que l’administration à la naissance d’une dose de
vaccin cellulaire anti-pertussis peut diminuer légèrement les taux d’anticorps
circulants induits par une vaccination ultérieure, faisant craindre la survenue d’un
processus de tolérisation
. Une observation similaire a été faite au sujet d’un vaccin
polysaccharidique du méningocoque de groupe C
d. Maturation d’affinité
Une augmentation progressive de l’activité de mutation somatique, responsable de la
maturation d’affinité des anticorps, est observée au cours de la première année de vie
175,176
Qç processus se déroule dans les centres germinaux, qui n’apparaissent dans les
organes lymphoïdes secondaires qu’après quelques mois de vie
. Ainsi, la diversité
des régions variables d’immunoglobulines spécifiques d’un antigène vaccinal
é'Haemophilius influenzae de type b augmente avec l’âge de la vaccination
A
30
l’âge de trois ans, la diversité des segments variables des immunoglobulines de
surface de cellules B trouvées dans les centres germinaux d’amygdales est toujours
moindre que celle trouvée chez des adultes
e. Importance de la coopération cellulaire et commutation isotypique
Lorsque des lymphocytes B purifiés de nouveau-nés sont stimulés par la liaison de
leurs immunoglobulines de surface, leur prolifération et leur capacité à produire des
immunoglobulines est diminuée, en comparaison à l’adulte
En présence de
lymphocytes T activés, ce défaut de prolifération et de synthèse d’immunoglobulines
ne se retrouve pas. Les lymphocytes T d’adultes sont plus à même de fournir cette
1 on
aide à la synthèse d’immunoglobulines que les lymphocytes T de nouveau-nés
. La
capacité réduite d’expression du CD40 ligand à la surface des lymphocytes T activés
est susceptible de contribuer à la faible capacité des lymphocytes B de nouveau-nés à
entreprendre la commutation isotypique
En réponse à divers vaccins administrés
en période néonatale chez la souris, on observe en effet une production préférentielle
d’IgGl par rapport aux IgG2a
Le rapport IgG2a / IgGl élevé semble être
secondaire au développement préférentiel de réponses Th2. Lorsque des vaccins
capables de générer une réponse de type Thl sont utilisés, le rapport IgGl / IgG2a est
rétabli. Ceci a été observé avec l’utilisation d’adjuvants
d’IL-12 en même temps que l’antigène vaccinal
avec l’administration
ou grâce à la vaccination à l’ADN
QA
. Chez l’homme, le rapport entre les isotypes d’anticorps et la polarisation de la
réponse T auxiliaire n’est pas établi. On observe néanmoins chez le nourrisson une
prédominance de la production d’IgM, d’IgGl, et d’IgE, alors que la production
d’IgG2 est faible jusqu’à 12 à 18 mois
Les rapports quantitatifs des cellules en présence peuvent limiter les possibilités de
coopération intercellulaire. Chez la souris, à la naissance, la rate ne contient que peu
de lymphocytes T par rapport au nombre de lymphocytes B
. Dans les ganglions,
c’est l’apparition de cellules dendritiques folliculaires qui se fait tardivement
f.
Réponses humorales du nourrisson aux antigènes T-indépendants
31
Figure 8. La conjugaison d'antigènes polysaccharidiques T-indépendants à des motifs protéiques permet de recruter
l'aide des lymphocytes! pour la synthèse des anticorps.
Des antigènes polysaccharidiques
peuvent induire la synthèse d'anticorps de
faible affinité par le lymphocyte B
Lorsque l'antigène polysaccharidique est
conjugué à une protéine, celle-ci peut être
internalisée et dégradée. Un peptide
antigénique peut être présenté à un
lymphocyte T auxiliaire. L'aide apportée
par le lymphocyte! permet la production
d'anticorps de haute affinité.
CS)
Anticorps
Lymphocyte
A
Cytokine
□
Récepteur de cytokine
Antigène protéique
^ Peptide antigénique
Y
Récepteur de cellule!
Antigène polysaccharidique
CD40
CD40 ligand
Certains antigènes polysaccharidiques présents dans la paroi des bactéries encapsulées
contiennent des motifs répétitifs capables d’activer des lymphocytes B naïfs en liant
simultanément plusieurs immunoglobulines de surface. La production d’anticorps
peut alors se faire sans l’aide des lymphocytes T. Ces antigènes sont dits Tindépendants. Les anticorps produits seront surtout des IgM. On observe peu de
commutation isotypique, peu de maturation d’affinité et peu d’immunité mémoire.
Une protection contre ces pathogènes encapsulés peut néanmoins être obtenue grâce à
l’utilisation de tels vaccins après l’âge d’environ 18 mois.
Les vaccins aux motifs antigéniques polysaccharidiques de bactéries encapsulées ne
sont pas immunogènes en dessous de l’âge d’environ 18 mois. La raison n’en est pas
entièrement élucidée. Une immaturité des zones marginales de la rate, où sont générés
les anticorps dirigés contre les antigènes polysaccharidiques a été incriminée, de
même que la faible capacité à produire des IgG2, qui sont les isotypes habituellement
produits en réponse aux antigènes polysaccharidiques
On a également invoqué
l’activité réduite du complément en début de vie, et la faiblesse d’expression du
récepteur du fragment C3d du complément (le CD21) à la surface des lymphocytes B
jusqu’à l’âge de 2 ans. En effet, le dépôt de fragments du complément sur les
antigènes polysaccharidiques est nécessaire à la stimulation simultanée du CD21 et de
l’immunoglobuline de surface des lymphocytes B,
étape déterminante dans
l’induction de la réponse humorale aux antigènes T-indépendants
Lorsqu’on conjugue ces motifs polysaccharidiques à des protéines, on permet le
recrutement par les lymphocytes B de l’aide des lymphocytes T (figure 8). En effet, la
même cellule B peut lier les motifs polysaccharidiques par ses immunoglobulines de
smface, dégrader la partie protéique du vaccin et présenter des peptides dans des
molécules du CMH de classe II exprimées à la surface cellulaire, qui seront reconnus
par des lymphocytes T. De tels vaccins sont maintenant disponibles en routine contre
le pneumocoque, VHaemophilius Influenzae de type b et le méningocoque, et sont
capables d’induire une réponse immune protectrice dès l’âge de quelques mois
. La
persistance d’immunité mémoire 5 ans après la vaccination de nourrissons contre la
méningite A et C avec un vaccin conjugué a été démontrée récemment
La
vaccination systématique du nourrisson par le vaccin anti-Haemophilius influenzae de
type b a permis de réduire de manière drastique les infections dues à ce germe dans
32
n*g /KX)n>l
Figure 9.Taux d'immunoglobulines sériques en début de vie.
des pays industrialisés et en Gambie
D’autres vaccins conjugués sont en cours
de développement.
4. Transfert trans-placentaire d’immunoglobulines et immunisation maternelle
Le nouveau-né bénéficie à la naissance d’tme protection vis-à-vis de certains
pathogènes grâce au transfert d’immunoglobulines maternelles au travers du placenta.
Le passage transplacentaire des IgG se fait via l’interaction avec le récepteur Fc de
type III à la surface des cellules trophoblastiques, suivi d’un transport actif à travers la
cellule
Les autres isotypes d’immunoglobulines ne passent pas la barrière
placentaire. La concentration d’IgG dans
le sérum de nouveau-né dépasse
généralement de 5 à 10% la concentration maternelle. Les IgG2 et IgG4 étant moins
aisément transportées à travers la barrière placentaire que les IgGl et IgG3, et la
demi-vie des IgG3 étant bien plus courte (7 jours) que celles des autres sous-classes
(27 jours), les proportions d’IgGl, IgG2, IgG3 et IgG4 diffèrent de celles du sérum
maternel
En période post-natale, alors que les taux d’anticorps reçus de la mère
chutent, le nourrisson commence à produire ses propres immunoglobulines. Vers
l’âge de 3-4 mois, les taux d’IgG circulantes chez le nourrisson atteignent un nadir qui
correspond à un moment de grande sensibilité aux infections. Vers l’âge d’un an, les
taux d’IgM, IgG et IgA atteignent respectivement 75%, 60% et 20% de ceux trouvés
chez l’adulte
(figure 9).
a. Vaccination maternelle
Le transfert transplacentaire d’anticorps a permis de développer des stratégies de
vaccination maternelle en cours de grossesse pour tenter de protéger le nourrisson
contre des infections acquises très tôt après la naissance. On estime que 70% des
décès par tétanos néonatal sont ainsi prévenus mondialement grâce à la vaccination
maternelle
Des vaccinations maternelle contre VHaemophilius injlunzae de type b,
le Neisseria meningitidis des groupes A et C, divers sérotypes de pneumocoques, des
vaccins polysaccharidiques et conjugués contre le streptocoque de groupe B, des
vaccins contre le virus influenza, le virus de la poliomyélite et le virus respiratoire
syncitial ont été tentées *56’>57,i93-i98
qu’une augmentation des taux d’anticorps
spécifiques aient été montrés à la naissance, l’efficacité clinique de ces vaccins n’a
33
Table 3. Avantages et inconvénients des stratégies de vaccination maternelle.
Avantages
Inconvénients
Protection précoce du nourrisson
Faible transfert transplacentaire dans certains
systémique (anticorps sériques) et
cas, surtout en cas de prématurité ou de
mucosale (anticorps du lait maternel)
malaria placentaire
Protection maternelle
Effets secondaires potentiels sur la grossesse
Couverture vaccinale : grand accès
Possible tolérisation fœtale, inhibition de la
médical des femmes enceintes
réponse au vaccin du nourrisson
pas été démontrée. Dans le cas de la malaria, il semble que les anticorps provenant de
la mère ne jouent pas de rôle protecteur majeur chez le nourrisson
Bien que la vaccination maternelle soit théoriquement tentante pour la prévention de
transmission verticale du VIH ou de l’hépatite B, d’infections à streptocoque de
groupe B, à pneumocoque, de bronchiolite ou lors d’épidémies de grippe, certaines
limitations s’opposent au développement de cette stratégie (table 3).
b. Influence des
anticorps maternels
sur les
réponses
humorales du
nourrisson
La présence d’anticorps maternels dans la circulation du noiurisson peut être
responsable d’une inhibition de la capacité de ce dernier à produire ses propres
anticorps en réponse à une vaccination ou à une infection. L’inhibition de réponses
humorales par des anticorps maternels a été démontrée dans des contextes divers, dont
des vaccins peptidiques et protéiques, des vaccins vivants atténués et des vecteurs
vivants recombinants, chez l’animal et chez l’homme
D’importance clinique,
elle a été démontrée pour les vaccins à la toxine diphtérique et tétanique, aux virus
vivants et inactivés de la polio, aux vaccins contre la rougeole, les oreillons, la
rubéole et l’hépatite A
. Par contre, on n’observe pas d’inhibition de la
production d’anticorps en réponse au vaccin contre l’hépatite B en présence
d’anticorps maternels
L’importance clinique de cette inhibition est variable. La faible immimogénicité du
vaccin anti-rougeoleux en présence de quantités même faibles d’anticorps maternels
impose de retarder l’âge de vaccination à 12-15 mois en pays industrialisés et à 9
mois en pays en voie de développement. Malheureusement, un grand nombre de décès
par rougeole surviennent avant l’âge de 9 mois
La transmission du virus de la
rougeole chez les nourrissons non vaccinés est im des facteurs susceptibles de faire
échouer la stratégie actuelle d’éradication de cette maladie élaborée par l’Organisation
Mondiale de la Santé
Les mécanismes de l’influence des anticorps maternels sur la réponse du nourrisson à
l’infection naturelle ou à la vaccination ne sont pas élucidés. Plusieurs mécanismes
34
sont possibles : masquage épitopique et élimination des complexes antigènesanticorps, destruction du vecteur vaccinal par activation du complément ou
cytotoxicité dépendante des anticorps, influence complexe de réseaux idiotypiques
200,201
tentative d’élucider l’influence de divers facteurs, il a été démontré
que le rôle inhibiteur des anticorps maternels est spécifique de l’épitope. Les
stratégies d’immunisation maternelle pourraient donc inclure des épitopes distincts de
ceux utilisés pour la vaccination des nourrissons. Par ailleurs, l’effet inhibiteur des
anticorps maternels dépend du rapport de concentration entre ceux-ci et les antigènes
vaccinaux
Malgré cela, des stratégies visant à augmenter la dose du vaccin anti­
rougeoleux se sont avérées dangereuses. En Guinée-Bissau, la vaccination à haute
dose contre la rougeole s’est accompagnée d’un excès inexpliqué de mortalité
212
c. Influence des anticorps maternels sur les réponses T du nourrisson
Il semble que les réponses cellulaires des lymphocytes T soient moins sujettes à
l’inhibition par les anticorps maternels que les réponses humorales. La formation de
complexes immuns lors de la liaison de l’anticorps maternel à l’antigène pourrait
favoriser la capture de l’antigène par les cellules phagocytaires grâce à l’expression
par celles-ci de récepteurs de portion constante des immunoglobulines. Les cellules
phagocytaires pourront dès lors présenter l’antigène aux lymphocytes T. Ainsi,
l’injection expérimentale de hauts taux d’anticorps maternels à des souriceaux inhibe
complètement la génération d’anticorps en réponse à des vaccins contre la rougeole et
le tétanos mais n’affecte pas les réponses prolifératives et la production de cytokines
911
. L’absence d’effet des anticorps maternels sm la génération de CTL a également
été rapportée dans divers modèles expérimentaux
Chez l’homme, on n’observe pas d’effet des anticorps maternels sur la réponse T au
vaccin anti-rougeoleux administré à 6, 10 ou 12 mois
L’existence de la
génération d’une réponse T sans réponse humorale après vaccination en présence
d’anticorps maternels pourrait contribuer à accélérer la production d’anticorps au
cours d’immunisations subséquentes, et conférer déjà un certain degré de protection
en cas d’exposition au pathogène. En effet, malgré l’absence de production
d’anticorps par le nourrisson après une première vaccination anti-rougeoleuse en
présence d’anticorps maternels, on observe une production rapide d’IgG en réponse à
35
une seconde vaccination * 5^-2''♦■2 *5
j^g même, une protection clinique contre la
rougeole sévère est observée chez des enfants qui n’ont pas développé de réponse
humorale après vaccination précoce
Il sera peut-être possible de contourner l’effet inhibiteur des anticorps maternels grâce
à de nouvelles technologies. Le principe recherché est de limiter l’accès de l’anticorps
maternel à l’antigène vaccinal et de permettre \me libération lente de l’antigène afin
que la réaction primaire se prolonge jusqu’à ce que l’effet des anticorps maternels
s’estompe. Des résultats prometteurs ont été observés chez l’animal lorsque l’antigène
est délivré à l’intérieur d’une matrice lipidique
78,79,201
ou avec les vaccins à l’ADN
jgg réponses T aux vaccins à l’ADN semblent peu affectées par les
anticorps maternels, les réponses humorales semblent l’être
.
Ensemble, ces résultats suggèrent que la vaccination précoce est associée à des
réponses humorales de faible amplitude, de courte durée, de faible affinité. Les
possibilités de commutation isotypique sont réduites. Néanmoins, l’administration
précoce d’une dose de vaccin peut induire des réponses secondaires amples et rapides
lors de doses ultérieures. L’intervalle entre les doses et l’âge d’administration de la
dernière dose sont des facteurs important dans la génération de la protection
souhaitée. Le recmtement de l’aide des lymphocytes T auxiliaires au cours de la
réaction immune primaire est essentiel à l’activation optimale de la réponse humorale.
Le transfert transplacentaire d’anticorps permet des stratégies d’immvmisation
maternelle pour la protection du jeune nourrisson, mais est responsable d’une
inhibition de ses réponses humorales. De nouvelles stratégies devraient être
développées pour accroître l’immunogénicité des vaccins administrés au nourrisson
malgré la présence d’anticorps maternels.
Nous présentons, plus loin dans ce travail, une comparaison des taux d’anticorps
induits par les vaccins contre la poliomyélite et l’hépatite B chez des nourrissons et
des adultes. Nous avons également étudié l’effet du BCG sur ces réponses.
36
IV. MODULATION PRE- ET POSTNATALE DU SYSTEME IMMUNITAIRE
1. Environnement immunologique de la grossesse
La situation intra-utérine du fœtus en gestation est tout à fait pEirticulière au niveau
immunologique puisqu'il constitue une greffe physiologique semi-allogénique pour la
mère. En effet, la moitié des molécules exprimées à la surface des cellules fœtales
sont d’origine paternelle, ce qui, en d’autres circonstances, aboutirait à une réaction
immunologique de rejet de greffe. De nombreux mécanismes empêchent cette
réaction. La barrière placentaire limite les échanges de cellules immunes de part et
d’autre de la circulation sanguine. Cette barrière n’est toutefois pas totale, des cellules
d’origine fœtale ayant été retrouvées dans la circulation maternelle et vice versa
. A
la jonction entre les cellules maternelles (cellules de la decidua) et fœtales (cellules du
syncitiotrophoblaste), les cellules du fœtus n’expriment pas de molécules du CMH
autres que quelques molécules HLA-C et des molécules HLA-G très peu
polymorphiques, qui n’activent pas les cellules cytotoxiques CD8 maternelles.
L’action cytotoxique des cellules Natural Killers, présentes en grand nombre dans la
décidua, est inhibée grâce à l’expression à leur surface de récepteurs inhibiteurs de la
cytotoxicité
qui
lient
spécifiquement
l’HLA-G.
De
même,
les
cellules
trophoblastiques semblent exprimer Fas-ligand, une molécule capable d’induire la
mort cellulaire programmée des cellules lymphoïdes susceptibles d’attaquer la greffe
fœtale
Outre ces éléments qui tendent à isoler le fœtus des cellules cytotoxiques maternelles,
un environnement immunologique particulier est maintenu autour de l’unité utéroplacentaire grâce à la production de facteurs solubles (hormones stéroïdiennes,
Leukemia Inhibitory Factor, IL-10 et PGE2) par des cellules lymphoïdes mais
également par l’épithélium utérin et le tissu trophoblastique
La production de
facteurs pro-inflammatoires comme le TNF-a et l’IFN-y, qui ont un rôle toxique sur
l’implantation et la croissance fœtale, y est inhibée
La grossesse est donc
accompagnée d’une modulation des réponses immunes maternelles caractérisée par
une inhibition des réponses Thl et une expansion des réponses Th2
Quelque peu
schématique, cette analyse est compatible avec bien des observations cliniques chez
37
les femmes enceintes, qui présentent une susceptibilité augmentée vis-à-vis
d’infections intracellulaires habituellement contrôlées par une réaction de type Thl,
telles la malaria, la tuberculose, les poussées lépromateuses, la toxoplasmose
. On
observe aussi, au cours de la grossesse, une aggravation de maladies auto-immimes
médiées par une réaction inflammatoire de type Th2 comme le lupus érythémateux,
alors que d’autres maladies auto-immunes médiées par une réaction de type Thl,
comme l’arthrite rhumatoïde, ont tendance à s’améliorer
Malgré la nécessité de contrôler les réponses immunes inflammatoires autour de
l’unité fœtoplacentaire, la femme enceinte n’est pas profondément immunodéprimée.
Ceci pourrait être lié à une activation compensatoire de l’immimité naturelle au cours
de la grossesse. En effet, de nombreux marqueurs d’activation monocytaire s’élèvent
dans la circulation de la femme enceinte. On observe une augmentation du nombre de
monocytes et neutrophiles, qui expriment des marqueurs de phénotype activé.
L’activité phagocytaire, oxydative, et l’expression du récepteur de l’endotoxine par
les monocytes augmentent. Les taux de protéines de phase aiguë augmentent.
L’origine de cette activation monocytaire n’est pas connue, mais pourrait dériver de la
libération de vésicules trophoblastiques dans la circulation maternelle
’
.
