L’association d’Escherichia coli vérotoxigène (VTEC) avec des maladies humaines remonte à plus de 30 ans . L’apparition d’épidémies dues aux VTEC aux États-Unis en 1982 a attiré l’attention du monde sur ces agents pathogènes. Depuis la découverte de la vérocytotoxine , et l’article de Karmali et al. sur les cas de syndrome hémolytique et urémique post-diarrhéique (D+HUS) causés par VTEC, autrement connu sous le nom d’Escherichia coli Shiga-toxigène (STEC), un grand nombre de connaissances se sont accumulées, mais malgré ces informations, le traitement réussi de ces infections est resté insaisissable.

Sources et pathogenèse de l’infection par les VTEC

Sources et propagation des VTEC

La colonisation intestinale des animaux de ferme, en particulier des ruminants tels que les bovins, les moutons et les chèvres, est l’origine probable des VTEC/STEC. De ces sources découlent divers vecteurs de transmission à l’homme, notamment de nombreux aliments d’origine animale ou végétale, ainsi que l’eau utilisée pour la baignade et la boisson et pour la culture de plantes comestibles. La contamination fécale humaine des aliments et des semences pourrait également jouer un rôle, en particulier dans les pays en développement.

Le potentiel de propagation des VTEC est encore aggravé par la mondialisation de l’alimentation, qui présente une grande opportunité pour les VTEC de se propager rapidement à de larges sections de la population. La distribution mondiale des aliments comporte un risque inhérent et présente de grandes difficultés pour contrôler les agents pathogènes d’origine alimentaire et pour identifier les sources des épidémies, comme on l’a vu récemment en Europe. Ce point est abordé plus en détail dans le commentaire de Werber et al. .

Souches VTEC

Diverses souches de VTEC existent et, comme indiqué dans le commentaire lié, les clones O157, bien que moins répandus que les souches non O157, ont tendance à être plus virulents. Ainsi, bien que des souches VTEC non O157 aient été signalées à l’origine et continuent de l’être, bien que seulement par des microbiologistes spécialisés, la plupart des chercheurs dans ce domaine les ont largement ignorées. Aucune attention ne semble avoir été accordée au fait généralement observé qu’il existe une grande diversité de sérotypes d’E. coli dans l’intestin humain à tout moment et que cela a également été constaté chez les animaux, en particulier les bovins. La plupart des fèces de ruminants contiennent une variété de sérotypes VTEC, mais certains, comme O157 et O111, bien que rarement présents et en petit nombre, sont particulièrement virulents. Il est important de noter qu’un nombre croissant d’autres sérotypes peuvent être impliqués et une étude sur une épidémie a montré que plus le nombre de sérotypes VTEC avec lesquels un patient est infecté est élevé, plus son état clinique est mauvais (bien que le principal sérotype VTEC soit O111). Alors que les isolations de VTEC O111 à partir de bovins sont rares, les souches non VTEC, qui sont par ailleurs indiscernables des souches VTEC, semblent abondantes, en particulier dans les matières fécales des bovins et des patients malades.

Des études détaillées ont montré que les toxines de Shiga peuvent être subdivisées en une série de sous-types et que ceux-ci sont également spécifiques de l’hôte. Il existe donc une « double spécificité d’hôte » parmi les souches VTEC. Certains clones sont spécifiques des bovins, tandis que d’autres sont spécifiques des ovins. Les sous-types de toxines que portent ces souches sont spécifiques des types de VTEC présents chez ces hôtes mammifères. Par conséquent, en ne recherchant pas la présence de tous les sérotypes VTEC lors d’une épidémie, on perd beaucoup d’informations épidémiologiques et on n’identifie pas l’indication de l’animal source.

Pathogénie du syndrome hémolytique et urémique post-diarrhéique

Les E. coli VTEC/STEC/entérohémorragiques (EHEC) appartiennent à des clones d’E. coli zoonotiques de différents sérogroupes O. Ces sérogroupes ont évolué et acquis des facteurs de virulence spécifiques qui permettent aux bactéries de coloniser et d’infecter le côlon humain, généralement sans envahir la circulation sanguine. Une fois ingérés, les STEC/VTEC/EHEC provoquent des diarrhées sanglantes (BD), des colites sévères et des SHU. Ces bactéries sont appelées EHEC lorsque l’infection est associée à une maladie colique et/ou rénale grave. La production de toxines Vero/Shiga a été considérée comme la base de leur pathogénicité, cependant, d’autres toxines telles que la cytotoxine subtilase (SubAB) et la toxine distendante cytolétale et la protéase sécrétée de l’inhibiteur de l’estérase C1 des EHEC (StcE) jouent probablement un rôle .

