Recherche vaccinale — Cinq questions sur la mise au point d’un vaccin anti-VIH

Cet article a été publié dans Transcriptases n°142.

Vingt-cinq ans de recherches d’un vaccin anti-VIH ont conduit à maintes désillusions. Un premier signal, ténu mais positif, provenant d’un large essai publié en octobre 2009, suggère qu’il pourrait être possible de vacciner.

Pourquoi un si modeste résultat pour le VIHVIH Virus de l’immunodéficience humaine. En anglais : HIV (Human Immunodeficiency Virus). Isolé en 1983 à l’institut pasteur de paris; découverte récemment (2008) récompensée par le prix Nobel de médecine décerné à Luc montagnier et à Françoise Barré-Sinoussi. alors qu’au cours de la même période, un vaccin efficace contre le papillomavirus, virus de découverte quasi contemporaine et couronnée d’un prix Nobel simultané, est déjà largement répandu ? En quoi le VIH diffère-t-il des autres infections et pourquoi ces modèles de vaccins si efficaces ne le sont-ils pas contre le VIH ?

1. Quels obstacles le VIH oppose-t-il à l’élaboration de vaccins efficaces?

Par sa physiologie et sa capacité à infecter le système immunitaire, le VIH élève trois ordres d’obstacles contre des vaccins.

La plupart des vaccins efficaces bloquent les virus à leur porte d’entrée ou en limitent la dissémination. Ceci s’avère particulièrement difficile pour le VIH qui pénètre dans les muqueuses en utilisant des cellules immunes, les cellules dendritiques, le conduisant au tissu lymphoïde de drainage où il infectera des lymphocytes CD4 et pourra essaimer à l’ensemble du tissu lymphoïde en 24 heures. Comment une immunité vaccinale pourrait-elle être à ce point efficace ? Ce rétrovirus s’intègre immédiatement dans les gènes des cellules immunes capables de rester des années au repos et de garder le provirus invisible aux défenses immunitaires, puis de s’activer et libérer des milliards de particules virales à l’occasion d’une activation antigénique. On peut donc comparer le VIH à un «Cheval de Troie» du système immunitaire.

Une deuxième série d’obstacles est liée à la faible efficacité des anticorps neutralisants. En effet les vaccins antiviraux efficaces protègent grâce à des anticorps, généralement neutralisants bloquant la pénétration des virus dans leurs cellules cibles. Or ces anticorps ont un accès très limité aux rares régions conservées (fixes) que sont les sites de liaison du VIH à ses récepteurs CD4 ou CCR5, le corécepteur utilisé de façon majoritaire. Quelques anticorps neutralisants protecteurs dirigés contre ces sites de liaison ont pu être isolés chez des patients, mais aucune formulation vaccinale n’a pu à ce jour induire de tels anticorps. Un premier prototype, élaboré d’après les travaux de cristallographie nord-américains, pourrait cependant être en passe de succès, mais ceci reste à confirmer.

Un troisième obstacle majeur est lié à l’exceptionnelle variabilité génétique du VIH, virus à ARN doté d’une transcriptase inverse faisant de très fréquentes erreurs de copies. La variabilité du gène de l’enveloppe du VIH d’un seul individu infecté est comparable à la variabilité du virus influenza observée en un an sur toute la planète ! On peut imaginer la gageure que cela représente pour les vaccinologues.

Ainsi, tout concourt à rendre inefficientes les stratégies vaccinales conventionnelles.

2. Quelles stratégies vaccinales peuvent être élaborées à partir des études de l’immunité anti-VIH?

L’immunité peut-elle protéger contre le VIH ? La question mérite d’être posée face à l’absence de guérison spontanée de cette infection, alors que les vaccins conventionnels sont dirigés contre des pathogènes pouvant induire une immunité protectrice et des guérisons spontanées. Deux séries d’observations semblent indiquer néanmoins qu’une immunité partiellement protectrice pourrait être élevée contre le VIH :

– Une prémunition contre l’infection est suggérée par plusieurs cohortes de sujets hautement exposés mais non infectés, mais semble surtout liée à certains gènes protecteurs, tels la délétion partielle du gène codant pour CCR5, et les mécanismes immuns n’en sont pas clairement identifiés.

– Une protection contre la progression de l’infection observée chez moins de 2% des patients infectés (les sujets asymptomatiques à long terme (ALT) et les «HIV Controllers»), est associée à de fortes réponses immunes médiées par les lymphocytes T, mais semble aussi dépendre du statut génétique, en particulier le système HLA.

L’analyse approfondie des paramètres de l’immunité anti-VIH au cours de l’infection établie montre par ailleurs deux éléments majeurs :

– les anticorps neutralisants anti-VIH ne semblent avoir qu’un rôle mineur dans la protection contre la progression de l’infection, mais d’autres anticorps pourraient avoir d’autres fonctions protectrices, encore insuffisamment explorées.