Une évolution pathologique de la grossesse peut résulter de la rupture du fragile
équilibre immunologique développé autour de fœtus et de ses annexes. C’est le cas
dans certaines fausses couches d’origine inexpliquée, de l’éclampsie, du choc
endotoxémique ou de la chorio-amniotite, où l’on observe une libération de facteurs
pro-inflammatoires s’apparentant à un rejet de greffe
Des infections peuvent se
développer autour de l’imité utéro-placentaire à la faveur du climat immunitaire qui y
règne, y induisant une activation immunitaire, des lésions histologiques, et dans
certains cas, l’interruption de la grossesse. Des globules rouges infectés par
Plasmodium falciparum peuvent être séquestrés au niveau du placenta et y induire le
production de cytokines Thl associées à un risque élevé de retard de croissance,
d’accouchement prématuré, de mortalité fœtale et maternelle
Le VIH peut
infecter les cellules du syncitiotrophoblaste, causer des lésions placentaires et
s’accompagner d’une production locale accrue de TNF-a
L’infection maternelle
par Trypanosoma cruzi (T. cruzi) peut s’accompagner d’infiltrats inflammatoires du
38
placenta, au sein desquels on retrouve des lymphocytes CD8 en grand nombre. Ici
aussi, la croissance fœtale est menacée
Des travaux menés chez la souris ont
permis de démontrer le rôle toxique du TNF-a sur la survie de fœtus de mère infectée
par T. cnizi
De nombreuses autres infections peuvent s’accompagner d’infection
et d’inflammation du placenta, prélude possible au retard de
croissance, à
l’interruption de la grossesse et à l’infection congénitale.
2. Modulation prénatale du système immunitaire du nourrisson
Nous avons vu plus haut que le fœtus exposé à des antigènes in utero peut développer
des réponses humorales et cellulaires. Celles-ci sont susceptibles d’affecter la réponse
immune post-natale au même antigène. Ainsi, l’exposition intra-utérine à des
allergènes
allergiques
semble promouvoir le développement ultérieur de
manifestations
De même, l’exposition prénatale à des antigènes d’helminthes peut
influencer le décours d’une helminthiase post-natale. Etant donné la complexité de la
physiopathologie des lésions induites par les filaires et le rôle toxique des
phénomènes inflammatoires, les mécanismes de cette modulation de la pathologie
sont inconnus. Délétion clonale (mort des lymphocytes spécifiques de l’antigène),
anergie (les lymphocytes spécifiques existent mais ne sont pas activés par l’antigène)
et déviation immune (modulation du profil de production de cytokines) ont été
suggérées
Comme nous l’avons vu plus haut, les anticorps maternels peuvent
également interférer avec la capacité du nourrisson à développer ses propres réponses
immunes
200
Le développement du système immunitaire du nouveau-né et du nourrisson peut
également
être
influencé
de
manière
non
spécifique
par
l’environnement
immunologique intra-utérin. Chez la souris, on considère que l’environnement
hormonal et immunologique autour de l’unité utéroplacentaire est un des facteurs
responsables de la tendance des nouveau-nés à développer des réponses immunes de
type Th2
On peut s’interroger sur les conséquences pour le développement du
système immunitaire fœtal et pour la santé de l’individu à naître de l’infection
placentaire ou de tout autre événement intra-utérin capable de perturber l’équilibre
immunologique fi-agile qui y règne. De nombreux travaux épidémiologiques ont
39
suggéré le rôle de divers stress nutritionnels ou infectieux au cours de grossesse et en
début de vie dans la susceptibilité au développement de pathologies aussi diverses que
les maladies cardio-vasculaires, le cancer, le diabète, les infections, les maladies
respiratoires et auto-immimes
Certains chercheurs pensent que le système
immunitaire subit une programmation en début de vie susceptible d’influencer les
fonctions immunes tout au long de l’existence. Chez l’animal adulte, la fonction
thymique et les réponses humorales peuvent être affectées par des antécédents de
malnutrition in utero
générations
dont les conséquences peuvent s’étaler sur plusieurs
Chez l’homme, le poids de naissance serait corrélé aux taux d’IGE
sériques chez l’adulte
Une étude menée en Gambie, où la malnutrition est
saisonnière, suggère que la mortalité liée aux infections chez l’adulte est liée à la
saison de naissance
Néanmoins, cette hypothèse repose sur l’analyse de données
épidémiologiques rétrospectives et les liens de causalité entre les variables étudiées
sont difficiles à établir.
Peu d’études fondamentales se sont intéressées à la modulation du système
immunitaire adaptatif par un stress intra-utérin. Au Kenya, il a été montré que naître
de mère infectée par des helminthes inhibe l’amplitude de la réponse Thl induite par
le vaccin BCG au cours des premiers mois de la vie
. On peut émettre l’hypothèse
que pour parvenir à une modulation du système immunitaire adaptatif, une
modulation de système immunitaire inné, dont dépend l’activation du système
immunitaire adaptatif, est initialement requise. Peu de travaux se sont intéressés aux
fonctions du système immunitaire inné néonatal dans le cadre de pathologies intrautérines. Une inhibition de la capacité à produire de l’IL-12 chez des nouveau-nés non
infectés nés de mère infectée par le VIH a été démontrée
On pourrait trouver là
une explication à l’observation faite en Gambie de cicatrices de vaccin BCG plus
petites chez des enfants non infectés nés de mère séropositives pour le VIH que chez
des enfants nés de mères non infectées
Dans ce travail, nous présenterons les résultats d’ime étude de l’influence de
l’infection maternelle à T. cruzi sur la capacité de cellules de sang de cordon de
nouveau-nés non infectés à produire des cytokines pro- et anti-inflammatoires en
réponse à des antigènes de T. cruzi ou à une stimulation non antigénique. Nous avons
40
recherché l’activation du système immunitaire fœtal iimé et adaptatif par l’infection
maternelle.
3. Modulation postnatale des réponses immunes du nourrisson
La
naissance
s’accompagne
du
passage
d’un
environnement
stérile
à
un
environnement septique, avec la nécessité de développer une balance homéostasique
caractérisée par une tolérance à des agents inoffensifs (flore bactérienne commensale,
antigènes alimentaires, pollens, poussières) et une immunité protectrice vis-à-vis
d’agents pathogènes (virus, bactéries, parasites) qui visitent les voies muqueuses. Une
rupture des mécanismes de tolérance peut signifier le développement d’allergie,
d’auto-immunité ou de maladies inflammatoires, alors qu’ime déficience des
mécanismes de protection peut être responsable de maladies infectieuses invasives.
Les mécanismes régulant cette balance entre tolérance et immunisation sont peu
connus.
Plusieurs investigateurs ont formulé une hypothèse « hygiénique », attribuant un rôle
important de l’exposition à divers pathogènes et germes commensaux an cours des
premières années de vie sur le développement du système immunitaire
Selon
cette hypothèse, la différence de prévalence de l’atopie et de l’asthme en pays
développés et en pays tropicaux s’explique par des différences dans l’exposition aux
agents pathogènes et germes commensaux au cours de la petite enfance
’
. Il a été
démontré que l’entrée précoce dans un environnement partagé avec d’autres enfants,
où diverses infections sont fréquemment acquises, ainsi que la présence dans la
famille d’un nombre élevé de fi-ères et de sœurs, un mode de vie rural dans un
environnement fermier, et la présence d’un chien dans la maison diminuent le risque
de développer de l’asthme et d’autres manifestations atopiques 255.257.258
constitution de la flore bactérienne digestive pourrait jouer un rôle important. Les
animaux de laboratoire élevés en milieu stérile présentent effectivement de
nombreuses perturbations de l’homéostasie mucosale et systémique 254.259
bactéries pathogènes peuvent induire dans les cellules épithéliales l’activation de la
voie NF-kB responsable de la synthèse de cytokines, chémokines et autres molécules
activant et/ou recrutant les lymphocytes T, alors que des bactéries non pathogènes
peuvent inhiber la voie NF-kB
Ces observations sont sur le point de trouver des
41
applications cliniques : il a été démontré récemment que l’administration entérique de
lactobacille à des nourrissons peut contribuer à la prévention de manifestations
atopiques
De même, l’administration fréquente de traitements antibiotiques
affectant la flore commensale semble favoriser le développement de manifestations
allergiques
Supportant l’hypothèse hygiénique, plusieurs études épidémiologiques rétrospectives
ont montré rme association entre un risque réduit d’allergie et la présence d’une
réaction cutanée positive à la tuberculine, ou des antécédents de vaccination précoce
par le BCG et d’infections telles la rougeole et l’hépatite A,
Pour expliquer ces
observations, on a proposé qu’une stimulation répétée de la production d’IFN-y suite à
l’exposition à des facteius pro-inflammatoires réduirait la tendance à développer des
réaction immunes de type Th2 favorables au développement de l’asthme et de l’atopie
L’hypothèse hygiénique a néanmoins été abondamment contestée, certains biais
fréquents dans les études rétrospectives ne pouvant être écartés
Des études prospectives et contrôlées sont nécessaires pour déterminer les effets
potentiels de vaccins et pathogènes infectieux sur le développement des réponses
immunes au cours de la prime enfance. Dans ce travail, nous avons étudié de manière
prospective l’effet du vaccin BCG sur les réponses immunitaires autres vaccins
administrés au nourrisson.
42
BUTS DU TRAVAIL
La protection précoce des nourrissons contre les maladies infectieuses est un enjeu
essentiel des stratégies de vaccinations. Un approfondissement des connaissances
concernant les réponses immunes néonatales est nécessaire. En particulier, les
fonctions des lymphocytes T activés in vivo en début de vie humaine sont peu
connues. L’objectif de notre travail était d’abord d’évaluer les propriétés des
lymphocytes T auxiliaires activés par la vaccination néonatale, chez l’homme. Dans
ce but, nous avons comparé les réponses lymphocytaires de nourrissons vaccinés dès
la naissance contre la tuberculose, la poliomyélite et l’hépatite B à celles observées
chez des adultes immuns.
Ayant démontré le caractère fortement inummogène du BCG, nous avons voulu
évaluer sa capacité à moduler les réponses immunes cellulaires et humorales aux
autres vaccins du nourrisson.
De même que le BCG est responsable d’une stimulation immune susceptible de
moduler le développement d’autres réponses vaccinales, une infection maternelle
durant la grossesse est susceptible de moduler les fonctions immunes en début de vie.
Nous avons donc étudié l’influence de l’infection maternelle à T. Cruzi sur la
production de cytokines par des cellules de sang de cordon ombilical.
44
RESULTATS
45
1. La vaccination néonatale par le bacille de Calmette-Guérin induit la
production d’IFN-y par les lymphocytes CD4
Résumé
•
Objectif
Nous avons étudié la fonction des lymphocytes T CD4 activés par la vaccination
néonatale au BCG. La production de cytokines par des cellules sanguines de
nourrissons vaccinés à la naissance par le BCG et d’adultes immuns a été comparée,
afin de déterminer si les nouveau-nés sont capables de produire une réponse immune
T auxiliaire de type mature.
•
Résultats
On observe chez des nourrissons vaccinés au BCG mais pas chez des nourrissons non
vaccinés une production importante d’IFN-y par les cellules sanguines mononucléées
(PBMC) stimulés à la tuberculine (PPD), et très peu de cytokines Th2 (IL-4 et IL-5).
Des
expériences
de purifications
cellulaires et
de
marquage
de
cytokines
intracellulaires démontre que les CD4 sont la principale source d’IFN-y. Les taux de
cytokines tant Thl que Th2 produits par des nourrissons vaccinés sont similaires à
ceux trouvés chez l’adulte immun. L’analyse de clones spécifiques de la PPD de
nourrissons vaccinés et d’adultes immuns démontre que l’IFN-y est produit
majoritairement par des clones Thl et ThO, chez le nourrisson comme chez l’adulte.
On n’observe pas plus de clones Th2 chez le nourrisson.
•
Conclusions
Les nouveau-nés humains sont capables de produire une réponse immune T auxiliaire
caractérisée par la production de quantités importantes d’IFN-y en réponse au vaccin
BCG. Lfne analyse de la polarisation Thl/Th2 démontre qu’on ne retrouve pas de
biais Th2 chez le nourrisson, en comparaison à l’adulte.
46
Eur. J. Immunol. 2001.37; 1531-1535
Helper T cell response to néonatal BCG vaccination
1531
Néonatal bacillus Calmette-Guérin vaccination
induces adult-like IFN-y production by CD4^
T lymphocytes
Johan Vekemans' ^, Amedeo Amedei^ Martin O. Ota\ Mario M. D’Elios^ Tessa
Goetghebuer', Jamila lsmaili^ Meianie J. Newport'Gianfranco Dei Prete^ Michei
Goidman^, Keith P. W. J. McAdam* and Arnaud Marchant'
' Medical Research Council Laboratories, The Gambia
^ Immunologie Expérimentale, Université Libre de Bruxelies, Brussels, Belgium
® Department of internai Medicine, University of Florence, Florence, Italy
' Wellcome Trust Center for Molecular Mechanisms in Disease, Addenbrooke’s Hospital, Hills
Road, Cambridge, GB
The immaturity of the néonatal immune System in mice is associated \«ith defective IFN-y
production and Th2-biased immune responses. In this study, infants vaccinated at birth with
BCG produced similar concentrations of IFN-y in response to PPD and showed similar frequencies of IFN-y-producing lymphocytes as compared to immune adults. Infants and
adults produced only lo\« concentrations of IL-4 and IL-5. CD4* T lymphocytes were the
main source of IFN-y. Similar proportions of Thi and ThO PPD-specific T cell clones were
observed in infants and adults. This study demonstrates that the human néonatal immune
response to BCG is not biased towards Th2 and is characterized by the prédominant pro­
duction of IFN-y by CD4* T lymphocytes.
Key words: Néonatal immunology / Vaccination / Thi /Th2
1 Introduction
The immaturity of the immune System during early life is
responsibie for the susceptibility of young infants to
pathogens and limits the induction of protective immune
responses by vaccines [1]. Studies performed in animais
indicate that newborn mice are defective in Thi and
biased towards Th2 type immune responses. Such a
bias towards Th2 responses would reduce the efficacy of
vaccines against intracellular pathogens [2-4].
In humans, the presence of a Th2 bias in early life
remains controversial [4-6]. Reduced production of
IFN-y, IL-4 and IL-5 has been observed following in vitro
polyclonal activation of cord blood as compared to adult
lymphocytes [7]. However, under optimal conditions of
co-stimulation the maturation of cord blood and adult
naive T cells into Th1 or Th2 effector cells appears to be
similar [8]. Little is known about in vivo T cell immune
responses in human newborns. Trans-placental exposure to allergens or helminth antigens leads to prédomi­
nant Th2 type responses [9, 10]. We hâve recently
observed that néonatal Mycobacterium bovis BCG vac[I 21544]
Abbreviation: PPD: Protein purified dérivative
© WILEY-VCH Verlag GmbH, D-69451 Weinheim, 2001
Received
Revised
Accepted
14/12/00
25/1/01
14/2/01
cination activâtes IFN-y-producing T cells [11]. The pré­
sent study was undertaken to characterize the fonction
of CD4* T cells activated by néonatal BCG vaccination
and to compare it to that observed in immune adults.
2 Results and discussion
2.1 Cytokine production by PPD-stimuiated
PBMC from BCG-vaccinated infants and
immune adults
The production of IFN-y and IL-5 by PBMC stimulated in
vitro with PPD or PHA was studied in 26 2-month-old
infants vaccinated at birth with BCG and compared to 21
immune adults. Preliminary experiments indicated that
no IL-4 production could be detected in response to
PPD in BCG-vaccinated infants and immune adults (data
not shown). As shown in Fig. 1, IFN-y was the prédomi­
nant cytokine produced by PPD-stimulated PBMC both
in infants and adults. BCG-vaccinated infants produced
similar concentrations of IFN-y in response to PPD as
compared to immune adults whereas only low concen­
trations of IL-5 were detected in both groupe, in keeping
with our previous observations [11], In contrast, higher
concentrations of IFN-y and IL-5 were induced by PHA in
adults than in infants, indicating that the defective pro0014-2980/01/0505-1531 $17.50 + .50/0
1532
Eur. J. Immunol. 2001.37; 1531-1535
J. Vekemans et al.
PPD
PHA
I------ \ Infants
AdultS
Fig. 1. IFN-y and lL-5 concentrations were measured in
supernatants of PPD and PHA-stimulated PBMC from BCGvaccinated infants (empty boxes, n = 26) and immune adults
(hatched boxes, n = 21). Géométrie means and confidence
intervals are shown. *: p < 0.001.
duction of type 1 and type 2 cytokines in response to
mitogens observed at birth is still présent at 2 months of
life. PBMC from 2-month-old infants who had not been
vaccinated with BCG produced no détectable concen­
trations of IFN-y or IL-5 in response to PPD (data not
shown). The frequency of lymphocytes producing IFN-y
after short-term stimulation with PPD was determined in
6 BCG-vaccinated infants and 6 immune adults. As presented in Table 1, similar frequencies were observed in
infants and adults. In contrast, the frequency of cells pro­
ducing IFN-y in response to PHA was lower in infants
than in adults.
I------1 PBMC
rpTpm CD4 depleted PBMC
Purified CD4 and monocytes
Fig. 2. PBMC. CD4-depleted PBMC and purified CD4 with
monocytes obtained from four BCG-vaccinated infants were
stimulated with PPD or PMA-ionomycin. Médian IFN-y con­
centrations (pg/ml) and ranges are presented. (1): undetectable. P <0.05.
trois (Fig. 3, left panel). Together, these results indicate
that after néonatal BCG vaccination CD4* T lymphocytes
represent the major source of IFN-y following PPD stimu­
lation, as previousiy observed in BCG-vaccinated adults
[12]. PPD is a mixture of soluble protein antigens and was
selected to investigate the fonction of CD4* T lympho­
cytes. Other antigens and APC should be used to study
the response of other cell types such as CD8* T lympho­
cytes, yô T cells and CD4/CD8 double-negative T cells to
néonatal BCG vaccination.
2.2 CD4* T cells produce IFN-y after néonatal
BCG vaccination
The rôle of CD4* lymphocytes in the production of IFN-y
was determined by cell déplétion and purification expéri­
menta. As shown in Fig. 2, déplétion of CD4^ T cells abrogated the production of IFN-y by PPD-stimulated PBMC
whereas it had no influence on the production of IFN-y
induced by ionomycin and PMA. Co-incubation of purified CD4* T cells and monocytes in the presence of PPD
or ionomycin/PMA induced the production of high con­
centrations of IFN-y. To evaluate directiy the rôle of CD4*
cells, the intracytoplasmic content of IFN-y was studied
in PPD-stimulated PBMC. Fig. 3 shows that in BCGvaccinated infants (right panel), virtually ail CD3* lympocytes expressing IFN-y were CD4 positive. No IFN-y was
detected in PBMC obtained from non-vaccinated con-
CD4
Fig. 3. Intra-cytoplasmic IFN-y staining in PPD-stimulated
PBMC. CD3* gated cells are shown. Left panel: unvaccinated infant. Right panel: infant vaccinated at birth with
BCG. The figure shows one experiment représentative of
six. Staining by isotype control mAb was negligible in ail
samples.
Eur. J. Immunol. 2001.3J; 1531-1535
2.3 Proportion of Th1, ThO, and Th2 T cell clones
in infants and adults
The prédominant IFN-y production by CD4* T cells,
associated with low production of IL-4 and IL-5, suggests that néonatal BCG vaccination activâtes a Thi
response. In order to test this hypothesis further, the
quality of the cytokine response was evaluated at the
clonal level. A total number of 180 CD4* T cell clones
were obtained from PPD-induced T cell Unes derived
from five BCG-vaccinated infants. These clones \were
compared to 219 CD4* T cell clones derived from five
immune adults. Among the clones derived from vaccinated infants, 17 (9 %) were spécifie for PPD whereas 92
(42 %) of the adult clones were PPD spécifie. As shown
in Fig. 4 (left panel), 41 % of PPD-specific clones from
BCG-vaccinated infants were Thi clones and 59 % were
ThO clones producing both IFN-y and IL-4 and/or IL-5. A
similar profile was observed in adults. Most adult PPDspecific clones were Thi or ThO clones (47 and 40 %,
respectively) and 13 % of them were Th2 clones produc­
ing IL-4 and/or IL-5 but not IFN-y. The high frequency of
clones producing IL-4 and/or IL-5 in infants and adults
suggests a more sensitive détection of Th2 cytokines by
clonal analysis as compared to bulk cultures. Among the
clones of undefined specificity, the profile of cytokines
poduced was aiso similar in infants and adults (Fig. 4,
right panel), indicating that during the différentiation of
PPD-specific T cell Unes, bystander lymphocytes had
similar patterns of différentiation in infants and adults.
PPD-specific clones
Clones of undefined specificity
HelperT cell response to néonatal BCG vaccination
1533
Table 1. Frequency of IFN-y-producing lymphocytes in
BCG-vaccinated infants (r? = 6) and immune adults (n = 6) as
defined by ELISPOT assay.
