Anti-infectious properties of Toll-like receptor agonists in association with antibiotics in the treatment of lung infections

Les pneumonies bactériennes, notamment à Streptococcus pneumoniae,représentent la troisième cause de mortalité au niveau mondiale et la progression constantede la résistance aux antibiotiques complique la prise en charge des patients. La stimulationde l’immunité innée, de par sa rapidité d’activation et la grande variété des mécanismes dedéfense mis en jeu, est une approche intéressante pour le développement d’alternativesthérapeutiques anti-infectieuses. Notre laboratoire a montré précédemment quel’administration intra-nasale de flagelline, agoniste du récepteur de l’immunité innée Toll-likereceptor 5, en association avec l’antibiothérapie, était plus efficace que l’antibiothérapieseule contre l’infection pulmonaire à S. pneumoniae chez la souris.Au cours de ce travail de thèse, nous avons montré que l’association antibiotique – flagellineétait synergique dans ce modèle, avec deux antibiotiques différents, l’amoxicilline et lecotrimoxazole. Nous avons également montré la synergie du traitement combiné amoxicilline– flagelline dans un modèle murin de surinfection bactérienne post-grippale par une souchede S. pneumoniae résistante à l’amoxicilline. En parallèle, nous nous sommes intéressésaux mécanismes de défense immunitaires cellulaires et moléculaires responsables del’efficacité anti-infectieuse de la flagelline en association avec les antibiotiques contrel’infection à S. pneumoniae. Des études de transcriptomique et protéomique sur le poumonet le liquide de lavage broncho-alvéolaire nous ont permit de mettre en évidence uneactivation par la flagelline des voies de signalisation associées au recrutement, à l’activationet aux capacités antimicrobiennes des cellules immunitaires innées, notamment desneutrophiles. Un recrutement significatif, rapide et transitoire de neutrophiles dans leparenchyme pulmonaire et le LBA a été observé par cytométrie en flux chez les sourisinfectées par S. pneumoniae et traitées par l’association amoxicilline – flagelline par rapportaux souris traitées par amoxicilline seule. L’étude de l’effet protecteur du traitement combinéamoxicilline – flagelline dans un modèle murin de déplétion sélective des neutrophiles etchez des souris chimères Cxcr2-/- présentant un défaut de recrutement des neutrophilesnous a permit de confirmer le rôle essentiel de ces cellules pour l’efficacité de la flagellinecontre l’infection pneumococcique. Cependant, nous n’avons pas mis en évidence dedifférence phénotypique ou fonctionnelle des neutrophiles pulmonaires recrutés dans lecontexte de l’infection pneumococcique en présence ou en l’absence de flagelline, suggérantque le rôle essentiel des neutrophiles dans l’efficacité de la flagelline contre l’infection à S.pneumoniae serait lié à une augmentation de leur nombre, mais pas de leurs capacitésfonctionnelles.Ces résultats démontrent l’intérêt de la stimulation de l’immunité innée par la flagelline entant que stratégie thérapeutique anti-infectieuse innovante pour le traitement despneumonies, permettant de renforcer l’efficacité de l’antibiothérapie contre des souchesrésistantes, de diminuer les doses d’antibiotiques utilisées et de limiter l’apparition derésistances.Bacterial infections of the respiratory tract constitute a major cause of death worldwide. Given the constant rise in bacterial resistance to antibiotics, treatment failure is increasingly frequent. In this context, innovative therapeutic strategies are urgently needed. Stimulation of innate immune cells in the respiratory tract (via activation of Toll-like receptors (TLRs)) is an attractive approach for rapidly activating the body’s immune defenses against a broad spectrum of microorganisms. Previous studies of the TLR5 agonist flagellin in animal models showed that standalone TLR stimulation does not result in the effective treatment of pneumococcal respiratory infection but does significantly improve the therapeutic outcome of concomitant antibiotic treatment.The objectives of my thesis are, firstly, to define the type of therapeutic interaction between antibiotics and flagellin (additive or synergic) and to study its effectiveness against respiratory infection caused by antibiotic-resistant bacteria. Secondly, to investigate the molecular and cellular mechanisms implicated in flagellin's ant-infectious efficacy, particularly the role of neutrophils, wich are massively recruted in the lung upon intranasale administration of flagellin