– les lymphocytes T CD8 cytotoxiques semblent jouer un rôle primordial comme l’attestent trois données : d’une part la perte du contrôle de l’infection SIV chez les macaques après élimination de leurs lymphocytes CD8, ensuite la corrélation inverse entre taux de lymphocytes T mémoires CD8 anti-VIH et charge viraleCharge virale La charge virale plasmatique est le nombre de particules virales contenues dans un échantillon de sang ou autre contenant (salive, LCR, sperme..). Pour le VIH, la charge virale est utilisée comme marqueur afin de suivre la progression de la maladie et mesurer l’efficacité des traitements. Le niveau de charge virale, mais plus encore le taux de CD4, participent à la décision de traitement par les antirétroviraux. après primo-infectionPrimo-infection Premier contact d’un agent infectieux avec un organisme vivant. La primo-infection est un moment clé du diagnostic et de la prévention car les charges virales VIH observées durant cette période sont extrêmement élevées. C’est une période où la personne infectée par le VIH est très contaminante. Historiquement il a été démontré que ce qui a contribué, dans les années 80, à l’épidémie VIH dans certaines grandes villes américaines comme San Francisco, c’est non seulement les pratiques à risques mais aussi le fait que de nombreuses personnes se trouvaient au même moment au stade de primo-infection. et enfin leur activité fonctionnelle intense chez les sujets non progresseurs. Des taux élevés de lymphocytes T CD4 anti-VIH semblent également associés au contrôle du VIH chez des sujets non progresseurs, mais ceci pourrait n’être que la conséquence et non la cause d’une réplication virale contrôlée…

De ces observations ont découlé les deux postulats que des vaccins de type conventionnel, inducteurs d’anticorps neutralisants anti-VIH, ne seraient pas efficaces, et que seuls des vaccins inducteurs de puissantes réponses T CD8 induiraient une protection.

3. Quelles stratégies vaccinales ont été mises à l’épreuve?

Toutes ! Les stratégies «pasteuriennes» de vaccins inactivés avaient permis une protection des macaques contre l’infection SIV, mais ceci ne tenait qu’à la production sur cellules humaines de ce vaccin SIV, embarquant avec lui des protéines humaines antigéniques. La protection disparut lorsque le vaccin SIV inactivé fut produit sur cellules de macaques ! La stratégie d’inactivation parut de plus trop peu sécurisée et fut arrêtée.

Alors que la stratégie «jennerienne» d’un vaccin vivant atténué paraissait encore plus hasardeuse, l’injection d’un virus SIV atténué par délétion du gène nef au macaque avait été suivie d’une protection contre la ré-infection par un SIV entier, pathogène. C’est à ce jour la seule protection vaccinale enregistrée contre le SIV, mais elle n’a cependant pas été poursuivie car ce virus atténué induisit un sidaSida Syndrome d’immunodéficience acquise. En anglais, AIDS, acquired immuno-deficiency syndrome. en quelques semaines chez les nouveau-nés macaques.

Des stratégies plus novatrices d’induction d’anticorps, testées dès 1984 avec les enveloppes recombinantes ou des peptides de l’enveloppe du VIH, ont induit de premiers résultats encourageants dans un modèle animal non approprié de chimpanzé, non confirmés dans des modèles macaques ou surtout dans un large essai de phase III en Thaïlande.

Cette succession d’échecs terminait les dix premières années de la recherche vaccinale contre le VIH et imposait le recours à de nouvelles stratégies.

4. Pourquoi sommes-nous entrés dans l’ère du prime-boost et des cellules CD8?

Le concept de «prime-boost», combinant une première immunisation par un vaccin suivie d’un second vaccin différent dirigé contre les mêmes antigènes viraux, vise à induire des réponses immunes complémentaires : cellules T puis anticorps, ou à amplifier des réponses T, essentiellement CD8.

La stratégie du «tout CD8» était ouverte, cependant limitée par deux éléments. Les cellules CD8 ne font en effet qu’éliminer des cellules infectées mais n’empêchent pas la pénétration du virus. De plus, l’induction de cellules T CD8 nécessite des vaccins vivants ou des fragments d’ADN «nu» codant pour les antigènes vaccinaux, ou des peptides. L’ADN nu a l’avantage théorique d’une capacité d’inclusion de larges fractions du génome viral, voire de plusieurs souches, et d’un coût modeste. Cependant, son immunogénicité, raisonnable chez les macaques, s’est avérée modeste chez l’homme, nécessitant de fortes doses. Les peptides, ou mieux lipopeptides, captés par les cellules présentatrices d’antigènes, peuvent induire de meilleures réponses CD8 spécifiques chez l’homme, mais sont de synthèse plus délicate, plus onéreuse, et peuvent difficilement couvrir de larges régions antigéniques.