Infant
Adult
P
PPD
245 (35-1820)
330(275- 980)
0.5
PHA
2725 (285-3850)
4710 (3060-5685)
0.01
a)
Médian number of spots per 10“ PBMC (ranges) are
presented.
In newborn mice, adult-like CD4* lymphocyte responses
can be induced under optimal conditions of antigen pré­
sentation [6,13-15]. In vitro studies indicate that human
cord blood monocytes and dendritic cells hâve lower costimulatory properties than adult cells [16,17). Mycobac­
teria, including BCG, are potent stimulators of adult APC
[18). The effect of BCG on APC obtained from newborns
has not been reported. We hypothesize that the prédom­
inant IFN-y response induced by BCG in newborn is
dépendent on its ability to increase the co-stimulatory
properties of néonatal APC.
We conclude that néonatal BCG vaccination induces
adult-like IFN-y production by CD4* T lymphocytes.
Studies of the immune response to other néonatal vac­
cines should allow us to evaluate further whether the
function of CD4* T lymphocytes differs qualitatively in
human newborns and adults.
3 Materials and methods
3.1 Study subjects
This study was approved by the Gambian Government/
MRC joint Ethics Committee. Healthy newborns were
enrolled at Serrekunda Health Centre after maternai con­
sent. Newborns were randomly assigned to receive intradermal BCG (0.1 ml, Statens Sérum Institute, Denmark) vac­
cination at birth or at the âge of 2 months. At 2 months a
blood sample was collected. Healthy Gambian adult volunteers (âge range: 17-42) who had been vaccinated with
BCG in chiidhood and had a BCG scar were enrolled as Con­
trols.
I------1 Th1
V7777^ ThO
Th2
F/g. 4. Cytokine profile of CD4* T cell clones spécifie for
PPD or of undefined specificity obtained from BCGvaccinated infants and immune adults. No significant différ­
ence was observed between infants and adults.
3.2 In vitro lymphocyte stimulation with PPD
PBMC, isolated by density gradient centrifugation, were
suspended in complété culture medium supplemented with
10 % heat-inactivated human AB sérum (Sigma Chemicals,
St Louis, MO). Total PBMC, CD4-depleted PBMC or CD4-
1534
J. Vekemans et al.
enriched lymphocytes were incubated in medium alone or in
the presence of PPD (2 to 10 ng/ml, RT48, Statens Sérum
Institute, Denmark), PHA-L (5 ng/ml, Sigma Chemicals) or
the combination of PMA (0.01 jig/ml, Sigma Chemicais) and
ionomycin (0.5 ng/ml, Sigma Chemicals) at 37 °C in 5 %
COj. Concentrations of IFN-y, IL-4 and IL-5 were determined in supernatants collected on day 2 (mitogens) or day
6 (PPD) using commercially available ELISA kits (BioSource
Europe, Fleurus, Beigium).
3.3 PPD-specific IFN-y-producing lymphocyte
frequencies
The frequency of IFN-y-producing lymphocytes was determined by ELISPOT using commercially available reagents
according to the recommendations of the manufacturer
(Mabtech, Stockholm, Sweden). PBMC (2 x 10^/well) were
incubated in 96-well ELISPOT plates (MAIPS45, Millipore,
Bedford, MA) in the presence of PPD or PHA for 16 h. The
number of spot-forming cells were counted using an automated Eiispot reader (AID Autoimmun Diagnostic GmbH,
Strassberg, Germany).
3.4 CD4 lymphocyte déplétion and purification
PBMC were depieted of CD4* lymphocytes using anti-CD4coated magnetic beads (Miltenyi Biotec, Bergisch Giadbach, Germany). CD4"^ lymphocytes and monocytes were
purified by négative seiection (Miltenyi Biotec). The purity of
the isolated celi populations was over 95 % as assessed by
flow cytometry.
3.5 IFN-y intracytoplasmic staining
Brefeldin A (10|xg/ml, Sigma Chemicals) was added to
PPD-stimulated wells for the last 16 h of the 6-day culture.
Cells were then stained with anti-CD3 and anti-CD4 fluores­
cent mAb (Becton Dickinson, San-Jose, CA), permeabilized (Cytofix/Cytoperm, Pharmingen, San Diego, CA), and
stained with anti-IFN-y or isotype control fluorescent mAb
(Pharmingen). Cell fluorescence was measured by flow
cytometry (FACSCalibur, Becton Dickinson).
Eur. J. Immunol. 2001.37; 1531-1535
phenotype of T cell clones was examined by flow cytometry.
For the détermination of cytokine production, 10® T cell
blasts were incubated with 1.2% PHA for 36 h. PHAstimuiated feeder celis aione produced <100 pg/ml IFN-y,
<10 pg/ml IL-4 and < 60 pg/ml IL-5. T cell clones producing only IFN-y were considered as Thi, clones producing
IFN-y and IL-4 and/or IL-5 were considered as ThO; clones
producing IL-4 and/or IL-5 were considered as Th2. To
assess their reactivity to PPD, 4 x 10'* T ceil blasts were cocultured for 60 h with irradiated autologous PBMC (8 x 10*)
and medium aione or PPD (1 ng/ml). Prolifération was mea­
sured by [®H] thymidine incorporation during the last 16 h of
culture. A clone was defined as PPD spécifie when stimula­
tion index was > 5.
3.7 Statistics
Cytokines concentration means in infants and adufts were
compared with the Student’s f-test on log transformed data
after subtraction of concentrations measured in unstimulated sampies. Frequencies of IFN-y-producing lympho­
cytes were compared using the Mann-Whitney U test after
subtraction of the number of spots measured in unstimulated sampies. IFN-y production by total PBMC, CD4depleted PBMC and purified CD4 lymphocytes were com­
pared using the Kruskal-Wallis test. Proportions of Thi, ThO
and Th2 clones were compared with a global Fisher exact
test for spécifie clones and with a global chi-square test for
clones of undefined specificity.
Acknowledgements; We appreciate the expert assistance
of Mrs. Isatou Drammeh, Mr. Bunja Kebbe, Mr. Mamadi Sidibeh and Mr. Samba Sowe who conducted the field work of
the study. We thank the nurses of the Serrekunda Heaith
Centre where babies were enrolled. Most of ail, we are grateful to the mothers who agreed to participate in this study.
This research project received financial support from the
Medical Research Council and the WHO Vaccines and Other
Biologicals. Johan Vekemans is supported by a grant from
the Belgian “Fonds National de la Recherche Scientifique”.
References
3.6 Génération of T ceii ciones
1 Lambert, P. H. and Siegrist, C. A., Science, medicine, and the
future: Vaccine and vaccination. Br. Med. J. 315:1595-1598,
PPD-specific T cell Unes were generated as described previously [19]. Briefly, 2x10® PBMC were incubated in the pres­
ence of 2.5 ng/ml PPD for 12 days. Human rlL-2 (25 U/ml,
Chiron BV, Amsterdam, Holland) was added for the last
6 days of culture. T cell blasts were seeded under limiting
dilution conditions (0.3 cells/well) with irradiated allogeneic
PBMC (lOVwell; feeder cells), PHA (1 % vol/vol, Gibco Lab­
oratories, Grand Island, NY) and rlL-2 (25 U/ml). rlL-2 (25 U/
ml) and 10® feeder cells were added at weekiy intervals. The
2 Forsthuber, T., Yip, H. H. C. and Lehmann, P. V., Induction
of Thi and Th2 immunity in early life. Science 1996. 271:
1728-1730.
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Eur. J. Immunol. 2001.31; 1531-1535
Helper T cell response to néonatal BCG vaccination
1535
gonucleotides can circumvent the Th2 polarization of néonatal
responses to vaccines but may fail to fully redirect Th2 responses established by néonatal priming. J. Immunol. 1999. 162:
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T helper) profile of cytokine production. J. Clin. Invest. 1991. 88:
346-350.
Correspondence: Johan Vekemans, Immunologie Expéri­
mentale, Université Libre de Bruxelles, Belgium
Fax: +32-2-555-69-14
e-mail: Johan.Vekemans(@ulb.ac.be
2.
Réponse immune du nourrisson au vaccin oral contre la poliomyélite
Résumé
•
Objectif
Caractériser la réponse immune cellulaire au vaccin oral contre la poliomyélite
administré au nourrisson, et comparer cette réponse à celle observée chez des adultes
immuns.
•
Résultats
Après quatre doses de vaccin oral contre la poliomyélite, on trouve de hautes
concentrations sériques d’anticorps neutralisants dirigés contre les trois sérotypes de
virus polio atténués présents dans le vaccin. Les taux d’anticorps post-vaccinaux sont
significativement plus élevés que ceux trouvés dans le sérum du sang de cordon des
mêmes individus. Ils sont également plus élevés que chez des adultes ayant été
immunisé dans l’enfance et ayant reçu récement une dose de rappel.
En comparaison à l’adulte, on trouve chez les nourrissons, en réponse à la stimulation
de PBMC par des antigènes viraux, des réponses prolifératives et une production
d’IFN-y plus faibles. La fréquence de lymphocytes circulants producteurs d’IFN-y en
réponse à des antigènes polio est plus faible chez le nourrisson que chez l’adulte. On
ne détecte de cytokines Th2 (IL-5 et IL-13) ni chez le nourrisson, ni chez l’adulte.
•
Conclusions
En réponse au vaccin contre la poliomyélite, les nourrissons sont capables de produire
une réponse humorale vigoureuse. Par contre, la réponse lymphocytaire proliférative
et la production d’IFN-y en réponse à des antigènes polio est plus faible que celle
observée chez des adultes immuns. On n’observe néanmoins pas de biais Th2 associé
à la vaccination précoce contre la poliomyélite.
47
Manuscript submitted for publication
T-cell responses to vaccines in infants:
Reduced IFN-y production after oral polio vaccination
Johan Vekemans
Borysiewicz
Martin Ota
Hilton Whittle
Eddie C. Y. Wang
Mike Kidd
Leszek K.
Keith P. W. J. McAdam *, Gareth Morgan
and
Arnaud Marchant '.
Medical Research Council Laboratories, Fajara, The Gambia
Immunologie
'y
Expérimentale, Université Libre de Bruxelles, Brussels, Belgium ; and Department
of Medicine, section of Infection and Immunity, University of Wales College of
Medicine, Cardiff, Wales ^.
Informed consent was obtained from adults or mothers of infants enrolled in this
study. The Medical Research Council guidelines for good research practices were
followed in the conduct of the study. Johan Vekemans is supported by a grant from
the Belgian “Fonds National de la Recherche Scientifique”.
Corresponding author;
Johan Vekemans
Immunologie Expérimentale
Université Libre de Bruxelles
Route de Lennick 808
1070, Brussels, Belgium.
Fax: ++ 32.2.675.78.78
E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The immaturity of the néonatal immune System is associated with an increased
susceptibility to infections and déficient immune responses to vaccines. Studies in
mice indicate that néonatal immune responses are biased towards the T helper 2 type
but little is known about helper T cell responses in human newboms. In this study, we
show that néonatal immunization with oral polio vaccine induces the production of
high titers of neutralizing antibodies but reduced proliférative and IFN-y responses to
polio antigens as compared to immune adults. These data suggest that spécifie
strategies will be required to immunize newboms against pathogens controlled by Thl
type immune responses.
INTRODUCTION
Néonatal immunization is required to protect against infectious pathogens affecting
young infants but is impaired by the immaturity of the immune System [1].
Experiments performed in mice indicate that néonatal immune responses to vaccines
are defective in the T helper 1 (Thl) type and biased towards Th2 type responses. Thl
lymphocytes are specialized in the production of IFN-y and are essential to the control
of intracellular pathogens whereas Tti2 lymphocytes produce interleukin (IL)-4, IL-5
and IL-13 and are involved in allergie disorders [2-4]. An impairment in Thl
responses could reduce the efficacy of vaccines against intracellular pathogens
affecting young infants such as the respiratory syncytial virus, measles, malaria and
the human immunodeficiency virus [1]. Spécifie vaccination strategies may therefore
hâve to be developed to immunize young infants against these pathogens. In newbora
mice, adult-like Thl type responses can be induced by the administration of Thlpromoting adjuvants, IL-12, CpG-containing oligonucleotides, DNA vaccines or
replicating vimses [5].
Relatively little is known about human helper T cell responses in early life. Recent
data showing that human cord blood-derived dendritic cells hâve a profound defect in
the production of IL-12 suggest that type 1 responses could also be defective in
human newboms [6]. Transplacental priming of the fêtai immune System by allergens
is associated with Th2 type responses [7]. In contrast, we hâve previously reported
that néonatal M bovis Bacillus Calmette-Guérin (BCG) vaccination induces a Thl
type response similar to that measured in immune adults [8, 9]. The oral polio vaccine
(OPV) is another vaccine given to newboms in developing countries, as part of the
strategy to eradicate poliomyelitis. Immunization with multiple doses of OPV in early
life induces the production of large amounts of neutralizing antibodies that are
essential to protection against poliomyelitis [10]. Although this antibody response is
likely to be dépendent on helper T lymphocytes, the T cell response to OPV has not
been characterized. This study was undertaken to further characterize helper T cell
responses to vaccines in young infants using OPV as a model of oral immunization. T
cell prolifération as well as Thl and Th2 cytokine production induced by polio
antigens were measured in infants vaccinated at birth, 1, 2 and 3 months of âge and
compared to that of immune adults following booster immunization.
MATERIAL AND METHODS
Study subjects
This study was approved by the Gambia Govemment/MRC joint Ethics Committee.
Babies were enrolled at birth at Serrekunda Health Center after maternai consent. A
sample of cord blood was collected. The infants were vaccinated as recommended by
the National Immunization Program, including a dose of OPV (Sabin, Glaxo
SmithKline, Rixensart, Belgium) at birth and at the âge of 1, 2 and 3 months. BCG
and the first dose of hepatitis B vaccine were also administered at birth. A blood
sample was collected 3 weeks after the last dose of OPV. Adult volunteers (âge range:
15-20 years) were recruited from a population living in the rural area of Keneba that
has been under epidemiological surveillance by the MRC for over 50 years.
According to our records, ail these individuals had received at least three doses of
OPV in infancy. For the purpose of the study, they were given a booster dose of OPV
and were then bled 3 weeks later.
Préparation of polio virus antigens
Poliovirus Sabin types 1, 2 and 3 (NIBSC, Hertfordshire, UK), at a stock
concentration of 7 TCID50 / 0.1 ml were diluted 1:700 in MEM media supplemented
with penicillin (100 lU/ml), streptomycin (100 pg/ml) and /-glutamine (2 mM) (ail
from Gibco Laboratories, Grand Islan, NY), and 12 ml were used to seed each of 8
confluent Tl75 flasks of HEp2C cells (European Collection of Cell Cultures,
Salisbury, UK). Cytopathic effect was observed after 12-24 h of incubation at 37°C.
Virus-containing supematant was harvested, frozen and thawed 3 times, beat
inactivated at 56°C for 1 h and frozen for storage. Supematant from non-infected cells
was used as control.
Cellular immune responses to polio antigens
PBMC were isolated from fresh heparinized blood samples from vaccinated infants
and adults by density gradient centrifugation. Cells were resuspended in cell culture
medium containing 10% heat-inactivated pooled human AB sérum (Sigma Chemicals,
St Louis, MO). 200.000 cells per well were incubated in quadruplicates in the
presence of PHA, PVl, PV2 and PV3 antigens (concentration of 1: 8, vol: vol), PHAL (5 pg/ml. Sigma Chemicals) or medium alone in U-bottomed 96-well plates at
37°C, 5% C02. Supematants were collected on day 2 from PHA-stimulated wells and
on day 6 from unstimulated and polio-stimulated wells. On day 6, 1 pCi [Methyl-^H]
tritiated Thymidine per well was added to the cell cultures for an additional 17 hours
to assess cell prolifération. Thymidine incorporation was measured by liquid
scintillation using a Betaplate reader (LKB1205, Turku, Finland). Commercially
available ELISA kits were used to détermine cytokine concentrations in supematants
(IFN-y and IL-5: Biosource Europe, Fleums, Belgium; IL-13: Diaclone, Besançon,
France). IFN-y, IL-5 and IL-13 détection limits were 8 pg/ml.
Frequencies of IFN-y producing lymphocytes
The frequency of IFN-y-producing lymphocytes was determined by ELISPOT using
commercially
available
reagents
according
to the
recommendations
of the
manufacturer (Mabtech, Stockholm, Sweden). 2x10^ PBMC / well were incubated in
96 well ELISPOT plates (MAIPS45, Millipore, Bedford, MA) in quadriplicates in the
presence of PVl, PV2, PV3 antigens or PHA for 16 h. The numbers of spot forming
cells were counted using an automated Elispot reader (AID Autoimmun Diagnostic
GmbH, Strassberg, Germany).
Anti-polio virus neutralizing antibody concentrations
Sérum neutralizing antibodies to poliovirus types 1,2, and 3 were measured according
to the methodology recommended by the World Health Organization [11]. Briefly,
sera were heat-inactivated and serial 2-fold dilutions prepared in a microtitre-format
plate. Standard volumes of poliovirus types at 100 TCID50 were added to the diluted
sera, and the plate incubated at 37°C for 3 hours in 5% CO2. Next, 1-2x10"* HEp-2
cells / well were added. The HEp-2 cell line is particularly sensitive to polioviruses.
The plate was fiirther incubated for 6 days at 37°C in 5% CO2 and the monolayers
were assessed for viral cytopathic effect. The sérum antibody titer was reported as the
highest dilution of sérum that protected 50% of the cultures against virus challenge,
expressed as the reciprocal of the titer, and converted into international units.
Statistics
Comparisons of sérum neutralizing antibody levels were done on log-transformed
data using the Mest on paired (comparison of cord blood and infant sera) and unpaired
data (comparison of adult and infant sera). Prolifération results were calculated as
stimulation indexes (SI, counts in wells stimulated with polio-infected HEp-2
supematant / counts in wells stimulated with uninfected HEp-2 supematants), logtransformed, and compared using the /-test. A positive proliférative response was
defmed as a SI of more than 3. Cytokine concentrations and IFN-y producing
lymphocyte frequencies were compared using the Mann-Whitney-Wilcoxon test. A
positive cytokine response was defmed as a concentration in antigen-stimulated wells
above twice the concentration measured in wells containing the control supematant
from non-infected cell Unes.
Figure 1.
Anti-PVl, 2 and 3 neutralizing antibody concentrations (International
Units / ml) in sérum from cord blood (open bars), vaccinated infants (hatched bars)
and immune adults (crossed bars). Géométrie means and 95 % CI are presented.
*: P
< 0.05 **: p < 0.005 ***: p < 0.0005
Neutralising antibodies (GM, 95% Cl)
I
I
V//////A
Cord sérum
Infant sérum
Adult sérum
RESULTS AND DISCUSSION
As shown in figure 1, low concentrations of maternai anti-PVl, PV2 and PV3
antibodies were detected in cord sérum. The administration of four doses of OPV at
birth, 1, 2 and 3 months of âge induced the production of large concentrations of antiPVl, PV2 and PV3 neutralizing antibodies. The antibody concentrations measured in
infants were higher than that measured in immune adults following a booster OPV
immunization. Adults enrolled in this study had been vaccinated with OPV in infancy
and had probably been exposed to the virus shed from vaccinated infants in their
environment. The différence in antibody concentrations in adults and infants indicates
that the administration of multiple doses of OPV in naïve infants induces a higher
antibody response than the administration of a single dose of OPV in previously
immune individuals.
In keeping with previously reported data [12], incubation of PBMC in the presence of
PVl, 2 and 3 antigens induced a proliférative response in 36, 5 and 30 of the 36 adults
studied, respectively (Figure 2, upper panel). In contrast, proliférative responses to PV
1, 2 and 3 were detected in only 5, 0 and 3 of the 27 infants studied, respectively.
Médian proliférative responses to the 3 viral préparations were significantly lower in
infants than in adults whereas background prolifération values were similar in both
groups (data not shown). In adults, the strong proliférative responses were associated
with a détectable IFN-y production to PVl, PV2 and PV3 antigens in 14, 15 and 11 of
36 adults, respectively (Figure 2, middle panel). In contrast, only 1, 0 and 1 of the 27
infants produced détectable concentrations of IFN-y in response to PV 1, 2 and 3
antigens, respectively. Médian IFN-y responses to the 3 polio antigen préparations
were significantly lower in infants than in adults. Infants also produced lower
concentrations of IFN-y in response to PHA. No IL-5 or IL-13 could be detected in
the supematants of polio antigen stimulated cells, neither in infants nor in adults. The
number of IFN-y producing lymphocytes in response to polio antigens was studied in
6 adults and 6 infants using the ELISPOT technique (Figure 2, lower panel). Infants
showed significantly lower frequencies of IFN-y producing lymphocytes following
stimulation with PVl and PV2 antigens as compared to adults.