La récente épidémie d’E. coli O104:H4 d’origine alimentaire en Europe a une fois de plus attiré l’attention sur les infections à STEC ou EHEC ainsi que sur leurs complications dévastatrices d’insuffisance rénale (par le biais du SHU) et d’accidents vasculaires cérébraux dus à une coagulopathie et une vasculopathie intravasculaires ou à une microangiopathie thrombotique. La virulence et la létalité inhabituelles de la souche O104:H4 sont le résultat d’un mélange génétique de facteurs de virulence, notamment de propriétés d’entéroagrégabilité et de résistance multiple aux antibiotiques, et constituent une leçon d’évolution microbienne et de plasticité génomique d’E. coli. La souche O104:H4 est maintenant connue sous le nom d’E. coli entéroagrégatif et entérohémorragique (EAHEC).

Nous avons récemment observé les propriétés combinées de la capacité d’entéroagrégativité (fournissant une forte fixation via les fimbriae et la colonisation de l’épithélium colique) avec la production de toxine de Shiga (Stx) dans la nouvelle souche européenne hautement létale d’E. coli O104:H4. Il a depuis été démontré que cette souche appartenait à une lignée d’E. coli entéroagrégative qui avait acquis des gènes pour la toxine Shiga 2 et la résistance aux antibiotiques.

La pathogénie de la maladie du SHU reste incomplètement comprise ; remarquablement, pendant le SHU, la Stx sérique est indétectable. Il semble que les leucocytes polymorphonucléaires (PMN) soient des acteurs clés dans la livraison de Stx à des sites critiques tels que les reins. L’étendue des dommages rénaux chez les enfants atteints de SHU associé aux STEC peut être liée à la concentration de Stx présente sur les PMN en circulation. Paradoxalement, les patients présentant des quantités élevées de Stx sur les PMN ont une fonction rénale préservée ou légèrement altérée (forme incomplète du SHU), alors que les cas présentant de faibles quantités de PMN-Stx présentent généralement une insuffisance rénale aiguë. De plus, des quantités élevées de PMN-Stx induisent une libération réduite de cytokines par l’endothélium rénal, avec un degré d’inflammation congruent plus faible, alors que de faibles quantités de PMN toxiniques déclenchent une cascade de cytokines, provoquant une inflammation avec des dommages tissulaires conséquents. La microvasculature joue un rôle important dans la pathogenèse : Le SHU D+ est associé à des thrombi plaquettaires dans la microvasculature de presque tous les lits vasculaires. Le plasma des patients atteints de SHU induit l’apoptose des cellules endothéliales microvasculaires cultivées dans la plupart des organes. Deux événements clés sont impliqués dans la pathogenèse du SHU D+ : l’altération de l’activité du facteur Von Willebrand (VWF) (par exemple, comme on le voit dans le cas d’un déficit en ADAMTS13, une désintégrine et métalloprotéinase à motif thrombospondine-13) et l’activation et/ou l’apoptose spécifique du site des cellules endothéliales microvasculaires. On pense également qu’une déficience en ADAMTS13, qui assure la transformation protéolytique des multimères de VWF ultralarges proadhésifs nouvellement libérés par les cellules endothéliales, joue un rôle dans la coagulopathie du SHD+. Cibler l’interruption de ces processus permet d’espérer de nouvelles modalités de traitement.

Les pathogènes intestinaux bactériens ciblent l’épithélium associé aux follicules recouvrant les plaques de Peyer. Les micro-organismes franchissent la barrière intestinale via les cellules M et sont capturés par les macrophages muqueux . Les STEC/EHEC sont capables d’interagir in vivo avec les plaques de Peyer et de se déplacer à travers la muqueuse. Après avoir été capturées par les macrophages et les cellules M, les bactéries produisent des Stx et induisent l’apoptose de ces cellules hôtes et la libération de Stx. Ces interactions microbe/cellule hôte pourraient représenter de nouvelles cibles thérapeutiques .

