Splenomegaly, deformability of circulating erythrocytes and heritability of phenotypic diversity in Plasmodium falciparum-exposed subjects

En Afrique sub saharienne, les membres du groupe ethnique Peulh ont une réponse phénotypique singulière à l’infection par Plasmodium falciparum, comportant une prévalence plus élevée de la splénomégalie et de l’anémie, ainsi qu’une charge parasitaire circulante plus basse et qu’une réponse immune humorale anti parasitaire plus intense. Ce phénotype considéré comme « protecteur » est proche d’une forme rare et chronique d’infection palustre, la splénomégalie palustre hyper-réactive. Les déterminants de cette présentation phénotypique particulière sont mal connus. Une origine génétique est suspectée. Nous avons émis l’hypothèse que des spécificités des hématies (parasitées ou non) jouaient un rôle dans la genèse de ce phénotype.Nous avons étudié la réponse phénotypique à l’infection palustre au sein d’une population multi-ethnique (Bariba, Gando, Otamari, Peulh) de près de 800 individus (193 familles) vivant dans le nord-ouest du Bénin, en zone d’hyper endémie palustre. Huit passages transversaux entre juin 2015 et décembre 2017 ont été réalisés. Nous avons confirmé, dans le groupe Peulh, une sur-prévalence de la splénomégalie. Les IgM plasmatiques totales, mesurées à 2 reprises, étaient aussi plus élevées chez les Peulhs. L’évolution temporelle de la prévalence de l’infection palustre, de la fièvre et de l’anémie différait selon les ethnies de façon inconstante.Nous avons ensuite analysé le phénotype érythrocytaire au sein de cette même population lors d’un passage transversal fin 2017. A cette date, la splénomégalie était significativement plus prévalente chez les Peulhs, mais la tendance à l’anémie et à une moindre charge parasitaire, bien que présente, n’était pas significative. Il existait une sur-prévalence non significative d’infection palustre dans le groupe Peulh. Les hématies circulantes, étudiées par microsphiltration et ektacytométrie, étaient plus déformables dans le groupe Peulh. L’analyse uni puis multivariée des facteurs associés aux valeurs de déformabilité a montré que les déterminants en étaient l’ethnie et la présence de marqueurs d’infection palustre (test diagnostique rapide ou PCR) ; la déformabilité élevée des hématies n’étant observée que chez les sujets Peulhs infectés. Au sein d’un sous-groupe de 120 sujets, l’infection des hématies in vitro par P. falciparum n’a pas montré de différence inter ethnique en termes de déformabilité des hématies infectées ou de croissance parasitaire. En revanche, il existait une corrélation positive, plus marquée chez les Peulhs, entre déformabilité des hématies circulantes et croissance plasmodiale in vitro. L’héritabilité de la déformabilité érythrocytaire (valeurs de microsphiltration) était très importante chez les Peulhs et les sujets infectés. Le groupe Peulh possédait également une plus grande proportion de cellules B mémoires IgM positives en circulation.Ces données confirment l’existence d’une réponse phénotypique particulière de l’ethnie Peulh à l’infection palustre, sujette à de fortes variations temporelles. La déformabilité élevée des hématies circulantes chez les Peulhs, trait hautement héritable associé à une corrélation entre déformabilité des hématies circulantes et croissance in vitro du parasite, pourrait être expliquée, dans ce groupe, soit par une réponse hématopoïétique exacerbée à l’infection, soit par une déformabilité basale plus importante dans un sous-groupe de sujets Peulhs, favorisant l’infection, soit enfin par une filtration splénique des hématies exacerbée par l’infection palustre. Ces éléments suggèrent que chez les sujets exposés au paludisme, des spécificités érythrocytaires ou spléniques pourraient intervenir en amont de la réaction immune adaptative, et ouvrent la voie à l’identification des déterminants génétiques de ce nouveau trait.In subsaharan Africa, the Fulani people display a specific phenotypic response to the infection with Plasmodium falciparum, defined by the over-prevalence of splenomegaly and anemia, less frequent or lower parasitemia), and a stronger anti plasmodial immune response. This “protective” phenotype is reminiscent of hyper-reactive malarial splenomegaly, a rare and chronic form of malarial infection. Determinants of this specific phenotype remain elusive, but a genetic basis is suspected. We hypothesized that specificities of erythrocytes (parasitized or not) would play a role in the emergence of this phenotype.We have studied the phenotypic response to malarial infection in a 800 subjects (193 families) multi-ethnic cohort (Bariba, Gando, Otamari, Fulani) living in sympatry in Northern Benin, a malarial hyperendemic region. Eight cross-sectional studies were performed between June, 2015 and December, 2017. We confirmed, among Fulani, a greater prevalence of splenomegaly. Total plasma IgM were also higher among Fulani at 2 time points. Analysis of temporal trends of Plasmodium infection markers, fever and anemia showed inconstant inter-ethnic differences.We then evaluated erythrocyte phenotype in the same cohort, during a cross-sectional study in December, 2017. At this time, prevalence of splenomegaly was significantly higher among Fulani, but the trend towards anemia and lower parasitic load, although present, was unsignificant. We found a higher, non-significant, prevalence of malarial infection among Fulani. Deformability of circulating erythrocytes, measured through ektacytometry and microsphiltration, was higher among Fulani. Uni- then multivariate analysis of factors associated with erythrocyte deformability showed that the major determinants of this trait were ethnicity and markers of plasmodial infection (rapid diagnostic test or PCR); increase in deformability being almost exclusively observed among infected Fulani subjects. In a subgroup of 120 subjects, in vitro infection of erythrocytes with P. falciparum did not show inter-ethnic differences regarding erythrocyte deformability or parasite growth. However, a positive correlation was observed between circulating erythrocytes deformability and parasite growth. This was more pronounced in Fulani. Heritability of erythrocyte deformability (through microsphiltration) was very high in Fulani and in infected subjects. Fulani also displayed a higher proportion of circulating IgM-positive memory B cells.These data confirm the reality of a peculiar phenotypic response to malarial infection among Fulani; this phenotype is nevertheless subject to marked temporal variations. The enhanced deformability of circulating erythrocytes in Fulani, its strong heritability, and the correlation between circulating erythrocytes deformability and parasite growth after in vitro infection could be explained by three non-mutually exclusive hypotheses: and enhanced erythropoietic response to malarial infection in Fulani; an increased circulating erythrocytes deformability in a subgroup of Fulani, which would favor infection; or by an enhanced splenic filtration of erythrocytes by the spleen in reaction to infection in Fulani. These elements suggest that in malaria-exposed subjects, erythrocytes or spleen-related specificities could act upstream of antimalarial immune response. This also paves the way to the identification of genes involved in this novel trait