Figure 2.
Cellular responses to PVl, 2 and 3 antigens in vaccinated infants
(filled circles) and immune adults (open triangles). Individual values are shown.
Upper panel: proliférative responses. Stimulation indexes (counts in wells stimulated
with polio antigen-containing supematant / counts in wells stimulated with control
supematant)
are
presented.
Middle
panel:
IFN-y
concentrations
(pg/ml)
in
supematants from antigen-stimulated cell cultures. Lower panel: Number of IFT'J-y
producing cells / 200x10^ PBMC. *: p < 0.05; **: p < 0.005; ***: p < 0.0005
Cell prolifération
100-|
‘■1“
10
W
A
3
iisâi
Üi
•••
Jt. *
PVl
PV2'
PV3'
IFN-y production
10»
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E
2
2
U.
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Ut
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4 A
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V
V*
A
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PV1*‘*
^
A
mm
âccea
PV2***
fti
SB •
PV3**
ELISPOT analysis
O
PHA*
Taken together, our results indicate that, despite a potent antibody response, infants
hâve a defective IFN-y response to OPV as compared to immune adults but no
détectable bias towards a Th2 type response. The IFN-y dominant response to OPV
observed in adults is in keeping with results obtained in mice transgenic for the
human poliovirus receptor [13]. In this experimental System, OPV induced a Thl
response that provided help to B lymphocytes and protected animais against a léthal
poliovirus infection. Juhela et al. reported that 9-months old infants vaccinated with
OPV in infancy express IFN-y mRNA upon in vitro restimulation with PVl antigens
but these responses were not compared to an older population [14].
In this study, OPV was used as a model to study T cell responses in early life. As
protection against poliomyelitis is dépendent on the induction of an antibody
response, our observations do not challenge the recommendations of WHO to
immunize newboms in developing countries [10].
The reduced IFN-y response to OPV in infants contrasts with the adult-like IFN-y
response induced at birth by BCG [9]. We hypothesize that the differential ability of
OPV and BCG to promote IFN-y production in young infants is related to a different
capacity of the vaccines to activate antigen-presenting cells. Indeed, BCG activâtes
adult dendritic cells, increasing their production of lL-12 and their expression of costimulatory molécules [15]. BCG is likely to be a more potent activator of dendritic
cells than OPV and could overcome the inhérent defect of néonatal dendritic cells in
the expression of IL-12 and co-stimulatory molécules [6]. Alteraatively, the route of
immunization could be involved. While the immune response following intradermal
BCG immunization takes place in the régional lymph node, the spleen could play a
more important rôle in the response to OPV. Adkins et al. reported that Th2 type
responses are preferentially induced in the spleen of newbom mice [4]. As we
measured cytokine responses in peripheral blood, we cannot rule out the possibility
that OPV vaccinated infants had increased Th2 cytokine production at the spleen
level.
In conclusion, our study shows that young infants hâve defective IFN-y response to
OPV. Defective IFN-y production could play an important rôle in the susceptibility of
young infants to intracellular pathogens. Spécifie strategies may hâve to be developed
to protect young infants against pathogens controlled by Thl responses.
ACKNOWLEDGEMENTS
We would like to thank ail mothers for allowing their child to join the study, and ail
adult volunteers to participate. We acknowledge the excellent fieldwork of Mr. Bunja
Kebbe and Mr. Kebba Bajo, the assistance of Mariamma Sanneh in the laboratory and
the help of the staff ffom the Serrekunda Health Center.
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3.
Réponse immune du nourrisson au vaccin contre l’hépatite B
Résumé
•
Objectif
Comparer la réponse immime cellulaire au vaccin contre l’hépatite B chez des
notirrissons et des adultes.
•
Résultats
La réponse immune cellulaire et humorale au vaccin contre l’hépatite B a été étudiée à
l’âge de quatre mois et demi chez 24 nourrissons vaccinés à 0, 2 et 4 mois de vie, et
chez 24 adultes préalablement non vaccinés et non porteurs d’anticorps anti-HBc
deux semaines après la dernière de trois doses administrées à deux mois d’intervalle.
Chez les nourrissons, on trouve une production d’IFN-y en réponse à la stimulation de
PBMC par l’antigène vaccinal HBs plus faible que chez l’adulte. La vaccination
contre l’hépatite B induit la production de taux significatifs et comparables de
cytokines Th2 (IL-5, IL-13) chez le nourrisson et chez l’adulte. Les concentrations
sériques d’anticorps anti-HBs retrouvés chez le nourrisson dépassent ceux chez
l’adulte.
•
Conclusions
Cette étude confirme l’existance d’un déficit de production d’IFN-y associé à
l’administration de certains vaccins en début de vie, chez l’homme. On n’observe
néanmoins pas de biais Th2 associé à la vaccination précoce contre l’hépatite B.
Comme en réponse au vaccin contre la poliomyélite, les nourrissons sont capables de
produire une réponse humorale vigoureuse après vaccination contre l’hépatite B.
48
Unpublished study
T cell immune response to vaccines in infants:
Reduced IFN-y production following Hepatitis B immunization
Medical Research Council Laboratories, Fajara, The Gambia
Immunologie Expérimentale, Université Libre de Bruxelles, Belgium
WHO Centre of Vaccinology and Néonatal Immunology, Switzerland
ABSTRACT
Little is known about the capacity of newboms and infants to generate T cell responses in
vivo. Experiments in mice indicate that néonatal vaccination is associated with reduced Thl
immune responses and a preferential development of Th2 type responses. Impairment in Thl
immune responses in humans would reduce the efficacy of vaccines against intracellular
pathogens affecting young infants. In this study, we show that néonatal immunization with
hepatitis B vaccine induces the production of high titers of antibodies but reduced IFN-y
responses to HBs antigen as compared to immune adults. These data suggest that spécifie
strategies will be required to immunize newboms against pathogens controlled by Thl type
immune responses.
INTRODUCTION
The néonatal hepatitis B vaccine (HBV) is the first vaccine shown to be effective in
preventing vertical transmission of infection ffom mother to offspring, thereby interrupting
trans-generational transmission of infection
Mass néonatal and infant hepatitis B
immunization has also been shown to successfully prevent hepatitis B infection, the
development of liver cirrhosis and hepatocarcinoma in highly exposed populations
’ .
Furthermore, early vaccination policy favours achievement of high vaccination coverage
These characteristics illustrate the potential benefits of early immunization strategies. It is
estimated that 4 million infants still die annually ffom infections worldwide
The immaturity
of the immune System of newboms and infants is associated with an increased susceptibility
to intracellular pathogens in early life
Hepatitis B infection is no exception, and an inverse
relationship between âge at infection and likelihood of chronic viral réplication has been
demonstrated
As in the case of hepatitis B, néonatal vaccination could prevent infections
with other early pathogens
such as the Respiratory
Syncitial Virus, the Human
Immunodeficiency Virus, Plasmodium falciparum and the measles virus .
Protective immunity against intracellular pathogens mainly relies on Thl IFN-y producing
cellular immune responses
Little is known about the capacity of newbom and infants to
generate T cell responses in vivo. Experiments in mice indicate that néonatal immune
responses to vaccines are defective in T helper 1 (Thl) IFN-y producing immune responses
and preferentially develop Th2 type responses, characterized by IL-4, IL-5 and IL-13
production
Impairment in Thl and a bias towards Th2 responses would reduce the
efficacy of vaccines against intracellular pathogens affecting young infants. Further
characterization of in vivo antigen-specific cellular immune fimction in human infants is
needed for the rationale development of early life vaccination strategies.
In this study, we hâve analyzed the cellular and humoral immune response to hepatitis
vaccination in 4.5 months old infants vaccinated at birth, 2 and 4 months, and compared it to
previously unvaccinated and unexposed adults, séronégative for anti-hepatitis B core (antiHBc) antibodies, two weeks afiter the last of three doses given at 2 months of interval.
MATERIAL AND METHODS
Study design and population
This study was a prospective trial approved by the Gambia Govemment/Medical Research
Council (MRC) Ethics Committee. Informed consent was obtained from adults and mothers
of infants included in this study. The Medical Research Council guidelines for good research
practices were followed in its conduct. Healthy newboms were enrolled at birth at Royal
Victoria Hospital, Banjul, The Gambia. Babies included in this analysis were part of a cohort
study of the effect of BCG vaccination on the immune response to other vaccine antigens. In
order to avoid any confounding effect of BCG on the immune response to hepatitis B vaccine
in infants, infants not vaccinated with BCG were selected for comparison with adult
responses. Vaccines given to infants recruited in the study thus included HBV at birth, 2 and 4
months, oral polio vaccine (OPV) at birth, 1, 2 and 3 months, diphtheria / whole cell pertussis
/ tetanus vaccine (DPT) at 2, 3 and 4 months. BCG was given at 5 months of âge, after the
study period. HBV (0.5 ml, Engerix B, Glaxo SmithKline, Rixensart, Belgium) was given
intramuscularly in the left arm. Blood samples were collected at 4.5 months of âge.
Adults (mean âge: 23, range: 15-26) séronégative for anti-hepatitis B core antibodies that had
not previously been immunized with the hepatitis B vaccine were identified during a study of
epidemiological surveillance of sexually transmitted diseases in a rural community in Sibanor,
The Gambia. Individuals that accepted to join the study received three doses of hepatitis B
vaccine (1 ml, Engerix B) two months apart, intramuscularly in the left arm. A blood sample
was collected 2 weeks after the third vaccine dose.
Antibody assays
Pre-enrolment screening of anti-HBc antibodies in adult sera was done using a commercially
available radioimmunoassay (Ab-Corek RIA, Sorin Biomedica, Saluggia Italy) according to
the manufacturer’s
instructions.
Anti-hepatitis B surface antigen (HbsAg) antibody
concentrations were determined by ELISA on plates coated with HBsAg antigen
(GlaxoSmithKline). Incubation of sérum samples was followed by successive addition of
biotinylated goat anti human IgG (Sigma) and peroxidase-coupled goat anti human IgG
(Cappell-ICN, Costa Mesa, CA, for HBsAg antibodies) and ABTS substrate. Antibody
concentrations were calculated with the Sofimax*^ PRO software (Molecular Devices) by
comparison with standard curves (4-parameter fitting) using international standards of
reference. Values below the assay cut-off (150 mlU/ml) were arbitrarily given a value of half
the cut-off for détermination of mean géométrie titers.
Cell-mediated immunity
Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were isolated by density gradient centrifugation
and resuspended in complété RPMI medium supplemented with 10% human AB sérum
(Sigma, St. Louis, MO). PBMC (IOV2OO pl) were incubated with hepatitis B surface antigen
(HBsAg, 2 pg/ml, Glaxo SmithKline) or PHA (PHA-L, 10 pg/ml. Sigma Chemicals, UK) or
medium alone. [Methyl-^H] Thymidine (1 pCi/well, Amersham Life Science, UK) was added
for the final 17 h of culture to assess cell prolifération. Thymidine incorporation was
measured by liquid scintillation using a Betaplate reader (LKB1205, Turku, Finland).
Cytokine concentrations were measured in supematants collected on day 2 (PHA) or day 6
(medium and antigens) using commercially available reagents (IFN-y and IL-5: BioSource
Europe, Fleurus, Belgium; IL-13: Diaclone, Besancon, France).
Statistical analysis
Background production of cytokines measured in control wells was subtracted ffom that
measured in antigen-stimulated wells. Cell prolifération responses were expressed as
stimulation indexes (SI) (counts per minute in stimulated wells / counts per minute in control
wells). Adults and infant cytokine and prolifération responses were compared using the nonparametric Wilcoxon test. Infant and adult sérum anti-HBs antibody concentrations were logtransformed, and compared using the standard student test. Ail statistical analysis was donc
using Stata software (version 6; Stata Corporation, College Station, TX).
Table. Cellular immune response to hepatitis B vaccine in vaccinated infants and adults.
Cytokine production (pg/ml) and cell prolifération (SI) were determined in 24 infants and 24
adults vaccinated with three doses of anti-hepatitis B vaccine and compared using a nonparametric Wilcoxon test. Médians (interquartile ranges) are shown.
HBs Antigen
Adults
Infants
P
232 (26-816)
25 (10-177)
0.047
IL-5
15(1-34)
18(1-39)
0.31
IL-13
52(11-134)
23 (5-85)
0.17
6(2-11)
5(3-12)
0.39
3214(2459-3750)
1715 (1093-2109)
0.03
IL-5
118 (84-306)
59 (10-174)
0.02
IL-13
3080(1861-4518)
1357 (866-1794)
0.2
17(7-42)
3 (1-9)
0.02
IFN-y
Prolifération
PHA
IFN-y
Prolifération
RESULTS AND DISCUSSION
Post-vaccination blood samples were obtained from 24 adults and 24 infants vaccinated with
three doses of anti-hepatitis B vaccine. Antibody levels (géométrie mean, 95 % confidence
interval) found in vaccinated infants (6816, 4951-9384 mlU/ml) \vere higher than those found
in adults (3081, 2183-4348 mlU/ml, p=0.001). These data contrast with the generally
accepted idea that early life antibody responses are of lower magnitude than in later life, but
supports previous studies showing that the hepatitis B vaccine is highly immunogenic in
infants
A différence in antibody isotypes production, in antibody affmity for the antigen and
in the persistence of the antibody levels between hepatitis B-vaccinated infants and adults
should be investigated.
As shown in the table, a reduced IFN-y production by PBMC stimulated with HBs antigen
was found in vaccinated infants, as compared to adults. Similar concentrations of IL-5 and IL13 in response to the HBs antigen were found in babies and adults. No différences in
proliférative responses to HBs were found between adults and infants. In response to PHA,
infants produced lower concentrations of IFN-y and IL-5, and reduced proliférative responses
as compared to adults, confirming previous studies showing depressed IFN-y, IL-5 and IL-4
lymphocyte in response to mitogenic stimulation in infancy, probably reflecting a lower
proportion of antigen-experienced cells among circulating lymphocytes
. Production of IL-
13 in response to PHA in infants as compared to adults was also low, although this différence
was not statistically significant.
These data are in keeping with previous results obtained in a study of the immune response to
oral polio vaccination in infants, where we found a decreased IFN-y response to antigens from
the three attenuated poliovirus vaccine serotypes, as compared to immune adults (Vekemans
et al, unpublished study). In contrast, we previously reported that the immune response to M.
bovis bacillus Calmette-Guérin (BCG) vaccination in newboms is characterized by a potent
IFN-y response similar to that of immune adults
These studies support fmdings in mice showing defective IFN-y producing immune responses
to subunit vaccines during early life. In contrast with the mice, we found no evidence of a Th2
bias in human infants in response to hepatitis B, polio and BCG vaccines. Impaired Thl
immunity in infancy may be related to the described immaturity of néonatal antigenpresenting cell function. A defective production of the p35 subunit of IL-12 and reduced
expression of co-stimulatory molécules by néonatal dendritic cells bas indeed been reported
recently
The antigen-presenting cell activating properties of BCG, described in adults, may
explain adult-like IFN-y responses to BCG and not to polio and hepatitis B vaccines in infants
Adult-like Thl type responses can indeed be induced in newbom mice in optimal
conditions
of antigen
présentation
with
strong
adjuvants,
IL-12,
CpG-containing
oligonucleotides, DNA vaccines, replicating viruses or mature dendritic cells
In humans
too, spécifie strategies are needed to immunize newboms against pathogens controlled by Thl
type immune responses.
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4. La vaccination par le bacille Calmette-Guérin promeut la réponse immune à
d’autres vaccins du nourrisson
Résumé
•
Objectifs
1
&
Déterminer l’influence de la vaccination par le BCG sur le développement de la
réponse immune humorale et cellulaire aux autres vaccins du nourrisson.
•
Méthodes
Trois groupes de nourrissons ont été suivis prospectivement: un groupe était vacciné
par le BCG à la naissance, un groupe à l’âge de deux mois et un troisième groupe à
l’âge de quatre mois et demi. Tous les nourrissons ont reçu les autres vaccins au
même âge, selon les recommandations du programme national de vaccination. Un
échantillon de sang a été collecté à la naissance, à l’âge de deux et de quatre mois et
demi. Les réponses humorales aux vaccins anti-hépatite B, diphtérie, tétanos et
poliomyélite, et les réponses cellulaires vis-à-vis de l’antigène de surface de l’hépatite
B et de la toxine tétanique chez des nourrissons non vaccinés par le BCG ont été
comparées à celles observées chez des nourrissons vaccinés par le BCG à la naissance
ou à Tâge de deux mois.
•
Résultats
L’administration du vaccin BCG à la naissance promeut la réponse humorale et
cellulaire au vaccin contre l’hépatite B. Un effet limité sur la réponse aux vaccins
anti-tétanos et anti-diphtérie est observé. Bien que le BCG induise une réponse de
type Thl vis-à-vis des antigènes mycobactériens, il promeut la production de
cytokines Th2 et de cytokines Thl en réponse aux autres vaccins. Un effet systémique
est retrouvé puisque l’administration du BCG à l’âge de deux mois promeut la
réponse humorale anti-polio.
49
•
Conclusions
Le BCG peut être utilisé comme vecteur ou comme adjuvant pour moduler en début
de vie les réponses immunes à des antigènes non mycobactériens. L’effet du vaccin
BCG porte sur les réponses cellulaires et humorales, promeut les réponses Thl et Th2,
et peut s’observer au niveau systémique.
50
Manuscript submitted for publication
Néonatal immunization with Mycobacterium bovis bacillus CalmetteGuérin promotes immune responses to unrelated vaccine antigens
Martin O.C. Ota , Johan Vekemans , Susanna E. Schlegel-Haueter , Katherine
Fielding
Mariama Sanneh', Michael Kidd', Melanie J. Newport
Hilton Whittle', Paul-Henri Lambert
Keith P.W.J. McAdam
Peter Aaby
Claire-Anne Siegrist
Arnaud Marchant'
' Medical Research Council Laboratories, The Gambia
^ WHO Centre of Vaccinology and Néonatal Immunology, Switzerland
^ London School of Hygiene and Tropical Medicine
Wellcome Trust Centre for Molecular Mechanisms in Disease, University of
Cambridge, United Kingdom
^ Bandim Health Project, Guinea-Bissau
Abstract
The immaturity of the immune System increases the susceptibility of young infants to
infections diseases and prevents the induction of protective immune responses by
vaccines. BCG vaccination induces a potent Thl response to mycobacterial antigens
in newboms. In this study we evaluated the influence of BCG on the response to
unrelated vaccines given in early life. Administration of BCG at the time of priming
markedly increased the cellular and antibody responses to the hepatitis B vaccine
given at birth but had only a limited influence on the response to tetanus and
diphtheria toxoids given at 2 months of âge. BCG promoted both Thl and Th2 type
responses to unrelated vaccines. The effect of BCG was apparent at the systemic level
as it increased the antibody response to oral polio vaccine. These results demonstrate
that BCG influences the immune response to unrelated antigens in early life, likely
through its influence on the maturation of dendritic cells.
Introduction
Infectious diseases are the main cause of mortality in young children, causing the
death of about 4 million infants yearly
This increased susceptibility to infections is
related to an immaturity of the immune System that also prevents the induction of
protective immune responses by vaccines
Studies in mice indicate that immune
responses at birth are often biased towards the T helper 2 (Th2) type and defective in
the Thl type, the central defense mechanism against intracellular pathogens
Relatively little is known about helper T cell responses in human newboms. Recent
data showing that human cord blood-derived dendritic cells hâve a profound defect in
the production of interleukin-12 (IL-12), a cytokine playing a central rôle in the
différentiation of Thl lymphocytes, suggest that type 1 responses could also be
defective in human newboms
In contrast, we observed that M. Bovis Bacillus
Calmette-Guérin (BCG) vaccination induces a potent Thl type immune response at
birth in humans as in mice
This could be related to the potent APC activating
properties of BCG and/or to its persistence during the maturation of the immune
System
By inducing a potent Thl type response at birth, BCG could influence the
immune response to unrelated antigens. We hâve observed that BCG immunization
during the first week of life is associated with a reduced risk of atopy in children in
Guinea-Bissau
BCG is the world’s most widely used vaccine and although its
efficacy against adult disease is variable it protects against childhood tuberculosis
An influence of BCG on immune responses to unrelated antigens would therefore
hâve important public health implications.
