Identification of immune factors involved in neuroinflammation and its resolution, in cerebral malaria context : Role of the monocyte responses

En 2020, le paludisme reste un problème majeur de santé publique. Malgré des avancées scientifiques capitales, il est encore responsable de plus de 400 000 décès chaque année, principalement chez les enfants en Afrique Sub-saharienne. Le neuropaludisme est l'une des formes les plus sévères du paludisme. Sa physiopathologie est complexe, impliquant l'adhésion des érythrocytes infectés par Plasmodium falciparum à l'endothélium vasculaire dans le cerveau. Ce mécanisme conduit à une obstruction du flux sanguin, une inflammation locale, une altération de la barrière hémato-encéphalique et à un éventail de réponses cellulaires visant à résoudre le processus de neuroinflammation. Parmi ces cellules, les monocytes/macrophages jouent un rôle clé de par leur capacité à s'adapter à leur microenvironnement en fonction des différents signaux qu'ils perçoivent, modulant ainsi les balances pro/anti-inflammatoire et pro/antioxydante, essentielles à la résolution du neuropaludisme. Les monocytes sont composés de trois sous-populations dont le rôle dans la physiopathologie du neuropaludisme a été peu étudié et reste à éclaircir. Pour compléter ces connaissances, une approche combinant modèle murin et études chez des patients béninois a été menée. Une première étude a été conduite chez des enfants béninois présentant un paludisme simple, une anémie sévère palustre, ou un neuropaludisme dans le but de déterminer si les paramètres monocytaires constituent des facteurs de sévérité et/ou de risque de décès au cours d'un paludisme grave. Les pourcentages et phénotypes des sous-populations monocytaires obtenus chez les trois groupes d'enfants lors de leur admission dans les centres de santé (J0) ont été comparés. Les résultats ont permis de mettre en lumière l'implication des monocytes non classiques dans la protection vis-à-vis des formes sévères de paludisme et de confirmer l'importance du récepteur CD36 des monocytes comme facteur protecteur de sévérité et de survenue de décès. Pour aller plus loin, un travail a ensuite été mené sur un modèle murin de neuropaludisme mis en place pour se rapprocher des conditions réelles, à savoir un traitement tardif, et débouchant sur une résolution de l'infection. Des souris C57BL/6 ont été infectées par P. berghei ANKA (J0) et traitées tardivement à la chloroquine. La cinétique d'évolution des sous-populations monocytaires a été suivie en termes de pourcentage et d'expression protéique et génique, à la fois dans le sang, la rate et le cerveau, jusqu'à la résolution de l'infection (J12). Les résultats suggèrent une implication des monocytes classiques et intermédiaires dans la neuroinflammation, au contraire des monocytes non classiques. A J12 était observé un nouvel afflux de monocytes intermédiaires vers le cerveau, suggérant également un rôle de cette sous-population dans la résolution tardive de la neuroinflammation. Les analyses protéique et génique ont mis en évidence une implication favorable de Nrf2, CD36, HO-1, CMH-II, COX-2 et de la 12/15-LOX dans la résolution de l'infection. Une deuxième étude a ensuite été menée chez des enfants béninois, avec un plus grand nombre de patients et un suivi à J3 et J30. Deux groupes de sujets ont été inclus, présentant un paludisme simple (n = 94) ou un neuropaludisme (n = 65). Dans l'ensemble, les résultats indiquent que les monocytes non classiques et intermédiaires étaient respectivement impliqués dans l'amélioration clinique et la survie des patients. L'expression de CD14, CD16, CD36 et HLA-DR était un facteur protecteur vis-à-vis du neuropaludisme. De manière intéressante, nos résultats montrent également une association entre une réponse pro-oxydante moins active, la sévérité du paludisme, et la survenue de décès. L'ensemble de ces résultats apporte un nouvel éclairage sur l'implication des monocytes/macrophages au cours du neuropaludisme.In 2020, malaria remains a major public health problem. Despite major scientific advances, it is still responsible for more than 400,000 deaths each year, mainly among children in Sub-Saharan Africa. Cerebral malaria is one of the most severe forms of malaria. Its physiopathology is complex, involving adhesion of Plasmodium falciparum-infected erythrocytes to the vascular endothelium in the brain. This mechanism leads to obstruction of blood flow, local inflammation, alteration of the blood-brain barrier and a range of cellular responses aiming to resolve the neuroinflammation process. Among these cells, monocytes/macrophages play a key role due to their ability to adapt to their microenvironment according to the different signals they perceive, thus modulating the pro/anti-inflammatory and pro/antioxidant balances that are essential to the resolution of cerebral malaria. Monocytes are composed of three subpopulations whose role in the physiopathology of cerebral malaria has been little studied and remains to be clarified. To complete this knowledge, an approach combining a mouse model and studies in Beninese patients was conducted. A first study was conducted in Beninese children with uncomplicated malaria, severe malarial anaemia, or cerebral malaria, in order to determine whether monocytic parameters are factors of severity and/or risk of death during severe malaria. The percentages and phenotypes of monocyte subpopulations obtained in the three groups of children on admission to the health centres (D0) were compared. The results highlighted the involvement of the non-classical monocytes in the protection against severe forms of malaria and confirmed the importance of the monocyte CD36 receptor as a protective factor for severity and death. To go further, we carried out experiments on a mouse model of cerebral malaria set up to mimic real-life conditions, i.e. late treatment leading to a resolution of the infection. C57BL/6 mice were infected with P. berghei ANKA (D0) and treated late with chloroquine. The kinetics of the monocyte subpopulations were monitored in terms of percentage and protein and gene expression in both blood, spleen and brain until resolution of infection (D12). The results suggest an involvement of classical and intermediate monocytes in neuroinflammation, unlike non-classical monocytes. At D12 a new influx of intermediate monocytes to the brain was observed, also suggesting a role of this subpopulation in the late resolution of neuroinflammation.Protein and gene analyses showed a favourable involvement of Nrf2, CD36, HO-1, CMHII, COX-2 and 12/15-LOX in the resolution of the infection. A second study was then conducted in Beninese children, with a larger number of patients and follow-up at D3 and D21. Two groups of subjects were included, with either uncomplicated malaria (n = 94) or cerebral malaria (n = 65). Overall, the results indicate that non-classical and intermediate monocytes were respectively involved in clinical improvement and patient survival. The expression of CD14, CD16, CD36 and HLA-DR was a protective factor against cerebral malaria. Interestingly, our results also show an association between a less active pro-oxidant response, malaria severity, and the occurrence of death. All these results shed new light on the involvement of monocytes/macrophages in cerebral malaria