Les vecteurs viraux recombinants, compromis entre vaccin vivant et ADN nu, ont paru prometteurs. Des fragments d’ADN codant pour le VIH sont incorporés dans le génome d’un autre virus porteur, rendu non pathogène et non réplicatif par génie génétique. Deux familles ont été retenues. Les formes atténuées non réplicatives de poxvirus issues du virus de la vaccine (les MVA ou Nyvac), ou de la vaccine du canari (canarypox). Ces poxvirus recombinants induisent chez l’homme des réponses CD4 et de modestes réponses CD8, amplifiées par l’administration préalable d’un ADN nu codant pour les mêmes gènes du VIH.

Les adénovirus génétiquement modifiés, non réplicatifs et recombinés avec des gènes du VIH, induisent des titres beaucoup plus élevés de cellules T CD8. Leur forte immunogénicité est cependant limitée par la présence, avant toute immunisation, chez environ 50% des sujets, d’anticorps neutralisants anti-adénovirus issus de contacts préalables avec ces virus. La multiplication des injections de tous ces candidats vaccins génère elle aussi des anticorps anti-vecteurs, limitant leur immunogénicité.

Diverses combinaisons ont protégé les maca­ques, exposés secondairement au virus pathogène, non contre l’infection mais contre le sida, en limitant la réplication virale. Ainsi est né le concept d’une vaccination de type prime-boost visant non à prévenir l’infection VIH mais à en limiter la sévérité, à l’instar du BCG limitant la gravité de la tuberculose sans prévenir l’infection à mycobacterium tuberculosis.

5. Comment comprendre les essais STEP et Thaï?

Deux grands essais de phase IIb ou III ont testé l’efficacité protectrice de ces dernières stratégies vaccinales sur des milliers de volontaires sains à haut risque de contamination VIH, évaluant la prévention de l’infection et la limitation de la réplication virale post-infection. L’essai STEP¹Buchbinder S, Mehrotra D, Duerr A et al., «Efficacy assessment of a cell-mediated immunity HIV-1 vaccine (the Step Study) : a double-blind, randomised, placebo-controlled, test-of-concept trial», Lancet, 2008, 372, 9653, 1881-93 utilisant l’adénovirus-5 (Ad5) recombiné pour les gènes gag, pol et nef, incluait 3000 sujets aux Etats-Unis, en Amérique du Sud et en Afrique du Sud, déjà porteurs pour la moitié d’anticorps anti-Ad5. Cet essai fut interrompu du fait d’un taux supérieur d’infections chez les volontaires vaccinés par rapport au bras placeboPlacebo Substance inerte, sans activité pharmacologique, ayant la même apparence que le produit auquel on souhaite le comparer. (NDR rien à voir avec le groupe de rock alternatif formé en 1994 à Londres par Brian Molko et Stefan Olsdal.) sans réduction de charge virale. Cet effet ne s’est révélé significatif que chez des hommes non circoncis porteurs d’anticorps anti-Ad5 pré-existants, sans que des critères de protection puissent être identifiés.

Le large essai de phase III conduit sur 16000 volontaires thaïlandais, très critiqué initialement car combinant deux candidats vaccins n’ayant donné que des résultats préalables modestes (le canarypox) ou négatifs (la glycoprotéine gp120 recombinante soluble), a montré cependant une réduction modeste (31%) mais significative d’infections VIH chez les vaccinés par rapport au groupe placebo²Rerks-Ngarm S, Pitisuttithum P, Nitayaphan S et al., «Vaccination with ALVAC and AIDSVAX to Prevent HIV-1 Infection in Thailand», N Engl J Med, 2009 (mis en ligne sur nejm.org). Néanmoins, l’absence de significativité dans l’analyse par protocole (prenant en compte les infections survenues chez les volontaires ayant reçu l’ensemble des injections de vaccin contrairement à l’analyse en intention de traiter) et de corrélats de protection (corrélation entre la protection contre l’infection VIH et une réponse immune caractérisée cellulaire ou humorale par exemple anticorps) limitent la portée de ce résultat. Il faut malgré tout souligner qu’il s’agit du premier signal positif survenu depuis les débuts des recherches sur le vaccin anti-VIH.

Conclusion

Où en sommes-nous aujourd’hui ? D’autres essais sont en cours avec ce type de vecteurs, notamment en France avec des lipopeptides ; de nouveaux adénovirus chimères évitant les anticorps anti-Ad5 ou des vecteurs réplicatifs sont en cours d’élaboration. Surtout, les résultats négatifs de l’essai STEP ont conduit à la prise en compte dans le schéma des essais d’efficacité des autres modalités de prévention telles que la circoncision, et à la remise en question du «tout CD8», relançant les stratégies anticorps.

Malgré cette longue série d’échecs, la quête d’un vaccin doit continuer et ne peut être interrompue tant l’urgence est grande face à cette infection dévastatrice.

Références

Antibodies, viruses and vaccines, Burton DR, Nature, 2002, 2, 706
HIV Vaccines, Michael AJ, Annu Rev Immunol, 2006, 24, 227-55
The Rational Design of an AIDS Vaccine, Douek DC, Kwong PD, Nabel GJ, Cell, 2006, 124