The objective of this study was to evaluate whether the Thl type immune response
induced by BCG could influence the T cell and the antibody responses to unrelated
vaccine antigens. Children were recruited at birth and randomly allocated to one of
three study groups, receiving BCG at birth, 2 months or 4.5 months of âge. This
design allowed us to analyze the effect of BCG when given (1) at the time of priming
with hepatitis B (HBV) and oral polio (OPV) vaccines at birth or with diphtheria and
tetanus toxoids (DPT) at two months of âge or (2) at the time of booster immunization
with HBV and OPV at two months of âge. Immune responses to vaccines were
measured at 4.5 months of âge and were therefore not influenced by BCG in infants
who received BCG at 4.5 months.
Table 1. Influence of BCG on antibody responses to HBV and OPV
Age at sampling
HBV^
Study group
birth
2 months
4.5 months
BCG at birth
75(75,235)
511 (255, 1015)
14158 (8727, 22968)
-
0.03
0.004
75 (75, 267)
202(167,332)
6867 (4842, 9738)
-
-
0.8
BCG at 4.5 months
75(75,278)
344(168, 529)
6816(4951,9384)
BCG at birth
2.2 (1.4, 3.5)
7.9 (4.5, 13.8)
14.3 (7.3, 28.0)
-
0.37
0.38
2.1 (1.4, 3.2)
5.5 (2.8, 10.8)
40.8 (29.0, 57.4)
-
-
0.002
2.7 (1.8,4.4)
6.2 (3.4, 11.5)
9.4(4.0,21.0)
P*
BCG at 2 months
P**
OPV^
P*
BCG at 2 months
P**
BCG at 4.5 months
Anti-HBs and OPV-1 antibody concentrations were measured in infants vaccinated
with BCG at birth (n samples at birth=45, at 2 months=34 and at 4.5 months=27), at
2 months {n samples at birth=44, at 2 months=34 and at 4.5 months=29), or at 5
months of âge {n samples at birth=44, at 2 months=34 and at 4.5 months=28).
^HBs antibody results are expressed as médian mlU/ml (95% CI) and OPV antibody
results are expressed as géométrie mean lU/ml (95% CI)
* Infants vaccinated at birth with BCG vs infants vaccinated at 4.5 months (Controls)
except for 2 months sampling data where infants vaccinated at birth were compared to
infants vaccinated at 2 or 4.5 months.
** Infants vaccinated at 2 months with BCG vs infants vaccinated at 4.5 months.
Results
BCG induces a Th 1 type immune response at birth and at 2 months of âge
We first confirmed that BCG induced a Thl type immune response in our study
population
Infants vaccinated at birth with BCG produced high concentrations of
IFN-y and showed strong proliférative responses to PPD at 2 and 4.5 months of âge
(Fig. 1). In contrast, only low production of type 2 cytokines, IL-5 and IL-13, was
detected. Similar responses were observed at 4.5 months in infants who had been
vaccinated at 2 months of âge.
Influence of BCG administration at the time ofpriming with unrelated antigens
In control infants who had not received BCG, HBV immunization at birth, 2 and 4
months of âge induced a ThO type response characterized by the production of IFN-y,
IL-5 and IL-13 (Fig. 2). Administration of BCG at the time of priming markedly
increased the lymphocyte response to HBV. Cytokine and proliférative responses to
HBs Ag were significantly higher in infants vaccinated at birth than in infants who
had not received BCG. The production of both type 1, IFN-y, and type 2 cytokines,
IL-5 and IL-13 were enhanced by BCG. This effect was already apparent at two
months of âge, after a single dose of HBV, and was further enhanced at 4.5 months of
âge. The specificity of these différences for vaccine antigens was confirmed by the
lack of influence of BCG on responses to PHA in both groups (Fig. 3). As shown in
Table 1, the increased lymphocyte response was associated with an increased
antibody response. Infants vaccinated at birth with BCG had significantly higher antiHBs IgG than infants who had not received BCG. This effect was apparent at 2
months of âge and was maximal after immunisation with 3 doses of HBV.
OPV vaccination at birth, 1,2 and 3 months of âge stimulated the production of high
concentrations of anti-PVl neutralising antibodies (Table 1). Administration of BCG
at the time of OPV priming did not significantly increase the antibody concentration
to PVl as measured at 2 and 4.5 months.
The influence of BCG administration at the time of priming with unrelated vaccines
was also assessed in children receiving BCG at 2 months of âge, with their first dose
Table 2. Influence of BCG on antibody responses to TT and DT
Age at sampling
Y'j'li
Study group
2 months
4.5 months
BCG at birth
581 (327, 1131)
2290(1543,3393)
0.25
0.61
836(509, 1303)
2730(1916,3889)
-
0.55
813 (476, 1523)
2669(1722,4137)
50 (50, 50)
1092(614, 1942)
0.97
0.85
50 (50, 50)
1434 (822, 2501)
-
0.50
50 (50, 50)
1075 (564,2051)
P*
BCG at 2 months
P**
BCG at 4.5 months
DT^
BCG at birth
P*
BCG at 2 months
P**
BCG at 4.5 months
Anti-TT and DT antibody concentrations were measured in infants vaccinated with
BCG at birth (n samples at 2 months=35 and at 4.5 months=28), at 2 months (n
samples at 2 months=35 and at 4.5 months=29), or at 5 months of âge (« samples at 2
months=35 and at 4.5 months=28).
^TT and DT antibody concentrations are expressed as médian mlU/ml (95% CI).
* Infants vaccinated at birth with BCG vs infants vaccinated at 4.5 months (Controls)
except for 2 months sampling data where infants vaccinated at birth were compared to
infants vaccinated at 2 or 4.5 months.
** Infants vaccinated at 2 months with BCG vs infants vaccinated at 4.5 months
(Controls).
of DPT. DPT immunization at 2, 3 and 4 months of âge induced a ThO type response
to TT (Fig. 4). BCG vaccination increased the lymphocyte response to TT. Infants
vaccinated with BCG at 2 months of âge showed higher proliférative and cytokine
responses to TT than infants who had not received BCG but these différences were
only significant for IL-5 and IL-13. The specificity of these différences was also
confirmed by the similar responses to PHA observed in the two groups (Fig. 3).
Relatively high concentrations of anti-TT IgG were detected at two months of âge
(Table 2), as a resuit of the maternai immunization practice in The Gambia
BCG
administration with DPT priming did not influence the antibody response to TT as
measured at 4.5 months. The antibody response to DT was also similar in infants who
received BCG at two months and in those who had not received BCG.
Influence ofBCG administration prior to priming with unrelated antigens
Infants vaccinated at birth with BCG, 2 months before the first dose of DTP, showed
significantly higher IL-13 responses to TT than infants who had not received BCG
(Fig. 4). These IL-13 responses to TT were similar to that measured in infants who
received BCG at 2 months of âge. In contrast, no significant effect of BCG
vaccination at birth was observed on proliférative, IFN-y or IL-5 responses to TT. As
observed when BCG was given at the time of priming, BCG vaccination at birth did
not influence antibody response to TT or DT (Table 2).
Influence of BCG administration at time of booster immunization with unrelated
antigens
Infants vaccinated with BCG at 2 months of âge, at the same time as the second dose
of HBV, produced significantly higher concentrations of IL-5 and IL-13 in response
to HBs Ag than infants who had not received BCG (Fig 2). These responses were
similar to that measured in infants who received BCG at the time of priming. In
contrast, BCG vaccination at 2 months did not significantly influence proliférative or
IFN-y responses to HBV. As shown in Table 1, BCG vaccination at 2 months of âge
did not influence the antibody response to HBV. In contrast, a marked enhancement
of the antibody response to OPV was observed (Table 1). Infants vaccinated with
BCG at 2 months of âge, at the same time as the third dose of OPV, reached higher
I
) BCG at 4.5 months
2ZZZ1 BCG at 2 months
twvi BCG at birth
Age at sampling
Age at sampling
Age at sampling
Age at sampling
Figure 1: T lymphocyte response to BCG. Immune response to BCG was assessed
by measuring T cell prolifération as well as IFN-y, IL-5 and IL-13 production in
response to PPD in vitro restimulation. Responses to PPD were measured at birth in a
sériés of cord blood (gray bars, n=23); at 2 months of âge, post-vaccination in infants
who received BCG at birth (crossed bars, n infants tested ranged from 30 to 32,
depending on the response measured) and pre-vaccination in infants scheduled to
receive BCG at 2 months (hatched bars, n= 26 to 34) or 4.5 months of âge (open bars,
n=27 to 32); at 4.5 months of âge, post-vaccination in infants who received BCG at
birth (crossed bars, «= 23 to 27) or at 2 months of âge (hatched bars, n- 23 to 29), and
pre-vaccination in infants scheduled to receive BCG at 4.5 months (open bars, n= 22
to 26). Data are expressed as géométrie mean and 95% CI except IL-5 concentrations
that are expressed as médian and 95% CI. The figure shows the test P-value obtained
in a régression model adjusting for birth weight, ethnicity, date and season of
delivery, sex, and birth order.
anti-PVl antibody concentrations than infants who had not received BCG. These
concentrations were also higher than that measured in infants who received BCG at
the time of priming.
Discussion
This study is the first to demonstrate that BCG vaccination in early life significantly
enhances T and B cell responses to unrelated vaccine antigens. Unexpectedly, BCG
vaccination 1) affected responses to various vaccines differently whether administered
at the time of priming, boosting or even before priming, 2) enhanced both Thl and
Th2 cytokine responses to unrelated antigens, and 3) extended its influence on
antibody responses to the mucosally administered oral polio vaccine.
The effect of BCG on unrelated vaccine antigens injected in the same arm was found
to dépend on the vaccine antigen and on the timing of immunization in relation to
BCG administration. The strongest influence of BCG was observed on responses to
HBV, one of the most immunogenic vaccines administered to infants '. The
administration of BCG at the time of HBV priming at birth markedly increased T cell
(prolifération, IFN-y, IL-5, IL-13) as well as antibody responses to HBV. When given
at 2 months of âge, at the time of booster HBV immunization, BCG also increased the
production of type 2 cytokines, but not the proliférative, IFN-y or antibody responses.
BCG also increased the immune response to priming with TT. BCG administration at
2 months of âge, together with the first dose of DPT, increased the production of type
2 cytokines in response to TT but did not significantly influence TT-specific
proliférative, IFN-y or antibody responses. No significant effect was observed on the
antibody response to DT (for which cellular responses were not assessed), in keeping
with data reported by Simondon et al. showing no influence of BCG vaccination on
antibody response to pertussis vaccine ".A surprising finding was that a similar
increase of TT-specific IL-13 responses was observed when BCG was given at birth,
2 months before DTP priming. Thus, BCG may influence T and B cell responses to
unrelated vaccine antigens that are administered at the same injection site either
simultaneously or even several weeks later.
Figure 2: T lymphocyte response to HBV. AH infants were vaccinated with HBV at
birth, 2 and 4 months of âge. Immune response to HBV was assessed by measuring T
cell prolifération as well as IFN-y, IL-5 and IL-13 production in response to HBs Ag
in vitro restimulation. Responses to HBs Ag at birth were measured in a sériés of cord
blood (gray bars, n=23). Responses to HBs Ag were measured at 2 and 4.5 months in
infants who received BCG at 4.5 months of âge (open bars, control infants, n tested
ranged from 27 to 32 at 2 months and from 22 to 26 at 4.5 months, depending on the
response measured), at 2 months of âge (hatched bars, n= 26 to 34 at 2 months and
«=23 to 29 at 4.5 months) or at birth (crossed bars, n=30 to 32 at 2 months and «=23
to 27 at 4.5 months). Data are expressed as géométrie mean and 95% CI except IL-5
concentrations that are expressed as médian and 95% CI. The figure shows the test Pvalue obtained in a régression model adjusting for birth weight, ethnicity, date and
season of delivery, sex, and birth order.
One of the central characteristics of Thl and Th2 cells is that they reciprocally inhibit
their différentiation and fimction
Given the induction of a potent Thl type response
to mycobacterial antigens such as PPD, the observation that BCG promoted both type
1 and type 2 cytokine responses to unrelated vaccine antigens was unexpected. In fact,
the production of Th2 cytokines was more ffequently increased than that of Thl. The
mechanism underlying the stimulation of T cell responses by BCG is likely to be
related to its influence on the maturation of néonatal dendritic cells (DC), as DC are
essential antigen-presenting cells for the priming of naïve T cells
Mycobacteria,
including M. bovis BCG, activate adult DC, increasing their production of IL-12 and
their expression of co-stimulatory molécules, which support the induction of Thl
responses
However, recent data indicate that DC derived from cord blood
monocytes hâve defective expression of IL-12 (p35) gene as well as of membrane costimulatory molécules
Under sub-optimal conditions of co-stimulation, IL-12 was
shown to stimulate the production of both type 1 and type 2 cytokines by néonatal
CD4 T cells
The promotion of type 1 and type 2 cytokine (or even prédominant
Th2 cytokine) responses by BCG in early life could thus be related to a sub-optimal
State of activation of néonatal DC. Further studies are needed to evaluate whether the
promotion of type 2 cytokine responses to unrelated antigens by BCG is a
characteristic feature of néonatal responses, or whether it is also observed in adults.
The mechanisms underlying the influence of BCG on the priming of antibody
responses to unrelated vaccine antigens is likely to involve enhanced activation of T
lymphocytes by APC. In support of this hypothesis, the enhanced HBV antibody
response following BCG vaccination at birth paralleled the marked increase in the
production of T cell cytokines, whereas the more modest increase in the cytokine
response to TT was not associated with significant changes in the TT antibody
response. The increased antibody response to HBV priming was marginal when
assessed at 2 months of âge, whereas a marked increase was observed at 4.5 months
of âge. This indicates that BCG at birth had a limited impact on early life plasmocyte
différentiation, but markedly enhanced induction of memory B cells. This is in
accordance with studies in mice suggesting that induction of memory B cells occurs
much earlier during life than plasmocyte différentiation '. The enhancement of APC-T
cell interactions did not appear to be sufficient to promote the antibody response to
booster HBV immunization. Indeed, although a similar increase in the production of
Figure 3; T lymphocyte response to PHA. T lymphocyte response to PHA was
assessed by measuring T cell prolifération as well as IFN-y, IL-5 and IL-13
production in vitro. Responses to PHA at birth were measured in a sériés of cord
blood (gray bars, n-23). Responses to PHA were measured at 2 and 4.5 months in
infants who received BCG at 4.5 months of âge (open bars, control infants, n tested
ranged from 27 to 32 at 2 months ffom 22 to 26 at 4.5 months, depending on the
response measured), at 2 months of âge (hatched bars, n=26 to 34 at 2 months and
n=23 to 29 at 4.5 months) or at birth (crossed bars, n=30 to 32 at 2 months and n=23
to 27 at 4.5 months). Data are expressed as géométrie mean and 95% CI. The figure
shows the test P-value obtained in a régression model adjusting for birth weight,
ethnicity, date and season of delivery, sex, and birth order.
type 2 cytokines was observed in infants who received BCG at the time of priming or
boosting, the antibody response was not increased by BCG when given at the time of
boosting.
BCG considerably influenced the antibody response to mucosally administered oral
polio vaccine. Newboms develop a relatively weak response to OPV
and BCG
vaccination at birth did not significantly increased OPV antibody responses. In
contrast, BCG markedly enhanced OPV antibody response when given at 2 months of
âge, together with the third dose of OPV. These data suggest that the maturation of B
cell responses to OPV is associated with an increased responsiveness to the influence
of BCG. The marked increase in the response to OPV suggests that intradermal BCG
vaccination can influence immune responses to unrelated antigens at the systemic
level. A systemic modulation of immune responses was recently observed in patients
with intestinal helminth infection
De Smedt et al. reported that injection of
bacterial products induces the migration and the maturation of splenic DC in mice
.
A similar mechanism could be involved in the upregulation of systemic immune
responses by BCG.
This study has several important implications. First, BCG administration, in its native
form or as a live vector, could be a useful strategy to improve the immunogenicity of
vaccines in early life
Second, BCG vaccination in early life could influence
immune responses to unrelated infections pathogens. A recent report indicating that
BCG vaccination is associated with reduced mortality in infants in Guinea-Bissau
emphasizes the potential public health relevance of this hypothesis
. The possible
R 91
influence of BCG on the development of allergie reactions remains controversial ’ ’
99
. The enhancement of Th2 responses by BCG observed m this study suggests that
the influence of BCG on the immune response to allergens is likely to be more
complex than a polarization towards Thl responses.
P=0.77
Age at sampling
Age at sampling
3 BCG at 4.5 months (contrais)
V777\ BCG at 2 months
KXZ2 BCG at birth
Figure 4; T lymphocyte response to TT. Ail infants were vaccinated with DPT at 2
and 4 months of âge. Immune response to TT was assessed by measuring T cell
prolifération as well as IFN-y, IL-5 and IL-13 production in response to TT in vitro
restimulation. Responses to TT were measured at 2 and 4.5 months in infants who
received BCG at 4.5 months of âge (open bars, control infants, n tested ranged from
27 to 32 at 2 months and from 22 to 26 at 4.5 months, depending on the response
measured), at 2 months of âge (hatched bars, n=26 to 34 at 2 months and n=23 to 29
at 4.5 months) or at birth (crossed bars, n=30 to 32 at 2 months and n=23 to 27 at 4.5
months). Data are expressed as géométrie mean and 95% CI except ail IL-5 and IL13 concentrations as well as IFN-y concentrations measured at 2 months which are
expressed as médian and 95% CI. The figure shows the test P-value obtained in a
régression model adjusting for birth weight, ethnicity, date and season of delivery,
sex, and birth order.
Methods
Study design and population
This study was a prospective and randomized trial approved by the Gambia
Govemment/Medical Research Council (MRC) Ethics Committee. Newboms were
enrolled at birth at Royal Victoria Hospital, Banjul, after maternai informed consent.
The following were excluded from the study, neonates bom to mothers with systemic
infection at the time of delivery, newboms with congénital defects, with birth weight
less than 2.5 kg and twins. When a person with a suggestive history of tuberculosis
was found in the compound, the newbom was vaccinated with BCG and excluded
from the study. Enrolled newboms were randomly allocated in blocks of six to one of
three groups, receiving BCG immediately, at 2 months or at 4.5 months of âge
(control infants). Ail other vaccines were given according to recommendation of the
Gambian Expanded Program for Immunization, including OPV at birth, 1, 2 and 3
months, HBV at birth, 2 and 4 months and diphtheria / whole cell pertussis / tetanus
vaccine (DPT) at 2, 3 and 4 months. Blood samples were collected at birth (cord
blood), 2 and 4.5 months of âge. 151 newboms were enrolled into the study. 104 were
studied at 2 months, including 35, 35 and 34 infants vaccinated with BCG at birth, 2
or 4.5 months of âge, respectively. 85 were studied at 4.5 months, including 28, 29
and 28 infants vaccinated with BCG at birth, 2 or 4.5 months of âge, respectively.
Pre-vaccination T cell responses to BCG and HBV were measured in a consecutive
sériés of 23 cord blood samples.
Vaccines
BCG (0.05 ml, Aventis Pasteur, Lyon, France) was given intradermally in the left
arm. HBV (0.5 ml, Engerix B, Glaxo SmithKline, Rixensart, Belgium) and whole cell
DPT (0.5 ml, Aventis Pasteur) were injected intramuscularly in the left arm. OPV
(Sabin, Glaxo SmithKline) was given orally.
In vitro lymphocyte responses to vaccine antigens
Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were isolated by density gradient
centrifugation (Lymphoprep, Nycomed, Oslo, Norway) and resuspended in complété
RPMI medium supplemented with 10% human AB semm (Sigma, St. Louis, MO).
PBMC (IOV2OO pl) were incubated with antigens including purified protein
dérivative (PPD RT49, 10 |J.g/ml, Statens Sérum Institute, Copenhagen, Denmark),
hepatitis B surface antigen (HBsAg, 2 pg/ml, Glaxo SmithKline) and tetanus toxoid
(TT, 2 pg/ml, Chiron Behring, Marburg, Germany), PHA (PHA-L, 10 pg/ml. Sigma
Chemicals, UK) or medium alone. [Methyl-^H] Thymidine ( 1 pCi/well, Amersham
Life Science, UK) was added for the final 17 h of culture to assess cell prolifération.