Stratégies de traitement actuelles : une approche multicible

Le SHU comprend une insuffisance rénale aiguë et la perturbation de l’équilibre hydrique et électrolytique qui en découle, une hémolyse, une perturbation de la cascade de coagulation avec thrombocytopénie, avec un risque d’accident vasculaire cérébral. Ce syndrome, ainsi que les autres effets de la toxine et de la formation du complexe du complément, doivent être pris en charge et traités d’urgence en utilisant une approche multicible. Cela implique la mise en place de mesures de soutien générales, d’agents antiplaquettaires et thrombolytiques et d’inhibiteurs de la thrombine, l’utilisation sélective d’antimicrobiens, de probiotiques, de neutralisants de toxines (liants synthétiques et naturels, anticorps, etc.) et d’anticorps dirigés contre les éléments clés de la voie pathogénique afin d’interrompre les processus pathologiques (par exemple, l’inhibition de la formation du complexe terminal du complément). Le ciblage des PMN porteurs de Stx pourrait être une stratégie productive pour les recherches futures, tout comme une éventuelle thérapie génique. La prise en charge du D+HUS est complexe en raison de la nature de l’affection et de la variété des voies affectées. Le tableau 1 résume l’approche de la prise en charge et énumère les traitements testés et expérimentaux.

Mesures de soutien générales

Les niveaux de fluides et l’équilibre électrolytique sont extrêmement importants pour prévenir et gérer le développement du SHU (voir tableau 1).

Il a été démontré que le traitement de remplacement rénal aigu (TRRA) ; par exemple, la dialyse péritonéale (DP) ou l’hémodialyse) améliore les résultats. Les enfants atteints de SHU D+ et de lésions rénales aiguës qui reçoivent une DP précoce peuvent avoir de meilleurs résultats sans risque d’hémorragie chez les patients ayant une faible numération plaquettaire. De plus, la procédure semble sûre, surtout dans les cas où le nombre de plaquettes est très bas et où aucun épisode de saignement n’a été enregistré. Par ailleurs, l’hémodialyse est souvent nécessaire. Un traitement antihypertenseur pour l’hypertension, le cas échéant, est également nécessaire. Il semble y avoir un rôle bénéfique pour la perfusion de plasma et l’échange de plasma , cependant, le bénéfice de l’aphérèse reste incertain .

Gestion des problèmes hématologiques et de la coagulopathie

La surveillance de l’hémoglobine, de l’hématocrite et de la numération plaquettaire est essentielle. La surveillance de l’hémolyse avec la lactate déshydrogénase (LDH) et l’haptoglobine est également utile. L’anémie résultant de l’hémolyse peut nécessiter une correction par des transfusions de sang total ou de concentré de globules rouges. La transfusion de plaquettes est rarement nécessaire et généralement évitée .

Prévenir les effets supplémentaires de la toxine

Antimicrobiens : à utiliser ou à éviter ?

En raison du potentiel de libération indésirable de vérotoxine (VT)/Stx par les cellules bactériennes mourantes et mortes, les antibiotiques sont généralement évités . En outre, le risque de libération d’endotoxine pourrait s’ajouter au fardeau déjà potentiellement mortel du patient. Des concentrations subinhibitrices d’antibiotiques in vitro peuvent augmenter la production et la libération de VT/Stx par induction bactériophagique. Une étude sur des souris et des porcelets a suggéré que des essais de la fosfomycine chez l’homme étaient justifiés. Cependant, les données prospectives regroupées n’ont montré aucun avantage des antibiotiques. Un seul essai sur la fosfomycine a été rapporté. Cependant, les données sur la fosfomycine ont été remises en question (voir tableau 1). Alors que de nombreux médecins japonais continuent d’utiliser des antibiotiques, y compris la fosfomycine, chez les patients atteints d’une infection entérique à STEC certaine ou possible, le consensus qui prévaut ailleurs indique que les antibiotiques devraient être évités. Des données plus récentes vont dans ce sens, notamment en ce qui concerne les β lactames et d’autres antibiotiques bactéricides.

Nutilateurs de toxines lumineuses (liants synthétiques et naturels, anticorps, etc.)