Thymidine incorporation was measured by liquid scintillation using a Betaplate reader
(LKB1205, Turku, Finland)
Cytokine assays
Cytokine concentrations were measured in supematants collected on day 2 (PHA) or
day 6 (medium and antigens) using commercially available reagents (IFN-y and IL-5:
BioSource Europe, Fleurus, Belgium; IL-13: Diaclone, Besancon, France).
Antibody assays
Neutralizing antibodies to poliovirus type 1 were measured as recommended by the
World Health Organization
Dilutions of heat-inactivated sera were incubated with
poliovirus (100 TCID50) for 3 h. The mixture was incubated with Hep-2 cells for 5
days. The sérum antibody titer was taken as the highest sérum dilution protecting 50%
of cultures against virus challenge and was converted into international units.
Antibody concentrations to TT, diphtheria toxoid (DT) and HBsAg were determined
by ELISA on plates coated with TT (Chiron Behring), DT (Aventis Pasteur), or
HBsAg antigen (GlaxoSmithKline). Incubation of sérum samples was followed by
successive addition of biotinylated goat anti human IgG (Sigma) and extravidineperoxidase (for TT and DT antibodies) or peroxidase-coupled goat anti human IgG
(Cappell-ICN, Costa Mesa, CA, for HBsAg antibodies) and ABTS substrate.
Antibody concentrations were calculated with the Softmax^ PRO software (Molecular
Devices) by comparison with standard curves (4-parameter fitting) using international
standards of reference. Values below the assay cut-off (i.e. < 100 mlU/ml (tetanus,
diphtheria) or 150 mlU/ml (hepatitis B)) were arbitrarily given a value of half the cutoff for détermination of mean géométrie titers.
Statistical analysis
Background production of cytokines measured in control wells was subtracted from
that measured in antigen-stimulated wells. After logarithm transformation, data were
compared using the t-test. Where there were either many non-responders or persistent
skewing of data after log transformation, the Wilcoxon test was used. Multiple
régression analysis was conducted to allow for potential confounders. Despite
randomization group 2 infants had a lower birth weight (p = 0.02). Thus birth weight,
ethnicity, date and season of delivery, sex, parity of mother were adjusted for. Those
measurements with many non-responders were categorized and analyzed by ordinal
logistic régression. Tables and figures show adjusted p values for three pairwise
comparisons. At 2 months sampling groups vaccinated with BCG at 2 or 4.5 months
were combined and compared to the group vaccinated at birth. At 4.5 months
sampling the group vaccinated with BCG at 4.5 months was compared to groups
vaccinated at birth or 2 months, separately. Statistical significance was assessed at the
two-sided 0.05 level. Ail statistical analysis was done using Stata software (version 6;
Stata Corporation, College Station, TX).
Acknowledgments
We are particularly gratefiil to Paolo Valenti and Gianna Cadau for excellent technical
assistance in antibody déterminations and to Suleyman Manjang for excellent field
Work. We thank Clothilde Thiriart and Martine Wettendorff, Glaxo-SmithKline,
Belgium, for providing vaccines and vaccine antigens for the in vitro assays. This
study would not hâve been possible without the help and support of the Gambian EPI
Program and the staff of the Royal Victoria Hospital, Banjul, The Gambia. This study
was funded by the Medical Research Council, UK and by Glaxo-SmithKline,
Belgium. We are extremely grateful to the mothers who accepted to hâve their baby
enrolled into a study on the first day of their life.
Référencés
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5. L’infection maternelle à Trypanosoma cruzi module la capacité de nouveaunés non infectés à produire des cytokines pro- et anti-inflammatoires
Résumé
•
Objectif
Etudier l’effet de l’infection maternelle à T. cruzi sur la capacité de nouveau-nés non
infectés à produire des cytokines impliquées dans la réponse immune innée (IL-lp,
IL-6, TNF-a, IL-10, TNFRl, TNFR2) et adaptative (IL-2, IFN-y, IL-4).
•
Résultats
L’infection maternelle à T. cruzi s’accompagne d’une production accrue de cytokines
d’origine lymphocytaire (IFN-y, IL-2, IL-4) en réponse à la stimulation de cellules
sanguines par un lysat parasitaire, témoignant de la présence de lymphocytes
spécifiques d’antigènes parasitaires dans la circulation maternelle. On observe une
production d’IFN-y en réponse au lysat parasitaire chez 2 sur 17 nouveau-nés de
mères infectées. Chez les mères infectées et chez leurs nouveau-nés, on trouve une
capacité accrue de production de cytokines pro-inflammatoires (IL-ip, IL-6 et TNFa) et anti-inflammatoires (IL-10, TNFRl, TNFR2) en réponse au lysat parasitaire,
ainsi qu’une augmentation d’IL-ip et d’IL-6 en réponse à la stimulation par le
lipopolysaccharide bactérien et la phytohaemagglutinine.
•
Conclusions
L’infection maternelle à T. cruzi semble n’induire une activation lymphocytaire que
chez une faible proportion de nouveau-nés. Par contre, la production accrue de
cytokines pro- et anti-inflammatoires par des nourrissons non infectés nés de mères
infectées témoigne de l’existence d’une activation monocytaire.
51
Infection and Immunity, Sept. 2000, p. 5430-5434
0019-9567/00/S04.00+0
Copyright © 2000, American Society for Microbiology. Ail Rights Reserved.
Vol. 68, No. 9
Maternai Trypanosoma cruzi Infection Upregulates Capacity of
Uninfected Neonate Cells To Produce Pro- and
Anti-Inflammatory Cytokines
JOHAN VEKEMANS,‘t CARINE TRUYENS,* FAUSTINO TORRICO,^ MARCO SOLANO,^
MARY-CRUZ TORRICO,^ PATRICIA RODRIGUEZ,== CRISTINA ALONSO-VEGA,*’^
AND YVES CARLIER'*
Laboratory of Parasitology, Faculty of Medicine, University of Brussels, Brussels, Belgium,^ and
CUMETROPILABIMED, Faculty of Medicine, Universidad Mayor de San Simon Cochabamba, Bolivia^
Received 15 February 2000/Returned for modification 28 March 2000/Accepted 12 June 2000
The possibility of maternai in utero modulation of the innate and/or adaptive immune responses of unin­
fected newborns from Trypanosoma cruzi-infected mothers was investigated by studying the capacity of their
whole blood cells to produce cytokines in response to T. cruzi lysate or lipopolysaccharide-plus-phytohemagglutinin (LPS-PHA) stimulation. Cells of such newborns occasionally released gamma interferon (IFN-7) and
no interleukin-2 (IL-2) and IL-4 upon spécifie stimulation, while their mothers responded by the production
of IFN-7, IL-2, and IL-4. Infection in mothers was also associated with a hyperactivation of maternai cells and
also, strikingly, of cells of their uninfected neonates, since their release of proinflammatory (IL-lp, IL-6, and
tumor necrosis factor alpha [TNF-ot]) as well as of anti-inflammatory (IL-10 and soluble TNF receptor)
cytokines or factors was upregulated in the presence of LPS-PHA and/or parasite lysate. These results show
that T. cruzi infection in mothers induces profound perturbations in the cytokine response of their uninfected
neonates. Such maternai influence on néonatal innate immunity might contribute to limit the occurrence and
severity of congénital infection.
routine immunoturbidimetry, were within the normal ranges
(means ± standard errors of the means [SEM]): 1.30 z: 0.17
and 1.19 i 0.32 mg/dl for uninfected and infected mothers,
respectively, and below the détection limit of 0.2 mg/dl for
neonates). This study was approved by the scientific/ethic committees of UMSS and Free University of Brussels (ULB), and
informed written consent of the mothers was obtained before
blood collection.
Cord and maternai blood were collected just after delivery in
endotoxin-free heparinized tubes (Becton Dickinson, MLS SA,
Menin, Belgium) and immediately used for stimulation of
whole blood cells (WBC) and study of cytokine production.
Cord blood (10 ml) was also collected on EDTA disodium sait
(Sigma, St. Louis, Mo.), added to 10 ml of 6 M guanidine
hypochloride (Sigma), and kept at room température until use
for T. cmzi-specific PCR.
T. cruzi trypomastigotes and amastigotes (Tehuantepec
strain) were obtained from culture medium of infected 3T3
flbroblasts as previously described (18). After three washings in
RPMI 1640 medium, they were submitted to eight cycles of
freezing-thawing under stérile conditions. The parasite lysate
was stored at —70°C until use for cell stimulation. The prepared batch of T. cruzi lysate contained no détectable endotoxin (<1 pg/lO’ lysed parasites), as determined by the Limulus amebocyte lysate assay (BioWhittaker Europe, Verviers,
Belgium). Lipopolysaccharide (LPS; from Escherichia coli
0111B4) and phytohemagglutinin (PHA) were purchased
from Sigma.
Maternai infection was assessed using the classical parasitespecific serological tests of enzyme-linked immunosorbent as­
say (ELISA), hémagglutination, and immunofluorescence (9).
T. cmzi-specific immunoglobulin M (IgM) antibodies were not
detected in maternai plasma by ELISA, indicating that moth­
ers were in the chronic form of Chagas’ disease. T. cruzi con­
génital infection in newborns was sought in cord blood by (i)
Matemal-fetal transmission of Trypanosoma cruzi, the protozoan parasite agent of Chagas’ disease in Latin America,
occurs in 2 to 12% of pregnancy in chronically infected moth­
ers, inducing severe disease and significant mortality (4, 7).
The factors enabling the vertical transmission to occur, as well
as those allowing the vast majority of babies of infected moth­
ers to remain uninfected, are not entirely known. Maternalfetal transfer of antigens might influence the capacity of the
progeny to respond to infection through modulating the fêtai
immune System (11,12,19, 22, 28, 39). However, there is little
information on innate immunity of neonates in the case of
maternai infection, whereas monocyte activation plays a cen­
tral rôle in controlling infection (20) as well as in maintaining
pregnancy (36). To better understand the matemal-fetal immunological relationship in human T. cruzi infection, we explored the capacity of uninfected neonates and their infected
mothers to produce type 1 (gamma interferon [IFN-7] and
interleukin-2 [IL-2]) and type 2 (IL-4 and IL-5) cytokines, as
well as proinflammatory (IL-ip, IL-6, and tumor necrosis fac­
tor alpha |TNF-a]) and anti-inflammatory (IL-10 and soluble
TNF receptor [sTNFR]) factors.
Seventeen asymptomatic mothers chronically infected with
T. cruzi and 58 uninfected mothers from the Matemity German Urquidi (Universidad Mayor de San Simon [UMSS]),
Cochabamba, Bolivia, and their uninfected neonates were enrolled in this study. Ail newborns were delivered at term. Cases
of known pathology of newborns or mothers during pregnancy,
twins, or cesarean-bom babies were excluded. Cross-reactive
protein levels in maternai and cord plasma, determined by
* Corresponding author. Mailing address: Laboratoire de Para.sitologie. Faculté de Médecine U.L.B., route de Lennik 808, CP 616,
B-1070 Brussels, Belgium. Phone: 32 2 555 62 50. Fax: 32 2 555 61 28.
E-mail: [email protected].
t Présent address: Medical Research Council, Fajara, The Cambia.
5430
NOTES
Vol. 68, 2000
A IFN-r (pg/nJ)
stinivdus
A 11^2 (pg/nü)
A IL-4 (pg/nd)
5431
A 11^5 (pg/nü)
patient h
LPS-PHA mother 24
72
neonate 24
72
T.cruzi
mother 24
72
neonate 24
72
FIG. 1. Production of type 1 and type 2 cytokines by WBC from T. cmri-infcctcd (■) or uninfcctcd (□) mothers and their newboms. WBC wcrc stimulatcd or not
for 24 or 72 h with LPS (10 ng/ml) plus PHA (5 |ig/ml) (A, C, E, and G) or a lysatc of T. cruzi (10'’ lyscd parasitcs/ml) (B, D, F, and H). Numbers of individual.s in
cach group ranged from 26 to 43 for uninfcctcd mothers, 11 to 16 for infcctcd mothers, 25 lo 47 for neonates from uninfcctcd mothers, and 7 to 13 for uninfcctcd
neonates from infcctcd mothers. Rcsults (mcan ± SEM) arc expressed as the différences between Icvcls obtaincd for stimulatcd and unstimulatcd cclls. The
Mann-Whitney-Wilcoxon U test was used for statistical comparisons between infcctcd and uninfcctcd mothers and between their newboms (•, P < 0.05;
P < 0.005).
direct analysis of parasites by microscopie examination of buffy
coat of blood coîlected in four heparinized microhematocrit
tubes (each of 75 p.1) (23), (ii) T. cruzi-specific PCR, performed
with the primers S35 (5'-AAA TAA TGT ACG GG(T/G)
GAG ATG CAT GA-3') and S36 (5'-GGG TTC GAT TGG
GGT TGG TGT-3') (42) as described by Centurion-Lara et al.
(13), and (iii) détection of T. cmzt-specific IgM and IgA antibodies by spécifie ELISA. These techniques allowed us to
detect one congenitally infected newbom in 18 séropositive
mothers (5.6%), who was not included in this study.
The WBC stimulation test was performed as previously reported (15), with minor modifications. Tenfold-diluted blood
was incubated in polypropylene tubes (Falcon) either without
stimulating agents or in the presence of either LPS (10 ng/ml)
plus PHA (5 pg/ml) or T. cruzi lysate (10* lysed parasites/ml).
After 24 or 72 h of incubation at 3TC in a 5% CO2 atmo­
sphère, the samples were centrifuged and the supematants
were coîlected and kept at —70°C. Cytokine levels were determined using the following commercially available ELISAs: for
lL-2, IFN--y, and TNF-a (detecting free and soluble TNFRbound TNF-a), EASIA from Medgenix, BioSource Europe,
Nivelles, Belgium; for IL-4 and IL-10, ultrasensitive assays
from Biosource, Nivelles, Belgium; for IL-ip, standard and
antibody pairs from Genzyme, R&D Systems Europe, Abigdon, Oxon, United Kingdom; and for IL-5, Duoset Genzyme.
Antibodies and standards kindly given by W. Buurman (De­
partment of Surgery, University of Limburg, Maastricht,
The Netherlands) were used for sTNFR type 1 (sTNFRl),
sTNFR2, and IL-6 déterminations, performed as previously
described (16, 26, 38). The détection îimits of ELISAs were as
follows: for IL-lp and IL-2, 10 pg/ml; for IL-4, 0.07 pg/ml; for
IL-5, 8 pg/ml; for IL-10, 0.20 pg/ml; for IFN-y, 1.5 pg/ml; for
lL-6, TNF-a, sTNFRl, and sTNFR2, 20 pg/ml. Results after
WBC stimulation are expressed as the différences between the
cytokine levels of stimulated and unstimulated cell samples
(supematants of 1/10-diluted blood) at the same incubation
time, without further correction by the dilution factor. Results
are expressed as arithmetic means d: SEM of ail individual
patients tested in each group. The Mann-Whitney-Wilcoxon U
test was used for comparison between groups.
(i)
Cells of T. cnizi-infected mothers product ITN-y, lL-2,
and lL-4 in response to parasite stimulation, whereas neonate
cells occasionally release IFN-7. Whatever the patient group
(infected or uninfected mothers and their neonates), IFN-7,
IL-2, IL-4, and IL-5 were not spontaneousiy released by blood
cells or were released only at similar background levels in ail
patient groups. Mitogenic stimulation with LPS-PHA showed
that maternai and néonatal cells were able to produce the type
1 cytokines IL-2 and IFN-7, with no significant différence according to maternai infection status (Fig. lA and C). Though
neonates are generally considered poor IFN-7 producers (45),
in this study newbom WBC were as able as WBC from the
mothers to produce significant amounts of IFN-7 and IL-2,
although with slightly different kinetics: newboms were more
prone to produce IL-2 at 24 h than their mothers, whereas
IFN-7 release was delayed. By contrast, but in agreement with
previous work (46), the type 2 cytokines IL-4 and IL-5 were not
produced by neonates from both groups in the presence of
mitogens, whereas their mothers did produce these cytokines
(Fig. lE and G).
As expected, mothers chronically infected with T. cruzi harbored parasite-specific memory T cells, since their WBC re­
leased lymphocyte-derived cytokines (IFN-7, IL-2, and IL-4
but not IL-5 [Fig. IB, D, F, and H]) when incubated with T.
cruzi antigens. Moreover, the production of both type 1 and
type 2 cytokines suggests that the adaptive response to the
parasite in mothers is not polarized, in agreement with previ­
ous reports on human and experimental Chagas’ disease (17,
47). Since matemal-fetal transfer of parasite antigens, présent
in maternai blood (1) or released from parasites présent in the
placenta (unpublished data), is likely in the case of maternai T.
cruzi infection and could lead to lymphocyte priming (29), we
also investigated the production of lymphocytic cytokines in
uninfected neonates from infected mothers upon spécifie stim-
5432
Infect. Immun.
NOTES
stiiuvilus
patient h
LPS-PHA mother 24
72
neonate 24
72
FIG. 2. Production of proinflammatoiy cytokines by WBC front T. cruzi-mfeaed (■) or uninfcctcd (□) mothers and their newboms. WBC wcrc stimulatcd or nol
for 24 or 72 h with LPS (10 ng/ml) plus PHA (5 pg/ml) (A, C, and E) or a lysatc of T. cmri (10'’ lyscd parasitcs/ml) (B, D, and F). Numbers of individuals in cach group
ranged front 23 to 42 for uninfcctcd mothers, 7 to 13 for infcctcd mothers, 16 to 46 for neonates from uninfcctcd mothers, and 8 to 15 for uninfcctcd nconates from
infcctcd mothers. Rcsults (mcan ± SEM) arc expressed as the différence between Icvcls obtaincd for stimulatcd and unstimulatcd cclLs. The Mann-Whitncy-Wilcoxon
V test was used for stahstical comparisons between infcctcd and uninfcctcd mothers and between their newboms (*, P < 0.05; •*, P < 0.(X)5).
ulation of WBC with T. cruzi lysate. However, except for significant IFN-y production by one neonate at 24 h (100 pg/ml)
and another at 72 h (170 pg/ml), no type 1 or 2 cytokines were
detected (Fig. IB, D, F, and H). This could be related to (i) a
low release of such cytokines and/or cytokine consomption by
cell receptors, thereby preventing their détection in ELISA (5);
(ii) the presence of parasite-specific antibodies, transferred
from mother into fêtai blood, disturbing antigen binding to
antigen-presenting cells and the subséquent response by newborn T cells (40); or (iii) immunosuppression and/or apoptosis
of lymphocytes induced by the parasitic molécules added in the
WBC culture (25, 30).
(ii) Maternai T. cruzi infection upregulates the capacity of
maternai and neonate cells to produce proinflammatory cyto­
kines. In contrast to lymphocytic cytokines, IL-ip, IL-6, and
TNF-a were spontaneously released by blood cells from moth­
ers as well as their neonates (data not shown), likely reflecting
the monocytic activation normally associated with pregnancy
and delivery (3, 37). As shown in Fig. 2A, C, and E, such
spontaneous inflammatory cytokine release was enhanced in
mothers and neonates upon in vitro stimulation with LPS-PHA
(except for IL-6 in neonates of uninfected mothers). Moreover, IL-6, and to a lesser extent IL-1|3, levels were still higher
in infected mothers and also, surprisingly, in their uninfected
newboms. The parasite lysate strongly stimulated the produc­
tion of TNF-a and IL-6, and slightly that of IL-ip, in both
chagasic mothers and their neonates (Fig. 2B, D, and F). A
detailed analysis of individual results indicated that a simultaneous higher production of these cytokines was observed in
58% of newboms. T. cruzi infection in mothers could easily
explain their higher capacity to produce inflammatory cyto­
kines. Indeed, although PHA-activated lymphocytes could be
the source of IL-6, the simultaneous overproduction of three
inflammatory cytokines suggests a monocytic origin. DifiFerent
mechanisms could account for monocytic activation in infected
mothers: (i) in vivo monocyte priming, known to occur during
T. cruzi infection (8), strengthening the direct effect of parasite
molécules supporting proinflammatory activities (2, 10, 21, 35)
and présent in the parasite lysate used to activate cells; (ii)
monocytic activation due to IPN-y released in vitro by spécifie
lymphocytes after récognition of T. cruzi antigens; or (iv)
proinflammatory cytokine release resulting from a cross-linking of FcR on monocytes and/or NK cells (6, 14, 27) by im­
mune complexes formed by the T. cmz/-specific antibodies
présent in the blood of infected mothers and the parasite lysate
added in vitro.