Des stratégies utilisant des ligands imitant le récepteur des Stx, le globotriaosylcéramide (Gb3), se liant aux Stx dans le tractus gastro-intestinal dans le but d’empêcher la propagation de la toxine vers des sites extra-intestinaux ont été proposées. Cependant, dans la pratique clinique, le mal est déjà fait avant que ces ligands puissent être utiles. Un seul essai clinique a été mené (hélas sans succès) avec un agent, Synsorb PK, qui a confirmé ce fait. D’autres agents sont énumérés dans le tableau 1 .

Les neutralisants intaluminaux pourraient être efficaces pour réduire l’absorption systémique de la toxine, mais comme la toxine n’est prétendument pas présente dans le sérum, des études conçues pour examiner l’effet des neutralisants sur les effets toxiques de la toxine associée aux leucocytes polymorphonucléaires seraient une première étape.

Anticorps

Les anticorps neutralisants spécifiques de la toxine Shiga sont potentiellement utiles comme agents thérapeutiques. Les toxines sont des toxines AB avec des éléments actifs et de liaison et sont des cibles évidentes pour la neutralisation des anticorps. Les anticorps monoclonaux ciblant les épitopes de la sous-unité A de Stx1 se sont révélés très protecteurs, lorsqu’ils ont été administrés à des animaux ayant subi un traitement létal. L’immunoglobuline administrée par voie orale a été utilisée à des fins thérapeutiques pour un certain nombre d’infections gastro-intestinales (par exemple, le rotavirus ; Gastrogard-R). Des patients souffrant de diarrhée causée par des E. coli diarrhéogènes, en particulier des STEC et des E. coli exprimant de l’intimine et de l’hémolysine HEC, ont été traités par l’administration d’un mélange de colostrum bovin, riche en anticorps contre la toxine Shiga et l’hémolysine E. coli entérohémorragique, dans une étude en double aveugle contrôlée par placebo. La résolution des symptômes et l’excrétion fécale des souches infectantes ont été évaluées. Aucun effet du traitement au colostrum sur le portage des agents pathogènes ou sur les complications de l’infection n’a pu être démontré, mais la fréquence des selles a été réduite. L’anticorps contre le lipopolysaccharide (LPS) d’E. coli pourrait également être utilisé à des fins thérapeutiques grâce à son effet bloquant sur l’adhésion des STEC à la lignée cellulaire épithéliale intestinale humaine (Henle 407). De même, des essais sur l’homme seraient nécessaires pour démontrer l’efficacité clinique.

Autres liants/neutralisateurs de toxines

La plupart de ces agents se lient directement à la toxine et inhibent la liaison à son récepteur présent sur les cellules cibles . Ces nouveaux neutralisants de Stx offrent une nouvelle modalité thérapeutique contre les infections à STEC/EHEC et sont détaillés dans le tableau 1.

Les liants de toxines appliqués de manière systémique (par voie intraveineuse)

Un peptide perméable aux cellules (TVP) qui se lie à Stx2 s’est avéré réduire la gravité de la maladie et sauver les babouins juvéniles d’une dose létale de Stx2 (50 ng/kg) .

Bloqueurs du trafic endosome-to-Golgi de Stx

Récemment, il a été montré que le métal manganèse (Mn2+) bloque le trafic endosome-to-Golgi de STx. Cela offre une possible approche thérapeutique bon marché. (Tableau 1).

Bloqueurs de l’interaction entre les bactéries et les cellules hôtes : probiotiques

Les pathogènes intestinaux présentent des molécules de surface permettant à l’organisme de se lier aux récepteurs des cellules hôtes. De même, les toxines bactériennes nécessitent des récepteurs de la cellule hôte pour se lier et pénétrer dans la cellule. Pour bloquer l’interaction entre les microbes et les cellules hôtes, des probiotiques « sur mesure » ont été développés. Ces bactéries recombinantes inoffensives expriment des molécules qui imitent les récepteurs de la cellule hôte (par exemple, Gb3) à leur surface, ce qui trompe l’agent pathogène et l’incite à se fixer au probiotique plutôt qu’au récepteur de la cellule hôte. Les bactéries probiotiques doivent survivre au voyage en tube en rencontrant des enzymes digestives et d’autres conditions défavorables. Des données d’essai sont attendues.

Une approche différente a utilisé le surnageant de cultures de Bifidobacterium longum HY8001, conçu pour inhiber l’effet des VT/Stx par interférence de la sous-unité B des VT dans la liaison à Gb3 .