It is puzzling to observe such overproduction of inflamma­
tory cytokines also in uninfected neonates from infected moth­
ers. This did not resuit from an increase of monocyte concen­
tration, since we hâve verified that their numbers are similar in
both groups of neonates (202 ± 42 and 230 ± 23 monocytes/
mm^ for newbom of infected and uninfected mothers, respectively), strongly suggesting that their monocytes are hyperaciivated as in their mothers. Although the monocytic origin of
proinflammatory cytokines has still to be confirmed, this is, as
far as we know, the first indication of a maternai modulation of
néonatal innate immunity in human infection. This agréés with
our previous observations regarding experimental Chagas' disease showing that both fetuses and offspring of infected mice
display increased TNF-a gene transcription and/or production
(34). The origin of néonatal (and probably fêtai) monocytic
hyperactivation remains unknown. Mechanisms similar to
those mentioned above for mothers might also fonction in
neonates, following matemal-fetal transfer of shed T. cruzi
molécules or antibodies. In vivo IFN-y-dependent monocyte
activation seems unlikely since this cytokine was hardly détect­
able in the supernatants of neonate cells. The maternai induc­
tion of such néonatal cell activation raises the question of its
contribution in the control of congénital infection, since the
neonates displaying such activation were uninfected (as veri­
fied by parasitological, PCR, and antibody détection). It is
tempting to hypothesize that such newboms could be protected against an eventual vertical transmission of parasites, by
a synergy between maternally transferred antibodies and acti-
NOTES
Vol. 68, 2000
A IL-10 (pg/ml)
stimulus
patient h
A sTNFRl (pg/nü)
0
100
200
5433
A sTNFR2 (pg/ml)
300
0
10000
20000
30000
LPS-PHA mothei 24
72
neonate 24
72
FIG. 3. Production of anti-inflammatory cytokine and factors by WBC front T. entzi-inferted (■) or uninfcctcd (□) mothers and their newborns. WBC wcrc
stimulaicd or not for 24 or 72 h with LPS (10 ng/ml) plus PHA (5 pg/ml) (A, C, and E) or a lysalc of T. cruzi (K)'’ lyscd parasilcs/ml) (B, D, and F). Numbers of
individuals in cach group ranged from 22 to 41 for uninfcctcd mothers, 9 to 15 for infcctcd mothers. 26 to 43 for neonates from uninfcctcd mothers, and 8 lo 13 for
uninfcctcd neonates from infeaed mothers. Rcsults (mcan ± SEM) arc expressed as the différence between Icvcls obtaincd in stimulatcd and unstimulaicd eclls. The
Mann-Whitncy-Wilcoxon V test was used for statistical comparisons between infcctcd and uninfcctcd mothers and between their newborns {'.P < 0.05; •*,/’< 0.005).
vated monocytes, previously shown to be effective in the in
vitro and in vivo killing of parasites (32, 33, 44).
(iii)
Maternai T. cruzi infection upregulates the capacity of
maternai and newborn cells to produce anti-inflamniatory fac­
tors. The effect of maternai infection on proinflammatory cy­
tokines prompted us to also investigate the production of the
potent anti-inflammatory factor IL-10 (41), as well as the sT­
NFRl and sTNFR2, previously shown to play an essential rôle
in modulating TNF bioactivity (31), particularly in experimen­
tal Chagas’ disease (43). Though only traces of IL-10 could be
found in supematants of unstimulated cells from newborns and
mothers (data not shown), LPS-PHA stimulated IL-10 produc­
tion by WBC from ail patient groups (Fig. 3A), whatever the
maternai infection status. By contrast, maternai infection was
associated with a higher reactivity of both mother and newborn
WBC to parasite lysate, which produced two- to threefold
more IL-10 after 24 h of culture than the control couples (Fig.
3B). Infection status did not modiiy the WBC release of both
sTNFRs, either spontaneously (data not shown) or after incu­
bation with LPS-PHA (Fig. 3C and E). By contrast, T. cruzi
components induced a higher release of both sTNFRs in infected mothers and their newborns (Fig. 3D and F). The overproduction of IL-10 and sTNFR by cells incubated with the
parasite lysate was observed in the same newborns from infected mothers as those who responded upon proinflammatory
cytokine production.
The in vivo triggering of anti-inflammatory factors might
protect fêtai or néonatal tissues against the harmful effects
generated by the intense inflammatory reaction that would
occur in the case of congénital infection. Such homeostatic
régulation might also contribute to avoidance of the fêtai
growth retardation associated with oveiproduction of TNF
(24). Indeed, sTNFR/TNF molar ratios (calculated as previ­
ously described [43]) were similar in neonates of infected and
uninfected mothers (data not shown). This suggests that TNF
bioactivity remains similar in control and infected groups of
mothers or neonates and could explain why neonates from
infected mothers displayed normal birth weights (3,438 ± 154
and 3,293 1: 48 g for newborns from infected and uninfected
mothers, respectively).
In conclusion, a potent State of cell activation is induced in
uninfected neonates (and probably fetuses) from T. cruzi-infected mothers, leading to the simultaneous production of proand anti-inflammatory factors in the presence of parasite an­
tigens. Such maternai influence on néonatal innate immunity
might hâve protective effects, limiting the occurrence and outcome of congénital infections.
We thank Mildreth Castro (CUMETROP, UMSS, Cochabamba,
Bolivia) and Antonio Pardo, Amilcar Mercado, and Jaime Varga.s
(Maternity Cerman Urquidi, Cochabamba, Bolivia) for the manage­
ment of patients, Jean-Marie Boeynaems (Erasmus Hospital, ULB,
Brussels, Belgium) for CRP quantification, Corine Liesnard, Françoise
Brancart, and Laurent Debaisieux (Erasmus Hospital, ULB) for help
with PCR as.says, and Wim Buurman (Department of Surgery. Faculty
II, University of Limburg, Maastricht, The Netherlands) for providing
reagents for some ELISAs.
This Work was supported by grants from Fonds National de la
Recherche Scientifique (FNRS), Centre de Recherche Inter-Univer­
sitaire en Vaccinologie (CRIV), and Action de Recherche Concertée
de la Communauté Française de Belgique (ARC).
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DISCUSSION et PERSPECTIVES
52
Le développement de nouvelles stratégies vaccinales permettant de fermer la fenêtre
de vulnérabilité vis-à-vis des maladies infectieuses en période infantile est une
urgence en pays en voie de développement
Ces stratégies doivent permettre
d’induire une immunité protectrice chez le nourrisson avant l’âge d’exposition au
pathogène, une période marquée par l’immaturité du système immunitaire. A titre
d’exemple, nous présentons en figure 10 le risque augmenté d’évolution chronique de
l’hépatite B lors de l’acquisition de cette infection en bas âge
Les modèles murins d’étude des fonctions du système immunitaire en début de vie
mettent en évidence un déficit prépondérant d’induction de réponse vaccinale de type
Thl, et le développement préférentiel de réponses de type Th2
De faibles
réponses de type Thl en début de vie pourraient expliquer la susceptibilité du
nourrisson humain aux infections par germes intracellulaires, comme en témoigne la
fréquence des mycobactérioses atypiques et des salmonelloses chez des enfants
atteints d’un déficit congénital de l’expression du récepteur de TIFN-y
. Chez des
nourrissons non atteints de déficit immunitaire congénital, un défaut de production
d’IL-12 et/ou d’IFN-y a été montré en association avec des infections sévères par le
virus de la rougeole, par le virus herpétique, par le vims respiratoire syncitial et par le
plasmodium falciparum
Des vaccins dirigés contre les agents de la tuberculose, de la malaria, du syndrome
d’immunodéficience acquise, de la bronchiolite et de la rougeole, visant à activer des
réponses immunes de type Thl, sont en cours de développement
. Certains de ces
vaccins ont démontré des résultats prometteurs au cours d’études d’immunogénicité
chez l’adulte, mais ils n’ont pas été évalués chez l’enfant
On sait peu de choses
sur la capacité de nouveau-nés et de nourrissons humains à développer des réponses T
de type mature. Un approfondissement des connaissances des fonctions immunes
cellulaires des nouveau-nés et des nourrissons est nécessaire au développement de
stratégies de vaccination néonatale.
Dans la première partie de notre travail, mené en Gambie, nous avons utilisé les
vaccins administrés à la naissance dans le cadre du programme national de
53
Proportion de porteurs chroniques
Figure 10. Relation entre l'âge d'infection par le virus de l'hépatite B et le risque de devenir porteur
chronique de l'antigène HBs (référence 326).
vaccination comme modèles pour étudier les caractéristiques des réponses immunes
cellulaires de nouveau-nés et de jeunes nourrissons. Il s’agit du vaccin vivant atténué
contre la poliomyélite, du vaccin subunitaire contre l’hépatite B, et du vaccin vivant
atténué contre la tuberculose, le bacille Calmette-Guérin.
1. Capacité des nouveau-nés et des nourrissons à développer des réponses
immunes vaccinales de type Thl et Th2
a. Défaut de production d’IFN-y en réponse à la vaccination du nourrisson
par les vaccins contre la poliomyélite et l’hépatite B
La production d’IFN-y dans des surnageants de cultures cellulaires stimulées aux
antigènes de virus polio a été étudiée trois semaines après la dernière dose vaccinale
chez des nourrissons immunisés contre la poliomyélite à la naissance puis à 1, 2 et 3
mois de vie, et chez des adultes vaccinés dans l’enfance et ayant reçu une dose de
rappel. On ne détecte pas d’IFN-y chez les nourrissons, alors qu’on en trouve chez
certains adultes. Cette différence est confirmée par l’analyse de la proportion des
lymphocytes circulants produisant de l’IFN-y en réponse à la stimulation par des
antigènes viraux, significativement plus faible chez les nourrissons que chez les
adultes.
La
réponse
proliférative
après
stimulation
de
cellules
sanguines
mononucléées par des antigènes viraux est aussi plus faible chez les nourrissons que
chez les adultes.
Ces données suggèrent donc qu’un défaut de production d’IFN-y est associé à la
vaccination en début de vie humaine. Néanmoins, au sein de notre étude, l’histoire de
l’exposition aux antigènes polio chez les adultes et chez les nourrissons n’est pas
identique. Ces deux groupes ne sont donc pas strictement comparables. Il n’était pas
possible d’étudier la réponse au vaccin polio chez des individus adultes non immuns
en Gambie, étant donné le haut taux de couverture vaccinale et la transmission
environnementale du vaccin vivant.
L’existence d’un défaut de génération de réponse Thl suite à la vaccination néonatale
est néanmoins confirmée par nos résultats concernant les réponses immunes au vaccin
54
contre l’hépatite B. Dans ce cas-ci, les adultes ayant participé à l’étude étaient des
individus n’ayant pas été vacciné préalablement et n’ayant pas été infectés par le virus
de l’hépatite B, comme en témoigne l’absence d’anticorps sériques anti-HBc. Deux
semaines après la dernière de trois doses de vaccin administrées à deux mois
d’intervalle, nous avons observé chez le nourrisson vacciné une production d’IFN-y
diminuée par rapport à celle de l’adulte, en réponse à la stimulation de cellules
mononucléées par l’antigène vaccinal HBs.
Il existe donc, comme chez la souris, un défaut de production d’IFN-y en réponse à
certains vaccins en début de vie humaine. L’immaturité documentée de différents
secteurs du système immunitaire du nouveau-né pourrait expliquer la faible capacité
du nouveau-né à développer des réponses immunes de type Thl (figure 5).
Néanmoins, étant donné que l’activation in vitro de lymphocytes T néonataux en
présence de signaux de co-stimulation adéquats leur permet d’afficher rapidement un
phénotype mature, nous pensons que le défaut de fonction des cellules présentatrices
de l’antigène joue un rôle particulier dans l’observation d’un déficit de production
d’IFN-y après vaccination en début de vie humaine
Chez les nouveau-nés,
l’immaturité de cellules dendritiques, les cellules initiatrices de la réponse immune
adaptative, a été démontrée récemment. Cette immaturité se caractérise par un déficit
d’expression basale de molécules de co-stimulation à la surface cellulaire, et par un
défaut de maturation et une production diminuée d’IL-12 p35 en réponse au
lipopolysaccharide bactérien
. La stimulation de lymphocyte T par des cellules
dendritiques immatures favorise chez l’adulte l’émergence de lymphocytes T
producteurs d’IL-10, une cytokine capable d’inhiber le développement des réponses
de type Thl
Les nouveau-nés pourraient être particulièrement sensibles à ce
phénomène. De même, il a été démontré que des lymphocytes de nouveau-nés
porteurs de marqueurs NK et de marqueurs T, appelés lymphocytes NKT, et
impliqués dans l’orientation précoce de la réponse immune grâce à leur capacité de
produire des quantités importantes d’IFN-y ou d’IL-4 au moment de l’induction de la
réponse primaire, sont particulièrement sensibles
au phénotype
des
cellules
dendritiques présents dans leur environnement
55
L’hypothèse d’un rôle important des cellules présentatrices de l’antigène dans
l’induction de la réponse immune chez les nouveau-nés est supportée par les études
démontrant chez la souris que l’induction d’une réponse de type Thl peut se faire en
présence d’agents capables d’activer les fonctions de présentation de l’antigène
L’analyse de la réponse au vaccin BCG néonatal supporte également cette hypothèse,
et démontre que la génération d’une réponse auxiliaire productrice de quantités
importantes d’IFN-y est possible dès la naissance.
b. Le vaccin BCG administré à des nouveau-nés induit l’activation de
lymphocytes CD4 producteurs de quantités importantes d’IFN-y
Nous avons montré que le vaccin BCG néonatal induit l’activation de lymphocytes T
CD4 capables de produire une quantité importante d’IFN-y après stimulation par la
PPD, qui contient un grand nombre d’antigènes mycobactériens protéiques solubles.
On observe des taux similaires d’IFN-y chez des nourrissons vaccinés au BCG et chez
des adultes immuns. On observe également une fréquence similaire de lymphocytes
circulants producteurs d’IFN-y en réponse à la PPD.
L’interprétation de la comparaison des réponses à la PPD entre adultes et nouveau-nés
doit se faire avec prudence, car, comme dans le cas des antigènes polio, les adultes en
Gambie sont continuellement exposés à des antigènes mycobactériens, et nous ne les
avons pas étudiés dans le cadre d’une immunisation primaire comme les nourrissons.
Nos résultats suggèrent néanmoins que le développement d’rme réponse de type Thl à
la naissance est possible. Il a été démontré que le BCG induit la production d’IL-12 et
l’expression de molécules co-stimulatrices par les cellules dendritiques d’adultes
Chez l’adulte, les mycobactéries sont capables d’induire une production rapide d’IFNy par des cellules NK et des lymphocytes T yô
. Or, l’addition d’IFN-y exogène
permet de restaurer la capacité de maturation et de production d’IL-12 par les cellules
dendritiques de nouveau-nés
Nous émettons l’hypothèse que les propriétés
activatrices du BCG sur les cellules dendritiques et sur d’autres types cellulaires tels
que les yô sont responsables de sa capacité à induire une réponse IFN-y dominante
chez le nouveau-né (figure 11). Cette hypothèse pourrait être investiguée en étudiant
l’effet du BCG sur la production d’IL-12 et l’expression de molécules de co-
56
Figure 1 l.Le BCG,en infectant les cellules dendritiques et en stimulant la production d'IFN-ypar les
lymphocytes yô ou NK, est susceptible d'induire la production d'IL-12 et l'expression des molécules
du CMH déclassé II, de CD40 et de molécule B7 parles cellules dendritiques, favorisant ainsi le
développement d'une réponse de typeThl chez le nouveau-né vacciné.
BCG
IFN-y
Cellule présentatrice de l'antigène
CS)
Lymphocyte
A
Cytokine
□
Récepteur de cytokine
®
CMH Cl II
|
CD40
Peptide antigénique
|
CD40 ligand
Récepteur de cellule!
^
^
CD28
stimulation par les cellules dendritiques du nouveau-né, en présence et en absence de
cellules NK et de lymphocytes yô.
c. Absence de biais Th2 et production d’anticorps chez les nourrissons
vaccinés
Dans le modèle murin, la vaccination néonatale s’accompagne généralement d’un
développement préférentiel de réponse Th2
En réponse à la stimulation in vitro de
cellules sanguines mononucléaires par des antigènes de virus polio vaccinal ou par la
PPD, nous avons mesuré des concentrations très faibles d’IL-4, d’IL-5 et/ou d’IL-13
dans les surnageants de cultures cellulaires de nourrissons vaccinés comme d’adultes
immuns. Il est difficile de comparer la production de cytokines Th2 par les
nourrissons et les adultes dans ces cas, puisqu’on se situe à la limite de la sensibilité
du test utilisé. Une méthode plus sensible de détection de cytokines telles que la PCR
quantitative pourrait être utile pour investiguer cette question. Bien qu’elle comporte
plusieurs phases de stimulations cellulaires in vitro, l’analyse clonale est également
une approche sensible et représentative de la polarisation Thl/Th2 d’une réponse
immune in vivo
Chez des nourrissons vaccinés par le BCG à la naissance, les
clones lymphocytaires spécifiques de la PPD sont de phénotype Thl et ThO. Chez des
adultes immuns, un profil globalement similaire est retrouvé,
et on détecte même
quelques clones Th2. L’interprétation de ces données doit se faire avec prudence, car
le nombre de clones analysés est assez faible. Nos observations suggèrent néanmoins
l’absence de biais systématique Th2 dans les réponses vaccinales de nourrissons.
Cette conclusion est supportée par l’analyse de la réponse immune au vaccin contre
l’hépatite B. En réponse à l’antigène HBs, en effet, des quantités significatives et
similaires de cytokines Th2 (IL-5, IL-13) ont été mesurées dans les surnageants de
cultures cellulaires d’adultes et de nourrissons vaccinés.
On peut s’interroger sur les mécanismes d’activation de la synthèse de quantités
importantes d’anticorps dirigés contre des antigènes vaccinaux, alors qu’on ne détecte
que des quantités faibles de cytokines Th2. Il est peu probable qu’il s’agisse de
réponses humorales T-indépendantes. En effet, il a été démontré chez des nourrissons
que quelques semaines après la vaccination contre la polio, les anticorps présents dans
57
Figure 12. Apparition des anticorps anti-poliomyélite après vaccination orale, chez le nourrisson
(référence 340).
16
48
Days
64
80
96
le sérum sont majoritairement des IgG, et que des IgA sont produits au niveau
mucosal, ce qui témoigne de l’existence d’une aide à la commutation isotypique
provenant des lymphocytes T
(figure 12). En réponse à la vaccination de
nourrissons contre l’hépatite B, on observe également une production d’IgM qui ne
dure que quelques jours, après quoi les IgGl, 3 et 4 sont les isotypes dominants
287 288
L’analyse de la réponse T ne nous permet à présent pas d’expliquer l’observation
surprenante de la production de quantités supérieures d’anticorps chez le nourrisson,
par rapport à l’adulte, en réponse aux vaccins contre la poliomyélite et contre
l’hépatite B. Les réponses humorales sont généralement considérées comme étant de
faible amplitude en début de vie, et des schémas précoces de vaccination induisent
généralement
des
concentrations
sériques
d’anticorps
d’utilisation de calendriers de vaccination plus tardifs
plus
faibles
que
lors
Bien que nos observations en
matière de production d’anticorps supporte le développement de stratégies de
vaccinations précoces contre des infections contrôlées par l’immunité humorale,
l’étude de la persistance des taux d’anticorps, des isotypes produits et de l’affinité des
anticorps pour les antigènes chez les nourrissons est nécessaire à l’appréciation
globale de ces résultats. Les particularités de l’aide des lymphocytes T à la synthèse
des immunoglobulines en début de vie devraient être caractérisées. L’expression de
récepteurs de chémokines à la surface des lymphocytes néonataux mérite d’être
étudiée, étant donné leur rôle dans l’aide à la synthèse des immunoglobulines par les
lymphocytes B au niveau des follicules lymphoïdes
•
Rôle de la voie d’administration du vaccin
La voie d’administration du vaccin pourrait jouer un rôle dans les différences
observées dans la capacité de nourrissons à produire de l’IFN-y après vaccination par
le BCG intradermique, le vaccin oral contre la poliomyélite, et le vaccin
intramusculaire contre l’hépatite B. La présence au niveau du derme de cellules
présentatrices de l’antigène professionnelles, les cellules de Langerhans, pourrait être
un élément déterminant de l’immunogénicité du BCG
La production d’IFN-y
après vaccination sous-cutanée par le BCG est effectivement moindre que celle
retrouvée après vaccination intradermique
Des études récentes de vaccins à
l’ADN ont montré l’avantage de la vaccination intradermique par rapport à la
58
vaccination sous-cutanée, et ont donné lieu au développement de revolvers permettant
la délivrance intradermique d’un grand nombre de particules vaccinales
. Dans le
modèle murin, la voie dermique ne permet pas l’induction de tolérance néonatale aux
alloantigènes
Dans le cas de la vaccination orale contre la poliomyélite, la rate joue probablement
un rôle important dans la présentation antigénique, puisque le virus se retrouve dans la
circulation sanguine après vaccination
Chez les souriceaux, il a été observé que la
rate est un organe de développement préférentiel de réponses Th2, ceci semblant être
dû au rôle prédominant de lymphocytes B par rapport aux cellules dendritiques dans
la présentation antigénique
Les organes lymphoïdes associés aux muqueuses sont
aussi susceptibles de jouer un rôle important après vaccination entérique. Or,
l’exposition orale aux allergènes environnementaux en début de vie s’accompagne
d’un développement de réponse Th2 par défaut
réponses
Th2
suite
à
l’exposition
entérique
Bien que l’établissement de
à
certains
antigènes
semble
particulièrement marqué en période infantile, des phénomènes similaires semblent
exister chez l’adulte. Ainsi, l’exposition orale aux mycobactéries peut inhiber la
réaction d’hypersensibilité retardée à la tuberculine induite par la vaccination par le
BCG chez des adultes
La vaccination entérique n’en demeure pas moins une voie
privilégiée pour les stratégies de vaccination en début de vie, en raison du côté peu
invasif et non douloureux de la procédure vaccinale.