Inhibition de la formation du complexe terminal du complément

Sur la base de la preuve que la toxine de Shiga active le complément et se lie au facteur H et de la preuve d’un rôle actif du complément via la voie alternative dans le syndrome hémolytique et urémique associé à la diarrhée , quelques rapports anecdotiques de traitement réussi du SHU grave associé à la Stx avec l’anticorps monoclonal éculizumab ont été publiés . Sur le plan neurologique, les trois patients ont connu une amélioration spectaculaire dans les 24 heures suivant la première perfusion d’éculizumab. L’amélioration clinique était associée à une normalisation rapide des marqueurs de l’activité de la maladie. Ces premiers résultats sont extrêmement prometteurs et les résultats des essais randomisés contrôlés par placebo à grande échelle sont attendus avec optimisme.

Vaccins

Plusieurs stratégies vaccinales ont été utilisées avec un succès variable dans un certain nombre de modèles animaux. Ces stratégies ont impliqué l’utilisation de protéines de virulence recombinantes telles que Stx, intimin et la protéine A sécrétée par E. coli (EspA) ou des peptides ou des protéines de fusion des sous-unités A et B de Stx2 et Stx1 telles que Stx2Am-Stx1B ou des cellules fantômes avirulentes de EHEC O157:H7 . L’application de bactéries vivantes atténuées, telles que Salmonella, comme vecteur de protéines vaccinales contre les pathogènes des muqueuses, y compris EHEC, présente des avantages évidents. D’autres approches sont énumérées dans le tableau 1 .

Les anticorps produits chez les humains atteints de SHU et chez les lapins immunisés avec des protéines sécrétées de type III (T3SP) provenant de quatre sérotypes de STEC, et chez les bovins infectés expérimentalement ont révélé des protéines communes à plusieurs sérotypes de SHU (tableau 1). Ces protéines étaient hautement immunogènes chez les sujets vaccinés et naturellement infectés et représentent de futurs candidats pour un vaccin contre les STEC (tableau 1).

A l’instar des vaccins à base de protéines, les vaccins à ADN constituent un développement récent dans la prévention des EHEC, fournissant des résultats encourageants dans un modèle de souris (tableau 1).

Le mode d’administration (intramusculaire, intranasal, oral, intragastrique, etc.) pour un certain nombre de ces vaccins n’affecte pas seulement l’immunogénicité mais aussi l’effet protecteur en cas de défi. La vaccination avec un vaccin oral à base de plantes a protégé des souris contre une intoxication systémique létale par Stx2 . Ces résultats sont considérés comme encourageants. Il est clair qu’il reste du temps avant que des essais sur l’homme ne soient rapportés, mais les nombreuses et fréquentes épidémies de maladie EHEC nous rappellent constamment le besoin urgent de protéger la population contre ces zoonoses émergentes et souvent dévastatrices.

Directives futures et conclusions

Il reste des obstacles importants à la réussite du traitement du SHU étant donné la complexité de la pathogenèse du SHU, qui implique la perturbation de voies homéostatiques clés impliquant des systèmes biochimiques et physiologiques complexes. Il est peu probable que le fait de cibler une seule voie avec une modalité de traitement soit suffisamment efficace ; une approche multicible semble nécessaire. Cependant, étant donné le succès apparent de l’éculizumab, bien que le nombre de cas soit minime, il pourrait constituer une stratégie de traitement prometteuse. Le traitement vise à prévenir les complications les plus graves de l’infection par STEC (c’est-à-dire l’insuffisance rénale et les complications nerveuses centrales, par exemple, l’accident vasculaire cérébral et le choc), qui restent beaucoup trop fréquentes. Il est clair qu’une meilleure compréhension de la pathogenèse du SHU conduira à des cibles supplémentaires, voire meilleures, pour le traitement. La découverte que le Mn2+ peut bloquer le trafic entre l’endosome et le Golgi conduira sans aucun doute à des essais contrôlés randomisés chez l’homme. Nous les attendons avec un vif intérêt. En termes de prévention, nous devrions remettre en question la mondialisation de la distribution alimentaire, avec ses dangers inhérents et son gaspillage des ressources énergétiques qui se traduit par une empreinte carbone géante.