Les connaissances concernant les réponses immunes cellulaires infantiles demeurent
limitées. Les caractéristiques de l’expansion de cellules effectrices, la génération de
lymphocytes mémoires, la persistance de la réponse, le trafic tissulaire des
populations cellulaires effectrices seront des questions essentielles à investiguer. La
capacité de nouveau-nés à générer une réponse vaccinale cytotoxique devra également
être étudiée. Le rôle de lymphocytes T régulateurs en début de vie devra être
caractérisé. Il sera aussi intéressant d’étudier, chez l’homme, l’existence d’une
compartimentalisation anatomique des voies de différenciation des lymphocytes T
auxiliaires.
59
2. L’administration précoce du BCG peut moduler le développement de réponses
immunes adaptatives à d’autres antigènes
Après avoir démontré que le BCG a la particularité d’induire une réponse de type Thl
à la naissance, nous avons observé qu’il peut également promouvoir la réponse
cellulaire et humorale à d’autres vaccins administrés durant la petite enfance. Quels
peuvent en être les mécanismes ? On n’observe pas de modulation des réponses a la
phytohaemagglutinine, un mitogène activant non spécifiquement les lymphocytes.
L’effet du BCG porte exclusivement sur les réponses spécifiques de l’antigène aux
autres vaccins. Ceci supporte l’hypothèse d’un effet du BCG sur les conditions de
présentation de l’antigène plutôt que directement sur les lymphocytes T. Il a été
démontré chez l’animal que la vaccination par le BCG induit dans le ganglion
régional une augmentation de la quantité totale d’IFN-y, d’IL-12 et d’IL-18 produit,
ainsi que le recrutement d’un grand nombre de cellules dendritiques dans différentes
régions du ganglion ^97,298
imaginer que ces
facteurs pro­
inflammatoires affectent le développement des autres réponses immunes initiées dans
le même ganglion, après l’injection du BCG et d’un autre vaccin dans le même bras.
De manière surprenante, nous avons aussi observé que l’administration du BCG à
l’âge de deux mois promeut la production d’anticorps neutralisants anti-polio. Etant
donné la virémie induite par la vaccination anti-poliomyélite, la rate joue sans doute
un rôle dans la réaction immune primaire suite à la vaccination
. Nos observations
suggèrent donc que le BCG est capable d’un effet immunomodulateur à distance.
La nature des facteurs immunostimulants liés au BCG au niveau du ganglion aussi
bien qu’au niveau systémique sont inconnus. Une dissémination du BCG vers des
organes lymphoïdes situés à distance est possible, par voie vasculaire, en situation
extra- ou intracellulaire dans une cellule phagocytaire. Des autopsies faites sur des
nourrissons ayant été vaccinés par le BCG à la naissance ont effectivement démontré
la présence de granulomes tuberculoïdes et de BCG dans le foie, la rate, la moelle
osseuse
Dans ces localisations, le BCG pourrait activer des processus
inflammatoires capables de moduler le développement de réactions immunes en
cours. Les succès de l’immunothérapie de cancers par l’instillation de BCG en sont
60
peut-être ime illustration
Par ailleurs, des molécules produites par le BCG
pourraient se retrouver dans la circulation et moduler des réponses immunes à
distance. Il a en effet été démontré que l’infection de cellules dendritiques par le BCG
n’est pas indispensable pour induire une augmentation de l’expression de molécules
de co-stimulation et la production de cytokines pro-inflammatoires : des éléments de
la paroi du BCG produisent le même effet
La présence dans le sang de facteurs
mycobactériens solubles aux propriétés immunostimulantes n’a néanmoins jamais été
démontrée. L’immunomodulation liée au BCG pourrait aussi résulter de la production
systémique de facteurs endogènes lors de la vaccination. Ces facteurs pourraient
servir de signaux d’appel à distance, capables d’activer le système immunitaire, et de
moduler la génération de réponses immunes adaptatives en cours. Il pourrait s’agir de
cytokines pro-inflammatoires, de protéines de la phase aiguë ou de protéines de choc
thermique.
On peut trouver surprenant que le BCG promeuve la production de cjdokines de type
Th2 et les réponses humorales à d’autres vaccins. Il faut néanmoins se rappeler que si
le BCG induit la production de quantités importantes d’IFN-y par des lymphocytes
CD4 activés, l’analyse clonale démontre que des lymphocytes ThO voire Th2 sont
aussi présents. De même, bien que leur rôle dans la protection contre la tuberculose
demeure peu connu, des anticorps dirigés contre les antigènes mycobactériens sont
retrouvés chez des individus infectés par Mycobacterium tuberculosis ou vaccinés par
le BCG
Il serait inexact d’opposer réponse Thl à réponse humorale. L’IFN-y peut
participer à l’induction de commutation isotypique, et l’expression du CD40L à la
surface des lymphocytes T est essentielle aussi bien lors de la régulation de la réponse
T que dans l’interaction avec le lymphocyte B
Il est possible que la promotion des réponses Th2 et humorales par le BCG soit
spécifique des premiers mois de vie. Il a néanmoins été démontré dans des modèles
animaux adultes que la vaccination par le BCG ou d’autres infections sont capables
d’induire tme déviation immune ou une rupture de tolérance
De même,
l’induction de la production d’IFN-y par un vaccin expérimental comprenant le BCG
permet d’influencer le décours d’une infection ultérieure à T. cruzi chez des souris
adultes
L’influence de l’âge sur les effets modulateurs du BCG sur les réponses à
61
Table 4. Vaccins en développement susceptibles de présenter des qualités particulières pour être utilisés en début de vie.
Avantages
Type de vaccin
Vaccin vivant recombinant
Persistance dans l’hôte, protection longue, nombre de doses réduit
BCG
Thl, CTL, anticorps ?
Poxvirus
Thl, CTL, anticorps
Salmonella, autres
Immunité muqueuse
Vaccin inerte
Production standardisée, pas de maladie vaccinale, non transmissible
Vaccins subunitaires + adjuvants
Th 1, anticorps
Formulations particulières*
Th 1, anticorps
Vaccins au DNA
Thl, CTL, anticorps
* Permettent de faciliter le passage de l’antigène vers des voies d’activation de l’immunité cellulaire.
Inconvénients
Maladie vaccinale, production, distribution
Réactogénicité variable
Risque d’intégration ? auto-immunité ?
d’autres antigènes devra être recherchée. Par ailleurs, la persistance de l’effet
modulateur du BCG sur les réponses aux autres antigènes devrait être investiguée.
3. Vers de nouvelles indications cliniques du BCG ?
Les propriétés modulatrices du BCG sur les réponses aux autres antigènes pourraient
avoir des implications cliniques. Une étude récente en Guinée-Bissau suggère en effet
que la vaccination par le BCG s’accompagne d’une réduction de mortalité qui n’est
pas expliquée par la prévention de la tuberculose
Dans le même environnement,
un effet protecteur du BCG contre le développement d’atopie a été rapporté
. Notre
observation concernant la promotion des réponses vaccinales en Gambie supporte la
continuation de la vaccination néonatale par le BCG en pays en voie de
développement. D’autres composés dotés de propriétés immunostimulatrices en début
de vie pourraient être recherchés. Ces composés pourraient être utilisés comme
adjuvants au cours de vaccinations ou viser à diminuer la sensibilité aux infections
intra- ou extra-cellulaires en stimulant les réponses de type Thl et les réponses
humorales. La toxicité potentielle d’immunothérapies impose néanmoins une grande
prudence dans l’administration au nourrisson de molécules immunostimulatrices à but
thérapeutique
Le BCG pourrait également connaître de nouvelles indications comme vaccin vecteur
recombinant, exprimant des antigènes non mycobactériens. Divers types de vaccins
susceptibles de générer des réponses immunes cellulaires vigoureuses sont en cours
de développement
. La table 4 reprend les propriétés générales de vaccins vivants,
tués et de vaccins à l’ADN, différents vaccins susceptibles de présenter des avantages
en période néonatale. Des résultats encourageants ont été obtenus chez l’adulte, mais,
à part le BCG, des vaccins connus pour leurs propriétés activatrices de l’immunité
cellulaire n’ont pas été étudiés en début de vie. En table 5, on peut voir les propriétés
souhaitables des vaccins à administrer en début de vie. Cette liste résume l’ensemble
des qualités qu’on peut être en mesure d’espérer, mais il y a des spécificités en
fonction des différents pathogènes. La table 6 présente le type d’immunité qui devrait
être générée pour le contrôle de quelques-unes des grandes maladies contre lesquels
un vaccin en début de vie est nécessaire. Nos observations démontrent que le BCG,
62
Table 5. Objectifs de vaccins futurs pour la période néonatale.
1. Induction rapide d’anticorps (isotypes appropriés)
2. Induction rapide de réponses ThI et CTL
3. Induction d’immunité mémoire
4. Absence d’inhibition par les anticorps maternels
5. Peu d’effets secondaires (douleur, fièvre, maladie vaccinale, cicatrice, auto-immunité)
6. Compatibilité d’administration avec les autres vaccins
7. Aspects logistiques : coûts limités, bonne stabilité, acceptabilité
Table 6. Maladies infantiles importantes qui pourraient être contrôlées par de nouveaux
vaccins administrés précocement.
Pathogène
Type d’immunité souhaitée
Malaria
Thl, CTL, anticorps
Rotavims, autres entéropathogènes Anticorps, immunité muqueuse
Virus respiratoire syncitial
Anticorps, immunité muqueuse, Thl, CTL
Rougeole
Anticorps, Thl, CTL
Tuberculose
Thl, CTL
HIV
CTL, anticorps
Allergie
Thl
grâce à ses propriétés adjuvantes et au fait que son administration au nouveau-né est
déjà pratiquée, pourrait être un vecteur vaccinal intéressant en début de vie.
4. Modulation du système immunitaire inné du nouveau-né par une infection
chronique maternelle
L’étude que nous avons menée en Bolivie montre qu’une infection maternelle peut
affecter le développement du système immunitaire inné in utero. Nous avons en effet
observé que l’infection maternelle à T. cruzi induit chez des nourrissons non infectés
une capacité accrue à produire des cytokines monocytaires pro- (IL-ip, IL-6, TNF-a)
et anti- (IL-10, sTNFRl, sTNFR2) inflammatoires en réponse à un lysat parasitaire.
Le mécanisme par lequel se fait la modulation du système monocytaire du nouveau-né
n’est pas élucidé. Un rôle des anticorps maternels spécifiques d’antigènes de T. cruzi
et qui peuvent lier les récepteurs de fragments Fc des immunoglobulines à la surface
des monocytes du nouveau-né est possible
Néanmoins, une synthèse accrue d’IL-
ip et d’IL-6 en réponse à la stimulation par un mélange de lipopolysaccharide
bactérien et de phytohaemagglutinine démontre que l’activation du système
monocytaire-macrophagique des nourrissons n’est pas exclusivement spécifique de
l’antigène. Un passage transplacentaire de molécules immunomodulatrices qui
agiraient sur les monocytes fœtaux est donc probable. De telles molécules sont
produites par T. cruzi, mais leur passage transplacentaire n’a pas été démontré
Il serait intéressant de définir le rôle de cette activation du système monocytaire fœtal
dans le cadre de l’infection congénitale à T. cruzi. La phase aiguë de la maladie de
Chagas, caractérisée par une parasitémie élevée, est principalement contrôlée par les
fonctions bactéricides des monocytes/macrophages activés
Bien que l’infection
congénitale survienne dans 2 à 12% des grossesses de femmes infectées, l’activation
du système monocytaire pourrait contribuer à empêcher la transmission verticale du
parasite chez la majorité restante
. L’effet de l’infection maternelle sur la capacité
de monocytes de nouveau-nés à tuer des parasites intracellulaires et à présenter des
antigènes parasitaires pourrait être étudié.
63
L’effet de l’infection maternelle sur le contrôle de l’infection non pas congénitale
mais posmatale, par le vecteur, plus tard en cours de vie, est également incoruiu. Pour
que l’infection maternelle ait des conséquences durables sur la capacité de l’individu à
contrôler une infection à T. cruzi, une modulation des réponses lymphocytaires,
dotées de mémoire immunologique, est sans doute nécessaire. Nous n’avons détecté
de cytokines lymphocytaires dans le surnageant de cellules sanguines stimulées par un
lysat parasitaire que chez une faible proportion de nouveau-nés de mères infectées par
T. cruzi. La stimulation de cellules sanguines par un lysat parasitaire permet sans
doute la détection de réponses CD4, mais on ne peut exclure l’activation d’une
réponse CD8 non détectée, car les antigènes ne sont pas présentés par les molécules
HLA de classe I dans ces conditions de stimulation. Il conviendrait de rechercher au
moyen d’autres méthodes l’activation in utero de lymphocytes CD8 spécifiques de T.
cruzi. Si l’activation de lymphocytes CD4 et/ou CD8 par l’infection maternelle se
confirme par l’étude d’un plus grand nombre d’individus au moyen de méthodes
sensibles de détection de ces réponses, et que leur persistance est démontrée, un effet
protecteur ou aggravant sur une infection post-natale devrait être recherché.
Etant donné la composante non spécifique de l’antigène de l’activation de la
production de cytokines monocytaires, on peut s’interroger sur le rôle que l’infection
maternelle à T. cruzi peut jouer dans la capacité du nourrisson à répondre à d’autres
stimulations immunitaires en début de vie. Il serait intéressant, d’une part, d’étudier
les fonctions de présentation de l’antigène des monocytes, macrophages et cellules
dendritiques de nouveau-nés et d’enfants plus âgés nés de mères infectées. D’autre
part, cette question pourrait être investiguée par l’étude du rôle de l’infection
maternelle à T. cruzi sur le développement de la réponse immune aux différents
vaccins de la petite enfance et sur le développement d’allergies.
5. Obstacles aux développements de la vaccinologie néonatale
Par notre travail, nous espérons avoir contribué à mieux définir les particularités du
système immunitaire du nouveau-né humain. Nous avons identifié des facteurs
prénataux et post-nataux susceptibles d’influencer le développement des réponses
immunes du nourrisson. Ceci, dans l’espoir d’améliorer les connaissances des
conditions permettant d’induire précocement des réponses immunes protectrices
64
contre des maladies infectieuses dévastatrices, surtout en pays en voie de
développement, là où le travail présenté ici a été mené. Bien que l’importance de
développer des stratégies de vaccination précoce soit reconnue, de nombreux
obstacles s’opposent encore à leur développement
On
observe
actuellement
en
pays
^ 1 fi
industrialisés
un
souci
croissant
bien
compréhensible d’éviter les réactions non désirables liés aux vaccins. Or, les
particularités du système immunitaire du nouveau-né pourraient s’accompagner d’une
susceptibilité augmentée à certains effets secondaires liés à la vaccination. Les risques
d’effets secondaires justifient le remplacement du vaccin vivant atténué contre la
poliomyélite par le vaccin inactivé, et du vaccin cellulaire contre la coqueluche par le
vaccin acellulaire, dans les pays industrialisés
Le vaccin contre le rotavirus mis
sur le marché aux Etats-Unis a été retiré ensuite à cause d’un risque d’intussusception
intestinale
Un lien entre la vaccination du nourrisson contre l’hépatite B, contre la
rougeole et contre VHaemophilius influenzae de type b et le développement sclérose
en plaque, d’autisme et de diabète a été suggéré, mais jamais démontré
'
. Les
risques d’effets secondaires sont à considérer dans le développement de vaccins futurs
également. Dans le cas de l’utilisation de vaccins à l’ADN, il existe un risque
théorique mais non démontré de développement de maladies auto-immunes ou de
cancers secondaires à l’intégration de l’ADN au sein du génome de cellules de
l’individu vacciné. La cicatrice inélégante induite par un BCG recombinant ou par
certains vaccins pox pourrait également limiter leur acceptation. En l’absence de
démonstration d’effets négatifs l’emportant sur les effets positifs de la vaccination, la
vaccination doit néanmoins demeurer un geste civique rendu à la collectivité, une
participation personnelle aux efforts de contrôle des maladies infectieuses à l’échelle
planétaire, en plus du but de protection individuelle.
En pays en voie de développement, l’épidémiologie des infections impose parfois de
reconsidérer la balance entre effets bénéfiques et effets secondaires. La transmission
environnementale du vaccin vivant contre la poliomyélite, augmentant les taux de
couverture vaccinale, impose d’y continuer son administration
^17
. Les effets du
vaccin contre le rotavirus mériteraient d’y être étudiés, car le bénéfice lié à un
contrôle de la diarrhée pourrait dépasser de loin le risque lié à l’intussusception
65
La crainte d’effets secondaires complique le développement d’initiatives d’études de
la vaccination en début de vie. Des questions importantes et non résolues concernent
les conditions et l’endroit du passage des études d’immunogénicité chez l’adulte aux
études en début de vie
Dans bien des pays développés, le principe de la prise de
sang chez des enfants sains uniquement à but de recherches est mal accepté. Dans les
pays en voie de développement, on voit d’un mauvais œil l’étude de vaccins
potentiellement toxiques sur une population qui risque de ne pas bénéficier des
résultats des études, pour des raisons économiques. L’étude de l’âge optimal de
vaccination par des vaccins existants pourrait se faire dans les pays où les
recommandations actuelles ne permettent pas un contrôle satisfaisant de la maladie.
Ainsi, l’immunogénicité et l’efficacité clinique de schémas de vaccination précoces
comportant une dose à la naissance méritent d’être étudiés en pays en voie de
développement dans le cas des vaccins conjugués contre
le pneumocoque,
VHaemophilius influenzae de type b, le méningocoque, la coqueluche, la diphtérie, la
rougeole. Pour éviter de menacer l’immunogénicité à long terme de tels schémas, une
dose tardive additionnelle pourrait être administrée.
Pour l’étude de nouveaux vaccins, formulations, adjuvants, il faudra planifier des
études en partenariat entre institutions de pays en voie de développement et pays
industrialisés. Les études d’immunogénicité et de toxicité devraient prendre place
aussi bien dans un pays en voie de développement que dans un pays industrialisé,
alors que les études d’efficacité pourraient évoluer indépendamment. Des partenariats
entre
membres
d’institutions
scientifiques,
gouvernements,
institutions
internationales, mécènes et compagnies privées de production de vaccins devraient
définir précocement le cadre de recherche, de production et de distribution des
vaccins. Ce cadre doit permettre d’assurer un accès aux vaccins dans les régions les
plus touchées et garantir la stabilité économique aux investisseurs financiers. Les
considérations éthiques concernant ces études doivent être évaluées notamment par
des représentants des gouvernements ainsi que des membres de la société civile des
pays où ces études ont lieu.
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Intitulé de la thèse annexe
Cellules souches du sang de cordon ombilical : l’assurance-vie du troisième millénaire ?
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